Устройство и принцип работы вакуумного выключателя. Принцип работы выключателя вакуумногоВакуумный выключатель: плюсы использования, какие бываютВ современной электротехнике для нормальной работы электрических сетей необходимо специальное оборудование, способное производить в них коммутацию. Одним из таких приспособлений является вакуумный выключатель. Областью применения данного электрооборудования представляются электрические цепи от 6 -35 кВ и реже 110-220В. Вакуумный выключатель способен оградить электрическую сеть от высокого напряжения в процессе коммутации. Одним из плюсов данного оборудования является долгий срок службы, производители заявляют около 25 лет. Профессионалы в данной области прогнозируют вытеснение многих видов выключателей вакуумными заменителями. Какие бывают
На рамке первого вида прикреплены три полюса. При этом на каждом из них выполнена дугогасительная камера, а также узел поджатия соединений. Кроме этого на раме установлен электромагнитный привод. С помощью этого привода происходит руководство дугогасительной вакуумной камерой. Устройство, рассчитанное на напряжение свыше 35кВ, имеет на каждой раме уже по несколько камер. Если их две, то они расположены напротив друг друга. Руководство ими происходит посредством изоляционной тяги. В случае если камер три, они устанавливаются в ряд друг за другом. В этом случае ими управляет гидравлическая система. Вакуумные выключатели типа ВВЭ-10, предназначены для электролиний, где присутствует напряжение 10кВ, с частотой от 50-6оГц, при этом номинальный ток 630-3200А. При этом сила включаемых ударных токов от 52 до 82кА, а выключаемых – от 20 до 31,5кА. На основании этого устройства изготовлены дугогасительные камеры двух полюсов с электрическими подводками и электромагнитным приводом, который руководит функциями срабатывания данного прибора. На лицевой панели расположены дополнительные устройства, которые регулируют систему управления и сигнализации. Вакуумные устройства типа ВВ/TEL-10-8/800У2. Используется в электроцепях с напряжением до 20кВ трехфазного переменного тока, соответствующего величине в 50Гц и заземленным нулем. Номинальный ток данного выключателя составляет 8кА. Благодаря конструктивным особенностям выключатель обладает рядом преимуществ:
Как работает
Внутренность дугогасительной камеры состоит из работающих силовых контактов, имеющих минимальное сопротивление. Механизм создан таким образом, что верхняя его часть надежно закреплена, а нижняя – перемещается в осевой направленности. Стенки вакуумной камеры изготовлены из специального вещества и различных сплавов, это создает условия для хорошей герметичности и сохранение ее на долгое время. Конструкция имеет сильфонное устройство, которое исключает попадание воздуха. Также в нем установлен якорь электромагнита, который способен замыкать и размыкать соединения. Группа пружин создает условия для необходимых скоростей движения якоря при переключениях. В корпусе размещены две системы – электрическая и кинематическая, которые регулируют выключатель в любом положении. Главным отличием данного устройства от других типов является то, что электрическая дуга в этом случае гасится вакуумом. Процесс включения и выключения данного устройства производится посредством специальных пружин. При этом на них воздействуют специальные электромагниты или кнопка отключения. Перед использованием необходимо пружину отключения взвести в рабочее положение. Это делается вручную при отсутствии тока или посредством подачи тока в электродвигатель привода. Так, через ключ управления подается ток на соленоид включения. В процессе этого заводится пружина включения, которая приводит в рабочее состояние вакуумный выключатель. Кроме этого автоматически взводится пружина срабатывания, которая автоматически отключает прибор. Область применения
Выключатели применяются в трехфазных сетях переменного тока, частота которых составляет от 50Гц до 60Гц. Электрооборудование устанавливается в районах крайнего Севера, а также в жаркой местности. Они выносят температуру от -60 до +40, их работоспособность при этом не уменьшается. Плюсы вакуумного переключателяВакуумные переключатели имеют некоторые преимущества:
Кроме этого отмечают ряд дополнительных плюсов:
К тому же производители гарантируют небольшие расходы на эксплуатацию и ремонт.
Вакуумный выключатель bbф-27,5Цель работы: изучение вакуумной камеры выключателя.
Выключатель ВВФ-27,5 (выключатель вакуумный фидерный на 27,5 кВ) предназначен для тяговых сетей однофазного переменного тока 27,5 кВ. В выключателе использованы камеры типа КДВ-10-1600-20УХЛ2. Выключатель рассчитан на максимальное напряжение 29 кВ. Его номинальный ток I600A, номинальный ток отключения и 4-секундный ток термической стойкости 20 кА. Время включения выключателя не более 0,1 с, а отключения - не более 0,05 с. Выключатель рассчитан на цикл работы: отключение, пауза 0,5 с, включение на КЗ с последующим отключением, пауза 5 с, включение на КЗ и отключение. Номинальное напряжение постоянного тока электромагнитов 110 или 220 В. Отечественной промышленностью освоен выпуск выключателей ВБН-27,5, вакуумная камера которого размещена в баке, заполненном трансформаторным маслом, что повышает надежность его работы.
Основой вакуумного выключателя является дугогасительная камера. Вакуумная камера (см. рис.3) состоит из двухсекционного стакана изолятора 1, вакуумно-плотно приваренного к металлическим фланцам 3 и 13, на которых установлены неподвижный 10 и подвижный 9 контакты. Токоввод 4 подвижного контакта выведен наружу через гофрированную стальную трубку-сильфон 5, а токоввод 11 неподвижного контакта укреплен на фланце 13. Для защиты изолятора 1 от частичек металла, распыляемых дугой при отключении, контакты камеры окружены системой экранов, из которых 7 и 12 - потенциальные, 8 - беспотенциальный. Защитный экран 2 предохраняет от прожигания дугой трубку сильфона. При изготовлении камера проходит специальную вакуумно-термическую обработку: ее прогревают и через патрубок 6 откачивают воздух; патрубок заваривают при разряжении в камере не выше 10-2 Па. Благодаря такой обработке, в течение всего времени эксплуатации в камере поддерживается достаточно высокое разряжение (вакуум). В выключателе используется три камеры, соединенные последовательно и размещенные одна над другой. Основанием выключателя служит шкаф с электромагнитным приводом ПЭ-II. Изоляция камер от шкафа обеспечивается аппаратными изоляторами. Для наблюдения за контактами камер при эксплуатации в камерах предусмотрены люки. Из-за высоких изоляционных свойств вакуума ход подвижного контакта невелик и составляет 10-14 мм.
