Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Вакуумные дугогастельные камеры

Новые разработки ВЭИ в области вакуумных дугогасительных камер - Вакуумные дугогастельные камеры

Оглавление
Исследование свариваемости контактов вакуумных дугогасительных камер
Дугогасительные камеры вакуумных выключателей нагрузки
Исследование вакуумных дугогасительных камер
Вакуумная дугогасительная камера КДВ-10-1600-20
Вакуумная дугогасительная камера для выключателей высокого напряжения
Вакуумные дугогасительные камеры для выключателей 35 и 110 кВ
Разработка вакуумных дугогасительных камер
Вакуумные дугогасительные камеры, разработанные ВЭИ
Дугогасительная камера для вакуумных выключателей на 35 и 110 кВ
Вакуумная дугогасительная камера третьего поколения на 10 кВ, 20 кА, 1600 А
Новые разработки ВЭИ в области вакуумных дугогасительных камер

Белкин Г.С., Лукацкая И.А., Перцев А.А., Ромочкин Ю.Г.

Изложены результаты разработок ВЭИ им. В.И. Ленина нового поколения вакуумных дугогасительных камер с номинальными напряжениями 10 и 35 кВ и номинальными токами отключения 10-40 кА. Описан принцип работы новых контактных систем с аксиальным магнитным полем, разработанных для нового поколения камер, позволивших значительно уменьшить массы и диаметр камер.
В настоящее время вакуумные выключатели занимают лидирующее положение в сильноточной коммутационной аппаратуре средних классов напряжения 10-35 кВ. Их достоинства: высокие надежность и ресурс, малые масса и габариты, сейсмостойкость, способность работать в любых климатических районах, взрыво- и пожаробезопасность, простота обслуживания - снискали всеобщее признание. Параметры вакуумного выключателя определяются основным элементом его конструкции - вакуумной дугогасительной камерой. В России в ВЭИ им. В.И. Ленина [1,2], как и в ведущих фирмах [3, 4] развитых зарубежных стран, ведутся непрерывные исследования и разработки, направленные на повышение параметров, расширение номенклатуры и уменьшение массы и габаритов вакуумных дугогасительных камер. За последние два десятилетия достигнуты значительные успехи в конструкции и технологии изготовления камер. Созданы механически прочные, термостойкие, надежные, с легкими металлическими манжетами изоляционные корпуса камер. Однако главным элементом конструкции, влияющим на массо- габаритные показатели, является контактная система, от которой зависит диаметр камер. При токах 10 кА и более конструкцией контактной системы задается такое магнитное поле, при взаимодействии с которым дуга отключения гаснет при переходе переменного тока через нуль. В современных вакуумных дугогасительных камерах используются контактные системы двух типов: с поперечным (радиальным) и продольным (аксиальным) по отношению к току дуги отключения магнитными полями.

В контактных системах с радиальным магнитным полем дуга отключения вращается по поверхности контактов, предотвращая их локальный перегрев. В контактных системах с аксиальным магнитным полем за счет уменьшения поперечного коэффициента амбиполярной диффузии электронов и ионов и эффекта обратного движения катодных пятен в магнитном поле [5] падение напряжения в дуге отключения в несколько раз меньше, чем в контактных системах с радиальным магнитным полем, и дуга распространяется практически по всей поверхности контактов. Контактные системы обоих типов непрерывно усовершенствуются с целью повышения их отключающей способности [3,4,6-8], однако лучших результатов в этом направлении удается добиться в камерах с контактными системами с аксиальным магнитным полем.
В настоящей статье приведены данные о новых поколениях вакуумных дугогасительных камер на напряжения 10 и 35 кВ и номинальные токи отключения более 10 кА с контактными системами с аксиальным магнитным полем, разработанных в ВЭИ им. В.И. Ленина.

