ВАКУУМНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ – ЭФФЕКТИВНАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОСЕТЕЙ

Открыть в формате PDF

Олег Трифонов, менеджер по продукции ЗАО «Шнейдер Электрик»

«Шнейдер Электрик» – один из признанных лидеров в разработке и производстве электротехнического оборудования для распределения электроэнергии на напряжение от 6 до 35 кВ.

Компания предлагает не только готовые решения в виде распределительных пунктов и комплектных трансформаторных подстанций, но и компоненты для построения распределительных сетей любой сложности. Одним из таких компонентов является выключатель.

Надежность и безопасность функционирования любой электрической сети складывается из двух составляющих: своевременной корректной идентификации аварийной ситуации и быстрого эффективного отключения аварийного участка цепи. Для решения второй задачи в 2000 г. «Шнейдер Электрик» был разработан вакуумный выключатель EVOLIS, который и по сей день успешно применяется по всему миру в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц и номинальным напряжением 6, 10, 20 кВ.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ

При коммутации электрических цепей при аварийных режимах (КЗ) основная задача любого выключателя – быстро и эффективно погасить электрическую дугу, возникающую между контактами выключателя в момент их расхождения. Эффективному гашению дуги и безопасному управлению способствуют конструктивные особенности вакуумного выключателя EVOLIS (рис. 1) и использованные в нем передовые технологии.

Рис. 1. Конструкция выключателя EVOLIS

Среда гашения дуги. В качестве среды гашения дуги используется глубокий вакуум. Благодаря использованию современных металлокерамических материалов, передовых высокоточных технологий производства (специальных химических процессов очистки материалов, процессов дегазации, высокотемпературной пайки в вакууме, вакуумной сушки и др.) и производственного оборудования, а также специальных чистых комнат остаточное давление в дугогасительной камере составляет менее 10–2 Па на протяжении всего срока службы выключателя в течение 30 лет. Такое давление способно обеспечить электрическую прочность порядка 200 кВ при расстоянии между контактами около 8 мм.

Аксиальное (осевое) магнитное поле. При возникновении электрической дуги в процессе отключения токов КЗ свыше 10 кА по мере увеличения тока вакуум фактически становится газообразной средой. Дуга за счет определенных физических процессов, протекающих в плазме, переходит в сфокусированный режим. При этом энергия дуги концентрируется на меньшей поверхности электрода, что вызывает сильный местный нагрев. Это явление становится причиной повышенной эрозии контактов дугогасительной камеры и снижает их ресурс.

Известно, что проблему повышенной эрозии контактов можно решить, если поддерживать дугу в диффузионном состоянии, когда энергия дуги распределяется равномерно по всей площади контактов, ограничивая при этом нагрев.

Изыскания инженеров компании «Шнейдер Электрик» привели к разработке технологии аксиального магнитного поля (АМП), создаваемого вокруг области расхождения контактов (фактически вокруг плазмы электрической дуги). За счет этого поля электрическая дуга поддерживается в диффузионном состоянии и ее гашение происходит при более щадящем воздействии на контакты выключателя.

В выключателях EVOLIS используются два типа конструкции вакуумных дугогасительных камер (рис. 2). Первая конструкция используется в выключателях, рассчитанных на номинальные напряжения до 6–10 кВ, вторая – в выключателях, рассчитанных на номинальное напряжение 20 кВ. Главное отличие этих конструкций заключается в методе создания АМП. В первой конструкции (рис. 2а) поле создается с помощью витков токопровода, расположенных с внешней стороны колбы выключателя и охватывающих зону между контактами. Внешние витки представляют собой две металлические пластины, соединенные между собой и с главным неподвижным контактом так, что ток, протекающий через них, создает магнитное поле требуемой напряженности.

Во втором случае (рис. 2б) АМП создается при протекании тока через витки токопровода, которые интегрированы непосредственно в структуру главных контактов.

Рис. 2. Вакуумная дугогасительная камера


а) Конструкция вакуумной дугогасительной камеры выключателя на напряжения до 10 кВ – используются внешние витки токопровода	б) Конструкция вакуумной дугогасительной камеры выключателя на напряжение 20 кВ – витки токопровода интегрированы в структуру контактов

Материал контактов. В качестве материала главных контактов используется композитный медно-хромовый сплав CuCr с содержанием хрома от 25 до 30%. Высокое содержание меди гарантирует низкое переходное сопротивление контакта и хороший отвод энергии дуги. Высокое содержание хрома придает контакту стойкость к образованию твердых сварных соединений в случае включения под нагрузкой или при КЗ. Кроме того, хром, конденсируясь на стенках колбы, играет роль газопоглощающего материала и способствует более быстрому восстановлению электрической прочности промежутка между контактами.

Сплав CuCr обеспечивает также высокую механическую стойкость к повторяющимся ударам, которые испытывают контакты при замыкании.

