Александр Ломов,
руководитель конструкторско-технологического отдела ОАО «ПО Элтехника»
Коммутационные аппараты ОАО «ПО Элтехника» производит уже шесть лет. Первые аппараты компании — выключатели нагрузки и разъединители с воздушной изоляцией отличались от других, представленных на отечественном рынке, совершенно новыми для России конструктивными решениями: трех-позиционным принципом работы и поперечным расположением полюсов относительно системы сборных шин.
Трехпозиционный принцип работы выключателя существенно упростил конструкцию распределительного устройства. Линейный аппарат получил функции заземляющего аппарата, исчезли сложные по конструкции взаимные блокировки.
Расположение аппарата в ячейке поперечно относительно системы сборных шин позволило уменьшить габариты распределительного устройства не только по ширине, но и по высоте. Так, в ячейке высотой немногим более двух метров, в зависимости от схемы главных цепей, можно размесить до трех аппаратов и систему закрытых магистральных сборных шин, существенно повышая уровень безопасности. Но самое главное преимущество состояло в том, что удалось существенно повысить надежность и упросить конструкцию привода аппарата, поскольку при поперечном расположении вал аппарата совмещен с валом привода.
Ячейкой КСО, где впервые начали устанавливать эти аппараты, стала хорошо известная на рынке «Аврора». Опыт эксплуатации, накопленный за эти годы, свидетельствует о высоком уровне надежности и безопасности наших выключателей
Следующий шаг в производстве коммутационной техники мы сделали в 2007 г. Анализ мирового опыта и тенденций развития коммутационной техники убедил нас в необходимости освоить еще один класс коммутационных аппаратов — с эле-газовой изоляцией.
Разрабатывая конструкцию нового изделия, мы сохранили принципы трехпозиционного построения и поперечного расположения его полюсов относительно сборных шин ячейки. При этом диэлектрические свойства элегаза, которые в значительной степени превосходят свойства воздуха, позволили оснащать аппараты с такой изоляцией приводом менее энергоемким за счет меньшего хода подвижных контактов.
Конструкторы нашей компании спроектировали несколько вариантов приводов, которые обеспечивают не только ручное оперирование с независимой от действий оператора скоростью перемещения контактов, но и дистанционное посредством мотор-редуктора, а также с возможностью быстродействующего отключения.
Вниманию потребителей первые коммутационные аппараты собственного производства с элегазовой изоляцией наша компания представила в составе новой серии ячеек КСО «Онега».
Освоив рынок выключателей нагрузки и разъединителей, компания поставила перед собой еще одну задачу: разработать и освоить серийный выпуск гораздо более сложного аппарата — силового выключателя. И она была выполнена. В 2009 году линейка коммутационных аппаратов компании пополнилась еще одним продуктом — вакуумным выключателем ВВПП.
Вакуум как дугогасящая среда
В России начало эксплуатации вакуумных выключателей пришлось на восьмидесятые годы прошлого века. Первый опыт внедрения оказался абсолютно неудачным: кратность перенапряжений российских выключателей достигала 8,5 о.е., что наносило большой эксплуатационный ущерб при коммутации электрооборудования с низким уровнем изоляции, к примеру, электродвигателей. Это обстоятельство вызвало устойчивое недоверие российских потребителей к вакуумным выключателям в целом.
Однако в странах западной Европы, как и во всем мире, сложилось совершенно иное мнение относительно вакуумных аппаратов, поскольку проблемы перенапряжений были решены за счет конструктивных решений самих аппаратов и применения дополнительных устройств. Так, универсальным средством, которое противостоит перенапряжениям при отключении электродвигателей, ненагруженных трансформаторов и т.д., являются ОПН, применение которых при установке вакуумных выключателей в отдельных случаях просто необходимо.
Общемировой спрос на вакуумные выключатели составляет в настоящее время около 80% от всего рынка коммутационных аппаратов. Сегодня и в России непрерывно растет число потребителей, которые понимают эксплуатационную надежность вакуумных выключателей и экономическую выгоду их использования в составе распределительных устройств.
Неоспоримым преимуществом вакуумных выключателей является их способность обеспечивать условия гашения дуги. Если рассматривать зависимость между импульсным выдерживаемым напряжением и величиной межконтактного промежутка, то в условиях вакуумной среды при расстоянии между контактами 10 мм значения выдерживаемого напряжения в 4 раза превышают аналогичные для элегазовой среды и в 20 раз — для воздуха. Поэтому, безусловные преимущества вакуума в конструкции коммутационных аппаратов определяются его диэлектрической прочностью и скоростью ее восстановления.
Принимая во внимание уникальные свойства вакуума и возможности уменьшить уровень перенапряжений с помощью вспомогательных устройств и конструктивных решений, мы приступили к собственной разработке вакуумного выключателя. Нашей целью было предложить рынку надежный аппарат с поперечным расположением полюсов относительно сборных шин, который можно было бы устанавливать не только в новые ячейки, но и применять его адаптированную версию для замены отработавших свой срок выключателей в ячейках старого образца, с фронтальным расположением аппарата относительно системы сборных шин.
Основными элементами вакуумного выключателя, которые определяют его надежность, функциональность и низкий уровень эксплуатационных затрат являются вакуумные камеры и привод.
Вакуумные Камеры
«ПО Элтехника» не производит вакуумные камеры самостоятельно, но данные элементы выключателя спроектированы при участии наших специалистов, по нашему техническому заданию и изготавливаются под нашим контролем на всех производственных этапах.
