|
|
Источник: http://www.electrinpho.ru/
Современные вакуумные выключатели и их обслуживание
В настоящее время на класс напряжения 6 - 10 кВ выпускаются, в основном, вакуумные выключатели (ВВ), широкое применение которых вызвано их умеренной стоимостью и высокими эксплуатационными качествами, прежде всего, - большой коммутационной и механической износостойкостью, высокой надежностью и низкими эксплуатационными затратами.
Сейчас к вакуумным выключателям массового применения предъявляется требование возможности работы без ремонта в течение всего срока службы (25 лет). Цель статьи - ознакомить читателей с вопросами создания и обслуживания таких выключателей.
Конструкции современных ВВ должны включать необходимость проведения внеочередных, текущих и средних ремонтов и большинства периодических плановых проверок состояния ВВ, характерных для других типов выключателей. Для этих целей больше всего подходят конструкции с электромагнитными приводами. Применение пружинных приводов менее целесообразно из-за сложности их конструкции и меньшей надежности в работе, что подтверждается многолетним опытом их эксплуатации. Они требуют также более квалифицированного и частого обслуживания.
Достоинством пружинных приводов является небольшое потребление тока и способность совершать оперативное включение при ручном взведении пружин, которое может быть использовано для включения вводного выключателя на обесточенной подстанции. Однако конструкции электромагнитных приводов, имеющих возможность работать также от низковольтных (12 - 24 В) источников питания, лишают пружинные приводы этого преимущества.
При создании ВВ нового поколения вопросы их ремонтопригодности отступают на
второй план в тех случаях, когда их реализация снижает другие более важные качества выключателей. Так, например, открытая установка вакуумных дугогасительных камер (ВАК), применяемая рядом фирм, удобна для их замены в эксплуатации, однако она не защищает ВАК от механических ударов и воздействия дуги тока КЗ, которые могут привести к их повреждению.
С целью удобства обслуживания приводов, на которые ранее приходился основной
объем ремонтных и профилактических работ, они устанавливались на некотором расстоянии от высоковольтных полюсов в сторону зоны обслуживания. При этом разработчики были вынуждены использовать для их соединения не самые простые кинематические схемы, что снижало надежность выключателей.
Непосредственное соединение силового элемента привода с подвижными контактами ВДК через тяговый изолятор снижает ремонтопригодность ВВ, но существенно увеличивает надежность работы. Поэтому при разработке ВВ на первый план выступает вопрос обеспечения их долговременной надежной работы за счет применения простой конструкции привода с эффективной кинематической схемой.
Однако как бы ни была надежна конструкция ВВ, необходимо считаться с возможными случаями отказа их в работе и повреждениями узлов и деталей, в том числе ВДК.
При существующей форме обслуживания оборудования потребители не могут безоговорочно согласиться с недостаточной ремонтопригодностью ВВ. Этого можно достигнуть организацией новой формы обслуживания, при которой производитель в течение длительного гарантийного срока восстанавливает работоспособность ВВ, отказавшего в работе по его вине, а при его истечении выполняет сервисные работы по договоренности с потребителем.
Новая форма обслуживания значительно снижает эксплуатационные затраты,
исключает необходимость приобретения запасных частей, специального инструмента и приспособлений, а также подготовки потребителем квалифицированного ремонтного персонала.
Выгода производителя заключается в повышении конкурентоспособности своей продукции, что имеет существенное значение в новых экономических условиях.
При всей привлекательности этой формы обслуживания она оправдана только при условии высокой надежности работы ВВ, отсутствия необходимости проведения внеочередных и плановых ремонтов, большого гарантийного срока эксплуатации и своевременного выполнения производителем своих гарантийных обязательств.
Надежность работы, сроки внеочередных и плановых ремонтов определяются конструкцией ВВ, качеством их изготовления, коммутационной и механической износостойкостью.
