Руководство по выбору вакуумного выключателя: параметры и применения

I. Выбор вакуумных выключателей

Вакуумные выключатели следует выбирать на основе номинального тока и номинального тока короткого замыкания, используя фактическую мощность электрической сети в качестве ориентира. Необходимо избегать чрезмерно высоких коэффициентов безопасности. Слишком консервативный выбор не только приводит к экономически невыгодному "переразмериванию" (большой выключатель для малой нагрузки), но и влияет на способность выключателя прерывать малые индуктивные или емкостные токи, что может вызвать перенапряжения при обрыве тока.

Согласно соответствующей литературе, примерно 93,1% линий питания 10 кВ в эксплуатируемых электрических сетях Китая имеют номинальный ток 2000 А или менее. Поэтому при выборе номинального рабочего тока следует сосредоточиться на значениях 2000 А и ниже. Выбор максимального тока короткого замыкания должен следовать требованиям "Руководства по планированию и реконструкции городских сетей", избегая слепого стремления к чрезмерным запасам безопасности.

На данный момент на китайском рынке широко используются импортные выключатели таких брендов, как HVX от Schneider, VD4 от ABB и серия 3AE от Siemens. Отечественные бренды включают CV1 от Changshu Switchgear, RMVS1 от Shanglian и серию ZN172 от Baoguang. Разница в качестве между отечественными и импортными брендами теперь незначительна.

II. Вакуумные выключатели и их характеристики

Выключатель — это коммутационное устройство, оснащенное специальной камерой гашения дуги. Он может закрываться, проводить и прерывать токи в нормальных условиях цепи, а также закрываться, проводить и прерывать токи при аномальных условиях цепи (например, короткое замыкание) в течение заданных периодов времени. Он подходит для электрических сетей с частотой 50 Гц и уровнями напряжения 3,6 кВ и выше, используется для включения и выключения нагрузочных токов (обычно не более 4000 А), токов перегрузки и номинальных токов короткого замыкания (обычно не более 63 кА).

Он также может использоваться в специальных применениях для переключения длинных пустых линий передач, пустых трансформаторов, конденсаторных батарей и т.д., а также для проведения токов короткого замыкания (обычно не более 63 кА) в течение заданных периодов времени (1 с, 3 с, 4 с), а также для закрытия на ток короткого замыкания (обычно не более 160 кА). Механический ресурс выключателей обычно составляет 10 000 операций, с особыми моделями, достигающими 30 000 или 60 000 операций. При оснащении постоянным магнитным приводом он может достигать 100 000 операций. Согласно CB1984-2014, электрический ресурс выключателя составляет 274 операции.

Выключатели обычно имеют функцию автоматического повторного включения, что позволяет быстро восстановить питание после устранения неисправности, и обычно используются в критических применениях. Однако выключатели относительно дорогие (требуют соответствующей релейной или микропроцессорной защиты), и время прерывания тока при отказе составляет менее 80 мс (зависит от времени реакции релейной защиты, времени срабатывания выключателя и времени горения дуги). Скорость прерывания тока короткого замыкания выключателей медленнее, чем у сборок аппаратов, поэтому защищаемое оборудование должно иметь достаточную способность выдерживать короткие токи.

III. Основные применения выключателей

Выключатели主要用于工业和矿山企业、发电厂和变电站的电力系统的接收、控制和保护。典型的配置（以12kV为例）包括两个进线断路器和一个或多个出线断路器（见图）。进线断路器电流通常不超过4000A，短路开断电流通常不超过50kA。出线断路器的额定电流通常不超过1600A，短路开断电流通常不超过40kA。 IV. 断路器的选择标准

• 当控制超过630A的负载电流时，应使用断路器。

• 当在电源端保护容量大于1600kVA的变压器时，应使用断路器。

• 当保护容量大于1200kW的电机时，应使用断路器。

• 切换电容器组时应使用断路器。

• 保护发电机时应使用专用发电机断路器。

• 保护电力线路或关键设备时应使用断路器。

断路器的应用示例

V. 真空断路器操作中的注意事项

操作期间，真空断路器的维护应根据使用条件和操作频率来确定。对于操作不频繁的断路器（每年操作次数不超过机械寿命的1/5），在机械寿命期内每年进行一次例行检查就足够了。对于经常操作的断路器，两次检查之间的操作次数不应超过机械寿命的1/5。

