Конструктивное исполнение и практическое использование вакуумных (1)

Министерство образования и науки Самарской области
Государственное автономное профессиональное учреждение Самарской
области
«Строительно-энергетический колледж (учебно производственный кампус)
им.П.Мачнева».
Реферат по дисциплине:
Техническая диагностика и ремонт электрооборудования
На тему:
Конструктивное исполнение и практическое использование вакуумных
выключателей
Выполнил студент:
группы 301 ЭТ _________
Васильева П.А.
Проверил: __________
Миникаев Р.И.
Самара 2023г.
1. Конструктивное исполнение вакуумных выключателей
Электроприбор вакуумный выключатель – это устройство, предназначенное
для эксплуатации в составе электрических высоковольтных сетей. Своё
название он получил от особенности конструкции – вакуумной камеры,
благодаря которой достигается моментное гашение электрической дуги.
Прибор используется в качестве коммутаторов, призванных выполнять
отключение оборудования на случай аварийных ситуаций или в рамках
текущей
эксплуатации.
Давайте
подробнее
рассмотрим,
что
собой
представляет вакуумный коммутатор и для чего он нужен.
1.1Действие высоковольтного вакуумного комутатора
Основой функциональности вакуумных камер, применяемых в конструкции
выключателей, являются физические свойства газа, находящегося в
разряженном состоянии. При таких условиях свойство газа, характеризуемое
как электрическая прочность, существенно изменяется в сторону увеличения.
Этот эффект высокой разряженной среды (диапазон от 10 -6 до 10 -8 Н/см 2 )
успешно используется в конструкциях выключателей, дополненных газовыми
вакуумными камерами, сквозь которые проходят электрические контактные
группы.
Текущий через контактные группы ток (в момент разъёма контакта)
формирует электрический разряд – дугу. Горение дуги проходит за счёт
частичной ионизации паров металла, неизбежно образующихся от высокой
температуры. Прохождение тока между контактами через образованную
плазму поддерживается до момента перехода тока к нулевой шине.
Как только наступает момент перехода через «ноль», электрическая дуга
гаснет. Время общего процесса занимает не более 7-10 микросекунд.
2
2. Устройство выключателей вакуумного исполнения
Разнообразие вакуумных выключателей, с учётом их конструктивного
исполнения, достаточно велико. Поэтому сложно выдавать характеристику
этих приборов в целом. Между тем, независимо от конструктивных различий,
принцип действия остаётся неизменным.
Рассмотрим
для
общего
ознакомления
трёхполюсный
вакуумный
выключатель, оснащённый пружинно-моторным приводом. Этот прибор
рассчитан под внутреннюю установку или под инсталляцию на открытом
воздухе. В любом случае, его монтаж выполняется внутри специальных
распределительных металлических коробов.
Эксплуатироваться приборы могут в самых разных сферах народного
хозяйства. Однако есть некоторые ограничения.
Так, вакуумные выключатели не предназначены для установки с последующей
эксплуатацией в следующих условиях:
 помещения, где пожаро-, взрывоопасная атмосфера;
 установки, конструктивно предусматривающие частую коммутацию;
 установки мобильного (передвижного) типа;
 энергетические системы морских и речных судов.
Выключателям вакуумного типа обычно присущи два типа исполнения
конструкции:
 Под стационарную инсталляцию.
 Под инсталляцию с аппаратной тележкой.
Независимо от исполнения, корпусная область прибора содержит три полюса,
оснащённых дугогасительными камерами.
Внутри вакуумных камер работают подвижные контакторы, приводимые в
действие пружинно-моторным механизмом. Корпус прибора дополняется
3
фронтальной панелью, где содержатся элементы индикации и управляющие
устройства.
Три полюса главной цепи выполнены в форме колонн. Расположение полюсов,
как правило, на задней части шасси пружинно-моторного привода. Каждый
полюс дополнен камерой гашения дуги, которая заключена внутри
полимерного изолятора. С целью усиления электрической прочности корпус
изолятора имеет ребристую форму.
Внутри каждой вакуумной камеры смонтирована контактная группа из двух
элементов – подвижного, неподвижного. Элемент подвижного контакта через
тяговый изолятор связан с механизмом переключения. Далее связь с нижним
контактным выводом. А неподвижный контакт через конусную посадку
соединяется с верхним контактным выводом прибора.
