В высоковольтных линиях до 6, 10 и даже 35 кВ при попытке включения/отключения отдельных цепей возникает мощная электрическая дуга. Для ее эффективного гашения, надежной коммутации используют вакуумный выключатель. Это оборудование, рассчитанное на нормальные и аварийные режимы энергосистемы, то есть номинальные токи и токи коротких замыканий.
Область применения
Вакуумные выключатели являются представителями нового поколения среди коммутационной высоковольтной аппаратуры. Они более эффективны, экономичны по сравнению с традиционными воздушными и электромагнитными выключателями. Как показывает статистика, доля их применения в сетях с напряжением от 6 до 10 и даже 35 кВ стабильно растет. Так, например, высоковольтные линии в Китае практически полностью строятся вокруг таких коммутаторов. В развитых странах Евросоюза их доля превышает две трети. Такое соотношение достигается за счет более надежной, а главное, долговечной конструкции (паспортный показатель достигает 20 лет). Они довольно неприхотливы в обслуживании и эксплуатации, не требуют регулярной очистки, то есть, снижают амортизационные капиталовложения.
Принцип действия
Работа вакуумных выключателей, независимо от номинала напряжения (6, 10, 35 кВ), подчиняется определенным принципам. Вся теория их использования строится вокруг явления возникновения дуги между размыкаемыми/замыкаемыми контактами. Причиной ее возникновения является ток коммутации, вызывающий процесс ионизации, испарения металла на контактных поверхностях. Пар закономерно образует плазму, являющуюся токопроводящим элементом. За счет зоны вакуума, куда происходит испарение, в момент, когда значение тока достигает отметки «0», дуга угасает, пар мгновенно конденсируется. Одновременно происходит восстановление напряжения на контактах.
Особенности конструкции
Каждая из моделей низковольтных и высоковольтных выключателей имеет различную конструктивную схему. Так происходит потому, что используется разный номинал напряжения и тока. К тому же свои идеи реализуют различные производители. В качестве примера при рассмотрении устройства оборудования, используем вакуумный выключатель VF12. Это отечественная разработка, рассчитанная на номинальное напряжение 10 кВ и ток до 3150 А. Основные его узлы можно видеть на следующем рисунке:
Основой выключателя служит металлический корпус со встроенным приводом. С ним соединены три полюса токоведущей цепи. Каждый полюс состоит из контактной группы со встроенной дугогасительной камерой. Все эти элементы собраны в синтетический литой корпус, который служит изолятором. В данном случае используется комбинация силиконовых и эпоксидных смол. Внутренне устройство корпуса можно видеть на следующем рисунке:
Главным элементом VF12 является вакуумная камера, которая состоит из следующих основных элементов:
Что касается корпуса самого выключателя, то та часть, где расположен привод, имеет секционную схему. Такое решение позволяет повысить общую надежность работы, безопасность обслуживания. Сам привод является пружинным – его взвод происходит автоматически (рабочий режим) или вручную рукояткой, которая монтируется в соответствующее гнездо. Общую схему привода, а также расположения органов управления можно видеть на рисунке:
Преимущества вакуумных коммутаторов
Вакуумные выключатели на 6, 10 и 35 кВ обладают очевидными преимуществами по сравнению с конкурентными решениями, что обуславливает широкое их применение. К очевидным достоинствам можно отнести:
- Безопасность. Любой вакуумный коммутационный узел 6, 10 или 35 кВ намного легче аналогов для этого номинала напряжений. Это обеспечивает снижение динамических нагрузок, шума, мощности привода, что комплексно сказывается на безопасности эксплуатации,
- Автономность. В отличие от масляных, вакуумные выключатели не требуют периодической компенсации уровня рабочей среды, снижая объемы работ по обслуживанию к минимуму,
- Быстродействие. Малый ход контактной группы обеспечивает более быстрое срабатывание, а значит, меньший износ узлов.
Особенности выбора
Ввиду наличия высокого спроса на такой вид выключателей, их производство налажено огромным количеством независимых компаний. Это порождает различие конструкций, технических характеристик, а значит, вынуждает использовать определенные критерии выбора.
Для подбора правильного исполнительного механизма необходимо точно определить такие показатели (критерии):
- Характеристики оборудования,
- Номиналы напряжения, мощности, сопротивления,
- Значения токов отключения, динамической устойчивости,
- Номинал теплового импульса сети,
- Принцип работы бортового микропроцессора,
- Входные, выходные значения сигнала,
- Мощность дуги.
Особенности эксплуатации
Несмотря на неприхотливость выключателей от 6 до 35 кВ, их ревизию, обслуживание нужно проводить не реже 1 раза в 4 года (в зависимости от производителя и модели этот термин может отличаться). К общим рекомендациям можно отнести:
- Необходимость периодической проверки скорости срабатывания,
- Использование для установки силовых розеток,
- Необходимость проверки корректности работы после скачков напряжения,
- При поломке в первую очередь проверяется на состояние контактов и проводки.
Выводы
Вакуумные выключатели с номинальным напряжением 6, 10 и 35 кВ являются одним из наиболее востребованных сегодня типов коммутационного оборудования высоковольтных сетей. Они более надежны в эксплуатации, долговечны и безопасны для обслуживающего персонала и окружающей среды.
