Типы рубильников. Вакуумные выключатели. Назначение и устройство

Размещено на http://www.allbest.ru

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Электроснабжение»

Контрольная работа

по дисциплине

«Силовые коммутационные аппараты»

Типы рубильников. Вакуумные выключатели.

Назначение и устройство

Орел 2015г

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТИПЫ РУБИЛЬНИКОВ

2. ВАКУУМНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

4.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Коммутационный аппарат - это электрическое устройство служащее для пропускания электрической энергии и коммутации электрическое цепи.
Коммутация (в электротехнике) - процессы сопутствующие размыканию и замыканию электрической системы, возникающие в начальные мгновения.

Коммутационные электрические аппараты выделяют:

-контактными (механическое перемещение в контактной системе);

-безконтактными (отсутствие механических перемещений).

Безконтактные коммутационные аппараты изготавливают на базе полупроводниковых или газоразрядных приборов.

Аппараты могут иметь несколько полюсов (от одного до четырёх) и в зависимости от их количества называться - однополюсными, двухполюсными, трёхполюсными и четырёхполюсными.

В подавляющем большинстве аппараты являются двухпозиционными, то есть имеют два положения - «включено» и «отключено» без каких-либо промежуточных.

Виды коммутационных аппаратов

1. Выключатель (коммутационный аппарат имеющий два положения):

-автоматический выключатель (аппарат для осуществления автоматического отключения);

-неавтоматический выключатель (сюда можно отнести все рубильники);

-токоограничивающий выключатель (коммутационный аппарат ограничивающий рост значения тока в зоне замыкания накоротко);

-синхронный выключатель (контактная система аппарата расходится в запланированную фазу тока и / или сходится в запланированную фазу напряжения);

-путевой выключатель (подвижные части механизмов воздействуют на аппарат, вызывая изменение его коммутационного положения);

-кнопочный выключатель (аппарат с кнопками для воздействий оператора).

2. Рубильник:

разъединитель (коммутационный аппарат для прерывания снабжения цепи с несущественными токами для ремонта или осмотра электрической системы, имеющий изоляционное расстояние между контактами);

переключатель (аппарат переводящий течение электрической энергии из одной системы в другую);

короткозамыкатель (создаёт короткое замыкание, не применяются и не производятся)

В данной работе будут рассмотрены 2 вида коммутационных аппаратов: рубильники и вакуумные выключатели.

1.ТИПЫ РУБИЛЬНИКОВ

Рубильник -- простейший электрический коммутационный аппарат с ручным приводом и металлическими ножевыми контактами, входящими в неподвижные пружинящие контакты (гнёзда), применяемый в электротехнических цепях для включения/отключения нагрузки с большой силой тока.

Рубильники применяются для включения узлов, находящихся под нагрузкой (с дугогасительной камерой), и систем подачи электроснабжения с большой силой тока (обычно от 20 Ампер). Рубильники без дугогасительной камеры предназначены для включения и отключения сети без нагрузки.

Правила устройства электроустановок (ПУЭ), Издание седьмое. Утверждены Приказом Минэнерго России от 08.07.2002 № 204

Рубильник, являясь, пожалуй, наиболее простым устройством коммутации электрических цепей постоянного и переменного тока, тем не менее, имеет довольно большое количество различных параметров, классифицирующих и определяющих его тип.

-- Перекидные рубильники. Это, в общем-то, самая простая и ранняя модификация рубильников. Данное устройство, имеет одно или два фиксирующих положения коммутации, в таких рубильниках реализована возможность одновременного коммутирования большого количества электрических линий

- Рубильник с поворотным приводом. В нашей стране рубильники этой модификации получили наибольшее распространение

- Рубильники-выключатели или разъеденители. Рубильники этого типа изготавливаются в защитном корпусе и отличаются относительно небольшими габаритами и короткой рукояткой привода (менее 20 см)

Количество полюсов и направлений. Производителями рубильников выпускаются устройства с одним, двумя и тремя одновременно коммутируемыми полюсами на одно или два направления.

Степень защиты рукояти рубильников. Наиболее распространенными являются рубильники открытого исполнения со степенью защиты IP00. Они помещаются в специальные защитные ящики, а для оперирования нагрузкой на внешнюю стенку ящика выводится рычаг управления

Номинальные токи рубильников. Производителями рубильников выпускаются устройства с максимальным номинальным током - 1000 А, при напряжении 500 В. Для коммутрирования цепей с нагрузкой, токи в которых превышают это значение используются специальные рубильники с защитными кожухами, управление рубильником производится дистанционно с применением дистанционного привода.