Коммутационная износостойкость современных ВДК составляет 20 - 50 тыс. циклов "ВО" номинального тока и 50-150 циклов "ВО" номинального тока отклонения при таких значениях износостойкости ВДК и соответствующей механической износостойкости ВВ очевидно, что их ресурс не может быть исчерпан в течение 25 лет. Следовательно, в течение этого срока отпадает необходимость во внеочередных ремонтах ВВ, установленных на пpиcоединениях с нормальным числом коммутаций. В цепях с частыми коммутациями должны при меняться ВВ специального исполнения, коммутационная износостойкость которых по ГОСТ 18397 должна составлять не менее 120 тыс. циклов "ВО" номинального тока.
Необходимость в периодических плановых ремонтах имеет место у выключателей, технические характеристики которых могут изменяться с течением времени, например, из-за высыхания смазки, загрязнения изоляции, коррозии и износа деталей, разрегулировки узлов и других подобных причин. Для них вопрос ремонтопригодности остается актуальным. Однако конструкции современных ВВ позволяют эксплуатировать их без проведения таких ремонтов. Примером этому является конструкция выключателя BB/TEL-10-20/1000 У2 (патент РФ N- 202063) производства предприятия "Таврида Электрик", разрез полюса которого представлен на рисунке.
В состав полюса входят:
ВДК 2 с неподвижным 1 и подвижным 3 контактами и сильфоном 4, гибкий токосъем 5, тяговый изолятор 6 и электромагнитный привод.
Он состоит из электромагнита 9, крышки 7, якоря 13, катушки 12, пружин отключения 11 и поджатия 10, тяги 8 устройства ручного отключения и межполюсного вала 14.
Корпуса полюсов изготовлены из прозрачного механически прочного и дугостойкого полимерного материала.
Отличительной особенностью выключателя ВВ /TEL является пофазный электромагнитный привод с магнитной защелкой для удержания ВВ во включенном положении после прерывания тока в катушке электромагнита.
Для включения и отключения ВВ используется одна и та же катушка 12, создающая при включении магнитный поток, под действием которого якорь движется вверх до упора и остается
во включенном положении за счет остаточной индукции электромагнита.
Вместе с якорем 13 вдоль одной оси движутся
пружина поджатия 10, тяговый изолятор 6 и подвижный контакт 3. После замыкания контактов пружина сжимается на 2 мм, создавая необходимое
контактное нажатие.
Отключение происходит путем подачи на катушку 12 напряжения противоположной полярности, которое размагничивает магнитную систему, после чего якорь под действием пружин отключения и поджатия перемещается вниз.
Подвижные части ВВ удерживаются в отключенном положении усилием отключающей пружины.
Исключительно простая кинематическая схема, небольшое число деталей,
незначительное трение движущихся частей, способных работать без смазки, и замена механической защелки на магнитную обеспечивают ВВ большую механическую стойкость и надежность в течение всего срока службы без проведения ремонтных работ.
Фактический механический ресурс выключателя ВВ /TEL определяется ресурсом сильфона 4, который составляет не менее 100 тыс. операций "ВО". Ресурс по коммутационной стойкости BB/TEL составляет 50 тыс. операций "ВО" тока 1000 А, 100 операций "ВО" или 150 операций "О" тока 20 кА.
Выключателям ВВ /TEL не требуется проводить в эксплуатации проверки и регулировки, характерные для других типов выключателей. К ним относятся: проверки скоростных характеристик, разновременности замыкания и размыкания контактов, хода контактов, состояния изоляции, работоспособности при нижнем и верхнем пределе напряжения питания, регулировка момента срабатывания вспомогательных блок-контактов, проверка и подтяжка резьбовых соединений, проверка и регулировка буферного устройства, различных зазоров, расстояний и положений защелок, обеспечивающих работоспособность выключателей, и др.
Основанием для отказа от выполнения этих работ служит следующее.
При небольшом трении и ходе контактов (6 мм) их скорость определяется только параметрами катушки электромагнита и пружин отключения и поджатия, которые стабильны в течение всего срока службы. Учитывая также большое быстродействие выключателя ВВ /TEL (собственные времена включения и отключения не более
50 и 10 мс соответственно), создающего большой запас между фактическими и предельными значениями скоростей включения и отключения, а также
разновременности замыкания и размыкания контактов, контролировать эти характеристики не требуется.