а) б) в) Рис. 3. Вакуумная камера (а) и схемы, поясняющие движение по контактам камеры дуги в момент ее образования (б) и в процессе отключения (в)
Под действием атмосферного давления, действующего на подвижной контакт через сильфон, контакты камеры нормально замкнуты. Для размыкания их к токопроводу подвижного контакта прикладывают силу Fпр отключающей пружины. Гофры сильфона при этом сжимаются и подвижной контакт отрывается от неподвижного. При размыкании контактов под током на месте последней контактной точки образуется расплавленный металлический мостик, который под действием выделяемого тепла быстро со взрывом испаряется, образуя ионизированное, проводящее ток облачко паров металла - дугу. Давление внутри дуги существенно выше, чем в разреженном окружающем ее пространстве, поэтому пары металла с большой скоростью распространяются по всему объему камеры (диффундируют). Это обеспечивает резкое уменьшение проводимости канала дуги вблизи перехода тока через нуль, или, другими словами, очень быстрое восстановление электрической прочности межконтактного промежутка (5-50 кВ/мкс). В результате уже после первого или максимально второго перехода через нуль ток через камеру прерывается. Основные свойства камеры, а именно переходное сопротивление контактов, свариваемость контактов и их износ зависят от материала и формы контактов. Форма контактов ( рис.3, в) обеспечивает очень быстрое перемещение дуги после ее появления между контактными поверхностями (рис.3, б) на периферию, где она горит до погасания. При этом контактные поверхности не изнашиваются и не теряют свою форму. Перемещение дуги на периферию и ее вращение обеспечивается магнитным полем тока дуги, которое воздействует на контакты, имеющие дугообразные вырезы 14. Как было отмечено выше, контакты выключателя нормально замкнуты под действием атмосферного давления, передающегося через сильфон на подвижной контакт 9. Однако этого, как правило, недостаточно, чтобы противостоять динамическим усилиям, возникающим в контактной системе камеры в момент протекания через нее больших токов КЗ, стремящихся отбросить контакты друг от друга. В момент «отброса» контактов между ними возникает дуга, контакты интенсивно эрозируют, и камера может очень быстро оказаться неработоспособной по износу контактов. Для исключения отбросов подвижного контакта введена пружина. В момент включения выключателя усилие, развиваемое соленоидом включения привода, через тяги передается на подвижные контакты всех трех камер. Ресурс выключателя на конкретном участке определяется количеством числа отключений КЗ и величиной отключаемого тока. Согласно ТУ неотключение вакуумным выключателем нормированного тока за два полупериода считается недопустимым, такой выключатель бракуют. studfiles.net 1.Принцип работы и устройство вакуумных выключателей высокого напряжения.Билет15 Задача: Завод питается от подстанции энергосистемы по двум воздушным линиям напряжением 110кВ. Распределение электроэнергии по заводу осуществляется на напряжении 10 кВ. Ген. план показан на рисунке. Сведения о нагрузке
Рис. 1. Генплан Определить оптимальное место расположения главной понизительной подстанции (ГПП), число и мощность силовых трансформаторов ГПП, составить принципиальную однолинейную схему электроснабжения. Вопросы:
Билет №15 В последние годы, кроме хорошо себя зарекомендовавших масляных и воздушных выключателей, в энергетических системах начали применяться выключатели, действие которых основано на совершенно новых принципах гашения дуги. И хотя эти так называемые вакуумные выключатели занимают пока еще очень скромное место среди выключателей высокого напряжения, они несомненно имеют большие перспективы применения на электрических станциях и подстанциях. В этих выключателях контактная система помещена в глубокий вакуум, примерно 10-4 Па, вследствие чего они и получили название вакуумных. Процесс отключения в вакуумном выключателе протекает следующим образом. В момент расхождения контактов площадь их соприкосновения уменьшается, плотность тока резко возрастает и металл контактов плавится и испаряется в вакууме. При этом между контактами образуется проводящий мостик, состоящий из паров металла электродов. Загорается так называемая вакуумная дуга, которая гаснет при первом же переходе тока через нуль. Электрическая прочность вакуума восстанавливается очень быстро, так как малая плотность газа в колбе выключателя обусловливает исключительно высокую скорость диффузии электрических зарядов из ствола дуги. Уже через 10 мкс после перехода тока через нуль электрическая прочность вакуума достигает своего полного значения 100 МВ/м. Если к этому времени раствор контактов окажется достаточным для того, чтобы электрическая прочность межконтактного промежутка стала больше восстанавливающегося напряжения, дуга погаснет окончательно. В противном случае произойдет повторный пробой промежутка и повторное зажигание Дуги. При отключении вакуумным выключателем малых токов (несколько ампер или десятков ампер) может произойти преждевременное снижение тока до нуля до естественного перехода тока через нуль (срез тока), что объясняется очень быстрой деионизацией межконтактного промежутка. Срез тока сопровождается, как и в других выключателях, перенапряжениями. Для надежности работы вакуумного выключателя и увеличения срока его службы весьма существенной является износостойкость контактов, которые распыливаются во время горения дуги. При очень сильном распылении металла контактов может образоваться такое количество паров металла, что гашение дуги окажется невозможным. Опыт показал, что наиболее сильное распыление наблюдается у контактов из латуни и меди. Тугоплавкие металлы, такие, как вольфрам или молибден, распыливаются