Модернизация подстанций вакуумными выключателями

Что такое концевые выключатели

Концевой выключатель (концевик) — это устройство, подающее команду или самостоятельно размыкающее/замыкающее электрическую цепь питания исполнительного механизма. Сигналом для подачи команды служит внешнее воздействие подвижной детали на чувствительный элемент выключателя. Основная задача, выполняемая концевиком — автоматизация управления отдельными технологическими или самостоятельными элементами, призванная освободить людей от выполнения однотипных и примитивных действий.

В качестве примера, иллюстрирующего работу такого выключателя, обычно приводят работу откатных дверей. Команду на открывание/закрывание створки подает человек, а остановка происходит автоматически, при воздействии подвижной части на концевые выключатели в начальной или конечной точке.

Концевой выключатель на створке ворот

Внешне концевик представляет собой самостоятельный компактный прибор, который устанавливается в определенной точке управляемого механизма. Это не обязательно начальная или конечная точка пути подвижного элемента, поскольку для оказания воздействия на КВ могут быть использованы детали, расположенные в любом удобном месте. Нередко и начало и конец движения обеспечивает один и тот же выключатель, контактирующий с разными элементами подвижного узла.

Существуют контактные и бесконтактные модели КВ, работающие на разном принципе. При этом, различие в конструкции не изменяет функционал элемента — по сути, любой вид концевика является обычным выключателем.

Устройство и принцип действия

Вакуумные выключатели предназначены для совершения коммутационных операций в электроснабжающих сетях высокого напряжения. Конструктивно вакуумный выключатель состоит из трех отдельных полюсов или колонок (по одной на каждую фазу). Все колонки устанавливаются на одном приводе посредством опорного изолятора из полимера, фарфора или текстолита. У каждой из них имеются два вывода для подключения ошиновки.

Общий вид вакуумного автоматического выключателя

Устройство вакуумного выключателя.

Из картинки ниже видно, что внутри устройство состоит из двух контактов, подведенных под соответствующие потенциалы полюсов. Один из них выполняется подвижным, второй стационарным, как и в других типах выключателей. Силовые контакты вакуумного выключателя располагаются внутри герметичной камеры, способной сохранять вакуум в течении длительного периода времени (несколько десятков лет). Для чего в состав камеры включаются специальные металлические сплавы и керамические добавки. Именно этот элемент стал камнем преткновения для реализации такого выключателя в 30-е годы прошлого века.

Современные технологии предоставляют возможность сохранения вакуума внутри емкости, в том числе, с учетом динамических нагрузок, которые ей приходится претерпевать во время коммутаций. Для постоянного поддержания состояния сильно разреженной газовой среды, внутри вакуумной камеры, устройство комплектуется сильфонным компонентом. Он исключает возможность проникновения воздуха или другого газа внутрь вакуумной камеры при перемещении подвижного контакта.

Конструкция вакуумного выключателя

Принцип гашения электрической дуги.

При разрыве контактов между поверхностями возникает ионизация пространства. Если в воздушных выключателях с методом электромагнитного дутья эту ионизацию искусственно растягивают на несколько метров, а в элегазовых и масляных выключателях стараются погасить диэлектрическим материалом, то в вакуумных применяется другая технология. Основной принцип основан на том, что в идеальном вакууме отсутствует какое-либо вещество, способное к выделению заряженных частиц. Поэтому в момент разделения контактов, из-за разности потенциалов, единственным источником ионизации являются пары раскаленного металла.

