ВАКУУМНАЯ КОММУТАЦИОННАЯ ТЕХНИКА
Новый контактор для низковольтных сетей

Сегодня многие специалисты говорят о том, что российский рынок низковольтной аппаратуры переживает кризис, связанный со слабым присутствием на нем отечественных производителей. Зарубежные фирмы достигли высоких результатов в этой области и готовы предложить широкий спектр различного по функциональному назначению оборудования. Разработки новых конструктивных решений требуют значительных финансовых затрат, которые может позволить себе не каждая российская компания. И всё же, благодаря высокому научному потенциалу некоторых предприятий, на рынке появляется новое отечественное коммутационное оборудование.

Для сетей низкого класса напряжения традиционными являются коммутационные аппараты с воздушным гашением дуги.
Существуют различные механизмы гашения дуги в воздухе, но все они используют один принцип – увеличение напряжения на электрической дуге с последующим восстановлением изоляционных свойств межконтактного промежутка.
Основным недостатком коммутационной техники такого типа, разработанной еще в советские времена, является низкая износостойкость. С того времени в конструкцию аппаратов вносились изменения, призванные улучшить их характеристики, однако они не приводили к существенному увеличению срока эксплуатации и требовали проведения планово-предупредительных мероприятий.
Так, например, частота обслуживания традиционного воздушного контактора или автоматического выключателя, согласно руководству по эксплуатации, составляет один раз в два года. При этом аппарат необходимо демонтировать, практически полностью разобрать, провести чистку и смазку узлов, а при необходимости заменить изношенные детали. Помимо отключения потребителя от электроэнергии на время ремонта, обслуживающий персонал вынужден поддерживать на складах комплекты запасных частей, задействовать дополнительные человеческие ресурсы на ремонт и обслуживание.
В связи с этим положительной тенденцией последних лет является стремление разработчиков создавать надежные низковольтные аппараты, не нуждающиеся в обслуживании.

Первая вакуумная камера, предназначенная для гашения электрической дуги, возникающей между расходящимися контактами коммутационного аппарата, появилась еще в начале прошлого века. На испытаниях она показала положительные результаты коммутации токов большой величины, с успехом были отключены токи до 10 кА. Это показало перспективность данного направления. Однако в те годы технологические возможности промышленности не позволяли освоить серийное производство вакуумных дугогасительных камер (ВДК). С тех пор шла непрерывная работа над совершенствованием ВДК, и сегодня можно говорить, что вакуумная коммутационная аппаратура доминирует в классе напряжения 6–35 кВ, о чем свидетельствуют статистические данные по доле вакуумных выключателей в общем количестве выпускаемых аппаратов. По прогнозам специалистов, уже к 2010 году аппараты с ВДК займут 95% этого сегмента рынка. Эта цифра обусловлена рядом преимуществ использования вакуума для гашения электрической дуги по сравнению с другими средами. Одно из них – возможность увеличения отключающей способности коммутационного аппарата при снижении его габаритных размеров, что отвечает современным тенденциям. Кроме того, практика показывает, что применение вакуума в качестве дугогасительной среды при коммутации цепей среднего класса напряжения является оптимальным решением с точки зрения надежности и безопасности эксплуатации. Коммутационная техника низкого класса напряжения с ВДК появилась относительно недавно. Роль «догоняющих», отведенная низковольтным аппаратам, объясняется естественными причинами. Во-первых, говоря о достоинствах ВДК, не следует забывать о себестоимости таких камер. Производство ВДК относится к высокотехнологичному процессу, который не позволяет существенно удешевлять технологию при сохранении надлежащего качества параметров. Во-вторых, предельные отключающие способности ВДК ограничивали их применение в низковольтных автоматических выключателях большой мощности. Но специалисты продолжают искать приемлемые решения.

Компания «Таврида Электрик» активно занимается разработкой и внедрением вакуумной коммутационной техники с 60-х годов прошлого столетия и на сегодняшний день добилась больших успехов в области отключения токов в вакууме. До последнего времени почти вся продукция компании была ориентирована на класс напряжения 6–10 кВ и в настоящее время по объему производства она занимает лидирующие позиции в этой части рынка вакуумной коммутационной техники.
Сейчас компания расширяет свою номенклатуру и осваивает производство аппаратов на смежные классы напряжения. Новинка – низковольтный вакуумный контактор LSM/TEL с номинальным рабочим напряжением 1140 В, который вобрал в себя многолетний опыт работы специалистов компании и последние достижения разработчиков в области вакуумной коммутационной техники и микросхемотехники. Контактор LSM/TEL предназначен для использования в категориях применения АС-3, АС-4 согласно МЭК 94784. Категория применения АС-3 определяет возможность использования контактора для пуска и остановки асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Категория применения АС-4 распространяется на торможение противотоком и на толчковый режим асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Также контактор LSM/TEL может устанавливаться в схемах АВР.
В ходе испытаний были определены фактические значения предельной включающей и отключающей способностей контактора LSM/TEL, которые составляют 23 кА амплитудного значения. Среднее время горения дуги составляет 7 мс.
Испытания на механический ресурс, которые проводятся в лаборатории без остановок в течение полугода, подтвердили значение коммутационного ресурса в 2 млн циклов В–О.
Отметим, что при создании вакуумного контактора разработчики придерживались принципа модульного построения, поэтому замена любого блока (блока ОПН, микропроцессорного блока управления и др.), входящего в состав аппарата, не требует специальных навыков и производится в кратчайшие сроки. Их замена может быть связана с переходом аппарата на другое номинальное напряжение, с установкой новой серии блока управления и т.д.