сравнительно мало. С увеличением отключаемого тока распыливание металла контактов растет, причем быстрее, чем увеличивается ток. Таким образом, для повышения отключающей способности вакуумного выключателя необходимо применять наиболее тугоплавкие материалы для контактов. С другой стороны, повышение тугоплавкости контактов увеличивает ток среза, что неблагоприятно сказывается на отключениях, вызывая опасные перенапряжения. Наибольший ток среза возникает при контактах из вольфрама, и он в 2,5 раза меньше при контактах из меди. Следовательно, для надежной работы вакуумных выключателей необходимы специальные материалы, обеспечивающие отключения больших токов и имеющие малый ток среза. К сожалению, металлов, удовлетворяющих одновременно обоим требованиям, нет, и поэтому широкое распространение получили вольфрам и молибден, которые допускают отключение токов свыше 4 - 5 кА, хотя при этом и возникают большие токи среза. Современные вакуумные выключатели рассчитаны на отключение токов в пределах от 1,0 до 8,0 кА при напряжениях 3 - 20 кВ. Дуго-гасительная камера вакуумного выключателя представляет собою герметический вакуумный сосуд из металла и стекла, в котором поддерживается вакуум 10-4 Па. Корпус камеры может быть изготовлен не только из стекла, но и из других изоляционных материалов, которые вакуумно-плотно свариваются с металлом. Внутри корпуса находятся два контакта — подвижный, соединенный с корпусом при помощи сильфона, и неподвижный. Ход контактов составляет всего 10 - 15 мм. Срок службы камеры (ресурс) очень велик – 100 - 250 тыс. операций. Для некоторых типов камер ресурс составляет до 2 млн. операций включения и отключения. Вакуумные выключатели находят уже теперь широкое применение в установках с частыми операциями включения и отключения: в электрических печах, трансформаторах с регулированием под нагрузкой, в качестве контакторов для управления мощными двигателями и т. д. Они используются в последовательном соединении в установках высокого напряжения (до 500 кВ) как выключатели нагрузки и для отключения холостого хода длинных линий. В этом случае необходимо обеспечить равномерное распределение напряжения между отдельными камерами путем шунтирования их конденсаторами. studfiles.net Лекция № 20 Вакуумные и воздушные выключателиВ вакуумных выключателях контакты расходятся в среде с давлением 10-4 Па. При таком вакууме дугогасительный промежуток имеет высокую электрическую прочность - примерно 100 кВ/мм. Малая плотность воздуха создает возможность гашения дуги без ДУ за время 0,01 - 0,02 с. Высокие значения напряжённости электрического поля являются причиной возникновения дуги в вакууме благодаря автоэлектронной эмиссии. Малая плотность среды обусловливает высокую скорость диффузии зарядов из-за большой разности плотности частиц в разряде и вакууме. Быстрая диффузия частиц, высокая электрическая прочность вакуума позволяют эффективно гасить дугу в выключателе. При работе выключателя распыленные материалы контактов осаждаются на поверхности изоляционного цилиндра, что создает возможность перекрытия изоляции. Для защиты цилиндра от паров металла электроды защищаются металлическими экранами 8 и 9 (рис. 20.1). В вакуумной дугогасительной камере контактный стержень 4 с контактным наконечником 1-2 жестко укреплен в металлическом фланце 6 керамического корпуса 10. Контактный стержень подвижного контакта 5 связан с сильфоном 7, выполненным из нержавеющей стали. Сильфон представляет собой цилиндрическую эластичную гармошку. Поэтому стержень 5 имеет возможность осевого перемещения. Внутренняя полость сильфона связана с атмосферой, поэтому контакт 3 верхнего контакта нажимает на контакт 3 нижнего контакта с силой, равной произведению площади сильфона на атмосферное давление. При больших номинальных токах и для получения необходимой динамической стойкости ставится дополнительная пружина, создающая необходимое нажатие контактов. Металлические экраны 8 и 9 служат для выравнивания электрического поля между контактами с целью повышения электрической прочности. Экран 8 защищает также керамику 10 от напыления паров металла, образующихся при гашении дуги. Касание контактов 1 происходит в шести точках, что позволяет снизить переходное сопротивление и уменьшить температуру контактов. Тепло, выделяемое в контактах 1, 1' и контактных стержнях 4, 5, отводится в основном теплопроводностью к нижнему фланцу 6 и шинам, соединяемым с контактом 5. Из-за высокого вакуума отдача тепла в радиальном направлении идет только за счет излучения.
Рис. 20.1. Вакуумная дугoгасительная камера Поперечное магнитное поле в месте перехода тока из контакта 1 в контакт 1' быстро перебрасывает дугу на криволинейные сегменты 2. Перемещение дуги по контактам с большой скоростью позволяет уменьшить эрозию контактов и снизить количество паров металла в вакуумной дуге. Однако при больших токах отключения напряжение на дуге начинает расти с увеличением тока (до 100 В и выше). При этом энергия дуги увеличивается, процесс гашения затрудняется. Общий вид выключателя, использующего ДУ по схеме рис. 20.1, показан на рис. 20.2.
Рис. 20.2. Вакуумный выключатель Дугогасительные камеры 1, залитые в эпоксидный компаунд, имеют выходные контакты 2 в виде розеток. ДУ укреплены на тележке 3, в которой расположены механизм и привод выключателя. Преимущества вакуумных выключателей:
К недостаткам можно отнести:
В воздушном выключателе в качестве гасящей среды используется сжатый воздух, находящийся в баке под давлением 1 – 5 МПа. При отключении сжатый воздух из бака подается в ДУ. Дуга, образующаяся в камере ДУ, обдувается интенсивным потоком воздуха, выходящим в атмосферу. На рис. 20.3 показан воздушный выключатель типа ВВП-35 для электротермических установок.