Расположение плоскости присоединения внешних зажимов контактных выводов. Данные плоскости могут быть расположены как параллельно или перпендикулярно плоскости монтажа, так и комбинированно: ввод - параллельно, вывод - перпендикулярно и наоборот.

Наличие или отсутствие вспомогательных контактов.

Наличие или отсутствие дугогасительных камер в рубильнике, позволяющих производить отключение, переключение цепей, не снимая токов нагрузки. Неизменно появляющаяся при этом электрическая дуга очень быстро гасится в дугогасительной камере, что препятствует разрушению силовых контактов рубильника и преждевременному выходу его из строя.

Наличие предохранителей (плавких вставок) в рубильнике, обеспечивающих кроме защиты цепей от коротких замыканий и токовых перегрузок еще и двукратный видимый разрыв при отключении рубильника (со стороны ввода питания и со стороны нагрузки).

Рубильники, имеющие компактный размер и выполненные в защищенном корпусе, а также не имеющие характерного длинного (порядка 20 см и более) рычага принято называть «выключатель» или «разъединитель».

Подключаться может при помощи:

обжатого гильзой проволочного провода;

провода с центральной жилой;

шинопровода.

Рубильники и переключатели расшифровываются: Р -- рубильник с центральной рукояткой, РБ -- рубильник с боковой рукояткой, РПЦ -- рубильник с центральным рычажным приводом, РПБ -- рубильник с боковым рычажным приводом, рубильник РБ-21: первая цифра 2 -- двухполюсный, вторая цифра 1 -- номинальный ток (1 -- 100 А, 2 -- 250 А, 4 -- 400 А), ППБ-22 -- переключатель с боковым рычажным приводом, первая цифра 2 -- двухполюсный, вторая цифра 2 -- ток 250 А. РПЦ-36 -- рубильник с центральным рычажным приводом, трехполюсный на ток 600 А.

Рубильники типа Р (РБ, РПБ, РПЦ) применяются в электрических цепях переменного тока напряжением до 500 В и постоянного тока напряжением до 440 В. Рубильники в зависимости от устройства различаются: по исполнению -- открытые и защищенные, по виду привода -- с центральной или с боковой рукояткой (Р и РБ), с центральным или с боковым рычажным приводом (РПЦ или РПБ), по числу полюсов -- одно-, двух- и трехполюсные, по способу присоединения проводов -- с передним и задним присоединением.

Рубильники с центральной рукояткой могут служить только в качества разъединителей, т. е. размыкать предварительно обесточенные электрические цепи, а рубильники остальных видов могут коммутировать электрические цепи под нагрузкой.

Номинальный ток рубильников со степенью защиты 1Р00 составляет 100, 250, 400 и 630 А, а со степенью защиты 1Р32 и 1Р54--80, 200, 320 и 500 А. Рубильники могут работать в продолжительном режиме, допустимая частота включений -- не более 6 в час.

В качестве пусковых аппаратов рубильники применяются для электродвигателей мощностью не более 10 кВт, причем номинальный ток рубильника без дугогасительных камер должен быть в 4...5 раз выше номинального тока двигателя.

Рубильники серии Р и рубильники переключающие серии РП для неавтоматической коммутации силовых электрических цепей переменного тока напряжением до 660 В и постоянного тока напряжением до 440 В.

Технические данные рубильников приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Технические данные рубильников

2. ВАКУУМНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО

Современные выключатели должны обладать коммутационными и механическими ресурсами, обеспечивающими межремонтный период в эксплуатации 15--20 лет. Эти условия трудно выполнимы при традиционных методах гашения дуги в масле или воздухе. Возможности дальнейшего существенного совершенствования выключателей с традиционными способами гашения дуги практически исчерпаны. Выпуск этих выключателей пока будет продолжаться из-за того, что технология их изготовления проста и цена их ниже вновь осваиваемых воздушных выключателей.

