Требования, предъявляемые к выключателям, заключаются в последующем:

1) надежность в работе и безопасность для окружающих;

2) быстродействие – может быть маленькое время отключения;

3) удобство в обслуживании;

4) простота монтажа;

5) бесшумность работы;

6) сравнимо низкая цена.

Используемые в текущее время выключатели отвечают перечисленным требованиям в большей либо наименьшей степени. Но конструкторы выключателей стремятся к более полному соответствию черт выключателей выдвинутым выше требованиям.

Масляные выключатели

Различают масляные выключатели 2-ух видов – баковые и маломасляные. Способы деионизации дугового промежутка в этих выключателях схожи. Различие заключается только в изоляции контактной системы от заземленного основания и в количестве масла.

До недавнешнего времени в эксплуатации находились баковые выключатели последующих типов: ВМ-35, С-35, также выключатели серии У напряжением от 35 до 220 кВ. Баковые выключатели созданы для внешней установки, в текущее время не выполняются.

Главные недочеты баковых выключателей: взрыво- и пожароопасность; необходимость повторяющегося контроля за состоянием и уровнем масла в баке и вводах; большой объем, масла, что обусловливает огромную затрату времени на его подмену, необходимость огромных припасов масла; непригодность для установки снутри помещений.

Маломасляные выключатели

Маломасляные выключатели (горшковые) получили обширное распространение в закрытых и открытых распределительных устройствах всех напряжений. Масло в этих выключателях в главном служит дугогасящей средой и только отчасти изоляцией меж разомкнутыми контактами.

Изоляция токоведущих частей друг от друга и от заземленных конструкций осуществляется фарфором либо другими жесткими изолирующими материалами. Контакты выключателей для внутренней установки находятся в железном бачке (горшке), отсюда сохранилось заглавие выключателей «горшковые».

Маломасляные выключатели напряжением 35 кВ и выше имеют фарфоровый корпус. Самое обширное применение получили выключатели 6-10 кВ навесного типа (ВМГ-10, ВМП-10). В этих выключателях корпус крепится на фарфоровых изоляторах к общей раме для всех 3-х полюсов. В каждом полюсе предусмотрен один разрыв контактов и дугогасительная камера.

Конструктивные схемы маломасляных выключателей
1 – подвижный контакт; 2 – дугогасительная камера; 3 – неподвиж-ный контакт; 4 – рабочие контакты

При огромных номинальных токах обойтись одной парой контактов (которые делают роль рабочих и дугогасительных) тяжело, потому предугадывают рабочие контакты снаружи выключателя, а дугогасительные – снутри железного бачка. При огромных отключаемых токах на каждый полюс имеется два дугогасительных разрыва. По таковой схеме производятся выключатели серий МГГ и МГ на напряжение до 20 кВ включительно. Мощные наружные рабочие контакты 4 позволяют высчитать выключатель на огромные номинальные токи (до 9500 А). При напряжениях 35 кВ и выше корпус выключателя производится фарфоровым, серия ВМК – выключатель маломасляный колонковый). В выключателях 35, 110 кВ предусмотрен один разрыв на полюс, при огромных напряжениях – два разрыва и поболее.

Недочеты маломасляных выключателей: взрыво- и пожароопасность, хотя и существенно наименьшая, чем у баковых выключателей; невозможность воплощения быстродействующего АПВ; необходимость повторяющегося контроля, доливки, относительно нередкой подмены масла в дугогасительных бачках; трудность установки интегрированных трансформаторов тока; относительно малая отключающая способность.

Область внедрения маломасляных выключателей – закрытые распределительные устройства электрических станций и подстанций 6, 10, 20, 35 и 110 кВ, комплектные распределительные устройства 6, 10 и 35 кВ и открытые распределительные устройства 35 и 110 кВ.

Воздушные выключатели

В воздушных выключателях гашение дуги происходит сжатым воздухом при давлении 2-4 МПа, а изоляция токоведущих частей и дугогасительного устройства осуществляется фарфором либо другими жесткими изолирующими материалами. Конструктивные схемы воз-душных выключателей различны и зависят от их номинального напряжения, метода сотворения изоляционного промежутка меж контактами в отключенном положении, метода подачи сжатого воздуха в дугогасительное устройство.

В выключателях на огромные номинальные токи имеется главный и дугогасительный контур подобно маломасляным выключателям МГ и МГГ. Основная часть тока во включенном положении выключателя проходит по основным контактам
4, размещенным открыто. При выключении выключателя главные контакты размыкаются первыми, после этого весь ток проходит по дугогасительным контактам, заключенным в камере 2. К моменту размыкания этих контактов в камеру подается сжатый воздух из резервуара 1, создается массивное дутье, гасящее дугу. Дутье может быть продольным либо поперечным.

