Вакуумметры ТВ-110Т: устройство, принцип действия и техническая эксплуатация в электроэнергетике
Вакуумметр ТВ-110Т представляет собой термопарный (термоэлектрический) вакуумметр, предназначенный для измерения давления разреженных газов в диапазоне от 1×10-1 до 1×10-3 Па (от 1×10-3 до 1×10-5 мм рт. ст.). Основная сфера его применения в электроэнергетике – контроль и диагностика вакуума в дугогасительных камерах высоковольтных вакуумных выключателей (ВВ) классов напряжения 6, 10 и 35 кВ. От состояния вакуума напрямую зависят диэлектрическая прочность межконтактного промежутка и надежность гашения электрической дуги, что делает ТВ-110Т критически важным инструментом для служб эксплуатации и ремонта.
Конструкция и состав комплекта
Комплект ТВ-110Т является переносным и состоит из двух основных частей: измерительного преобразователя (вакуумного датчика) и измерительного прибора (блока питания и индикации).
- Измерительный преобразователь (датчик): Выполнен в виде металлического баллона с вакуумным фланцем (обычно DN16 или DN25 KF) для подключения к контролируемой вакуумной системе. Внутри баллона расположена термопара, спаянная с нагревателем (нитью накала). Датчик является расходным элементом, так как со временем нить накала может деградировать или перегореть, особенно при попадании в систему паров масла или влаги.
- Измерительный прибор: Блок, содержащий стабилизированный источник питания для нагревателя термопары и милливольтметр для измерения термо-ЭДС. Шкала прибора проградуирована непосредственно в единицах давления (Па и/или мм рт. ст.). Управление, как правило, включает тумблер включения питания и регулятор установки рабочего тока накала («Установка тока»).
- Подготовка: Выключатель полностью отключается со всех сторон, заземляется. С вакуумной камеры снимается защитный колпачок, очищается присоединительный фланец. Очищается фланец датчика ТВ-110Т.
- Сборка измерительной схемы: Датчик через вакуумный уплотнитель (медное кольцо или резиновую прокладку) соединяется с фланцем камеры. Прибор ТВ-110Т подключается к сети 220В.
- Установка рабочего тока: Включается питание прибора. Переключатель режимов устанавливается в положение «Установка тока». Регулятором выставляется номинальный рабочий ток для данного датчика (указан на бирке датчика или в формуляре). Ток контролируется по встроенному миллиамперметру.
- Измерение: Переключатель переводится в положение «Измерение». Необходимо выждать 5-10 минут для стабилизации температуры нити. По истечении этого времени снимается показание со шкалы милливольтметра, проградуированной в Паскалях.
- Интерпретация результатов: Для исправной вакуумной дугогасительной камеры давление должно быть не хуже 1×10-3 Па (1×10-5 мм рт. ст.). Показание в районе 1×10-2 Па и выше свидетельствует о значительной потере вакуума и необходимости замены камеры.
- Простота конструкции и эксплуатации.
- Относительно низкая стоимость (по сравнению с ионизационными приборами).
- Прямое измерение без сложных преобразований.
- Надежность в полевых условиях.
- Зависимость показаний от состава газа. Присутствие паров масла или воды может искажать результаты.
- Инерционность измерения (требуется время на прогрев).
- Необходимость периодической замены датчика из-за деградации нити накала.
- Невысокая точность по сравнению с современными цифровыми комбинированными приборами.
Принцип действия термопарного вакуумметра
Принцип измерения основан на зависимости теплопроводности разреженного газа от его давления. Через нагреватель (нить накала) пропускается постоянный ток, стабилизированный на определенном уровне. Нить нагревается. Термопара, приваренная к ней, измеряет температуру нагревателя. В условиях высокого вакуума молекулы газа уносят очень мало тепла, и температура нити высока. При увеличении давления (ухудшении вакуума) теплопроводность газа возрастает, нить охлаждается, что приводит к снижению термо-ЭДС. Таким образом, выходной сигнал термопары (в милливольтах) является мерой давления: меньшее показание соответствует худшему вакууму (высокому давлению), большее – более глубокому вакууму.
Технические характеристики вакуумметра ТВ-110Т
| Параметр | Значение / Описание |
|---|---|
| Диапазон измеряемых давлений | от 1×10-1 до 1×10-3 Па (от 1×10-3 до 1×10-5 мм рт. ст.) |
| Питание измерительного прибора | ~220 В, 50 Гц | Рабочий ток накала датчика | Регулируемый, обычно в районе 100-150 мА (точное значение указано в паспорте на конкретный датчик) |
| Время установления рабочего режима | Не менее 5-10 минут после включения |
| Габаритные размеры прибора | Около 250×150×100 мм (зависит от модификации) |
| Масса комплекта | 3-4 кг |
| Класс точности | Обычно 2.5 (погрешность может возрастать на краях диапазона) |
Методика измерения вакуума в дугогасительной камере выключателя
Процедура требует строгого соблюдения техники безопасности (отключение и заземление выключателя) и чистоты вакуумного тракта.