4
3. Устройство и работа выключателя
Принцип работы выключателя основан на гашении электрической дуги,
возникающей между контактами, в вакууме (1, 2, 5, 6, 8). Ввиду высокой
электрической прочности вакуумного промежутка и отсутствия среды,
поддерживающей горение дуги, время горения дуги минимальное.
Рис.1. Общий вид выключателя ВВТЭ-М-10: 1 – встроенный электромагнитный привод; 2
– буфер; 3 – вал выключателя; 4 – тяги изоляционные; 5 – полюсы; 6 – рама; 7 – лицевая
крышка; 8 – панель с элементами управления; 9 – механизм свободного расцепления; 10 –
блок сигнализации, кнопка ручного аварийного отключения.
Управление выключателем осуществляется встроенным электромагнитным
приводом 1 зависимого (прямого) действия.
Операция включения выключателя осуществляется за счет тягового усилия
электромагнита включения. Отключается выключатель за счет энергии,
предварительно запасенной отключающей пружиной при включении.
Включение выключателя. Исходное положение выключателя показано на рис.
14 (выключатель включен). Контакты 10 и 11 вакуумной дугогасительной
5
камеры (ВДК) 14 разомкнуты, выключатель удерживается в отключенном
положении отключающей пружиной 12.
Рис.2. Положения выключателя: а – отключенное; б – включенное
Если выключатель отключен, то при подаче напряжения на катушку 7
включающего электромагнита 1 (рис. 2, а) якорь 13 (рис. 3) электромагнита
притягивается к стоку 4 и толкатель 11 воздействует на ролик коромысла 7
(см. рис. 2, а), при этом другой ролик находится на защелке 9, вал 10
выключателя поворачивается и через рычаги 11, изоляционные тяги 12, узлы
поджатия (см. рис. 1) замыкает контакты 15 и 16 ВДК 14, одновременно
взводится пружина отключения 17. В конце хода под действием пружины
защелка 3, шарнирно установленная на приводе, поворачивается и фиксирует
выключатель во включенном положении. Под действием возвратной пружины
9 (см. рис. 3) якорь 13 возвращается в исходное положение.
Ручное (не оперативное) включение осуществляется рычагом для ручного
включения
выключателя.
Гнездо
рычага
для
ручного
включения
устанавливается на четырехгранный выступ вала выключателя. Нажатием
рычага вниз осуществляется включение выключателя.
6
Отключение
выключателя.
При
подаче
напряжения
на
катушку
отключающего электромагнита 3 (рис. 3) его якорь через толкатель 7
воздействует на рычаг 4, который в свою очередь воздействует на защелку 5
механизма свободного расцепления. Защелка 5 выходит из зацепления с
роликом коромысла 4 (см. рис. 2, а), и происходит отключение выключателя
за счет энергии, запасенной отключающей пружиной 12 и пружинами узлов
поджатия. Коромысло 4, поворачиваясь по часовой стрелке, соскальзывает с
защелки 2 и под действием пружины 4 становится на защелку 5. Механизм
подготовлен к включению.
Рис.3. Схема привода выключателя
Ручное отключение выключателя осуществляется нажатием кнопки ручного
аварийного отключения 10, которая через рычаг 4 воздействует на защелку 5,
и выключатель отключается.
Полюс выключателя (рис. 4) состоит из тяги изоляционной 1, вакуумной
дугогасительной камеры 9 типа КДВК-10-10/630, изоляционного каркаса 8, в
тело которого запрессованы шпильки 10, предназначенные для крепление
полюса к раме выключателя; шины 7, соединенной с неподвижным контактом
7
вакуумной камеры; гибкой связи 5, соединенной через контакт 6 с подвижным
контактом вакуумной камеры; планки 13, служащей для крепления гибкой
связи к изоляционному каркасу; узлов поджатия, состоящих из пружины 3,
втулки 2, шпильки 4, шайбы 11, оси 12.
В процессе включения выключателя после замыкания контактов вакуумной
камеры при дальнейшем ходе благодаря наличию паза на шпильке 2
происходит деформация пружины 3, которая создает «провал» контактов.
Крепится камера к каркасу полюса со стороны неподвижного контакта
камеры. За время работы камеры уход за контактами не требуется.
