Электромагнитные выключатели Отключение происходит в результате разведения дугогасительных контактов с последующим воздействием на образовавшуюся дугу электромагнитного поля, под действием которого она затягивается в дугогасительное устройство. В дугогасительном устройстве сопротивление дуги резко возрастает и она гаснет. Лекция 11

Методы повышения сопротивления дуги: 1) удлинение; 2) охлаждение; 3) деление дуги на ряд коротких дуг, включенных последовательно.

Основные параметры электромагнитных выключателей Электромагнитные выключатели изготавливаются на напряжение 6 10 кВ для внутренней установки. Собственное время отключения электромагнитных выключателей 0,06 с, а полное время отключения 0,075 с. Собственное время включения ВЭ-6 и ВЭ-10 0,075 с и ВЭМ-10 0,5 с.

Тип выкл.Номин. ток, А Номин. ток откл., кА ВЭ ВЭ ; 31,5 ВЭМ ,5; 20

Буквенная часть в обозначении выключателя означает: В выключатель; Э, ЭМ электромагнитный. Цифровая часть в обозначении выключателя означает: номинальное напряжение в кВ; номинальный ток в амперах; номинальный ток отключения в кА.

Буква К после номинального напряжения означает, что выключатель предназначен для КРУ, буква Э встроенный электромагнитный привод, П встроенный пружинный привод. ВЭМ-10Э(К, П)-1250/20 выключатель электромагнитный на 10 кВ с встроенным электромагнитным приводом, номинальный ток 1250 А, номинальный ток отключения 20 кА. Возможно исполнение выключателя на эти же параметры с встроенным пружинным приводом или для установки в КРУ.

Основные заводы изготовители: Ровенский завод высоковольтной аппаратуры (РЗВА), Константиновский завод высоковольтной аппаратуры, Чимкентский завод "Электроаппарат".

Конструкция электромагнит- ных выклю- чателей Все три полюса выключателя монтируются на общей раме, служащей одновременно тележкой. Каждый полюс состоит из токоведущего контура, смонтированного на опорных изоляторах, и дугогасительного устройства с магнитной системой. Конструктивная схема выключателя ВЭМ-10Э- 1000/12,5 У3.

В дугогасительном устройстве дуга гасится в результате ее растягивания и охлаждения в узкой щели (в воздухе) между двумя стенками изоляционной камеры под действием электромагнитного поля ("магнитного дутья"), создаваемого отключаемым током.

включенное положение

процесс размыкания контактов и растягивания дуги

отключенное положение К 1, К 2, К 3 дугогасительные катушки.

Существует несколько видов узкощелевых дугогасительных устройств с магнитным дутьем: лабиринтно-щелевые, в которых дуга гасится в результате ее растягивания и охлаждения при соприкосновении с изоляционными пластинами различной конфигурации; с металлической (деионной) решеткой, в которой дуга расщепляется на несколько последовательных коротких дуг; с гашением дуги в результате поперечного конвективного охлаждения дуги при ее перемещении с большой скоростью.

Конструкция щелевого дугогасительного устройства нашла наибольшее распространение.

Вакуумные выключатели Идея использования вакуума в качестве дугогасительной среды возникла примерно в конце 19 века. Первые вакуумные коммутаторы были созданы Соренсеном и Менденхоллом лишь в 1923 г.

Схема устройства первого вакуумного выключателя, созданного Соренсеном и Менденхоллом в 1926 г. (США). Напряжение 40 кВ, ток единицы ампер.

Однако это не послужило поворотным моментом в истории высоковольтной аппаратуры. Дальнейшего развития вакуумные коммутационные аппараты не нашли из-за технических трудностей поддержания вакуума в герметизированной вакуумной камере. Примерно до 60-х годов велись фундаментальные исследования процессов в вакууме при отключении токов.

Эти исследования были посильны только для высокоразвитых стран, таких как Великобритания, США, Япония, Германия и Россия.

Этапы создания вакуумных выключателей в Росси Начало работ (ВЭИ, Москва, лаборатория В. Л. Грановского) 1956 г. Первые вакуумные дугогасительные камеры гг.

Первое производство (ВЭИ, Москва, Опытный завод ВЭИ) 1959 г. Начало строительства первого серийного завода 1976 г. (г. Минусинск) 1976 г. Первое серийное производство (г. Минусинск, Минусинский завод вакуумных выключателей) 1981 г.

Общий вид первого вакуумного выключателя, созданного в России в ВЭИ им. В. И. Ленина, 70-е годы.

