Электромагнитные выключатели 3 глава

4. ВАКУУМНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ФИРМЫ «ТАВРИДА ЭЛЕКТРИК» (BB/TEL)

4.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

В 1967 г. в Севастопольском приборостроительном институте была организована научно-исследовательская лаборатория, в которой проводились исследования физики процесса коммутации токов в вакууме и разрабатывались вакуумные коммутационные аппараты, предназначенные преимущественно для электроустановок Военно-Морского флота [6]. В 1982 г. в лаборатории разработана принципиально новая конструкция вакуумного выключателя для класса напряжения 6 … 10 кВ, имеющего необычный электромагнитный привод с магнитной защёлкой. Вакуумные выключатели и контакторы из первой опытно-промышленной партии, изготовленные в лаборатории в те годы, находятся в эксплуатации и по сей день. В 1990 г. научно-исследовательская лаборатория Севастопольского приборостроительного института была реорганизована в независимое научно-производственное предприятие «Таврида Электрик». В течение 1990 – 1992 гг. предприятие «Таврида Электрик» разработало по заказу Минэнерго (РАО «ЕЭС России») несколько модификаций вакуумных выключателей для сельских распределительных сетей 6 … 10 кВ. С 1992 г. предприятие «Таврида Электрик» приступило к созданию своего производства вакуумных выключателей и других аппаратов собственной разработки сначала в Севастополе и затем в России. В 1993 г. было создано предприятие «Таврида Электрик» в России (Москва). С этого времени вся продукция предприятия выпускается под общей маркой TEL – «Таврида Электрик». В 1995 г. освоено собственное серийное производство вакуумных дугогасящих камер конструкции TEL в г. Черноголовка. С 1996 г. начата разработка и производство малогабаритных комплектных распределительных устройств серии КРУ/TEL. В 1999 г. разработана и изготовлена опытная партия вакуумных реклоузеров (столбовых выключателей). К началу 2000 г. потребителям в эксплуатацию отгружено более 12 000 вакуумных выключателей серии BB/TEL. В короткий период с начала деятельности предприятие «Таврида Электрик» смогло занять лидирующее положение среди крупных разработчиков и производителей вакуумной коммутационной техники, как в России, так и за её пределами. Разработкой и производством конкретных видов продукции и услуг занимаются соответствующие хозрасчётные производственные отделения, расположенные в Севастополе, Москве и Московской области. Российское отделение сбыта и маркетинга, расположенное в Москве, осуществляет централизованный сбыт и доставку заказчикам всей продукции, производимой в отделениях предприятия. «Таврида Электрик» имеет также дилерские региональные центры в Санкт-Петербурге, Липецке, Екатеринбурге, Нижнем Новгороде, Омске и других городах России и странах СНГ. Новая продукция для рынка и производственные отделения для её выпуска создаются с использованием последних достижений науки и техники, а также в сотрудничестве с научными центрами, признанными в мире, такими как Физико- технический институт им. Иоффе (Санкт-Петербург) и Аналитический центр по исследованию поверхностей вакуума.

4.2. ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ВАКУУМНЫЙ ТРЁХФАЗНЫЙ

4.2.1. Назначение и область применения Выключатели вакуумные серии BB/TEL предназначены для коммутации электрических цепей с изолированной нейтралью при нормальных и аварийных режимах работы в сетях переменного тока частоты 50 Гц с номинальным напряжением 6 … 10 кВ. Вакуумные выключатели серии BB/TEL – это коммутационные аппараты нового поколения, в основе принципа действия которых лежит гашение возникающей при размыкании контактов электрической дуги в глубоком вакууме, а фиксация контактов КВД в замкнутом положении осуществляется за счёт остаточной индукции приводных электромагнитов («магнитная защёлка»). Отличительная особенность конструкции вакуумных выключателей серии BB/TEL по сравнению с традиционными коммутационными аппаратами заключается в использовании принципа соосности электромагнита привода и вакуумной дугогасительной камеры в каждом полюсе выключателя, которые механически соединены между собой общим валом. Оригинальность конструкции выключателей BB/TEL позволила достичь следующих преимуществ по сравнению с другими коммутационными аппаратами: • высокий механический и коммутационный ресурс; • малые габариты и вес; • небольшое потребление энергии по цепям управления; • возможность управления по цепям постоянного, выпрямленного и переменного оперативного тока; • простота встраивания в различные типы КРУ и КСО и удобство организации необходимых блокировок; • отсутствие необходимости ремонта в течение всего срока службы; • доступная цена. Принцип фиксации контактов ВДК в замкнутом положении с применением магнитной защёлки в настоящее время активно используется в новых конструкциях вакуумных выключателей ряда различных фирм (GEC Alsthom, Whipp & Bourne, Cooper), однако «Таврида Электрик» является первым предприятием-изготовителем, открывшим дорогу вакуумным выключателям с магнитной защёлкой к массовому потребителю (оригинальность выключателей BB/TEL защищена патентом Российской Федерации № 2020631). Благодаря своим преимуществам вакуумные выключатели BB/TEL широко применяются во вновь разрабатываемых комплектных распределительных устройствах (КРУ, КСО, КРН), а также для реконструкции ячеек КРУ, находящихся в эксплуатации и имеющих в своём составе на момент реконструкции выключатели других конструкций, которые устарели морально и физически. 