Выключатель автоматический с электромагнитным дутьем

Высоковольтные вакуумные выключатели

Для повышения качества поставляемой от электрических сетей энергии, распределительные устройства комплектуются современными высоковольтными выключателями с вакуумной дугогасительной средой. Благодаря качественному отличию от устаревших автоматических выключателей, вакуумная аппаратура используется и для вновь возводимых подстанций, и для замены коммутационного оборудования на уже существующих.

Ряд преимуществ вакуумных дугогасительных устройств обуславливается более эффективным принципом гашения дуги, создает предпосылки для предотвращения аварийных режимов энергосистемы и позволяет существенно сократить затраты на обслуживание.

Устройство и принцип действия

Вакуумные выключатели предназначены для совершения коммутационных операций в электроснабжающих сетях высокого напряжения. Конструктивно вакуумный выключатель состоит из трех отдельных полюсов или колонок (по одной на каждую фазу). Все колонки устанавливаются на одном приводе посредством опорного изолятора из полимера, фарфора или текстолита. У каждой из них имеются два вывода для подключения ошиновки.

Общий вид вакуумного автоматического выключателя

Устройство вакуумного выключателя.

Из картинки ниже видно, что внутри устройство состоит из двух контактов, подведенных под соответствующие потенциалы полюсов. Один из них выполняется подвижным, второй стационарным, как и в других типах выключателей. Силовые контакты вакуумного выключателя располагаются внутри герметичной камеры, способной сохранять вакуум в течении длительного периода времени (несколько десятков лет). Для чего в состав камеры включаются специальные металлические сплавы и керамические добавки. Именно этот элемент стал камнем преткновения для реализации такого выключателя в 30-е годы прошлого века.

Современные технологии предоставляют возможность сохранения вакуума внутри емкости, в том числе, с учетом динамических нагрузок, которые ей приходится претерпевать во время коммутаций. Для постоянного поддержания состояния сильно разреженной газовой среды, внутри вакуумной камеры, устройство комплектуется сильфонным компонентом. Он исключает возможность проникновения воздуха или другого газа внутрь вакуумной камеры при перемещении подвижного контакта.

Конструкция вакуумного выключателя

Принцип гашения электрической дуги.

При разрыве контактов между поверхностями возникает ионизация пространства. Если в воздушных выключателях с методом электромагнитного дутья эту ионизацию искусственно растягивают на несколько метров, а в элегазовых и масляных выключателях стараются погасить диэлектрическим материалом, то в вакуумных применяется другая технология. Основной принцип основан на том, что в идеальном вакууме отсутствует какое-либо вещество, способное к выделению заряженных частиц. Поэтому в момент разделения контактов, из-за разности потенциалов, единственным источником ионизации являются пары раскаленного металла.

Они продолжают движение между контактными поверхностями, но при переходе синусоиды электрического тока через ноль, заряженные частицы утрачивают энергию для ионизации и перемещения, их место быстро занимает пустое пространство с высокой электрической прочностью и дуга рвется. Ионы металлов примыкают к ближайшей поверхности – контактам или стенкам камеры. Такой принцип действия позволяет сократить время на прекращение горения дуги и предоставляет ряд преимуществ, в сравнении с другими типами коммутационных аппаратов. Но чрезмерные коммутационные перенапряжения могут привести к деформации поверхности, что будет препятствовать нормальному замыканию контактов, увеличит переходное сопротивление и вызовет перегрев внутри вакуумной камеры.

Типы вакуумных выключателей

Как и любая другая электротехническая продукция, вакуумные выключатели подразделяются на несколько типов, в зависимости от класса напряжения, для которого предназначен аппарат. Поэтому условно их можно подразделить на:

Устройства на 6 – 10 кВ;
Устройства на 35 кВ;
Устройства на 110 – 220 кВ.

Вторым критерием является мощность отключаемого потребителя, в соответствии с которой модели отличаются по максимальному рабочему току или по мощности.

