Воздушный выключатель: классификация, основные параметры, технические требования

Принцип действия

В основу работы выключателя положен принцип гашения электродуги скоростным потоком сжатой воздушной смеси, подаваемого в дутьевые каналы. Под воздействием воздушного потока столб разряда растягивается и направляется в дутьевые каналы, где окончательно гасится.

Конструкции дугогасительных камер отличаются как взаимным расположением дутьевых каналов, так и размыкающихся контактов. По этому признаку следующие схемы дутья:

Продольная продувка через металлический канал.
Продольная продувка через изоляционный канал.
Двухстороння симметричная продувка.
Двухсторонняя ассиметричная.

Схемы дутья Из представленных вариантов наиболее эффективен последний.

Автоматические выключатели серии ВА 59 (ОАО «Позитрон»)

Автоматические выключатели серий ВА48, ВА49, ВА59 являются электрическими коммутационными аппаратами, снабженными двумя системами защиты от сверхтока: электротепловой и электромагнитной, с взаимосогласованными характеристиками. Предусмотрено одно-, двух-, трех-, четырехполюсное исполнение. Автоматические выключатели серии ВА 59 — это современное поколение аппаратов, предназначенных для защиты электрических цепей от перегрузок и токов короткого замыкания (сверхтоков). Рекомендованы к применению в вводно-распределительных устройствах для жилых и общественных зданий.

Автоматические выключатели серии ВА 59 выпускаются с защитными характеристиками В, С, D, а автоматические выключатели ВА59-31 — с защитными характеристиками С и D и снабжены индикаторами положения контактов (табл. 7).

Автоматические выключатели с защитными характеристиками В применяются для защиты низковольтных электрических сетей административных и жилых зданий.

Автоматические выключатели с защитными характеристиками С применяются для защиты низковольтных электрических сетей административных, жилых зданий и для потребителей с небольшими пусковыми токами.

Автоматические выключатели с защитными характеристиками D применяются для защиты низковольтных электрических сетей административных, жилых зданий и для потребителей с большими пусковыми токами (трансформаторы, электродвигатели).

Таблица 7. Технические характеристики выключателей серии ВА59

Параметр	ВА59-29	ВА59-30	ВА59-31
Номинальное напряжение, В	230/400
Номинальная частота, Гц	50
Номинальный ток расцепителей, А	1, 2, 3, 4, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63	63, 80, 100
Номинальный условный ток КЗ, А	4500	6000	10000
Число полюсов	1, 2, 3, 4
Характеристика отключений (тип)	В, C, D	C, D
Износостойкость, циклов ВО, не менее: электрическая (коммутационная) механическая	6000 20000	4000 16000	10000 25000
Частота срабатываний, раз в час	240	190	290
Диапазон рабочих температур, °С	–40÷+50
Климатическое исполнение	УХЛ4
Степень защиты	IP20
Максимальное сечение присоединяемого провода, мм2	25

Требования к современным автоматическим выключателям

Основные требования к конструкции автоматических выключателей (которые были сформулированы на основе опыта эксплуатации и современных образцах выключателей ведущих фирм, с существенно лучшими характеристиками, чем старые конструкции) для производителей и конструкторов автоматических выключателей, проектировщиков сетей электроснабжения и эксплуатационников.

Требования производителей распределительных щитов

малые размеры выключателей для установки в малогабаритные электротехнические шкафы;
отсутствие необходимости в зазорах между выключателем и другим оборудованием;
малое тепловыделение;
контроль положения главных контактов;
использование рабочей и защитной нейтрали (для пятипроводных цепей);
замена во вторичных цепях выключателя и дополнительных элементов без отключения;
одинаковый размер панели у всех выключателей данной серии.

Требования конструкторов и проектировщиков

времятоковые характеристики, соответствующие стандарту МЭК 60255-3;
широкий ряд времятоковых характеристик с обратнозависимой выдержкой времени разной крутизны;
защита от ограниченного и неограниченного короткого замыкания в одном реле;
регулируемые по току и времени уставки защиты от перегрузки «L» (см. статью «Максимальная токовая защита»), регулируемые уставки по току и времени селективной токовой отсечки «S» и регулируемая уставка по току мгновенной токовой отсечки «I» (за рубежом: LSI-характеристики);
защита, отслеживающая действующее (среднеквадратичное) значение тока;
функция защиты от режима обратного направления мощности для применения в сетях с параллельной работой генераторов, трансформаторов и закольцованных сетей (характеристика типа S).