Особое внимание при разработке мы уделили контактной системе, поскольку именно она оказывает прямое влияние на уровень коммутационных перенапряжений. Свойства материала главных контактов определяют такие характеристики, как отключающая способность и восстановление диэлектрической прочности промежутка между контактами, устойчивость к эррозии, ток среза при переходе его через ноль, переходное сопротивление и усилие на поджатие контактов. Анализируя различные материалы, мы выбрали сплав CuCr (медь-хром), который наиболее полно соответствует заданным параметрам.
Вакуумные камеры устанавливаются в корпус, выполненный из эпоксидного материала. В совокупности с верхними и нижними выводами, а также с механизмом поджатия контактов, они формируют полюс аппарата. Ход подвижного контакта в вакуумной камере не превышает 6 мм. Немаловажным является увеличенное значение пробивного напряжения вакуумной камеры, это достигается тем, что в корпусе полюса выключателя камера дополнительно погружается в состав специального изоляционного материала.
В течение всего срока эксплуатации, т.е. на протяжении 30 лет, камера не нуждается в обслуживании и не требует какой либо регулировки механических частей.
Привод выключателя
Существует много споров о том, что более совершенно: пружинный или электромагнитный привод. Мы сделали свой выбор в пользу пружинного привода и готовы этот выбор обосновать.
Очевидно, что потребителю важен необходимый уровень эксплуатационной надежности всей сети. Многолетний опыт эксплуатации сформировал основные требования, которым должен отвечать привод современных коммутационных аппаратов, мы эти требования выполнили:
- быстродействие;
- возможность ручного и дистанционного управления;
- малая энергоемкость;
- возможность включения/отключения аппарата при отсутствииоперативного тока;
- высокая надежность;
- низкий уровень эксплуатационных затрат на обслуживание.
Рассмотрим некоторые из этих требований. В части быстродействия вакуумные аппараты, оборудованные указанными типами приводов, имеют идентичные характеристики (полное время отключения ВВПП 0,06 с). Однако в отличие от электромагнитного привода, пружинный привод с функцией дистанционного управления имеет на порядок меньшую энергоемкость (величина оперативного тока выключателя ВВПП — не более 2 А). Кроме того, пружинный привод позволяет выполнять включение/отключение без оперативного тока и без применения специальных средств.
Во многом уровень надежности электромагнитного и пружинного привода идентичен. В части эксплуатационных затрат электромагнитный привод можно назвать необслуживаемым, однако и пружинные приводы, разработанные в последние годы, не требуют к себе особого внимания в процессе эксплуатации. Высокая надежность привода аппарата ВВПП обеспечена конструкцией его механических частей и оптимальной кинематической схемой.
Следует отметить и еще один тип привода, — электромагнитный привод, действующий по принципу «магнитной защелки». Он выглядит наиболее привлекательным с точки зрения быстродействия и ресурса. Отсутствие большинства механических частей пружинного привода позволяет втрое сократить полное время отключения и во столько же повысить механический ресурс аппарата. Однако имеются и очевидные недостатки подобных конструкций —нет возможности ручного оперирования, включение/отключение при отсутствии оперативного тока возможно только при использовании специальных средств, необходимо обеспечить дополнительную помехозащищенность установки.
Технические характеристики
Не так просто предложить принципиально новые решения по конструкции привода или устройству вакуумных камер. Сегодня даже компании с мировым именем не предлагают новых разработок в этой области. Большинство идей по совершенствованию вакуумной коммутационной техники связаны с повышением ее потребительских качеств, с уменьшением ее габаритов, повышением функциональности и т.д.
Создавая свой вакуумный выключатель, мы, как конструкторы, стремились добиться оптимального сочетания функциональности и технических характеристик. Не касаясь принципиальных вещей, о которых уже достаточно сказано, следует отметить, что аппарат ВВПП имеет, весь необходимый набор компонентов для надежной и безопасной эксплуатации:
- механические индикаторы текущего положения аппарата и состояния пружины;
- микропереключатели указателей взвода пружины и положения блокировки;
- блок-контакты состояния аппарата для подключения вторичных цепей;
- клеммную колодку для подключения цепей управления и сигнализации;
- механическую (встроенным замком) блокировку операции «включения»;
- механический счетчик количества отработанных циклов включения/отключения;
- пусковые электромагниты включения/отключения;
- мотор-редуктор взвода пружины.
Для оптимального использования свободного пространства ячейки конструкцией выключателя предусмотрена возможность его установки как вверх, так и вниз полюсами. Для более гибкого определения конфигурации выключателя, часть элементов (мотор-редуктор взвода пружины, пусковые электромагниты и т.д.) переведены в разряд опций и поставляются по запросу.
В заключение хотелось бы ответить на вопрос, который мы часто слышим от заказчиков и коллег: «По какой причине «ПО Элтехника», известный в России производитель ячеек, сегодня стремится занять на электротехническом рынке позицию аппаратостроителя?».
Все очень просто. В конструкции оборудования для распределительных сетей среднего напряжения, на рынке которого работает наша компания, ключевым является «сердце» ячейки, то есть коммутационный аппарат. Наша компания видит перспективу своего развития в том, чтобы основные усилия и инвестиции направить на создание этих интеллектуальных, наукоемких продуктов. Опираясь на опыт эксплуатации, совместить исследовательскую работу, инженерную мысль и современные технологии.
По материалам компании