当操作频率极高或机械/电气寿命接近结束时，应缩短检查间隔。检查和调整项目包括真空度、行程、触头行程、同步性、分合速度以及对操作机构主要部件、外部电气连接、绝缘和控制电源辅助触点的检查。

真空断路器操作中应注意以下问题：

(1) 过电压问题

真空断路器在切断小电流时，尤其是像变压器励磁电流这样的小感性电流时，由于显著的电流截断，常会产生高过电压。此外，在切断电容器组的容性电流时，难以避免电弧重燃；一旦发生重燃，会产生重燃过电压。因此，应安装高性能的金属氧化物避雷器或RC（电阻-电容）保护装置进行保护。

(2) 断口室真空完整性的监测

真空灭弧室内真空度通常保持在10⁻⁴到10⁻⁶帕之间。随着灭弧器老化和更多次的操作，或者由于外部影响，真空度会逐渐恶化。一旦降至临界阈值以下，其开断能力和绝缘强度将受到影响。因此，在运行过程中必须定期测试灭弧器内的真空度。

(3) 触头磨损监测

真空灭弧器的触头表面在多次电流中断后会逐渐磨损。随着触头磨损增加，触头行程增加，这反过来又增加了波纹管的工作行程，大大缩短了其使用寿命。通常，最大允许的电气磨损约为3毫米。当累计磨损达到或超过此值时，真空灭弧器的开断性能和导电性都会下降，表明其使用寿命结束。

VI. 结论

在选择真空断路器时，应充分考虑实际供电条件和负荷侧的实际负荷特性。正确合理地选择断路器对提高系统的安全可靠运行具有重要作用。

I. Выбор вакуумных выключателей

Вакуумные выключатели следует выбирать на основе номинального тока и номинального тока короткого замыкания, используя фактическую мощность электрической сети в качестве ориентира. Необходимо избегать чрезмерно высоких коэффициентов безопасности. Слишком консервативный выбор не только приводит к экономически невыгодному "переразмериванию" (большой выключатель для малой нагрузки), но и влияет на способность выключателя прерывать малые индуктивные или емкостные токи, что может вызвать перенапряжения при обрыве тока.

Согласно соответствующей литературе, примерно 93,1% линий питания 10 кВ в эксплуатируемых электрических сетях Китая имеют номинальный ток 2000 А или менее. Поэтому при выборе номинального рабочего тока следует сосредоточиться на значениях 2000 А и ниже. Выбор максимального тока короткого замыкания должен следовать требованиям "Руководства по планированию и реконструкции городских сетей", избегая слепого стремления к чрезмерным запасам безопасности.

На данный момент на китайском рынке широко используются импортные выключатели таких брендов, как HVX от Schneider, VD4 от ABB и серия 3AE от Siemens. Отечественные бренды включают CV1 от Changshu Switchgear, RMVS1 от Shanglian и серия ZN172 от Baoguang. Разница в качестве между отечественными и импортными брендами теперь незначительна.

II. Вакуумные выключатели и их характеристики

Выключатель — это коммутационное устройство, оснащенное специальной камерой гашения дуги. Он может закрываться, проводить и прерывать токи в нормальных условиях цепи, а также закрываться, проводить и прерывать токи при аномальных условиях цепи (например, короткое замыкание) в течение заданных периодов времени. Он подходит для электрических сетей с частотой 50 Гц и уровнями напряжения 3,6 кВ и выше, используется для включения и выключения нагрузочных токов (обычно не более 4000 А), токов перегрузки и номинальных токов короткого замыкания (обычно не более 63 кА).

Он также может использоваться в специальных применениях для переключения длинных пустых линий передач, пустых трансформаторов, конденсаторных батарей и т.д., а также для проведения токов короткого замыкания (обычно не более 63 кА) в течение заданных периодов времени (1 с, 3 с, 4 с), а также для закрытия на ток короткого замыкания (обычно не более 160 кА). Механический ресурс выключателей обычно составляет 10 000 операций, с особыми моделями, достигающими 30 000 или 60 000 операций. При оснащении постоянным магнитным приводом он может достигать 100 000 операций. Согласно CB1984-2014, электрический ресурс выключателя составляет 274 операции.

