Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Выключатели высокого напряжения - файл 1.doc


Выключатели высокого напряжения
скачать (1705.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc1706kb.14.12.2011 04:31скачать

содержание

1.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДАЛЬНЕВОСТЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Электроэнергетики

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ

Аппараты распределительных устройств высокого напряжения

ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Руководство к лабораторной работе №3

Владивосток 2001

Пособие, переработанное и дополненное, содержит описание конструкций и принцип действия выключателей высокого напряжения в схемах электроснабжения. Это масляные, воздушные, элегазовые, электромагнитные, вакуумные выключатели и выключатели нагрузки.

Пособие предназначено для студентов специальностей 1001 и 1004 дневной, заочной и заочной ускоренной форм обучения, изучающих конструкции электрических аппаратов.

Пособие составлено канд. техн. наук, доцентом кафедры Электроэнергетики Холяновой О.М.

2

СОДЕРЖАНИЕ

1. Выключатели переменного тока высокого напряжения 4

  1. Общие требования 4

  2. Требования, предъявляемые к выключателям 4

  3. Основные параметры 6

  4. Классификация выключателей 6

2. Масляные выключатели 8

  1. Масляные выключатели с большим объемом масла 8

  2. Масляные выключатели с малым объемом масла 11




  1. Электромагнитные выключатели 19

  2. Воздушные выключатели 24

  3. Элегазовые выключатели 31

  4. Вакуумные выключатели 45

  5. Выключатели нагрузки 60

Литература 66

3

^ 1. ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1.1. Общие требования

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 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.

1.2. Требования, предъявляемые к выключателям

Требования, предъявляемые к выключателям, заключаются в следующем:

1. Высокая надежность. При аварийных режимах протекают токи до 300 кА, поэтому ликвидация аварийных режимов должна происходить за минимальное время с целью исключения разрушений оборудования.

Получение высокой надежности связано с большими трудностями, так как процессы, протекающие в выключателях, сложны, не поддаются полному математическому описанию.

Требование надежности является одним из важнейших требований, поскольку от надежности выключателей зависит надежность работы энергосистемы, следовательно, и надежность электроснабжения потребителей. Срок службы выключателя не менее 20 лет. Надежность регламентируется

4

ГОСТ 13377-75. Количественно надежность выключателя может выражаться вероятностью безотказной работы или интенсивностью отказа.

Анализ большого статистического материала показал, что 70% отказов выключателей наступает из-за поломок в механизме аппарата, 10% - из-за повреждения изоляции, 20% - вызвано другими причинами.

Выключатели по механической износостойкости должны выдерживать 2000 операций без тока при Uhom <35 кВ, с напряжением Uhom > ПО кВ -1000 операций. При этом не должно возникать ни одной неполадки. После 1000 или 2000 циклов допускается строго ограниченное число отказов (ГОСТ 687-78).

Отказ - неисправность, которая не дает возможности выключателю выполнять свою основную функцию. К ним относятся невыполнение команд включения (В) или отключения (О), перекрытие изоляции аппарата, повреждение токоведущей цепи, отказы в гашении дуги.

  1. ^ Возможно малое время отключения. Требование быстродействия
    следует понимать как возможно малое время отключения цепи при КЗ. Время
    отключения исчисляется от момента подачи команды на отключение до
    погасания дуги во всех полюсах. Приблизительно до 1940 г. время отключения
    выключателей напряжением ^ ПО кВ и выше составляло 8-10 периодов. В
    настоящее время большая часть выключателей ПО кВ имеют время
    отключения 2 периода /1/.

  2. Увеличение между ревизионных сроков. Вывод выключателя из
    эксплуатации для ремонта и ревизии связан с большими трудностями
    технического порядка, часто является причиной аварий и обходится очень
    дорого. Не так давно междуревизионный срок для выключателя был 1 год. За
    счет совершенствования конструкции и технологии этот срок увеличен до 3
    лет. В настоящее время созданы вакуумные и элегазовые выключатели, у
    которых срок между ревизиями достигает 25 лет 121.

5

4. Стойкость к большим тепловым, механическим и электрическим
перегрузкам.

  1. Стойкость к атмосферным воздействиям. Выключатели, рассчитанные
    для работы в ОРУ (открытое распределительное устройство), должны
    противостоять всем воздействиям атмосферы: повышенной влажности, дождю,
    снегу, гололеду, загрязнению внешней изоляции, высокой ветровой нагрузке.
    Кроме того, выключатели должны быть устойчивы к землетрясению.

  2. Удобство при производстве, транспортировке и эксплуатации. Масса,
    габаритные размеры аппаратов должны быть минимальными.