Вакуумные дугогасительные камеры с номинальным напряжением 10 кВ

ВЭИ им. В.И. Ленина каждые 4-5 лет обновляет серию вакуумных дугогасительных камер на напряжение 10 кВ. В последнем десятилетии выпускалась серия камер с номинальными токами отключения 10-40 кА, номинальными токами 630-3150 А, механическим и коммутационным ресурсом 25000-50000 циклов ВО. Всего за этот период было изготовлено и установлено в эксплуатацию в различных областях народного хозяйства: в энергетике, на железнодорожном транспорте, в метрополитене, в металлургической промышленности и других областях более 300000 камер. Камеры ВЭИ им. В.И. Ленина имеют технологичную конструкцию, изготавливаются из отечественных материалов по воспроизводимой технологии, поэтому в короткие сроки было освоено их серийное производство рядом предприятий ВПК. Они хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации и подтвердили все известные положительные качества вакуумных выключателей.
За последние 5 лет в ВЭИ им. В.И. Ленина было разработано новое поколение вакуумных дугогасительных камер на 10 кВ, параметры которых приведены в табл. 1. Для нового поколения камер разработаны оригинальные конструкции контактных систем [6] с аксиальным магнитным полем, позволившие существенно улучшить массогабаритные показатели камер. Динамика изменения массы и габаритов камер от поколения к поколению показана на примере камеры на 10 кВ, 20 кА, 1600 А на рис. 1, из которого видно, что камера нового поколения (2000 г.) имеет в 2 раза меньший диаметр и более чем в 3 раза меньшую массу по сравнению с камерой 1-го поколения (1978 г.). На рис. 2 приведена осциллограмма отключения тока 20 кА при возвращающемся напряжении 11,5 кВ вакуумным выключателем, укомплектованным камерами КДВА5-10-20/1600 УХЛ2, из которого видно, что камеры успешно справляются с отключением номинального тока при большом, выше нормированного, процентном содержании апериодической составляющей.

Типовая конструкция камеры показана на рис. 3. Камера содержит изоляционный корпус, экранную и контактные системы с токовводами. Изоляционный корпус состоит из двух изоляторов 1, 2 из высокоглиноземистой керамики. Для обеспечения электрической прочности камер в условиях выпадения росы внешняя поверхность изоляторов снабжена ребрами. С торцов корпус армирован металлическими манжетами 3, 4, к которым приварены металлические фланцы 5, 6. Экранная система состоит из трех экранов, из которых один центральный 7 изолирован от токовводов и находится под свободным потенциалом. Он защищает внутреннюю поверхность изоляторов от металлизации продуктами эрозии контактов, генерируемыми дугой отключения. Два концевых экрана 8, 9, находящихся под потенциалами токовводов 10,11, предназначены для уменьшения напряженности электрического поля на спаях изоляторов с металлом внутри камеры.

Таблица 1


Технические данные

КДВА-10-
16/1000
УХЛ2

КДВА5-10-
20/1600
УХЛ2

КДВА-10-
25/1600
УХЛ2

КДВА-10-
31,5/2000
УХЛ2

КДВ2-10-
40/1600
УХЛ2

КДВ-10-
40/3150
УХП2**

эклектические характеристики

 

 

 

 

 

 

Номинальное напряжение, кВ

10

10

10

10

10

10

Наибольшее рабочее напряжение, кВ

12

12

12

12

12

12

Номинальная частота, Гц

50—60

50—60

50—60

50—60

50—60

50—60

Номинальное испытательное

 

 

 

 

 

 

напряжение, кВ

 

 

 

 

 

 

— промышленной частоты,

 

 

 

 

 

 

одноминутное

42

42

42

42

42

42

— грозового импульса (полного,

 

 

 

 

 

 

наибольший пик)

75

75

75

75

75

75

Номинальный ток, А

1000

1600

1600

2000

1600

3150

Номинальный ток отключения, кА

16

20

25

31,5

40

40

Трехсекундный ток термической

16

20

25

31,5

40

40

стойкости, кА

 

 

 

 

 

 

Ток включения (наибольший пик), кА

41

51

64

80

102

102

Нормированное процентное

 

 

 

 

 

 

содержание апериодической

35

35

35

50

40

40

составляющей, %

 

 

 

 

 

 

Механические характеристики

 

 

 

 

 

 

Дополнительное контактное нажатие,

600

800

1600

2500

4500

4500

не менее, Н

 

 

 

 

 

 

Ход подвижного контакта, мм

6

6

8

8

10

10

Средняя скорость хода подвижного

 

 

 

 

 

 

контакта при отключении, м/с

1,0-1,9

1,0-1,9

1,0-1,9

1,0-1,9

1,5-2,0

1,5-2,0

Средняя скорость хода подвижного

 