4.2.2. Устройство и работа выключателя Выключатель вакуумный серии BB/TEL состоит из трёх полюсов, установленных на общем основании. Все три полюса имеют одинаковую конструкцию, представленную на рис. 4.1. Привод вакуумного выключателя серии BB/TEL состоит из электромагнитов (по одному на каждую фазу) электрически соединённых между собой параллельно, и блока управления БУ. Механически якоря 11 приводных электромагнитов выключателя соединены между собой общим валом 14, который в процессе включения и отключения поворачивается вокруг своей продольной оси, и обеспечивает выполнение следующих функций: • управление указателем положения выключателя «ВКЛ–ОТКЛ»; • ручное отклонение выключателя при аварийных ситуациях; • управление контактами для внешних вспомогательных цепей с помощью постоянного магнита; • предотвращение срабатывания выключателя в неполнофазном режиме. .. .. Рис. 4.1. Схема устройства полюса BB/TEL: 1 – неподвижный контакт ВДК; 2 – вакуумная дугогасительная камера; 3 – подвижный контакт ВДК; 4 – гибкий токосъём; 5 – тяговый изолятор; 6 – пружина поджатия; 7 – отключающаяся пружина; 8 – верхняя крышка; 9 – обмотка; 10 – кольцевой магнит; 11 – якорь; 12 – нижняя крышка; 13 – пластина; 14 – вал; 15 – постоянный магнит; 16 – герконы (контакты для внешних вспомогательных цепей) Включение выключателя. Исходное разомкнутое состояние контактов 1, 3 вакуумной дугогасительной камеры выключателя обеспечивается за счёт воздействия на подвижный контакт 3 отключающей пружины 7 через тяговый изолятор 5. При подаче сигнала «ВКЛ» блок управления выключателя формирует импульс напряжения положительной полярности, который прикладывается к обмотке 9 электромагнита. При этом в зазоре магнитной системы появляется электромагнитная сила притяжения, по мере своего возрастания преодолевающая усилие пружин отключения 7 и поджатия 6, в результате чего под действием разницы указанных сил якорь электромагнита 11 вместе с тяговым изолятором 5 и подвижным контактом 3 вакуумной камеры 2 начинает движение в направлении неподвижного контакта 1, сжимая при этом пружину отключения 7. После замыкания основных контактов якорь электромагнита продолжает двигаться вверх, дополнительно сжимая пружину поджатия 6. Движение якоря продолжается до тех пор, пока рабочий зазор в магнитной системе электромагнита не станет равным нулю. Кольцевой магнит 10 имеет магнитную энергию, необходимую для удержания выключателя во включённом положении, а катушка 9 начинает обесточиваться, после чего привод оказывается подготовленным к операции отключения. Таким образом, выключатель становится на магнитную защёлку, т.е. энергия управления для удержания контактов 1 и 3 в замкнутом положении не потребляется. В процессе включения выключателя пластина 13, входящая в прорезь вала 14, поворачивает этот вал, перемещая установленный на нём постоянный магнит 15 и обеспечивая срабатывание герконов 16, коммутирующих внешние вспомогательные цепи. Отключение выключателя. При подаче сигнала «ОТКЛ» блок управления формирует импульс тока, который имеет противоположное направление по отношению к току включения и меньшее амплитудное значение. Магнит 10 при этом размагничивается, привод снимается с магнитной защёлки, и под действием энергии, накопленной в пружинах отключения 7 и поджатия 6 якорь 11 перемещается вниз, в процессе движения ударяя по тяговому изолятору 5, связанному с подвижным контактом 3. Контакты 1 и 3 размыкаются, выключатель отключает нагрузку. Ручное отключение выключателя. Ручное оперативное отключение выключателя осуществляется путём механического воздействия на кнопку ручного отключения, которая в свою очередь через толкатель, шарнирно связанный с валом 14 выключателя, воздействует через этот вал на якоря 11 электромагнитов привода. При этом разрывается магнитная система привода, её магнитная энергия уменьшается, после чего механической энергии пружины отключения 7 оказывается достаточно для размыкания контактов 1 и 3 выключателя. Кнопка ручного отключения одновременно выполняет функцию указателя положения выключателя «ВКЛ-ОТКЛ». Ручное включение выключателя не предусмотрено. Для первого включения выключателя, когда на подстанции отсутствует питание цепей оперативного тока, разработан способ включения выключателя электрическим путём от автономного источника питания. 4.2.3. Конструктивные исполнения и технические характеристики В настоящее время выпускаются выключатели двух основных конструктивных исполнений (рис. 4.2): 1) конструктивное исполнение с межполюсным расстоянием 200 мм; 2) конструктивное исполнение с межполюсным расстоянием 250 мм. а) б) Рис. 4.2. Конструктивное исполнение BB/TEL с межполюсным расстоянием: а – 200 мм; б – 250 мм. Выключатели конструктивного исполнения с межполюсным расстоянием 200 мм предназначены преимущественно для замены в ячейках КРУ выключателей типа ВМП-10, ВМПЭ-10, ВМПП-10, ВК-10, ВКЭ-10 и других, а также для применения во вновь разрабатываемых ячейках КРУ и выпускаются двух модификаций: 1) с выводом толкателя кнопки ручного отключения в сторону силовых токосъёмов; 2) с выводом толкателя кнопки ручного отключения в сторону, противоположную силовым токосъёмам. Выключатели конструктивного исполнения с межполюсным расстоянием 250 мм предназначены преимущественно для замены в камерах КСО и КРН выключателей типа ВМГ-133 и других, а также для применения во вновь разрабатываемых камерах КСО и КРН. Технические характеристики Номинальное напряжение, кВ……………………. 