Эксплуатационная надежность элегазовых и

ВАКУУМНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

 

Необходимо отметить, что основной задачей силовых выключателей является отключение токов короткого замыкания и, тем самым, защита электрооборудования от влияний на него аварийных токов. Силовые выключатели должны справляться с этой задачей с высокой эффективностью и надежностью.

Одним из важных критериев оценки эффективности и надежности электрооборудование есть показатель эксплуатационной надежности (MTBF-mean tіme between faіlures), который определяется как среднее ожидаемое число лет безаварийной работы. Обратной величиной MTBF является частота отказов. Как показал многолетний анализ эксплуатационной надежности маломасляных, элегазовых и вакуумных выключателей MTBF приблизительно обратно пропорционален числу составных частей коммутационной камеры выключателя. Основываясь на этом, были проведены исследования современных маломасляных, элегазовых и вакуумных выключателей среднего класса напряжения, где определено среднее число составных частей коммутационных камер (табл. 14.1).

К Примеру, MTBF вакуумного выключателя составляет около 1000 лет, MTBF самих вакуумных дугогасильних камер – 24000 лет. Сравнение между вакуумными и элегазовыми выключателями показывает, что дугогасильная часть элегазовых выключателей содержит значительно большее количество деталей, чем вакуумный выключатель. Особо существенным при этом также является количество подвижных деталей коммутационной камеры. Частота отказов подвижных деталей естественно выше, чем у неподвижных деталей. Коммутационная камера элегазового выключателя имеет большое количество подвижных деталей.

 

Таблица 14.1 – Сравнение числа составных частей коммутационной камеры маломасляных, элегазовых и вакуумных выключателей

Вид выключателя	Маломасляный	Элегазовый	Вакуумный
Общее число составных частей коммутационной камеры
Число подвижных частей
Число подвижных частей дугогасящей камеры

При этом сравнении не были приняты во внимание приводы коммутационных систем, хотя и здесь вакуумный выключатель имеет преимущества по сравнению с элегазовым выключателем из-за своей низкой энергии привода. Сравнение показывает, что на основании выше приведенных соображений, от вакуумного выключателя можно ожидать значительно большей надежности, чем от выключателей, которые используют другие принципы дугогашения.

Обобщая вышеприведенные результаты разных независимых исследований, можно сделать вывод, что в отношении надежности принцип вакуумного дугогашения превосходит все другие. Предприятия, которые генерируют электроэнергию, приняли решение об использовании вакуумных силовых выключателей на АЭС, главным образом, благодаря их безотказности.

Из-за разного числа составных частей коммутационной камеры техобслуживание того или другого типа коммутационного аппарата имеет разный временной промежуток. Кроме того, число составных частей влияет на номинальное число коммутаций аппарата, величина которого является одним из важных факторов коммутационных аппаратов среднего напряжения. В вакуумном выключателе номинальное число коммутационных циклов рабочих токов короткого замыкания значительно выше, чем в элегазовых выключателях.

Например, стандартный вакуумный выключатель на 10кВ/31,5 кА/2500А может отключать ток:

31,5 кА 85 раз

20 кА 250 раз

4,5 кА 10 000 раз

2500 А 50 000 раз

 

Механическая долговечность составляет 100 000 коммутационных циклов. Исходя из этого, вакуумные выключатели хорошо подходят для частых кратковременных отключений в сетях воздушных линий электропередач.

Если, в исключительных случаях, этого количества коммутационных циклов недостаточно (например, для дуговых печей), то можно использовать вакуумные выключатели с механической долговечностью 120000 коммутационных циклов.

Вакуумные выключатели не нуждаются в техническом обслуживании до истечения 50 000 коммутационных циклов. Это означает, что в нормальных условиях эксплуатации на протяжении всего, более чем 20-летнего срока эксплуатации, нет необходимости ни в смазке, ни в регулировке. В отдельных случаях, когда нужно большее число коммутационных циклов или в сложных условиях окружающей среды, стоит проводить простые работы по техническому обслуживанию, в основном смазку.

При всех других принципах дугогашения трудоемкость технического обслуживания выключателей значительно выше. Для элегазовых выключателей среднего напряжения необходимые, в зависимости от типа выключателей, ежегодные осмотры: каждые 5 лет небольшие и, в любом случае, каждые 10 лет большие проверки. И даже, если за 10 лет выключателем пользовались лишь изредка, предусмотрен ремонт всей дугогасильной камеры.