1.3. Основные параметры

Основные параметры выключателей: номинальное напряжение, номинальный (длительный) ток, номинальный ток термической стойкости, номинальный ток электродинамической стойкости, номинальный ток отключения, номинальная мощность отключения, номинальный ток включения, собственное время включения и отключения выключателя, полное время включения и отключения.

1.4. Классификация выключателей

Основная классификация выключателей по способу гашения дуги: 1. Масляные выключатели. В этих выключателях дуга, образующаяся между контактами, горит в трансформаторном масле. Под действием энергии дуги масло разлагается, и образующиеся газы и пары используются для ее гашения. В зависимости от способа изоляции токоведущих частей различают баковые выключатели и маломасляные. В первых токоведущие части изолируются между собой и от земли с помощью масла, находящегося в

6

стальном баке, соединенном с землей. В маломасляных выключателях изоляция токоведущих частей от земли и между собой производится с помощью твердых диэлектриков и масла.

В нашей стране масляные выключатели являлись основным видом выключателей на напряжение от 6 до 220 кВ. В настоящее время масляные выключатели не выпускаются.

2. ^ Электромагнитные выключатели. По своему принципу эти
выключатели аналогичны контакторам постоянного тока с лабиринтно-
щелевой камерой. Гашение дуги происходит за счет увеличения сопротивления
дуги вследствие ее интенсивного удлинения и охлаждения.

Выпускаются на номинальные напряжения не выше 10 кВ.

3. ^ Воздушные выключатели. В качестве гасящей среды используется
сжатый воздух, находящийся в баке под давлением 1-5 МПа. При
отключении сжатый воздух из бака подается в дугогасительное устройство.
Дуга, образующаяся в камере дугогасительного устройства (ДУ), обдувается
интенсивным потоком воздуха, выходящим в атмосферу. Изоляция
токоведущих частей между собой осуществляется с помощью твердых
диэлектриков и воздуха.

Выпускаются для номинальных напряжений от 110 до ^ 1150 кВ.

4. Элегазовые выключатели. В этих выключателях гашение дуги
осуществляется за счет охлаждения ее двигающимся с большой скоростью
элегазом (шестифтористая сера SF6), который используется и как изолирующая
среда.

Выпускаются на напряжения от 35 до 500 кВ.

5. ^ Вакуумные выключатели. 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.

^ 7

Выпускаются на напряжения 10 и 35 кВ.

6. Выключатели нагрузки. Это простейшие высоковольтные выключа­тели для отключения и включения цепей, находящихся под нагрузкой. Для отключения токов короткого замыкания последовательно с выключателем в схему включается предохранитель.

Выпускаются на напряжения 6 и 10 кВ.

^ 2. Масляные выключатели

Масляные выключатели приблизительно до 1930 г. являлись единственным видом отключающего аппарата в сетях высокого напряжения.

На напряжения 35, ПО и 220 кВ применялись в основном баковые выключатели.

Маломасляные выключатели являлись основными для напряжения 10 кВ.

2.1. Масляные выключатели с большим объемом масла

Масляный выключатель типа У-110-2000-40 показан на рис. 2.1.

В стальном баке 1 на маслонаполненных вводах 2 расположены дугогасительные устройства (камеры) 3. Маслонаполненный ввод в виде проходного изолятора служит для проведения токоведущей цепи, находящейся под высоким напряжением, через металлическую стенку или другие преграды. Горячие ионизированные выхлопные газы, выходящие из камер, могут вызвать перекрытие с камер на бак. Для предотвращения этого явления имеется баковая изоляция 5 (рис.2.1).

Перемещение траверсы 4 происходит под действием штанги 6. движущейся по направляющим 7 под действием пружин механизма и пружин камер 10.

8



Рис.2.1. Баковый масляный выключатель: UH0M =110 кВ; 1= 2000 А; 1Отк= 40 кА
9

На выключателе установлены магнитопроводы 8 со вторичными обмотками трансформаторов тока (в данном случае их четыре). Первичной обмоткой трансформаторов являются токоведущие стержни вводов 2. Для сохранения вязкости трансформаторного масла при низких температурах предусмотрен электрический подогрев масла устройством 9.

Наибольшая мощность отключения баковых выключателей 25000 MB* А.

Обычно бак выключателя заполняется маслом примерно на 2/3 объема. При отключении газ, выбрасываемый из камеры, заставляет слои масла, лежащие над камерами, двигаться с большой скоростью вверх. Воздух может свободно выходить в атмосферу. После отключения масло, двигаясь по инерции, ударяет в крышку выключателя. Этот удар может быть столь сильным, что деформируются крепления бака к фундаменту, который должен быть рассчитан на эти нагрузки.

