Всесторонний анализ вакуумного автоматического выключателя: принципы работы и применение

Вакуумный выключатель это вид коммутационного оборудования, специализированного в электроэнергетической системе, которое может быстро отключить ток при неисправности цепи, чтобы защитить цепь и связанное с ней оборудование. В этой статье мы подробно рассмотрим принцип работы, конструктивные особенности вакуумного автоматического выключателя и его значение в современной энергосистеме.

Что такое вакуумный выключатель?

Вакуумный автоматический выключатель, называемый автоматическим выключателем с вакуумным прерывателем, который работает в вакуумной среде для достижения эффективного отключения и включения тока. Такая конструкция позволяет вакуумным выключателям иметь превосходную изоляцию и дугогасящие способности при работе с высоким напряжением.

Принцип работы вакуумных выключателей

Основной принцип работы вакуумных автоматических выключателей заключается в устранении энергии дуги в контактах (подвижных и статических). Когда контакты автоматического выключателя размыкаются в вакууме, между ними возникает дуга. Однако, поскольку ионы и пары металла быстро конденсируются на контактных поверхностях, дуга может быть быстро погашена, тем самым повышая прочность диэлектрика. Благодаря этой характеристике вакуумные выключатели идеально подходят для высоковольтных систем силового оборудования.

Характеристики вакуумных автоматических выключателей

Изолирующий диэлектрик вакуумных выключателей обладает превосходной дугогасительной способностью, сравнимой с дугогасительной способностью воздушных выключателей и выключателей SF6. Контакты работают в вакуумной среде и способны отключать начальный ток ниже нуля, что значительно повышает прочность диэлектрика. Такая конструкция делает вакуумные выключатели эффективными, легкими и экономичными, не требующими дорогостоящего технического обслуживания.

Природа вакуумных автоматических выключателей

Расстояние размыкания контактов мало. Расстояние между контактами вакуумного выключателя невелико. Например, для автоматического выключателя на 10 кВ требуется расстояние размыкания около 10 мм, при этом он обладает малой рабочей мощностью и длительным сроком службы.
Время горения дуги короткое: время горения дуги вакуумного выключателя очень короткое, обычно около половины недельной волны - около 10 мс; оно не зависит от величины тока.
Этому способствуют и лучшие диэлектрические характеристики вакуума, которые позволяют отключать неисправности в непосредственной близости.
Длительное время работы: поскольку износ в момент зацепления контактов слишком мал, электрический ресурс вакуумного выключателя длительный. С помощью этого устройства можно выполнить от 30 до 50 размыканий полной мощности, а достигнутый номинальный ток может составлять 5000 циклов и более.
Вакуумные выключатели имеют меньшие размеры и вес по сравнению с обычными выключателями, что упрощает их установку и обслуживание.
Совместимость с емкостной нагрузкой: способен отключать ток емкостной нагрузки; совместим с применением высоковольтной электросети.

Тип вакуумного автоматического выключателя

Типичное обозначение модели вакуумного выключателя включает несколько букв, за которыми следует цифра, комбинация которых определяет конструкцию и рабочие характеристики. Ниже приведены некоторые конкретные толкования:
Код продукта: обозначает буквы для различных типов автоматических выключателей, "Z" - вакуумный выключатель, другие "S" - масляный выключатель, "K" - воздушный выключатель, "L" - выключатель для гексафторида серы и так далее.
Код места установки: "N" означает установку внутри помещения, а "W" - снаружи.
Номер серии дизайна: 1, 2, 3 и т. д. - это некоторые номера, обозначающие серию дизайнов.
Номинальное напряжение кВ, то есть номинальное напряжение автоматического выключателя может быть 10 кВ или 12 кВ.
Номинальный ток в A: значение тока, который выключатель может безопасно выдержать, например: 630A, 1250A и т.д.
Номинальный ток отключения: максимальное значение тока, которое способен отключить автоматический выключатель при условии короткого замыкания, например, 20 кА, 25 кА и т.д.
Например, значение вакуумного автоматического выключателя типа ZN12-10 следующее
"Z" для вакуумного выключателя
"N" = установка внутри помещения
"12" обозначает серию дизайна №.
"10" означает, что номинальное напряжение составляет 10 кВ.

Применение вакуумных выключателей

Вакуумные автоматические выключатели используются в энергосистемах, где напряжение находится в диапазоне от 11 до 33 кВ. Во время работы контакты полностью герметизированы в вакуумном цилиндре, что обеспечивает их разделение без образования дуги. К преимуществам этой конструкции относятся низкая потребность в обслуживании, отсутствие газовых выбросов, длительный срок службы и низкий уровень шума, что делает ее идеальной для использования в помещениях.