Сфера применения

Если первые модели, выпущенные еще в СССР, обеспечивали отключение, сравнительно небольших нагрузок из-за конструктивного несовершенства вакуумной камеры и технических характеристик контактов, то современные модели могут похвастаться куда более термоустойчивым и прочным материалом поверхности. Это обуславливает возможность установки таких коммутационных агрегатов практически во всех отраслях промышленности и народного хозяйства. Сегодня вакуумные выключатели используются в таких сферах:

В распределительных электроустановках как электрических станций, так и распределительных подстанций;
В металлургии для питания печных трансформаторов, снабжающих сталеплавильное оборудование;
В нефтегазовой и химической промышленности на пунктах перекачки, переключающих пунктах и трансформаторных подстанциях;
Для работы первичных и вторичных цепей тяговых подстанций на железнодорожном транспорте, осуществляет питание вспомогательного оборудования и не тяговых потребителей;
На горнодобывающих предприятиях для питания комбайнов, экскаваторов и других видов тяжелой техники от комплектных трансформаторных подстанций.

В любой, из вышеперечисленных отраслей народного хозяйствования, вакуумные выключатели повсеместно вытесняют устаревшие масляные и воздушные модели.

Особенности установки выключателя

Установка вакуумного выключателя выполняется в уже имеющиеся ячейки, шкафы КРУ, остающиеся из-под масляных или воздушных выключателей, или монтируются в новую ячейку на этапе строительства распредустройства, подстанции или электроустановки. Болтовые крепления к металлическим конструкциям должны плотно затягиваться, обеспечивая и неподвижность коммутационного аппарата при интенсивных динамических колебаниях.

Весь процесс должен осуществляться в строгом соответствии с требованиями, как указаний завода изготовителя, так и нормативных документов, регламентирующих работу устройств в соответствующей отрасли. Обязательными для применения в любых цепях являются нормативные величины, устанавливаемые ПУЭ. Где указаны расстояния от токоведущих частей до заземленных конструкций, электрические параметры и прочие требования к установке вакуумных выключателей.

Ошиновка производиться металлическими шинами из меди или алюминия, которые перед монтажом предварительно зачищаются для получения минимальных показателей переходного сопротивления.

После завершения установки и подключения управленческих цепей к блоку контроля выключателем или приводу, необходимо осуществить ряд манипуляций и проверок:

Очистить поверхность наружных изоляторов от всевозможных засорителей для исключения возможности протекания токов утечки;
Проверка работоспособности привода, ручное отключение и соответствие обозначения флажка на нем действительному положению –вкл/выкл;
Испытание изоляционных свойств смонтированного устройства посредством подачи напряжения промышленной частоты;
Измерение величины переходного сопротивления между контактами;

В случае хранения вакуумного устройства на складе более двух лет, перед подключением к коммутационным цепям необходимо производить комплекс испытаний, чтобы убедиться в прочности промежутка на случай отключения токов кз.

Как осуществляется эксплуатация устройства?

После ввода в эксплуатацию вакуумный выключатель обязательно проходит периодические осмотры и испытания – текущий и капитальный ремонт, профконтроль, осмотр. Которые устанавливаются правилами технической эксплуатации, а также заводскими инструкциями.

Помимо регламентных работ коммутационный агрегат может отключаться от аварийных нагрузок, что может существенно повредить рабочую поверхность контактов. Поэтому после срабатывания в аварийном режиме, обслуживающий персонал обязан произвести внеплановый осмотр коммутационного устройства на предмет выявления подгаров, оплавлений, пятен выброса металла и прочих дефектов, свидетельствующих о возможном снижении проводимости или изоляционных свойств, номинальных характеристик и т.д. Результаты осмотров вакуумного выключателя после аварийных отключений должны заноситься в соответствующий журнал.

Особенности контроля и управления вакуумными выключателями?

Управление может осуществляться как дистанционно, так и вручную. Все коммутационные операции производятся через управленческий блок, который перерабатывает команды и передает их на привод устройства. Универсальный электромагнитный привод позволяет удерживать рабочие контакты в заданном положении. Все современные модели обеспечиваются магнитной защелкой, обеспечивающей четкую фиксацию положения вне зависимости от его исправности.

