referat (Вакуумные выключатели)

ВАКУУМНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

В настоя­щее время выключатели с вакуумными и элегазовыми дугогасящими устройствами (ДУ) начинают все больше вытес­нять масляные, электромагнитные и воздушные выключа­тели. Дело в том, что ДУ вакуумные и элегазовые не тре­буют ремонта по крайней мере в течение 20 лет, в то время как в масляных выключателях масло при отключениях за­грязняется частицами свободного углерода и, кроме того, изоляционные свойства масла снижаются из-за попадания в него влаги и воздуха. Это приводит к необходимости сме­ны масла не реже 1 раза в 4 года. Дугогасящие устройства электромагнитных выключателей примерно в эти же сроки требуют очистки от копоти, пыли и влаги; ДУ вакуумных и элегазовых выключателей заключены в герметичные обо­лочки, и их внутренняя изоляция не подвергается воздейст­вию внешней среды. Электрическая дуга при отключениях в вакууме или в элегазе также практически не снижает свойств дугогасящей и изолирующей среды.

Современные выключатели должны обладать коммута­ционными и механическими ресурсами, обеспечивающими межремонтный период в эксплуатации 15—20 лет. Эти ус­ловия трудно выполнимы при традиционных методах гаше­ния дуги в масле или воздухе. Возможности дальнейшего существенного совершенствования выключателей с тради­ционными способами гашения дуги практически исчерпаны. Однако выпуск этих выключателей пока будет продол­жаться из-за того, что технология их изготовления проста и цена их ниже вновь осваиваемых воздушных и элегазо­вых выключателей.

В СССР разработаны и с 1980 г. серийно изготовляются вакуумные выключатели на напряжение 10 кВ с номиналь­ными токами отключения до 80 кА.

Конструкция вакуумных выключателей (ВВ) типа ВБЭ разработана применительно к конструкции шкафов КРУ с маломасляным выключателем. Шкафы КРУ с ВВ могут использоваться совместно со шкафами КРУ с маломасляными выключателями. При питании вспомогательных цепей на выпрямленном токе (встроенный электромагнитный привод зависимого действия, непосредственно использующий электрическую энергию выпрямленного тока) для обеспечения полного включения ВВ необходимо использовать устрой­ства комплектного питания типа УКП2, ВАЗП. Вакуумные выключатели типа ВБЭ предназначены для использования в промышленных и сетевых установках с частыми коммутационными операциями. Модернизация ВБЭ предусматривает верхнюю компоновку встроенного привода ВВ, улучшающую условия технического обслужи­вания.

Вакуумные выключатели типа ВБТЭ и ВБТП предназна­чены для использования в экскаваторах, передвижных электростанциях на автомобильном ходу, буровых установ­ках, роторных комплексах, насосных станциях и других электроустановках. Они выполнены в виде выдвижного эле­мента шкафа КРУ, содержат выпрямительный мост для пи­тания отключающего электромагнита, включающий контак­тор, цепи заряда конденсатора отключения, блокировку от многократных повторных включений и элементы блокировок от ошибочных операций с выкатным элементом. Выключа­тели имеют фиксированный расцепитель, который обеспе­чивает возможность отключения выключателя только из полностью включенного положения в отличие от свободно­го расцепителя у выключателей типа ВБЭ (свободный рас­цепитель обеспечивает возвращение главных контактов вы­ключателя в отключенное положение и фиксацию их в этом положении в случае, даже если при этом удерживается команда на включение). Достоинством выключателей типа ВБТЭ и ВБТП является верхняя компоновка встроенного электромагнитного привода, которая обеспечивает удобст­во технического обслуживания в эксплуатации.

На напряжение 10 кВ разработаны вакуумные дугогасительные камеры (ВДК) с токами отключения 40 и 50 кА. На рис. 1.1 показан схематический разрез вакуумной дугогасительной камеры с поперечным магнитным дутьем с сер­повидными контактами, применяемой в вакуумных выклю­чателях на номинальные напряжения 10 кВ с номинальным током 1600 А и током отключения до 31,5 кА. Поперечное магнитное поле быстро перемещает дугу, что позволяет уменьшить износ контактов и улучшает процесс гашения дуги.

