Чтобы выключить свет в комнате, достаточно нажать клавишу выключателя. Проводники прекратят соприкасаться, и электрическая цепь разорвется. С высоким напряжением так не получится. Если рассоединить проводники с разностью потенциалов в тысячи вольт, то загорится крайне опасная высоковольтная дуга. Поэтому для коммутации ВВ цепей необходим вакуумный выключатель.
История появления вакуумных выключателей
Упоминания о первых вакуумных выключателях датируются 30 годами прошлого века. В тот период они использовались преимущественно для коммутации слаботочных цепей с напряжением не более 40 кВ.
Для развивающихся нужд электроэнергетики этого было недостаточно. Поэтому проводились соответствующие исследования по улучшению имеющихся на тот момент вакуумных выключателей. В результате в 1957 году были подробно рассмотрены процессы, возникающие при горении высоковольтной электрической дуги. В последующие 20 лет образцы первых устройств вышли за пределы лабораторий и поступили в массовое производство.
Назначение
Вакуумные выключатели используются для быстрой и безопасной коммутации высоковольтных цепей с большими токами. Из наиболее востребованных сфер применения отмечаются следующие:
- оперативные и аварийные переключения в схемах распределительных подстанций,
- управление высоковольтными электрическими двигателями напряжением 6 кВ,
- в металлургической промышленности для включения и отключения силовых печных трансформаторов.
Работа устройства
Принцип работы основан на замыкании и размыкании медных контактов. В устройстве их 2: подвижный и неподвижный. Когда они плотно прижаты друг к другу, выключатель находится во включенном состоянии и пропускает ток. Когда размыкаются, выключатель считается отключенным. Для перемещения контактов используется пружинно-моторный привод.
При размыкании между электродами загорается электрическая дуга. Она находится в искусственно созданном вакууме, где отсутствуют частицы воздуха. В безвоздушной среде нет носителей заряда, что препятствует дальнейшему развитию дугового процесса.
Это интересно! Дуга в безвоздушной среде поддерживается за счет испарения металла контактов. Для данных устройств характерен вакуумный тип ионизации. В момент перехода напряжения через ноль разряд гаснет. Вакуумный промежуток восстанавливает электрическую прочность. Испарившейся металл конденсирует на контактах и внутренних стенках камеры.
Особенности работы
Выключатели вакуумного типа обладают малыми габаритными размерами. Поэтому изначально их планировали использовать в комплексных распределительных устройствах (КРУ). Однако со временем технология становилась более востребованной и вакуумные устройства стали устанавливать даже в открытых распределительных устройствах.
На сегодняшний день энергетические компании планомерно переходят на вакуумные выключатели. Объясняется это особенностями их применения:
- нет необходимости в постоянной замене масла или газовой среды,
- отсутствие протечек масла (экологичность),
- повышенный срок службы до 20 лет.
Основные элементы конструкции
Каждая модель устройства обладает индивидуальными конструктивными особенностями. Однако имеются и общие элементы, входящие в конструкцию большинства вакуумных выключателей:
- Корпус. Нижняя часть аппарата выполнена из износоустойчивого металла. Верхняя – прозрачная.
- Выводы. Состоят из электротехнической меди. Предназначены для подключения устройства к высоковольтной сети.
- Электромеханический привод. Используется для мгновенного переключения устройства. Получает команду с пульта управления.
Плюсы и минусы использования
Вакуумные выключатели постепенно вытесняют с рынка масляные или элегазовые устройства. Объясняется это достоинствами, которыми они обладают над другими коммутаторами:
- простая установка вакуумных аппаратов на место устаревших маслонаполненных,
- легкость ремонта и технического обслуживания,
- повышенный срок эксплуатации,
- малые габаритные размеры и масса,
- пониженный риск возгорания аппарата,
- сейсмостойкость и общая устойчивость к вибрации,
- хорошие экологические характеристики.
Имеются у вакуумных выключателей и недостатки. Их сравнительно меньше:
- плохая устойчивость к токам КЗ,
- повышенная стоимость устройства,
- риск перенапряжений при отключении,
- устройство не включается без дежурного источника питания.
Дополнительная информация. К недостаткам маслонаполненных коммутаторов относится повышенная взрывоопасность. При развитии в них дуговых процессов масло активно выделяет горючие пары. При недостаточном наполнении дугогасящих камер возможен взрыв. Таким образом, вакуумный прибор на порядок безопаснее масляного.
Классификация вакуумных выключателей
Основная характеристика данных устройств – это максимальное рабочее напряжение. Поэтому выключатели принято классифицировать именно по вольтажу.
| Номинальное напряжение, кВ | Особенности и сфера применения |
| 6-10 кВ | Небольшие распределительные устройства. Подстанции местного назначения. Коммутация отдельных высоковольтных потребителей. |
| 10-35 кВ | Районные подстанции. Коммутация протяженных воздушных и кабельных линий. |
| 110-220 кВ | Региональные сети электроснабжения. Передача электроэнергии на дальние расстояния. |
Выбор коммутатора
Выбором коммутаторов занимаются подготовленные люди. В случае ошибки возникает риск аварийных ситуаций и несчастных случаев. При выборе необходимо руководствоваться следующими критериями:
- номинальное рабочее напряжение,
- характеристики системы управления, ее понятность для оперативного персонала,
- максимальный ток КЗ и номинальные рабочие характеристики,
- скорость переключения аппарата,
- необходимая периодичность профилактического обслуживания,
- климатические и эксплуатационные характеристики.