Требования эксплуатации

электронный блок защиты (электронный расцепитель) с функцией самодиагностики отключающей катушки;
наличие функции проверки электронного блока защиты (OCR) без необходимости отключения выключателя;
контроль температуры главных контактов (дополнительная функция);
диагностика аварийных отключений: тип (перегрузка, короткое замыкание), величина тока короткого замыкания, время отключения, история отключений и др.;
высокая выключающая способность и безопасность оператора;
возможность замены главных контактов на месте;
возможность работы с системами диспетчерского управления и сбора данных (BMS или SCADA).

Эффективность

Сегодня различные типы воздушных выключателей стали более совершенными и функциональными, это было достигнуто внесением следующих дополнений:

В генераторных устройствах используется принудительная схема охлаждения.
Качественные материалы и тщательное выполнение конструктивных элементов обеспечили большую надежность и длительный срок использования до возникновения необходимости в ремонте.
Коммутационные перенапряжения приобрели ограничение, наличие которого играет особую роль для устройств высокого напряжения.
Модульная схема размещения серий обеспечивает возможность создавать из идентичных модулей нескольких серий, характеризующихся широким диапазоном напряжения, производить испытания и реализовать устройства, которые отличаются простым изготовлением, установкой и последующей эксплуатацией.
Использование схем управления с быстрым реагированием и минимальным временным разбросом. Их главной задачей является обеспечение срабатывания устройств на существенное превышение напряжения и отключения в течение полупериода. Также за счет них функционируют приборы с синхронным включением и отключением.
Элементы для гашения дуги помещаются в сжатый воздух. Так достигаются высокие пропускные характеристики по номинальному напряжению, надежность изоляции промежутков между контактами, быстрое реагирование и коммутационные свойства. Чаще всего давление воздуха находится в пределах 6-8 МПа.

Масляные устройства

Такие изделия выполняются в виде резервуара прямоугольной, овальной или круглой формы. Масляные воздушные выключатели были изобретены в конце прошлого столетия и выступали в качестве выключателя в цепях, характеризующихся высоким напряжением. Через их крышку пропускаются изоляторы с неподвижными контактами, фиксируемые на обоих концах. При помощи изоляционной тяги приводное устройство соединяется с подвижным контактом, который, в свою очередь, находится между двумя однополюсными неподвижными контактами. Они полностью покрыты трансформаторным маслом, которое заполняет резервуар до определенного уровня. Воздушная подушка занимает пространство между крышкой и масляной поверхностью.

Преимущества и недостатки

Особенности применения и устройства концевых выключателей

Преимуществ таких устаревших устройств немного вот основные из них:

В связи с давним применением имеется большой опыт как эксплуатации, так и ремонта;
В отличие от других более современных собратьев (особенно элегазовых) данные выключатели поддаются ремонту.

Из недостатков хотелось бы выделить следующие:

Наличие для работы дополнительной пневмоаппаратуры или же компрессоров;
Повышенный шум при отключении, особенно при аварийных режимах короткого замыкания;
Крупные несовременные габариты, что вызывает увеличение территории выделяемой для ОРУ;
Боятся влажного воздуха и запылённости. Поэтому для воздушных систем применяются дополнительные меры, устанавливается направленное на уменьшение этих вредных факторов оборудование.

Общая классификация

Также хотелось бы предоставить Вам наиболее обобщенную классификацию автоматических выключателей для дома. На сегодняшний день изделия принято разделять по следующим признакам:

Число полюсов: один, два, три либо четыре. Однополюсные и двухполюсные автоматические выключатели принято использовать в однофазной электропроводке. Последние два варианта применяются для трехфазной электросети.
Тип привода. Аппаратом можно управлять вручную (ручной привод) либо на определенном расстоянии (электрический привод).
Присутствие/отсутствие токоограничителя. В первом случае разрыв цепи при КЗ происходит быстрее, т.к. токоограничитель защищает проводку от предельных значений тока короткого замыкания.
Вид расцепителя. Назначение и виды данных элементов конструкции автоматических выключателей мы рассмотрели выше. Еще раз повторимся, что электромагнитный расцепитель служит для защиты от токов КЗ, а тепловой – от токов перегрузки.
Селективность/неселективность изделия. Данная функция позволяет регулировать время срабатывания АВ.
Способ крепления. Обычно крепление представлено выдвижным либо стационарным фиксатором. В первом случае АВ устанавливается на известную всем электрикам DIN-рейку (как показано на фото), во втором случае монтаж осуществляется в раму электрического щита.

Также изделия могут классифицироваться по степени защиты IP, амперажу, предельному току КЗ и способу подключения проводов.