Назначение схем управления выключателем:
 оперативное и неоперативное включение и отключение выключателя;
 блокирование против повторения операций включения и отключения,
когда команда на включение остается поданной после автоотключения;
 сигнализация о положении выключателя.
Рис.4. Схема полюса выключателя
8
Работа схемы управления на переменном оперативном токе (рис. 5).
Переменное напряжение подается на диодный мост VD1-VD4 через контакты
блока зажимов ХТ1-15, ХТ1-17, заряжается конденсатор С1, реле КV1
срабатывает – выключатель готов к выполнению операций.
Включение выключателя (рис. 6). При подаче команды на включение
выпрямленное напряжение с диодного моста VD1 – VD4 через блок-контакты
SA6.1, SA4.1 подается на катушку контактора КМ1 и происходит его
срабатывание. Через контакты КМ1-1, КМ1-2 подается напряжение на
электромагнит включения YAC1, выключатель включается. В момент
включения
срабатывает
счетчик
числа
циклов
РС1
и
происходит
переключение блок-контактов SA1 – SA5, которые механически связаны с
валом выключателя. Команда на включение прерывается блок-контактом
SA4.1.
Отключение выключателя (рис. 6). При подаче команды на отключение
(контакты блока зажимов ХТ1-20, ХТ1-13 замыкаются) конденсатор С1,
предварительно заряженный и работающий в режиме постоянного подзаряда,
через R1 разряжается на обмотку электромагнита отключения YAТ1 по цепи:
контакты ХТ1-20, ХТ1-13 (кнопка отключения замыкается), блок-контакт
SA5.1, обмотка YAТ1, конденсатор С1. Выключатель отключается, команда
на отключение прерывается блок-контактом SA5.2.
9
Рис. 5. Схема управления выключателем на переменном токе
Рис. 6. Схема управления выключателем на постоянном токе
10
Блокировка от повторного включения. При отключении выключателя,
когда команда на включение подана, срабатывает блок-контакт SA6,
механически связанный с электромагнитом отключения YAТ1, при этом
контактом SA6.1 разрывается цепь включения, а при срабатывании контакта
SA6.2 через ограничивающее сопротивление R1 электромагнит отключения
YAТ1 становится на самоудержание до исчезновения команды на включение.
Работа схемы при зависимом питании. Если в процессе включения
напряжение снижается ниже допустимого предела, то происходит отпускание
реле КV1, которое своим контактом КV1.1 отключает выключатель.
Работа схемы управления на постоянном оперативном токе (рис. 6). При
подаче напряжения на контакты ХТ1-23 (« – »), ХТ1-24 (« + ») через нормально
замкнутые контакты SA5.1, SA6.1, SA7.1 происходит срабатывание
конденсатора КМ1, который своими контактами КМ1.1 и КМ1.2 включает
выключатель, подавая напряжение на катушку электромагнита включения
YAC1, при этом также срабатывает счетчик числа циклов РС1.
Команда на включение прерывается последовательно включенными блокконтактами SA6.1 и SA7.1, механически связанными с валом выключателя.
Отключение выключателя. При подаче напряжения на контакты ХТ1-13
(« –»), ХТ1-23 (« + ») через контакты SA8.2, SA9.2 происходит срабатывание
электромагнита отключения YAC1. Команда на отключение прерывается
блок-контактами SA8.2 и SA9.2, механически связанными с валом
выключателя.
Блокировка от повторного включения. При отключении выключателя и вновь
поданной команде на включение срабатывает блок-контакт SA5, механически
связанный с якорем электромагнита отключения YAТ1, при этом контактом
SA5.1 разрывается цепь включения, а контактом SA5.2 через ограничивающее
сопротивление R1 электромагнит отключения становится на самоудержание
до снятия команды на включение.
11
Работа схемы при зависимом питании на постоянном токе. Включение
выключателя на токе короткого замыкания (до 20 кА при зависимом питании
на постоянном токе) возможно только при питании электромагнита включения
YAC1 от выпрямительного устройства с индуктивными накопителями типа
УКП.
12
4. Особенности выкатных конструкций
Аппаратура выкатного исполнения собрана на базе специальной аппаратной
тележки. При помощи этого аксессуара выключатель вводится внутрь шкафа
или выводится из него.