Техника выбора вакуумного выключателя

Выбор подходящего вакуумного выключателя должен основываться на следующем:

Выбор осуществляется в соответствии с типом распределительного устройства:
В закрытых стационарных распределительных устройствах, таких как распределительные устройства 10 кВ, этот тип выключателя ZN28 является наиболее применимым, обладая свойствами для электрических и ручных операций с помощью пружинного механизма.
В распределительных устройствах закрытого типа с подвижным открыванием, например, типа KYN с пружинным механизмом управления, можно выбрать автоматический выключатель типа VS1.
Выбор номинального тока: Нормальный номинальный ток составляет 630A, 1000A, 1250A, 1600A и т.д. Он должен быть выбран в соответствии с расчетом по току нагрузки.
Например, для трансформатора мощностью 2000 кВА с номинальным током 115,5 А необходимо выбрать автоматический выключатель на 630 А.
Калибровка тока отключения Номинальный ток отключения автоматического выключателя должен быть выше пикового значения тока короткого замыкания в месте установки.
Например, если максимальный ток короткого замыкания составляет 26 кА, можно выбрать следующую спецификацию: автоматический выключатель, ток размыкания которого составляет 31,5 кА.
Другими переменными калибровки являются относительное расстояние между фазами, параметры, зависящие от установки, условия блокировки, наличие катушки перегрузки по току или катушки потери напряжения, а также другие параметры для обеспечения совместимости системы.

Принцип работы высоковольтных вакуумных выключателей

Высоковольтные вакуумные выключатели - это распределительные устройства, предназначенные для высоковольтных энергосистем, использующие вакуум в качестве изоляционной и дугогасящей среды, и отличающиеся небольшими размерами, малым весом и простотой обслуживания.

Компоненты вакуумных автоматических выключателей

Важными компонентами вакуумного выключателя являются тяги, гибкие соединения, клеммы, вакуумные индикаторы, рычаги управления, блокировочные кулачки и пружины выключателя.

Основные компоненты вакуумного выключателя включают в себя:

Вакуумная бутылка: основной компонент, используемый для изоляции и гашения дуги, обычно изготавливается из керамики или стекла, способного выдерживать высокую температуру и высокое давление.
Контакты: основные части электрического соединения, обычно изготовленные из медного материала, с хорошей электропроводностью и износостойкостью.
Фиксированные контакты: фиксированные контакты, расположенные в корпусе вакуумной бутылки, обеспечивают стабильность и безопасность схемы.
Пружина: основной источник силы, используемый для разделения вакуумной бутылки и подвижного контакта.
Рычаг управления: устройство, управляющее состоянием переключения вакуумного выключателя, которое может приводиться в действие вручную или электродвигателем.
Токопроводящий стержень: электрический компонент, соединяющий внешний источник питания с внутренними контактами вакуумного выключателя.
Механизм расцепления: Механизм, обеспечивающий быстрое размыкание вакуумного выключателя в нештатных условиях.

Вакуумный прерыватель: основной компонент, внутренняя среда высокого вакуума.
Механизм управления: управление размыканием и замыканием автоматического выключателя.
Изоляционные опорные детали: поддерживают детали и обеспечивают изоляцию.
Токопроводящие разъемы: соединяют различные части схемы.
Оболочка: защищает внутренние компоненты от воздействия внешней среды.

Механизм управления

В камере вакуумного прерывателя обычно поддерживается высокий вакуум ниже 10^-4 Па - среда, которая эффективно препятствует протеканию тока. Когда необходимо отключить цепь, подвижные и статические контакты быстро разъединяются, и дуга быстро гаснет из-за отсутствия газовой поддержки, завершая тем самым отключение.

Рабочий механизм отвечает за размыкание и замыкание выключателя и обычно содержит пружинный накопитель энергии, который приводит контакты в движение, высвобождая накопленную энергию. Механизм может управляться вручную или дистанционно.

Обслуживание и применение

Техническое обслуживание высоковольтных вакуумных выключателей относительно простое и заключается в основном в регулярных проверках внешнего вида, вакуума и износа контактов. Они широко используются на подстанциях, в промышленных электросетях и городских сетях для обеспечения безопасной и надежной работы высоковольтных энергосистем.

Заключение

Высоковольтные вакуумные выключатели широко используются в высоковольтных энергосистемах благодаря своей высокой надежности, длительному сроку службы и простоте обслуживания. В будущем, с научно-техническим прогрессом и развитием интеллектуальных сетей, вакуумные выключатели будут играть все более важную роль в эффективном управлении энергией и устойчивом развитии.