 |
Исследование вакуумного выключателя
|
|
|
|
Цель работы – изучение конструкций вакуумной дугогасительной камеры (ВДК) и вакуумного выключателя в целом; определение характеристик выключателя.
Предмет исследования
В настоящее время вакуумные выключатели занимают лидирующее положение в сильноточной коммутационной аппаратуре средних классов напряжения 10–35 кВ. Достоинства и параметры вакуумного выключателя определяются основным элементом его конструкции – вакуумной дугогасительной камерой. Ведущими электротехническими фирмами (отечест-(венными и зарубежными) производится широкая гамма ВДК на разные напряжения (до 84 кВ) и токи (до 6000 А). Каждая ВДК имеет свои конструктивные особенности, однако общая компоновка их примерно одинакова. Как пример типовой конструкции на рис. 5.1 представлена дугогасительная камера на 10 кВ разработка ВЭИ. Камера представляет собой цилиндры 1 и 2 из вакуумно-плотной изоляционной керамики, армированные с торцов металлическими фланцами, в которых создан глубокий вакуум (≈ 10-5 Па). Внутри камеры по ее оси размещены два токоввода 10 и 11. Подвижность токоввода 11 обеспечивается сильфоном 12 (металлической гармошкой), один конец которого приварен к вводу, а другой – к фланцу. Такая конструкция допускает необходимое осевое перемещение. К токовводам припаяны контакты 14 и 15. В глубоком вакууме, в силу его чрезвычайно высокой электрической прочности, величина хода в контактах, обеспечивающая требуемые разрядные характеристики изоляции и гарантированное отключение токов, составляет всего лишь несколько миллиметров (6–20 мм).
Внутри камеры располагается система металлических экранов, предназначенных для защиты внутренней
поверхности керамической оболочки от Рис. 5.1. Вакуумная камера металлизации продуктами горения дуги, а также для выравнивания электрического поля.
|
|
|
Основные функции токоведущей системы ВДК такие же, как и в любом
выключателе – обеспечение длительного протекания номинального тока и кратковременного (до 3 с) протекания тока короткого замыкания по условиям термической и динамической стойкости. Радиальный теплоотвод от токоведущей системы конвекцией в вакууме отсутствует, а излучением пренебрежимо мал в основном из-за зеркального эффекта экранов. Перенос теплоты в камере имеет место только вдоль токовводов к фланцам, поэтому на них могут устанавливаться дополнительные радиаторы, улучшающие тепловой режим камеры.
Главным элементом конструкции камеры, влияющим на ее массогабаритные и технические показатели, является контактная система. Особенности теплоотвода и свойства контактных материалов определяют необходимость резкого ограничения величины переходного сопротивления контактов, в том числе за счет применения более высоких, чем в других аппаратах удельных нажатий (1,0–1,2 Н/А). При отсутствии в камере газовой среды электрическая дуга в ВДК горит в среде металлического пара, возникающего в процессе размыкания контактов. Возможны две ее формы – диффузная (рассеянная по всему межконтактному объему) и контрагированная (в виде отдельного канала). Величина тока, при котором диффузная дуга контрагируется (что недопустимо), зависит от типа контактной системы и характеристик контактных материалов. Повышение эффективности дугогашения ВДК достигается созданием в межконтактном промежутке магнитных полей.
В современных вакуумных дугогасительных камерах используются контактные системы двух типов: с поперечным (радиальным) и продольным (аксиальным) по отношению к току дуги отключения магнитным полем. Взаимодействие тока с полем происходит более эффективно в камерах аксиального типа; в итоге падение напряжения на дуге отключения здесь в несколько раз меньше, чем в контактных системах другого типа, и дуга распространяется по всей поверхности контактов. Это увеличивает диапазон отключаемых токов, при которых дуга существует в диффузной форме и снижает необходимые для этого габариты камеры в целом.
|
|
|
Полное падение напряжения по дуге ВДК составляет не более 30 В, что значительно ниже, чем в других типах дугогасителей. Следовательно, и энергия, выделяемая за время горения дуги, существенно ниже. Поэтому коммутационный ресурс ВДК составляет десятки тысяч циклов коммутации номинального тока и несколько сот аварийного.