Для предотвращения взрыва бака в его крышке расположены аварийные выхлопные трубы с калиброванными мембранами, которые при избыточном давлении разрушаются и из выключателя выливается масло, благодаря чему давление в баке снижается до безопасных пределов /3/.

Выключатель подлежит установке на бетонном основании высотой 0,5-0,8 м над уровнем земли. Три полюса управляются общим электромагнитным или пневматическим приводом.

При ремонте выключателя необходимо слить масло. С этой целью предусматривают соответствующие трубопроводы и емкости. Для доступа к контактной системе в стенках баков предусмотрены лазы достаточного размера, плотно закрывающиеся крышками на болтах.

Их достоинством являлось наличие встроенных трансформаторов тока. В связи с усовершенствованием конструкций дугогасительных устройств опасность взрыва и пожара практически была исключена. Однако большой

10

объем масла затрудняет доступ к контактной системе и увеличивает время, необходимое для ремонта. Время отключения выключателя составляет 4 периода.

Достоинства масляных баковых выключателей: 1. Высокая надежность.

2. Простота конструкции камер и механизма.

3. Высокая механическая прочность элементов (камер, бака, механизма,
вводов).

  1. Использование трансформаторов тока.

  2. Не требовался высококвалифицированный персонал для обслуживания.

  3. Среда для гашения дуги масло - оно не являлось дефицитным.

Недостатки масляных баковых выключателей: 1. Большие габариты и масса.

2. Необходимость периодической очистки масла.

3. Сложность и трудоемкость ремонта и ревизии выключателей с
напряжением 110 кВ и выше.

4. Взрыво- и пожароопасность.

2.2. Масляные выключатели с малым объемом масла

В маломасляных выключателях масло является только газогенерирующим веществом. Для изоляции токоведущих частей используют фарфор, стеклопластик, текстолит и другие изоляционные материалы. Оте­чественные заводы выпускали маломасляные выключатели для номинальных напряжений от 6 до 220 кВ для внутренней и наружной установки. Они имеют малые размеры и массу по сравнению с баковыми выключателями. Например, в баковом выключателе на 10 кВ и номинальную мощность отключения 250 MB*

11

А вес масла 250 кГ, в то время как в маломасляных выключателях на те же параметры вес масла составляет всего 10 кГ. Относительно небольшое количество масла облегчает уход и ремонт.

Меньшие габаритные размеры, а также худшие механические свойства материалов, применяемых для изготовления корпусов маломасляных выключателей, приводят к тому, что механическая прочность корпуса по отношению к давлениям, создаваемым при отключении предельных токов КЗ, у маломасляного выключателя ниже, чем у бакового. Это является основной причиной ограничения отключающей способности маломасляного выключателя. Второй причиной является трудность создания малогабаритного ДУ, обеспечивающего надежное гашение дуги всего диапазона отключаемых токов от малых до предельных.

В выключателях для номинальных напряжений до 35 кВ контактная система и дугогасительные устройства заключены в небольшие бачки, изолированные от заземленного основания фарфоровыми изоляторами. Бачки могут быть металлическими (в ранних конструкциях) или из стеклопластика.

Малообъемные масляные выключатели на напряжение до 20 кВ включительно имеют один или два разрыва в фазе. Каждый разрыв выключателя снабжается отдельным баком со встроенным дугогасительным устройством. Таким образом, выключатель с одним разрывом в фазе имеет три бака, а выключатель с двумя разрывами в фазе шесть баков (по две на фазу).

Эксплуатируемые в настоящее время маломасляные выключатели мож­но разделить на две группы. Первая, более многочисленная с установкой ДУ в нижней части полюса и движением контакта на включение сверху вниз. Вторая с движением подвижного контакта на включение снизу вверх и установкой ДУ в верхней части полюса. Выключатели второй группы более предпочтительны с точки зрения повышения отключаемого тока 121.

12

Средний срок службы выключателей до первого среднего ремонта, если до этого срока не исчерпан ресурс по коммутационной износостойкости, 8 лет.

Срок службы выключателя до списания составляет не менее 25 лет.

В настоящее время еще есть в эксплуатации маломасляные выключатели типов ВМУЭ-35, ВМТ-110, -220 кВ и КРУ (комплектные распределительные устройства) с выключателями типов ВМПЭ-10, ВК-10, ВКЭ-10, ВКЭ-Ю-М.

