Вакуумный выключатель — это электрическое устройство, созданное для работы в высоковольтных электрических системах. Его название связано с конструктивной особенностью — наличием вакуумной камеры, что позволяет мгновенно гасить электрическую дугу.
Этот прибор выполняет функции коммутаторов, обеспечивая отключение электрооборудования в случае аварий или в процессе его обслуживания. Давайте более подробно изучим, что представляет собой вакуумный коммутатор и какова его роль.
Основными элементами вакуумного выключателя являются: контактная система, изолятор, механизм привода и, конечно, вакуумная камера. Вакуумная камера, в свою очередь, содержит под вакуумом движущиеся и неподвижные контакты, что предотвращает образование электрической дуги при размыкании цепи.
Преимущества вакуумных выключателей включают их компактность, высокую надежность и долговечность. Они способны работать в условиях высокой загрязненности и низкой температуры, а также не требуют регулярного технического обслуживания. Однако в то же время, при выборе вакуумного выключателя стоит учитывать его номинальное напряжение, ток и другие параметры, соответствующие требованиям вашей электрической установки.
При подключении вакуумного выключателя важно также учитывать правила безопасной эксплуатации. Необходимо следить за состоянием контактов и убедиться, что устройство установлено в соответствии с рекомендациями производителя.
Краткое содержание статьи
Как действует высоковольтный вакуумный коммутатор?
Ключевыми свойствами вакуумных камер, которые используются в выключателях, являются физические характеристики газа в разряженном состоянии. В таких условиях его электрическая прочность значительно увеличивается.
Эффект высокой разряженности (в пределах от 10 -6 до 10 -8 Н/см 2) успешно используется в конструкциях выключателей, которые включают газовые вакуумные камеры с проходящими через них электрическими контактами.
Одним из примеров вакуумного выключателя является устройство, использующееся в силовых электрических сетях. В целом, оно считается более современным и надежным по сравнению с конкурентами других типов исполнения.
Когда ток проходит через контактные группы во время разъединения, возникает электрический разряд – дуга. Процесс горения дуги происходит благодаря частичной ионизации металлических паров, возникающих от высокой температуры. Ток поддерживает свою проводимость между контактами до тех пор, пока не произойдет переход на нулевой уровень.
Сразу после достижения «нулевого» значения, электрическая дуга гаснет. Весь процесс занимает не более 7-10 микросекунд.
Вакуумные выключатели обладают рядом преимуществ, включая высокую механическую устойчивость, возможность работы в жестких условиях окружающей среды и минимальные затраты на обслуживание. Они также имеют более длительный срок службы по сравнению с масляными или воздушными выключателями, так как отсутствует риск загрязнения и деградации изоляционных материалов.
Благодаря своей конструкции вакуумные выключатели также обеспечивают высокую надежность и безопасность в эксплуатации. Актуальный диапазон напряжений для вакуумных выключателей составляет от 6 до 35 кВ, что делает их подходящими для различных промышленных и коммунальных применений.
Существует также возможность интеграции таких выключателей в автоматизированные системы управления, что позволяет повысить эффективность эксплуатации электрических сетей и снизить вероятность аварийных ситуаций.
Устройство выключателей вакуумного исполнения
Существует множество разновидностей вакуумных выключателей с различными конструктивными решениями. Поэтому дать общее описание этих приборов затруднительно. Тем не менее, вне зависимости от различных конструкций, основной принцип их работы остается неизменным.
Схема конструкции ВВ: 1 – верхний вывод; 2 – вакуумная камера; 3 – полимерный изолятор; 4 – нижний вывод; 5 – ленточный контакт; 6 – силовая пружина; 7 – тяговый шток; 8 – пружина отключения; 9 – рычаг передачи; 10 – вал привода; 11 – расцепитель; 12 — корпус.
Давайте рассмотрим трёхполюсный вакуумный выключатель с пружинно-моторным приводом. Устройство предназначено как для установки внутри помещений, так и для открытого размещения. В любом случае его монтаж осуществляется в специально подготовленные металлические распределительные коробки.
Данные приборы могут использоваться в различных отраслях экономики. Однако их применение имеет некоторые ограничения.
В частности, вакуумные выключатели не следует устанавливать и эксплуатировать в:
- помещениях с пожаро- и взрывоопасной атмосферой;
- объектах, где требуется частая коммутация;
- мобильных установках;
- энергетических системах на морских и речных судах.
Выключатели вакуумного типа чаще всего имеют два основных конструктивных исполнения:
- Для стационарной установки.
- Для установки с подвижной тележкой.
Вне зависимости от конструкции, корпус этого устройства обычно включает три полюса с камерами для гашения дуги.