 

 

 

 

 

контакта при включении, м/с

0,5-0,9

0,5-0,9

0,5-0,9

0,5-0,9

0,5-0,9

0,5-0,9

Pecvoc и другие характеристики

 

 

 

 

 

 

Механический ресурс, операции ВО

75000

50000

60000

50000

50000

50000

Коммутационный ресурс, операции ВО-

 

 

 

 

 

 

— при номинальном токе

50000

50000

40000

30000

40000

5000

— при номинальном токе

50

30

40

50

50

50

отключения

 

 

 

 

 

 

Износ контактов, мм, не более

2

2

3

3

3

3

Электрическое сопротивление на

 

 

 

 

 

 

постоянном токе при нормированном

 

 

 

 

 

 

контактом нажатии, не более ОмхЮ-6

60

50

30

20

15

12

Масса камеры, кг, не более

3,0

3,0

4,0

5,7

7,5

9,5

Срок службы, лет

30

30

30

30

30

30

Габаритные размеры изоляционного

 

 

 

 

 

 

корпуса, мм.

 

 

 

 

 

 

— высота

171

171

171

171

171

171

— внешний диаметр

76

76

102

125

125

125

Они также защищают внутреннюю поверхность изоляторов от металлизации атомами и частицами материала контактов, отраженными от фланцев 5, 6 и других поверхностей. Токовводы камеры медные. Их диаметр определяется ударными усилиями, возникающими при протекании сквозных токов, и значением номинального тока. Один из токовводов 11 подвижный и соединяется с корпусов камеры через сильфон 12, который экраном 13 защищен от прожога брызгами материала контактов, возникающими при горении дуги отключения. К токо- вводам припаяны контакты 14, 15.
Массы и схематические габаритные чертежи вакуумных дугогасительных камер
Рис. 1. Массы и схематические габаритные чертежи вакуумных дугогасительных камер разных поколений, разработанных ВЭИ им. В.И. Ленина, с параметрами: номинальное напряжение 10 кВ, номинальный ток отключения 20 кА, номинальный ток 1600 А.
Новые контактные системы с аксиальным магнитным полем разработаны в двух вариантах. В первом варианте оба контакта, подвижный и неподвижный, имеют одинаковую конструкцию. Конструкция контактов первого варианта показана на рис. 4. Каждый контакт содержит накладку 1 из хромомедной композиции с содержанием хрома 30 или 50% и индуктор 2, имеющий от 2 до 4 секций. Каждая секция содержит отрезок кольца 3, который одним концом соединяется с накладкой 1, а другим через плечо 4 с токовводом 5. Отключаемый ток I из токовводов разветвляется по секциям индуктора и протекает по отрезкам колец обоих контактов в одном направлении. Тем самым создается аксиальное магнитное поле, параллельное току дуги. Для уменьшения вихревых токов контактная накладка содержит щели 6, число которых равно числу секций индуктора. В отличие от контактных систем подобного типа в новой серии камер контакт содержит ферромагнитный сердечник 7 с радиальными пазами, которые необходимы для уменьшения вихревых токов. Введение сердечника позволило уменьшить сопротивление контактов, что дало возможность увеличить номинальный ток камер и обеспечить более равномерное, чем в аналогичных контактных системах, распределение аксиального магнитного поля по поверхности контактов непосредственно после их размыкания, когда ток дуги сосредоточен в 1-3 каналах и распределен несимметрично относительно оси контактов. Это видно из рис. 5, на котором приведена зависимость аксиальной составляющей вектора индукции магнитного поля в межконтактном промежутке от азимутального угла ф для двух четырехсекционных контактных систем диаметром 10 см, в одной из которых имеется ферромагнитный сердечник, в другой - отсутствует. Распределение аксиального магнитного поля измерено для случая, когда ток дуги между контактами протекает только в одном канале, смещенном относительно оси контактов.