На рис.2.2 показан общий вид подвесного маломасляного выключателя серии ВМПЭ-10-1600-20УЗ (выключатель масляный подвесного типа со встроеннным электромагнитным приводом) на номинальное напряжение 10 кВ, номинальный ток до 1600 А, номинальный ток отключения 20 кА, относящийся к первой группе. Выключатель имеет две разновидности: одна -это выключатель с полюсом и рамой, унифицированный с ранее изготавливаемым выключателем типа ВМПП-10, и другая - это выключатель, отличный от первого рамой и полюсом и в целом имеющий незначительно меньшие габариты по высоте и глубине.

Номинальное напряжение выключателя 10 кВ, номинальный ток в зависимости от сечения токоведущего контура и контактов - от 630 до 1600 А, номинальный ток отключения 20 и 31,5 кА, время отключения включателя с приводом - не более 0,12 с. (6 периодов), время горения дуги при отключении номинальных токов - не более 0,02 с. Масса выключателя без масла 200 ± 10 кГ, масса масла 5,5 ± 0,5 кГ.

При работе выключателей в сетях переменного тока частотой 60 Гц номинальный ток отключения уменьшается на 20%.

Выключатели рассчитаны на эксплуатацию при температуре окру­жающего воздуха в условиях умеренного климата от -25 до + 50° С. При наличии подогрева в КРУ допускается эксплуатация выключателей при температуре окружающего воздуха до минус 40° С /4/.

13





^ Рис. 2.2. Маломасляный выключатель серии ВМПЭ-10

14

Оперативное включение выключателя происходит за счет энергии включающего электромагнита, а отключение - за счет энергии отключающих пружин и пружинного буфера, которые срабатывают при воздействии отключающего электромагнита или кнопки ручного отключения на защелку привода, удерживающую выключатель во включенном положении.

Выключатель состоит из рамы 1, к которой с помощью опорных изоля­торов 3 крепятся полюсы выключателя 2. Полюсы с помощью изоляционных тяг 4 связываются с валом 5, общим для трех полюсов и установленным в раме выключателя. Включение выключателя осуществляется подачей напряжения на встроенный электромагнитный привод через контактор.

Со стороны привода рама закрыта металлической крышкой, в которой имеются окна для наблюдения за уровнем масла в полюсах и для указателя, который фиксирует включенное и отключенное положения выключателя.

Маломасляные выключатели с номинальным напряжением 110 и 220 кВ серии ^ ВМТ.

Выключатель типа ВМТ-110-25/1250У1 с номинальным напряжением 110 кВ, номинальным током 1250 А и номинальным током отключения 25 кА состоит из стального основания, на котором установлены три фарфоровые колонны, рис.2.3. Нижняя часть каждой колонны представляет собой полый фарфоровый изолятор, внутри которого размещены стеклопластиковые тяги для передачи движения от привода к контактам. Верхняя часть колонны заполнена маслом. Здесь расположено дугогасительное устройство в эпоксидном цилиндре, воспринимающем механические напряжения при работе выключателя.

Гашение дуги происходит в камере встречно-поперечного дутья. Чтобы обеспечить отключение емкостных токов, контакты размыкаются с большой скоростью. Высокие скорости включения и отключения выключателя обеспечиваются за счет снижения массы его подвижных частей. Воздушная

15



Рис. 2.3. Маломасляный выключатель серии ВМТ:

а) - на напряжение ПО кВ;

б) - на напряжение 220 кВ

16

полость ДУ выключателя заполнена сжатым азотом, который обеспечивает избыточное давление, способствующее поддержанию высокой электрической прочности межконтактного промежутка, повышению износостойкости контактов и сохранению высокого уровня внутренней изоляции вне зависимости от внешних атмосферных условий.

Выключатель снабжен пружинным приводом, время отключения составляет 3 периода. У выключателей предусмотрено устройство для подогрева масла в зимних условиях. С обычным трансформаторным маслом выключатели могут работать при температуре до -45° С, а с низкотем­пературным маслом при температуре до -60° С.

^ Достоинства маломасляных выключателей по сравнению с баковыми:

1. Имеют меньшую массу и габаритные размеры.

2. ДУ всегда готово к работе независимо от наличия сжатого воздуха. 2. Осмотр и ремонт дугогасительных камер и контактов возможен без слива масла, что обеспечивает удобство эксплуатации.

Недостатки маломасляных выключателей по сравнению с баковыми:

1. Менее надежны в работе, чем баковые.

  1. Ограниченное количество операций из-за быстрого загрязнения масла.

  2. Номинальный ток отключения ниже, чем у баковых.

