1.Сучасні високовольтні вимикачі
1.1.Сучасні вакуумні вимикачі та їх обслуговування
В даний час на клас напруги 6 – 10 кВ випускаються, в основному, вакуумные выключатели (ВВ), широке застосування яких викликано їх помірною вартістю і високими експлуатаційними якостями, насамперед, – великий комутаційної і механічною зносостійкістю, високою надійністю і низькими експлуатаційними витратами.
Зараз до вакуумним вимикачів масового застосування пред’являється вимога можливості роботи без ремонту протягом усього терміну служби (25 років). Мета статті – ознайомити читачів з питаннями створення і обслуговування таких вимикачів.
Конструкції сучасних ВВ повинні виключати необхідність проведення позачергових, поточних і середніх ремонтів і більшості періодичних планових перевірок стану ВВ, характерних для інших типів вимикачів. Для цих цілей найбільше підходять конструкції з електромагнітними приводами. Застосування пружинних приводів менш доцільно через складність їх конструкції і меншій надійності в роботі, що підтверджується багаторічним досвідом їх експлуатації. Вони вимагають також більш кваліфікованого і частого обслуговування.
Перевагою пружинних приводів є невелике споживання струму і здатність здійснювати оперативне включення при ручному взведенні пружин, яке може бути використане для включення вступного вимикача на знеструмленій підстанції. Однак конструкції електромагнітних приводів, що мають можливість працювати також від низьковольтних (12 – 24 В) джерел живлення, позбавляють пружинні приводи цієї переваги.
При створенні ВВ нового покоління питання їх ремонтопридатності відступають на другий план в тих випадках, коли їх реалізація знижує інші більш важливі якості вимикачів. Так, наприклад, відкрита установка вакуумних дугогасильних камер (ВДК), застосовувана рядом фірм, зручна для їх заміни в експлуатації, проте вона не захищає ВДК від механічних ударів і впливу дуги струму КЗ, які можуть призвести до їх пошкодження.
З метою зручності обслуговування приводів, на які раніше припадав основний обсяг ремонтних і профілактичних робіт, вони встановлювалися на деякій відстані від високовольтних полюсів у бік зони обслуговування. При цьому розробники були змушені використовувати для їх з’єднання не найпростіші кінематичні схеми, що знижувало надійність вимикачів.
Безпосереднє з’єднання силового елемента приводу з рухомими контактами ВДК через тяговий ізолятор знижує ремонтопридатність ВВ, але істотно збільшує надійність роботи. Тому при розробці ВВ на перший план виступає питання забезпечення їх довгострокової надійної роботи за рахунок застосування простої конструкції приводу з ефективної кінематичною схемою.
Проте як би не була надійна конструкція ВВ, необхідно рахуватися з можливими випадками відмови їх у роботі та пошкодженнями вузлів і деталей, у тому числі ВДК.
При існуючій формі обслуговування обладнання споживачі не можуть беззастережно погодитися з недостатньою ремонтопридатності ВВ. Цього можна досягти організацією нової форми обслуговування, при якій виробник протягом тривалого гарантійного терміну відновлює працездатність ВР, який відмовив у роботі з його вини, а при його закінчення виконує сервісні роботи за домовленістю із споживачем.
Нова форма обслуговування значно знижує експлуатаційні витрати, виключає необхідність придбання запасних частин, спеціального інструменту та пристроїв, а також підготовки споживачем кваліфікованого ремонтного персоналу. Вигода виробника полягає в підвищенні конкурентоспроможності своєї продукції, що має істотне значення в нових економічних умовах.
При всій привабливості цієї форми обслуговування вона виправдана тільки за умови високої надійності роботи ВВ, відсутності необхідності проведення позачергових та планових ремонтів, великого гарантійного строку експлуатації та своєчасного виконання виробником своїх гарантійних зобов’язань.
Надійність роботи, терміни позачергових і планових ремонтів визначаються конструкцією ВВ, якістю їх виготовлення, комутаційної і механічною зносостійкістю.
Комутаційна зносостійкість сучасних ВДК становить 20 – 50 тис. циклів “ВО” номінального струму і 50 -150 циклів “ВО” номінального струму відключення. За таких значеннях зносостійкості ВДК і відповідної механічної зносостійкості ВВ очевидно, що їх ресурс не може бути вичерпаний протягом 25 років. Отже, протягом цього терміну відпадає необхідність у позачергових ремонтах ВВ, встановлених на приєднаннях з нормальним числом комутацій. У ланцюгах з частими комутаціями повинні застосовуватися ВВ спеціального виконання, комутаційна зносостійкість яких за ГОСТ 18397 повинна становити не менше 120 тис. циклів “ВО” номінального струму.