Рис. 20.3. Выключатель типа ВВП-35 Принципиальной особенностью выключателя является наличие отделителя 1, включенного последовательно с ДУ3. В ДУ продольного дутья ток отключения зависит от отношения l/d, где l - расстояние между контактами, d - диаметр сопла ДУ. Для одностороннего сопла наибольшее значение тока отключения достигается при l/d=0,33. После отключения обычно в ДУ устанавливается атмосферное давление и расстояние l=0,33d может пробиваться восстанавливающимся напряжением. Поэтому последовательно с ДУ включается отделитель, который создает надёжный изоляционный промежуток после гашения дуги и смыкания контактов ДУ. При отключении сначала расходятся контакты в ДУ и дуга гаснет, затем расходятся контакты разъединителя. После этого подача сжатого воздуха в ДУ прекращается и контакты ДУ смыкаются. Включение выключателя производится замыканием контактов отделителя 1 и 2. Работа узлов выключателя описывается ниже. Сжатый воздух находится в стальном баке 4. На стеклоэпоксидной трубе 5 расположено ДУ 3. Цепь высокого напряжения присоединяется к выводам 9 и 7. Последовательно с ДУ включены контакты 1 и 2. Неподвижный контакт отделителя 2 укреплен на стеклопластиковом цилиндре 8. Привод ножа отделителя осуществляется через изоляционную штангу 6. Для ограничения перенапряжений дуговой промежуток шунтирован нелинейным резистором 16. При отключении электромагнит воздействует на пусковой клапан 18 и сообщает с атмосферой полость справа от поршня 10. Под действием сжатого воздуха поршень 10 перемещается вправо вниз и открывает главный клапан 11. Сжатый воздух из бака 4 поступает по трубе 5 в ДУ. В ДУ (рис. 20.4) под действием сжатого воздуха поршень 12 вместе с трубчатым контактом 13 поднимается вверх. Дуга между контактами 13 и 14 интенсивно охлаждается сжатым воздухом. Предельная длина дуги ограничивается электродом 15. Длительность горения дуги составляет 0,5-1,5 полупериода. После погасания дуги привод приводит нож отделителя 1 в положение, обозначенное пунктиром. После отключения клапан 11 закрывается и под действием пружины 17 контакты ДУ замыкаются. Для включения выключателя изменяется направление потока сжатого воздуха, поступающего в привод отделителя, благодаря чему нож 1 и контакт 2 замыкаются. Из-за невысокой надежности отделителей такие выключатели не применяются в открытых распределительных устройствах (ОРУ). В ОРУ используются выключатели с газонаполненным отделителем (серии ВВН), в которых контакты отделителя защищены от воздействия окружающей среды. В электротермических установках на напряжение 110 и 220 кВ используются выключатели серии ВВБ, в которых дугогасительная камера размещается непосредственно в баке с сжатым воздухом. На рис. 20.5, а показан полюс выключателя серии ВВБ на напряжение 110 кB. Бак с сжатым воздухом 1 располагается на опорном изоляторе 2, в этом же изоляторе проходят управляющие воздухопроводы, воздух в которых находится под давлением 2,6 МПа. Шкаф управления 3 расположен в основании выключателя. ДУ соединяется с внешней цепью токоведущими частями проходных изоляторов 4. Равномерное распределение напряжения между двумя разрывами устройства обеспечивается с помощью конденсаторов 5.
Рис. 20.4. Дугогасительное устройство выключателя ВВП-35 Схема устройства представлена на рис. 20.5,б, где 5 - шунтирующие конденсаторы, обеспечивающие равенство напряжений на двух разрывах устройства; 6 - основные контакты; 7 вспомогательные; 8 - шунтирующие резисторы, служащие для снижения скорости восстановления напряжения. Ток через шунтирующие резисторы отключается контактами 7 после гашения дуги в основных разрывах 6.
а в б Рис. 20.5. Баковый воздушный выключатель серии ВВБ-110 В ДУ (рис. 20.5,в) неподвижный контакт 9 укреплен на конце токоведущего стержня изолятора 10. Подвижный контакт 11 укреплен на траверсе 12, связанной с приводным штоком 13. Выступ 14 на штоке 13 служит для фиксации механизма ДУ во включенном положении с помощью защелок 15. Во включенном положении полость бака отделена от атмосферы с помощью клапана, закрывающего выхлоп 1. При отключении в привод подается сжатый воздух, под действием которого шток 13 перемещается вверх и открывает клапан выхлопа 1, отделяющий полость бака от атмосферы. Дуга между контактами 11 и 9 потоком выходящего воздуха сдувается на точки а и б, где подвергается интенсивному продольному дутью сжатым воздухом. После отключения клапан закрывается и бак разобщается с атмосферой. В современных выключателях используется модульный принцип. ДУ на рис. 20.5,в, рассчитанное на напряжение 110 кВ, может использоваться при напряжении 220 кВ при том же токе отключения, но два ДУ соединяются последовательно, а опорная изоляция соответственно усиливается. На напряжение 500 кВ соединяются пять ДУ. Выключатели, используемые для расширения номинального напряжения путем последовательного их соединения, называются модулями. Совершенствование модуля ВВБ позволило повысить номинальное напряжение со 110 до 220 кВ. При этом сокращается число разрывов выключателя в 2 раза, что дает большой технико-экономический эффект. Развитием этой серии выключателей является выключатель ВВБК, в котором давление воздуха поднято до 4 МПа. В результате конструктивных усовершенствований при отключении создается двустороннее несимметричное дутье, повышающее эффективность гашения дуги. Для уменьшения времени отключения в выключателях на напряжение 220 кВ и выше пневматическая система управления заменена механической. Номинальное напряжение выключателя ВВБК достигает 1150 кВ. Серия воздушных выключателей ВНВ предназначена для напряжений 220-1150 кB и тока отключения до 63 кА. Модуль на напряжение 250 кВ представлен на рис. 20.6, а. При отключении контакты ДУ расходятся и открывается выхлопной клапан, соединяющий внутреннюю полость ДУ с атмосферой. После гашения дуги контакты остаются в разведенном состоянии, а выхлопной клапан закрывается, ДУ герметизируется. Расположение трёх полюсов выключателя показано на рис. 20.6,б, где 1 - бак с сжатым воздухом; 2 - опорный изолятор; 3 - основной разрыв; 4 - конденсатор для выравнивания напряжения по разрывам; 5 - шунтирующий резистор с ДУ. Выключатель на 500 кВ имеет два модуля, включенных последовательно, и три модуля при напряжении 750 кВ. Опорные изоляторы усиливаются соответственно классу напряжения.
а б Рис. 20.6. Воздушный выключатель серии ВНВ В основании модуля выключателя расположен бак 1 с сжатым воздухом (рис. 20.7). Сжатый воздух по трубопроводу подается в верхний бак, образованный металлическим цилиндром 9 и стеклоэпоксидным цилиндром 11 и содержащий ДУ. Главный контакт создается пальцами 19 неподвижного контакта и внешней поверхностью подвижного цилиндрического контакта 18. Пальцы дугогасительного контакта 20 расположены в прорезях дутьевого сопла неподвижного контакта и скользят по внутренней поверхности контакта 18. Во включенном положении (см. рис. 20.7) контакт 18 прижат к седлу 25. Внутренняя полость контакта 18 соединяется с атмосферой через открытый выхлопной клапан 24, а его внешняя поверхность и пальцы 19 находятся в среде сжатого воздуха. Сопло 17 подвижное. Начальное расстояние между контактом 20 и соплом 17 - оптимальное для данного сечения сопла.