Рис.1 Внешний вид контактора LSM/TEL

Рис. 2 Вакуумная дугогасительная камера

Рис. 3 Конструкция привода

Рис. 4 Блок управления контактора

Особенностью контактора LSM/TEL является уникальная вакуумная дугогасительная камера, которая считается наиболее сложным и технологичным элементом аппарата.
Основные критерии построения современных ВДК известны. Контактная система ВДК проектируется с учетом образования аксиального магнитного поля в межконтактном промежутке. В этом случае дуга принимает диффузную форму. При этом катодные пятна равномерно распределены по всей поверхности электрода и воздействие тепловых потоков на контактный материал минимально.
Тем не менее создание такого устройства является весьма сложной задачей. Как показывает практика, наличия аксиального магнитного поля зачастую недостаточно для равномерного распространения дуги по поверхности контакта. Распределение магнитного поля в области горения дуги должно отвечать определенному критерию. Состав контактного материала должен задавать определенную жесткость, а привод должен обеспечить оптимальную скорость расхождения контактов.
Комплексное решение этой задачи специалистами компании «Таврида Электрик» позволило создать самую маленькую ВДК из всех когда-либо производившихся. Причем предельные характеристики контактора с этой камерой значительно превышают значения аналогов.
При разработке конструкции камеры использовались такие же основные принципы построения, как и для камер TEL среднего класса напряжения. Сильфон вынесен из внутреннего пространства камеры, что обеспечило благоприятные условия его охлаждения и заметно упростило технологию производства. Для обеспечения необходимой длины пути утечки по внешней стенке ВДК, при установке камеры применяется метод её запрессовки в опорную колонку. Такой способ позволил обойтись без фарфоровой изоляции на поверхности камеры, которая накладывала дополнительные условия при её транспортировке, хранении и эксплуатации.

В качестве исполнительного органа в контакторе серии TEL используется электромагнитный привод. Он жестко связан с подвижными контактами камер и перемещается по одной оси вместе с ними. Для передачи механического усилия в конструкции привода не используются поворотные и вращающиеся промежуточные узлы, что существенно увеличивает надежность конструкции.
Благодаря небольшому числу деталей в приводе, удалось добиться малого времени срабатывания контактора (не более 60 мс с момента подачи команды на отключение).
Управление приводом контактора осуществляется посредством подачи команд от микропроцессорного блока управления, который расположен сверху на коммутационном модуле и является его неотъемлемой частью.

Особенностью сильноточных контакторов номинальным током свыше 100 А является применение схем форсированного управления приводом. В большинстве схем используется токоограничивающий элемент (неполярный конденсатор), который подключается к цепи катушки привода после замыкания главных контактов, снижая потребление электромагнитным приводом тока из сети оперативного питания.

Принципиально новым решением для системы управления приводом контактора является принцип конденсаторного включения, который заложен в работу блока управления серии TEL и обеспечивает замыкание контактов при полных провалах напряжения в цепи оперативного питания. Включение и удержание контактов в замкнутом положении осуществляется за счет энергии от условно разделенных источников питания внутри блока управления.
Основное энергопотребление контактора происходит при коммутации за счет энергии, запасенной в конденсаторе. Ток включения обеспечивает ускорение якоря привода, оптимальное для процесса включения, и при этом сохраняется независимость от уровня напряжения во внешней цепи.
Удержание главных контактов в замкнутом состоянии осуществляется за счет формирования в катушке электромагнита тока удержания величиной 0,5 А, а источником резервного питания при кратковременных провалах напряжения длительностью до 0,5 с может служить заряженная конденсаторная батарея. Размыкание контактов происходит после снятия напряжения с катушки за счет энергии, запасенной в пружинах отключения.
Также блок управления контактора LSM/TEL осуществляет контроль исправности цепей контактора и температуры внутри корпуса блока. Информация о состоянии и режимах работы контактора выводится с помощью световой сигнализации на панель блока. Применение в коммутационной технике электронных компонентов определяет необходимость соответствия требованиям ЭМС. В связи с этим была подготовлена программа испытаний полного цикла на устойчивость к электромагнитным воздействиям, которые показали, что контактор LSM/TEL удовлетворяет критерию качества функционирования А. Это означает, что аппарат «функционирует без изменений в соответствии с установленными требованиями».

Проблема коммутационных перенапряжений в сетях 0,4 кВ стоит менее остро, чем сетях 6–10 кВ. Но так как полностью исключить данное явление невозможно, то представляется разумным комплектовать коммутационные аппараты встроенными ограничителями перенапряжений, что предусмотрено конструкцией контактора LSM/TEL.

Одним из достоинств работы с РК «Таврида Электрик» является развитая сеть сервисно-гарантийных отделений компании по всей территории России, что позволяет проводить на местах консультации по любым вопросам, сокращать сроки поставок, а также осуществлять монтаж, демонтаж или замену поставляемой продукции. Компания постоянно совершенствует конструкции, улучшает качество производимых аппаратов. Ее девиз – «Комплексное решение проблем наших заказчиков с использованием инновационных продуктов, отличающихся наивысшей надежностью и сопровождаемых непревзойденным качеством услуг».