Лабораторная работа № 3 вакуумный выключатель

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Закрепить теоретические знания по изучению вакуумного выключателя.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1. Ознакомиться с техническими данными выключателя.

2.2. Изучить конструкцию выключателя и принцип работы его элементов.

2.3. Ознакомиться с основными требованиями по подготовке выключателя к включению.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ

3.1. Назначение

Вакуумные выключатели – одно из наиболее перспективных направле­ний развития коммутационной аппаратуры в классах напряжения 3-110 кВ. Из известных видов коммутационной аппаратуры они наиболее полно соответствуют современным требованиям.

Вакуумные выключатели обеспечивают наиболее простой и надежный способ гашения электрической дуги. Особенно широкое распространение они получили для отключения сравнительно низких токов короткого замы­кания. В эксплуатации вакуумные выключатели более надежны по сравне­нию с масляными или электромагнитными и имеют значительно меньшие размеры.

В вакуумных выключателях один из двух расположенных в стеклянной (или керамической) вакуум­ной камере контактов подвижный приводится в действие от внешнего при­вода (для замыкания и размыкания цепей). Так как в вакууме дуга гаснет быстро, то и восстановление межэлектродного изоляционного промежутка происходит во время размыкания тоже быстро. Это дает возможность получить хорошие коммутационные характеристики выключателя.

Выключатели на 7,2-10 кВ имеют зазор между контактами в несколь­ко миллиметров (4 мм), поэтому при таких малых размерах легко достига­ются высокие скорости срабатывания. Эрозия контактов под действием дуги при этом незначительна, проблема предотвращения ухудшения вакуу­ма на протяжении длительного времени практически решена. Срок службы вакуумных выключателей практически не ограничен.

Параметры вакуумных выключателей определяются их основной частью – вакуумными дугогасительными камерами (ВДК).

Рис. 15. Устройство простейшей вакуумной камеры

1. Стеклокерамическая оболочка

2. Стальные торцевые фланцы

3. Неподвижный контакт

4. Подвижный контакт

5.Электрод

6.Стальной ребристый сильфон

Условное обозначение выключателя

В

В

В

-10

31,5

/1000

-У

1

Выключатель

Вакуумный

Высоковольтный

Привод электромагнитный

Номинальное напряжение, кВ

Номинальный ток отключения, кА

Номинальный ток, А

Для районов с умеренным климатом

Для внутренней установки.

Расшифровка обозначения:

В – выключатель;

второе В – вакуумный;

третье В – высоковольтный;

Т – трехполюсный;

Э и П – варианты исполнения по высоте;

К – колонковый.

ВВВ-10-2, ВВТЭ-10-10, ВВТП-10-10, ВВ-10-20, ВВТЭ-10-20, ВВТП-10-20, ВВ-10-31,5, ВВК-35Б-20, ВВК-110Б-20.

Выключатели предназначены для частых коммутационных операций в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц с номинальным напряжением 10 кВ при номинальном токе 1600 А и номинальном токе отключения 31,5 кА.

Выключатели предназначены для работы в сетях с изолированной нейтралью.

3.2. Технические характеристики

Таблица 6

№ п/п	Наименование	Норма
1	2	3
1	Номинальное напряжение, кВ	10
	Наибольшее рабочее напряжение, кВ	12
2	Номинальный ток отключения, кА	31,5
	Номинальный ток, А	630, 1000, 1600
	Процентное содержание апериодической составляющей, не более	50
3	Ток термической стойкости (в течение 3 с), кА	20 кА
	Ток электродинамической стойкости, кА	51 кА
	Ток включения, кА	20
	Полное время отключения, с не более	0,04
	Собственное время отключения, с не более	0,02
	Собственное время включения, с не более	0,1
4	Циклы операций по ГОСТ 687-78	цикл I: О-0,3 с – ВО-180 с – ВО цикл Iа: О-0,3 с – ВО-20 с –ВО
	Бестоковая пауза при АПВ, с не более	0,3
	Номинальное напряжение электромагнитов управления и вспомогательных цепей для постоянного (выпрямленного) тока, В	220, 110
	Диапазон напряжений на зажимах электромагнитов управления, в процентах от номинального: Электромагнита включения	85 – 110
	Электромагнит отключения при питании от источника постоянного (выпрямленного) тока	65 – 120
Продолжение табл. 6
1	2	3
	Габаритные размеры выключателя длина, мм ширина, мм высота, мм	593 613 828
	Масса выключателя, кг, не более	91
	Показатели надежности
	Ресурс по коммутационной стойкости без замены камеры вакуумной дугогасительной, циклы "В-О"	50000
	Ресурс по механической стойкости циклы "В-tn-О"	50000
	Срок службы до среднего ремонта, годы, не менее	10
	Срок службы до списания, годы, не менее	25
	Установленная безотказная наработка, циклы "В-tn-О"	1400
	Ток потребления включающего электромагнита, А не более
	при номинальном напряжении 220 В	60
	при номинальном напряжении 110 В	100
5	Ток потребления электромагнита отключения, А
	не более
	при номинальном напряжении 220 В	2,5
	при номинальном напряжении 110 В	5
	Технические параметры коммутирующих контактов для внешних вспомогательных цепей:
	номинальное напряжение переменного тока частоты 50 и 60 Гц, В	24 – 660
	номинальный ток, А, не более	10
6	Ход подвижного контакта, мм	8+1

