Вакуумные выключатели

Электрическая прочность вакуума значительно выше прочности других сред, применяемых в выключателях. Объясняется это увеличением длины среднего свободного пробега электронов, атомов, ионов и молекул по мере уменьшения давления. В вакууме длина свободного пробега частиц превышает размеры вакуумной камеры.

Электрическая плотность вакуумного промежутка во много раз больше чем воздушного. Это свойство используется в вакуумных дугогасительных камерах, которые являются основным элементом вакуумного выключателя.

К положительным свойством можно отнести:

· Пожаро - и взрывобезопасность.

· Простота конструкции

· Высокая надёжность

· Быстрое восстановление при разрыве дуги, высокая коммутационная износостойкость

· Быстродействие

· Отсутствие шума при операциях и загрязнения окружающей среды

· Большой срок службы при большом числе отключения

· Малые эксплутационные расходы

· Возможность создания малогабаритных КРУ

К недостаткам можно отнести:

· Сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения

· Возможность коммутационных перенапряжений

· Дороговизна изготовления вакуумных выключателей.

Процесс восстановления электрической прочности промежутка между контактами при отключении тока протекает в вакууме значительно быстрее, чем в газах. Уровень вакуума (остаточное давление газов) в современных промышленных дугогасительных камерах обычно составляет Па. В соответствии с теорией электропрочности газов, необходимые изоляционные качества вакуумного промежутка достигаются и при меньших уровнях вакуума (порядка Па), однако для современного уровня вакуумных технологий, создание и поддержание в течение времени жизни вакуумной камеры уровня Па не составляет проблемы. Это обеспечивает вакуумным камерам запасы электропрочности на весь срок эксплуатации (20-30 лет).

Типовая конструкция вакуумной дугогасительной камеры приведена на рисунке.

Конструктивная схема вакуумной дугогасительной камеры

Конструкция вакуумной камеры состоит из пары контактов (4; 5), один из которых является подвижным (5), заключенных в ваккумноплотную оболочку, спаянную из керамических или стеклянных изоляторов (3; 7), верхней и нижней металлических крышек (2; 8) и металлического экрана (6). Перемещение подвижного контакта относительно неподвижного обеспечивается путем применения сильфона (9). Выводы камеры (1; 10) служат для подключения ее к главной токоведущей цепи выключателя.

Надо отметить, что для изготовления оболочки вакуумной камеры применяются только специальные вакуумноплотные, очищенные от растворенных газов металлы – медь и специальные сплавы, а также специальная керамика. Контакты вакуумной камеры изготавливаются из металлокерамической композиции (как правило, это медь-хром в соотношении 50 %-50 % или 70 %-30 %), обеспечивающей высокую отключающую способность, износостойкость и препятствующей возникновению точек сваривания на поверхности контактов. Цилиндрические керамические изоляторы, совместно с вакуумным промежутком при разведенных контактах обеспечивают изоляцию между выводами камеры при отключенном положении выключателя.

Таврида-электрик выпустила новую конструкцию вакуумного выключателя с магнитной защелкой. В основу его конструкции заложен принцип соосности электромагнита привода и вакуумной дугогасительной камеры в каждом полюсе выключателя. Включение выключателя осуществляется в следующей последовательности.

В исходном состоянии контакты вакуумной дугогасительной камеры разомкнуты за счет воздействия на них отключающей пружины 7 через тяговый изолятор 5. При прикладывании напряжения положительной полярности к катушке 9 электромагнита, в зазоре магнитной системы нарастает магнитный поток.

В момент, когда сила тяги якоря, создаваемая магнитным потоком, превосходит усилие пружины отключения 7, якорь 11 электромагнита вместе с тяговым изолятором 5 и подвижным контактом 3 вакуумной камеры начинает движение вверх, сжимая пружину отключения. При этом в катушке возникает двигательная противо-ЭДС, которая препятствует дальнейшему нарастанию тока, и даже несколько уменьшает его.

В процессе движения якорь набирает скорость около 1 м/с, что позволяет избежать предпробоев при включении и исключить дребезг контактов ВДК. При замыкании контактов вакуумной камеры, в магнитной системе остается зазор дополнительного поджатия равный 2 мм. Скорость движения якоря резко падает, так как ему приходится преодолевать еще и усилие пружины дополнительного контактного поджатия 6. Однако под воздействием усилия, создаваемого магнитным потоком и инерцией, якорь 11 продолжает двигаться вверх, сжимая пружину отключения 7 и пружину 6 дополнительного контактного поджатия.

В момент замыкания магнитной системы якорь соприкасается с верхней крышкой привода 8 и останавливается. После окончания процесса включения ток катушки привода отключается. Выключатель остается во включенном положении за счет остаточной индукции, создаваемой кольцевым постоянным магнитом 10, который удерживает якорь 11 в притянутом к верхней крышке 8 положении без дополнительной токовой подпитки.

