Журнал «Электротехнический рынок» №4 (76) Июль-Август 2017

СТАТЬИ И ОБЗОРЫ ОБОРУДОВАНИЯ
Силовые генераторные цепи, в отличие от распределительных
сетей, имеют ряд отличий: подключение генератора
к повышающему трансформатору выполняется сравнительно
короткими шинами с высокой электропроводностью,
имеющими большое поперечное сечение, чтобы свести к минимуму
потери мощности. В результате их омическое сопротивление
и емкость между фазой и землей намного ниже, чем
в распределительных сетях с разветвленными кабельными
системами. Таким образом, силовую цепь генератора следует
считать преимущественно индуктивной, с присущими ей
переходными процессами восстанавливающегося напряжения,
обусловленными коммутацией индуктивных токов.
Еще одной отличительной характеристикой является то,
что генераторы обладают ограниченной инерционностью
вращения, т.к. в режиме короткого замыкания испытывают
торможение. В этом случае среднеквадратичное значение
переменной составляющей тока является не постоянной,
а затухающей величиной. В результате накладывание быстрозатухающей
переменной составляющей на затухающую
постоянную формирует длительный период спада потенциала,
в течение которого фактический ток короткого
замыкания не проходит через нуль.
В силу этих особенностей, для генераторных цепей требуются
специальные силовые генераторные выключатели, а
сами цепи испытываются в соответствии с IEC 62271-37.013/
ANSI/IEEE (ГОСТ 14693-90 и ГОСТ 1516.3-96). Традиционно
силовые генераторные выключатели представляли собой
очень мощные устройства на базе технологии размыкания
в вакууме или в среде элегаза.
На протяжении последних 35 лет, благодаря непрерывному
развитию, в особенности конструкций контактных систем
и контактных материалов, эффективность отключения токов
короткого замыкания вакуумными выключателями заметно
увеличилась. Эти совершенствования позволяют применить
технологию вакуумного размыкания к силовым генераторным
выключателям.
ВЫВОДЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В России вакуумные выключатели были приняты в эксплуатацию
в восьмидесятые годы XX века. Плохое качество контактов
оборудования некоторых российских производителей
приводило к высокой вероятности повторного зажигания
дуги. Коммутационные перенапряжения в них могли достичь
6–7 кратного фазного перенапряжения. Это вызвало недоверие
среди российских заказчиков и привело к доминированию
элегазовых выключателей.
В то же время на Западе производители добились значительных
успехов в технологиях вакуумных выключателей.
В настоящее время в производство внедрены выключатели
по номинальному напряжению до 84 кВ и токов отключения
до 100 кА. Существуют лабораторные образцы на напряжение
145 кВ
Основные достижения в области вакуумных выключателей
связаны с использованием в контактной паре современных
сплавов CuCr, CuTeSi, CuBi, AgW и AgWC. Кроме специальных
материалов большую роль играет сама структура контактной
системы. При токах до 40кА используется (RMF — радиального
магнитного поля), для токов отключения до 100 кА
(AMF — осевого магнитного поля).
Применение данных материалов и специальной структуры
контактов по ряду параметров: отключающей способности и
восстановлению диэлектрической прочности между контактами;
устойчивости к эрозии; току среза при переходе через
ноль и переходному сопротивлению контактов в течение срока
службы на порядок превосходят другие контактные материалы.
Действие вакуумных выключателей основано на наиболее
экономичном и надежном вакуумном принципе гашения дуги,
который превосходит все имеющиеся на сегодняшний день.
Вакуумные камеры, разработанные для выключателей
цепи генератора (GCB), могут соответствовать требованиям
50 и 60 Гц, исходя из представленных результатов
моделирования и нескольких испытаний отипования, которые
выполняются на одном и том же вакуумном прерывателе
при 50 или при 60 Гц и в соответствии с IEC 62271-37.013.
Эффективность отключения короткого замыкания генераторных
выключателей, а также высоковольтные испытания
получили подтверждение в результате испытаний в лаборатории
высокой мощности КЕМА (Голландия).
Основные преимущества вакуумных генераторных
выключателей, заключающиеся в используемых
материалах и технологии изготовления:
Постоянство диэлектрических свойств
• Герметично закрытые вакуумные камеры нечувствительны
к воздействиям окружающей среды.
• Коммутационные процессы в вакууме не создают токсичных
и агрессивных продуктов распада.
Постоянное сопротивление контакта
• Контактирующие поверхности остаются чисто металлическими,
так как в вакууме отсутствуют процессы окисления.
• Контактное сопротивление остается неизменным в течение
всего срока службы.
• Рассеяние дуги снижает плотность выделяемой энергии и
значительно уменьшает эрозию контактов.
• Нет никакой разницы между основным и дугогасительным
контактами (как это имеет место в выключателях с изолятором
SF 6 ).
Экономические преимущества и высокая надежность
• Вакуумные выключатели не требуют технического обслуживания
до 10 000 операций срабатывания при номинальном
токе.
• Вакуумные прерыватели не нуждаются в техобслуживании
в течение всего периода эксплуатации «Герметичны
на весь срок службы».
• Меньше движущихся частей в дугогасительной камере.
• Среднее время наработки на отказ (MTTF) вакуумных выключателей
составляет 51,300 лет.
• Среднее время безотказной работы (MTBF) выключателей
серии 3AH составляет 12,624 лет.
ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
[1] ANSI/IEEE C 37.013-1997, «IEEE Standard for AC High-Voltage
Generator Circuit breakers Rated on a Symmetrical Current Basis»,
The Institute of Electrical and Electronics Engineers – Inc., 345 East
47th Street, New York, NY 10017-2394, USA, 1997.
[2] D. Braun, G. Kо .. ppl, «Transient Recovery Voltages during the
switching under Out-of-Phase conditions», Proceedings of the 5th
International Conference on Power System Transients, New Orleans,
Sept. 28 – Oct. 2, 2003, Paper No. 4b-3, 2003.
[3] M. B. Schulman, «Separation of spiral Contact and the Motion
of Vacuum Arcs at High AC Currents», IEEE Transaction in Plasma
Science, Vol.21, pp. 484–488, 1993.
[4] Slade, P., Smith, R.K., «A comparison of short circuit performance
using transverse magnetic field and axial magnetic field contacts in
low frequency circuits with long arcing times», Proceedings of the
21th Int. Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum
(Yalta), IEEE, pp. 337–341, October 2004.
[5] H. Fink, D. Gentsch, M. Heimbach, G. Pilsinger, W. Shang, «New
Developments of Vacuum Interrupters Based on RMF and AMF
Technologies», 18th Int. Symp. on Discharges and Electrical Insulation
in Vacuum on High Voltage Engineering (ISDEIV), Eindhoven, pp.
463–466, 1998.
[6] R. K. Smith, R. W. Long, D. L. Burmingham, «Vacuum Interrupters
For Generator Circuit Breakers they’re not just for Distribution Circuits
Breakers Anymore», 17th Int. Conference. on Electricity Distribution
(CIRED), Barcelona, pp. 1–7, 2003.
[7] B. Kulicke, H. H. Schramm, «Application of Vacuum Circuit
Breaker to clear Faults With Delayed Current Zeros», IEEE Transaction
on Power Delivery, Vol. 3, No. 4, pp.1714–1723, 1988.
Дмитрий КОРИСТАШЕВСКИЙ,
руководитель отдела развития
систем генераторных выключателей ООО «Сименс»
Сергей КОЛЫЧЕНКОВ,
специалист по работе с проектными
организациями ООО «Сименс»
www.market.elec.ru «ЭР» №4(76) 2017
43