Информация о работе коммутационного аппарата отображается на блоке управления или передается через управленческие сети на пульт оперативного персонала. Поэтому функции контроля могут осуществляться диспетчерским персоналом через систему телемеханики, где все команды посылаются через оперативные токи и не требуют личного присутствия.

Ручное отключение напрямую воздействует на привод, но требует личного присутствия работников возле ячейки или шкафа выкатного типа.

Пример схемы конструкции привода вакуумного выключателя VF12

Критерии выбора ВВ

При выборе конкретной модели обязательно учитываются следующие параметры:

Напряжение электроустановки – в соответствии с которым определяется тип изоляции;
Электродинамическая стойкость, в случае возникновения тока короткого замыкания;
Термическая стойкость, при удаленных от места установки вакуумного выключателя авариях;
Климатическое исполнение.

Производители и распространенные модели

Наиболее известными производителями вакуумных выключателей являются отечественные компании: «Таврида электрик», «НПП Контакт», ОАО «Самарский трансформатор», «ПО ЭЛКО», «РЗВА» и другие. Из зарубежных: Siemens, ABB, HEAG.

В таблице ниже можно увидеть сравнительные характеристики некоторых наиболее популярных вакуумных выключателей.

Выключатель серии	Номинальное напряжение, кВ.	Номинальный ток, А	Ток отключения, А	Термическая стойкость, кА	Динамическая стойкость, кА
ВВЭ-М-10	10 – 11	630, 1000, 1600, 2000, 2500, 3150	20; 31,5; 31,5; 40	20; 31,5; 31,5; 40	51, 81, 81, 128
BB/AST 10-12,5/1000	10 — 12	1000	12,5	12,5	32
BB/TEL-10-12,5/1000 У2	10	1000	12,5	12,5	32
15ADV20 AA3F1	13,8 — 15	1200	20	20	38
ВВЭЛ-110-20/1600	110 — 126	1600	20	20	41

Преимущества и недостатки вакуумных выключателей

К преимуществам данного вида коммутационных аппаратов следует отнести:

Сравнительно небольшие габариты, в отличии от масляных и воздушных;
Отличаются малыми габаритами и возможностью быстрой замены, особенно в выкатных ячейках;
Не производят такого большого шума при переключениях;
Отлично выполняют свои функции не зависимо от положения камер в пространстве;
Полностью экологичны и безопасны для здоровья в отличии от элегазовых выключателей;
Не требуют дозаправки и содержания отдельного хозяйства для этой цели;
Отличаются высокой надежностью.

К недостаткам вакуумных выключателей относят:

Неспособность выдерживать большие токи короткого замыкания;
Возникновение перенапряжения при отсекании малых индуктивных токов;
Малый коммутационный ресурс отключения аварийных токов.

Источник

ДУ с электромагнитным дутьем

Гашение мощной дуги в аппаратах высокого напряжения возможно лишь при интенсивном теплоотводе, который в высоковольтных выключателях обеспечивается интенсивным дутьем.

Теплоотвод от дуги существенно возрастает при быстром её перемещении силами магнитного поля в неподвижном газе. Электромагнитное дутьё в воздухе широко используется в аппаратах низкого напряжения. При замене воздуха элегазом электромагнитный способ гашения дуги оказалась возможным распространить и на область высоких напряжений.

Принципиальные схемы дугогасительных устройств с электромагнитным гашением дуги в элегазе показаны на рисунке 7.

Рис. 7 Принципиальные схемы устройств с электромагнитным гашением дуги в элегазе: а─одна катушка, б─две встречно включенные катушки

1-путь тока при включенном положении аппарата, 2-путь тока в процессе отключения, 3-главные контакты,

4-дугогасительные контакты, 5-катушка

В них на каждую единицу длины дуги действует сила F, возникающая при взаимодействии тока дуги с нормальной к её стволу составляющей напряжённости магнитного поля. Под действием этой силы дуга перемещается по электродам со скоростью, зависящей от различных параметров, и в частности конструктивных. Магнитное поле создаётся самим отключаемым током при прохождении его по одной катушке (рис. 7, а) или по двум встречно включенным катушкам (рис. 7, б). Во включенном состоянии аппарата катушки шунтированы главными контактами, которые при отключении размыкаются первыми.