Необхідність у періодичних планових ремонтах має місце у вимикачів, технічні характеристики яких можуть змінюватися з плином часу, наприклад, через висихання мастила, забруднення ізоляції, корозії і зносу деталей, розрегулювання вузлів та інших подібних причин. Для них питання ремонтопридатності залишається актуальним. Однак конструкції сучасних ВВ дозволяють експлуатувати їх без проведення таких ремонтів. Прикладом цьому є конструкція вимикача BB/TEL-10-20/1000 У2 (патент РФ № 202063) виробництва підприємства “Таврида Електрик”, розріз полюса якого представлений на малюнку.
До складу полюса входять: ВДК 2 з нерухомим 1 і рухомим 3 контактами і сільфоном 4, гнучкий токос’ем 5, тяговий ізолятор 6 і електромагнітний привід. Він складається з електромагніта 9, кришки 7, якоря 13, котушки 12, пружин відключення 11 і поджатия 10, тяги 8 пристрою ручного відключення і межполюсного валу 14. Корпуси полюсів виготовлені з прозорого механічно міцного і дугостійкості полімерного матеріалу.
Відмінною особливістю вимикача BB / TEL є пофазний електромагнітний привід з магнітною засувкою для утримання ВВ у включеному положенні після переривання струму в котушці електромагніта. Для включення і відключення ВВ використовується одна і та ж котушка 12, що створює при включенні магнітний потік, під дією якого якір рухається вгору до упору і залишається у включеному положенні за рахунок залишкової індукції електромагніта. Разом з якорем 13 уздовж однієї осі рухаються пружина поджатия 10, тяговий ізолятор 6 і рухливий контакт 3, Після замикання контактів пружина стискається на 2 мм, створюючи необхідний контактне натискання.
Відключення відбувається шляхом подачі на котушку 12 напруги протилежної полярності, яке розмагнічує магнітну систему, після чого якір під дією пружин відключення і поджатия переміщується вниз. Рухомі частини ВВ утримуються у відключеному положенні зусиллям відключає пружини.
Виключно проста кінематична схема, невелике число деталей, незначне тертя рухомих частин, здатних працювати без змащення, і заміна механічної клямки на магнітну забезпечують ВВ велику механічну стійкість і надійність протягом всього терміну служби без проведення ремонтних робіт.
Фактична механічний ресурс вимикача BB / TEL визначається ресурсом сильфона 4, що становить не менше 100 тис. операцій “ВО”. Ресурс з комутаційної стійкості BB / TEL становить 50 тис. операцій “ВО” струму 1000 А, 100 операцій “ВО” або 150 операцій “О” струму 20 кА.
Вимикачів BB / TEL не потрібно проводити в експлуатації перевірки і регулювання, характерні для інших типів вимикачів. До них відносяться: перевірки швидкісних характеристик, різночасності замикання і розмикання контактів, ходу контактів, стану ізоляції, працездатності при нижньому і верхньому межі напруги живлення, регулювання моменту спрацьовування допоміжних блок-контактів, перевірка і підтяжка різьбових з’єднань, перевірка і регулювання буферного пристрою, різних зазорів, відстаней і положень засувок, що забезпечують працездатність вимикачів, та ін
Підставою для відмови від виконання цих робіт служить наступне.
При невеликому терті і ході контактів (6 мм) їх швидкість визначається тільки параметрами котушки електромагніту і пружин відключення і поджатия, які стабільні протягом всього терміну служби. Враховуючи також велику швидкодію вимикача BB / TEL (власні часи включення і відключення не більше 50 і 10 мс відповідно), що створює великий запас між фактичними і граничними значеннями швидкостей включення і відключення, а також різночасності замикання і розмикання контактів, контролювати ці характеристики не потрібно.
Хід і величина поджатия контактів встановлюються на заводі так, що в експлуатації вони можуть змінюватися тільки за рахунок зносу контактів, який після скоєння 50 тис. операцій відключення номінального струму не перевищує 1 мм, що відповідає нормі.
Момент спрацьовування блок-контакту в ланцюзі управління включенням має велике значення для роботи більшості вимикачів. Так, при передчасному його розмиканні вимикач може не включитися, а при установці пізнього моменту розмикання може відбутися відмова в його спрацьовуванні з пошкодженням котушки електромагніта і контактів реле вторинних ланцюгів. У вимикачах BB / TEL цей блок-контакт бере участь в управлінні тільки в перший момент (необхідно його замкнутий стан), так як подальший процес відбувається під дією блоку управління (БУ), який формує керуючий імпульс тривалістю 60 – 80 мс при часу включення не більше 50 мс. Це дозволяє в заводських умовах встановлювати момент розмикання блок-контакту оптимальним для надійного спрацьовування, яке не потрібно контролювати в експлуатації.