10 Наибольшее рабочее напряжение, кВ…………… 12 Номинальный ток, А……………………………… 630 1000 Номинальный ток отключения, кА……………… 12,5 20 Сквозной ток короткого замыкания, наибольший пик, кА…………………………………………….. 32 52 Нормированное процентное содержание апериодической составляющей, %, не более…… 40 40 Время отключения полное, мс, не более………… 25 25 Время отключение собственное, мс, не более….. 15 15 Время включения собственное, мс, не более…… 70 70 Ресурс по коммутационной стойкости при отключении: номинального тока, операций «ВО»……….. 50 000 50 000 60 … 100% от номинального тока отключения, операций……………............... 100 100 Ресурс по механической стойкости, операций «ВО» 50 000 50 000 Номинальное напряжение электромагнитов управления, В…………………………………… 220 220 Диапазон напряжений электромагнитов при включении, % от номинального значения……… 85 … 85 … 110 110 Диапазон напряжений электромагнитов при отключении, % от номинального значения……... 65 … 65 … 120 120 Наибольший ток электромагнитов управления при номинальном напряжении, А……………….. 10 10 Срок службы до списания, лет…………………… 25 25 Масса, кг: исполнение с межполюсным расстоянием 200 мм 32 32 исполнение с межполюсным расстоянием 250 мм 35,5 35,5 Структура условного обозначения выключателей серии TEL В B / TEL X X – 10 – Х / Х УХЛ 2 Вид климатического исполнения и категория размещения Номинальный ток, А Номинальный ток отключения, кА Номинальное напряжение, кВ Исполнение по напряжению цепей управления Конструктивное исполнение Наименование серии Вакуумный Выключатель Вакуумные выключатели серии BB/TEL предназначены для эксплуатации в следующих условиях. Условия эксплуатации. Климатическое исполнение и категория размещения У2 по ГОСТ 15150–69, при этом: – наибольшая высота над уровнем моря – до 1000 м; – верхнее рабочее значение температуры окружающего воздуха не должно превышать +55°С, эффективное значение температуры окружающего воздуха +40°С; – нижнее рабочее значение температуры окружающего воздуха –40°С; – верхнее значение относительной влажности воздуха 100% при температуре +25°С; – окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая газов и паров, вредных для изоляции, не насыщенная токопроводящей пылью в концентрациях, снижающих параметры выключателя; – рабочее положение выключателей в пространстве – любое. Вакуумные выключатели серии BB/TEL имеют сертификаты: – соответствия ГОСТ 687–78, выданные Ассоциацией предприятий испытательных центров высоковольтного электрооборудования «Энергосерт», регистрационные номера POCC.UA.MB02.H.00054, POCC.UA.MB02.H.00088, POCC.UA.ME25.B00299, POCC.UA.ME25.H0306, POCC.UA.ME25.H00315; – соответствия требованиям безопасности ГОСТ 687–78 и ГОСТ 1516.1–76, выданные Госстандартом России, номера ГОСТ Р.UA.AE01.1.2.2920 и ГОСТ Р.UA.AE01.1.2.2945; – соответствия стандарту международной электротехнической комиссии МЭК 56, выданные испытательной лабораторией КЕМА (Нидерланды), номера 245-94, 49-96, 80-97. Производство вакуумных выключателей BB/TEL сертифицировано на соответствие требованиям международного стандарта качества ISO 9002 (сертификат № 75954). 4.3. УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ВАКУУМНЫМИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯМИ Устройства управления вакуумными выключателями серии TEL являются неотъемлемой частью привода этих выключателей, хотя конструктивно они выполняются в виде отдельных модулей и могут быть установлены как в релейном отсеке шкафов КРУ, так и на выкатных элементах этих шкафов. Устройства управления серии TEL обеспечивают функционирование вакуумных выключателей BB/TEL при управлении ими от любого источника постоянного, выпрямленного или переменного оперативного тока. В настоящее время выпускается блок управления BU/TEL–220-05. Для адаптации BU/TEL–220-05 к различным источникам оперативного питания и различным схемам вторичных соединений шкафов КРУ разработаны и выпускаются следующие дополнительные виды устройств управления: − блок разделения и размножения сигналов PR/TEL-01; − блок разделения и размножения сигналов PR/TEL-03; − блок питания BP/TEL–220-02-У2; − фильтр Ф/TEL–220-01; − фильтр Ф/TEL–220-02; − блок автономного включения BAV/TEL–220-02. Выбор необходимых устройств управления для организации вторичных цепей модернизируемых КРУ определяется видом источника оперативного питания (аккумуляторная батарея, БПНС, БПТ, УПНС и др.), а также схемой цепей защит и управления этих КРУ. Выбор устройств управления для вновь разрабатываемых КРУ осуществляется на стадии их проектирования. Предприятием «Таврида Электрик» разработан ряд схем подключения выключателя BB/TEL и устройств управления ко вторичным цепям шкафов различных КРУ. В настоящее время предприятием «Таврида Электрик» разработан проект и осуществляется подготовка к производству привода БУ/TEL–220-10У2, который совмещает в себе функции всех перечисленных выше устройств управления и является функционально взаимозаменяемым с большинством приводов других выключателей.