Кроме того, использование CuCr позволяет снизить величину тока среза до приемлемого уровня. Это явление, наиболее известное и наиболее распространенное, встречается во всех технологиях отключения: преждевременное прерывание переменного тока перед его естественным прохождением через нуль. При использовании CuCr величина тока среза находится в пределах от 2 до 5 А.

Пружинно-моторный привод. Вакуумный выключатель EVOLIS имеет простой и надежный пружинно-моторный привод (рис. 3), обеспечивающий:

независимость скорости вкл./откл. от оператора;
включение при отсутствии оперативного питания;
возможность дистанционного управления включением/отключением. Привод комплектуется мотор-редуктором и всеми необходимыми расцепителями, выбор и комбинацию которых определяет заказчик. Мотор-редуктор автоматически взводит пружины с момента включения выключателя, что позволяет мгновенно включать устройство после отключения. Мотор-редуктор в стандартном исполнении оснащается концевым контактом, который сигнализирует о взведенном положении механизма (время взвода пружин – не более 6 с);
автоматическое поддержание запаса энергии привода для полного цикла АПВ (в сочетании с мотор-редуктором);
необслуживаемость и отсутствие необходимости каких-либо регулировок в течение 30 лет благодаря простой и надежной кинематической схеме.

Рис. 3. Привод

СТАЦИОНАРНЫЙ ИЛИ ВЫКАТНОЙ

Вакуумный выключатель может поставляться как в стационарной версии, так и в выкатном варианте. Стационарная версия используется в ячейках КСО или КРУ, при этом производитель электрощитового оборудования самостоятельно разрабатывает выкатной элемент и кассету в соответствии с конструкцией своей ячейки КРУ.

Базовая стационарная версия выключателя содержит: базовый блок выключателя EVOLIS c пружинным приводом, один блок из четырех блок-контактов, счетчик операций. Остальные элементы (расцепители, контактные площадки, мотор-редуктор, низковольтные разъемы и клеммы, механические блокировки и др.) заказчик выбирает, исходя из требований проекта.

Для тех производителей электрощитового оборудования, которые не готовы разрабатывать самостоятельно выкатной элемент и кассету, компания «Шнейдер Электрик» предлагает выкатной вариант выключателя EVOLIS, который поставляется заказчику в собранном виде.

Базовая выкатная версия выключателя содержит: базовый блок c пружинным приводом, один блок из четырех блок-контактов, счетчик операций, шесть переходных шин, шесть групп втычных контактов типа «тюльпан», выкатную тележку с механизмом блокировки, устройство для открывания защитных шторок на кассете.

Кассету, которая является неподвижной частью ячейки и предназначена для приема выкатного выключателя, производитель электрощитового оборудования может приобрести отдельно. Остальные элементы выключателя заказчик выбирает, исходя из требований проекта.

Базовая стационарная версия выключателя может быть легко трансформирована в выкатную. Для этого есть все необходимые элементы: переходные шины, втычные контакты, контактные пальцы и др.

Таким образом, вакуумный выключатель EVOLIS обладает модульной конструкцией и позволяет формировать именно ту конфигурацию, которая удобна и необходима заказчику в каждом конкретном случае.

ЛИНЕЙКА ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ EVOLIS

Вакуумные выключатели EVOLIS рассчитаны на номинальные напряжения от 6 до 20 кВ, номинальные рабочие токи от 630 до 2500 А и способны отключать токи короткого замыкания от 12,5 до 40 кА.

Вся линейка вакуумных выключателей EVOLIS (рис. 4) соответствует требованиям МЭК 62271-100 и ГОСТ Р 52565-2006.

Рис. 4. Линейка выключателей EVOLIS


а	б	в


г	д	е

С точки зрения конструктивного исполнения линейка выключателей EVOLIS предоставляет заказчику широкий выбор и позволяет установить выключатель в новую ячейку или использовать его для модернизации (ретрофита) уже имеющегося распредустройства. Вакуумные выключатели EVOLIS предлагаются в следующих исполнениях:

на номинальные напряжения 6/10 кВ в стационарном исполнении с фронтальным расположением фаз (рис. 4а);
на номинальные напряжения 6/10 кВ в выкатном исполнении с фронтальным расположением фаз и кассетой типа NEX (рис. 4б);
на номинальное напряжение 20 кВ в стационарном исполнении с фронтальным расположением фаз (рис. 4в);
на номинальное напряжение 20 кВ в выкатном исполнении с фронтальным расположением фаз и кассетой типа NEX (рис. 4г);
на номинальное напряжение 20 кВ с продольным расположением фаз, при этом фазы могут располагаться как слева, так и справа (рис. 4д);
модель EVOset на номинальное напряжение 20 кВ с продольным расположением фаз (рис. 4е), со встроенным блоком РЗА типа VIP30, VIP35, VIP300 или VIP300LL, трансформаторами тока типа CEc, CEa или CEb, а также расцепителем прямого действия MITOP. Таким образом, вакуумный выключатель EVOset – это законченное решение для защиты сети, независимое от оперативного питания.

www.schneider-electric.ru