Нужный изоляционный просвет меж контактами в отключенном положении создается в дугогасительной камере методом разведения контактов на достаточное расстояние. Выключатели, выполненные по конструктивной схеме с открытым отделителем, изготовляются для внутренней установки на напряжение 15 и 20 кВ и ток до 20000 А (серия ВВГ). В данном типе выключателей после отключения отделителя 5 прекращается подача сжатого воздуха в камеры и дугогасительные контакты замыкаются.

Конструктивные схемы воздушных выключателей
1 – резервуар со сжатым воздухом; 2 – дугогасительная камера; 3 – шунтирующий резистор; 4 – главные контакты; 5 – отделитель; 6 – емкостный делитель напряжения на 110 кВ – два разрыва на фазу (г)

В воздушных выключателях для открытой установки на напряжение 35 кВ (ВВ-35) довольно иметь один разрыв на фазу.

В выключателях напряжением 110 кВ и выше после гашения дуги размыкаются контакты отделителя 5 и камера отделителя остается заполненной сжатым воздухом на всегда отключенного положения. При всем этом в дугогасительную камеру сжатый воздух не подается и контакты в ней замыкаются.

По данной конструктивной схеме сделаны выключатели серии ВВ на напряжение до 500 кВ. Чем выше номинальное напряжение и чем больше отключаемая мощность, тем больше должно быть разрывов в дугогасительной камере и в отделителе.

По конструктивной схеме рис, г производятся воздухонаполненные выключатели серии ВВБ. Напряжение модуля ВВБ 110 кВ при давлении сжатого воздуха в гасительной камере 2 МПа. Номинальное напряжение модуля выключателя серии ВВБК (крупномодульного) составляет 220 кВ, а давление воздуха в гасительной камере 4 МПа. Аналогичную конструктивную схему имеют выключатели серии ВНВ: модуль напряжением 220 кВ при давлении 4 МПа.

Для выключателей серии ВВБ количество дугогасительных камер (модулей) находится в зависимости от напряжения (110 кВ – одна; 220 кВ – две; 330 кВ – четыре; 500 кВ – 6; 750 кВ – восемь), а для крупномодульных выключателей (ВВБК, ВНВ) количество модулей соответст-венно вдвое меньше.

Элегазовые выключатели

Элегаз (SF6 – шестифтористая сера) представляет собой инертный газ, плотность которого превосходит плотность воздуха в 5 раз. Электронная крепкость элегаза в 2 – 3 раза выше прочности воздуха; при давлении 0,2 МПа электронная крепкость элегаза сравнима с прочностью масла.

В элегазе при атмосферном давлении может быть погашена дуга с током, который в 100 раз превосходит ток, отключаемый в воздухе при тех же критериях. Исключительная способность элегаза гасить дугу разъясняется тем, что его молекулы улавливают электроны дугового столба и образуют относительно недвижные отрицательные ионы. Утрата электронов делает дугу неуравновешенной, и она просто угасает. В струе элегаза, т. е. при газовом дутье, поглощение электронов из дугового столба происходит еще лучше.

В элегазовых выключателях используют автопневматические (автокомпрессионные) дугогасительные устройства, в каких газ в процессе отключения сжимается поршневым устройством и направляется в зону дуги. Элегазовый выключатель представляет со-бой замкнутую систему без выброса газа наружу.

В текущее время элегазовые выключатели используются на всех классах напряжений (6-750 кВ) при давлении 0,15 – 0,6 МПа. Завышенное давление применяется для выключателей более больших классов напряжения. Отлично зарекомендовали элегазовые выключа-тели последующих забугорных компаний: ALSTOM; SIEMENS; Merlin Gerin и др. Освоен выпуск современных элегазовых выключателей ПО «Уралэлектротяжмаш»: баковые выключатели серии ВЭБ, ВГБ и колонковые выключатели серии ВГТ, ВГУ.

В качестве примера разглядим конструкцию выключателя серии LF компании Merlin Gerin напряжением 6-10 кВ.

Базисная модель выключателя состоит из последующих частей:

– корпуса выключателя, в каком размещены все три полюса, представляющего из себя «сосуд под давлением», заполненный элегазом под низким лишним давлением (0,15 МПа либо 1,5 атм.);

– механического привода типа RI;

– фронтальной панели привода с ручкой для ручного взвода пружин и индикаторами состояния пружины и выключателя;

– высоковольтных силовых контактных площадок;

– многоштырьевого разъема для подключения цепей вторичной коммутации.

Вакуумные выключатели

Электронная крепкость вакуума существенно выше прочности других сред,
используемых в выключателях. Разъясняется это повышением длины среднего
свободного пробега электронов, атомов, ионов и молекул по мере уменьшения
давления. В вакууме длина свободного пробега частиц превосходит размеры вакуумной
камеры.