Выключатели обычно имеют функцию автоматического повторного включения, что позволяет быстро восстановить питание после устранения неисправности, и обычно используются в критических применениях. Однако выключатели относительно дорогие (требуют соответствующей релейной или микропроцессорной защиты), и время прерывания тока при отказе составляет менее 80 мс (зависит от времени реакции релейной защиты, времени срабатывания выключателя и времени горения дуги). Скорость прерывания тока короткого замыкания выключателей медленнее, чем у сборок аппаратов, поэтому защищаемое оборудование должно иметь достаточную способность выдерживать короткие токи.

III. Основные применения выключателей

Выключатели широко используются в промышленных и горнодобывающих предприятиях, на электростанциях и подстанциях для приема, управления и защиты энергосистем. Типичная конфигурация (например, для 12 кВ) включает два входных выключателя и один или несколько выходных выключателей (см. диаграмму). Ток входных выключателей обычно не превышает 4000 А, а ток разрыва короткого замыкания обычно не превышает 50 кА. Номинальный ток выходных выключателей обычно не превышает 1600 А, а ток разрыва короткого замыкания обычно не превышает 40 кА.

IV. Критерии выбора выключателей

• Используйте выключатель, если контролируемый ток нагрузки превышает 630 А.

• Используйте выключатель, если защищаемый трансформатор имеет мощность более 1600 кВА на стороне питания.

• Используйте выключатель, если защищаемый двигатель имеет мощность более 1200 кВт.

• Используйте выключатель для переключения конденсаторных батарей.

• Используйте специальный генераторный выключатель для защиты генераторов.

• Используйте выключатель для защиты линий электропередачи или важного оборудования.

Примеры применения выключателей

V. Предостережения при эксплуатации вакуумных выключателей

При эксплуатации обслуживание вакуумных выключателей следует определять на основе условий использования и частоты операций. Для выключателей с редкими операциями (годовые операции не превышают 1/5 механического ресурса) достаточно одного планового осмотра в год в течение периода механического ресурса. Для часто используемых выключателей количество операций между осмотрами не должно превышать 1/5 механического ресурса.

При очень высокой частоте операций или приближении к концу механического или электрического ресурса интервалы между осмотрами должны быть сокращены. Проверка и регулировка включают уровень вакуума, ход, ход контактов, синхронизацию, скорость открытия и закрытия, а также проверку основных компонентов привода, внешних электрических соединений, изоляции и вспомогательных контактов источника питания управления.

При эксплуатации вакуумных выключателей следует обратить внимание на следующие вопросы:

(1) Проблемы с перенапряжением

Вакуумные выключатели часто генерируют высокие перенапряжения при прерывании малых токов, особенно малых индуктивных токов, таких как ток намагничивания трансформатора, из-за значительного обрыва тока. Кроме того, при прерывании емкостных токов конденсаторных батарей трудно избежать повторного возгорания дуги; если это происходит, оно может вызвать перенапряжение при повторном возгорании. Поэтому следует установить высокоэффективные металлооксидные ограничители перенапряжения или устройства защиты RC (резистор-конденсатор) для защиты.

(2) Мониторинг герметичности вакуума в камере прерывания

Уровень вакуума внутри вакуумной камеры прерывания обычно поддерживается в диапазоне от 10⁻⁴ до 10⁻⁶ Па. По мере старения камеры прерывания и увеличения количества операций переключения, а также под воздействием внешних факторов, уровень вакуума постепенно ухудшается. Когда он падает ниже критического порога, способность прерывания и диэлектрическая прочность нарушаются. Поэтому во время эксплуатации необходимо регулярно проверять уровень вакуума внутри камеры прерывания.

(3) Мониторинг износа контактов

Поверхности контактов вакуумной камеры прерывания постепенно изнашиваются после множественных операций прерывания тока. С увеличением износа контактов увеличивается ход контактов, что, в свою очередь, увеличивает рабочий ход гофрированной трубки, значительно снижая ее срок службы. Обычно максимальный допустимый электрический износ составляет около 3 мм. Когда суммарный износ достигает или превышает это значение, ухудшаются как способность прерывания, так и проводимость вакуумной камеры прерывания, что указывает на окончание срока ее службы.

VI. Заключение

При выборе вакуумных выключателей следует учитывать фактические условия питания и реальные характеристики нагрузки на стороне нагрузки. Правильный и рациональный выбор выключателей играет важную роль в повышении безопасной и надежной работы системы.