Различные этапы образования плазмы

Начало разведения контактов

Развитие ионизации

Заключительные процессы

Они продолжают движение между контактными поверхностями, но при переходе синусоиды электрического тока через ноль, заряженные частицы утрачивают энергию для ионизации и перемещения, их место быстро занимает пустое пространство с высокой электрической прочностью и дуга рвется. Ионы металлов примыкают к ближайшей поверхности – контактам или стенкам камеры. Такой принцип действия позволяет сократить время на прекращение горения дуги и предоставляет ряд преимуществ, в сравнении с другими типами коммутационных аппаратов. Но чрезмерные коммутационные перенапряжения могут привести к деформации поверхности, что будет препятствовать нормальному замыканию контактов, увеличит переходное сопротивление и вызовет перегрев внутри вакуумной камеры.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Вакуумные выключатели BB/TEL (далее — выключатели) предназначены для работы в комплектных распределительных устройствах (КРУ) и камерах стационарного одностороннего обслуживания (КСО) внутренней и наружной установки класса напряжения до 20 кВ трёхфазного переменного тока 50 Гц для систем с изолированной и заземлённой нейтралью. В основе конструктивного решения выключателя лежит использование пофазных электромагнитных приводов с «магнитной защёлкой», механически связанных общим не несущим нагрузку, валом-синхронизатором. Параллельно соединённые катушки электромагнитных приводов фаз выключателя при выполнении команд подключаются к предварительно заряженным конденсаторам в блоках управления (далее БУ/TEL). Такая конструкция позволила достичь следующих отличительных особенностей по сравнению с традиционными вакуумными выключателями (ВВ) (см. табл. 2.1):

  1. высокий механический и коммутационный ресурс;
  2. малое энергопотребление по шинам оперативного напряжения (заряд и поддержание в параметрах конденсаторных ёмкостей «ВКЛ», «ОТКЛ»);
  3. малые габариты и вес;
  4. лёгкость и простота адаптации в любые типы КРУ, КСО;
  5. возможность использования в широком диапазоне питающего оперативного напряжения вторичных цепей;
  6. необслуживаемость на протяжении всего срока эксплуатации;
  7. низкая трудоёмкость производства и, как следствие, умеренная цена.

Для управления выключателями отделение устройств управления промышленной группы «Таврида Электрик» выпускает блоки управления серий BU/TEL, БУ/ТЕL. Структура условного обозначения выключателей:

BB/TEL-X-X/X-XX-X

Выключатель вакуумный Наименование серии Номинальное напряжение, кВ Номинальный ток отключения, кА Номинальный ток, А Климатическое исполнение и категория размещения Конструктивное исполнение по каталогу

Пример записи обозначения выключателя напряжением 10 кВ с номинальным током отключения 12,5 кА, номинальным током 630 А, климатического исполнения У2, конструктивного исполнения по каталогу:

Выключатель вакуумный

BB/TEL-10-12,5/630-У2-45 ИТЕА674152.003ТУ.

Таблица 2.1 – Основные технические характеристики выключателей BB/TEL

1 Номинальное напряжение, кВ 10
2 Наибольшее рабочее напряжение, кВ 12
3 Номинальный ток (Iном.), А 630, 1000, 1600
4 Номинальный ток отключения (Iо ном.), кА 12,5; 20
5 Сквозной ток короткого замыкания:
  1. наибольший пик, кА, не более
  2. начальное действующее значение периодической составляющей
32; 52; 81 12,5; 20
6 Нормированное процентное содержание апериодической составляющей, % 40; 40; 40
7 Среднеквадратическое значение тока за время его протекания (ток термической стойкости), кА 12,5; 20
8 Время протекания тока термической стойкости, с 3
9 Собственное время отключения выключателя, с, не более 0,015
10 Полное время отключения, в зависимости от типа БУ/TEL, с, не более 0,09
11 Собственное время включения, с, не более 0,07
12 Полное время включения, в зависимости от типа БУ/TEL, с, не более 0,1
13 Неодновременность замыкания и размыкания контактов, с, не более 0,004
14 Номинальное напряжение питания катушек электромагнитов (постоянное), В 220
15 Номинальные параметры оперативного напряжения питания — переменное, В
  1. постоянное, В
  1. диапазон, %
100, 220 24, 48, 110, 220 85 — 110
16 Ресурс по коммутационной стойкости:
  1. при номинальном токе Iном., операций «ВО»
  2. при токах короткого замыкания I=(60-100)% от (Iо.ном.), операций «ВО»
50000 100
17 Механический ресурс, циклов «ВО» 50000
18 Электрическое сопротивление главной цепи полюса, мкОм, не более, при номинальном токе:
  1. 630 А
  2. 1000 А
  3. 1600 А
60 40 30
19 Масса, кг: BB/TEL-10 конструктивные исполнения 41; 42; 44; 45; 46; 48; 51;52 BB/TEL-10 конструктивные исполнения 43; 47 BB/TEL-10 конструктивные исполнения 59; 70 BB/TEL-10 конструктивные исполнения 60; 71 35 38 65 68
20 Срок службы до списания, лет 25