5. ВАКУУМНЫЕ ДУГОГАСИТЕЛЬНЫЕ КАМЕРЫ И ВЫКЛЮЧАТЕЛИ, РАЗРАБОТАННЫЕ ВО ВСЕРОССИЙСКОМ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ (ВЭИ)

В ВЭИ разработаны ВДК трёх классов напряжения [9]: 10, 20 и 35 кВ. Схематические разрезы ВДК на напряжение 10 и 35 кВ показаны на рис. 5.1 и 5.2 соответственно. Общим в конструкции камер всех типоисполнений является следующее. Для изоляции корпуса применяется высокоглиноземлистая керамика. Неподвижный вывод выполнен в виде фланца, снабжённого резьбовыми гнёздами, через которые ВДК подключается к токоведущей цепи и закрепляется в выключателе. Контакты окружены центральным медным экраном, который находится под свободным потенциалом. Сильфон защищён экраном из нержавеющей стали от прожига каплями металла контактов, генерируемыми дугой. ВДК снабжены направляющими, закреплёнными снаружи на фланце корпуса со стороны подвижного вывода. Направляющая ограничивает боковое смещение подвижного вывода и задаёт его поступательное движение под действием привода выключателя вдоль оси ВДК. Рис. 5.1. Схематический разрез камеры на 10 кВ: 1 – корпус; 2 – подвижный контакт; 3 – неподвижный контакт; 4 – неподвижный ввод; 5 – подвижный ввод; 6 – сильфон; 7 – центральный экран, находящийся под плавающим потенциалом; 8 – торцевые экраны, находящиеся под потенциалами взводов; 9 – направляющая; 10 – фланец неподвижного взвода Рис. 5.2. Схематический разрез камеры на 35 кВ: 1, 8 – торцевые экраны, находящиеся под потенциалами вводов; 2, 6, 7 – экраны, находящиеся под плавающим потенциалом; 3, 5 – контакты; 4 – контактные накладки из композиции хром-медь-вольфрам; I … IV – секции, между которыми распределяется напряжение Все ВДК после изготовления проверяются одноминутным испытательным напряжением промышленной частоты. В них измеряется также давление остаточных газов. Мерой давления является ионный ток в цепи ВДК, помещённой в постоянное продольное магнитное поле, к разомкнутым контактам которой приложено постоянное высокое напряжение. Кроме того, измеряется электрическое сопротивление ВДК на постоянном токе при дополнительном контактном нажатии, значение которого задаётся в технических условиях на ВДК для обеспечения их стойкости при протекании сквозных токов. Проверяются основные габаритные размеры ВДК. ВДК подвергаются также периодически, не реже одного раза в год, испытанию на коммутационный ресурс при номинальном токе, проверке напряжением громового импульса, механическим и климатическим испытаниям. Испытания на коммутационную способность, устойчивость к сквозным токам и испытания на нагрев номинальным током проводятся многократно: в процессе разработки, при освоении серийного производства, при разработке и постановке на серийное производство коммутационных аппаратов, в которых применяется ВДК, а также в процессе серийного производства ВДК раз в несколько лет. На рисунке 5.3 представлено дугогасительное устройство КДВ-10-1600-20, разработанное ВЭИ. Номинальный ток проходит через торцевые контакты в виде колец. Под действием магнитного поля дуга перебрасывается через зазор 3 на дугогасительные контакты (в виде спиралей) 2 и перемещается по ним с большой скоростью, благодаря чему уменьшается температура опорной точки дуги. Подвод тока к контактам осуществляется с помощью медных стержней 4 и 5. Подвижный контакт крепится к подвижному контакту 6 с помощью сильфона 7 из нержавеющей стали толщиной 0,12 мм для передачи поступательного движения привода на подвижный контакт КДВ. Рис. 5.3. Вакуумная дугогасительная камера КДВ-10-1600-20: 1 – торцевые контакты; 2 – дугогасительные контакты; 3 – зазор; 4, 5 – медные стержни для отвода тока к контактам; 6 – подвижный контакт; 7 – сильфон; 8 и 9 – металлические экраны; 10 – керамика; 11 – кольцо для крепления экрана 8; 12 – направляющий корпус Металлические экраны 8 и 9 служат для защиты керамики 10 от напыления паров металла, образующихся при гашении дуги. Экран 8 крепится к корпусу с помощью кольца 11. Параметры устройства КДВ-10-1600-20: номинальное напряжение – 10 кВ; номинальный ток – 1660 А; сопротивление камеры – 16 мкОм при дополнительном поджатии 1660 Н; номинальный ток отключения – 20 кА; номинальное относительное содержание апериодической составляющей – 0,35; длительность дуги – не более 0,02 с; предельный ток