В настоящее время выключатели с вакуумными дугогасящими устройствами (ДУ) начинают все больше вытеснять масляные, электромагнитные и воздушные выключатели. Вакуумные не требуют ремонта по крайней мере в течение 20 лет, в то время как в масляных выключателях масло при отключениях загрязняется частицами свободного углерода и, кроме того, изоляционные свойства масла снижаются из-за попадания в него влаги и воздуха. Это приводит к необходимости смены масла не реже 1 раза в 4 года. Дугогасящие устройства электромагнитных выключателей примерно в эти же сроки требуют очистки от копоти, пыли и влаги; ДУ вакуумных выключателей заключены в герметичные оболочки, и их внутренняя изоляция не подвергается воздействию внешней среды. Электрическая дуга при отключениях в вакууме также практически не снижает свойств дугогасящей и изолирующей среды.

На рис. 1.1 показан схематический разрез вакуумной дугогасительной камеры с поперечным магнитным дутьем с серповидными контактами, применяемой в вакуумных выключателях на номинальные напряжения 10 кВ с номинальным током 1600 А и током отключения до 31,5 кА. Поперечное магнитное поле быстро перемещает дугу, что позволяет уменьшить износ контактов и улучшает процесс гашения дуги.

Рис 1.1 Вакуумная дугогасительная камера вакуумного выключателя на 10 кВ,1600А

а- схематический разрез камеры; б- контактная система камеы;1-контакты; 2-дугогасящие электроды; 3-зазор между контактами и дугогасящими электродами; 4-медный неподвижный ввод; 5-то же подвижный; 6- концевые фланцы; 7- сильфон из нержавеющей стали; 8- экран, изолированный от вводов; 9-концевые экраны, находящиеся под потенциалом соответствующего ввода; 10-керамические изоляторы;11-металлическая прокладка;12- направляющая из силумина.

Гашение дуги при коммутации электрической цепи осуществляется в вакуумной дугогасительной камере (ВДК) рис 1.1, которая состоит из изоляционной цилиндрической оболочки, снабженной по концам металлическими фланцами, внутри которой помещаются подвижный и неподвижный контакты и электростатические экраны. Неподвижный контакт жестко крепится к одному фланцу, а подвижный соединяется с другим фланцем сильфоном из нержавеющей стали, обеспечивающим возможность перемещения контакта без нарушения герметичности ВДК. Экраны предназначены для защиты оболочки от брызг и паров металла, образующихся при горении дуги а также для выравнивания распределения, напряжения по камере. Оболочка ВДК изготовляется из специальной газоплотной керамики (в некоторых конструкциях - из стекла). Внутри оболочки создается вакуум, в ВДК применяют контакты торцевого типа достаточно сложной конфигурации, выполненные из специальных сплавов. В выключателях напряжением до 35 кВ предназначенных для работы в сетях трехфазного переменного тока промышленной частоты, используются три ВДК (по одной на полюс выключателя), снабженные общим приводом - пружинным или электромагнитным. При напряжении выше 35 кВ в каждом полюсе выключателя используются несколько ВДК, соединенных последовательно.

Основные достоинства вакуумных выключателей, определяющие их широкое применение:

1. Высокая износостойкость при коммутации номинальных токов и номинальных токов отключения. Число отключений номинальных токов вакуумным выключателем (ВВ) без замены ВДК составляет 10-50 тыс.число отключений номинального тока отключения - 20-200 что в 10 -20 раз превышает соответствующие параметры маломасляных выключателей.

2. Резкое снижение эксплуатационных затрат по сравнению с маломасляными выключателями. Обслуживание ВВ сводится к смазке механизма и привода, проверке износа контактов по меткам 1 раз в 5 лет или через 5-10 тыс. циклов «включение-отключение».

3. Полная взрыво- и пожаробезопасность и возможность работы в aгрессивных средах. рубильник выключатель вакуумный

4. Широкий диапазон температур окружающей среды, в котором возможна работа ВДК.

5. Повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам вследствие малой массы и компактной конструкции аппарата.

6. Произвольное рабочее положение и малые габариты, что позволяет создавать различные компоновки распределительных устройств, в том числе и шкафы с несколькими выключателями при двух-трехъярусном их расположении.

7. Бесшумность, чистота, удобство обслуживания, обусловленные малым выделением энергии в дуге и отсутствием выброса масла, газов при отключении токов КЗ.

8. Отсутствие загрязнения окружающей среды.

9. Высокая надежность и безопасность эксплуатации, сокращение времени на монтаж.

