Вимоги, що пред'являються до вимикачів, полягають в наступному:
- надійність в роботі і безпеку для оточуючих;
- швидкодія - можливо малий час відключення;
- зручність в обслуговуванні;
- простота монтажу;
- безшумність роботи;
- порівняно невисока вартість.
Застосовувані в даний час вимикачі відповідають перерахованим вимогам в більшій чи меншій мірі. Однак конструктори вимикачів прагнуть до більш повної відповідності характеристик вимикачів висунутим вище вимогам.
масляні вимикачі
Розрізняють масляні вимикачі двох видів - бакові і маломасляний. Методи деионизации дугового проміжку в цих вимикачах однакові. Різниця полягає лише в ізоляції контактної системи від заземленого підстави і в кількості масла.
До недавнього часу в експлуатації знаходилися бакові вимикачі наступних типів: ВМ-35, С-35, а також вимикачі серії У напругою від 35 до 220 кВ. Бакові вимикачі призначені для зовнішньої установки, в даний час не проводяться.
Основні недоліки бакових вимикачів: вибухо- і пожежонебезпека; необхідність періодичного контролю за станом і рівнем масла в баку і вводах; великий обсяг, масла, що обумовлює велику витрату часу на його заміну, необхідність великих запасів масла; непридатність для установки всередині приміщень.
маломаслянимівимикачами
Маломаслянимівимикачами (горшкові) набули широкого поширення в закритих і відкритих розподільних пристроях всіх напруг. Масло в цих вимикачах в основному служить дугогасящей середовищем і тільки частково ізоляцією між контактами.
Ізоляція струмоведучих частин одна від одної і від заземлених конструкцій здійснюється порцеляною або іншими твердими ізолюючими матеріалами. Контакти вимикачів для внутрішньої установки знаходяться в сталевому бачку (горщику), звідси збереглася назва вимикачів "горшкові".
Маломаслянимівимикачами напругою 35 кВ і вище мають фарфоровий корпус. Саме широке застосування отримали вимикачі 6-10 кВ підвісного типу (ВМГ-10, ВМП-10). У цих вимикачах корпус кріпиться на порцелянових ізоляторах до загальної рамі для всіх трьох полюсів. У кожному полюсі передбачений один розрив контактів і дугогасильні камери.
Конструктивні схеми маломасляних вимикачів 1 - рухливий контакт; 2 - дугогасильні камери; 3 - нерухомий-ний контакт; 4 - робочі контакти
При великих номінальних токах обійтися однією парою контактів (які виконують роль робочих і дугогасильних) важко, тому передбачають робочі контакти зовні вимикача, а дугогасительниє - всередині металевого бачка. При великих відключаються токах на кожен полюс є два дугогасильних розриву. За такою схемою виконуються вимикачі серій МГГ і МР на напругу до 20 кВ включно. Масивні зовнішні робочі контакти 4 дозволяють розрахувати вимикач на великі номінальні струми (до 9500 А). При напрузі 35 кВ і вище корпус вимикача виконується порцеляновим, серія ВМК - вимикач маломасляний колонковий). У вимикачах 35, 110 кВ передбачено один розрив на полюс, при великій напрузі - два розриву і більш.
Недоліки маломасляних вимикачів: вибухо- і пожежонебезпека, хоча і значно менша, ніж у бакових вимикачів; неможливість здійснення швидкодіючого АПВ; необхідність періодичного контролю, доливання, щодо частої заміни масла в дугогасильних бачках; трудність установки вбудованих трансформаторів струму; відносно мала відключає здатність.
Область застосування маломасляних вимикачів - закриті розподільні пристрої електростанцій і підстанцій 6, 10, 20, 35 і 110 кВ, комплектні розподільчі пристрої 6, 10 і 35 кВ і відкриті розподільні пристрої 35 і 110 кВ.
повітряні вимикачі
У повітряних вимикачах гасіння дуги відбувається стисненим повітрям при тиску 2-4 МПа, а ізоляція струмоведучих частин і дугогасительного пристрою здійснюється порцеляною або іншими твердими ізолюючими матеріалами. Конструктивні схеми віз-задушливих вимикачів різні і залежать від їх номінальної напруги, способу створення ізоляційного проміжку між контактами у відключеному положенні, способу подачі стисненого повітря в дугогасительноє пристрій.
У вимикачах на великі номінальні струми є головний і дугогасительного контур подібно маломаслянимівимикачами МГ і МГГ. Основна частина струму у включеному положенні вимикача проходить по головним контактам 4, розташованим відкрито. При відключенні вимикача головні контакти розмикаються першими, після чого весь струм проходить по дугогасительного контактам, укладеними в камері 2. До моменту розмикання цих контактів в камеру подається стиснене повітря з резервуара 1, створюється потужне дуття, що гасить дугу. Дуття може бути поздовжнім або поперечним.