Вот и все, что вы должны знать об устройстве, принципе действия и назначении автоматических выключателей. Надеемся, что информация стала для вас полезной и теперь вы знаете, как работает автомат, из чего состоит и для чего нужен.

Также читают:

Как выбрать УЗО для дома
Что лучше: дифавтомат или УЗО
Почему срабатывает УЗО

Приложение ДГ (справочное) Сведения о соответствии ссылочных национальных и межгосударственных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в применяемом международном стандарте

Библиография

Принцип действия

Принцип действия воздушных выключателей основан на гашении электрической дуги, появляющейся при разрыве нагрузки. Этот процесс может происходить двумя типа движения воздуха:

Продольный;
Поперечный.

Воздушный выключатель может иметь несколько контактных разрывов, и это зависит от номинального напряжения, на которое он рассчитан. Для облегчения гашения особо больших типов дуги к дугогасящим контактам подключается шунтирующее сопротивление. Автоматические воздушные выключатели, работающие по принципу гашения дуги в обычных камерах, без наличия сжатого воздуха не имеют таких элементов. Камера гашения дуги у них состоит из перегородок, которые разбивают дугу на мелкие части, и она поэтому не разгорается и быстро тухнет. В этой статье речь пойдёт больше о работе высоковольтных (выше 1000 Вольт) выключателей, не оснащённых встроенной, а имеют управление в схему которой заведены релейные защиты.

Принцип работы высоковольтного выключателя со сжатым воздухом отличается друг от друга конструктивными особенностями, а в частности, с отделителем и без него.

В выключателях, которые оснащены отделителями силовые контакты соединены с специальными поршнями и составляют один контактно-поршневой механизм. Отделитель же включен последовательно к контактам дугогашения. То есть отделитель с дугогасящими контактами образует один полюс выключателя. При замкнутом положении и дугогасящие контакты и отделитель находятся в одном замкнутом состоянии. Во время подачи отключающего сигнала, срабатывает механический пневмоклапан, который в свою очередь открывает пневмопривод, при этом воздух с расширителя воздействует на контакты дугогашения. Расширитель, кстати, также специалисты называют ресивером. При этом силовые контакты размыкаются, а возникшая вследствие этого дуга гасится потоком сжатого воздуха. После чего отключается и сам разделитель, разрывая ток, который остался. Подача воздуха должна быть чётко отрегулирована, чтобы её хватило на уверенное гашение дуги. После прекращения подачи воздуха дугогасительные контакты принимают включенное положение, а разрыв цепи обеспечивается только разомкнутым выключателем. Поэтому при работе на электроустановках, которые питаются от таких выключателей обязательно необходимо выполнять размыкание разъединителей для безопасного проведения работ. Одного отключения пневмовыключателя мало! Чаще всего в цепях до 35 кВ применяется конструкция с открытыми отделителями, а если напряжение, при котором, работает выключатель выше то отделители уже изготавливаются в виде специальных воздухонаполненных камер. Выключатели с отделителем, например, выпускались в советском союзе под маркой ВВГ-20.

Если выключатель воздушный высоковольтный не имеет отделителя, то дугогосящие контакты его выполняют также роль и разрывания цепи и гашения возникшей дуги. Привод в них отделён от среды, в которой происходит гашение, а контакты могут иметь одну или даже две ступени работы.

1-1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Несмотря на значительный прогресс, достигнутый за последние годы в развитии элегазовых и совершенствовании маломасляных и вакуумных выключателей, область применения воздушных выключателей пока еще достаточно обширна. Следующие обстоятельства будут, по-видимому, способствовать даже расширению этой области в ближайшие годы.
Во-первых, в ближайшие годы вряд ли можно ожидать, что токи отключения элегазовых и маломасляных выключателей будут превышать 80—100 кА, особенно при напряжениях свыше 35 кВ, в то время как уже сейчас широко применяются генераторные воздушные выключатели с током отключения до 250 кА и требуются выключатели на напряжения свыше 750 кВ с током отключения до 100 кА.
Во-вторых, из-за необходимости сжатия элегаза в процессе отключения и вследствие относительно низкой скорости истечения экономически нецелесообразно создавать эти выключатели с временем отключения, меньшим, чем два периода, тогда как время отключения воздушных выключателей уже теперь технически доступными средствами может быть доведено до одного периода.
В-третьих, проблемы подогрева элегаза и поддержания высокой герметичности уплотнений при минусовых температурах определяют преимущества воздушных выключателей в районах с холодным климатом.
В-четвертых, отключение токов короткого замыкания вблизи мощных источников энергии с высоким содержанием апериодической составляющей также может быть пока осуществлено только воздушными выключателями.