Рис 1.1 Вакуумная дугогасительная камера вакуумного выключателя на 10 кВ,1600А

а- схематический разрез камеры; б- контактная система камеы;1-контакты; 2-дугогасящие электроды; 3-зазор между контактами и дугогасящими электродами; 4-медный неподвижный ввод; 5-то же подвижный; 6- концевые фланцы; 7- сильфон из нержавеющей стали; 8- экран, изолированный от вводов; 9-концевые экраны, находящиеся под потенциалом соответствующего ввода; 10-керамические изоляторы;11-металлическая прокладка;12- напрявляющая из силумина

2. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ

В последние годы широкое распростра­нение в мировой практике получили вакуум­ные коммутационные аппараты. В них гаше­ние дуги при коммутации электрической цепи осуществляется в вакуумной дугогасительной камере (ВДК) рис 1.1, которая состоит из изоляционной цилиндрической оболочки, снабженной по концам металлическими флан­цами, внутри которой помещаются подвиж­ный и неподвижный контакты и электроста­тические экраны. Неподвижный контакт жестко крепится к одному фланцу, а под­вижный соединяется с другим фланцем сильфоном из нержавеющей стали, обеспечивающим возможность перемещения контакта без нарушения герметичности ВДК. Экраны предназначены для защиты оболочки от брызг и паров металла, образующихся при горении дуги а также для выравнивания распределения, напряжения по камере. Оболочка ВДК изготовляется из специальной газоплотной керамики (в некоторых конст­рукциях - из стекла). Внутри оболочки создается вакуум, в ВДК применяют контакты торцевого типа достаточно сложной конфи­гурации, выполненные из специальных спла­вов. В выключателях напряжением до 35 кВ предназначенных для работы в сетях трехфазного переменного тока промышленной частоты, используются три ВДК (по одной на полюс выключателя), снабженные общим приводом - пружинным или электромагнит­ным. При напряжении выше 35 кВ в каждом полюсе выключателя используются несколь­ко ВДК, соединенных последовательно.

Основные достоинства вакуумных вы­ключателей, определяющие их широкое при­менение:

1. Высокая износостойкость при комму­тации номинальных токов и номинальных токов отключения. Число отключений номи­нальных токов вакуумным выключателем (ВВ) без замены ВДК составляет 10-50 тыс.

число отключений номинального тока отключения - 20-200 что в 10 -20 раз превыша­ет соответствующие параметры маломасля­ных выключателей

2. Резкое снижение эксплуатационных затрат по сравнению с маломасляными выключателями. Обслуживание ВВ сводится к смазке механизма и привода, проверке износа контактов по меткам 1 раз в 5 лет

или через 5-10 тыс. циклов «включение-отключение».

3. Полная взрыво- и пожаробезопасность и возможность работы в aгрессивных средах.

4. Широкий диапазон температур окру­жающей среды, в котором возможна работа ВДК

5. Повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам вследствие малой массы и компактной конструкции аппарата.

6. Произвольное рабочее положение и малые габариты, что позволяет создавать различные компоновки распределительных устройств, в том числе и шкафы с несколькими выключателями при двух-трехъярусном их расположении.

7. Бесшумность, чистота, удобство обслуживания, обусловленные малым выделением энергии в дуге и отсутствием выброса масла, газов при отключении токов КЗ.

8. Отсутствие загрязнения окружающей среды.

9. Высокая надежность и безопасность эксплуатации, сокращение времени на мон­таж.

К недостаткам ВВ следует отнести по­вышенный уровень коммутационных перенапряжении, что в ряде случаев вызывает необходимость принятия специальных мер по защите оборудования.

3. ВАКУУМНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ 10, 35 KB ДЛЯ КРУ И 110 КВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК С ЧАСТЫМИ КОММУТАЦИЯМИ

Вакуумные выключатели ти­па ВБЭ-10 (рис. 1.2) используются в се­рийных КРУ общепромышленного назначе­ния (типа КМ-1, КМ-1Ф, К-104), климати­ческое исполнение У, категория размещения 3 по ГОСТ 1550-69*.

Разработаны вакуумные выключатели с пружинным приводом для КРУ общепро­мышленного исполнения типа ВБ-10-20/1600 и ВБ-10-31,5/3150 на токи отключения 20 и 31,5 кА соответственно. Отличие этих выключателей от ВБЭ-10 в типе привода.

