Конструкция вакуумной высоковольтной техники.
Особенности горения дуги
Вакуумная дугогасительная камера (ВДК) состоит из изоляционного корпуса, подвижного и неподвижного контактов, системы защитных экранов и устройства, называемого сильфоном, который служит для герметизации подвижного контакта.
1 – корпус ВДК;
2, 3 – подвижный и неподвижный контакты соответственно
4 – сильфон
5 – защитный экран
Защитный экран (5) служит для выравнивания электрической напряженности поля по длине ВДК и для защиты внутренней поверхности корпуса от продуктов эрозии контактов при горении дуги. В качестве электропривода вакуумной коммутационной техники преимущественно используются электромагниты типа «магнитная защелка» или приводы электромеханические.
Привод типа «магнитная защелка» состоит из электромагнита, соединенного подвижным контактом. При подаче напряжения сердечник магнита втягивается в катушку, воздействуя на подвижный контакт, и происходит замыкание цепи.
Для того чтобы экономить электроэнергию, после включения используют «магнитную защелку», которая выполнена в виде постоянного магнита, расположенного поверх катушки привода. При поданном на катушку напряжения этот магнит за счет поля намагничивается и при снятии напряжения остаточное поле удерживает систему во включенном состоянии. Для выключения (размыкания) цепи подается сигнал обратной полярности.
Так как из-за вакуума внутри камеры отсутствуют условия для отвода тепла от зоны горения дуги с помощью конвекции, то эту проблему решают за счет увеличения сечения токоподводящих проводов.
Особенности горения дуги в ВДК
Горение дуги происходит в парах металла контактов при наличии явления автоэлектронной эмиссии: это выделение электронов с поверхности электрода при воздействии сильного электрического поля.
Процесс возникновения дуги и ее гашения происходит следующим образом: при возникновении аварийной ситуации (КЗ в электрической сети) происходит размыкание контактов (по сигналу релейной защиты). В первый момент между контактами остаются мостики (за счет шероховатости поверхности), которые расплавляются большим током К3 и при высокой температуре происходит испарение металла.
Появившиеся пары металла бомбардируются электродами, вышедшими с поверхности электрода за счет автоэлектронной эмиссии и происходит ионизация паров, появляется дуга между контактами, называемая вакуумной дугой; эта дуга горит до тех пор, пока существуют условия для появления паров металлов.
При быстром размыкании контактов процесс ионизации паров быстро прекращается (мостики отсутствуют) и дуга гаснет за 10-15 мс.
Один из главных недостатков вакуумных выключателей является возможность генерирования перенапряжений в электрической сети.
Одна из главных причин перенапряжения при коммутации цепи вакуумных выключателей является явление, называемое «срезом» тока, то есть размыкание цепи между контактами при наличии тока в электрической цепи, то есть ток после погашения дуги не равен нулю.
Обычно ток среза составляет 10-15 А.
Второй причиной появления перенапряжения является повторный пробой межконтактного промежутка и возникновения явления, называемого «экскалацией напряжения».
В вакуумном выключателе существует явление холодной сварки, то есть приваривание контактов при длительном их замыкании. Эта проблема решается введением примеси в материал контактов.
Снижение величины срезаемого тока обеспечивается за счет добавки в материал контактов сурьмы от 2-5%.
В качестве контактных материалов в ВДК используют медно-висмутовые, медно-хромовые и медно-бериллиевые сплавы.
Особенности конструкции контактов
Для повышения отключающей способности применяются меры, обеспечивающие непрерывное перемещение дуги под действием магнитного поля, создаваемого отключаемым током. В вакуумных камерах на напряжение 10 кВ и номинальные токи отключения до 31,5 кА применяют контакты с поперечным по отношению к дуге магнитным полем.
На более высокие напряжения и токи до 100 кА применяют контакты с продольным магнитным полем.
Наибольшее распространение получили две разновидности контактов:
1. Контактная система типа «спиральный лепесток», вынуждающая безостановочно вращаться по поверхности контактов сжатую дугу и тепло от дуги не успевают проникнуть глубоко в металл.