Ход и величина поджатия контактов устанавливаются на заводе так, что в эксплуатации они могут изменяться только за счет износа контактов, который после совершения 50 тыс. операций отключения номинального тока не превышает 1 мм, что соответствует норме.
Момент срабатывания блок-контакта в цепи управления включением имеет большое значение для работы большинства выключателей. Так, при преждевременном его размыкании выключатель может не включиться, а при установке позднего момента размыкания может произойти отказ в его срабатывании с повреждением катушки электромагнита и контактов реле вторичных цепей.
В выключателях BB/TEL этот блок-контакт участвует в управлении только в первый момент (необходимо его замкнутое состояние), так как дальнейший процесс происходит под действием блока управления (БУ), который формирует управляющий импульс длительностью 60 - 80 мс при времени включения не более 50 мс. Это позволяет в заводских условиях устанавливать момент размыкания блок-контакта оптимальным для надежного срабатывания, которое не требуется контролировать
в эксплуатации.
Для включения используется энергия предварительно заряженных малогабаритных конденсаторов, которые устанавливаются в БУ. Применение стабилизаторов
напряжения в схеме зарядки конденсаторов обеспечивает работоспособность ВВ при больших колебаниях напряжения внешней сети. Так, при напряжении сети переменного тока 220 В нижний предел допустимого напряжения составляет 80 В, а верхний - 300 В. Таким образом, эти источники энергии гарантируют работу ВВ в значительно большем диапазоне напряжения питания, чем это требуется по ГОСТ 687-78.
Указанная схема питания ВВ имеет ряд преимуществ перед обычными схемами.
Одно из них состоит в независимости включающей способности ВВ от значительного снижения напряжения питания во время включения ВВ на близкое КЗ.
Это имеет важное значение для эксплуатации, так как снимает вопрос, характерный для других типов выключателей, о необходимости применения индуктивных накопителей энергии в схеме питания выпрямленным током.
Другое состоит в том, что для зарядки конденсаторов требуется небольшой ток, а при потере оперативного напряжения включение ВВ можно произвести с помощью стандартных элементов питания, подключив их к низковольтному входу БУ (12 - 24 В). В этой части выключатели ВВ /TEL не уступают выключателям с пружинными приводами.
Выключатели ВВ /TEL не имеет буферных устройств. Необходимость в них отсутствует из-за небольшой массы подвижных частей в каждом полюсе и низких значений скоростей при коммутациях.
В выключателе отсутствуют защелки и узлы, которые требовалось бы контролировать и регулировать в них какие-либо зазоры или расстояния. Большой ресурс по механической стойкости исключает необходимость проверки и подтяжки резьбовых соединений.
Изоляция выключателя обладает высокой электрической прочностью, которая определяется свойствами полимерного материала и повышенной диной пути утечки.
Она выдерживает в сухом состоянии относительно земли испытательное напряжение не менее 55 кВ и не менее 38 кВ в условиях выпадения росы. Учитывая также незначительную загрязняемость полимерной изоляции, она не требует проведения профилактических работ в эксплуатации.
Как видно из конструкции и перечисленных качеств выключателя ВВ /TEL им не требуются внеочередные и плановые ремонты. Поэтому предприятие гарантирует эксплуатацию выключателей BB/TEL в течение 25 лет без проведения ремонтных работ, а их техническое состояние рекомендует проверять 1 раз в 5 лет только путем измерения электрической прочности ВДК и электрического сопротивления токоведущей цепи.
Для выполнения этих измерений разборка выключателя не требуется.
Вопросы гарантийного обслуживания ВВ каждая фирма решает по-своему, но общей тенденцией является увеличение гарантийного срока эксплуатации до 3 - 5 лет.
Выводы
1. Конструкции современных вакуумных выключателей массового применения должны обеспечивать их эксплуатацию без проведения ремонта в течение всего срока службы (25 лет).
2. Обязательства заводов-изготовителей по гарантийному обслуживанию вакуумных выключателей должны быть длительными (не менее 5 лет) и реально осуществимыми.
В начало
|