Важно! К выбору вакуумного коммутатора необходимо подходить с особой ответственностью. Ошибки способны привести к выходу прибора из строя в самый неподходящий момент. В результате возникает риск незапланированных отключений потребителей.
Правильный монтаж устройства
Перед установкой выключателя вакуумного типа проводится тщательный осмотр всех комплектующих. Необходимо убедиться, что в комплекте имеется все необходимое. Для этого следует воспользоваться списком и чертежами из руководства по эксплуатации.
К монтажу оборудования допускается обученный персонал. Для работы в электроустановке специалисты должны иметь соответствующие разрешения и допуски по электробезопасности. Обычно монтажом подобного оборудования занимаются профильные компании.
Во время монтажа контролируется чистота и отсутствие царапин и неровностей на всех токопроводящих поверхностях. Если имеются загрязнения, они устраняются смоченной в спирте тканью. Пыль и грязь на изолирующих частях и корпусе убираются сухой ветошью.
Перед установкой несколько раз проводится ручное включение и отключение выключателя. Это необходимо, чтобы убедиться в подвижности его механических частей и исключить их заклинивание в рабочем режиме.
Подключение кабельной линии
Для подключения к устройству кабелей используются наконечники. Лучше применять новые наконечники из упаковки. Если используются старые, их необходимо тщательно зачистить. Методика очистки определяется видом материала.
Алюминиевые или медные наконечники без серебряного покрытия зачищаются наждачной бумагой с размером зерна не более 20. Затем они обезжириваются смоченной в спирте тканью.
Наконечники с покрытием из серебра очищаются неворсистой тканью без применения растворителей. Использование наждачной бумаги недопустимо. Есть риск повреждения защитного слоя.
Заземление вакуумного выключателя
Выключатели для стационарной работы подсоединяются к заземлению с помощью винта М12. Для этого на корпусе аппарата предусмотрен соответствующий контакт с пометкой «земля».
Место подключения заземления перед установкой необходимо обезжирить и избавить от прочих загрязнителей. При подборе заземляющей шины следует обратить внимание на ее сечение. Оно выбирается в соответствии с ПУЭ и технической документацией на выключатель.
Существуют также выключатели с выкатным элементом. В таких устройствах заземление является составной частью тележки. Перед вводом в эксплуатацию следует убедиться в надежности состыковки контактов такого заземлителя.
Ввод в работу и периодичность осмотра
Вакуумные выключатели управляются с помощью современных цифровых приборов. Работа с ними определенно вызовет затруднения у неподготовленного персонала. Поэтому перед тем как начать нажимать на кнопки, необходимо выяснить их назначение, то есть подробно ознакомиться с руководством по эксплуатации прибора. Там же имеется обозначение на схеме самого выключателя и периферийных устройств.
Аппараты вакуумного типа обладают плохой устойчивостью к токам короткого замыкания. Поэтому после каждого аварийного отключения выключателя по КЗ производится визуальный контроль состояния его контактов. При штатной эксплуатации такой осмотр рекомендуется производить не реже 1 раза в месяц и при нахождении проблем осуществлять технический ремонт.
Управление выключателем
Для контроля за положением контактов выключателя (вкл/выкл) используется отдельный электронный прибор. На нем располагаются необходимые для переключения кнопки и дисплей, отображающий текущее состояние выключателя.
При возникновении аварийной ситуации контроль над действиями переходит к системе РЗиА. Релейная защита подаст команду на выключение в случае перегрузки, КЗ или любых других проблем с питающей сетью или потребителем.
Распространенные модели
Существуют модели вакуумных выключателей, которые положительным образом зарекомендовали себя на отечественных подстанциях. Эти устройства являются хорошим вариантом при модернизации распределительных подстанций и переходе от устаревших масляных и воздушных выключателей к современным вакуумным.
| Модель выключателя | Краткое описание характеристик |
| ВВЭ-М-10–20 | Устройство модернизированное, с электромагнитным приводом. Рассчитано на номинальное напряжение 10 кВ. Рабочий ток отключения 20 кА |
| ВВЭ-М-10–40 | Электромагнитный привод, модернизированное. Рабочее напряжение 10 кВ. Номинальный ток 40 кА. |
| ВВТЭ-М-10–20 | Выключатель вакуумный, трехполюсной. Напряжение 10 кВ. Ток 20 кА. Модернизированного исполнения. |
Вакуумные выключатели медленно, но верно вытесняют с распределительных подстанций маслонаполненные и элегазовые устройства. Этому способствуют их преимущества: малые габаритные размеры, простота обслуживания и повышенный срок эксплуатации.
При внедрении вакуумных выключателей в подстанцию необходимо обратить внимание на рабочее напряжение и ток отключения. В отдельных случаях учитывается высота над уровнем моря, так как прибор имеет герметичные камеры. Монтаж устройства производится людьми, имеющими соответствующую подготовку и опыт.