Кроме перечисленных выключателей вы­пускаются также вакуумные выключатели с номинальным напряжением 10 кВ:

ВБТЭ-10-10/630У2 - для технического пе­ревооружения действующего парка экскава­торов (номинальный ток 630 А, ток отклю­чения 10 кА); ВБТЭ( 2 )-10-20/630-1000 УХЛ2 — для экскаваторов (номинальный ток 630 и 1000 А, ток отключения 20 кА);

ВБТШ-10-20/630 ХЛ5 - для электроснабже­ния шахт (номинальный ток 630 А, ток отключения 20 кА).

Вакуумные выключатели ВБЛ - 35 выкатного типа (рис. 1.3) разра­ботаны для КРУ напряжением 35 кВ. Кли­матическое исполнение У, категория разме­щения 3 по ГОСТ 15150-69*. Выключатели предназначены для коммутации электриче­ских цепей дуговых сталеплавильных печей и других установок с частыми коммутация­ми в трехфазных сетях переменного тока. Управление выключателем осуществляется электромагнитным приводом (общий на три полюса).

Условное обозначение выключателя — ВБЛ-35-31,5/1600 УЗ и ВБЛ-35-31,5/2500 УЗ.

Рис 1.2 Вакуумный выключатель типа ВБЭ-10

Р ис 1.3 Вакуумный выключатель типа ВБЛ-35

Разработаны вакуумные выключатели наружной установки типа ВБК-35Б-20/1000У1. Они представляют собой коммутационные аппараты, состоящие из трех полюсов, уста­новленных на общей раме и управляемых электромагнитным приводом. Отличие этих выключателей от ВБЛ-35 по параметрам:

номинальный ток - 1000 А; номинальный ток отключения — 20 кА; механический ре­сурс—40000 циклов «ВО» с заменой камер через 20000 циклов. Для повышения уровня изоляции наружной поверхности ВДК она помещена в фарфоровую покрышку, залитую трансформаторным маслом. Габариты вы­ключателя с приводом (ширина, глубина, высота) — 2,23 х 0,575 х 2,09 м. Масса выклю­чателя с маслом - 880 кг.

Вакуумные выключатели типа ВБК-110Б-20/1000У1 предназначены для выполнения коммутационных операций в нормальных и аварийных режимах элект­роустановок с частыми коммутациями.

Вакуумный выключатель типа ВБК-110Б-20/1000У1. климатическое исполне­ние У, категория размещения 1 но ГОСТ 15160—69*, состоит из трех полюсов, установленных на общей раме и управляемых пружинным приводом типа ППК-1000.

В состав каждого полюса входят четыре камеры типа КВД-35-20/1250УХЛ2, соеди­ненные последовательно, опорная изоляция и механизм.

В конструкции выключателя предусмот­рено устройство для выравнивания напряже­ния по камерам полюса.

Габариты выключателя с приводом (ширина х глубина х высота) — 4,38 х 0,75 х х4,58 м. Масса выключателя 2270 кг.

4. ВАКУУМНЫЕ И ЭЛЕГАЗОВЫЕ КОМПЛЕКТНЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА 35 KB

Для приема и распределения электро­энергии трехфазного тока номинальным на­пряжением 35 кВ в установках металлургических предприятий (дуговые сталеплавиль­ные печи, прокатные станы и др.) разработаны КРУ, оборудованные вакуумными или элегазовыми выключателями выкатного типа. Применение этих КРУ резко сокращает габариты распределительных устройств (по сравнению с РУ, оборудованными воздушными выключателями), повышает их монтажную готовность, надежность работы и удобство эксплуатации.

Климатическое исполнение КРУ—УХЛ категория размещения 3 по ГОСТ 15150 — 69* КРУ состоят из шкафов с аппаратурой раз личного назначения, соединенных между собой по сборным шинам.

Таблица 1.1. Основные характеристики шкафов КРУ 35 кВ

5. ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ВБТЭ-10-20

Выключатель предназначен для работы в шкафах комплектных распределительных устройств (КРУ), шкафах КСО, а также замены маломасляных выключателей в распределительных устройствах напряжением 6-10 кВ

6. Вакуумные выключатели серии BB/TEL