К недостаткам ВВ следует отнести повышенный уровень коммутационных перенапряжении, что в ряде случаев вызывает необходимость принятия специальных мер по защите оборудования.

Вакуумные выключатели серии BB/TEL

Это коммутационные аппараты нового поколения, в основе принципа действия которых лежит гашение возникающей при размыкании контактов электрической дуги в глубоком вакууме, а фиксация контактов вакуумных дугогасительных камер (ВДК) в замкнутом положении осуществляется за счет остаточной индукции приводных электромагнитов («магнитная защелка»).

Отличительная особенность конструкции вакуумных выключателей серии BB/TEL по сравнению с традиционными коммутационными аппаратами заключается в использовании принципа соосности электромагнита привода и вакуумной дугогасительной камеры в каждом полюсе выключателя, которые механически соединены между собой общим валом.

Выключатели вакуумные серии BB/TEL предназначены для коммутации электрических цепей с изолированной нейтралью при нормальных и аварийных режимах работы в сетях переменного тока частоты 50 Гц с номинальным напряжением 6-10 кВ.

Оригинальность конструкции выключателей BB/TEL позволила достичь следующих преимуществ по сравнению с другими коммутационными аппаратами:

-высокий механический и коммутационный ресурс;

-малые габариты и вес;

-небольшое потребление энергии по цепям управления;

-возможность управления по цепям постоянного, выпрямленного и переменного оперативного тока;

-простота встраивания в различные типы КРУ и КСО и удобство организации необходимых блокировок;

-отсутствие необходимости ремонта в течение всего срока службы;

-доступная цена.

«Таврида Электрик» является первым предприятием-изготовителем, открывшим дорогу вакуумным выключателям с магнитной защелкой к массовому потребителю (оригинальность выключателей BB/TEL защищена патентом Российской Федерации).

Конструктивные особенности

1 Неподвижный контакт ВДК

2 Вакуумная дугогасительная камера(ВДК)

3 Подвижный контакт ВДК

4 Гибкий токосъем

5 Тяговый изолятор

6 Пружина поджатия

7 Отключающая пружина

8 Верхняя крышка

9 Катушка

10 Кольцевой магнит

11 Якорь

12 Нижняя крышка

13 Пластина

14 Вал

15 Постоянный магнит

16 Герконы (контакты для внешних вспомогательных цепей)

Особенностью дуги в вакууме является ее нестабильность при малых токах. Прекращение разряда в вакууме приводит к срезу тока до его естественного перехода через нуль.

При коммутациях индуктивных токов вакуумных выключателей могут возникать перенапряжения, обусловленные: срезом тока, многократными повторными зажиганиями и трехфазным одновременным отключением. Перенапряжения эти, вследствие вероятностного характера процессов в выключателе, определяются статистическими соотношениями, зависящими от схемы и параметров коммутируемой сети.

Силовые трансформаторы с облегченным уровнем изоляции по ГОСТ 1516.1--76* (сухие, с литой изоляцией) рассчитаны на импульсные перенапряжения с максимальным значением 23 и 34 кВ, соответственно для классов напряжения 6 и 10 кВ, что без применения защиты может оказаться недостаточным для выдерживания максимальных перенапряжений.

Наибольшую опасность представляют собой коммутационные перенапряжения для электродвигателей, имеющих пониженные, по сравнению с трансформаторами, уровни изоляции и в особенности пониженную импульсную прочность обмотки при воздействии волн с крутым фронтом.

Для защиты трансформаторов общего назначения с облегченной изоляцией по ГОСТ 1516.1--76* (сухие, литые) у вводов трансформатора между каждой фазой и землей должен быть подсоединен разрядник I группы по ГОСТ 16357--83* для соответствующего класса напряжения.

Для защиты электродвигателей между зажимами каждой фазы двигателя и землей должны устанавливаться последовательные RС-цепочки с параметрами R = 50 Ом и С = 0,25 мкФ.

Между зажимами и землей у электродвигателей выше 1000 кВт дополнительно к RС-цепочке должны устанавливаться разрядники I группы по ГОСТ 16357-83* для соответствующего класса напряжения.

Для электрооборудования напряжением 6-10 кВ с нормальной изоляцией по ГОСТ 1516.1-76* (маслонаполненные трансформаторы) никаких дополнительных средств защиты не требуется.