включения: а) амплитуда – 51 кА; б) начальное действующее значение периодической составляющей – 20 кА; предельный четырёхсекундный ток термической стойкости – 20 кА; амплитуда предельного сквозного тока – 70 кА; средний ток среза – не более 10 А; электрическая износостойкость – 10 000 циклов «ВО» при номинальном токе 1600 А и 25 – при номинальном токе отключения; механическая износостойкость 20 000 циклов «ВО»; допустимый износ контактов – не более 4 мм; ход подвижного контакта – 12 мм; скорости подвижного контакта: 1,7 … 2,3 м/с при отключении и 0,6 … 0,9 м/с при включении; камера обеспечивает работу в циклах по ГОСТ 687–78; минимальная бестоковая пауза – 0,3 с; средний срок службы камеры – 25 лет. Обозначения типоисполнений камер расшифровываются следующим образом: К – камера, Д – дугогасительная, В – вакуумная, Х – хромосодержащие контакты, если буквы Х нет – контакты не содержат хрома. Первая цифра – номинальное напряжение в киловольтах, вторая цифра: в числителе – номинальный ток отключения в килоамперах, в знаменателе – номинальный ток в амперах. В КДВ-21 цифры означают номер варианта конструкции. Серийный выпуск камеры КДВ-21 начат в 1968 г. производственным объединением ПО «Полярон», которое принимало участие в её разработке. Она имеет, как видно из табл. 5.1, две модификации. У камеры КДВ-21-М вольфрамовые контакты, она применяется в переключающих устройствах РНН трансформаторов. В камере КДВ-21-ХД1 контакты из композиции хром-медь-вольфрам. Она используется главным образом в выключателях для сельского хозяйства и экскаваторов. Остаточное давление в камере в течение всего периода эксплуатации не выше 1·10–2 Па, наибольшая длительность горения дуги 0,02 с, вибрация контактов при включении не более 0,002 с. Допустимый в эксплуатации износ контактов 4 мм (для КДВ-35 – 2 мм). Камеры на 10 кВ и отключаемые токи 10, 20 и 31,5 кА: КДВХ-10-10/630, КДВХ-10-20/1600 и КДВХ-10-31,5/1600 представляют собой второе поколение. По сравнению с ВДК первого поколения изменены конструкция и материал ряда деталей. Вместо меди эти детали изготавливаются из железоникелевого сплава и нержавеющей стали. Оптимизирована междуэлектродная геометрия. Оба эти фактора позволили уменьшить массу ВДК второго поколения по сравнению с первым в 2–3 раза, диаметр – в 1,1–1,3 раза. В ВДК второго поколения контакты изготавливаются из композиции хром-медь-вольфрам вместо меди и сплава медь- висмут-бор, использовавшегося в ВДК первого поколения. Более высокая электрическая прочность промежутков с контактами из этого материала позволила уменьшить ход подвижного контакта по сравнению с ВДК первого поколения в среднем на 30%. Благодаря этому, а также более высокой электроэрозионной стойкости этой композиции коммутационный и механический ресурс второго поколения ВДК по сравнению с первым был увеличен в 1,5–2,5 раза. Корпус ВДК второго поколения состоит из двух изоляторов, наружная поверхность которых снабжена рёбрами для увеличения электрической прочности в условиях выпадения росы. Типоисполнения КДВХ-10-10/630 и КДВХ-10-20/1000 освоены серийным производством, а КДВХ-10-31,5/1600 находится в стадии освоения на МЗВВ. ВДК второго поколения прошли неоднократно полный цикл испытаний в процессе их разработки и освоения в серийном производстве, а также при разработке и освоении серийного производства выключателей, в которых они используются. Разработано несколько серий таких выключателей. Многие выключатели уже находятся в эксплуатации. 5.1. Основные технические данные ВДК Типоисполнения ВДК 31,5/1600 УХЛ2 ХД1/КДВ-21-П 20/1600 УХЛ2 40/1600 УХЛ2 20/1250 УХЛ2 КДВХ-10/630 КДВХ-10- КДВХ-10- КДВХ-10- КДВХ-10- КДВХ-10- 31,5/1000 31,5/2500 100/1600 5/400 У2 КДВ-21- КДВ-10- КДВ-10- КДВ-20- КДВ-35- КДВ-35- КДВ-35- Наименование 40/3150 50/1600 50/3150 УХЛ2 параметра Номинальное 10/15 10 20 35 напряжение, кВ Наибольшее рабочее 12 12 24 40,5 напряжение, кВ Номинальный ток 4/2 5 10 20 31,5 40 50 100 20 31,5 отключения, кА 160 Номинальный ток, А 400/320 400 630 1600 3150 3150 1600 1250 1600 2500 0 Нормированное процентное содержание 50/20 50 40 35 20 30 апериодической составляющей, % Трёхсекундный ток термической 4/2 5 10 20 31,5 40 50 100 20 31,5 стойкости, кА Циклы АПВ 0-0,3с-ВО-20с-ВО; 0-0,3с-ВО-180с-ВО; 0-180с-ВО-180с-80 Испытательное