Для отключения выключателя необходимо приложить к выводам катушки напряжение отрицательной полярности.

В настоящее время вакуумные выключатели стали доминирующими аппаратами для электрических сетей с напряжением 6-36 кВ. Так, доля вакуумных выключателей в общем количестве выпускаемых аппаратов в Европе и США достигает 70 %, в Японии – 100 %. В России в последние годы эта доля имеет постоянную тенденцию к росту, и в 1997 году превысила 50 %-ю отметку. Основными преимуществами ВВ (по сравнению с масляными и газовыми выключателями), определяющими рост их доли на рынке, являются:

· – более высокая надежность;

• – меньшие затраты на обслуживание.

Разрядник вентильный,

разрядник, предназначенный для защиты электрооборудования сетей переменного тока от различных перенапряжений; представляет собой ряд искровых промежутков (ИП), последовательно с которыми включены нелинейные сопротивления (т. е. сопротивления, величина которых зависит от напряжения). Для выравнивания напряжения вдоль ИП параллельно последним включают шунтирующие сопротивления. ИП, нелинейные и шунтирующие сопротивления размещают в герметизированных фарфоровых изоляторах, что исключает влияние атмосферных условий на характеристики разрядника. Р. в. обеспечивают стабильность напряжения пробоя, вольт-секундную характеристику, согласующуюся с вольт-секундными характеристиками защищаемой изоляции, и гашение дуги сопровождающего тока. Когда нарастающее перенапряжение достигает величины пробивного напряжения разрядника, ИП пробиваются и ток волны перенапряжения начинает протекать на землю через нелинейные сопротивления; при этом напряжение на разряднике (т. н. остающееся напряжение) определяется падением напряжения на этих сопротивлениях, которое ниже пробивного. Им и ограничивается амплитуда воздействующего на изоляцию напряжения. После пробоя ИП через разрядник начинает протекать также ток промышленной частоты (50 гц) - сопровождающий ток, который при первом его переходе через нуль должен быть отключен путём гашения дуги в ИП. Чем ниже величина сопротивления разрядника, тем ниже напряжение на нём и тем лучше его защитное действие, но вместе с тем растет сопровождающий ток, что затрудняет его отключение. В магнитно-вентильном разряднике гашение дуги сопровождающего тока обеспечивается магнитным полем, которое накладывается на ИП ("магнитным дутьём"). Улучшение характеристик современных Р. в. достигается применением резисторов с большим коэффициентом нелинейности.

Измерительный трансформатор,

электрический трансформатор, на первичную обмотку которого воздействует измеряемый ток или напряжение, а вторичная, понижающая, включена на измерительные приборы и реле защиты. И. т. применяют главным образом в распределительных устройствах и в цепях переменного тока высокого напряжения для безопасных измерений силы тока, напряжения, мощности, энергии. На случай повреждения изоляции со стороны высокого напряжения один из зажимов вторичной обмотки заземляют. С помощью И. т. можно измерять различные значения электрических величин электроизмерительными приборами (вольтметром, амперметром, ваттметром), имеющими пределы до 100 в и 5 а. Различают И. т. напряжения (для включения вольтметров, частотомеров, параллельных цепей ваттметров, счётчиков, фазометров и реле напряжения) и И. т. тока (для включения амперметров, последовательных цепей ваттметров, счётчиков, фазометров и реле тока). Схемы включения И. т. в электрическую цепь показаны на рис. 1 и 2.

К зажимам первичной обмотки И. т. напряжения (рис. 1) подводится измеряемое напряжение U₁; обмотка W₁включается параллельно нагрузке. Вторичное напряжение U₂ с обмотки W₂подаётся на вольтметр или цепи напряжения измерительных приборов и реле защиты. Точность измерения характеризуется погрешностью в %, которая определяет точность передачи амплитуды измеряемого напряжения, и угловой погрешностью в градусах, равной углу между вектором первичного и повёрнутым на 180° вектором вторичного напряжения и определяющей точность передачи фазы. Большинство высоковольтных И. т. напряжения изготовляют секционированными с масляным наполнителем.

Первичная обмотка И. т. тока W₁ (рис. 2) включается последовательно в контролируемую электрическую цепь переменного тока I₁, а вторичная обмотка W₂ - в последовательную цепь амперметра или других измерительных приборов. Точность И. т. тока характеризуется выраженным в % отношением разности значений приведённого вторичного тока и действительного первичного тока к действительному значению первичного тока.

Для измерения мощности в цепи высокого напряжения с помощью ваттметра необходимы как И. т. тока, так и И. т. напряжения (рис. 3).

Для измерений в цепях постоянного тока большой силы или высокого напряжения применяют И. т. постоянного тока особой конструкции (рис. 4). Действие такого И. т. основано на насыщении сердечников из ферромагнетика при небольших напряжённостях магнитного поля, в результате чего среднее значение переменного тока во вспомогательной обмотке становится зависимым от измеряемого постоянного тока.