Восстанавливающаяся электронная крепкость промежутка длиной 1/4″ после
отключения тока 1600 А в вакууме и разных газах при атмосферном давлении

В этих критериях удары частиц о стены камеры происходят существенно почаще, чем
соударения меж частичками. На рисунке показаны зависимости пробивного
напряжения вакуума и воздуха от расстояния меж электродами поперечником 3/8″ из
вольфрама. При настолько высочайшей электронной прочности расстояние меж контактами
может быть очень малым (2 – 2,5 см), потому размеры камеры могут быть также
относительно маленькими.

Процесс восстановления электронной прочности промежутка меж контактами
при выключении тока протекает в вакууме существенно резвее, чем в газах.
Уровень вакуума (остаточное давление газов) в современных промышленных
дугогасительных камерах обычно составляет Па. В согласовании с теорией
электропрочности газов, не-обходимые изоляционные свойства вакуумного промежутка
достигаются и при наименьших уровнях вакуума (порядка Па), но для современного
уровня вакуумных технологий, создание и поддержание в течение времени жизни
вакуумной камеры уровня Па не составляет трудности. Это обеспечивает вакуумным
камерам припасы электропрочности на весь срок эксплуатации (20-30 лет).

Типовая конструкция вакуумной дугогасительной камеры приведена на рисунке.

Конструктивная схема вакуумной дугогасительной камеры

Конструкция вакуумной
камеры состоит из пары контактов (4; 5), один из которых является подвижным (5),
заключенных в ваккумноплотную оболочку, спаянную из глиняних либо стеклянных
изоляторов (3; 7), верхней и нижней железных крышек (2; 8) и железного
экрана (6). Перемещение подвижного контакта относительно недвижного
обеспечивается методом внедрения сильфона (9). Выводы камеры (1; 10) служат для
подключения ее к главной токоведущей цепи выключателя.

Нужно отметить, что для
производства оболочки вакуумной камеры используются только особые
вакуумноплотные, очищенные от растворенных газов металлы – медь и особые
сплавы, также особая керамика. Контакты вакуумной камеры делаются
из металлокерамической композиции (обычно, это медь-хром в соотношении 50
%-50 % либо 70 %-30 %), обеспечивающей высшую отключающую способность, износостойкость и препятствующей появлению точек сваривания на поверхности
контактов. Цилиндрические глиняние изоляторы, вместе с вакуумным
промежутком при разведенных контактах обеспечивают изоляцию меж выводами
камеры при отключенном положении выключателя.

Таврида-электрик выпустила новейшую
конструкцию вакуумного выключателя с магнитной защелкой. В базу его конструкции заложен принцип соосности электромагнита привода и вакуумной
дугогасительной камеры в каждом полюсе выключателя. Включение выключателя
осуществляется в последующей последовательности.

В начальном состоянии контакты
вакуумной дугогасительной камеры разомкнуты за счет воздействия на их
отключающей пружины 7 через тяговый изолятор 5. При прикладывании напряжения
положительной полярности к катушке 9 электромагнита, в зазоре магнитной системы наращивается магнитный поток.

В момент, когда сила тяги якоря,
создаваемая магнитным потоком, превосходит усилие пружины отключения 7, якорь 11 электромагнита совместно с тяговым изолятором 5 и подвижным контактом 3 вакуумной
камеры начинает движение ввысь, сжимая пружину отключения. При всем этом в катушке
появляется двигательная противо-ЭДС, которая препятствует предстоящему нарастанию
тока, и даже несколько уменьшает его.

В процессе движения якорь набирает
скорость около 1 м/с, что дает возможность избежать предпробоев при включении и
исключить дребезг контактов ВДК. При замыкании контактов вакуумной камеры, в
магнитной системе остается зазор дополнительного поджатия равный 2 мм. Скорость
движения якоря резко падает, потому что ему приходится преодолевать к тому же усилие
пружины дополнительного контактного поджатия 6. Но под воздействием усилия,
создаваемого магнитным потоком и инерцией, якорь 11 продолжает двигаться ввысь,
сжимая пружину отключения 7 и пружину 6 дополнительного контактного поджатия.

В
момент замыкания магнитной системы якорь соприкасается с верхней крышкой привода
8 и останавливается. После окончания процесса включения ток катушки привода
отключается. Выключатель остается во включенном положении за счет остаточной
индукции, создаваемой кольцевым неизменным магнитом 10, который держит якорь
11 в притянутом к верхней крышке 8 положении без дополнительной токовой
подпитки.

Для отключения выключателя нужно приложить к выводам катушки
напряжение отрицательной полярности.

В текущее время вакуумные выключатели стали доминирующими аппаратами для электронных сетей с напряжением 6-36 кВ. Так, толика вакуумных выключателей в полном количестве выпускаемых аппаратов в Европе и США добивается 70 %, в Стране восходящего солнца – 100 %. В Рф в последние годы эта толика имеет постоянную тенденцию к росту, и в 1997 году превысила 50 %-ю отметку.
Основными преимуществами ВВ (по сопоставлению с масляными и газовыми выключателями), определяющими рост их толики на рынке, являются:

– более высочайшая надежность;