Внутри вакуумных камер расположены подвижные контакты, приводимые в действие механизмом с пружинами и электродвигателем. Корпус прибора оснащен фронтальной панелью, на которой размещены элементы индикации и управления.
Основные внешние элементы выключателя: 1 – полюса устройства; 2 – механизм блокировки включения; 3 – окно подъёма; 4 – ручка механизма, блокирующая внешние цепи.
Три полюса главной цепи изображены в виде колонн и располагаются на задней части шасси привода с пружинно-моторным механизмом. Каждый полюс дополнен камерой для гашения дуги, установленной внутри полимерного изолятора. Для повышения электрической прочности изолятор имеет ребристую текстуру.
В каждой вакуумной камере установлены контактные группы из двух элементов — подвижного и неподвижного. Подвижный контакт соединен с механизмом включения через изолятор тяги, а неподвижный контакт скреплен с верхним выводом через конусное соединение.
Принцип работы привода выключателя
Подвижные контакты вакуумных камер механически соединены с валом пружинно-моторного привода. Благодаря предварительно взведенной силовой пружине, устройство может быть легко приведено в действие простым нажатием кнопки управления.
Схема вакуумной камеры состоит из: 1 – клеммник неподвижного контакта; 2 – неподвижный контакт; 3 – подвижный контакт; 4 – защитный экран; 5 – изолятор (керамический или полимерный); 6 – сильфон; 7 – клеммник подвижного контакта.
Процесс взведения пружины осуществляется через цепную передачу, где в нормальных условиях используется электродвигатель с редуктором. Кроме того, предусмотрена ручная рукоятка для взведения на случай аварии или отключения питания.
Закрепленная пружина удерживается спусковым механизмом, управляемым посредством электромагнитного привода или кнопки. Когда активируется режим включения, фиксация снимается, и энергия растяженной пружины активирует кулачковый механизм. Этот механизм приводит в действие вал, который механически связан с переключателем подвижных контактов вакуумных камер.
Отключение вакуумного выключателя производится включением режима «Отключено» с помощью электромагнита или кнопки. Последовательность действий аналогична включению, но включает специальные пружины для разъединения, состояние которых управляется спусковым механизмом.
Панель управления и индикаторы: 1 – режим «включено»; 2 – режим «отключено»; 3 – состояние взведенной пружины; 4 — состояние освобожденной пружины.
Комфорт использования и контроль работы аппарата обеспечивает панель управления, на которой расположены такие элементы, как счётчик циклов, индикатор состояния пружины и индикатор состояния вакуумного выключателя.
Особенности выкатных конструкций
Выключатели выкатного типа базируются на специализированной аппаратной тележке, которая позволяет вводить или выводить устройство из шкафа.
Тележка не только служит средством передвижения, но и выполняет функцию контроллера для перевода аппарата в тестовый или рабочий режим, когда выключатель помещен в корпус.
Аппаратная тележка включает: 1 – колеса (всего 4); 2 – основание; 3, А – основание подвижной части; 4 – ручки (по 2); 5 – гнездо воротка; 6 – планка блокировки; 7 – фиксирующие элементы; 8 – разъем для вторичной цепи; 9 – механизм блокировки аппарата; 10 – блокировочные контакты; 11 – планка фиксации винта; Б – неподвижная часть.
Вакуумный выключатель крепится к подвижной части тележки с помощью болтовых соединений. Тележка также имеет неподвижную секцию, на которой дается привод для подвижной части. Движение подвижного модуля относительно стационарного осуществляется при помощи винта управления тележкой.
Подвижный модуль представляет собой металлическое основание с четырьмя колёсами и защитным гальваническим покрытием. Он включает внешнюю механическую блокировку (нажимная планка) заземлителя, блокировку винта привода и другие элементы, обеспечивающие движение и фиксацию.
Установка и подключение прибора
Перед тем как приступать к установке вакуумного выключателя, следует тщательно осмотреть все доступные элементы на наличие повреждений или дефектов. Далее очищаются изоляционные поверхности полюсов при помощи сухой безворсовой ткани.
Не допускается введение оборудования в эксплуатацию, если на изоляционных поверхностях выявлены сколы, трещины или другие деформации. Обязательно проверяется схема вторичных цепей и подключение шины корпуса.
При проверке установленного устройства нужно внимательно осмотреть каждую деталь и крепеж. Высоковольтные приборы подразумевают ответственность за любую ошибку.
Сначала необходимо проверить работоспособность выключателя ручным включением (без питания) и убедиться в корректности индикаторов на панели управления. Затем стоит проверить наличие защитных крышек на полюсах. Для аппаратов с номиналом 1600А и выше крышки защиты необходимо снять перед установкой.
Подключение к сети
Перед присоединением клемм контактных наконечников силовых кабелей к выводам выключателя следует провести их зачистку.
