Вакуум или элегаз, что выбрать

Сравнительный анализ

Опыт применения того или иного вида коммутационного оборудования в Европе определило, что по параметрам высокой надежности, экологичности, обслуживанию и эксплуатации, диапазонам номинальных параметров и экономичности целесообразно применять:

  • вакуумные выключатели — в сетях среднего напряжения
  • элегазовые выключатели — в сетях высокого напряжения

Общее представление:

  • Диэлектрическая прочность на уровне средних классов напряжений у вакуума гораздо выше, чем у элегаза
  • Эксплуатационная надежность вакуумной камеры гораздо выше, чем элегазовой дугогосящей камеры
  • Простота конструкции вакуумной камеры, имеющей только 2 подвижные части, в отличии от элегазовой камеры, состоящей более чем из 20 механических подвижных частей
  • Экологическая чистота — важный фактор применения того или иного вида техники

Сравнительный анализ (для уровней средних классов напряжений)

Технология Вакуум SF6
1 Опасность при пожаре
2 Диэлектрическая прочность
3 Герметичность
4 Отключающая способность
5 Коммутационные перенапряжения
6 Габаритные размеры
7 Износостойкость
8 Техническое обслуживание
9 Воздействие на окружающую среду

Обозначения: = плохо = хорошо = очень хорошо = отлично



Опасность при пожаре

Вакуум SF6
Риск пожара? низкая высокая
наличие большого количества изолирующих материалов, разложение элегаза при высоких температурах на фтор и серу
Токсичность побочных продуктов? нет да
подлежат соответствующему хранению и переработке


Диэлектрическая прочность

Проведенные исследования показали, что диэлектрическая прочность глубокого вакуума для уровней средних классов напряжений выше, чем у других диэлектрических материалов.



Герметичность

Вакуум SF6
Работа при малой утечки возможно возможно
Работа при большой утечке невозможно невозможно
Вероятность утечки (при правильной эксплуатации) практически нет высокая


Отключающая способность

Отключающая способность Вакуум SF6
Номинальное напряжение 40.5 кВ 40.5 кВ
Коммутации:
— номинальный ток
— ток КЗ		 10,000 — 30,000
30 — 50		 2,000 — 10,000
30 −50
Перенапряжения В зависимости от условий В зависимости от условий


Коммутационные перенапряжения

Ток среза у современных вакуумных выключателей не превышает 5А.



Габаритные размеры

Вакуум SF6
15 кВ, 20 кA, 1250 A
полюс
выключатель
 В x Г X Щ в мм

325×110×110
580×586×592 		В x Г X Щ в мм

400×273×165
592×547×574
15 кV, 40 кA, 2500 A
полюс
выключатель		 439×153×153
715×611×586 		2,000 — 10,000
30 −50


Износостойкость

Вакуум SF6
Энергия привода 20 % 35 % (автокомпрессионные)
Энергия дуги 10 % 100 % (компрессионные)
Число частей полюса
— общее
— подвижных
— в дугогасительной камере 		22
9
2 		52
24
24

Энергия горения дуги паров металла из специально подобранных сплавов контактных материалов, в вакууме гораздо меньше, чем энергия горения дуги в плазме элегаза в дугогасительной камере элегазового выключателя



Износостойкость

Вакуум SF6
Количество коммутаций
— ток КЗ
— номинальный ток 		30 — 50
10 000 — 30 000 		30 — 50
2 000 — 10 000
Техобслуживание, лет Не требует техобслуживания до 10 000 коммутаций 5-10
Техобслуживание, количество коммутаций 10 000 3 000
Performance:


Воздействия на окружающую среду

Вакуум SF6
Экологические методы производства да да
Токсичность побочных продуктов нет да
Утилизация (после окончания срока службы) легко проблематично (по строгой определенной технологии)


Конструкция вакуумной камеры

  1. неподвижный контакт
  2. место подключения
  3. изолятор (керамический)
  4. коммутационная камера
  5. металлический сильфон
  6. направляющая шайба
  7. подвижный контакт
  8. резьба для присоединения к приводу


Контактная система

Принцип коммутации в вакууме
При размыкании контактов отключаемый ток вызывает дуговой разряд в парах металла. Вследствие этого образуется плазма паров металла, по которой протекает ток до ближайшего перехода через ноль. При переходе тока через ноль дуга гаснет. Плазма уже через несколько микросекунд теряет свою электропроводность, вследствие чего происходит очень быстрое восстановление диэлектрической прочности межконтактного промежутка.



Контактные материалы используемые в современных вакуумных выключателях

CuCr — для коммутации более высоких напряжений и токов отключения CuTeSi —для более низких напряжений (до 24 кВ)
AgWC — для низких напряжений (до 7,2 кВ)

Каждый из контактных материалов целесообразно применять для определенных коммутационных задач и параметров коммутации.

Основным признанным коммутационным материалом является CuCr (используется более чем в 98 % случаев).



Конструкция автокомпрессионного выключателя

  1. Крышка
  2. Герметизирующая оболочка
  3. Полюсное устройство
  4. Неподвижный дугогасительный контакт
  5. Герметизирующая насадка
  6. Подвижный дугогасительный контакт
  7. Поршень
  8. Напорная камера
  9. Пружина
  10. Главный шток
  11. Полюсное устройство
  12. Изогнутая рукоятка
  13. Система уплотнений
  14. Вал
  15. Молекулярное сито
  16. Крышка
  17. Шатун
  18. Гибкая шина
  19. Нижний токовый ввод
  20. Подвижный контакт главного токопровода (наклонный ножевой контакт)
  21. Неподвижный контакт главного токопровода
  22. Верхний токовый ввод


Ток среза

В околонулевой области тока возможен быстрый распад канала дуги и принудительный спад тока от некоторого значения (как правило, единицы — десятки ампер) до нуля за очень малое время (значительно раньше естественного нуля тока). Это явление называется срезом тока. Возникает оно при отключении малых индуктивных токов (например, токов холостого хода трансформаторов и электродвигателей), неустановившихся токов включения трансформаторов, пусковых токов электродвигателей, токов шунтирующих реакторов.



Ток среза

Срез тока характерен для выключателей любого применяющегося в настоящее время типа (маломасляных, электромагнитных, воздушных, вакуумных, элегазовых).



Эскалация напряжения

Вторая причина перенапряжений при отключениях нагрузки -эскалация напряжения. Это явление характерно только для вакуумных выключателей. Однако оно возникает крайне редко, только при отключении пускового тока не успевших развернуться или заторможенных электродвигателей (причем из 100 отключений пусковых токов только 5-10 могут сопровождаться эскалацией напряжения). Перенапряжения в этом (и только в этом) случае могут достигать 6-7-кратных.

Разрядное импульсное напряжение

Крутизна кривой для малых расстояний у вакуума выше, чем у других материалов, т.е. при очень малых расстояниях между контактами достигается наибольшая электрическая прочность дугогосящей среды

Презентация
Вернуться к списку