В настоящее время вакуумные выключатели в классе напряжений 6 10 кВ начинают вытеснять все другие типы выключателей. В классе напряжения 35 кВ они начинают конкурировать с маломасляными и воздушными выключателями. Созданы опытные образцы вакуумных выключателей на 110 и даже 750 кВ с током отключения 40 кА (фирма Дженерел Электрик).

Спрос на выключатели различных типов среднего класса напряжений (по данным фирмы "Сименс").

Достоинства вакуумных выключателей Можно выделить два фактора, которые привлекали специалистов к вакууму, как потенциально перспективной среде с точки зрения коммутации: 1) высокая электрическая прочность вакуума по сревнению с другими средами, у которых возможно самовосстановление электрической прочности после пробоя; 2) быстрое восстановление электрической прочности вакуумного промежутка после погасания дуги вблизи нуля тока.

Сравнение различных сред по пробивному напряжению.

Достоинства вакуумных выключателей выражаются в следующем: 1. Автономность работы, независимость от посторонних источников энергии; нет необходимости применять для дугогашения какие- либо газы или жидкости. 2. Отсутствие выхлопов наружу пламени или раскаленных газов. 3. В процессе эксплуатации вакуумные дугогасительные камеры не требуют обслуживания; в большинстве случаев срок их службы не меньше, чем у выключателя, на котором они установлены.

4. Высокая надежность работы в штатных и аварийных режимах. 5. Высокий коммутационный ресурс. 6. Возможность ориентировать камеры в пространстве в произвольном положении. 7. Исключительно высокая коммутационная способность; для успешного отключения токов неудаленного короткого замыкания не требуется шунтирующих резисторов или конденсаторов. 8. Относительно маломощный привод. 9. Пожаробезопасность.

10. Бесшумность оперирования (малый шум при коммутации любых токов). 11. Малые габариты, малый вес, возможность встраивания в любые существующие шкафы КРУ. 12. Способность работы в любых климатических зонах земного шара. 13. Экологическая безопасность при эксплуатации и утилизации.

Принцип работы вакуумного выключателя Горение дуги в вакууме при отключении токов основано на проводящей среде паров металлов, которые испаряются из контактов. Эти пары при обрыве дуги конденсируются в течение нескольких микросекунд и электрическая прочность вакуумного промежутка будет определяться только расстоянием между контактами.

При достаточном расстоянии повторного пробоя вакуумного промежутка не происходит, что означает оключение тока. Распад продуктов, обеспечивающих проводимость дуги, в вакууме гораздо быстрее, чем в других дугогасящих средах. Это объясняется количеством энергии, которая выделяется в дугах в различных средах. Оказывается, что в вакуумной дуге выделяется наименьшая энергия, по сравнению с маслом и элегазом.

Энергия дуги для разных дугогасящих средств.

Гашение дуги происходит в вакууме не хуже Па. Дугогасительное устройство с контактами в вакууме называется вакуумная дугогасительная камера (ВДК). Все конструктивные компановки ВДК можно свести к трем типам.

Вакуумные дугогасительные камеры с примерно одинаковыми размерами контактов и экранов.

Контактные системы ВДК Работоспособность ВДК в значительной мере зависит от материала и конструкции контактов, условия работы которых в вакууме отличаются от условий работы в других средах. Дуга, возникающая при размыкании контактов, горит в парах металла контакта. Носители зарядов генерируются на поверхности контакта, который является катодом. Светящиеся образования на поверхности катода называются катодными пятнами.

Пропускная способность одного катодного пятна около 100 А, если ток больше, то образуются новые катодные пятна. Дуга при этом носит диффузный характер. Такая ситуация возможна только до токов 6-10 кА. При токах более 10 кА, если не принимать специальных мер, дуга контрагируется. Это ведет к повышению удельной эрозии контактов.

Для уменьшения эрозии электродов, на поверхности которых горит вакуумная дуга, существует два способа : движение контрагированной дуги по поверхности контакта; предотвращение контрагирования дуги, т. е. поддержание дуги в диффузном состоянии.

Для организации этих условий используются различные конструкции контактов. Принципиально все конструкции контактов можно разделить на три группы: Контакт, который получил название "лепесток".

Контакт, который позволяет получить вращение дуги по торцевой поверхности (чашеобразный контакт).

Принцип создания аксиального магнитного поля между контактами ВДК.

Зависимость отключающей способности контактов от их диаметра.

40 кА (контрагированная дуга) 60 кА (диффузная дуга) 2 кА 10 кА

ВДК российских производителей.