  3. Не допускают установки встроенных трансформаторов тока.

  4. Трудность осуществления подогрева масла.

Благодаря своим преимуществам маломасляные выключатели нашли широкое распространение в установках с напряжением 6-10 кВ.

17

При напряжении 10-220 кВ масляные выключатели вытесняются вакуумными и элегазовыми.

Контрольные вопросы

  1. На какие напряжения выполнялись баковые и маломасляные
    выключатели.

  2. Какие функции выполняет масло в баковых и маломасляных
    выключателях.

  3. Конструкция и материал контактов в масляных выключателях.

  4. Способы гашения дуги.

  5. С каким приводом используются масляные выключатели.

  6. Особенности дугогасительного устройства выключателя серии ВМТ.
    повышающие износостойкость контактов.

  7. Назначение встроенного трансформатора тока.

18

^ 3. Электромагнитные выключатели

По способу сооружения и монтажа современные РУ (распределительные устройства) делятся на сборные и комплектные. Сборные РУ собираются на месте установки из отдельных узлов в условиях строительной площадки. Комплектные РУ (КРУ) комплектуются (составляются) из отдельных шкафов, изготовленных на заводе и поставляемых в готовом для монтажа виде. Применение КРУ ведет к повышению технико-экономических показателей электроустановки благодаря изготовлению КРУ по отлаженной заводской технологии, индустриализации строительно-монтажных работ, упрощению проектирования, обслуживания и ремонта.

Отечественная промышленность выпускает КРУ со схемой с одной системой шин на напряжения 6-35 кВ. бни применяются на электрических станциях и подстанциях с масляными, электромагнитными и вакуумными выключателями.

Электромагнитные выключатели для КРУ 6 и 10 кВ применяют для потребителей с частыми отключениями.

Электромагнитные выключатели нашли широкое применение на блочных тепловых и атомных электростанциях с энергоблоками единичной мощностью от 300 до 1200 МВт, на плавучих электростанциях, подстанциях метрополитена, металлургических комбинатах.

Особое место среди КРУ с электромагнтными выключателями занимают рудничные взрывобезопасные КРУ типов КРУВ-6 и ЯВ-6400. Указанные КРУ применяют в подземных выработках угольных шахт, опасных по газу и пыли для управления вводными и отходящими присоединениями распределительных электрических сетей на напряжение 6 кВ, а также для управления отдельными электроприемниками.

19

Были разработаны также электромагнитные выключатели общепромышленного применения, которые предусматривались для установки в КРУ2-10-20. На основе этих разработок промышленностью было освоено производство электромагнитных выключателей ВЭМ-10П со встроенным пружинным приводом на переменном оперативном токе и ВЭМ-10Э с электромагнитным приводом 151.

Принцип работы элекромагнитных выключателей основан на гашении электрической дуги в дугогасительной камере, содержащей пакет керамических пластин, в которые дуга затягивается поперечным магнитным полем, возбуждаемым током дуги. Дуга, возникающая при размыкании дугогасительных контактов, под действием электродинамических сил контура тока и тепловых конвенционных потоков поднимается вверх и входит в дугогасительную камеру, постепенно увеличивая свое сопротивление.

На рис.3.1 показаны различные положения, которые занимает электрическая дуга, поднимаясь по камере. Одно ее основание задерживается при этом на металлокерамической напайке неподвижного дугогасительного контакта, а второе перемещается по верхней кромке подвижного дугогасительного контакта. Дуга образует петлю между металлокерами-ческими напайками этих контактов (положение А). Постепенно удлиняясь, петля дуги приближается к левому рогу и переходит на него. При этом, часть дуги, находящаяся между металлокерамической напайкой неподвижного дугогасительного контакта и рогом оказывается зашунтированной катушкой магнитного дутья. Отдавая тепло керамической гребенке, она быстро гаснет и через катушку начинает проходить полный ток, протекающий через выключатель. Второе основание дуги перебрасывается с подвижного дугогасительного контакта на правый рог, и дуга принимает положение Б. Вторая катушка дутья, один конец которой соединен с рогом, а другой с

20



Рис. 3.1. Дугогасительная камера электромагнитного выключателя: 1.23 - щеки боковые; 2 - экран; 3 - гребенка; 4, 18 - рога; 5 - сердечник; 6 , 17 - катушки; 7 - шпилька; 8, 10 - колодки; 9, 20 -пластина; 11 - пакет пластин; 12, 13 - распорка; 14 - козырек; 15, 22 - плита; 16 - эксцентрик; 19 -выхлоп; 21 - уплотнение; А, Б, В, Г - положение дуги в процессе ее гашения.