Аппаратная тележка действует не только как транспорт прибора, но также
выполняет функцию контроллера включения прибора в режим теста или в
рабочий режим, как только выключатель задвинут в шкаф.
Вакуумный выключатель закрепляется непосредственно к подвижной части
тележки. Крепёж выполняется болтовыми соединениями. Между тем,
аппаратная тележка имеет ещё и неподвижную часть, где закреплён привод
подвижной части. Движение подвижного модуля относительно неподвижного
выполняется за счёт винта рукоятки управления тележкой.
Подвижная часть – металлическое основание на четырёх колёсах,
обработанное гальваническим покрытием. Здесь присутствует внешняя
механическая блокировка (нажимная планка) заземлителя, блокировка винта
привода, блок-контакты, механизм блокировки выключателя и прочие
элементы, коими обеспечивается движение или фиксация.
13
5. Подключение непосредственно в сеть
Клеммы контактных наконечников проводников силовых кабелей перед
присоединением к выводам выключателя необходимо зачистить.
Процедура зачистки отличается в зависимости от применяемого материала
клемм:
 Для медных и алюминиевых клемм без дополнительного покрытия
зачистка осуществляется наждачной бумагой зернистостью М20 или
ниже, с последующим обезжириванием поверхности металла.
 Если клеммы медные или алюминиевые покрыты слоем серебра, их
достаточно очистить безворсовой тканью.
Недопустимо применять кабели, серебряное покрытие клемм которых
повреждено на площади более 5%. В этом случае повреждённый элемент
требуется заменить. Подробнее о клеммах для соединения проводов можно
прочесть в этом материале.
Внешние проводники подводятся к выводам вакуумного выключателя с таким
расчётом, чтобы не создавались механические усилия на выводы прибора со
стороны внешних проводников. Соединения производятся посредством
болтовой сцепки с применением плоских упругих металлических шайб.
14
6. Как производится заземление?
Приборы стационарного исполнения подключаются к «земляной» площадке
посредством болтового соединения (М12) непосредственно в точке,
обозначенной маркировкой «Заземление».
Область контактной точки «Заземление» перед соединением требуется
обезжирить.
Заземляющим
проводником
следует
выбирать
шину
достаточного сечения (Правила устройства электроустановок), гибкий провод
или проводник сплетённый жгутом. До накладки проводника на контактную
площадку поверхности контакта смазать специальной смазкой (ЦИАТИМ203).
Конструкция выкатного типа заземляется при помощи элементов аппаратной
тележки. Заземление
вакуумного
выключателя осуществляется
через
конструкцию аппаратной тележки, для чего также имеются элементы крепежа.
15
7. Ввод устройства в эксплуатацию
Запуск устройства в эксплуатацию производится после дополнительной
проверки установленного и подготовленного оборудования. В частности,
проверяется
надёжность
заземления,
состояние
крепежа
сборочных
компонентов, доступ охлаждающей среды к потенциально нагревающимся
элементам.
Поверхности
токоведущих
стержней,
контактирующих
с
ламелями
розеточных контактных групп, необходимо обработать небольшим объёмом
смазки ЦИАТИМ. В целом, необходимо выполнить все процедуры,
предусмотренные ПЭУ на случай приёмо-сдаточных испытаний, и убедиться
в соответствии величины оперативного напряжения допустимым пределам.
Управлять вакуумным выключателем допускается персонал, имеющий
разрешение на обслуживание электроустановок, функционирующих под
напряжением выше 1000 вольт. Утверждённая группа допуска для
обслуживающих лиц должна быть не ниже третьей. Перед началом работы с
оборудованием, персонал проходит техминимум с целью изучения тонкостей
конкретной модели оборудования.
16
8. Выбор вакуумного выключателя
Прибор выбирают с учётом его номинальных параметров, которые
рассматриваются относительно параметров действующей сети по месту
установки. Выбор делается по критерию максимально нагруженных режимов
работы, предполагаемых для условий эксплуатации.
Номинальное напряжение вакуумного выключателя допускается равным
(либо увеличенным) по отношению к номинальному напряжению системы,
запитанной через выключатель.
Параметр номинального долговременного тока выбирают выше номинального
значения тока питаемой системы. Параметр номинального тока отсечки
выбирается выше максимального значения расчетного тока КЗ (учитывается
момент расхождения контактов).