Калибровка и поверка
ТВ-110Т является средством измерения и подлежит периодической поверке в органах Госстандарта или аккредитованных лабораториях. Поверка осуществляется на специальных вакуумных установках с образцовыми манометрами. В эксплуатационных условиях для оперативной проверки работоспособности используется метод «воздушного продува»: после измерения вакуума в камере, датчик отсоединяют, давая доступ атмосферному воздуху. Показания прибора должны резко упасть (указать на высокое давление). После повторного присоединения к вакуумной камере показания должны вернуться к прежнему уровню. Это косвенно подтверждает исправность датчика и герметичность соединений.
Преимущества и недостатки термопарных вакуумметров типа ТВ-110Т
Преимущества:
Недостатки:
Сравнение с современными аналогами
На смену аналоговым ТВ-110Т приходят цифровые вакуумметры, часто комбинированные (пирани + пьезо). Они обладают рядом преимуществ: более широкий диапазон (от атмосферы до глубокого вакуума), автоматическая компенсация по газу, цифровая индикация, возможность регистрации данных, интерфейсы для передачи. Однако ТВ-110Т остается востребованным благодаря своей проверенной надежности, ремонтопригодности и низкой стоимости владения, особенно в условиях сетевых предприятий с большим парком вакуумных выключателей старого поколения.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Какое давление в вакуумной камере выключателя считается нормой?
Для гарантированной работы вакуумного выключателя давление в дугогасительной камере должно быть не хуже 1×10-3 Па (1×10-5 мм рт. ст.). Производители часто указывают более жесткие требования, например, 1×10-4 Па. Камеру с давлением 1×10-2 Па и выше рекомендуется планировать к замене.
Почему показания вакуумметра «плавают» или медленно ухудшаются со временем?
Нестабильность или медленный дрейф показаний в сторону ухудшения вакуума (рост давления) обычно указывает на негерметичность системы: износ уплотнительного кольца датчика, микротрещина в вакуумном тракте или, что наиболее вероятно, постепенная разгерметизация самой дугогасительной камеры из-за дефекта сильфона или газовыделения материалов.
Можно ли использовать один датчик ТВ-110Т для измерения на разных выключателях?
Да, датчик является переносным. Критически важно при каждом переподключении тщательно очищать присоединительные фланцы и использовать новые или гарантированно чистые уплотнительные кольца (прокладки) для исключения подсоса воздуха.
Что делать, если прибор ТВ-110Т не показывает вакуум (стрелка на нуле)?
Последовательность проверки: 1) Убедиться в наличии питания 220В. 2) Проверить установку рабочего тока накала. 3) Проверить целостность кабеля и соединения с датчиком. 4) Проверить датчик методом «воздушного продува». Если при доступе воздуха показания не меняются, наиболее вероятна перегоревшая нить накала в датчике, требующая его замены.
Как часто нужно проводить измерения вакуума на выключателях?
Согласно действующим нормативным документам (например, РД 153-34.0-49.101-2003), измерение давления в вакуумных дугогасительных камерах проводится во время капитальных ремонтов, после операций с большими токами КЗ, а также в плановом порядке, как правило, один раз в 4-6 лет. При обнаружении давления на грани допустимого периодичность контроля сокращается.
Чем опасен недогрев или перегрев датчика (неправильная установка тока накала)?
Недогрев (ток ниже номинального) приводит к заниженной термо-ЭДС и, как следствие, к ложному завышению показаний вакуума (прибор покажет давление лучше, чем есть на самом деле). Это опасно, так как не выявляет неисправную камеру. Перегрев (ток выше номинального) сокращает ресурс нити накала, может привести к ее быстрому перегоранию, а также вызывает повышенное газовыделение внутри датчика, что искажает измерения.
Заключение
Вакуумметр ТВ-110Т остается классическим, проверенным инструментом для диагностики состояния вакуумных выключателей в электроэнергетике. Его эффективность напрямую зависит от правильности применения методики измерений, понимания физических принципов работы и учета inherent limitations, таких как зависимость от состава газа. Несмотря на появление более современных цифровых приборов, эксплуатация большого парка ВВ, разработанных в эпоху СССР и 90-х годов, обеспечивает устойчивый спрос на ТВ-110Т. Грамотное использование этого прибора позволяет достоверно оценивать техническое состояние вакуумных камер, планировать их замену и, как следствие, предотвращать отказы высоковольтного оборудования, обеспечивая надежность работы электрических сетей.