Главные плюсы и минусы

Сравнение с аналогами масляного и электромагнитного вида позволяет обнаружить много преимуществ:

  • все исследования наглядно доказали, что вакуумные модели наиболее простые и надежные при гашении дуги электрического происхождения. Технические особенности предполагают несложное создание образцов для напряжения порядка 6-10 кВт;
  • обслуживание и ремонт гораздо легче, чем у других выключателей;
  • дистанция беспрепятственного передвижения молекул и электронов в дугогасительной камере достигает нескольких сотен метров. Имеющиеся в вакууме промежутки не способствуют образованию частиц, несущих заряд, что практически сводит к нулю ударную ионизацию. Появление подобных частиц возможно исключительно на поверхностях контактов;
  • относительная дороговизна в сравнении с устройствами маломасляного типа составляет всего 5-15%. А электромагнитные модели и вовсе не могут сравниться по этому параметру с вакуумными образцами;
  • отсутствие потребности в большом расстоянии между рабочими контактами и уникальная прочность вакуума – причины компактных размеров камер. А это в свою очередь предполагает и незначительный вес;
  • основные факторы отличных показателей безопасности – отсутствие потенциальной угрозы утечки масла, бесшумность и незначительные нагрузки динамического характера;
  • снижение эксплуатационных расходов – следствие автономного режима работы в среде, не требующей пополнения;
  • несколько десятков тысяч допускаемых циклов включения/отключения – гарантия значительного механического ресурса. В сотни раз измеряется количество срабатываний для токов короткого замыкания;
  • малый ход контактов, обусловленный минимальным расстоянием между ними, является причиной идеального быстродействия.

Недостатков, причем относительных, гораздо меньше:

  • при отключении индуктивных токов маленькой мощности высока вероятность коммутационного перенапряжения;
  • необходимость в контактных материалах усложняет процедуру изготовления. Для работы с вакуумом понадобится создание специальных условий;
  • на итоговую себестоимость очень влияет потребность больших инвестиций в производство.

Устройство выключателей вакуумного исполнения

Разнообразие вакуумных выключателей, с учётом их конструктивного исполнения, достаточно велико. Поэтому сложно выдавать характеристику этих приборов в целом. Между тем, независимо от конструктивных различий, принцип действия остаётся неизменным.

Рассмотрим для общего ознакомления трёхполюсный вакуумный выключатель, оснащённый пружинно-моторным приводом. Этот прибор рассчитан под внутреннюю установку или под инсталляцию на открытом воздухе. В любом случае, его монтаж выполняется внутри специальных распределительных металлических коробов.

Эксплуатироваться приборы могут в самых разных сферах народного хозяйства. Однако есть некоторые ограничения.

Так, вакуумные выключатели не предназначены для установки с последующей эксплуатацией в следующих условиях:

  • помещения, где пожаро-, взрывоопасная атмосфера;
  • установки, конструктивно предусматривающие частую коммутацию;
  • установки мобильного (передвижного) типа;
  • энергетические системы морских и речных судов.

Выключателям вакуумного типа обычно присущи два типа исполнения конструкции:

  1. Под стационарную инсталляцию.
  2. Под инсталляцию с аппаратной тележкой.

Независимо от исполнения, корпусная область прибора содержит три полюса, оснащённых дугогасительными камерами.

Внутри вакуумных камер работают подвижные контакторы, приводимые в действие пружинно-моторным механизмом. Корпус прибора дополняется фронтальной панелью, где содержатся элементы индикации и управляющие устройства.

Три полюса главной цепи выполнены в форме колонн. Расположение полюсов, как правило, на задней части шасси пружинно-моторного привода. Каждый полюс дополнен камерой гашения дуги, которая заключена внутри полимерного изолятора. С целью усиления электрической прочности корпус изолятора имеет ребристую форму.

Внутри каждой вакуумной камеры смонтирована контактная группа из двух элементов – подвижного, неподвижного. Элемент подвижного контакта через тяговый изолятор связан с механизмом переключения. Далее связь с нижним контактным выводом. А неподвижный контакт через конусную посадку соединяется с верхним контактным выводом прибора.

Как работает привод выключателя?