Процедура очистки отличается в зависимости от материала клемм:
- Для медных и алюминиевых клемм без покрытия требуется использовать наждачную бумагу с градацией М20 и ниже, а затем обезжирить поверхность металла.
- Для медных или алюминиевых клемм со слоем серебра достаточно протереть их безворсовой тканью.
Нельзя использовать кабели, если серебряное покрытие клемм повреждено на площади более 5%. В таком случае необходимо заменить поврежденный элемент. Дополнительную информацию о клеммах для соединения проводов можно найти в этом материале.
К внешним проводникам подключаются выводы вакуумного выключателя таким образом, чтобы избежать возникновения механических нагрузок на прибор. Соединения выполняются с помощью болтовой фиксации и плоских упругих металлических шайб.
Как осуществляется заземление?
Устройства стационарного типа соединяются с «земляной» площадкой посредством болтового соединения (М12) в точке, отмеченной знаком «Заземление».
Заземление выполняется через конструкционные элементы аппаратной тележки и шасси выключателя. Обычно такие точки обозначаются соответствующим символом рядом с элементом.
Перед соединением контактной точки «Заземление» необходимо произвести обработку области обезжиривателем. В качестве заземляющего провода следует использовать шину с достаточным сечением (по Правилам устройства электроустановок), гибкий провод или жгут из проводников. Перед тем как накладывать проводник на контактную площадку, его следует обработать специальной смазкой (ЦИАТИМ-203).
Для конструкции выкатного типа заземление осуществляется с помощью элементов аппаратной тележки. Заземление вакуумного выключателя выполняется через конструкцию аппаратной тележки с использованием специальных крепежных элементов.
Подготовка устройства к эксплуатации
Запуск устройства в эксплуатацию возможен только после дополнительной проверки установленного и подготовленного оборудования. В частности, важно проверить надежность заземления, состояние крепления сборочных элементов и доступ охлаждающего агента к потенциально нагревающимся компонентам.
Обработку токоведущих стержней, которые взаимодействуют с контактными ламелями, следует производить с применением небольшого объема смазки ЦИАТИМ. Необходимо выполнить все предусмотренные процедуры, указанные в ПЭУ для приёмо-сдаточных испытаний, и убедиться, что уровни оперативного напряжения находятся в допустимых пределах.
Монтаж вакуумного выключателя должен проводиться высококвалифицированными специалистами. Столь же строгие требования распространяются и на тех, кто будет обслуживать высоковольтное оборудование.
К управлению вакуумным выключателем допускаются сотрудники, имеющие разрешение на работу с электроустановками, находящимися под напряжением выше 1000 вольт. Утвержденная группа допуска для обслуживающего персонала должна быть не ниже третьей. Перед началом работы с оборудованием, сотрудники проходят техминимум для ознакомления с особенностями конкретной модели.
Как выбрать вакуумный выключатель?
Выбор устройства осуществляется с учетом его номинальных характеристик, которые рассматриваются в сравнении с параметрами действующей сети в месте установки. Подбор производится на основе критериев работы в наиболее нагруженных режимах, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации.
Номинальное напряжение вакуумного выключателя может быть равным или превышающим номинальное напряжение системы, подключенной через выключатель.
Параметр номинального долговременного тока выбирается выше, чем номинальное значение тока питаемой сети. Параметр номинального тока отсечки необходимо устанавливать выше расчетного максимума тока короткого замыкания с учетом момента расхождения контактов.
Техническая характеристика на табличке — это первое, на что следует обратить внимание при выборе выключателя. Основываясь на этих параметрах, можно определить, соответствует ли устройство требованиям конкретной установки.
С точки зрения возможных условий короткого замыкания выбор производится с учетом наихудших рабочих режимов.
Апериодическая составляющая тока рассчитывается с учетом условий короткого замыкания с нулевым напряжением на любой из фаз. При этом следует учитывать установленный производителем параметр апериодического тока.
Выводы и полезное видео по теме
Дополнительные материалы об устройстве, принципах его работы и условиях монтажа вакуумного выключателя можно найти в следующем видеоролике:
Вакуумные выключатели выделяются своей относительно простой и надежной конструкцией по сравнению с другими типами устройств. Благодаря этому, они могут служить длительное время без существенных нареканий. Срок естественного износа определяется количеством операций, достигающим не менее 20000. При условии регулярного технического обслуживания, этот ресурс может увеличиваться на 5-10%. В то же время, техническое обслуживание ВВ включает в себя лишь небольшое количество несложных операций.
Если у вас возникли вопросы по теме статьи или вы обладаете интересной информацией, которой хотите поделиться с нашими читателями, пожалуйста, оставляйте свои комментарии, делитесь опытом или задавайте вопросы в блоке под статьей.