Рис. 20.7. Пневмомеханическая схема полюса выключателя ВНВ-500 (А- к коммутирующему устройству шунтирующего резистора) После гашения дуги подвижное сопло 17 перемещается под действием давления внутри ДУ вправо, садится на седло 26 и герметизирует камеру. Для уменьшения напряженности электрического поля между контактами в разведенном состоянии они окружены экранами 16, что позволяет поднять электрическую прочность промежутка и номинальное напряжение модуля. При отключении срабатывает отключающий электромагнит 3, открывающий клапан 6. Сжатый воздух подаётся на поршень 7, воздействующий на тягу 8. Через звенья 5, 4, 2 усилие передается на изоляционные тяги 13, которые перемещаются вниз. Звенья 15 и 37 соединяются с тягой 13, трубкой 14 и перемещают горизонтальную тягу 36, которая связана с подвижным контактом 18. Контакт 18 сначала размыкается с пальцами 19, а затем с пальцами 20. Между последними и внутренней поверхностью контакта 18 загорается дуга, которая быстро перемещается воздушным потоком, вытекающим в атмосферу через дутьевое сопло неподвижного контакта и подвижное сопло 17. Гашение дуги происходит за счёт двустороннего дутья. Шток 31 связан с тягой 13 и при движении тяги вниз действует на рычаг 30 и открывает клапан 34. При этом сжатый воздух, находящийся под поршнем 35, через змеевик 29 выходит в атмосферу. Поршень 35 освобождает рычаги 27 и 28 и с помощью тяг 22, 23 и коромысла 21 закрывает клапан 24. Одновременно подвижное сопло 17 вместе с ограничивающим электродом 41 перемещается вправо, пока не сядет на седло 26. Таким образом, внутренний объем ДУ герметизируется и отделяется от атмосферы. Электрод 41 ограничивает длину дуги, горящий между ним и неподвижным дугогасительным контактом 20, что уменьшает энергию, выделяемую дугой. При включении срабатывает электромагнит 12. Kлaпан 10 открывается и соединяет полость над поршнем 7 с атмосферой. Одновременно подается сжатый воздух на поршень 38, который отделяет полость бака от поршня 7. Под действием заранее заведенной пружины 33 шток 32 опускается и клапан 34 закрывается. Сжатый воздух подаётся к поршню 35, и он опускается, воздействуя на рычаги 28,27. Клапан 24 открывается, а подвижное сопло 17 устанавливается в положение, показанное на рис. 20.7. При этом внутренняя полость контакта 18 и сопла 17 соединяется с атмосферой. При закрытии клапана 34 сжатый воздух подаётся в контейнер со вспомогательным контактным блоком, который включает резистор. При движении тяги 13 вверх подвижный контакт 18 замыкается с неподвижным, одновременно поршень 7 переходит в положение, указанное на рис. 20.7. После выхода воздуха из полости над поршнем 7 закрываются клапаны 10, 6 и поршень 38 устанавливается в исходное положение соответствующими пружинами. В выключателе на напряжение 1150 кВ при включении замыкаются вспомогательные контакты и в цепь вводится резистор, сопротивление которого равно волновому сопротивлению коммутируемой линии. Затем, примерно через 10 мс, включается контакт 18, который шунтирует этот резистор. Это ограничивает перенапряжение при включении холостых линий электропередачи. Конструктивные особенности данного выключателя:
Стоимость выключателей с приводами довольно велика. С учетом необходимых для управления выключателем трансформаторов тока и устройств релейной защиты стоимость современного распределительного устройства получается очень высокой. Если длительный ток установки невелик (400 – 600 А при напряжении 10 кВ) вместо выключателя с релейной защитой целесообразно использовать выключатель нагрузки и предохранители. Выключатель нагрузки имеет ДУ небольшой мощности для отключения номинальных токов. В случае КЗ используется высоковольтный предохранитель. В выключателях нагрузки для гашения дуги применяются камеры с автогазовым, электромагнитным, элегазовым дутьем и вакуумными элементами. В камерах с автогазовым дутьем гашение дуги осуществляется газами, которые выделяются под действием высокой температуры дуги стенками из газогенерирующего материала (органического стекла, винипласта и др.). Общий вид автогазового выключателя нагрузки типа ВН-16 на напряжение 10 кВ и отключаемый ток 200 А показан на рис. 20.8.
