1. Общие сведения

Основным аппаратом, от работы которого в большинстве случаев зависят бесперебойность и надежность электроснабжения потребителей из всего оборудования, применяемого на любой подстанции, является выключатель. Он служит для включения и отключения токов любых режимов: номинальных, токов короткого замыкания (КЗ), токов холостого хода (хх) силовых трансформаторов, токов холостых линий и кабелей. Характерной особенностью этого аппарата является наличие дугогасительного устройства (ДУ), которое обеспечивает гашение дуги, возникающей в цепи высокого напряжения при ее размыкании.

Выключатель высокого напряжения является основным коммутационным аппаратом в электрических установках. Он служит для отключения и включения цепи в разных режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание.

К выключателям высокого напряжения предъявляют следующие требования:

- надежное отключение расчетных токов и токов короткого замыкания;

- быстрота действия, т.е. наименьшее время отключения;

- пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения;

- возможность пофазного управления для выключателей 110 кВ и выше;

- легкость ревизии и осмотра контактов;

- взрыво- и пожаробезопасность;

- удобство транспортировки и эксплуатации.

Основной принцип работы каждого выключателя является наличие дугогасительной камеры с токонепроводящей средой, в которой происходит гашение электрической дуги высокого напряжения в момент размыкания электрической сети и расхождения токопроводящих элементов выключателя.

Теоретически и практически доказано, что самый простой способ гашения электрической дуги - в вакуумных выключателях, так как в вакуумных камерах практически отсутствует среда, проводящая электрический ток. В этих выключателях контакты расходятся под вакуумом (давление равно 10-4 Па). Возникающая при расхождении контактов дуга быстро гаснет благодаря интенсивной диффузии зарядов в вакууме.

Поскольку разрежённый газ (10^?6 …10^?8 Н/смІ) обладает электрической прочностью, в десятки раз превышающей прочность газа при атмосферном давлении, то это свойство широко используется в высоковольтных выключателях: в них при размыкании контактов в вакууме сразу же после первого прохождения тока в дуге через ноль изоляция восстанавливается, и дуга вновь не загорается.

В момент размыкания контактов в вакуумном промежутке коммутируемый ток инициирует возникновение электрического разряда -- вакуумной дуги, существование которой поддерживается за счет металла, испаряющегося с поверхности контактов в вакуумный промежуток. Плазма, образованная ионизированными парами металла, проводит электрический ток, поэтому ток протекает между контактами до момента его перехода через ноль. В момент перехода тока через ноль дуга гаснет, а оставшиеся пары металла мгновенно (за 7--10 микросекунд) конденсируются на поверхности контактов и других деталей дугогасящей камеры, восстанавливая электрическую прочность вакуумного промежутка. В то же время на разведенных контактах восстанавливается приложенное к ним напряжение (см. иллюстрацию процесса отключения).

В эксплуатации вакуумный выключатель также более прост, чем маломасляный и электромагнитный. Прекрасные дугогасящие свойства глубокого вакуума позволили создать выключатели на напряжение 10 кВ, которые благодаря своим преимуществам вытесняют маломасляные и электромагнитные выключатели. В вакуумных дугогасительных камерах реализуется два очень важных свойства вакуумных промежутков: высокая электрическая прочность (выше, чем у трансформаторного масла, не говоря о воздухе,) и высокая дугогасительная способность.

Вакуумные ДУ могут успешно отключать постоянный ток. При токе 1000 А и напряжении 10 кВ отключение происходит путем расхождения контактов в вакууме. При больших значениях тока постоянный ток с помощью конденсатора превращается в переменный и ДУ отключает его при первом прохождении через нуль. При двух последовательно соединенных ДУ отключался ток 5 к А при напряжении 60 кВ. Вспомогательный конденсатор имел емкость 3 мкФ.

Достоинства вакуумных выключателей: 1. Отсутствие необходимости в замене и пополнении дугогасящей среды и масляного хозяйства.

1. Высокая износостойкость при коммутации номинальных токов и токов КЗ.

2. Снижение эксплуатационных затрат, простота эксплуатации.

3. Быстрое восстановление электрической прочности.

4. Полная взрыво- и пожаробезопасность.

5. Повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам.

6. Произвольное рабочее положение вакуумной дугогасительной камеры (ВДК) в конструкции выключателя.

7. Широкий диапазон температур окружающей среды, в котором может работать ВДК (от -70° до + 200° С).

8. Безшумность, чистота, удобство обслуживания, обусловленные малым выделением энергии в дуге и отсутствием внешних эффектов при отключении токов КЗ.

9. Отсутствие загрязнения окружающей среды.

10. Высокое быстродействие, применение для работы в любых циклах АПВ.

11. Сравнительно малые массы и габариты, небольшие динамические на грузки на конструкцию при работе из-за относительно малой мощности привода.

12. Легкая замена ВДК.

К недостаткам можно отнести: 1. Возможные коммутационные перенапряжения при отключении малых индуктивных токов.

1. Трудности при создании и изготовлении, связанные с созданием контактных материалов, сложностью вакуумного производства, склонностью материалов контактов к сварке в условиях вакуума.

2. Большие вложения, необходимые для осуществления технологии производства, и поэтому большая стоимость.