Початок arrow Справка arrow Оборудование arrow Вакуумные выключатели

Вакуумные выключатели

вакуумный выключатель

Электрическая прочность вакуума значительно выше прочности других сред, применяемых в выключателях. Объясняется это увеличением длины среднего свободного пробега электронов, атомов, ионов и молекул по мере уменьшения давления. В вакууме длина свободного пробега частиц превышает размеры вакуумной камеры.

Рис. 1. Восстанавливающаяся электрическая прочность промежутка длиной 1/4" после отключения тока 1600 А в вакууме и различных газах при атмосферном давлении
В этих условиях удары частиц о стенки камеры происходят значительно чаще, чем соударения между частицами. На рис. 1 показаны зависимости пробивного напряжения вакуума и воздуха от расстояния между электродами диаметром 3/8" из вольфрама. При столь высокой электрической прочности расстояние между контактами может быть очень малым (2-2,5 см), поэтому размеры камеры могут быть также относительно небольшими.
Процесс восстановления электрической прочности промежутка между контактами при отключении тока протекает в вакууме значительно быстрее, чем в газах.
Уровень вакуума (остаточное давление газов) в современных промышленных дугогасительных камерах обычно составляет 10-710-6 Па.
В соответствии с теорией электропрочности газов необходимые изоляционные качества вакуумного промежутка достигаются и при меньших уровнях вакуума (порядка 10 Па), однако для современного уровня вакуумных технологий, создание и поддержание в течение времени жизни вакуумной камеры уровня 10-6 Па не составляет проблемы. Это обеспечивает вакуумным камерам запасы электропрочности на весь срок эксплуатации (20-30 лет).
Конструкция вакуумного выключателя
Рис. 2. Конструкция вакуумного выключателя с магнитной защелкой: 1 - неподвижный контакт ВДК; 2 - вакуумная дугогасительная камера (ВДК); 3 - подвижный контакт ВДК; 4 - гибкий токосъем; 5 - тяговый изолятор; 6 - пружина поджатия; 7 - отключающая пружина; 8 - верхняя крышка; 9 - катушка; 10 - кольцевой магнит; 11 - якорь; 12 - втулка якоря; 13 - кулачок; 14 - вал; 15 - постоянный магнит; 16 - герконы (контакты для внешних вспомогательных цепей)
Типовая конструкция вакуумной дугогасительной камеры приведена на рис. 2.

Рис. 3. Конструктивная схема вакуумной дугогасительной камеры
Конструкция вакуумной камеры состоит из пары контактов 4 и 5, один из которых является подвижным 5, заключенных в ваккумно-плотную оболочку, спаянную из керамических или стеклянных изоляторов 3 и 7, верхней и нижней металлических крышек 2 и 8 и металлического экрана 6. Перемещение подвижного контакта относительно неподвижного обеспечивается путем применения сильфона 9. Выводы камеры 1 и 10 служат для подключения ее к главной токоведущей цепи выключателя. Надо отметить, что для изготовления оболочки вакуумной камеры применяются только специальные вакуумноплотные, очищенные от растворенных газов металлы - медь и специальные сплавы, а также специальная керамика. Контакты вакуумной камеры изготавливаются из металлокерамической композиции (как правило, это медь-хром в соотношении 50-50 % или 70-30 %), обеспечивающей высокую отключающую способность, износостойкость и препятствующей возникновению точек сваривания на поверхности контактов. Цилиндрические керамические изоляторы, совместно с вакуумным промежутком при разведенных контактах обеспечивают изоляцию между выводами камеры при отключенном положении выключателя.
Таврида-электрик выпустила новую конструкцию вакуумного выключателя с магнитной защелкой (рис. 3). В основу его конструкции заложен принцип соосности электромагнита привода и вакуумной дугогасительной камеры в каждом полюсе выключателя.
Включение выключателя осуществляется в следующей последовательности. В исходном состоянии контакты вакуумной дугогасительной камеры разомкнуты за счет воздействия на них отключающей пружины 7 через тяговый изолятор 5. При прикладывании напряжения положительной полярности к катушке 9 электромагнита, в зазоре магнитной системы (рис. 3) нарастает магнитный поток. В момент, когда сила тяги якоря, создаваемая магнитным потоком, превосходит усилие пружины отключения 7, якорь 11 электромагнита вместе с тяговым изолятором 5 и подвижным контактом 3 вакуумной камеры начинает движение вверх, сжимая пружину отключения. При этом в катушке возникает двигательная противо ЭДС, которая препятствует дальнейшему нарастанию тока, и даже несколько уменьшает его. В процессе движения якорь набирает скорость около 1 м/с, что позволяет избежать предпробоев при включении и исключить дребезг контактов ВДК. При замыкании контактов вакуумной камеры в магнитной системе остается зазор дополнительного поджатия, равный 2 мм. Скорость движения якоря резко падает, так как ему приходится преодолевать еще и усилие пружины дополнительного контактного поджатия 6. Однако под воздействием усилия, создаваемого магнитным потоком и инерцией, якорь 11 продолжает двигаться вверх, сжимая пружину отключения 7 и пружину 6 дополнительного контактного  поджатия. В момент замыкания магнитной системы якорь соприкасается с верхней крышкой привода 8 и останавливается. После окончания процесса включения ток катушки привода отключается. Выключатель остается во включенном положении за счет остаточной индукции, создаваемой кольцевым постоянным магнитом 10, который удерживает якорь 11 в притянутом к верхней крышке 8 положении без дополнительной токовой подпитки.
Для отключения выключателя необходимо приложить к выводам катушки напряжение отрицательной полярности. В настоящее время вакуумные выключатели стали доминирующими аппаратами для электрических сетей с напряжением 6-36 кВ. Так, доля вакуумных выключателей в общем количестве выпускаемых аппаратов в Европе и США достигает 70 %, в Японии - 100 %. В России в последние годы эта доля имеет постоянную тенденцию к росту, и в 1997 году превысила 50%-ю отметку.
Основными преимуществами ВВ (по сравнению с масляными и газовыми выключателями), определяющими рост их доли на рынке, являются:

  1. более высокая надежность;
  2. меньшие затраты на обслуживание.
 
< Бак силового трансформатора   Вакуумные выключатели ВБКЭ-10, ВБЦ-35, ВБЭ-110 >