а б Рис. 20.8. Выключатель нагрузки ВН-16 Все три полюса размещаются на сварной раме. На нижнем опорном изоляторе полюса расположены вывод полюса и шарнир подвижного контакта 1. На верхнем изоляторе укреплены неподвижный главный контакт 2, дугогасительная камера 5 и второй вывод полюса. Подвижный главный контакт 1 выполнен из двух стальных пластин. В середине укреплен дугогасительный контакт 4 в виде изогнутой медной шины. Подвижные контакты приводятся в движение валом выключателя 3, который соединен с контактами фарфоровой тягой. Отключение выключателя происходит под действием пружин 6, которые заводятся при включении. В дугогасительной камере (рис. 20.8, б) расположен неподвижный дугогасительный контакт точечного типа 7, соединенный с главным неподвижным контактом 2. Корпус камеры выполнен из пластмассы и состоит из двух половин, стянутых винтами. Внутри корпуса размещены два вкладыша 8 из органического стекла. Управление выключателем осуществляется ручным рычажным приводом со встроенным электромагнитом для дистанционного отключения. Во время отключения сначала размыкаются главные контакты и весь ток перебрасывается в цепь дугогасительных контактов, после расхождения которых между вкладышами 8 загорается дуга. Малая толщина подвижного дугогасительного контакта 4 и узкая щель, в которой он перемещается, обеспечивают хороший контакт дуги со стенками вкладышей. Благодаря высокой температуре дуги вкладыши интенсивно выделяют газ, который стремится выйти из камеры через зазор между подвижным контактом и вкладышами. При этом возникает продольный обдув дуги, в результате чего она гаснет. Зона выброса газов из камеры – 200–500 мм. Контакт 4 выходит из камеры тогда, когда дуга погаснет. В отключенном положении дугогасительный контакт отходит от камеры на расстояние, обеспечивающее достаточную электрическую прочность для данного класса напряжения. Последовательно с выключателем нагрузки включаются мощные предохранители типа ПК, которые защищают установку от КЗ. Bыбoр выключателей При выборе выключателя его номинальные параметры сравниваются с параметрами сети в месте его установки. Номинальное напряжение выключателя должно быть равно или больше номинального напряжения защищаемой сети. Номинальный длительный ток выключателя должен быть больше номинального тока установки. Номинальный ток отключения выключателя должен быть больше максимального расчетного тока КЗ к моменту расхождения контактов. При выборе выключателя в момент размыкания контактов выключателя апериодическая составляющая тока КЗ не должна превышать апериодический ток, гарантированный заводом-изготовителем. Расчетное время размыкания берется равным минимально возможному. Термическая стойкость проверяется из условия протекания через выключатель тока КЗ в течение максимального времени, обусловленного срабатыванием защиты. Номинальный ток электродинамической стойкости выключателя должен превышать максимально возможное значение ударного тока КЗ, которое может быть в установке. При выборе типа выключателя следует учитывать следующие обстоятельства:
studfiles.net Устройство и принцип работы вакуумного выключателя — КиберПедия3.1 Ниже приведены вакуумные выключатели ВРС-10 в соответствуют техническим условиям ТУ У 31.2-0213434-024-2004 соответственно, а также ГОСТ 687-78, ГОСТ 18397-86 и предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока частоты 50 Гц с номинальным напряжением 10 кВ для систем с изолированной и частично заземленной нейтралью. Основные преимущества выключателей, это: высокий механический ресурс до 100 000 циклов ВО; высокий гарантийный срок эксплуатации 4 года ;отсутствие обслуживания; универсальность. 3.2 Характерной особенностью вакуумных камер является то, что они имеют простые торцевые контакты. Выключатели с другими способами дугогашения требуют применения более сложных скользящих и других контактов с использованием контактных пружин, которые ненадежны и подвергаются нежелательному высокотемпературному отжигу при коммутациях. Кроме того, в вакууме исключена возможность окисления и загрязнения контактов, а минимальное их выгорание гарантирует долговечность использования и высокую коммутационную износостойкость. Эти условия являются гарантией эксплуатации коммутационных аппаратов без ухода за вакуумными камерами. 3.3 Серия литых полюсов вакуумных выключателей типа ВРС-10 наделяет выключатели еще одним рядом преимуществ. Залитые эпоксидным компаундом вакуумные камеры надежно защищены от механических и электрических повреждений. Трубообразная конструкция изоляции полюсов обеспечивает оптимальное распределение электрического поля, при которой величина расстояния между полюсами, а также до заземленных частей конструкции выключателей и распределительных устройств может быть минимальной. Удачно выбранная конструкция полюсов препятствует накоплению пыли на изоляционной поверхности. 3.4 Электромагнитный привод вакуумных выключателей типа ВРС-10 выполняет следующие функции: - обеспечивает надежное и стабильное включение с нормированными параметрами; - обеспечивает надежное и стабильное отключение с нормированными параметрами, что позволило впервые упразднить традиционный элемент для всех выключателей - отключающую пружину и тем самым значительно снизить энергоемкость привода и повысить его надежность; - надежно фиксирует выключатель с помощью “магнитной защелки” в обоих крайних положениях “Включено” и “Отключено”; - обеспечивает ручное нормированное отключение. Многофункциональность электромагнитного привода и простота его конструкции позволила резко увеличить надежность и ресурс выключателей. Кроме того, это дало следующие преимущества: - малое потребление электроэнергии при включении и отключении; - возможность управления, по цепям оперативного постоянного тока. - минимальный вес и габариты; - отсутствие буферов и регулировок; - отсутствие необходимости проведения ремонтов в течение всего срока службы. Электромагнитный привод имеет унифицированный ряд исполнений в зависимости от выполняемой работы, что позволяет выполнить ВРС-10 ту расчетную минимальнонеобходимую работу, которую требуется выполнить каждому из них для обеспечения нормальной коммутации. 3.5 Блок (схема) управления вакуумных выключателей составляет единое целое с ним и размещен в корпусе выключателя. При этом управление осуществляется постоянным оперативным током.
Структура условного обозначения вакуумного выключателя. (пример)
ВРС10-40/4000 У2 ВРС- торговая марка вакуумного выключателя с электромагнитным приводом. 10- номинальное напряжение в киловольтах. 40- номинальный ток отключения в килоамперах. 4000- номинальный ток в амперах. У2- климатическое исполнение.
