Лопатин В.П. Лекции по предмету / 3

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:

1. высокий коммутационный ресурс;

2. высокий механический ресурс;

3. не требуется проведения текущего и среднего ремонта;

4. малое потребление мощности по цепи оперативного питания

5. 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:

1. фидера нагнетающей подстанции;

2. автоматического пункта секционирования сети с односторонним питанием;

3. автоматического пункта секционирования сети с двухсторонним питанием;

4. пункта сетевого резервирования для обеспечения автоматического включения резерва;

5. защитного аппарата на ответвление сети

Отличительной особенностью реклоузера является:

1. обеспечение трехкратного быстрого автоматического повторного включения;

2. возможность интеграции в системы телемеханики;

3. ведение журналов оперативных и аварийных событий;

4. высокий механический и коммутационный ресурсы;

5. встроенная система измерения;

6. простота монтажа и эксплуатации;

7. минимальные затраты по обслуживанию.

В состав реклоузера входят:

1. коммутационный модуль

2. шкаф управления

3. соединительный кабель.