В поисках решения для использования наилучшей среды при осуществлении гашения дуги, которая возникает между контактами коммутационных устройств, энергетики в 70-х годах прошлого столетия пришли к парадоксальному выводу — почему бы вообще не избавиться от дуги вместо совершенствования среды для ее гашения? Научные изыскания в этой области быстро перешли в стадию производства. Вакуумные выключатели оказались конструктивно проще и надежнее своих собратьев. И все это при том, что некоторые характеристики вакуумных выключателей значительно превосходят иные типы аппаратов.
Устройство самой простой ВДК представляет собой цилиндр, выполненный из керамики и закрытый металлическими фланцами с торцов. Торцевой неподвижный контакт соединяется с одним их фланцев, а подвижный контакт соединяется посредством сифона с другим фланцем. В момент расхождения контактов проводящей средой для дуги является мост из металла, который испаряется с поверхности контактов. Дуга продолжает гореть до момента первого перехода тока через ноль. В этот момент дуга гаснет. Невысокая плотность паров в вакууме обеспечивает очень высокую скорость диффузии зарядов угасшей дуги. Через 10 мск после преодоление током нуля, между контактами происходит восстановление прочности вакуума, которая доходит 100 МВт/м. Так, аппарат при всей своей кажущейся простоте превосходно работает при больших скоростях восстановления напряжения и с большим успехом применяется при отключении нагрузки емкостного типа.
Первые образцы вакуумных выключателей стали появляться еще в конце 70-х годах прошлого века. Однако некоторые недостатки конструкции сильно замедлили внедрение этих аппаратов. Дело в том что состав, из которого были сделаны контакты вакуумных камер не давал конденсации плазмы паров металла в камере устройства с надлежащей скоростью, и была большая вероятность того, что дуга будет зажжена повторно с присущей эскалацией напряжения при отключении заторможенных или неразвернутых электрических двигателей. После появления современных ограничителей перенапряжений нелинейного типа эта проблема была снята. Но, ситуация, конечно же, породила недоверие к инновационной разработке со стороны техников, являющихся весьма консервативной публикой.
Другой причиной неприятия эксплуатационщиков стали перенапряжения, которые были вызваны большим срезом тока в первых партиях вакуумных аппаратов при отключении нагрузки индукционного типа. В этих моделях выключателей для изготовления контактов использовался вольфрам. Преимущество этого металла в виде тугоплавкости, а также малая истираемость изготовленных из него контактов нивелировались большим контактным сопротивлением и резким спаданием плотности паров металла при приближении тока к нулю. Появлялся срез тока и возникало перенапряжение на индуктивную нагрузку. Ситуация была разрешена с помощью применения сплавов на медной основе, легированной различными добавками, а именно, хромом. В настоящее время кратность перенапряжения, которое вызывается при коммутации вакуумными аппаратами не больше кратности других моделей выключателей.
Уже давно решена проблема перенапряжений, но за ней еще очень долго тянулся шлейф, который был вызван и консерватизмом электротехники, и подогреваемый искусственным образом производителями элегазовых устройств, которые начали атаку на рынок примерно в то же самое время, что и «вакуумщики». На протяжении долгого времени производители вакуумных аппаратов были в положении стороны, занявшей оборонительные позиции. Хотя, это время давно уже ушло, и вакуумные аппараты правят на напряжениях 6-10 кВ безраздельно, а в последние несколько лет и сегмент 35 кВ был ими «прибран к рукам». Теперь дискуссия переместилась в сферу генераторных выключателей. Причем сторонники использования элегазовых генераторных систем вновь апеллируют к получению возможности перенапряжений при коммутации цепи генератора вакуумными аппаратами.
Ограничение по мощности отключения для современных ВДК ограничивает применение вакуумных аппаратов на генераторном напряжении. В настоящее время технически вполне оправдано создание выключателя 10 кВ на номинальный ток отключения до 63 кА и номинальный ток 4000-5000 А. Фактически, такой выключатель уже разработан и производится на «Нижнетуринском электроаппаратном заводе», который входит в холдинг «Высоковольтный союз». Этот выключатель прошел испытания по ГОСТ 687-78 и осуществляются его поставки заказчикам в качестве нового генераторного или вводного выключателя, а также, как замену выработавших свой ресурс генераторных выключателей МГГ-10 маломасляного типа.
Одним из главных параметров, который влияет на обеспечение надежности отключения вакуумным выключателем, является первичная скорость восстановления электропрочности в междуконтактном промежутке ВДК после гашения дуги промышленной частоты. Компания Siemens — производитель ВДК, которые применяются в выключателях ВГГ-10, гарантирует не менее 4,8 кВ/мкс. При подобных величинах повторных зажиганий дуги, не будет и эскалации напряжения. Кроме того, не следует забывать и об использовании нелинейных ограничителей. Допустимый уровень в цепи генератора должен определяться испытательным напряжением, которое регулируется по ГОСТ 1516.1 и составляет 4,5 Uф. При этом ОПН ограничивает коэффициент допустимого перенапряжения в пределах 2,5-3,4. Установка у блочного трансформатора конденсаторов производит снижение величины перенапряжений и фактически ограничивает скорость возврата напряжения на контактах ВДК к исходным значениям, что обеспечивает качественное гашение дуги аппаратом.
Получается, нет каких-либо предпосылок «обвинять» вакуумные аппараты в неспособности коммутировать генераторные цепи с должным уровнем надежности. Предложения прежде провести исследования, и лишь затем пустить вакуумные генераторные выключатели в эксплуатацию, представляются также некорректными. Новейшие вакуумные генераторные аппараты не уступают по своим характеристикам элегазовым устройствам, а по ряду характеристик и несколько превосходят их. Кроме того, если стоимость выключателя в соотношении с ценой генератора не играет важной роли, то увеличенный коммутационный ресурс, как под нагрузкой, так и механический, является серьезным аргументом за применение вакуумных выключателей, особенным образом в цепях энергоблоков ГАЭС и ГЭС.
Метки: вакуумные выключатели, ВДК, ГАЭС, ГЭС, перенапряжение, элегазовые устройства, электричество