В табл. 14.2 приведены усредненные данные по номинальному числу коммутаций вакуумных и элегазовых выключателей среднего напряжения.

 

Таблица 14.2 – Техобслуживание

Среда гашения дуги	Вакуум	SF6
Коммутации номинального тока КЗ	30 - 400	10 – 50
Коммутации номинального рабочего тока	до 50 000	до 10 000
Интервал техобслуживания (лет)	10 – 20 без техобслуживания	5 – 10 ремонт камеры
Техобслуживание привода	просто (в большинстве случаи не нужно)	просто
Техобслуживание полюсов	не нужно	сложно (заводские специалисты, высокие требования к безопасности)

РАБОТА ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ ВР – 2

Выключатель ровенского завода ВР - 2 состоит из дугогасительной камеры (рис.1) и электромагнитного привода с "магнитной защелкой".

При отключенном положении выключателя контакты вакуумной дугогасительной камеры (ВДК) разомкнуты, а якорь 4 (рис. 14.5) электромагнита удерживается в крайнем отключенном положении с помощью "магнитной защелки".

ВКЛЮЧЕНИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ

Для включения выключателя необходимо через катушку включения 6 (рис. 14.5) пропустить постоянный ток, при котором сила действия в магнитной цепи включения, невзирая на большой зазор между якорем и магнитопроводом, превысит силу притягивания постоянными магнитами якоря в магнитной цепи отключения, где аналогичный зазор отсутствует.

Как только сила тяги достигнет достаточной величины (величины трогания), якорь электромагнита начинает с ускорением двигаться. Срабатывание подвижного контакта электромагнита приводит к замыканию контактов.

После замыкания контактов ВДК пружины поджатия, установленные в изоляционных тягах, начинают сжиматься. Касание якорем магнитопровода указывает, что выключатель включен и происходит его фиксация в этом положении "магнитной защелкой". Чем меньше становится зазор между якорем и магнитопроводом магнитной цепи, тем больше сила тяги постоянных магнитов.

1 – Лист опорный 4 – Якорь 7 – Призма

2 – Катушка отключения 5 – Магнитопровод 8 – Шток

3 – Постоянный магнит 6 – Катушка включения 9 – Шток

Рисунок 14.6 – Электромагнитный привод

Следовательно, включение выключателя происходит в результате общего действия магнитодвижущей силы катушки включения и действия постоянных магнитов, которые имеют большую энергоемкость. При этом указатель положения выключателя перемещается в нижнее положение. В окне фасадной перегородки появляется надпись "ВКЛ" (см. ячейку выключателя).

ОТКЛЮЧЕНИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ

Для отключения выключателя необходимо через катушку отключения 2 (рис. 14.5) электромагнита пропустить постоянный ток в направлении, при котором сила действия на якорь превысит результирующую силу удержания "магнитной защелки". Сила удержания во включенном положении равняется разнице между силами притягивания постоянных магнитов, атмосферного втягивания трех ВДК и силой трех групп пружин поджатия полюсов выключателя, и составляет не менее 1375Н.

После того, как вышеуказанное происходит, якорь электромагнита начинает двигаться. На первом участке движения (приблизительно третья часть хода) контакты ВДК продолжают быть замкнутыми, а сжатые тарельчатые пружины поджатия 2 (рис. 14.1), разжимаются и тем самым обеспечивают необходимую нормальную скорость главных контактов выключателя во время процесса дугогашения.

После того, как пружины поджатия разжались на величину их хода, начинают размыкаться контакты ВДК и начинает происходить процесс гашения электрической дуги. При этом блок - контакты переключаются.

Процесс отключения заканчивается тем, что якорь электромагнита замыкает собой магнитную цепь отключения электромагнита (рис. 14.5) и тем самым четко фиксирует выключатель в отключенном положении "магнитной защелкой", которую обеспечивают постоянные магниты 3 электромагнита. Указатель положения выключателя при этом перемещается и в окне фасадной перегородки появляется надпись "ВЫКЛ."

Выключатель надежно фиксируется во включенном и отключенном положениях даже в условиях ударов и вибраций.