ВАКУУМНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
Вакуумные выключатели (BB), предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока (частота 50 Гц), номинальным напряжением до 10 кВ.
Преимущества вакуумных выключателей: высокая электрическая прочность вакуума, что обеспечивает быстрое восстановление электрической прочности между контактами при разрыве дуги; быстродействие и большой срок службы при большом числе отключений; малые габариты и удобство обслуживания; наиболее пригодны в электропечных и конденсаторных установках при частых операциях включения и отключения.
Основным элементом вакуумного выключателя является вакуумная дугогасительная камера (ВДК), в которой происходит гашение дуги.
Трех полюсные вакуумные выключатели нагрузки ВНВП-10/320 и ВВТЭ-10/630 нормального и тропического исполнений устанавливают в шкафах КРУ для открытых горных разработок, экскаваторных установках, подстанциях электродуговых печей.
Выключатель ВНВП-10/320 (рис. 1) состоит из металлической сварной рамы 1, установленной на четыреx катках 9. На раме шесть опорных изоляторов 3 с тремя дугогасительными камерами (КДВ) 5, в которых расположены первичные подвижные контакты. К последним крепят динамический виток 4 и тяговый изолятор 2. Для управления приводом служат включающий 6 и отключающий 8 электромагниты и пружина отключения 7.
Рис. 1. Вакуумный выключатель нагрузки ВНВП-10/320.
Вакуумные выключатели BB/TEL являются коммутационными аппаратами нового поколения. Особенностью их конструкции являются пофазные электромагнитные приводы с магнитной защёлкой, механически связанные общим валом (рис. 2). ВВ/TEL предназначены для установки в новых и реконструируемых комплектных распределительных устройствах станций, подстанций и других устройств, осуществляющих распределение и потребление электрической энергии.
В основу работы выключателей серии BB/TEL заложен принцип гашения дуги переменного тока в вакуумной дугогасительной камере (ВДК) при разведении контактов в глубоком вакууме (остаточное давление порядка 10-6 мм рт. ст.). Носителями заряда при горении дуги являются пары металла. Из-за практического отсутствия среды в межконтактном промежутке, конденсация паров металла в момент перехода тока через естественный ноль осуществляется за чрезвычайно малое время (10-5 с), после чего происходит быстрое восстановление электрической прочности ВДК/TEL. Электрическая прочность вакуума составляет более 30 кВ/мм, что гарантирует отключение тока при расхождении контактов более 1 мм.
По сравнению с традиционными масляными, вакуумными или элегазовыми выключателями, вакуумные выключатели BB/TEL состоят из двух функциональных модулей: коммутационного модуля (рис. 2, рис. 3) и блока управления (рис. 4). В качестве блоков управления используются БУ/ТЕL-12А, БУ/ТЕL-21-00 и СМ_1501_01 либо BU/TEL-220-05A совместно с блоками питания ВР/ТЕL-220-02А.
Рис. 2. Внешний вид выключателя ВВ/TEL серии Shell.
Рис. 3. Внешний вид выключателя BB/TEL-10-20/1000/
Рис. 4. Блок управления: слева – БУ/TEL-12; справа – БУ/TEL-21-00.
Выключатели BB/TEL состоят из трёх полюсов, установленных на металлическом корпусе, в котором размещаются электромагнитные приводы каждого полюса с магнитной защелкой, удерживающей выключатель неограниченно долго во включенном положении после прерывания тока в катушке электромагнита привода.
Основные узлы выключателя размещаются в закрытом изоляционном корпусе, который выполнен из механически прочного изоляционного материала (лексан - для BB/TEL-10-20/1000, мензолит - для Shell), защищающем элементы конструкции от механических повреждений и воздействий электрической дуги.
Каждый полюс выключателя содержит вакуумную дугогасительную камеру (рис. 6), запрессованную, при помощи резинового изолирующего кольца, в полимерный изоляционный цилиндр, защищающий ВДК/TEL от механических и дуговых воздействий, а так же от загрязнения ее поверхности. Полимерные цилиндры имеют наружное оребрение, выполненное для увеличения электрической прочности изоляции по поверхности корпуса.
Контакты ВДК/TEL (подвижный и неподвижный) имеют электрическую связь с терминалами выключателя. Неподвижные контакты ВДК/TEL крепятся к верхнему контактному терминалу посредством конусной посадки. Подвижные контакты ВДК/TEL связаны механически с приводами через тяговые изоляторы, а электрическая связь обеспечивается с помощью гибких токосъемов, которые подсоединяются к нижним терминалам каждого полюса выключателя.