Выдержка

Процесс отключения может характеризоваться наличием выдержки или ее отсутствием. Разновидность выключателя, в частности скорость его реагирования, зависит от временного интервала, в течение которого происходит превышение существующего значения и расхождение контактов. Так, приобрели распространение быстродействующие, селективные и стандартные выключатели. У двух последних вариантов отсутствует возможность токоограничения. В селективных устройствах защита сетей производится при помощи установленных выключателей, имеющих различную скорость срабатывания: минимальное значение имеет потребитель, постепенно к источнику питания данный параметр увеличивается.

Вакуумные выключатели

Рисунок 2 – Конструкция вакуумного выключателя

Принцип действия вакуумного выключателя основывается на высокой диэлектрической прочности вакуума и его диэлектрических свойствах. В момент размыкания контактов в промежутке между ними возникает дуга за счет испарения металла с их поверхности. При переходе тока через ноль вакуум восстанавливает диэлектрические свойства и дуга больше не возникает.

Рисунок 3 – Принцип работы вакуумного выключателя

Преимущества:

Простота конструкции и ремонта
Возможность работы не только в горизонтальном положении
Надежность и длительный срок эксплуатации
Компактность
Низкая пожароoпасность

Недостатки:

Небольшой ресурс при КЗ
Опасность возникновения коммутационных перенапряжений
Высокая стоимость

Устройство и конструкция воздушного выключателя

Рассмотрим, как устроен воздушный выключатель на примере силового коммутатора ВВБ, его упрощенная конструктивная схема представлена ниже.

Типовая конструкция воздушных выключателей серии ВВБ

Обозначения:

A – Ресивер, резервуар в который накачивается воздух пока не образуется уровень давления соответствующим номинальному.
В – Металлический бак дугогасительной камеры.
С – Торцевой фланец.
D – Конденсатор делителя напряжения (в современных конструкциях выключателей не применяется).
E — Штанга крепления подвижной контактной группы.
F – Фарфоровый изолятор.
G – Дополнительный дугогасительный контакт для шунтирования.
H – Шунтирующий резистор.
I – Клапан подачи струи воздуха.
J – Труба импульсного воздуховода.
K – Основной подвод воздушной смеси.
L – Группа клапанов.

Как видим, в данной серии контактная группа (Е, G), механизм подключения/отключения и дутьевой клапан (I) заключены в металлической емкости (В). Сам бак наполнен сжатой воздушной смесью. Полюсы выключателя разделяет промежуточный изолятор. Поскольку на емкости присутствует высокое напряжение, защите опорной колоны придается особое значение. Она выполнена с помощью изоляционных фарфоровых «рубашек».

Подача воздушной смеси осуществляется по двум воздуховодам К и J. Первый основной, используется для нагнетания воздуха в бак, второй работает в импульсном режиме (подает воздушную смесь, когда отключаются контакты выключателя и сбрасывает при замыкании).

Область применения и процесс эксплуатации

Сфера применения выключателей данного типа довольно обширна. В перспективе, за счет применения новых технологий, ситуация может несколько измениться, но сейчас воздушные коммутаторы остаются востребованными для решения следующих задач:

Коммутация цепей от 35,0 кВ и токами отключения до 100,0 кА.
Быстрого отключения цепи, например, при испытаниях электрооборудования ударным генератором. Скорость срабатывания некоторых моделей воздушных выключателей может достигать одного периода (за основу взята рабочая частота переменного тока – 50 Гц).
Эксплуатация в суровых климатических условиях. При морозе у елегазовых аналогов возникают проблемы с прогревом, в то время как вакуумным выключателям сложно сохранить герметичность.
Отключение мощного источника с высокой апериодической составляющей тока КЗ, может произвести только воздушный коммутатор.

В процессе эксплуатации важно уделять должное внимание обслуживанию воздушных коммутаторов, которое включает в себя следующие регулярные процедуры:

Вентиляция внутренней поверхности фарфоровых изоляторов, для этого предусмотрен специальный клапан для стравливания сжатого воздуха.
Тестирование пневматической системы, проверяется по сбросу давления при отдельной операции. Показания сравниваются с нормировочными таблицами.
Осуществляется проверка привода поршня. Процедура зависит от типа механизма.
Проверяется герметичность дугогасящей камеры.
Тестируются контакты (вначале главные токоведущие, потом дополнительные) путем измерения сопротивления
Измеряется изоляция при разомкнутом отделителе.
Тестируется схема управления и цепь включения.

Регламент проведения обслуживания в процессе эксплуатации приведен в технической документации.