Подвижные контакты вакуумных камер механическим способом соединены с валом пружинно-моторного привода. За счёт силовой пружины, предварительно взведённой (установленной в состояние растяжения), привод легко привести в действие простым нажатием кнопки управления или иным механизмом.

Пружина (обычно две пружины) взводится посредством цепной передачи. Нормальный режим работы оборудования предусматривает взвод пружины при помощи электродвигателя, оснащённого редуктором. Вместе с тем, есть рукоятка ручного взвода, которой пользуются на случай аварий или потери питания.

Взведённая пружина фиксируется спусковым механизмом. Этот механизм управляется через электромагнитный привод или через кнопку включения. Как только активирован режим включения, фиксация снимается, сила растяжения пружины приводит в действие кулачковый механизм. Тот, в свою очередь воздействует на вал, который механически соединён с механизмом переключения подвижных контактов вакуумных камер.

Операция на отключение вакуумного выключателя выполняется активацией режима «Отключено» – электромагнитом или кнопкой. Последовательность действий практически аналогична первому режиму. Здесь также задействованы силовые пружины отключения, состояние которых устанавливает спусковой механизм отключения.

Удобство эксплуатации и контроль работы прибора обеспечивает панель управления. По фронту панели располагаются элементы: счётчик числа циклов, индикатор состояния пружины взвода, индикатор состояния вакуумного выключателя.

Особенности выкатных конструкций

Аппаратура выкатного исполнения собрана на базе специальной аппаратной тележки. При помощи этого аксессуара выключатель вводится внутрь шкафа или выводится из него.

Аппаратная тележка действует не только как транспорт прибора, но также выполняет функцию контроллера включения прибора в режим теста или в рабочий режим, как только выключатель задвинут в шкаф.

Вакуумный выключатель закрепляется непосредственно к подвижной части тележки. Крепёж выполняется болтовыми соединениями. Между тем, аппаратная тележка имеет ещё и неподвижную часть, где закреплён привод подвижной части. Движение подвижного модуля относительно неподвижного выполняется за счёт винта рукоятки управления тележкой.

Конструкция и принцип действия

Главная Продукция Вакуумные коммутационные аппараты (1,14; 10; 20; 27,5; 35; 110 кВ) Выключатели вакуумные высоковольтные 6-10 кВ Вакуумные выключатели ВБЭ-10-20 Конструкция и принцип действия

Устройство и работа выключателя

Выключатель представляет собой аппарат прямого действия. Операции включения выключателя осуществляются электромагнитным приводом прямого действия за счет тягового усилия электромагнита включения. Отключение выключателя (в том числе автоматическое отключение при токах короткого замыкания или перегрузках) осуществляется за счет энергии, запасенной пружинами выключателя при включении. Гашение дуги в выключателе осуществляется вакуумными дугогасительными камерами (КДВ). Электрическая дуга, благодаря специальной форме контактов, направляется в стороны от центра, вращается по поверхности контактов, распадается и гасится при переходе тока через ноль. Благодаря высокой электрической прочности вакуумного промежутка в течение долей микросекунд между контактами восстанавливается напряжение. Выключатель состоит из трех дугогасительных полюсов, закрепленных через опорные изоляторы на корпусе привода. Каждый полюс содержит вакуумную дугогасительную камеру (КДВ), механизм дополнительного пожатия контактов КДВ и токовыводы. Электромагнитный привод состоит из электромагнита включения, блока механических защелок, демпфирующего гидравлического устройства, электромагнита отключения и аварийных расцепителей. Электрическая схема блока питания и управления выключателем собрана на панели, закрепленной в корпусе привода. Между полюсами выключателя установлены изоляционные перегородки. В выключателях выкатного исполнения (рис.1 — 5) привод установлен на тележку, имеющую механизм блокировки, связанный с выключателем.

Включение выключателя

В исходном положении контакты камеры дугогасительной вакуумной разомкнуты, выключатель удерживается отключающей пружиной в отключенном положении. Оперативное включение производится подачей напряжения на электромагнит, якорь электромагнита втягивается и через блок защелок поворачивает вал привода. Рычаги, связанные с валом тяговыми изоляторами, замыкают контакты КДВ и создают усилие поджатия контактов КДВ. Одновременно при повороте вала производится взвод отключающей пружины, переключение блок—контактов узла контактного и постановка на механическую защелку. Происходит включение выключателя. Ручное неоперативное включение осуществляется поворотом вала привода вниз трубой, которая надевается на рычаг привода. Для ручного включения выключателя съемную крышку, необходимо снять. Ручное включение выключателя под нагрузку запрещается!