напряжение 42/55 32 42 65 95 промышленной частоты, одноминутное, кВ Испытательное напряжение грозового импульса, кВ – 75 120 185 полного срезанного – 90 150 230 Камеры с током отключения 40 кА КДВХ-10-40/1600 и КДВХ-10-40/3150 имеют конструкцию, аналогичную второму поколению ВДК. Для корпуса этих ВДК использованы изоляторы, применявшиеся в ВДК первого поколения с током отключения 31,5 кА. Наружная поверхность этих изоляторов гладкая, необходимая электрическая прочность в условиях выпадения росы достигается за счёт большей длины изоляторов. В КДВХ-10-40/1600 также, как и в ВДК второго поколения, для материала контактов применяется композиция хром-медь-вольфрам, в КДВ-10-40/3150 контакты состоят из двух материалов: контактирующая часть – из сплава медь-висмут-бор, дугогасящая – из меди. Использование сплава медь- висмут-бор позволило уменьшить электрическое сопротивление камеры в 2–3 раза (с учётом разброса переходного сопротивления контактов). В отличие от ВДК других типоисполнений КДВ-10-40/3150 имеет на подвижном выводе контактную насадку, к наружной поверхности которой припаяна серебряная фольга. Контактная насадка служит для присоединения подвижного вывода ВДК к токоведущей цепи выключателя с помощью розеточного контакта, который скользит по серебряной фольге насадки. В детальных типоисполнениях ВДК присоединение их подвижного вывода к токоведущей цепи выключателя осуществляется с помощью гибкой связи и наконечника соответствующей конструкции. Серийное производство ВДК на 10 кВ, 40 кА освоено на МЗВВ. На базе этих ВДК разработаны и прошли испытания несколько типоисполнений вакуумных выключателей. В описанных ВДК с током отключения 10 … 40 кА применяются контактные системы спиральной конструкции с поперечным по отношению к току дуги магнитным полем. По сравнению с конструкциями контактных систем с продольным магнитным полем контактные системы спиральной конструкции обладают как достоинствами, так и недостатками. К достоинствам относятся: меньшая масса и продольные размеры, меньшее электрическое сопротивление, большая механическая прочность. Недостатком является большое падение напряжения в дуге, и как следствие, большее оплавление контактов, оплавление центрального экрана на уровне межконтактного промежутка при предельных токах отключения. В ВДК класса 10 кВ при токах в 40 кА достоинства представляются более значимыми, чем недостатки. Камеры на 10 кВ, 50 кА: КДВХ-10- 50/1600 и КДВХ-10-50/3150 разработаны в тех же габаритах, что и ВДК на 40 кА, но в отличие от последних имеют контактную систему с продольным магнитным полем. В качестве материала контактов в обоих типоисполнениях используется композиция хром-медь-вольфрам-висмут. На базе этих ВДК разработаны несколько типоисполнений вакуумных выключателей. Все ВДК на 10 кВ, имеющие хромосодержащие контакты, способны коммутировать в трёхполюсном режиме конденсаторные батареи в цепях с Рис. 5.4. Вакуумная дугогасительная камера на 20 кВ, 100 кА, 1600 А изолированной нейтралью при токах до 450 А и напряжении 10 кВ. Камеры на 10 кВ, приведённые в табл. 5.1, могут работать в условиях умеренного, холодного и тропического климата. В тропическом климате номинальные токи 1600 А уменьшаются до 1250 А, с 3150 А до 2500 А. Однако эти токи могут быть увеличены при соответствующих изменениях конструкции выключателей и радиаторов. Вакуумные камеры могут работать под навесом или в помещениях, например, в КРУ, где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе. На рисунке 5.4 приведена ВДК на ток отключения 100 кА. В классе 35 кВ разработано пять типоисполнений ВДК. Три из них имеют номинальный ток отключения 20 кА и номинальный ток 1250 А (и различаются исполнением наружной изоляции); два других типоисполнения имеют номинальный ток отключения 31,5 кА, номинальные токи 1600 и 2500 А. Параметры типоисполнений ВДК на 20 и 31,5 кА приведены в табл. 5.1. Корпус ВДК на 35 кВ состоит из четырёх изоляторов, в середине корпуса находится медный цилиндр, выполняющий одновременно функции центрального экрана. ВДК имеют контактную систему, образующую продольное магнитное поле. Материал контактов – композиция хром-медь-вольфрам. Экранная система содержит пять экранов, из которых три изолированы от вводов и находятся под плавающим потенциалом. Два