Для включення використовується енергія попередньо заряджених малогабаритних конденсаторів, які встановлюються в БО. Застосування стабілізаторів напруги у схемі зарядки конденсаторів забезпечує працездатність ВВ при великих коливаннях напруги зовнішньої мережі. Так, при напрузі мережі змінного струму 220 В нижню межу допустимого напруги складає 80 В, а верхній – 300 В. Таким чином, ці джерела енергії гарантують роботу ВР у значно більшому діапазоні напруги живлення, ніж це потрібно за ГОСТ 687-78.
Зазначена схема живлення ВВ має ряд переваг перед звичайними схемами. Одне з них полягає в незалежності включає здібності ВВ від значного зниження напруги живлення під час включення ВВ на близьке КЗ. Це має важливе значення для експлуатації, оскільки знімає питання, характерний для інших типів вимикачів, про необхідність застосування індуктивних накопичувачів енергії в схемі живлення випрямленою струмом. Інше полягає в тому, що для зарядки конденсаторів потрібно невеликий струм, а при втраті оперативного напруги включення ВВ можна провести за допомогою стандартних елементів живлення, підключивши їх до низьковольтного входу БО (12 – 24 В). У цій частині вимикачі BB / TEL не поступаються вимикачів з пружинними приводами.
Вимикачі BB / TEL не має буферних пристроїв. Необхідність у них відсутня через слабкий маси рухливих частин у кожному полюсі і низьких значень швидкостей при комутаціях. У вимикачі відсутні засувки і вузли, які потрібно було б контролювати і регулювати в них які-небудь зазори або відстані. Великий ресурс по механічній стійкості виключає необхідність перевірки і підтяжки різьбових з’єднань.
Ізоляція вимикача має високу електричною міцністю, яка визначається властивостями полімерного матеріалу і підвищеної довжиною шляху витоку. Вона витримує в сухому стані відносно землі випробувальна напруга не менше 55 кВ і не менше 38 кВ в умовах випадання роси. Враховуючи також незначну загрязняемость полімерній ізоляції, вона не вимагає проведення профілактичних робіт в експлуатації.
Як видно з конструкції і перерахованих якостей вимикача BB / TEL їм не потрібні позачергові та планові ремонти. Тому підприємство гарантує експлуатацію вимикачів BB / TEL протягом 25 років без проведення ремонтних робіт, а їх технічний стан рекомендує перевіряти 1 раз на 5 років тільки шляхом вимірювання електричної міцності ВДК та електричного опору токоведущей ланцюга. Для виконання цих вимірювань розбирання вимикача не потрібно.
Запитання гарантійного обслуговування ВВ кожна фірма вирішує по-своєму, але загальною тенденцією є збільшення гарантійного терміну експлуатації до 3 – 5 років.
Підприємство “Таврида Електрик” не тільки збільшило з 01.01.02 гарантійний термін експлуатації вимикачів BB / TEL з 2 до 7 років, але і з моменту свого утворення стало організовувати в регіонах центри гарантійного обслуговування (ЦГО) для надання споживачам всебічної допомоги у впровадженні та експлуатації своєї продукції. Без організації подібних ЦГО неможливо реально здійснювати гарантійне обслуговування ВВ і своєчасно надавати споживачам допомогу у відновленні пошкоджених або відмовили в роботі ВВ.
ЦГО збирають відомості про досвід експлуатації обладнання і здійснюють зворотний зв’язок між виробником і споживачами для врахування їх інтересів у розробці нових і удосконаленні конструкції експлуатованих виробів. Вони своєчасно надають допомогу споживачам свого регіону при будь-якому порушенні нормальної роботи вимикачів BB / TEL, в тому числі з причин, не залежних від якості вимикачів. Фінансові питання вирішуються між сторонами після відновних робіт і аналізу причин відмови або пошкодження ВВ. У спірних випадках витрати з відновлення ВВ підприємство бере на себе.
При такій формі обслуговування питання ремонтопридатності ВВ для споживачів не є пріоритетним, а підприємству це дозволило зробити конструкцію вимикача BB / TEL максимально простою і надійною, що підтверджується позитивним досвідом експлуатації більше 35 тис. цих вимикачів. Витрати на окремі відновлювальні роботи настільки незначні, що в цьому випадку доречно говорити не про витрати, а про загальну економічну і технічної вигоді споживача і виробника.
Висновки
1. Конструкції сучасних вакуумних вимикачів масового застосування повинні забезпечувати їх експлуатацію без проведення ремонту протягом усього терміну служби (25 років).
2. Зобов’язання заводів-виготовлювачів з гарантійного обслуговування вакуумних вимикачів повинні бути тривалими (не менше 5 років) і реально здійсненними.
Рис 1.1