 

Рис. 2. Осциллограммы отключения тока 20 кА трехполюсным выключателем с камерами КДВЛ5-10-20/1600 УХО2 (содержание апериодической составляющей во 2-м полюсе +57%):

а - шлейфовый осциллограф; б - электронный осциллограф с механической разверткой; I]
- отключаемые токи в 1-м, 2-м и 3-м полюсах; Uuv U2V U^- возвращающиеся напряжения между полюсами 1-2, 2-3 и 1-3; U]9 U2, U3 - возвращающиеся напряжения на выводах 1-, 2- и 3-го полюсов; U , U 2, Uв - напряжения на дугах отключения 1-, 2- и 3-го полюсов; U0], U02, UQ1> - напряжения на выходах катодных повторителей, входы которых подключены параллельно к ограничителям напряжений и заземленным плечам делителей напряжения, применявшихся для осциллографирования напряжений на дугах в 1-, 2- и 3-м полюсах; U ю- напряжение на выводах катушки электромагнита отключения привода выключателя.

конструкция вакуумной дугогасительной камеры с номинальным напряжением 10 кВ
Рис. 3. Типовая конструкция вакуумной дугогасительной камеры с номинальным напряжением 10 кВ.
Аксиальная составляющая магнитного поля измерялась на переменном токе с помощью индукционного датчика на макетах контактных систем. Между разведенными на 14 мм контактами помещался медный стержень диаметром 10 мм, имитировавший дугу и смещенный относительно оси контактов на 2,5 см. В этом случае сопротивление накладки на пути тока от дуги к индуктору будет меньше вблизи дуги, чем в остальной части накладки. В результате распределение тока по секциям индуктора будет неравномерным. Большая часть тока будет протекать по секциям индуктора, расположенным ближе к каналу тока дуги. Соответственно следует ожидать и неравномерного распределения аксиальной составляющей вектора индукции Ва магнитного поля в межконтактном промежутке.

Конструкция контактов с ферромагнитными сердечниками
Рис. 4. Конструкция контактов с ферромагнитными сердечниками.
Это и наблюдается на кривой 2 (рис. 5) для контактной системы без ферромагнитного сердечника. В то же время в контактной системе с ферромагнитным сердечником при таком же смещении канала тока дуги относительно оси контактов имеет место равномерное распределение Ва по поверхности контактов (кривая 1). Такой ход зависимости Ва (ф) объясняется увеличением индуктивного сопротивления каждой секции индуктора из-за введения ферромагнитного сердечника.

Рис. 5. Зависимость аксиальной составляющей вектора индукции магнитного поля от азимутального угла ф на расстоянии 3 см от оси контактов диаметром 10 см с четырехсекционными индукторами с ферромагнитным сердечником (кривая 1) и без него (кривая 2). Стержень, имитирующий дугу, расположен в секторе, ограниченном углами <р=260+300°.
Вследствие этого неравномерность сопротивления накладки меньше сказывается на общем импедансе каждой из секций индуктора и на распределении тока по секциям индуктора.
Более равномерное распределение аксиальной составляющей вектора индукции магнитного поля в межконтактном промежутке способствует распространению каналов тока дуги отключения по всей поверхности контактов уже в начальной стадии дуги непосредственно после размыкания контактов, что в конечном счете приводит к увеличению отключающей способности и уменьшению износа контактов.
Второй вариант разработанной контактной системы с аксиальным магнитным полем отличается от традиционных конструкций тем, что рабочей поверхности одного из контактов придана вогнутая форма, другого - выпуклая. Эта конструкция имеет ряд преимуществ по сравнению с контактными системами с плоскими контактными поверхностями.