Необхідний ізоляційний проміжок між контактами у відключеному положенні створюється в дугогасительной камері шляхом розведення контактів на достатню відстань. Вимикачі, виконані за конструктивною схемою з відкритим віддільником, виготовляються для внутрішньої установки на напругу 15 і 20 кВ і струм до 20000 А (серія ВВГ). В даному типі вимикачів після відключення віддільника 5 припиняється подача стисненого повітря в камери і дугогасильні контакти замикаються.
Конструктивні схеми повітряних вимикачів 1 - резервуар із стислим повітрям; 2 - дугогасильні камери; 3 - шунтирующий резистор; 4 - головні контакти; 5 - відділювач; 6 - ємнісний дільник напруги на 110 кВ - два розриву на фазу (г)
У повітряних вимикачах для відкритої установки на напругу 35 кВ (ВВ-35) досить мати один розрив на фазу.
У вимикачах напругою 110 кВ і вище після гасіння дуги розмикаються контакти віддільника 5 і камера отделителя залишається заповненою стисненим повітрям на весь час відключеного положення. При цьому в дугогасительную камеру стиснене повітря не подається і контакти в ній замикаються.
З цієї конструктивної схемою створені вимикачі серії ВВ на напругу до 500 кВ. Чим вище номінальну напругу і чим більше відключається потужність, тим більше повинно бути розривів в дугогасительной камері і в отделителе.
За конструктивною схемою рис, г виконуються воздухонаполненнимі вимикачі серії ВВБ. Напруга модуля ВВБ 110 кВ при тиску стисненого повітря в гасітельних камері 2 МПа. Номінальна напруга модуля вимикача серії ВВБК (крупномодульних) становить 220 кВ, а тиск повітря в гасітельних камері 4 МПа. Аналогічну конструктивну схему мають вимикачі серії ВНВ: модуль напругою 220 кВ під тиском 4 МПа.
Для вимикачів серії ВВБ кількість дугогасильних камер (модулів) залежить від напруги (110 кВ - одна; 220 кВ - дві; 330 кВ - чотири; 500 кВ - шість; 750 кВ - вісім), а для крупномодульних вимикачів (ВВБК, ВНВ) кількість модулів відпо-венно в два рази менше.
елегазові вимикачі
Елегаз (SF6 - шестифториста сірка) являє собою інертний газ, щільність якого перевищує щільність повітря в 5 разів. Електрична міцність елегазу в 2 - 3 рази вище міцності повітря; при тиску 0,2 МПа електрична міцність елегазу порівнянна з міцністю олії.
У елегазі при атмосферному тиску може бути погашена дуга зі струмом, який в 100 разів перевищує струм, що відключається в повітрі при тих же умовах. Виняткова здатність елегазу гасити дугу пояснюється тим, що його молекули вловлюють електрони дугового стовпа і утворюють щодо нерухомі негативні іони. Втрата електронів робить дугу нестійкою, і вона легко гасне. У струмені елегазу, т. Е. При газовому дуття, поглинання електронів з дугового стовпа відбувається ще інтенсивніше.
У елегазових вимикачах застосовують автопневматіческіе (автокомпрессіонние) дугогасительниє пристрої, в яких газ в процесі відключення стискається поршневим пристроєм і направляється в зону дуги. Елегазовий вимикач представляє со-бій замкнуту систему без викиду газу назовні.
В даний час елегазові вимикачі застосовуються на всіх класах напруг (6-750 кВ) при тиску 0,15 - 0,6 МПа. Підвищений тиск застосовується для вимикачів більш високих класів напруги. Добре зарекомендували елегазові вимикач-ки наступних зарубіжних фірм: ALSTOM; SIEMENS; Merlin Gerin і ін. Освоєно випуск сучасних елегазових вимикачів ПО "Уралелектротяжмаш": бакові вимикачі серії ВЕБ, ВГБ й колонкові вимикачі серії ВГТ, ВДУ.
Як приклад розглянемо конструкцію вимикача серії LF фірми Merlin Gerin напругою 6-10 кВ.
Базова модель вимикача складається з наступних елементів:
- корпусу вимикача, в якому розташовані всі три полюси, що представляє собою "посудина під тиском", заповнений елегазом під низьким надлишковим тиском (0,15 МПа або 1,5 атм.);
- механічного приводу типу RI;
- передній панелі приводу з рукояткою для ручного взводу пружин і індикаторами стану пружини і вимикача;
- високовольтних силових контактних майданчиків;
- многоштирьевого роз'єму для підключення ланцюгів вторинної комутації.
вакуумні вимикачі
Електрична міцність вакууму значно вище міцності інших середовищ, що застосовуються в вимикачах. Пояснюється це збільшенням довжини середнього вільного пробігу електронів, атомів, іонів і молекул в міру зменшення тиску. У вакуумі довжина вільного пробігу частинок перевищує розміри вакуумної камери.
