Вакуумный выключатель

На рисунке изображен трехфазный вакуумный выключатель в разрезе. Виден привод, состоящий из трех электромагнитов, объединенных общей планкой для одновременной работы, тяговый изолятор к гибкому токосъемнику, подвижный контакт, вакуумная камера, неподвижный контакт, корпус полюса из прозрачного пластика. Все три полюса устроены одинаково и установлены на корпусе привода в одной горизонтальной оси.
Вакуумный выключатель в разрезе. Виден привод, тяговый изолятор к гибкому токосъемнику, подвижный контакт, вакуумная камера, неподвижный контакт, корпус полюса из прозрачного пластика.

Вакуумный выключатель — высоковольтный выключатель, в котором вакуум служит средой для гашения электрической дуги. Вакуумный выключатель предназначен для коммутаций (операций включения-отключения) электрического тока — номинального и токов короткого замыкания (КЗ) в электроустановках.

История создания

Первые разработки вакуумных выключателей были начаты в 30-е годы XX века, действующие модели могли отключать небольшие токи при напряжениях до 40 кВ. Достаточно мощные вакуумные выключатели в те годы так и не были созданы из-за несовершенства технологии изготовления вакуумной аппаратуры и, прежде всего, из-за возникших в то время технических трудностей по поддержанию глубокого вакуума в герметизированной камере.

Для создания надежно работающих вакуумных дугогасительных камер, способных отключать большие токи при высоком напряжении электрической сети, потребовалось выполнить обширную программу исследовательских работ. В ходе проведения этих работ примерно к 1957 г. были выявлены и научно объяснены основные физические процессы, происходящие при горении дуги в вакууме.

Переход от единичных опытных образцов вакуумных выключателей к их серийному промышленному производству занял ещё два десятилетия, поскольку потребовал проведения дополнительных интенсивных исследований и разработок, направленных, в частности, на отыскание эффективного способа предотвращения опасных коммутационных перенапряжений, возникавших из-за преждевременного обрыва тока до его естественного перехода через нуль, на решение сложных проблем, связанных с распределением напряжения и загрязнением внутренних поверхностей изоляционных деталей осаждавшимися на них парами металла, проблем экранирования и создания новых высоконадежных сильфонов и др.

В настоящее время в мире налажен промышленный выпуск высоконадежных быстродействующих вакуумных выключателей, способных отключать большие токи в электрических сетях среднего (6, 10, 35 кВ) и высокого напряжения (до 220 кВ включительно).

Принцип действия

Внешние видеофайлы
Устройство и принцип работы
(Видеофайлы, поясняющие работу аппарата)
Работа привода вакуумного выключателя
Иллюстрация процесса отключения внутри вакуумной камеры
Вакуумный выключатель | Как это устроено? | Фильм Discovery Channel Россия
Как производятся вакуумные дугогасительные камеры

Поскольку разрежённый газ (10−6 …10−8 Н/см²) обладает электрической прочностью, в десятки раз превышающей прочность газа при атмосферном давлении, то это свойство широко используется в высоковольтных выключателях: в них при размыкании контактов в вакууме сразу же после первого прохождения тока в дуге через ноль изоляция восстанавливается, и дуга вновь не загорается. В момент размыкания контактов в вакуумном промежутке коммутируемый ток инициирует возникновение электрического разряда — вакуумной дуги, существование которой поддерживается за счет металла, испаряющегося с поверхности контактов в вакуумный промежуток. Плазма, образованная ионизированными парами металла, проводит электрический ток, поэтому ток протекает между контактами до момента его перехода через ноль. В момент перехода тока через ноль дуга гаснет, а оставшиеся пары металла мгновенно (за 7—10 микросекунд) конденсируются на поверхности контактов и на других деталях дугогасящей камеры, восстанавливая электрическую прочность вакуумного промежутка. В то же время на разведённых контактах восстанавливается приложенное к ним напряжение (см. иллюстрацию процесса отключения).

Разновидности вакуумных выключателей

  • вакуумные выключатели до 35 кВ;
  • вакуумные выключатели выше 35 кВ;
  • вакуумные выключатели нагрузки — современная замена автогазовым выключателям нагрузки;
  • Вакуумные контакторы до и свыше 1000 В.

Достоинства и недостатки

Достоинства

  • простота конструкции;
  • простота ремонта — при выходе из строя камеры она заменяется как единый блок;
  • возможность работы выключателя в любом положении в пространстве;
  • надежность;
  • высокая коммутационная износостойкость;
  • малые размеры;
  • пожаро- и взрывобезопасность;
  • отсутствие шума при операциях;
  • отсутствие загрязнения окружающей среды;
  • удобство эксплуатации;
  • малые эксплуатационные расходы.

Недостатки

  • сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения;
  • возможность коммутационных перенапряжений, обусловленных срезом тока[1], при отключении малых индуктивных токов — современная разработка вакуумного выключателя с возможностью синхронной коммутации решает эту проблему;
  • небольшой ресурс дугогасительного устройства по отключению токов короткого замыкания;
  • относительная высокая стоимость в виду сложности технологии изготовления.

Ссылки

  • Солянкин А. Г., Павлов М. В., Павлов И. В., Желтов И. Г. Теория и конструкции выключателей. — П.: Энергоиздат, 1982. — С. 350.
  • Кравченко А. Н., Метельский В. П., Рассальский А. Н. Высоковольтные выключатели 6—10 кВ // Электрик. — 2006. № 9-10, 11-12; 2007.-№ 1-2.

Примечания

  1. ↑ Перенапряжения в сетях 6(10) кВ. Новости ЭлектроТехники (2002). Дата обращения: 12 ноября 2016. Архивировано 16 ноября 2016 года.

См. также