Известно, что для увеличения отключающей способности контактных систем необходимо увеличение их рабочей поверхности, что обычно осуществляется путем увеличения диаметра контактов и индукторов [3, 4], а это приводит к увеличению омического сопротивления контактной системы и уменьшению аксиальной составляющей вектора индукции магнитного поля. Во втором варианте разработанной конструкции увеличение отключающей способности контактов достигается без увеличения их диаметра и без сопутствующих указанных отрицательных факторов. Одновременно уменьшается контактное нажатие, необходимое для предотвращения отброса контактов под действием электродинамического усилия, возникающего при протекании сквозных токов КЗ. Это электродинамическое усилие направлено по нормали к рабочей поверхности контактов и таким образом во втором варианте контактных систем составляет некоторый угол с осью контактов. Отброс контактов может вызвать лишь часть этого усилия, равная его проекции на ось контактов.
Во втором варианте конструкции контактов уменьшается уход нейтральных и заряженных частиц из дуги отключения, так как они встречают на своем пути вогнутую поверхность одного из контактов. Это может привести к увеличению концентрации нейтральных и заряженных частиц и, следовательно, к снижению падения напряжения на дуге и уменьшению выделяемой в ней энергии, что также способствует увеличению отключающей способности контактной системы.
Были изготовлены и испытаны вакуумные дугогасительные камеры с контактной системой второго варианта.
Их отключающая способность оказалась больше в 1,5 раза, а контактное нажатие меньше в 1,6 раза, чем в камерах с контактной системой того же диаметра, но с плоской контактной поверхностью.
Конструкция, технология изготовления и объем испытаний вакуумных дугогасительных камер, приведенных в табл. 1, обеспечивают их надежную работу в течение всего срока службы. Соединение всех деталей камер осуществляется пайкой в защитной среде или вакууме твердыми припоями или аргонодуговой сваркой. Перед окончательной герметизацией камеры подвергаются длительному высокотемпературному отжигу в высоком вакууме под откачкой, при котором происходит их обезгаживание. После герметизации осуществляется кондиционирование камер коммутациями тока и высоким напряжениям. Камеры снабжены газопоглотителем, который связывает газы, выделяющиеся при кондиционировании и коммутациях тока. Хорошо связывают газы и атомы хрома, испаряющиеся с поверхности контактов при горении дуги отключения. Это позволяет поддерживать в камерах высокий вакуум в течение всего срока службы. В процессе производства камеры проходят приемо-сдаточные, периодические и типовые испытания, в том числе при нормированном коммутационном цикле АПВ-0-0,3 с - В0-20 с - ВО по ГОСТ 687-78 [9]. В промежутках между периодическими и типовыми испытаниями камеры испытываются неоднократно в составе вакуумных выключателей, которые проходят сертификацию. Все это позволяет постоянно осуществлять контроль качества камер в процессе производства.
Камеры, приведенные в табл. 1, и выключатели, в которых они применяются, изготавливаются на предприятии ГНПП «Контакт» (г. Саратов) и других предприятиях России и находятся в эксплуатации в различных областях народного хозяйства.

Вакуумные дугогасительные камеры с номинальным напряжением 35 кВ

Сведения о разработанных ВЭИ на конец 2000 г. камерах на 35 кВ и камеру на 25 кВ для однополюсных выключателей электропоездов приведены в табл. 2. Сравнение с разработками 80-х годов [1] показывает, что число типоисполнений камер на этот класс напряжения пополнено камерами типов КДВ- 25-10/800 и КДВ-35-16/1600 на номинальные токи отключения соответственно 10 и 16 кА. Вместо выпускавшихся ранее камер с номинальными токами отключения 20 и 31,5 кА разработаны новые камеры типов КДВ-35- 25/1600 для выключателей с токами отключения 20 и 25 кА, и КДВ-35-40/ 2500 для выключателей с токами отключения 31,5 и 40 кА. При увеличенных номинальных токах отключения масса камер новых типов уменьшена на 4 кг по сравнению с соответствующими типоисполнениями камер старых типов, на 20 мм уменьшены наружные диаметры корпусов новых камер. В целом по массогабаритным показателям новые камеры типа КДВ-35 соответствуют лучшим зарубежным образцам, превосходя их на 10-35% по значениям испытательных напряжений.
С камерами КДВ-35 (табл. 2) на заводах России выпускаются и проектируются вновь вакуумные выключатели на класс напряжения 35 кВ на номинальные токи от 1250 до 2500 А при номинальных токах отключения от 12,5 до 40 кА общепромышленного назначения и специальные. Коммутационный и механический ресурсы этих выключателей при необходимости могут быть доведены до 20 тыс. циклов ВО без замены камер. Этим предопределяется возможность многолетней работы выключателей практически без обслуживания. Основным требованием к выключателям для частых коммутационных операций является обеспечение коммутационного ресурса 100 тыс. циклов для выключателей на 35 кВ и 40 тыс. циклов для аппаратов на 110 кВ.* Камеры для этих выключателей должны обладать коммутационным ресурсом при рабочем токе не менее 50 тыс. циклов. При этом условии обеспечивается высокая экономическая эффективность от использования вакуумного выключателя. Как видно из табл. 2, камера типа КДВ-35-25/ 1600 обладает механическим ресурсом 60 тыс. циклов. Это значение ресурса получено за счет уменьшения с 16,5 до 13,5 мм хода подвижного контакта с соответствующим уменьшением скорости. При этом отключающая способность камеры практически не уменьшается, что обусловлено конструкцией контактов согласно изобретению [7]. Сопутствующее уменьшению хода контакта возрастание вероятности возникновения повторных пробоев также не является препятствием, поскольку при коммутации таких потребителей, как электротермические установки, увеличение числа повторных пробоев в полюсе выключателя не приводит к осложнениям.

