Вакуумни прекъсвачи серия VVP

Александър Ломов, Ръководител на отдела за проектиране и технологии на OJSC PO Eltehnika

OJSC PO Eltehnika произвежда комутационни устройства вече шест години. Първите апарати на фирмата - товарни прекъсвачи и разединители с въздушна изолация се отличават от останалите, представени на вътрешния пазар, с напълно нови за България конструктивни решения: трипозиционен принцип на действие и напречно разположение на полюсите спрямо шинната система.

Трипозиционният принцип на работа на превключвателя значително опрости дизайна на разпределителната уредба. Линейният апарат получи функциите на заземителен апарат, блокировките, които бяха сложни по дизайн, изчезнаха.

Разположението на устройството в клетката напречно спрямо шинната система позволи да се намалят размерите на разпределителната уредба не само по ширина, но и по височина. Така в клетка с височина малко над два метра, в зависимост от схемата на главните вериги, могат да бъдат поставени до три устройства и система от затворени главни шини, което значително повишава нивото на безопасност. Но най-важното предимство беше, че беше възможно значително да се увеличи надеждността и да се опрости конструкцията на задвижването на апарата, тъй като в случай на напречно разположение валът на апарата е подравнен със задвижващия вал.

CSR клетката, където за първи път бяха инсталирани тези устройства, се превърна в добре познатата Avrora на пазара. Експлоатационният опит, натрупан през годините, свидетелства за високото ниво на надеждност и безопасност на нашите прекъсвачи.

Направихме следващата стъпка в производството на комутационна техника през 2007 г. Анализът на световния опит и тенденциите в развитието на комутационната техника ни убеди в необходимосттаовладеят друг клас комутационни устройства - с елегазова изолация.

Разработвайки дизайна на нов продукт, ние запазихме принципите на трипозиционната конструкция и напречното разположение на полюсите му спрямо шините на клетката. В същото време диелектричните свойства на газа SF6, които до голяма степен надвишават свойствата на въздуха, направиха възможно оборудването на устройства с такава изолация с по-малко енергоемко задвижване поради по-малкия ход на движещите се контакти.

Конструкторите на нашата компания са проектирали няколко варианта на задвижвания, които осигуряват не само ръчно управление със скорост на движение на контактите, независимо от действията на оператора, но и дистанционно управление с помощта на мотор-редуктор, както и с възможност за бързо изключване.

На вниманието на потребителите нашата компания представи първите превключващи устройства от собственото си производство с изолация от SF6 като част от нова серия клетки KSO Onega.

След като усвои пазара на товарни прекъсвачи и разединители, компанията си постави друга задача: да разработи и овладее серийното производство на много по-сложно устройство - превключвател. И с нея беше свършено. През 2009 г. линията от превключващи устройства на компанията беше попълнена с още един продукт - VVP вакуумен прекъсвач.

Вакуумът като среда за гасене на дъгата

В България началото на експлоатацията на вакуумните прекъсвачи пада през осемдесетте години на миналия век. Първият опит с внедряването се оказа абсолютно неуспешен: коефициентът на пренапрежение на българските прекъсвачи достигна 8,5 pu, което причини големи оперативни повреди при превключване на електрическо оборудване с ниско ниво на изолация, например електродвигатели. Това обстоятелство предизвика трайно недоверие на българските потребители към вакуумните прекъсвачи като цяло.

Но в страните от Западна Европа, както и в целия свят, се е развило съвсем различно мнение по отношение на вакуумните апарати, тъй като проблемите с пренапрежението са решени чрез конструктивни решения на самите апарати и използването на допълнителни устройства. И така, универсално средство, което се противопоставя на пренапреженията при изключване на електродвигатели, ненатоварени трансформатори и т.н., са отводителите на пренапрежение, чието използване при инсталиране на вакуумни прекъсвачи е просто необходимо в някои случаи.

Глобалното търсене на вакуумни прекъсвачи в момента е около 80% от целия пазар на превключващи устройства. Днес, също и в България, броят на потребителите, които разбират експлоатационната надеждност на вакуумните прекъсвачи и икономическите ползи от използването им в разпределителната уредба непрекъснато нараства.

Безспорното предимство на вакуумните прекъсвачи е способността им да осигуряват условия за гасене на дъгата. Ако вземем предвид връзката между импулсното издържано напрежение и стойността на контактната междина, тогава във вакуумна среда с разстояние между контактите 10 mm стойностите на издържаното напрежение са 4 пъти по-високи от тези за средата SF6 и 20 пъти по-високи за въздуха. Следователно абсолютните предимства на вакуума при проектирането на комутационни устройства се определят от неговата диелектрична якост и скоростта на нейното възстановяване.

Като се вземат предвид уникалните свойства на вакуума и възможността за намаляване на нивото на пренапреженията с помощта на спомагателни устройства и дизайнерски решения, ние започнахме да разработваме собствен вакуумен прекъсвач. Нашата цел беше да предложим на пазара надеждно устройство с напречно разположение на полюсите спрямо шините, което да може да се монтира безсамо в нови клетки, но и да се използва неговата адаптирана версия за замяна на прекъсвачи с изтекъл срок на годност в стари клетки, като устройството е разположено фронтално спрямо шинната система.

Основните елементи на вакуумния прекъсвач, които определят неговата надеждност, функционалност и ниски експлоатационни разходи, са вакуумни камери и задвижване.

Вакуумни камери

ПО Елтехника не произвежда самостоятелно вакуумни камери, но тези прекъсвачи се проектират с участието на нашите специалисти, съгласно нашите технически спецификации и се произвеждат под наш контрол на всички производствени етапи.