экрана расположены у торцов корпуса и имеют потенциалы вводов. Таким образом, внутри корпуса вне контактной системы напряжение распределяется не между двумя промежутками, как в ВДК на 10 и 20 кВ, а между четырьмя. Это значительно снижает вероятность пробоя внутри ВДК по длинным путям, в обход межконтактного промежутка. Камеры на 35 кВ могут работать в условиях умеренного и холодного климата. Одно из типоисполнений ВДК на 20 кА и оба типоисполнения на 31,5 кА имеют армировку полимерной изоляцией концевых фланцев и могут работать в закрытых помещениях, исключающих конденсацию влаги. В третьем типоисполнении на 20 кА наружная поверхность корпуса полностью армирована полимерной изоляцией с развитой ребристой поверхностью, вылет ребра 75 мм. Эта камера предназначена для работы на открытом воздухе. ВДК на 20 кА, не имеющие армировки внешней изоляции, предназначены для работы в среде с электрической прочностью выше, чем у воздуха, например, в масле или элегазе. Благодаря армировке полимерной изоляцией торцов корпуса ВДК выдерживает испытательное напряжение при плавном подъёме 105 кВ вместо 95. Армировка всего корпуса позволила повысить это напряжение до 110 кВ. Камеры на 35 кВ, 20 кА выпускаются серийно, производство ВДК на 35 кВ, 31,5 кА находятся в стадии освоения на МЗВВ. ВДК на 35 кВ используются в выключателях на 35 и 110 кВ. В последнем случае несколько камер включаются последовательно. Эти выключатели разработаны и серийно выпускаются НПО «Уралэлектротяжмаш». Несколько лет они находятся в эксплуатации на металлургических предприятиях. На базе ВДК на 35 кВ разрабатываются выключатели для железнодорожного транспорта. Таким образом, в результате многосторонних исследований разработаны ВДК на все основные параметры, требуемые в классах напряжения 10 … 35 кВ. Научно-технический уровень разработанных ВДК соответствует лучшим зарубежным аналогам. В настоящее время ведутся разработки ВДК на 10 кВ, 63 кА; 24 кВ, 25 кА; 35 кВ, 25 кА, расширяется номенклатура ВДК, ведутся разработки ВДК новых поколений с меньшими габаритами и массой. Разрабатывается ВДК с малым током среза, который не потребует применения средств ограничения перенапряжений. Вакуумные выключатели обладают малыми габаритами и массой, большим ресурсом, надёжностью и сроком службы, экологически чисты и взрыво- и пожаробезопасны, виброустойчивы и сейсмостойки, работоспособны в условиях холодного и тропического климата, требуют малых эксплуатационных расходов. Эти качества способствовали распространению вакуумных выключателей во всём мире. Они постепенно вытесняют масляные и электромагнитные выключатели. В 1990 г. доля вакуумных выключателей на рынке ЕЭС достигла 40%, на рынке Японии – 70%, на мировом рынке – 55%. В настоящее время в Российской Федерации и за рубежом достигнуты в основном все требуемые параметры ВДК в классах напряжения 3 … 35 кВ. Наивысшие параметры серийно выпускаемых и готовых к серийному выпуску вакуумных выключателей (ВДК) в разных классах напряжения приведены в табл. 5.2. 5.2. Сравнительная таблица параметров вакуумных выключателей производства различных стран мира Номинальный Наибольшее ток Номинальный Страна, фирма рабочее отключения, ток, А напряжение, кВ кА, кВ 12 50 3150 Россия, ВЭИ 24 100 1600 40,5 31,5 2500 США, 12 50 3150 «Westinghause» 24 31,5 3150 12 50 3150 24 25 2000 Япония, «Toshiba» 36 25 2000 13,8 100 3000 15/12 37/50 2000 Япония, 25,8 31,5 2000 «Mitsubishi Electric» 38 31,5 2000 15 63 4000 ФРГ, «Siemens» 24 25 2000 36 31,5 2500 6. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ВАКУУМНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ Высоковольтные выключатели 6 … 10 кВ с вакуумными дугогасительными камерами (ВДК) на сегодняшний день являются наиболее перспективными коммутационными аппаратами на данный класс напряжения [9]. В России аппараты с ВДК выпускают следующие предприятия: 1. ФГУП НПП «Контакт», г. Саратов. 2. Ассоциация «Элвест», г. Екатеринбург, Нижнетуринский электроаппаратный завод, г. Нижняя Тура. 3. АО «Электрокомплекс», г. Минусинск. 