Таблица 2


Наименование параметра

Типоисполнения ВДК

КДВ-25-
10/800*

КДВ-35-
16/1600

КДВ-35-
25/1600

КДВ-35- 40/2500

Номинальное напряжение, кВ

25

35

Наибольшее рабочее напряжение, кВ

29

40,5

Номинальный ток отключения, кА

10

12,5; 16

20; 25

31,5; 40

Номинальный ток, А

400;630;
800

1250;
1600

1250;
1600

2000;
2500

Трехсекундный ток термической стойкости, кА

10

16

25

40

Циклы АП В

0-0,3 с - ВО - 20 с - ВО

Испытательное напряжение промышленной частоты, одноминутное, кВ

80

95

Испытательное напряжение полного грозового импульса, кВ

150

190

Ресурс при номинальном токе отключения, циклы ВО, операции О

100 ВО

100 ВО

30 ВО +70 0

30 ВО +70 0

Ресурс при номинальном токе, тысяч циклов ВО

60

20

25 (60**)

20

Механический ресурс, циклов ВО

60

25

25 (60**)

20

Ход подвижного контакта, мм

13,5±0,5

16,5±0,5

16,5±0,5

17,5±0,5

Диаметр корпуса, мм

110

136

150

166

Масса, кг

7

8,7

10,6

16,5

Срок службы, лет

25

 

* — Камера для выключателей электропоездов
** — Указанный ресурс может быть реализован при номинальном токе не более 1250 А и ходе подвижного контакта 13,5 мм в выключателях для электротермических установок или при последовательном соединении нескольких камер в полюсе выключателя.          

При коммутации камерой КДВ-35-25/ 1600 рабочего тока в пределах до 1250 А её коммутационный ресурс, как и механический, составляет 60 тыс. циклов. При больших токах ресурс снижается по причине износа контактов сверх допустимых 3 мм. Таким образом, в выключателях для частых коммутационных операций на 35 кВ с номинальным током до 1250 А, номинальным током отключения до 25 кА с коммутационным ресурсом 100 тыс. циклов должна производиться однократная замена камер после выработки 50-60 тыс. циклов. Выключатели на 110 кВ позволяют выполнить 40 тыс. циклов без замены камер. В настоящее время эксплуатируются выключатели на 110 кВ с номинальным током отключения до 20 кА с камерами КДВ- 35-25/ 1600 и с номинальным током отключения до 31,5 кА с камерами КДВ- 35-40/2500. Однополюсные выключатели для электровозов на напряжение

  1. кВ с камерой КДВ-35-25/1600 имеют коммутационный и механический ресурсы по 60 тыс. циклов без замены камеры и обеспечивают пробег электровозов до капитального ремонта без замены выключателя. Такой же коммутационный ресурс однополюсного выключателя на 27,5 кВ для электропоездов обеспечивается камерой КДВ-25-10/800 при номинальном токе до 800 А и номинальном токе отключения до 10 кА.

В конструкции камер, приведенных в табл. 2, сохранены хорошо зарекомендовавшие себя принципиальные решения, примененные в камерах на 35 кВ первого поколения, выпускавшихся промышленностью страны с 1982 г. [10]. К этим решениям относятся четырехсекционный изоляционный корпус камеры и контактная система, возбуждающая в межконтактном промежутке в процессе отключения тока КЗ продольное магнитное поле с усиленной индукцией. На рис. 6 дан схематический разрез одного из типоисполнений камеры табл. 2.