3. Конструкция и принцип работы выключателей с электромагнитным приводом. 4.1. Выключатели состоят из блок-контактов положения выключателя, указателя, блока коммутации, тумблера разрядки конденсатора, платы управления, электромагнита, конденсатора, механизма ручного отключения, счетчика, трех полюсов, механизма блокировки, вала, рамы и клеммного ряда. В фасадном листе выключателя имеется окно счетчика, окна указателя положения выключателя и окно для рычага ручного отключения. 4.2. Вал установленный в раме на подшипниках, служит для кинематических связей электромагнита с механизмом отключения блок-контактами и полюсами, а также для обеспечения блокировок. 4.3. Указатель включенного и отключенного положения выключателя представляет собой кронштейн с табличками “ВКЛ” или “ I ” красного цвета и “ОТКЛ” или “О” зеленого цвета. В зависимости от положения выключателя в окне фасадной крышки появляется соответствующая надпись. 4.4. Каждый полюс выключателей состоит из тяги изоляционной с механизмом поджатия, токосъема в виде гибкой связи или скользящего контакта, нижнего и верхнего контактов, вакуумной дугогасительной камеры и изоляционного корпуса. На полюсах выключателей на номинальные токи 3150А и 4000 установлен радиатор охлаждения. 4.5. Электромагнит показан постоянные магниты удерживают выключатель в крайних положениях “Включено” и “Отключено” за счет “магнитной защелки”, а именно замыкания магнитной цепи включения или отключения якорем.Электромагнит состоит из: листа опорного катушки отключения , постоянного магнита, якоря, магнитопровода, катушки включения; призмы, штоков. 4.6. Механизм отключений выключателей ВРС-10 служит для ручного отключения выключателя с помощью рычага ручного отключения. Отключение происходит за счет поворота кулачков вокруг своей оси против часовой стрелки, которые приводят к повороту основного вала и отключению выключателя. 4.7. Механизм блокировки выключателя, при установке выключателя на тележке шкафа серии КУ 10С, обеспечивает: 1) механическую блокировку, недопускающую перемещения включенного выключателя из контрольного положения в рабочее положение КРУ, а также с рабочего положения в контрольное; 2) механическую и электрическую блокировку недопускающую включения выключателя в промежуточном (между рабочим и контрольным) положении КРУ; 3) блокировку, недопускающую перемещения выключателя из контрольного положения в рабочее положение КРУ, а также из рабочего положения в контрольное положение КРУ при отсутствии разрешающего напряжения в цепи блокирующего электромагнита. Подача напряжения в цепь блокирующего электромагнита на время более 1 минуты строго запрещается. Повторная подача напряжения в цепь блокирующего электромагнита должна производиться не ранее, чем через 5 минут. При проведении пуско-наладочных работ и отсутствии оперативного напряжения механизм блокировки выключателя должен быть разблокирован специальным штоком через отверстие, который входит в комплект поставки КРУ.4.8. В отключенном положении выключателя контакты разомкнуты, а якорь электромагнита удерживается в крайнем отключенном положении с помощью “магнитной защелки”. В этом положении на якорь действуют силы: сила втягивания трех ВДК (атмосферное давление) и сила постоянных магнитов, направленная в противоположную сторону. В отключенном положении выключателя переключатели блок-контактов действием тяги, соединенной с валом, находятся в нажатом положении. При этом указатель в окне фасадного листа видна надпись “ОТКЛ”. 4.9. Во включенном положении выключателя якорь электромагнита удерживается силой притяжения постоянного магнита, то есть “магнитной защелкой”. В этом положении контакты ВДК замкнуты и поджаты пружинами механизмов поджатия. При этом на якорь действуют силы: сила втягивания ВДК, сила действия “магнитной защелки”, а также сила пружин механизмов поджатия, направленная в противоположную сторону. Выключатель надежно фиксируется во включенном положении даже в условиях ударов и вибраций. Во включенном положении выключателя вал повернут и переключатели блок-контактов находятся в отпущенном положении. При этом указатель в окне фасадного листа видна надпись “ВКЛ”. 5.0. Для включения выключателя необходимо через катушку включения пропустить постоянный ток, при котором сила действия в магнитной цепи включения, несмотря на большой зазор между якорем и магнитопроводом, превысит силу притягивания постоянными магнитами якоря в магнитной цепи отключения, где аналогичный зазор отсутствует. Как только сила тяги достигнет достаточной величины (величины трогания), якорь электромагнита начинает с ускорением двигаться и приводит к повороту основного вала выключателя через ось, серьги и пальцы. Вал в свою очередь приводит к движению изоляционные тяги с механизмами поджатия в полюсах вверх. После замыкания контактов ВДК пружины механизмов поджатия начинают сжиматься. Касание якорем магнитопровода указывает, что выключатель включен и происходит его фиксация в этом положении “магнитной защелкой”. Чем меньше становится зазор между якорем и магнитопроводом магнитной цепи, тем больше сила тяги постоянных магнитов. Следовательно, включение выключателя происходит в результате совместного действия магнитодвижущей силы катушки включения и действия постоянных магнитов, имеющих большую энергоемкость. При этом указатель перемещается и в окне фасадного листа появляется надпись “ВКЛ”. 5.1. Для отключения выключателя необходимо через катушку отключения электромагнита пропустить постоянный ток в направлении, при котором сила действия на якорь превысит результирующую силу удержания “магнитной защелки”. Сила удержания во включенном положении равняется разнице между силами притяжения постоянных магнитов, атмосферного втягивания трех ВДК и силой пружин трех механизмов поджатия полюсов выключателя. После того, как вышеуказанное происходит, якорь электромагнита начинает двигаться. На первом участке движения (приблизительно третья часть хода) контакты ВДК продолжают быть замкнутыми, а сжатые пружины механизмов поджатия разжимаются и тем самым обеспечивают необходимую начальную скорость главных контактов выключателя во время процесса дугогашения. После того как пружины механизмов поджатия разжались на величину хода пружин поджатия, начинают размыкаться контакты ВДК и начинает происходить процесс гашения электрической дуги. При этом блок-контакты переключаются. Процесс отключения заканчивается тем, что якорь электромагнита замыкает собой магнитную цепь отключения электромагнита и тем самым четко фиксирует выключатель в отключенном положении “магнитной защелкой”, которую обеспечивают постоянные магниты электромагнита. Указатель положения выключателя при этом перемещается и в окне фасадной перегородки появляется надпись “ОТКЛ”. 5.2. Ручное включение выключателя предусмотрено только специальным устройством для ручного включения. Попытка включить выключатель вручную иным способом может привести к выходу его из строя.
cyberpedia.su Устройство и принцип работы вакуумного выключателяПоиск ЛекцийОбщие положения 1.1.Настоящий стандарт распространяется на элегазовые выключатели предназначенные для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока частоты 50 Гц для номинального тока отключения короткого замыкания в 40кА DT1-245P Flвыключатель с пружинным приводом. Рабочей температурой применения в районах с холодным климатом является температура -30°C. Используя любой баковый нагреватель или конструкции со смесью газов, баковые элегазовые выключатели серии DTl-245 могут быть установлены в регионах с температурой даже в -60°С. 1.2.Высоковольтные выключатели компании ALSTROM требуют минимального обслуживания. Тем не менее, обслуживание необходимо для обеспечения безотказной эксплуатации, оперативному персоналу, ремонтному персоналу по обслуживанию оборудования подстанций. В создании высоковольтного выключателя DT1-245P F1 использована комбинация автокомпрессионного газа SF6 и самогашения для прерывателей третьего поколения. Настоящая инструкция составлена в соответствии с требованиями действующих нормативно-технических документов и организационно-распорядительных документов -основную цель и обязательства политики в -экологические аспекты, опасности и риски своей деятельности; -инструкции по обращению с отходами производства и потребления.
