Установка вакуумных силовых выключателей в КРУ среднего напряжения — наилучшее решение для защиты присоединений. однако не все существующие выключатели имеют оптимальную конструкцию. Рассмотрим на примере аппарата VF12 основные решения, которые гарантируют надежную и безопасную работу КРУ.
Степень вакуума
У многих понятие вакуума ассоциируется со средой, находящейся под давлением существенно ниже атмосферного. это достаточно условное определение. Прежде всего не стоит забывать, что вакуум — это тоже газ, только разреженный. Плотность разреженного газа столь мала, что средняя длина свободного пробега молекул до столкновения друг с другом может быть сравнима с линейными размерами сосуда, в котором газ находится, а при высокой степени вакуума — во много раз больше. для количественной оценки степени вакуума предложена специальная классификация (рис. 1).
Конструкция вакуумных камер выключателя VF12 обеспечивает высокую степень вакуума, что определяет прекрасные изоляционные свойства камеры, поскольку молекулы газа практически не взаимодействуют друг с другом.
Диффузная дуга
Эксплуатационные свойства выключателя в первую очередь зависят от состояния контактов. При коммутации аварийных токов, которые могут достигать нескольких десятков тысяч ампер, в вакуумной камере происходят сложные физические процессы.
Электрическая дуга в вакууме существует за счет процесса термоэлектронной эмиссии: при коммутации между контактами образуется токопроводящий мостик, который состоит из паров материала контакта. в дальнейшем, после гашения дуги, частицы металла конденсируются обратно на поверхность контактов, восстанавливая изоляционные свойства камеры. При этом вынос частиц металла с поверхности и термическое действие дуги вызывают эрозию контакта. Ключевой фактор в этом процессе — энергия дуги и способ ее приложения. если при малых токах (до 10 кА) дуга является диффузной, равномерно распределенной по поверхности контакта, то при более высоких значениях она сосредоточена в одной точке.
Конструкция вакуумных камер выключателей VF12 исключает повышенный износ контактов и их преждевременную эрозию благодаря применению AMF-системы (рис. 2). эта контактная система основана на технологии создания аксиального магнитного поля (Axial magnetic field), которое позволяет удерживать дугу равномерно распределенной по поверхности контакта при любой величине отключаемого тока. Таким образом, дуга имеет вид диффузной дуги, сопровождающей коммутацию токов до 10 кА.
Неразборный Полюс
Надежность оборудования определяется не только конструкцией исполнительных механизмов, но и его способностью противостоять внешним факторам. очевидно, что, чем меньше обслуживания требует устройство, тем выше вероятность его стабильной, безупречной работы.
Полюса выключателя VF12 имеют неразборную конструкцию. Чтобы гарантировать их надежную работу в течение всего срока эксплуатации аппарата, приняты инженерные решения, обеспечивающие электрическую прочность изоляции. во-первых, исключена возможность пробоя по поверхности вакуумной камеры: ее корпус перед установкой в полюс выключателя дополнительно покрывается специальным силиконом (рис. 3). высокая степень адгезии данного материала препятствует возникновению поверхностных разрядов.
Во-вторых, для аппарата VF12 принят не самый простой, но наиболее технологичный способ изготовления полюса: сначала вакуумная камера и внутренние детали полюса помещаются в форму, а затем производится отливка корпуса. Таким образом, полюс становится неразборным и приобретает стабильные значения электрической прочности изоляции. для определения оптимальной рецептуры компаунда и величины контролируемых параметров процесса были использованы не только результаты многократных высоковольтных испытаний, но и результаты измерений частичных разрядов в опытных отливках.
Надежность привода
Привод выключателя, пружинный или электромагнитный, служит для того, чтобы перемещать подвижный контакт вакуумной камеры на заданное расстояние, то есть включать и отключать аппарат. Было бы легкомысленно полагать, что приводы различных конструкций одинаково справляются с этой задачей. Чтобы правильно оценить выключатель, нужно знать несколько важных моментов о его приводе.
Известно, что при отключении цепи, после погасания электрической дуги между контактами дугогасительной камеры появляется переходное восстанавливающееся напряжение (Пвн), которое является характеристикой сети. величина Пвн растет и в течение короткого промежутка времени достигает номинального напряжения сети. для успешного отключения привод должен размыкать контакты с такой скоростью, чтобы в любой момент времени выполнения операции величина Пвн была ниже величины электрической прочности промежутка между контактами. в ином случае возможен его пробой и повторное зажигание дуги.
Включение может происходить при несколько меньшей скорости движения контактов, поскольку в начале процесса ток отсутствует и нет условий для горения дуги. однако при недостаточной скорости движения контактов во время включения происходит так называемый встречный пробой промежутка между движущимися навстречу друг другу контактами. При этом возникает искровой разряд, вызывающий местную эрозию материала поверхности контактов.
Привод выключателя VF12 (рис. 4) выполняет коммутационные операции с высокой скоростью перемещения подвижных контактов: 0,8–1,0 м/с при включении и 1,2–1,5 м/с при отключении.
Для равномерного использования коммутационного ресурса всех трех полюсов выключателя работа механизмов привода должна быть практически синхронной. При высокой разновременности срабатывания полюсов тот полюс, который отключается первым, изнашивается сильнее, чем остальные.
Привод выключателя VF12 обеспечивает очень низкую разновременность размыкания и замыкания контактов (порядка 0,5–1,0 мс), поэтому коммутационный ресурс полюсов вырабатывается одинаково.
Контактную систему невозможно мгновенно заставить двигаться с необходимой скоростью, однако уменьшение времени разгона напрямую сокращает собственное время отключения, т.к. размыкание контактов необходимо осуществлять уже при установившемся (наибольшем) значении скорости.
Особенность механизма действия привода выключателя VF12 — короткие по времени участки разгона и торможения. эффективное демпфирование, реализованное в приводе выключателя VF12, позволяет избежать нежелательного дребезга контактов при включении, который приводит к их повышенному износу, а также кратковременного появления высокочастотных гармоник в подключенной цепи, неблагоприятно сказывающихся на работе микропроцессорного оборудования.
В приводе выключателя VF12 обеспечено предварительное под-жатие подвижных контактов во включенном состоянии при помощи специальных пружин. Помимо демпфирующей функции, эти пружины гарантируют надежное контактное поджатие, необходимое для поддержания минимального переходного сопротивления электрическому току. При таких условиях обеспечивается минимальное выделение тепла внутри дугогасительных камер при длительном протекании рабочего тока.
Современный вакуумный выключатель — результат работы сотен исследователей и разработчиков, усилия которых позволили эффективно использовать достоинства такой уникальной дугогасящей среды, как вакуум.
Вакуумный силовой выключатель VF12 — высокотехнологичный коммутационный аппарат продуманной и неоднократно испытанной конструкции, поэтому именно он стал базовым для ячеек КРУ «волга» во всем диапазоне номинальных токов от 630 до 3150 А.
По материалам компании