разрез камеры на 35 кВ
Рис. 6. Схематический разрез камеры на 35 кВ:
1,12- токоподводы; 2, 10 - экраны, находящиеся под потенциалом контактов; 3, 5,8 — экраны, находящиеся под плавающим потенциалом; 4 - корпус; 6, 7 - возбуждающие продольное магнитное поле дугогасящие контакты; 9 - сильфон; 11 - направляющая.

Расшифровка обозначения камеры: К — камера, В — вакуумная, Д — дугогасительная, А — аксиальное магнитное поле, 5 — номер поколения, 10 — номинальное напряжение, кВ, 20 — номинальный ток отключения, кА, 1600 — номинальный ток, А, УХЛ — эксплуатация в умеренном и холодном климатах.
Четыре секции изоляционного корпуса 4 образованы керамическими кольцами и закрепленными на них экранами 3,5 и 8, находящимися под плавающими потенциалами, и двумя прифланцевыми экранами 2 и 10, соединенными электрически с дугогасящими контактами 6 и 7. Использование четырехсекционных корпусов в камерах ВЭИ вместо двухсекционных в камерах на 36 кВ, разработанных за рубежом, обусловлено на 10- 35% более высокими истытательными напряжениями, которые, согласно существующим нормам, должны выдерживать выключатели, выпускаемые и эксплуатируемые в России. 20- летний опыт эксплуатации десятков тысяч камер типа КДВ-35 с четырехсекционными корпусами в выключателях на 35 кВ общепромышленного и специального назначений не выявил ни одного случая перекрытия внутренней изоляции камер с необратимой утратой их работоспособности.
Длина пути утечки по внешней стороне изоляционного корпуса камеры недостаточна для удержания испытательных напряжений и не может быть увеличена по экономическим основаниям. Поэтому внешняя изоляция камеры требует обязательного усиления. Метод усиления обусловливается конструкцией выключателя. Допускается размещение камер в жидких или газообразных диэлектриках, а также путем нанесения на их корпуса твердого диэлектрика.
Все типоисполнения камер КДВ-35 (табл. 2) характеризуются оригинальной конструкцией дугогасительных контактов 6, 7 [7, 11]. Оба контакта полностью идентичны один другому. Они содержат обтекаемые отключаемым током двухзаходные индукторы, возбуждающие в межконтактном промежутке магнитное поле, удельное значение продольной (аксиальной) составляющей которого достигает 10 мТл/кА. Это примерно вдвое превышает так называемое оптимальное значение, которое для близких по размерам контактов составляет 4 мТл/кА [12] и при котором имеет место минимум напряжения дуги. Обращенные в сторону противоположного контакта поверхности индукторов имеют дугостойкое хромомедное покрытие. Через это покрытие контакты смыкаются один с другим во включенном положении выключателя, между этими же поверхностями горит дуга отключения. Индукторы, таким образом, не только возбуждают магнитное поле, но и выполняют функции контактирования и дугогашения. Все это имеет следствием наиболее эффективное управление движением вакуумной дуги во всех её модификациях по поверхностям контактов: короткой контрагированной, образованной в момент размыкания контактов при операции отключения, квазидиффузной (многоканальной), формирующейся в продольном магнитном поле через 2-3 мс после размыкания контактов при токах КЗ, и контрагированной, возникающей при повторных зажиганиях и повторных пробоях [11].
Эффективное управление дугой дало возможность выпустить на рынок страны камеры КДВ-35 и КДВ-25 (табл. 2) с высокими потребительскими качествами, давшими возможность:

  1. в выключателях для частых коммутационных операций уменьшить примерно вдвое против принятых для камер на напряжение класса 36 кВ скорости подвижного контакта - при размыкании до 0,9 м/с; при смыкании до
  2. 4 м/с и сократить до 13,5 мм ход контакта; в результате механический и коммутационный ресурсы камер при токе 1250 А доведены до 60 тыс. циклов; такие характеристики движения подвижного контакта существенно облегчают решение задачи создания привода и в целом выключателя с ресурсом 100 тыс. циклов;
  3. получить коммутационный ресурс при номинальном токе отключения не менее 100 операций отключения; для камер с номинальным током отключения до 25 кА, если судить по износу контактов, значение коммутационного ресурса может быть увеличено до 150- 200 отключений;
  4. исключить возможность разрушения дугой экрана вокруг контактов при отключении токов, близких по значению к номинальному току отключения, наблюдающуюся в некоторых конструкциях камер с контактами с продольным магнитным полем [13];
  5. при отключении тока, близкого по значению к номинальному току отключения, и размыкании контактов в области амплитуды тока для некоторых конструкций камер наблюдаются случаи неотключения тока при первом после размыкания переходе его через нулевое значение; камеры КДВ-35 в аналогичной ситуации отключают ток при первом переходе через нулевое значение, обусловливая минимальный износ контактов и возможность увеличить сверх сотни отключений коммутационный ресурс при отключении токов КЗ.