Назначение, основные технические характеристики элегазовых выключателей. 2.1. Выключатель высоковольтный трёхполюсный предназначен для коммутации электрических цепей при рабочих и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока с заземленной нейтралью. 2.2. Технические характеристики выключателя приведены в виде таблице 1. Таблица 1
Устройство и принцип работы вакуумного выключателя 3.1.Блок полюса состоит из цилиндрического литого алюминиевого бака содержащего один встроенный изолированный прерыватель и два фарфоровых или композитных бушинга для изоляции сетевого напряжения от земли. Бушинговые трансформаторы тока смонтированы на корпусе бака сверху с двух сторон. Каждый полюс включает трубопровод и систему мониторинга газа. Подвижные контакты блока прерывателя соединены с приводным механизмом изолирующими штангами, валами и рычагами внутри каждой колоны полюсами и снаружи посредством обычной механической системы сцепления. 3.2.Бак изготовлен целиком из алюминиевого литья. На каждом конце корпуса бака сверху расположен карман трансформаторов тока и фланец бушинга. Две торцевые крышки, одна в форме колокола, закрывают оба торца бака и коленчатый вал. 3.3. Прерыватель. Каждый полюс включает в себя один прерыватель. Для прерывания в них используется комбинация действия автопомпрессионного газа SF6 и самогашения. В режиме отключения переход от проводящего к непроводящему состоянию происходит в течение нескольких миллисекунд. Во время операции отключения формируется дуга вдоль искрогасительных контактов прерывателя. Форсунки изолируют искрогасительные контакты, которые направляют поток газа вдоль дуги. Газовый поток движущийся внутри блока прерывателя гасит дугу. Токи меньшей величины, в номинальных пределах непрерывного тока для выключателя, прерываются автокомпрессионным действием, которое производится поршнем сжимающим газ SF6 внутри цилиндра. Токи более высокой величины, вплоть до номинального значения короткого значения (КЗ), прерываются самогасительным действием, также известным как дуговспомогательное действие. Приводной механизм подает энергию только для движения контакта и дополнительного компрессионного поршня. Камеры прерывателя собраны на заводе и могут быть заменены в полной сборке. 3.4. Бушинг и Центральный Токопроводник. На каждом блоке полюса находится два наполненных газом SF6 бушинга. Бушинги и связанный с ними бак составляет единый резервуар, наполненный газом SF6 и не имеющих никаких внутренних перегородок. Оба бушинга снабжены верхнем и нижнем фланцем для болтового соединения с высоковольтной клеммой и фланцем бака соответственно. Центральный токопроводник бушинга прикреплен к нижней стороне верхней высоковольтной клеммы, проходит вниз через защитную горловину (используемой для выравнивания диэлектрического поля), и стыкуется с зажимающим контактом в верхней части блока прерывателя. 3.5. Трансформаторы Тока Бушингового Типа. (БТТ). Трансформаторы тока тороидального типа, расположены на каждой стороне прерывателя под алюминиевыми крышками в основании каждого бушинга. Эти крышки являются составляющей части бушинга; для сохранения диэлектрической целостности бушинга, эти крышки не должны быть мяты. Трансформаторы тока контролируют первичный ток (через центральный проводник) и могут быть использованы в релейной защите или измерения. 3.6. Схемы управления. Схема управления выключателя состоит из компонентов, необходимых для управления катушками ВКЛ и ОТКЛ механизма, контроля и мониторинга позиции выключателя, и предотвращения работы выключателя в аварийных и опасных условиях. Команды ВКЛ и ОТКЛ обычно поступают из централизированной системы управления, но могут поступать с пульта управления релейной панели. Местное или дистанционное управление может быть использовано для ВКЛ и ОТЛ выключателя в аварийном режиме или для вывода на техническое обслуживание. 3.7. Система Мониторинга газа SF6. С целью обеспечения правильного гашения дуги и впоследствии противостоять напряжению, плотность газа не должна падать ниже величины блокировки. ALSTROM гарантирует не более 0,5% потерь газа SF6 в год в результате утечки (при герметичности оборудования). 3.8. Датчик плотности газа SF6 это устройство с температурной компенсацией, которое постоянно замеряет плотность газа SF6в газовой системе выключателя. Благодаря механизму компенсации температурных воздействий, датчик плотности не реагирует на нормальное изменения давления газа SF6, связанных с изменением температуры окружающей среды. Этот датчик реагирует на изменения плотности газа SF6 в связи с утечкой в системе. - зеленая зона показывает адекватное давление в выключателе; -жёлтая зона сигнализация; -красная блокировка. -чёрная точка в конце зеленого сегмента показывает номинальное давление выключателя. (6,4 БАР при 20°С) Позиция стрелки указывает плотность SF6 при любой температуре окружающей среды. Диапазон Давления SF6. (Таблица№1) Таблица №1
Чистый газообразный элегаз химически не активен, безвреден, не горит и не поддерживает горения, обладает повышенной теплопроводящей способностью, удачно сочетает в себе изоляционные и дугогасящие свой-ства, легкодоступен и сравнительно недорог. Электрическая прочность элегаза в 2,5 раза превышает прочность воздуха. Его электрические характеристики обладают высокой стабильностью. poisk-ru.ru | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Все вакуумные выключатели подразделяются на две большие группы: выключатели для напряжения до 35кВ и устройства для напряжения свыше 35кВ.
Номинальный ток выключения системы составляет 20-40 кА, при этом занимая 45 миллисекунд времени на отключение. Вся конструкция выключателя сконцентрирована на одном общем приводе, в то же время для каждой фазы существует отдельный изолятор. Соответственно входные проводники подсоединяются на шины подстанции, а выводные – на отходящие контакты. 
По своим функциям данное устройство практически ничем не отличается от своих собратьев. Выключатель предназначен для тех же целей: выключатель гарантирует при длительной эксплуатации прохождение номинальных электрических напряжений; обеспечивает надежную коммутацию электрооборудования электротехниками вручную, а также автоматически для изменения конфигурации действующей схемы; устройство обладает функцией отключения электрической системы при возникновении аварийных ситуаций.