Возникающая между подвижными и неподвижными контактами дуга начинает двигаться не сразу, а лишь после того, как сила F достигнет некоторого значения, ибо, чтобы сдвинуть дугу с места первоначального её образования, необходимо приложить вполне определённую силу Fмин, которую можно вычислить (в ньютонах) по формуле Fмин=I.H.10-6(где I-ток дуги, H-напряжённость магнитного поля катушки), исходя из следующих соображений.

Для гашения дуги с током до нескольких десятков aмпеp достаточно весьма незначительной скорости дуги, причем необязательно, чтобы ее опорные точки перемещались. Зная максимальное значение тока, который надежно гаснет в элегазе при неподвижных опорных точках дуги, для различных конкретных условий экспериментально определяют значения напряженности магнитного поля Hмин, при которых дуга, включая и ее опорные точки, приходит в движение.

Для каждого конкретного конструктивного исполнения дугогасительного устройства существует свое значение тока, который надежно гаснет при указанных условиях. Например, в камере на 10 кВ при искусственно созданном резко неравномерном поле надежно гаснет дуга с током до 80 А.

Необходимо, чтобы уже при этом токе и более высоких его значениях дуга двигалась. Минимальное значение напряженности Hмин, при котором дуга с током 80 А придет в движение, равно 90 А/см. Этот параметр является исходной величиной при определении минимального числа витков катушки ωмин.

Для схемы рис. 7, а напряженность магнитного поля на оси катушки известна:

— длина катушки, х — расстояние точки, для которой определяется напряженность H, от середины катушки, R — радиус катушки.

От числа витков катушки зависит напряженность магнитного поля и, следовательно, скорость движения дуги v

д, которая является основным параметром, определяющим отключающую способность дугогасительного устройства. Кроме числа витков, на скорость дуги влияет давление газа и значение отключаемого тока. Поскольку скорость в течение полупериода меняется, целесообразно говорить о максимальной скорости движения дуги v

допустимое число витков катушки определяется из условия надежного гашения дуги, возникающей при размыкании главных контактов, шунтирующих катушку. Это условие соблюдается при индуктивности катушки L<10─4 Гн.

Скорость дуги зависит не только от напряженности магнитного поля, создаваемого катушкой, но и от конструктивного исполнения контактов: разрезные или неразрезные; в случае неразрезного контакта скорость дуги зависит от соотношения между активным и индуктивным сопротивлением его контура.

Другие статьи по теме

ТЭС промышленных предприятий. Расчет турбины
1. Турбина ПТ — 135/165 — 130 /15 2. Расход острого пара: D0 = 750 т/ч (или 208,333 кг/с); 3. Расход пара внешнему потребителю: Dп = 295 т/ч (или 81,944 кг/с); 4. Отпуск тепла на отопление: Qот = 130 МВт; 5 .

Энергосбережение материального склада при помощи ветроэнергетической установки с вертикальным валом
Существование человека немыслимо без потребления энергии. Уровень развития промышленности, транспорта, сельского хозяйства и быта человека в значительной степени определяются запасами и использованием энергоресурсов. Вся и .

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Электромагнитное дутье

Электромагнитное дутье в выключателе создается электромагнитом, состоящим из стального разомкнутого магнитопровода, охватывающего зону горения дуги и катушку, которая, как было выше указано, включается в цепь тока последовательно с контактами выключателя в момент переброса дуги с неподвижного контакта на ду-гогасительпый рог. Катушка магнитного дутья ( рис. 8, а и 14) одним концом присоединена к розетке, укрепленной на изоляционной пластине. В розетку входит расположенный на торцевой стенке камеры контактный штырь, который соединен с дугогасительным рогом неподвижного контакта. Второй конец катушки подсоединен к неподвижному контакту. [1]

Выключатели с электромагнитным дутьем ( безмасляные) находят применение в электроустановках с частыми коммутационными операциями. [2]