Выводы

  1. В последние годы в ВЭИ им. В.И. Ленина разработано новое поколение вакуумных дугогасительных камер на номинальные напряжения 10 и 25-35 кВ с номинальными токами отключения 10-40 кА.
  2. Для новых поколений камер разработаны три новых вида контактных систем с аксиальным магнитным полем, которые позволили значительно уменьшить массы и диаметры камер, а в камерах на 35 кВ еще и увеличить механический и коммутационный ресурс.

 

Список литературы

  1. Белкин Г.С., Лукацкая И.А., Перцев А.А. и др. Вакуумные дугогасительные камеры, разработанные ВЭИ им. В.И. Ленина//Электротехника, 1991, № 12. С. 9-15.
  2. Chaly A.M., Chistjakov S.Р., Rakhovsky V.I., Romotchkin Yu.G. Russian vacuum circuit breakers for electrikal networks // XVII International Symposium on Discharges and Electrical Insolation in Vacuum, Berkely, California, 1996. P. 1051 -1060.
  3. Нотта М., Somei H., Niwa Y. a. o. Pysical and theoretical aspects of new vacuum arc control technology - Self Arc Diffusion by Electrode: SADE // XVIII International Symposium on Discharges and Electrical Insolation in Vacuum, Eindhoven, 1998. P 415-422.
  4. FinkH., Gentsch D., Heimbach M. a.o. New developments of vacuum interrupters based on RMF and AMF technologies // XVIII International Symposium on Discharges and Electrical Insolation in Vacuum, Eindhoven, 1998. P 463-466.
  5. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М.: Наука, 1971.
  6. Пат. 1700628 РФ. Контактная система для вакуумной дугогасительной камеры / Ю.Г. Ромочкин, С.М. Селикатова, В.Н. Купченко // Открытия. Изобретения, 1991, №47.
  7. Пат. № 1725681 РФ. Контактная система для вакуумной дугогасительной камеры I А.А.Перцев, С.П. Чистяков II Открытия. Изобретения, 1993, № 23.
  8. Пат. № 2098880 РФ. Контактная система вакуумной дугогасительной камеры /И.А. Лукацкая, С.М. Селикатова, С.Н. Воскресенский /7 Открытия. Изобретения, 1997, №34.
  9. ГОСТ 687-78. Выключатели переменного тока на напряжение свыше 1000 В. Общие технические требования.
  10. Перцев А.А., Гусева Л. Г., Рыльская Л.А. Вакуумные дугогасительные камеры для выключателей на 35 и 110 кВ // Электротехническая промышленность. Серия. Аппараты высокого напряжения, трансформаторы, силовые конденсаторы. М: Информэлектро, 1981. Вып. 8 (121). С. 7.
  11. Перцев А.А., Рыльская Л.А., Чистяков С.П. Повышение износоустойчивости вакуумных дугогасительных камер при коммутации номинального тока// Электричество, 1995. С.              26-31.
  12. Yanabu S., Satoh Y., Tamagawa T. a.o. Ten years experience in axial magnetic field -type Vacuum interrupters». IEEE Transactions on Power Delivery. 1986. Vol. PWPD-1, № 4. P. 202-208.
  13. Shenli J., Jun F., Jing Y. a.o. A Kind of magnetic shield for vacuum interrupters 11 XVIII International Symposium on Discharges and electrical Insulation in Vacuum, Eindhoven, 1998. P 480-483.

Авторы выражают благодарность научному сотруднику ВЭИ им. В.И. Ленина Селикатовой С.М., измерившей распределение магнитного поля в контактных системах.



 
« Безрельсовая перевозка трансформаторов   ВВН-220-15 и ВВН-330-15 - руководство по капитальному ремонту »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.