Как работают, из чего состоят и для чего нужны высоковольтные вакуумные выключатели

Вакуумные выключатели представляют собой инструмент, коммутирующий электрические цепи. Они отвечают за безопасное включение и отключение тока при аварии, перегрузке в сети, коротком замыкании на высоковольтных установках. Компактные и надежные устройства отличаются простотой эксплуатации и универсальностью: их можно использовать в закрытых распределительных системах или на промышленных объектах.

Принцип работы

Электротехническое высоковольтное оборудование незаменимо, когда нужно обеспечить стабильное отключение электрической цепи, если номинальное значение тока превышается. В основе работы вакуумных выключателей лежит гашение дуги в герметично закрытой среде низкой плотности, где нет ионизированных частиц.

Механизм действия следующий:

• Когда контакты замкнуты, они плотно прилегают друг другу, за счет чего происходит протекание тока.
• Если случается замыкание, цепочка разрывается, показатели тока кратковременно повышаются, как и температура на контактной поверхности.
• При превышении установленного номинального значения срабатывает автоматическая релейная защита, или возникает аварийная ситуация на фоне перегрузки, короткого замыкания, в результате элементы цепи размыкаются. Разрыв обеспечивает усилие пружины, провоцирующее формирование электрической дуги. Если ее быстро не погасить, оборудование может выйти из строя.
• Срабатывает вакуумный выключатель, который приводит к прерыванию дугового разряда, а вместе с этим оседанию металлических паров на камере изнутри.

Использование элемента позволяет защититься от пробоев. Силовая цепь отключается быстро и стабильно, а прибор остается работоспособным. Важную роль играет камера, где искусственно создается глубокий вакуум: работая совместно с приводным механизмом, она обеспечивает коммутацию электрических цепей. За счет того, что не образуется остаточная ионизация, изоляция быстрее восстанавливается, а система возвращается в нормальное работоспособное состояние.

О конструкции

Высоковольтными модулями оснащают системы электроснабжения разной мощности в быту или промышленности, когда нужно обеспечить их стабильное функционирование на случай перегрузок в линии, коротких замыканий, аварийных ситуаций. Конструктивно они состоят из нескольких элементов, выполняющих свои функции.

Стандартное устройство вакуумного выключателя следующее:

• Корпус. Создается из изоляционных материалов, отвечает за прочность модуля, его защиту от внешних воздействий, включая пыль, влагу, вибрации. За счет изоляции достигается защита от пробоя на соседние фазы или землю.
• Камера. В обычной среде (газовой, воздушной) дуговой разряд просуществует ровно столько, сколько ионизированный газ поддерживает ток. В вакууме нет газовых молекул, поэтому дуга распадается за короткое время. При размыкании контакты, расположенные в герметичной среде, защищены от электрохимического разрушения. Как следствие, контактная пара остается стойкой к коррозии, коммутационный ресурс самой камеры растет. Так как в системе не используются масла или газы, исключены выбросы токсинов в среду, а также достигается повышенная защищенность от пожаров, взрывов.
• Контактная группа. Состоит из подвижного и неподвижного контакта. Первый, соединенный непосредственно с приводом, отвечает за процессы замыкания и размыкания. Неподвижный закрепляется внутри корпуса. Для их изготовления берут материалы, которые остаются стойкими даже к многократному воздействию дуги, — медь, хром, висмут, их сплавы, металлокерамические композиции. При использовании внутри вакуума на них не оказываются внешние воздействия, например, пыли, загрязнений.
• Литые полюса вакуумной камеры. Представляют собой изоляционные компоненты из эпоксидного компаунда с встроенной в них дугогасительной камерой. Как конструктивная основа отвечают за создание герметичной среды, защиту от внешних факторов, прочность всей конструкции.
• Механизм привода. Механизм представлен пружинно-моторным или электромагнитным типом. Их особенности – компактные размеры, небольшой вес и габариты.

Чтобы повысить безопасность эксплуатации оборудования, используются дополнительные приспособления. Например, демпфер снижает механические удары при срабатывании системы, модули-блокаторы отвечают за безопасность операций, а выкатные тележки помогают обслуживать устройство.

Варианты исполнения

Оптимальное исполнение подбирается с учетом особенностей эксплуатации, частоты обслуживания систем, имеющегося бюджета. Самым простым вариантом является стационарное исполнение, самым сложным – на моторизированной тележке.

Преимущества и недостатки

Одна из особенностей оборудования – способность функционировать при высокой электрической нагрузке. Энергосистема мгновенно и стабильно отключается при любой внештатной ситуации за счет прерывания электрической дуги. При таком подходе потери энергии минимальные, снижается риск человеческих жертв и повреждение дорогостоящих установок.

Конструктивные особенности вакуумных выключателей обеспечивают их длительную эксплуатацию на воздухе или в закрытом пространстве.

Среди их плюсов выделяются:

• простая конструкция без клапанов, компрессоров и других дополнительных компонентов;
• небольшие размеры и габариты;
• стабильная работа при повышенных температурах за счет оснащения системой охлаждения;
• высокая эксплуатационная стойкость, так как использование ведется без сжатого воздуха, масел или легковоспламеняющихся материалов;
• быстрота срабатывания;
• восстановление изоляционных характеристик;
• полная герметичность камеры, где происходит гашение дуги;
• срок службы – не менее 10 000 циклов коммутации при номинальном токе;
• защищенность корпуса, опорных конструкций от ударной нагрузки.

Какие можно выделить недостатки:

1. необходимость применения дополнительных устройств типа ограничителей, чтобы избежать коммутационных перенапряжений;
2. ограниченность использования в сетях со слишком высокими показателями напряжения;
3. постоянный контроль над сохранением герметичности камеры.

Транспортировка и монтаж требуют аккуратности и внимательности, чтобы не было сильных механических ударов, вибраций.

Применение и параметры выбора

Как важная составляющая электрических сетей среднего напряжения вакуумными выключателями оснащают разные объекты, включая подстанции, промышленные производства, железнодорожный транспорт. В каждой сфере они выполняют разные функции:

• оперативное отключение аварийного участка с сохранением подключения в других районах;
• надежное питание станков, оборудования при коротком замыкании;
• защита тяговых подстанций, распределительных устройств, сетей;
• предотвращение угрозы воспламенения, пожара на химических производствах или рудниках.

При дополнительном оснащении встраиваемыми датчиками можно контролировать количество коммутаций, температурные показатели, работоспособность привода, качество изоляции. Зная подобные данные, проще вовремя заметить неисправности и устранить их. Чтобы выключатель работал стабильно, надежно и безопасно, при его выборе нужно учитывать несколько важных моментов:

1. класс напряжения: чаще всего оно составляет 6 кВ, 10 кВ или 35 кВ;
2. номинальный ток, протекающий через высоковольтный прибор в нормальном режиме функционирования;
3. токи короткого замыкания, с отключением которых справится модуль;
4. тип исполнения: стационарные применяют на крупных производствах, выкатные – на подстанциях, в распределительных установках, где можно быстро и просто обслуживать его;
5. коммутационный ресурс: показатель должен быть увеличенным, если устройство применяется на объектах с риском частого переключения.

Играют роль и условия эксплуатации: пыль, повышенная влажность, агрессивная среда или вибрации могут ухудшать работу установок. До подключения узлы проверяют на предмет дефектов, прочности крепления.

Мы предлагаем большой выбор вакуумных выключателей для оснащения подстанций, промышленных и транспортных объектов, где предъявляются высокие требования к электробезопасности. Для получения консультации наших специалистов позвоните нам по телефону +7 (343) 312-23-56