Эффективность вращения дуги зависит от кривизны спирали. Чем больше кривизна, тем выше эффективность гашения дуги.
Происходит изменение направления тока на 90 градусов. Это обеспечивает непрерывное вращение дуги по поверхности контакта.
В межконтактном промежутке ВДК в зависимости от конструкции и величины тока вакуумная дуга может поддерживаться в диффузной форме при токах 5-7 кА или сжатой форме при больших токах. Диффузная дуга существует в виде нескольких параллельных дуг, через каждую из которых может протекать ток до нескольких сотен ампер.
2. контактная система чашеобразного типа, которая препятствует образованию сжатой локализованной дуги, которая остается в диффузном состоянии, что облегчает процесс дугогашения.
Конструкции и технические характеристики
вакуумных выключателей
1. Выключатель серии ВВ/TEL с электромагнитным приводом, с магнитной защелкой фирмы «ТАВРИДА ЭЛЕКТРИК».
Эти выключатели применяют в ячейках КРУ внутренней и наружной установки, как при новом строительстве, так и при замене выключателей прошлых лет выпуска.
Отличительные особенности:
- высокий коммутационный ресурс;
- высокий механический ресурс;
- не требуется проведения текущего и среднего ремонта;
- малое потребление мощности по цепи оперативного питания
- малые габариты и вес
Кроме фирмы «ТАВРИДА ЭЛЕКТРИК» вакуумный выключатель изготавливает уфимский завод «Электроаппарат». Выключатель серии ВБТЭ-10-20 на этом заводе в процессе изготовления при проведении приемо-сдаточных работ все выключатели подвергаются сплошному контролю параметров на стенде автоматического контроля параметров. Этот стенд предназначен для контроля параметров вакуумных выключателей и может быть использован для проверки ресурса по механической стойкости и установления безотказной наработке при квалификационном и периодическом испытании.
Испытательный стенд контролирует следующие параметры:
1. Ход подвижных контактов и изоляционных тяг;
2. Собственное время включения и отключения выключателя;
Собственное время отключения выключателя – это время от момента подачи сигнала с помощью релейной защиты на отключения до момента начала расхождения контактов.
3. Скорость движения контактов при включении и отключении. Оптимальная скорость разделения контактов должна быть такой, чтобы за один полупериод промышленные частоты успевали пройти расстояние 50-80% расстояния между контактами в отключенном положении;
4. Суммарное время дребезга и разновременность размыкания и замыкания контактов;
Дребезг – это микро-перемещения после замыкания/размыкания.
5. Ход и усилие поджатия контактов;
6. Напряжение срабатывания электромагнитов включения и отключения;
7. Максимальный ток срабатывания электромагнитов;
8. Ток и напряжения, потребляемые электроприводами выключателя.
Другим крупным производителем вакуумной техники является производственное объединение «Контакт» (г. Саратов), который выпускает как высоковольтную, так и низковольтную коммутационную технику.
Вакуумный реклоузер
Вакуумные реклоузеры фирмы «ТАВРИДА ЭЛЕКТРИК» предназначены для применения в воздушных распределительных сетях с номинальным напряжением 6-10 кВ для использования в качестве:
- фидера нагнетающей подстанции;
- автоматического пункта секционирования сети с односторонним питанием;
- автоматического пункта секционирования сети с двухсторонним питанием;
- пункта сетевого резервирования для обеспечения автоматического включения резерва;
- защитного аппарата на ответвление сети
Отличительной особенностью реклоузера является:
- обеспечение трехкратного быстрого автоматического повторного включения;
- возможность интеграции в системы телемеханики;
- ведение журналов оперативных и аварийных событий;
- высокий механический и коммутационный ресурсы;
- встроенная система измерения;
- простота монтажа и эксплуатации;
- минимальные затраты по обслуживанию.
В состав реклоузера входят:
1. коммутационный модуль
2. шкаф управления
3. соединительный кабель.