Неприятной особенностью вакуумных дугогасителей является их склонность к «срезу» тока. Опасные последствия этого, как правило, легко устраняются внешними факторами.
В данной работе исследуется вакуумный выключатель ВВ/ТЕL-10 производства предприятия «Таврида-Электрик», г. Севастополь. В выключателе применена ВДК аксиального типа собственной разработки рекордно малых габаритов и веса, рассчитанная на номинальные токи 630 и 1000 А и номинальные токи отключения 12,5 и 20 кА. Коммутационный ресурс составляет 50000 циклов В-0 при отключении Iном и I00 циклов – Iн.отк.
Общий вид выключателя ВВ/ТЕL-10 представлен на рис. 5.2, схематический разрез полюса выключателя – на рис. 5.3, блок-схема управления выключателем – на рис. 5.4.
Выключатель состоит из трех полюсов, установленных на общем металлическом корпусе, в котором размещены пофазные электромагнитные приводы с магнитной защелкой, удерживающей выключатель неограниченно долго во включенном положении после прерывания тока в катушке электромагнита. Якоря электромагнитов связаны общим валом, на котором установлены постоянные магниты, управляющие герконами для внешних вспомогательных целей. ВДК и остальные узлы аппарата размещаются в
 |
изоляционных корпусах из прозрачного полимерного материала, который обеспечивает электрическую изоляцию выключателя и предохраняет от возможных в эксплуатации механических повреждений и воздействий
Рис. 5.2. Выключатель ВВ/TEL-10
электрической дуги. В комплект выключателя входят два отдельных блока – блок управления ВU и блок питания ВР, а также кнопочный пульт управления ПУ. Включение выключателя производится нажатием кнопки ВКЛ на пульте управления, при котором в ВU формируется команда подачи постоянного напряжения на катушку электромагнита ЭМ (поз. 9 рис. 5.3), если датчик положения ДП (рис. 5.4) соответствует отключенному состоянию выключателя. Под действием электромагнитных сил якорь 11 начинает двигаться вверх и через пружину поджатия 6 заставляет двигаться тяговый изолятор 5 и подвижный контакт 3, сжимая при этом пружину отключения 7. После смыкания контактов ВДК якорь ЭМ перемещается еще на 2 мм до упора, сжимая пружину поджатия 6 для создания необходимого давления между контактами во включенном положении. Общий ход якоря составляет 8 мм. После снятия напряжения с ЭМ его якорь остается во включенном положении под действием кольцевого постоянного магнита 10 (магнитная защелка). В этом положении каждый полюс выключателя удерживается с силой 450–500 Н.
|
|
|
При нажатии кнопки ОТК блоком управления на катушку 9 электромагнита подается напряжение противоположной полярности. Магнит 10 при этом частично размагничивается и якорь снимается с магнитной защелки; в итоге пружины 6 и 7 перемещают подвижные части выключателя вниз в отключенное положение. В этом положении они удерживаются пружиной 7 независимо от того, как выключатель сориентирован в пространстве. Сигнал на отключение блоком ВU может также формироваться при поступлении в него команды от датчика тока в токовой цепи ВВ (аварийное отключение).
 |
Рис. 5.3. Полюс выключателя
Блок ВU запрещает повторное включение после отключения вакуумного выключателя, если команда включения сохраняется, и остается в режиме блокировки до тех пор, пока команда включения не будет снята на время больше 1,5 с.
Блок ВU может дополняться специальными внешними устройствами разделения сигналов для формирования сигналов автоматического включения и отключения по стандартным циклам АПВ.
Рис. 5.4. Схема управления выключателем.
|
|
|