4. Предприятие «Таврида Электрик». Технические характеристики и номенклатура выключателей обозначенных предприятий представлены в табл. 6.1. Оценка вакуумных выключателей и выкатных элементов на их базе, выпускаемых различными производителями, с тоски зрения потребителей представлена в табл. 6.2. Достоинства и недостатки, присущие выключателям разных производителей, приведены в табл. 6.3. Рекомендуется в опытную эксплуатацию преимущественно применять: – для питающих центров – выключатели производства ГНПП «Контакт»; – для неответственных потребителей в распределительных сетях – «Таврида Электрик». 6.1. Технические характеристики и номенклатура вакуумных коммутационных аппаратов на напряжение 6 … 10 кВ Основные характеристики Uп ном, Iпотр, Ресурс циклов Тип выключателей Тип КДВ Uном, I0 ном, Производ Iном, А пост, В привода, итель кВ кА Iном I0 ном перем, В А 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ВБТ-10-20/630-1250 630 110; 220 80;40 КДВХ4-10-20/1600 10 20 25 000 50 УХЛ3 1250 220 40 ФГУП НПП «Контакт», ВБЭ-10-20/1600 110; 220 80;40 КДВХ4-10-20/1600 10 1600 20 25 000 50 УХЛ2 220 40 ВБЭМ-10-5/400 г. Саратов 110; 220 КДВ3-10-5/400 10 400 5 10 75 000 – У2 УХЛ5 220 ВБПС-10-20/1600 110; 220 3,0 КДВХ4-10-20/1600 10 1600 20 25 000 – УХЛ2 220 1,6 ВБЭК-10-40/1600 110; 220 140; КДВ2-10-40/3150 10 3150 40 10 000 25 УХЛ2 220 70;70 ВБЭК-10-40/3150 110; 220 140; КДВ2-10-40/3150 10 3150 40 10 000 25 УХЛ2 220 70;70 ЭЛВЕСТ,НТЭАЗ, г. Нижняя Тура КДВХ4-10-20/1600, 630 … 20 110; 220 ВБКЭ-10 10 25 25 000 50 SIEMENS 1600 31,5 127; 220 КДВХ4-10-20/1600, 2000 110; 220 ВБМЭ-10 10 40 30 5000 50 SIEMENS 3150 127; 220 Продолжение табл. 6.1 Основные характеристики Типы ячеек, tвкл. tоткл. Срок Масса для которых Тип выключателей Тип привода Производ собств., собств., службы, , кг выпускаются итель с с лет выкатные элементы 1 2 11 12 13 14 15 16 ВБТ-10-20/630-1250 108 КВС-13/630; КВС; 0,1 0,04 25 Эл.-маг. УХЛ3 (200) К-12; К-13; К-37; ФГУП НПП КРУ-З; К-III-У; «Контакт», Пруж. г. Саратов 112 ВБЭ-10-20/1600 УХЛ2 0,1 0,04 25 (200) (Польша) КВБ-6; КВП-6-13; ВБЭМ-10-5/400 КВЭ-10/13; 0,15 0,03 25 42 Эл.-маг. У2 УХЛ5 ST-7 (Польша); ВБПС-10-20/1600 АКА-10/800/20; 0,1 0,06 25 150 Эл.-маг. КЗ-02 (Болгария) УХЛ2 ВБЭК-10-40/1600 0,22 0,055 25 370 Эл.-маг. УХЛ2 ВБЭК-10-40/3150 0,22 0,055 25 420 Эл.-маг. УХЛ2 ВЭМ-6; К-III-У; ЭЛВЕСТ,НТЭАЗ, г. Нижняя Тура ВБКЭ-10 0,06 0,06 – – Эл.-маг. К-XII; K-XXVI, КРУ2-10-20; К-104; К-59 Пруж. с Полностью ВБМЭ-10 0,06 0,05 – – заводской совместимы с эл.-маг. ячейками 6.2. Оценка потребительских качеств различных вакуумных выключателей «Таврида ФГУП АО ЭЛВЕСТ Электрик», НПП «Электроком Характеристика НТЭАЗ, г. «Контакт», плекс», г. Нижняя Тура Севастополь, г. Саратов г. Минусинск Украина Номинальный ток выключателей (ячеек), А до 1600 + + + + 1600 … 3150 + + – – Номинальный ток отключения выключателей, кА до 20,0 + + + + до 31,5 – + – – до 40,0 + – – – Эл. магн./ Эл. магн./ Эл. магн./ Привод Эл. магн. Пружин.- Пружин.-эл. Пружин.- выключателя защёлка мотор магн. мотор Габаритные Габариты размеры выключателя базового зависят от 530Ч704Ч51 640Ч547Ч43 выключателя типа 728Ч244Ч467 0 6 (высота, применяемой ширина, ВДК длина), мм Масса выключателя зависит от Масса, кг 108 … 420 74 … 108 28 … 35 типа применяемой ВДК Объём Зависит Зависит Зависит 6000 … производства в от заказов от заказов от заказов 7000 год, шт. Реконструкция + + + + Наличие сертификатов: + России + зарубежных + – – (КЕМА, стран – – – Голландия) Возможная Питающи Питающие Питающи Распред. область е центры, центры, е центры, сети, применения распред. распред. сети распред. кабельные сети сети сети 6.3. Достоинства и недостатки выключателей различных производителей Наименование Достоинства Недостатки производителя 1. Высокий уровень Выкатные элементы не производства. являются полностью 2. Возможность выпуска совместимыми с выключателей на весь существующими спектр номинальных токов и ячейками КРУ в части токов отключения. механических 3. Возможность блокировок: при ФГУП НПП комплектования встраивании «Контакт», выключателей как необходима доработка г. Саратов электромагнитными, так и ячеек с пружинно-моторными использованием приводами. комплектов, 4. Продукция предлагаемых заводом сертифицирована. 5. Возможность приобретения выключателей по взаимозачёту. 1. Выкатные элементы 1. Существует полностью совместимы с возможность существующими ячейками самопроизвольного КРУ и КРУП. включения 2. Применение ВДК как выключателя с «Элвест» отечественного («Контак<