С точки зрения возможных условий КЗ выбор делается с учётом наиболее
тяжелых режимов.
Апериодическая слагающая величина рассчитывается с оглядкой на условия
КЗ с нулевым напряжением в любой из фазных линий. При этом следует
учитывать параметр апериодического тока, установленный изготовителем
оборудования.
17
9. Назначение и область применения вакуумных
выключателей
Выключатель со встроенным электромагнитным приводом предназначен для
коммутации электрических цепей при нормальном и аварийном режимах в
сетях трехфазного переменного тока с изолированной нейтралью частотой 50
Гц с номинальным напряжением 10 кВ.
Структура условного обозначения типоисполнения выключателя:
В – выключатель;
В – вакуумный;
Т – обозначение конструктивного исполнения (трехполюсный);
Э – экскаваторный (специального исполнения);
М – модернизированный;
10 – значение номинального напряжения в киловольтах.
Выключатели устанавливаются в шкафы комплектных распределительных
устройств, а также в других установках, отвечающих техническим
требованиям на выключатель.
Условия эксплуатации выключателя:
 высота над уровнем моря – до 1000 м;
 температура окружающей среды – от +55 ° до –60 °С;
 относительная влажность воздуха – 80 % при 20 °С;
 окружающая среда невзрывоопасная, атмосфера типа П (промышленная);
 вибрационные нагрузки – в диапазоне частоты от 1 до 35 Гц;
 одиночные удары – с ускорением до 3q длительностью от 2 до 20 мс
 рабочее положение выключателя в пространстве – вертикальное.
18
Таблица 1. Основные технические параметры выключателя ввтэ-м10-20
Наименование параметра
Значение
параметра
Номинальное напряжение, кВ
10
Наибольшее рабочее напряжение, кВ
12
Номинальный ток, А
630, 1000,
1600
Номинальный ток отключения, кА
20
Сквозной ток короткого замыкания (наибольший пик), кА
51
Номинальное напряжение электромагнитов управления, В
110
Ток потребления электромагнита включения, А, не более
100
Нормированное процентное содержание апериодической
составляющей, %, не более
50
Время отключения полюса, с, не более
0,04
Собственное время отключения, с, не более
0,02
Собственное время включения, с, не более
0,1
Ресурс по коммутационной стойкости при отключении:
номинального тока 630 А, операций «ВО»
номинального тока 1000 А, операций «ВО»
номинального тока 1600 А, операций «ВО»
Ресурс по коммутационной стойкости при отключении аварийного
тока 20000 А, операций «ВО»
Установленная безотказная наработка, операций «ВО»
Масса, кг
50000
40000
30000
50
14000
78
19
10.Вывод
Таким образом, было рассмотрено конструктивное исполнение вакуумных
выключателей.
Обеспечение надежной работы электростанций, подстанций и систем
электроснабжения промышленных предприятий в значительной степени
определяется безотказной работой выключателей высокого напряжения.
Выключатели - основные коммутационные аппараты в электрических
установках и служат для включения и отключения токовых цепей. Уникальной
особенностью выключателей является то, что они должны надежно выполнять
свои функции, находясь как во включенном, так и в отключенном состоянии,
а также одновременно быть постоянно готовыми к мгновенному выполнению
коммутационных операций в любых режимах работы, включая аварийные
ситуации. Развитие вакуумных выключателей связано с тем, что вакуум
является идеальной изоляционной средой, так как ионизация молекул газа
путем соударения с ними электронов чрезвычайно мала, а значит, практически
исключено лавинообразное нарастание количества заряженных частиц из-за
весьма
низкой
плотности
газа.
Поэтому
электрическая
прочность
изоляционного межконтактного промежутка в вакууме значительно выше, а
длина дуги значительно меньше, чем в масляных, элегазовых и воздушных
выключателях. Это позволяет существенно снизить габариты дугогасительной
камеры вакуумного выключателя.
20
11.Библиографический список
1. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. СПб: ДЕАН, 2003.
301 с.
2. Почаевец В. С. Электрические подстанции / В. С. Почаевец. М.: Желдориздат, 2001. 512
с.
3. Правила устройства электроустановок. СПб: ДЕАН, 2001. 928 с.
21