Відновлюється електрична міцність проміжку довжиною 1/4 "після відключення струму 1600 А в вакуумі і різних газах при атмосферному тиску
У цих умовах удари частинок об стінки камери відбуваються значно частіше, ніж зіткнення між частинками. На малюнку показані залежності пробивної напруги вакууму і повітря від відстані між електродами діаметром 3/8 "з вольфраму. При такій високій електричної міцності відстань між контактами може бути дуже малим (2 - 2,5 см), тому розміри камери можуть бути також відносно невеликими .
Процес відновлення електричної міцності проміжку між контактами при відключенні струму протікає в вакуумі значно швидше, ніж в газах. Рівень вакууму (залишковий тиск газів) в сучасних промислових дугогасильних камерах зазвичай становить Па. Відповідно до теорії електропрочності газів, що не-обхідні ізоляційні якості вакуумного проміжку досягаються і при менших рівнях вакууму (близько Па), однак для сучасного рівня вакуумних технологій, створення і підтримання протягом часу життя вакуумної камери рівня Па не складає проблеми. Це забезпечує вакуумним камерам запаси електропрочності на весь термін експлуатації (20-30 років).
Типова конструкція вакуумної дугогасильні камери приведена на малюнку.
Конструктивна схема вакуумної дугогасильні камери
Конструкція вакуумної камери складається з пари контактів (4; 5), один з яких є рухомим (5), укладених в ваккумноплотную оболонку, спаяні з керамічних або скляних ізоляторів (3; 7), верхній і нижній металевих кришок (2; 8) і металевого екрана (6). Переміщення рухомого контакту щодо нерухомого забезпечується шляхом застосування сильфона (9). Висновки камери (1; 10) служать для підключення її до головної токоведущей ланцюга вимикача.
Треба відзначити, що для виготовлення оболонки вакуумної камери застосовуються тільки спеціальні вакуумноплотние, очищені від розчинених газів метали - мідь і спеціальні сплави, а також спеціальна кераміка. Контакти вакуумної камери виготовляються з металокерамічної композиції (як правило, це мідь-хром в співвідношенні 50% -50% або 70% -30%), що забезпечує високу здатність, що відключає, зносостійкість і перешкоджає виникненню точок зварювання на поверхні контактів. Циліндричні керамічні ізолятори, спільно з вакуумним проміжком при розведених контактах забезпечують ізоляцію між висновками камери при відключеному положенні вимикача.
Таврида-електрик випустила нову конструкцію вакуумного вимикача з магнітною засувкою. В основу його конструкції закладений принцип співвісності електромагніту приводу і вакуумної дугогасильні камери в кожному полюсі вимикача. Включення вимикача здійснюється в наступній послідовності.
У початковому стані контакти вакуумної дугогасильні камери розімкнуті за рахунок впливу на них відключає пружини 7 через тяговий ізолятор 5. При прикладанні напруги позитивної полярності до котушки 9 електромагніта, в зазорі магнітної системи наростає магнітний потік.
У момент, коли сила тяги якоря, створювана магнітним потоком, перевершує зусилля пружини відключення 7, якір 11 електромагніту разом з тяговим ізолятором 5 і рухомим контактом 3 вакуумної камери починає рух вгору, стискаючи пружину відключення. При цьому в котушці виникає рухова протидії ЕРС, яка перешкоджає подальшому наростання струму, і навіть трохи зменшує його.
У процесі руху якір набирає швидкість близько 1 м / с, що дозволяє уникнути предпробоев при включенні і виключити брязкіт контактів ВДК. При замиканні контактів вакуумної камери, в магнітній системі залишається зазор додаткового поджатия рівний 2 мм. Швидкість руху якоря різко падає, так як йому доводиться долати ще й зусилля пружини додаткового контактного підтискання 6. Однак під впливом зусилля, створюваного магнітним потоком і інерцією, якір 11 продовжує рухатися вгору, стискаючи пружину відключення 7 і пружину 6 додаткового контактного підтискання.
У момент замикання магнітної системи якір стикається з верхньою кришкою приводу 8 і зупиняється. Після закінчення процесу включення струм котушки приводу відключається. Вимикач залишається у включеному положенні за рахунок залишкової індукції, створюваної кільцевим постійним магнітом 10, який утримує якір 11 в притягнутому до верхньої кришки 8 положенні без додаткової струмового підживлення.
Для відключення вимикача необхідно прикласти до висновків котушки напругу негативної полярності.
В даний час вакуумні вимикачі стали домінуючими апаратами для електричних мереж з напругою 6-36 кВ. Так, частка вакуумних вимикачів в загальній кількості випущених апаратів в Європі і США досягає 70%, в Японії - 100%. У Росії в останні роки ця частка має постійну тенденцію до зростання, і в 1997 році перевищила 50% -ю позначку. Основними перевагами ВВ (в порівнянні з масляними і газовими вимикачами), що визначають зростання їх частки на ринку, є:
- більш висока надійність;
- менші витрати на обслуговування.
джерело: школа Електрика