По време на разработката обърнахме специално внимание на контактната система, тъй като тя има пряко влияние върху нивото на комутационни пренапрежения. Свойствата на материала на главните контакти определят такива характеристики като капацитет на прекъсване и възстановяване на диелектричната якост на пролуката между контактите, устойчивост на ерозия, прекъсващ ток при преминаване през нула, контактно съпротивление и сила на натискане на контактите. След анализ на различни материали, ние избрахме CuCr (медно-хромова) сплав, която най-много отговаря на зададените параметри.

Вакуумните камери са монтирани в корпус от епоксиден материал. Заедно с горната и долната клема, както и с контактния механизъм за предварително натоварване, те образуват полюса на устройството. Ходът на подвижния контакт във вакуумната камера не надвишава 6 mm. Повишената стойност на пробивното напрежение на вакуумната камера също е важна, това се постига чрез факта, че в полюсния корпус на превключвателя камерата е допълнително потопена в състав от специален изолационен материал.

През целия период на експлоатация, т.е. в продължение на 30 години,Камерата не се нуждае от поддръжка и не изисква никакви механични настройки.

Задвижване на прекъсвача

Има много спорове кое е по-перфектно: пружинно или електромагнитно задвижване. Ние направихме своя избор в полза на пружинно задвижване и сме готови да оправдаем този избор.

Очевидно е, че необходимото ниво на оперативна надеждност на цялата мрежа е важно за потребителя. Дългогодишният експлоатационен опит формира основните изисквания, на които трябва да отговаря задвижването на съвременните превключващи устройства, ние изпълнихме тези изисквания:

скорост;
възможност за ръчно и дистанционно управление;
ниска консумация на енергия;
възможност за включване / изключване на устройството при липса на работен ток;
висока надеждност;
ниско ниво на разходите за поддръжка.

Нека да разгледаме някои от тези изисквания. По отношение на скоростта вакуумните апарати, оборудвани с посочените типове задвижвания, имат идентични характеристики (общото време на спиране на пистата е 0,06 s). Въпреки това, за разлика от електромагнитното задвижване, пружинното задвижване с функция за дистанционно управление има порядък по-ниска консумация на енергия (стойността на работния ток на VPP превключвателя е не повече от 2 A). В допълнение, пружинното задвижване позволява включване / изключване без работен ток и без използване на специални инструменти.

В много отношения нивото на надеждност на електромагнитните и пружинните задвижвания е идентично. По отношение на оперативните разходи електромагнитното задвижване може да се нарече без поддръжка, но разработените през последните години пружинни задвижвания не изискват специално внимание по време на работа. Високата надеждност на задвижването на VPP апарата се осигурява от конструкцията на неговите механични части иоптимална кинематична схема.

Трябва да се отбележи друг тип задвижване - електромагнитно задвижване, работещо на принципа на "магнитно резе". Изглежда най-привлекателен по отношение на скорост и ресурс. Липсата на повечето от механичните части на пружинното задвижване позволява да се намали общото време на задействане с фактор три и да се увеличи механичният живот на устройството със същата сума. Има обаче очевидни недостатъци на такива конструкции - няма възможност за ръчно управление, включване / изключване при липса на работен ток е възможно само с помощта на специални инструменти, необходимо е да се осигури допълнителна шумоустойчивост на инсталацията.

Спецификации

Не е толкова лесно да се предложат принципно нови решения за дизайна на задвижването или разположението на вакуумните камери. Днес дори световноизвестни компании не предлагат нови разработки в тази област. Повечето идеи за подобряване на технологията за вакуумно превключване са свързани с подобряване на нейните потребителски качества, намаляване на размерите, увеличаване на функционалността и др.

При създаването на нашия вакуумен прекъсвач, ние, като дизайнери, се стремихме да постигнем оптимална комбинация от функционалност и технически характеристики. Без да засягаме фундаменталните неща, които вече бяха казани достатъчно, трябва да се отбележи, че устройството VPP разполага с целия необходим набор от компоненти за надеждна и безопасна работа:

механични индикатори за текущото положение на апарата и състоянието на пружината;
микропревключватели за индикатори за зареждане и блокиране на пружината;
спомагателни контакти на състоянието на устройството за свързване на вторични вериги;
клемен блок за свързване на вериги за управление и сигнализация;
механична (вградена брава)блокиране на операцията "включване";
механичен брояч на броя отработени цикли на включване/изключване;
стартови електромагнити за включване / изключване;
двигател за зареждане на пружината.

За оптимално използване на свободното пространство на кабината, дизайнът на превключвателя предвижда възможност за монтажа му както нагоре, така и надолу с колове. За по-гъвкава конфигурация на прекъсвача някои от елементите (мотор-редуктор на пружинно зареждане, стартови соленоиди и др.) се прехвърлят в категорията на опциите и се доставят при поискване.

В заключение бих искал да отговоря на въпроса, който често чуваме от клиенти и колеги: „По каква причина ПО Елтехника, добре познат производител на клетки в България, се стреми да заеме позицията на апаратостроител на пазара на електроенергия днес?“.

Всичко е много просто. При проектирането на оборудване за разпределителни мрежи средно напрежение, на чийто пазар работи нашата компания, ключът е "сърцето" на клетката, тоест комутационното устройство. Нашата компания вижда перспективата за своето развитие в насочването на основните усилия и инвестиции към създаването на тези интелектуални, наукоемки продукти. Въз основа на експлоатационния опит съчетайте изследователска работа, инженерна мисъл и съвременни технологии.