Продолжение табл. 6
1	2	3
7	Допустимый износ контактов, мм, не более	3
8	Полный ход изоляционных тяг, мм	14-1,5
9	Электрическое сопротивление полюсов главной цепи, мкОм, не более
	с розеточными контактами на номинальные токи
	630 А	80
	1000 А	75
	1600 А	48
	без розеточных контактов на номинальные токи
	630	50
	1000	45
	1600	28

Рис. 16. Вакуумный выключатель ВВВ-10/320-2У2:

1. Рама

2.Электромагнит включения

3.Электромагнит отключения

4. Изолятор опорный

5. Разъем штепсельный

6. Подвижный первичный контакт

7.Тяговый изолятор

8. Шины подвижных контактов

9.Виток динамический

10. Камера дугогасительная

3.3. Принцип работы

Параметры вакуумных выключателей определяются их основной частью – вакуумными дугогасительными камерами (ВДК). ВДК представляет собою запаянный прибор, в котором давление газа не превышает Ю-3...Ю-10 Па. Камера состоит из изоляционного корпуса, с размещенными в нем контактной и экранной системами. Контактная система, как правило, тор-цевая одноразрывная; один из контактов неподвижный, другой подвижный и соединяется с корпусом через сильфон, благодаря чему контакт может перемещаться без нарушения вакуума. Экранная система защищает внутренние стенки изоляции корпуса от металлизации продуктами электроэрозии контактов и задает распределение электрического потенциала в ВДК.

Дуга отключения, возникающая при размыкании контактами ВДК цепи тока, горит в парах металла контактов и гаснет при переходе переменного тока через нулевое значение. Это происходит вследствие остывания после­дних очагов испарения, конденсации и деионизации пара с достаточно боль­шой скоростью. При токах менее 10 кА дуга из-за взаимного расталкивания катодных пятен распределяется по значительной части поверхности контактов и инерционных очагов испарения, приводящих к отказу при отключении, не возникает. При этих токах контакты имеют форму простых цилиндров. При токах более 10 кА дуга концентрируется в узкой области разрываемых контактов. В этом случае возникновение недопустимо больших очагов испарения на контактах предотвращается созданием в межконтактном промежутке поперечного радиального или продольного по отношению к току дуги магнитного поля. В поперечном радиальном магнитном поле дуга вращается с достаточно большой скоростью, в продольном – концентрации дуги не происходит, и дуга распределяется по всей контактной поверхности. Эти эффекты достигаются путем придания контактам специальной формы.

При расхождении контактов вначале образуется жидкий металлический мостик из материала электродов. Этот мостик нагревается до высокой температуры и испаряется. Между контактами загорается дуга в среде паров металла электродов. Характерной особенностью дуги является малое напряжение на ней (20-40 В). Только при больших токах (10-100 кА) напряжение растет до 50-200 В. При прохождении тока через нуль дуга гаснет. Малая плотность газа обусловливает исключительно высокую скорость диффузии зарядов погасшей дуги из-за большой разницы плотностей частиц в разряде и в вакууме.

Через 10 мкс после прохождения тока через нуль между контактами восстанавливается электрическая прочность вакуума, которая достигает 100 МВ/м. Благодаря высокой скорости нарастания электрической прочности промежутка вакуумный выключатель может работать при высоких скоростях восстановления напряжения и успешно используется при отключении емкостной нагрузки.

Ток отключения определяется количеством паров металла, испаряемого из электродов, что зависит от температуры электродов.

Для уменьшения количества паров металла, испаряемого из электродов, дуга быстро перемещается по поверхности контактов с помощью магнитного поля.

Отключающая способность вакуумной камеры зависит от материала и конструкции электродов, устройства экранов, определяющих пространственное распределение напряженности электрического поля внутри и вне камеры. В новейших конструкциях применены контакты большого диаметра (до 18 см), устроенные так, что в процессе отключения создается продольное магнитное поле, параллельное дуге.

3.4. Конструкция

Выключатель состоит из выключателя и привода, связанных тягой. На раме (1) выключателя установлены три пары опорных изоляторов (4).

С помощью кронштейнов на изоляторах закреплены вакуумные дугогасительные камеры (10). На раме закреплены опоры, в которых установлены валы – главный и промежуточный.

На главном валу закреплены: три рычага-изолятора (7), связанные механизмами дожатия с выводами подвижных контактов камер; три рычага, в которые упираются возвратные пружины; приводной рычаг, связанный через промежуточное звено с приводным рычагом промежуточного вала.

На вспомогательном вале имеется рычаг, связанный тягой с приводом.

Выключатель содержит шины, жестко связанные с неподвижными контактами камер; шины с гибким токоотводом от подвижных контактов камер; подпружиненную тягу с регулируемым упором, вязанную с промежуточным валом и ограничивающую перемещение при­водного рычага главного вала (демпферное устройство).

Механизм дожатия полюса выключателя состоит из тяги, пружины поджатия, спецгайки, контргайки.

Если выключатель включился на короткое замыкание и релейная защита мгновенно или с небольшой выдержкой времени его отключила, то повторного включения не произойдет, так как конденсаторы в конце включения оказываются разряженными и реле не имеет возможности сработать. Таким образом, осуществляется запрет многократного включения выключателя, т. е. блокировка от «прыгания».