Верхний и нижний терминалы закреплены на опорном изоляторе, а сам изолятор - на металлическом П-образном основании.
Подвижные элементы каждого полюса во время коммутации выключателя совершают возвратно-поступательное движение вдоль одной вертикальной оси. Это позволяет существенно упростить кинематическую схему модуля, отказаться от применения нагруженных шарнирных и рычажных звеньев, что, в свою очередь, обеспечивает высокую надежность работы BB/TEL при наработке заданного механического ресурса без необходимости регулировок и ремонта в течение всего срока службы.
Рис. 5. Разрез полюса выключателя: сверху – BB/TEL-10-20/1000; снизу – BB/TEL серии Shell.
Рис. 6. Слева – ВДК/ТEL III поколения, справа – ВДК/TEL IV поколения.
Разрезы полюсов выключателей представлены на рис. 5. В состав полюса входят следующие основные элементы: вакуумная дугогасительная камера (1), гибкий токосъем (5), тяговый изолятор (4), верхний (6) и нижний (7) контактные терминалы и электромагнитный привод (9). Все элементы выключателя располагаются внутри опорного изолятора (8) и дополнительно закрыты от возможного повреждения и загрязнения. В опорном изоляторе находятся закладные гайки (10) с резьбой М12 для крепления BB/TEL серии Shell. Привод выключателя состоит из статора электромагнита (11), якоря (12), катушки (13), пружин дополнительного поджатия (14) и отключения (15). Катушки электромагнита соединены параллельно, за счет чего обеспечивается электрическая синхронизация работы всех трех полюсов BB/TEL.
Полюса механически связаны между собой общим синхронизирующим валом (16). Он механически обеспечивает одновременность коммутации всех трех полюсов ВДК/TEL. На вал установлен кулачок (17), управляющий микропереключателями (18), которые выполняют функции блок-контактов во внешних вспомогательных цепях (управления, сигнализации и др.). В выключателе серии Shell на вал установлены две дополнительные тяги для подключения индикатора положения главных контактов.
Основные отличия исполнения коммутационных модулей BB/TEL серии Shell от BB/TEL-10-20/1000:
— новое поколение малогабаритных ВДК/TEL;
— тяговый изолятор особой формы;
— подвижный токосъем;
— двухразрывный привод на основе «магнитной защелки» (выключатель исполнения 751 тоже имеет двухразрывный привод);
— механизм блокировки;
— индикатор положения главных контактов с гибкой связью;
— контактные терминалы особой формы.
В результате глубоких научных исследований и кропотливых экспериментов удалось создать серию малогабаритных ВДК/TEL нового (четвертого) поколения (рис. 6). Эти камеры отличает высокая надёжность в процессе эксплуатации, низкое переходное сопротивление, высокая стойкость к свариванию при протекании сквозных токов короткого замыкания, а также повышенная коммутационная способность, обеспечивающая надежную работу аппарата при токах до 31,5 кА. Вместе с тем, размеры и масса ВДК/TEL IV поколения заметно меньше, камер III поколения, рассчитанные на меньшие эксплуатационные параметры.
В выключателях применяется современная конструкция ВДК/TEL, в которой применяются контакты особой формы. В момент размыкания контактов (отключения цепи) форма контактов обеспечивает образование между контактами магнитного поля, направление которого перпендикулярно поверхности контактов. Такое поле называется аксиальным магнитным полем. Благодаря такому эффекту удается удержать электрическую дугу в наиболее безопасном (диффузном) состоянии, когда она оказывает минимальное разрушающее воздействие на контактную поверхность. Износ поверхности контактов в ВДК/TEL за весь срок службы не превышает 1 мм.
Камеры производятся по особой технологии, которая не подразумевает штенгельной откачки воздуха из внутреннего пространства после сборки. Для того чтобы обеспечить низкий уровень остаточного давления и высокое качество сборки ВДК/TEL помещаются в вакуумную печь, где, согласно технологии, происходит их спекание и выдерживание в определенных условиях с заданной длительностью.
С целью сохранить высокие эксплуатационные характеристики ВДК/TEL, в её конструкции применяется сильфон сварной конструкции, который обеспечивает резкое снижение вероятности появления трещин на своей поверхности и имеет большие эксплуатационные показатели.