В системах с электромагнитным дутьем затруднено гашение малых токов ввиду соответственно малых электродинамических сил, подчас недостаточных для растяжения дуги и переброса ее на рога. Поэтому многие конструкции снабжаются небольшим автопневматическим устройством, связанным с подвижной системой и действующим на начальном этапе расхождения контактов. [4]

Количество витков в катушке электромагнитного дутья выбрано экспериментально, исходя из условий перехода тока с неподвижного контакта в катушку, а также требуемой скорости перемещения дуги в дугогаситель-пой решетке. Чем больше витков будет иметь катушка, тем больше ее индуктивное сопротивление, что естественно, затрудняет переход тока с дугогасителыюго контакта в катушку. Кроме того, при больших токах па многовнтковых катушках возникает большое падение напряжения, препятствующее погасанию вспомогательной дуги, горящей между неподвижными дугогасительным контактом п расположенным над ним рогом. [5]

Наибольшее распространение в дугогасительных устройствах имеет электромагнитное дутье . В дугогасительных устройствах с глухими камерами дутье может осуществляться за счет газогенерации материала камер; для того, чтобы переместить дугу с контактов, подводящие токопроводы часто выполняют в виде петли, играющей роль одновитковой катушки, в зоне потока которой находятся контакты. Зазоры между контактами и стенками камеры должны быть минимальными, чтобы не допустить переход дуги на боковые поверхности контактов ( обычно порядка 1 мм); при этом абсолютно недопустимо трение подвижного контакта о стенки камеры. Такой дефект обычно приводит к резкому уменьшению контактного нажатия и к сильному разогреву и подгоранию контактов — иногда контакты даже не могут замкнуться. [6]

Если ток дуги перейдет в катушку электромагнитного дутья в конце полупериода, дуга не сможет затянуться в дугогасительную решетку, так как малому току соответствует малая сила электромагнитного дутья. [7]

Электропитание к двигателям гироскопов и катушкам электромагнитного дутья подается через поддерживающую токопрово-дящую жидкость. Для этого на верхней, средней и нижней частях внутренней поверхности следящей сферы, покрытой изоляционным слоем, имеются электроды. Такие же электроды имеются и на гиросфере. Наружная поверхность гиросферы, за исключением пяти полос, расположенных в районе экватора, изолирована слоем эбонита от поддерживающей ее жидкости. [8]

На рис. 26 показан принцип действия электромагнитного дутья . Вертикальные составляющие Р2 уравновешивают отрицательную плавучесть гиросферы, а горизонтальные составляющие Рх центрируют гиросферу относительно следящей сферы. [10]

Гашение электрической дуги осуществляется с помощью электромагнитного дутья , создаваемого дугогасительной катушкой 12 и щеками 13 магнитопровода. [11]

Переход тока с главных контактов в катушку электромагнитного дутья определяется довольно сложными взаимосвязанными физическими явлениями. В момент переброса дуги на рог неподвижного контакта промежуток между рогом и контактом сильно ионизируется и там возникает вспомогательная дуга. При этом, с одной стороны, сила тока, ответвляющегося в катушку, зависит от падения напряжения на вспомогательной дуге: чем меньше это падение напряжения, тем меньше ток в катушке магнитного дутья. С другой стороны, падение напряжения в катушке магнитного дутья при протекании по ней тока препятствует погасанию вспомогательной дуги. При малых расстояниях между рогом и контактом вспомогательная дуга может гореть до перехода тока через нуль, шунтируя катушку и практически исключая электромагнитное дутье. При больших расстояниях между неподвижным контактом и его рогом, особенно в период отключения токов до 1 000 А, когда органичена интенсивность электромагнитного дутья, может иметь место длительное горение главной дуги между дугогасительными контактами, и переход тока в катушку происходит спустя лишь несколько полупериодов. [12]

Как и ранее, цифры в скобках относятся к выключателю с электромагнитным дутьем . [13]

Для сетей 6 — 10 кВ электротехническая промышленность выпускает выключатели с электромагнитным дутьем типа ВЭМ-10 на номинальный ток до 1000 А и номинальную отключаемую мощность 350 MB А, предназначенные для электроустановок с частыми коммутациями. [15]

Источник