В части требований безопасности шкафы КРУ соответствуют ГОСТ 12.2.007.0-75*. Они оборудованы блокировками (механическими и электромеханическими), обеспечивающими безопасность работ при эксплуатации.

Помимо вышеназванных существуют еще и другие типы вакуумных выключетелей.

Вакуумные выключатели типа ВБЭ-10 (рис. 1.2) используются в серийных КРУ общепромышленного назначения (типа КМ-1, КМ-1Ф, К-104).

Разработаны вакуумные выключатели с пружинным приводом для КРУ общепромышленного исполнения типа ВБ-10-20/1600 и ВБ-10-31,5/3150 на токи отключения 20 и 31,5 кА соответственно. Отличие этих выключателей от ВБЭ-10 в типе привода.

Кроме перечисленных выключателей выпускаются также вакуумные выключатели с номинальным напряжением 10 кВ:

ВБТЭ-10-10/630У2 - для технического перевооружения действующего парка экскаваторов (номинальный ток 630 А, ток отключения 10 кА); ВБТЭ( 2 )-10-20/630-1000 УХЛ2 -- для экскаваторов (номинальный ток 630 и 1000 А, ток отключения 20 кА);

ВБТШ-10-20/630 ХЛ5 - для электроснабжения шахт (номинальный ток 630 А, ток отключения 20 кА).

Вакуумные выключатели ВБЛ - 35 выкатного типа разработаны для КРУ напряжением 35 кВ. Условное обозначение выключателя -- ВБЛ-35-31,5/1600 УЗ и ВБЛ-35-31,5/2500 УЗ.

Рис 1.2 Вакуумный выключатель типа ВБЭ-10

Разработаны вакуумные выключатели наружной установки типа ВБК-35Б-20/1000У1. Они представляют собой коммутационные аппараты, состоящие из трех полюсов, установленных на общей раме и управляемых электромагнитным приводом. Отличие этих выключателей от ВБЛ-35 по параметрам:

Вакуумные выключатели типа ВБК-110Б-20/1000У1 предназначены для выполнения коммутационных операций в нормальных и аварийных режимах электроустановок с частыми коммутациями. В состав каждого полюса входят четыре камеры типа КВД-35-20/1250УХЛ2, соединенные последовательно, опорная изоляция и механизм. Выключатель предназначен для работы в шкафах комплектных распределительных устройств (КРУ), шкафах КСО, а также замены маломасляных выключателей в распределительных устройствах напряжением 6-10 кВ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рубильник, являясь, пожалуй, наиболее простым устройством коммутации электрических цепей постоянного и переменного тока, тем не менее, имеет довольно большое количество различных параметров, классифицирующих и определяющих его тип. В нашей стране рубильники этой модификации получили наибольшее распространение рубильники с поворотным приводом.

Благодаря своим преимуществам вакуумные выключатели BB/TEL широко применяются во вновь разрабатываемых комплектных распределительных устройствах (КРУ, КСО, КРН), а также для реконструкции КРУ, находящихся в эксплуатации и имеющих в своем составе на момент реконструкции выключатели других конструкций, которые устарели морально и физически

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Александров Г.Н., Афанасьев А.И. -- Электрические аппараты высокого напряжения - СПБГТУ, 2000, 500 с.

2.Афонин В.В., Набатов К.А., Зарандия Ж.А -- Силовые коммутационные аппараты - ТГТУ, 2011, 100 с.

3.Вагин, Г. Я. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике : учебник / Г. Я. Вагин, А. Б. Лоскутов, А. Б. Севостьянов. - 2-е изд., испр. - М. : Академия, 2011. - 224 с

4.Журнал «Энергетика»

5.Розанов Ю.К. -- Электрические и электронные аппараты. - ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1998, 752 с.

6.Соколов Б.А., Соколова Н.Б. «Монтаж электрических установок», (М.: Энергоатомиздат, 1991 г.,-592 с.:ил.).

7.Фролов Ю. М., Шелякин В. П. -- Основы электроснабжения.-С-Пб.:ЛАНЬ, 2012 (ЭБС)

8.Щербаков Е. Ф., Александров Д.С., Дубов А. Л. -- Электроснабжение и электропотребление в строительстве.-С-Пб.:ЛАНЬ, 2012 (ЭБС)

Размещено на Allbest.ru