21

нижним выводом выключателя, при этом оказывается последовательно включенной в цепь дуги.

Между полюсными боковыми щеками электромагнитов создается интенсивное магнитное поле, пронизывающее камеру перпендикулярно плоскости, в которой движется дуга. Это магнитное поле взаимодействует с током дуги. Направление навивки витков катушек выбрано таким, что усилие воздействия магнитного поля на дугу направлено всегда в сторону затягивания дуги в камеру, где она занимает последовательно положения Б, Г и т.д. Поднимаясь в камере, дуга входит в вырезы керамических пластин пакета, приобретает зигзагообразную форму (длина ее увеличивается) и одновременно отдает тепло керамическим пластинам. Благодаря этому сопротивление дуги увеличивается и при очередном переходе тока через нуль дуга гаснет. Горячие газы, образующиеся при горении дуги, вытекают вверх по узким щелям между пластинами, охлаждаясь до такой степени, что выброса пламени из камеры не наблюдается.

Электромагнитный выключательВЭ-10 на номинальное напряжение 10 кВ и номинальные токи от 1250 до 3600 А с пружинным приводом. Управление выключателем (дистанционное или вручную) осуществляется двигательным выносным пружинным приводом косвенного действия. Операция включения осуществляется за счет энергии, предварительно запасенной включающими пружинами привода, отключение - за счет энергии, запасенной отключающими пружинами привода.

Собственное время отключения выключателя с приводом до 0,06 с, , полное время отключения (до погасания дуги) - 0,07 с, собственное время V включения - 0,075 с, минимальная бестоковая пауза при АПВ - 0,5 с.

Узкие щели ДУ нагреваются дугой до очень высоких температур, при которых корпус начинает проводить ток. Большой остаточный ток может приводить к

22

пробою по раскаленной поверхности пластин. Из-за этого номинальное напряжение электромагнитных выключателей не превышает 10 кВ.

^ Достоинства электромагнитных выключателей:

1. Высокая надежность и большой срок службы.

  1. Пожаро- и взрывобезопасность.

  2. Не требуют масла или другой гасящей среды.

  3. Низкий уровень коммутационных перенапряжений.

  4. Меньшее обгорание контактов.

  5. Быстродействие в зоне отключения больших токов.

  6. Чистота обслуживания.

  7. Повышенная износостойкость ду го гасящей части выключателя обеспечивает
    большое допустимое число коммутационных операций без ревизий.

Недостаток электромагнитных выключателей: высокая проводимость стенок ДУ.

Контрольные вопросы

  1. Каковы особенности гашения дуги в электромагнитных
    выключателях.

  2. Каково назначение автопневматического дутьевого устройства.

  3. Почему электромагнитные выключатели допускают частые включения
    и отключения.

  4. Чем объясняется повышенная износостойкость дугогасящей части
    выключателя.

23

^ 4. ВОЗДУШНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

В воздушных выключателях дуга гасится при помощи дутья сжатым воздухом (при давлении 2-4 МПа и выше), поступающим из резервуара, чаще всего составляющего одно целое с основанием.

ДУ воздушных выключателей выполняют с одним или несколькими разрывами в фазе и с продольным или поперечным воздушным дутьем.

Дугогасительное устройство с одним разрывом может быть использовано для отключения значительного тока только при относительно небольшом напряжении. Выключатели напряжением 220 кВ и выше должны иметь несколько разрывов, включенных последовательно. Так, например, при давлении воздуха 4 МПа и напряжении 11 ОкВ выключатель с одним разрывом способен отключить ток около 40 кА. Выключатель 220 кВ должен иметь два разрыва, а выключатель 500 кВ - четыре разрыва.

Воздушные выключатели с номинальным напряжением от 110 до 1150 кВ проектируют сериями и собирают из унифицированных частей, из которых важнейшим является дугогасительный модуль с двумя разрывами, рассчитанный на некоторое условное напряжение порядка 110-250 кВ в зависимости от давления воздуха. Число модулей, включенных по­следовательно, выбирают в соответствии с номинальным напряжением.

Необходимым условием удовлетворительной работы выключателей с многократным разрывом является равномерное распределение восстанавливающего напряжения между разрывами. Для обеспечения равномерного распределения напряжения между разрывами при любой частоте восстанавливающего напряжения, целесообразно применение емкостных делителей напряжения (рис.4.1.а). Эти выключатели обычно снабжают также шунтирующими резисторами, включенными параллельно каждому разрыву

24


(рис.4.1.6). При этом в каждом разрыве необходимы небольшие гасительные устройства (обозначены 1,2,3,4) для отключения сопровождающего тока.