Классификация устройств

Особенности применения выключателей дистанционного управления

Все воздушные высоковольтные выключатели, кроме как, по конструкции (с отделителем и без) отличаются, также и по назначению:

Сетевые. Они рассчитаны на напряжение 6000 вольт и выше и используются в цепях переменного тока для включения и выключения потребителей в нормальных неаварийных режимах работы, а также отключение при возникших коротких замыканиях;
Генераторные. Применяются в сетях с рабочим напряжением от 6 до 24 тысяч Вольт, для подключения в эти цепи генераторов. Выдерживают пусковые токи, а также режимы К.З.;
Для электротермических установок. Рабочее напряжение, при котором возможна нормальная коммутация, составляет 6–220 кВ. Может работать также и в аварийных режимах.
Специального назначения. Они выпускаются не серийно, а под заказ и изготавливаются с учётом местных условий эксплуатации.

И также выключатели, имеющие пневмоустановку для работы, разделяются по виду и расположению этого механизма, нагнетающего воздух аппарата:

Опорные;
Подвесные. Имеют подвешивающую к порталу, установленному на ОРУ, конструкцию;
Выкатные. Оснащены механизмом для выкатывания из распредустройства;
Встраиваемые в КРУ (комплектные распределительные устройства).

Элегазовые выключатели

Рисунок 1 – Конструкция элегазового выключателя

Элегазовый выключатель работает за счет изоляции фаз между собой с помощью газа(обычно используется электропроточный газ SF6 – так называемый «элегаз»). При поступлении сигнала отключения оборудования контакты камер размыкаются. Они создают электрическую дугу, которая размещается в газовой среде. Дуга разделяет газ на отдельные компоненты, а высокое давление в резервуаре способствует ее гашению.

Преимущества:

Многофункциональность(может использоваться при любом напряжении)
Высокая скорость срабатывания
Возможность использования в критических ситуациях(пожар, землетрясение)
Большой срок службы

Недостатки:

Большая цена конструкцииНевозможность работы при низких температурах
Сложность обслуживания
Необходимость установки специального фундамента для такой конструкции

Технические параметры

Выключатели нагрузки характеризуются тремя важными параметрами:

номинальным напряжением;
током термической стойкости;
номинальным током ВН.

Другие параметры учитываются исходя из условий расположения, желаемого способа коммутации и выбора типа исполнения.

В качестве примера приводим таблицу параметров для ВН:

Тип изделия	U ном, кВ	Тип предохранителя	I ном. предохранителя, кА	максимальный ток, кА	Масса (без привода), кг
ВНП-3	3	ПК-З	80	31,5	50
200	31,5	55
ВН-16	6	—	—	—	36
10	—	—	—	36
ВНП-16	6	ПК-6	50	20	62
80	20	64
160	20	78
ВНП-16	10	ПК-10	32	12,5	52
50	12,5	65
100	12,5	79
ВНП-17	6	ПК-6	50	20	62
80	20	64
160	20	78
ВНП-17	10	ПК-10	32	12,5	52
50	12,5	65
80	12,5	79

Технические параметры других типов выключателей нагрузки можно узнать у продавца или из других источников информации.

Типы выпускаемых высоковольтных воздушных выключателей

Выключатели серии ВВБ

Они выпускаются ПО «Электроаппарат», рассчитаны на работы с U от 110 до 750 кВ. Их ключевые элементы устанавливаются на колонны, сделанные из фарфоровых надёжных изоляторов. Рабочее давление, которое должен создать компрессор от 2 до 2, 6 МПа этот фактор зависит от того на какое напряжение будет эксплуатироваться аппарат.

Выключатели серии ВВБК

Они предназначены для работы в сетях с напряжением 110–500 Кв. В их системах давление сжатого воздуха не должно быть меньше 4 МПа. Для улучшения гашения дуги при таких напряжениях применяется двухсторонняя подача очищенного воздуха

Простая пневматическая система, была заменена более усовершенствованной пневмомеханической, именно это позволило значительно уменьшить время срабатывания при отключениях, что важно в таких цепях

Выключатели серии ВВГ-20

Они исключительно используются для генераторов. Они разработаны для работы с номинальным напряжением 20 кВ и номинальный ток 20 кА, а ток отключения составляет 160 кА. Давление воздуха в районе 2 МПа. При включении коммутатора сначала происходит срабатывание отделителя, а затем уже и сам дугогасящий механизм. Они предназначены только для внутренней установки.

При работе со сжатым воздухом и опасным высоким напряжением стоит быть особо осторожным, так как эти два вида энергии могут привести не только к травмам, но и к лишению жизни.