Высоковольтные выключатели – масляные и вакуумные

Коммутационный аппарат должен быть способен обеспечить отключение электрических цепей высоковольтной сети под нагрузкой или без неё, и иметь два режима работы – нормальный и аварийный. Таким образом, нужно чтобы выключатель мог долгое время выдерживать номинальные токи, и вместе с тем – отключать кратковременные токи короткого замыкания, которые превосходят рабочие токи в разы. В аварийном режиме он должен обеспечивать автоматическое выключение цепи чтобы не была повреждена аппаратура или приборы, которые подключены к ней.

Важно! Выключатели классифицируются по тому, в какой среде проводится гашение дуги.

Чтобы подобрать коммутационный аппарат, нужно обратить внимание на следующие его свойства:

• Он должен быть надёжным, рассчитанным на длительную эксплуатацию и безопасным как для людей рядом, так и для оборудования, которое будет к нему подключаться.
• Чем меньше время отклика и отключения, тем лучше.
• Обслуживать и управлять им должно быть достаточно просто. Современные выключатели имеют удалённый контроль.
• Важно, чтобы монтаж можно было провести быстро и просто.
• Габариты и вес тоже нередко имеют существенное значение.
• Он должен быть пригоден к ремонту.
• Наконец, обращать внимание следует и на стоимость.

Элементы, входящие в выключатель:

• Силовая контактная группа – включает подвижный элемент (свеча) и стационарный (розетка). Между контактами появляется электрическая дуга и гасится выключателем.
• Изоляторы – нужны для изоляции токопроводящих элементов друг от друга и от корпуса.
• Баки с маслом. Их может быть от одного до трёх в зависимости от модели. Масляная среда используется для гашения дуги.
• Блок-контакты – нужны для контроля и управления аппаратурой.
• Приводы. Бывают ручными и автоматическими. В масляных выключателях собираются на основе катушки включения/отключения (включающая катушка соленоида). Отключающая катушка служит ударным механизмом – сбивает включенное устройство с защёлки.
• Отключающие пружины – применяются чтобы размыкать силовую часть, от них зависит то, с какой скоростью будут расходиться контакты.

Масляные выключатели делятся на два вида:

1. Баковые выключатели используются в первую очередь если токи отключения небольшие. В устройствах этого типа масло нужно чтобы гасить дугу и изолировать токоведущие части, а также дугогасительный аппарат. Если выключатель рассчитан не более чем на 20 кВ, то достаточно одного бака для масла, в котором находятся три полюса. Если же устройство будет использоваться при напряжении от 35 кВ, то оно должно иметь три бака, в каждом из которых будет только один полюс. Приводы в баковых выключателях используются персональные (они же пофазные) и групповые, электромагнитные и воздушные. В некоторых предусмотрена функция автоматического повторного включения. Если выключатели рассчитаны на 35 кВ или больше, то они должны быть оборудованы встроенными трансформаторами тока.
2. Маломасляные выключатели отличаются от баковых тем, что масло применяется в них только с целью гашения дуги. Чтобы изолировать токоведущие детали и дугогасительный аппарат используются твёрдые диэлектрики, такие как текстолит, керамика, эпоксидные смолы. Выключатели этого типа обозначают аббревиатурами ВМП и ВМГ. Они меньше и не так много весят, при этом лучше защищены от пожаров и взрывов в сравнении с баковыми. Часть моделей маломасляных выключателей имеет ёмкостные трансформаторы напряжения и тока. Они обычно крупнее, а их устройство сложнее.

В некоторых моделях масляных выключателей дугогасительная камера располагается снизу, а подвижный контакт в них движется в направлении сверху вниз. В других моделях дугогасительная камера сверху, соответственно, и контакт движется в обратном направлении – снизу вверх. Среди современных устройств преобладает второй тип.

Масляные выключатели могут оснащаться встроенной системой управления и защиты со следующими реле:

• максимального тока моментального действия,
• минимального напряжения,
• выдержки времени,
• электромагниты отключения.

Существенная проблема масляных выключателей – их межремонтный ресурс невысок из-за того, что трансформаторное масло часто приходится менять, потому что оно теряет свойства. В сочетании с большими габаритами и весом это ограничивает их применение в современных условиях.

При монтаже коммутационной аппаратуры, а равно при её пуско-наладке и эксплуатации, важно соблюдать правила чтобы она служила долго и без сбоев. Прежде, чем ввести выключатель в эксплуатацию, нужно сделать следующее:

• Отрегулировать силовую контактную группу. Подвижный элемент (то есть свеча) должен входить на достаточное расстояние в розетку. Проводить регулировку нужно после того, как аппарат будет установлен, сотрудник должен открепить свечу контактной группы и зафиксировать на нужном уровне.
• Провести испытания. В них входят проверки изоляции и иных элементов конструкции выключателя; испытания повышенным напряжением промышленной частоты, а также частым включением и отключением – в числе обязательных, как и ряд других. Когда все необходимые проверки будут проведены, нужно составить протокол и занести в него результаты. Именно по этому протоколу должно приниматься решение о том, можно ли эксплуатировать выключатель, требуется ли ему ремонт.
• Прежде, чем аппарат начнёт эксплуатироваться, нужно проверить что в его баках имеется масло в нужном количестве, качество этого масла тоже следует установить. Также необходима проверка крепления элементов привода, чистоты блок-контактов, и того, в каком состоянии находятся изоляторы.