Рис. 4.1. Схема включения конденсаторов и шунтирующих резисторов у воздушного выключателя

Выключатель серии ВВБ для номинальных напряжений от 110 до 750 кВ. Наиболее совершенные воздушные выключатели, у которых дугогасительная камера размещается непосредственно в баке со сжатым воз­духом. Дугогасительные модули с двумя разрывами и односторонним дутьем имеют условное напряжение ПО кВ. Число модулей у выключателей с номинальным напряжением ПО, 220, 330, 500 и 750 кВ равно соответственно 1, 2, 4, 6 и 8. Модули устанавливают на колоннах из фарфоровых изоляторов. Выключатели ПО кВ имеют один модуль и одну опорную колонну. Выключатели 220-750 кВ - по два модуля на каждой колонне, расположенных один над другим и соединенных последовательно перемычкой. На рис.4.2 показан воздушный выключатель типа ВВБ-220Б-31,5/2000У1 на номинальное напряжение 220 кВ, тип изоляции Б, номинальный ток отключения 31,5 кВ. номинальный ток 2000 А, для установки в умеренном климате на открытом воздухе.

Их полное время отключения составляет 0,06 - 0,08 с. в зависимости от номинального напряжения. Эксплуатация показала их высокую надежность.

25



Рис. 4.2. Выключатель серии ВВБ-220 с двумя модулями на одной колонне:

1 - шкаф управления; 2 — опорный изолятор; 3 — дугогасительное устройство; 4 - делитель напряжения; 5 - соединительный проводник; 6 - шунтирующий резистор.

26

Давление воздуха для выключателей 110, 220 и 500 кВ равно 2 МПа; для выключателей 750 кВ - 2,6 МПа; 330 кВ - 2 и 2,6 МПа.

Выключатели серии ВВБ имеют пневматическую систему управления. В полых опорных колоннах проложены воздуховоды из изоляционного материала, из которых один служит для пополнения бачков сжатым воздухом, а второй - для управления контактными и дутьевыми клапанами модулей, находящимися под напряжением.

На рис. 4.3.а показан полюс выключателя серии ВВБ на напряжение 110 кВ. Бак со сжатым воздухом 1 располагается на опорном изоляторе 2, в этом же изоляторе проходят управляющие воздуховоды. Шкаф управления 3 расположен в основании выключателя. ДУ соединяется с внешней цепью токоведущими частями проходных изоляторов 4. Равномерное распределение напряжения между двумя разрывами устройства обеспечивается с помощью конденсаторов 5. Схема устройства представлена на рис. 4.3.6, где 5 -шунтирующие конденсаторы, обеспечивающие равенство напряжений на двух разрывах устройства; 6 - основные контакты; 7 - вспомогательные; 8 -шунтирующие резисторы, служащие для снижения скорости восстановления напряжения. Ток через шунтирующие резисторы отключаются контактами 7 после гашения дуги в основных разрывах 6. Из рис. 4.3.6 видно, что корпус бака 2 находится под напряжением.

В рассмотренной конструкции под высоким давлением находится только стальной бак. Это позволяет повышать давление воздуха в баке до 3,5 -4 МПа и увеличивать отключаемый ток.

Выключатель серии ВНВ. Выключатели этой серии изготовляют для номинальных напряжений от 110 до 1150 кВ. Дугогасительный модуль с двумя разрывами рассчитан на условное напряжение 250 кВ при давлении воздуха 4 МПа. Такой укрупненный по напряжению модуль позволяет уменьшить их число по сравнению с выключателями серии ВВБ. Выключатели 220 кВ имеют

27



Рис. 4.3. Баковый воздушный выключатель серии ВВБ-110 UH0M = 110 кВ; 1Н0М = 2000 А; 10ТКН0М = 31,5 кА

28

один модуль, 500 кВ - два и 750 кВ - три модуля. Каждому модулю соответствует опорная колонна, высота которой определяется номинальным напряжением выключателя. Колонны каждого полюса установлены на общем горизонтальном ресивере с запасом сжатого воздуха, сообщающимся с внутренними полостями колонн и через них - с дугогасительными модулями. Фарфоровые колонны должны выдерживать внутреннее давление 4 МПа. поэтому они усилены встроенными стеклоэпоксидными цилиндрами.

