Устройство и принцип работы вакуумных выключателей

Для оформления отводов от высоковольтных линий передач традиционно используются специальные коммутирующие устройства. Их общее название – вакуумный выключатель, что объясняется особенностями дугогасящей камеры. Подробно ознакомиться с этими приборами удается только после изучения предыстории их появления.

Историческая справка

Впервые вакуумные выключатели упоминаются в начале 30-х годов XX века, когда устройства использовались для отключения относительно слаботочных цепей, работающих под напряжением до 40 кВ. Чтобы получить надежные вакуумные гасители, способные отключать значительные по величине токи в цепях при высоком потенциале, потребовалась целая серия исследований. При их проведении ориентировочно к 1957 году были полностью изучены и систематизированы процессы, наблюдающиеся при высоковольтном горении дуги. Для перехода от опытных образцов, выпускаемых в единичных экземплярах, к серийному производству современных устройств потребовалось еще два долгих десятилетия.

Принцип действия

В основе принципа гашения дуги заложен известный из физики факт высокой электрической прочности и особых изоляционных свойств полученного искусственным путем вакуума. При размыкании силовых контакторов в камере, куда они помещены, формируется электрическая дуга, поддерживаемая испаряющимися с их поверхности частицами металла. Отсутствие условий для ее стабилизации предотвращает развитие пика процесса за счет высоких диэлектрических свойств вакуумной среды.

Из-за значительной диэлектрической прочности вакуума момент гашения дуги смещается в точку, предшествующую максимуму его развития. В электротехнике это явление называется «срезом тока». Его наличие отрицательно влияет на электрические сети, поскольку следствием этого процесса являются коммутационные перенапряжения.

Особенности применения и эксплуатации

По своей конструкции на начальном этапе этот тип выключателей разрабатывался как прибор, предназначенный для установки в шкафах КРУ (в комплексных устройствах). В настоящее время они монтируются и в открытых распределительных конструкциях (ОРУ). Современный вакуумный выключатель – это быстродействующий коммутационный аппарат, рассчитанный на длительные сроки службы в сравнении со своими предшественниками, располагающими масляной и газовой средами.

Большинство современных энергетических хозяйств отказались от устаревших конструкций и окончательно перешли на достаточно компактные и не нуждающиеся в профилактике новые выключатели. Это объясняется следующими причинами:

• вакуумный прибор неприхотлив и не нуждается в регулярной чистке контактов или обновлении среды;
• при эксплуатации масляного устройства наполнитель постоянно протекает;
• согласно данным паспорта срок эксплуатации вакуумных устройств достигает 20 лет, что намного выше того же показателя для других типов выключателей.

В процессе эксплуатации приводной механизм нередко выходит из строя в самый неподходящий для этого момент. Для поддержания его в работоспособном состоянии в приборе предусмотрен особый узел ручного взвода пружины. Обязательным для этих устройств является и наличие аварийной кнопки, позволяющей отключать механизм блокировки выкатывания модулей КРУ при включенном состоянии шкафа. Указанный момент касается безопасности обслуживающего оборудование персонала и требует к себе пристального внимания.

Конструктивные особенности

Каждая модель высоковольтного вакуумного переключателя обладает индивидуальными характеристиками, поскольку предназначается для эксплуатации в сетях с различными электрическими показателями. Помимо этого производителями также вносятся некоторые коррективы в конструкцию выпускаемых ими изделий. Однако в целом состав комплектующих этих устройств остается неизменным. Основные элементы:

• Корпус, изготавливаемый на основе прочного металла, внутри которого смонтирован привод включения и отключения (бывает пружинным или иного типа).
• 3-х полюсный токосъемник, предназначенный для подключения к сети 380 Вольт и отключаемый при переводе КРУ из рабочего режима в выкаченное положение.
• Тележка для размещения внутри корпуса, по своему исполнению отличающаяся от других подобных конструкций.

Электрическая часть изделия имеет специальные перегородки, отделяющие фазные секции одну от другой. Она также отличается сложным устройством и содержит в своем составе целый ряд элементов, описываемых в паспорте.

Разновидности вакуумных выключателей

Изделия принято классифицировать по классу коммутируемого ими потенциала.

Среди всего многообразия выделяются следующие типы:

• Приборы для работы с напряжениями 6-10 кВ.
• Устройства для коммутации более высоких уровней – до 35-ти кВ.
• Приборы, рассчитанные на сверхвысокие напряжения 110-220 кВ.

Еще одним «рабочим» критерием классификации выключателей является мощность, которую они способны передать в нагрузку. Согласно этому параметру их деление производится аналогично классификации самого потребителя.

Достоинства и недостатки

К достоинствам приборов относят:

• небольшие габариты;
• возможность оперативной замены отдельных секций;
• бесшумность и независимость от ориентации в пространстве;
• безопасность для здоровья обслуживающего персонала.

Они не нуждаются в пополнении защитной среды и отличаются высокой надежностью. Но и эти изделия не обошлись без проблем, присущих многим электротехническим приборам. К числу недостатков вакуумных выключателей относятся:

• ограниченность рабочих токов;
• «склонность» к перенапряжениям;
• небольшой коммутационный ресурс.

Несмотря на имеющиеся недостатки, эти устройства прочно заняли свое место в перечне самого современного коммутирующего оборудования для ВВ.

Особенности выбора и монтажа

В процессе выбора выключателя учитываются следующие важные моменты:

• защитные характеристики прибора должны соответствовать параметрами сети, в которой его предполагается эксплуатировать;
• выключатель выбирается исходя из наиболее тяжелого рабочего режима;
• номинальные ток и напряжение должны превышать соответствующие параметры для защищаемой сети;
• ток размыкания не должен превышать величину, гарантированную заводом-изготовителем.

Перед установкой вакуумного выключателя необходимо внимательно обследовать место его монтажа и убедиться в отсутствии повреждений и дефектов. Затем потребуется очистить изолированные поверхности полюсов посредством сухой ветоши.

Не допускается устанавливать новое оборудование в систему, на изоляционных поверхностях которой имеются сколы, трещины и сильно деформированные участки.

Обязательной проверке подлежит схема вторичных цепей с последующим подключением «земляной» шины. Сам вакуумный выключатель крепится прямо к подвижной части тележки с помощью специальных болтовых метизов.

Самые распространённые модели

Среди наиболее распространенных моделей вакуумных камер выделяются следующие:

• ВВЭ-М-10–20.
• ВВЭ-М-10–40.
• ВВТЭ-М-10–20.

Почти все образцы изделий из этого перечня являются дальнейшим развитием старых масляных выключателей и способны работать в цепях переменного и постоянного тока. Монтаж, последующая настройка и запуск в эксплуатацию высоковольтных вакуумных устройств относятся к трудоемким процедурам, определяющим их дальнейшую функциональность. Поэтому перечисленные операции доверяются только специалистам, имеющим соответствующую квалификацию.

При установке прибора должна соблюдаться последовательность операций по настройке. Соблюдение этого требования – основа безопасности оперативного персонала или дежурного электрика, допущенного к работе с высоковольтным оборудованием.

Изделия, относящиеся к категории вакуумных выключателей, нуждаются в профессиональном подборе и оценке, поскольку их эксплуатация связана с высокими напряжениями.