Отключение выключателя

При подаче сигнала на электромагнит отключения или на один из расцепителей максимального тока, или на расцепитель минимального напряжения, или на расцепитель от независимого источника тока тяги электромагнитов воздействуют на блок защелок. Блок защелок освобождает вал привода. За счет энергии, запасенной пружинами поджатия контактов КДВ блоков дугогасительных и отключающей пружины, вал привода выключателя возвращается в исходное положение. Происходит отключение выключателя. Механизм привода подготовлен к включению. Ручное оперативное и неоперативное отключение выключателя осуществляется красной кнопкой, расположенной на панели выключателя.

Низковольтные комплектные устройства трансформатора

1. Общие сведения 2. Технические условия на присоединение к сетям электроснабжения 3. Основные параметры НКУ 4. Основные характеристики конструктива НКУ 5. Основные характеристики сборных и распределительных шин 6. Основные характеристики защитной и коммутационной аппаратуры 7. Объем наладочных работ выполняемых на площадке завода-изготовителя 8. Документация на НКУ 9. Оборудование поставляемое вместе с НКУ 10. Требования к составу коммерческого предложения 11. Вид общий с перечнем конструктива (ВО) 12. Схема электрическая однолинейная (Э1) 13. Схема электрическая принципиальная (Э3)

— Схема вводного выключателя (В1) — Схема секционного выключателя (С1) — Схема отходящей линии. Фидер тип 1 (Ф1) — Схема отходящей линии. Фидер тип 2 (Ф2) — Схема прямого пуска моторов до 37кВт (П1) — Схема прямого пуска моторов свыше 37кВт (П2) — Схема прямого пуска дренажного насоса (П3) — Схема реверсивного пуска моторов до 37кВт (Р1) — Схема электрическая принципиальная распределения питания цепей управления ~220В (АС1) — Схема электрическая принципиальная счетчика электроэнергии сторонних потребителей

НКУ подстанции ТП-28 предназначены для электроснабжения потребителей участка химических растворов, здание ЦБР. Моторы питаемые от НКУ устаревшей серии (не энергоэффективные), преимущественно серии АО. В связи с этим, пусковая и защитная аппаратура выбрана с запасом по току (не в номинал мотора).

Предусматриваются следующие режимы работы НКУ:

• нормальный — электроснабжение НКУ от «своего» понижающего трансформатора; • аварийный — электроснабжение НКУ от «смежного» понижающих трансформатора (секционирование введено). Без ограничения потребляемой его мощности;

Поясняющая схема электроснабжения показана на чертеже ЭМ лист 2. НКУ планируется к установке в новом помещение ТП, взамен существующиму КТП. План установки НКУ ТП приведен на чертеже No ЭМ лист 3. Технические характеристики НКУ должны соответствовать требованиям, изложенным в данном опросном листе. Габаритные размеры, количество и расположение шкафов НКУ должно соответствовать чертежу вида общего (ВО) данного опросного листа. НКУ должны поставляться комплектно, готовые к эксплуатации после подключения к коммуникациям на площадке заказчика.

Сфера применения

Если первые модели, выпущенные еще в СССР, обеспечивали отключение, сравнительно небольших нагрузок из-за конструктивного несовершенства вакуумной камеры и технических характеристик контактов, то современные модели могут похвастаться куда более термоустойчивым и прочным материалом поверхности. Это обуславливает возможность установки таких коммутационных агрегатов практически во всех отраслях промышленности и народного хозяйства. Сегодня вакуумные выключатели используются в таких сферах:

  • В распределительных электроустановках как электрических станций, так и распределительных подстанций;
  • В металлургии для питания печных трансформаторов, снабжающих сталеплавильное оборудование;
  • В нефтегазовой и химической промышленности на пунктах перекачки, переключающих пунктах и трансформаторных подстанциях;
  • Для работы первичных и вторичных цепей тяговых подстанций на железнодорожном транспорте, осуществляет питание вспомогательного оборудования и не тяговых потребителей;
  • На горнодобывающих предприятиях для питания комбайнов, экскаваторов и других видов тяжелой техники от комплектных трансформаторных подстанций.