Только если всё перечисленное в порядке, выключатель можно допускать к эксплуатации, причём проверки должны проводиться квалифицированными сотрудниками с соблюдением требований безопасности.

В зависимости от типа привода, номинального рабочего напряжения и прочих параметров, разные модели вакуумных выключателей могут значительно отличаться друг от друга по конструкции. Приборы от разных производителей тоже обычно непохожи. И всё-таки основные элементы в них одни и те же, найти их можно в любом подобном выключателе. Это:

• Корпус – от него в первую очередь требуется прочность, так что его делают из металла. Внутри располагается привод включения/отключения.
• Полюса токоведущих частей. Всего их три, они нужны чтобы обеспечивать подключение и отключение от сети.
• Диэлектрический корпус вакуумной камеры. Его производят методом литья, в нём содержатся силиконовые и эпоксидные смолы.
• Аппаратная тележка. Она используется для перемещения выкатного элемента из контрольного положения в рабочее и обратно в ячейках КРУ. На неё стоит обратить особое внимание, потому как она может существенно отличаться в зависимости от производителя.

Обычно у вакуумных выключателей три полюса, в их конструкции стоит выделить ряд элементов:

• верхний токопроводящий вывод,
• дугогасительная камера,
• диэлектрический корпус,
• подвижная часть силовой контактной группы,
• нижний отходящий токопроводящий вывод,
• гибкий элемент токоведущей шины,
• тяга с изолятором.

Конструкцию вакуумной камеры стоит кратко разобрать отдельно. Она неразборная, так что оценить, в каком состоянии контактная система, как и уровень вакуума, можно только во время испытаний с помощью измерительных приборов. Если камера выходит из строя, ремонт не проводится – её необходимо поменять на новую. Ключевые элементы конструкции вакуумной камеры:

• Силовые контакты (подвижный и неподвижный), между которым возникает электрическая дуга.
• Экранирующий механизм, снижающий помехи при коммутации.
• Изоляционный корпус, обычно его изготавливают из керамики.
• Сильфон – требуется, чтобы из-за движения контактов не происходило разгерметизации вакуумной дугогасительной камеры.
• Выводы подвижного и неподвижного контактов.

Управляться такие выключатели современных моделей могут не только по месту установки, но и дистанционно. Коммутационный аппарат способен работать в аварийных режимах – сигнал на отключение в такой ситуации приходит от блока релейной защиты либо специальной автоматики. На электромагнит отключения подаётся питание и токопроводящие контакты размыкаются.

Важно! В некоторых моделях коммутационных устройств реализованы одновременно релейная защита и противоаварийная автоматика – это реклоузеры.

Главным образом здесь интересен процесс гашения дуги. Основывается он на высокой электрической прочности и диэлектрических характеристиках вакуума. Возникает дуга при разрывании контактов, а благодаря тому, что с их поверхности испаряется металл, она поддерживается. При переходе тока через ноль происходит её гашение, при этом повторно она не возникает благодаря диэлектрическим свойствам вакуума, и тому, что быстро происходит процесс деионизации.

Важно! Вакуумным выключателям присущ существенный минус – это возможность появления среза тока. Такое случается при гашении дуги до того, как ток переходит через ноль. Срез тока приводит к коммутационному перенапряжению – это плохо воздействует на всю технику, что подключена к сети. Чтобы из-за этого не возникло повреждений применяются нелинейные ограничители перенапряжений.

Современные вакуумные выключатели можно устанавливать и в комплектных, и в открытых распределительных устройствах. Их плюсы – высокая скорость работы и длительный срок эксплуатации. Те устройства, что выпускаются сейчас, при своевременном обслуживании и выполнении всех правил эксплуатации должны служить как минимум 30 лет. Применяют этот тип выключателей как правило в электроустановках напряжением от 1 000 В.

Важно! Выключатели любого типа должны иметь механизм ручного отключения. С его помощью можно отключить выключатель даже если из строя оказался выведен его привод или цепи управления.

В промышленности используются оба типа выключателей, но с каждым годом растёт доля вакуумных. Так, в Китае от масляных уже отказались вовсе и заменили на более современные модели вакуумных.

Учёным удалось подтвердить на практике, что в вакууме гашение дуги эффективнее по сравнению с масляной средой. Есть у них и другие плюсы:

• Они проще в обслуживании. При использовании масляных выключателей необходимо следить за уровнем масла в баке или дугогасительной камере, в случае с вакуумными ничего подобного делать не нужно.
• Срок службы дольше – в среднем они способны проработать в 1,5 или даже в 2 раза дольше в сравнении с масляными, а это экономия средств в долгосрочной перспективе.
• От них мало шума, как и отходов, которые необходимо утилизировать. Вакуумный выключатель не выбрасывает газы и масло, а содержимое баков масляных выключателей может попадать почву при нарушении герметичности и аварийных ситуациях.
• Выше уровень пожарной безопасности за счёт того, что в них нет никаких легковоспламеняющихся материалов или жидкостей, а вот масло относится к числу таких.
• Ремонт проще – если вакуумная камера ломается, её несложно поменять, с масляным дело обстоит не так просто, придётся потратить больше времени, поскольку объём работ существенно выше. На дистанции это тоже выливается в существенную разницу.
• Габариты меньше – а это экономия пространства и упрощение монтажа. Регулировка аппарата тоже проще. Всё это также создаёт значительную разницу в долгосрочной перспективе за счёт экономии времени специалистов.