Коммутационная техника для управления вакуумными процессами
Электротехника это отрасль науки и техники, связанная с применением электрических и магнитных явлений для преобразования энергии, получения и изменения химического состава веществ, производства и обработки материалов, передачи информации, охватывающая вопросы получения, передачи, преобразования и использования электрической энергии» . «Электротехническая промышленность — отрасль промышленности, производящая продукцию для производства, передачи и потребления электрической энергии. Электротехническая промышленность выпускает силовое электротехническое оборудование» .
Исходя из этих определений, можно заключить, что понятие электротехника шире, чем понятие электротехническая промышленность. Области науки и техники, которые относятся к электротехнике непосредственно, связаны, кроме электротехнической промышленности, с химической и металлургической промышленностью, электроникой и радиоэлектроникой, электротехническими установками, использующими электромагнитные явления, относящимися к установкам для электронной промышленности и к научному оборудованию. С другой стороны, получение, передача и использование электрической энергии непосредственно связано с энергетикой.
Вакуумная техника используется преимущественно в таких разделах электротехники как электрические аппараты высокого напряжения, электротехническое оборудование специального назначения (термоядерные установки, ускорители), электротехнология: электрооборудование транспорта, светотехника и инфракрасная техника. В электротехнологию включают вакуумную металлургию, вакуумное напыление, вакуумные электропечи, электросварочное оборудование, вакуумную пайку. В аппаратах высокого напряжения используются вакуумные выключатели, вакуумные дугогасительные камеры, вакуумные коммутационные устройства. В электротехнической промышленности вакуумная техника находит применение в сушильных и пропиточных установках для производства трансформаторов, конденсаторов, кабелей.
Большую роль в коммутационной технике играет вакуумное коммутационное оборудование .
Динамика развития коммутационной техники в последние годы в первую очередь определяется активным освоением производства вакуумных и электрогазовых выключателей, а также дугогасительных устройств, где дугогасительной средой также является, как правило, вакуум или элегаз. Это определяется несколькими причинами. Во-первых, потенциальными возможностями развития и совершенствования этого типа оборудования. Совершенствование контактной дугогасительной системы в вакуумных выключателях путем применения продольного магнитного поля позволяет преодолеть предел отключающей способности в 31,5-40 кА, наметившийся для дугогасительных систем с поперечным магнитным полем, и довести его до 100 кА и выше, практически сняв вопрос о пределе коммутационной способности по току. Во-вторых, герметичная конструкция устройства вакуумного выключателя существенно уменьшает требования к обслуживанию. Этому способствует также и то, что вакуум практически не ухудшает своих дугогасительных и электроизоляционных свойств в процессе эксплуатации после многократных отключений тока.
Вследствие малого падения напряжения на дуге, и следовательно, малого выделения энергии, а также вследствие химической инертности этих дугогасительных средств, контактная система подвергается малой эрозии, что способствует увеличению ресурса таких аппаратов. Дугогасительные устройства содержат относительно небольшое число деталей, в том числе подвижных, что способствует созданию аппаратов с повышенной степенью надежности.
Дугогасительные устройства вакуумных выключателей имеют простую конструкцию — это два контакта, расходящиеся при отключении тока на небольшое (10 мм) расстояние.
В работе описаны основные физические принципы при коммутации тока вакуумными выключателями, выделены проблемы, связанные с неустойчивостью дуги при отключении малых токов, многократными пробоями при малых расстояниях между контактами и основными конструкционными принципами дугогасительных устройств. Проведен анализ характеристик вакуумных выключателей в различных режимах коммутации.
Преимуществом вакуумных выключателей являются более высокие коммутационный и механический ресурсы . При отключении токов короткого замыкания они превосходят элегазовые выключатели в несколько раз из-за существенно меньшей эрозии контактов, особенно при работе в продольном магнитном поле. Отсутствие трущихся частей и малый ход контактов позволяют делать дугогасительные камеры с большим в несколько раз механическим ресурсом, который в основном ограничивается усталостными характеристиками сильфонов. При малых ходах, порядка нескольких миллиметров, механический ресурс может быть повышен до сотен тысяч и миллионов операций.
На мировом рынке основные типы выключателей на напряжение выше 6 кВ являются вакуумными или элегазовыми. В Японии, например, вакуумные выключатели составляют более половины выпуска всех выключателей.
Фирма Tochiba разработала дугогасителъную камеру с рекордными коммутационными характеристиками . Выпускаются камеры с током отключения 100 кА при напряжении 13,8 и номинальном токе 3000 А. Сообщается об опытном образце дугогасительной камеры на 145 кВ при токе отключения 30 и 200 кА при напряжении 13,8 кВ. Наиболее распространенными в Японии являются выключатели на 6,6 кВ. На их долю приходится 66% всех выключателей.Для сравнения доля выключателей 11-44 кВ составляет 12%, 77 кВ — 18%, 145 кВ — 3% и 275 кВ — 1%. Вот почему особое внимание уделено созданию экономичного, конкурентоспособного и не требующего обслуживания в течение всего срока службы вакуумного выключателя на напряжение 6 кВ. Он имеет несколько типоисполнений с номинальным током на 600, 1200 и 2000А. Время отключения 0,035 с.