В любой, из вышеперечисленных отраслей народного хозяйствования, вакуумные выключатели повсеместно вытесняют устаревшие масляные и воздушные модели.

Устройство выключателей вакуумного исполнения

Разнообразие вакуумных выключателей, с учётом их конструктивного исполнения, достаточно велико. Поэтому сложно выдавать характеристику этих приборов в целом. Между тем, независимо от конструктивных различий, принцип действия остаётся неизменным.

Рассмотрим для общего ознакомления трёхполюсный вакуумный выключатель, оснащённый пружинно-моторным приводом. Этот прибор рассчитан под внутреннюю установку или под инсталляцию на открытом воздухе. В любом случае, его монтаж выполняется внутри специальных распределительных металлических коробов.

Эксплуатироваться приборы могут в самых разных сферах народного хозяйства. Однако есть некоторые ограничения.

Так, вакуумные выключатели не предназначены для установки с последующей эксплуатацией в следующих условиях:

  • помещения, где пожаро-, взрывоопасная атмосфера;
  • установки, конструктивно предусматривающие частую коммутацию;
  • установки мобильного (передвижного) типа;
  • энергетические системы морских и речных судов.

Выключателям вакуумного типа обычно присущи два типа исполнения конструкции:

  1. Под стационарную инсталляцию.
  2. Под инсталляцию с аппаратной тележкой.

Независимо от исполнения, корпусная область прибора содержит три полюса, оснащённых дугогасительными камерами.

Внутри вакуумных камер работают подвижные контакторы, приводимые в действие пружинно-моторным механизмом. Корпус прибора дополняется фронтальной панелью, где содержатся элементы индикации и управляющие устройства.

Три полюса главной цепи выполнены в форме колонн. Расположение полюсов, как правило, на задней части шасси пружинно-моторного привода. Каждый полюс дополнен камерой гашения дуги, которая заключена внутри полимерного изолятора. С целью усиления электрической прочности корпус изолятора имеет ребристую форму.

Внутри каждой вакуумной камеры смонтирована контактная группа из двух элементов – подвижного, неподвижного. Элемент подвижного контакта через тяговый изолятор связан с механизмом переключения. Далее связь с нижним контактным выводом. А неподвижный контакт через конусную посадку соединяется с верхним контактным выводом прибора.

Как работает привод выключателя?

Подвижные контакты вакуумных камер механическим способом соединены с валом пружинно-моторного привода. За счёт силовой пружины, предварительно взведённой (установленной в состояние растяжения), привод легко привести в действие простым нажатием кнопки управления или иным механизмом.

Пружина (обычно две пружины) взводится посредством цепной передачи. Нормальный режим работы оборудования предусматривает взвод пружины при помощи электродвигателя, оснащённого редуктором. Вместе с тем, есть рукоятка ручного взвода, которой пользуются на случай аварий или потери питания.

Взведённая пружина фиксируется спусковым механизмом. Этот механизм управляется через электромагнитный привод или через кнопку включения. Как только активирован режим включения, фиксация снимается, сила растяжения пружины приводит в действие кулачковый механизм. Тот, в свою очередь воздействует на вал, который механически соединён с механизмом переключения подвижных контактов вакуумных камер.

Операция на отключение вакуумного выключателя выполняется активацией режима «Отключено» – электромагнитом или кнопкой. Последовательность действий практически аналогична первому режиму. Здесь также задействованы силовые пружины отключения, состояние которых устанавливает спусковой механизм отключения.

Удобство эксплуатации и контроль работы прибора обеспечивает панель управления. По фронту панели располагаются элементы: счётчик числа циклов, индикатор состояния пружины взвода, индикатор состояния вакуумного выключателя.

Особенности выкатных конструкций

Аппаратура выкатного исполнения собрана на базе специальной аппаратной тележки. При помощи этого аксессуара выключатель вводится внутрь шкафа или выводится из него.

Аппаратная тележка действует не только как транспорт прибора, но также выполняет функцию контроллера включения прибора в режим теста или в рабочий режим, как только выключатель задвинут в шкаф.

Источник: ledsshop.ru

Тёплый Дом