^ Подготовка воздуха. Распределительное устройство, оборудованное воздушными выключателями, нуждается в установке для подготовки воздуха высокого давления, его очистке и осушке. Пыль, содержащаяся в воздухе, засоряет клапаны, создает неплотности, снижает разрядное напряжение изоляции. Особенно опасна влага, которая при понижении температуры может конденсироваться в воздуховодах. Зимой в трубах и клапанах возможно образование льда и нарушение проходимости. Стальные части при наличии влаги подвержены коррозии. Конденсация влаги на внутренних поверхностях изоляции снижает ее электрическую прочность и может привести к перекрытию.

Очистка воздуха от пыли производится с помощью фильтров, уста­навливаемых на всасывающих патрубках компрессоров. Применение получили масляные фильтры, которые имеют ряды металлической сетки, смоченной маслом с низкой температурой замерзания. При прохождении воздуха через фильтр пыль оседает на поверхности масла.

Осушка воздуха производится термодинамическим способом: воздух подвергают сжатию до давления, превышающего номинальное давление сети не менее чем в 2 раза. С этой целью применяют компрессоры, обеспечиващие соответствующее давление. При сжатии воздуха температура его повышается. При последующем охлаждении до начальной температуры большая часть пара конденсируется. Образовавшуюся в охлажденном змеевике воду спускают.

29

После этого воздух подвергают расширению через редукционный клапан, чтобы снизить давление до рабочего. Относительная влажность воздуха после его расширения получается равной 0,5% и опасность конденсации водяного пара значительно снижается.

Приходится далее принимать меры к дальнейшему уменьшению содержания влаги с помощью адсорбентов (силикагель - SiO H2O , алюмогель -А12ОЗ Н2О и др.).

В качестве компрессоров используют многоступенчатые компрессоры двойного действия с воздушным охлаждением и приводом от асинхронных электродвигателей.

Достоинство воздушных выключателей по сравнению с масляными заключается в их быстродействии. Однако воздушные выключатели значительно сложнее масляных и имеют большую стоимость. В последнее время заметна тенденция к замене части воздушных выключателей элегазовыми. Воздушные выключатели ПО и 220 кВ нормального климатического исполнения сняты с производства и заменены элегазовыми.

Контрольные вопросы:

  1. Номинальные напряжения, на которые выпускаются воздушные
    выключатели.

  2. Способы гашения дуги.

  3. Способы очистки и осушки воздуха.

  4. Чем достигается большее быстродействие воздушных выключателей
    по сравнению с масляными.

  5. Конструкция и материал контактов.

  6. Существенный недостаток воздушных выключателей по сравнению с
    масляными.

30

^ 5. ЭЛЕГАЗОВЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Дальнейшее повышение номинального напряжения и номинального тока в воздушных выключателях наталкивается на большие трудности.

Были использованы фреон, четыреххлористый углерод и шести-фтористая сера (SF6), которая и была выбрана благодаря высокой элек­трической прочности и большой дугогасящей способности.

^ Достоинства элегаза:

1. Элегаз является "электроотрицательным" газом. Его молекулы обладают способностью захватывать электроны. При этом образуются малоподвижные, тяжелые отрицательные ионы, которые медленно разгоняются электрическим полем. Благодаря этому элегаз обладает высокой электрической прочностью.

  1. Высокая удельная объемная теплоемкость, почти в 4 раза больше, чем у
    воздуха. Это позволяет увеличить токовую нагрузку на 15-25% и при этом
    уменьшить сечение токоведущей цепи аппарата.

  2. Номинальный ток отключения камеры продольного дутья с элегазом в 5 раз
    выше, чем с воздухом.

  3. Малая напряженность электрического поля в столбе дуги, а значит резкое
    сокращение износа контактов.

  4. Элегаз является инертным газом (до 800°С). Он не вступает в реакцию с
    кислородом и водородом, слабо разлагается дугой. Элегаз нетоксичен.

  5. Элегаз негорюч, пожаробезопасен.

Недостатком элегаза является переход из газообразного состояния в жидкое уже при температуре 0°С и давлении 1,25 МПа. Это создает предпосылку использовать его либо с подогревом, либо при низком давлении.

31

В элегазовых выключателях известны три принципа гашения дуги: 1) с автоматическим дутьем. Необходимый для дутья перепад давления создается за счет энергии привода;

2) с охлаждением дуги элегазом при ее движении, вызванном
взаимодействием тока с магнитным полем;

3) с гашением дуги за счет перетекания газа из резервуара с высоким
давлением в резервуар с низким давлением (выключатели с двойным
давлением).

В настоящее время широко применяется первый способ. Дугогаси-тельное устройство с автоматическим принудительным дутьем показано на рис.5.1. Оно располагается в герметичном баке с давлением элегаза 0,2-0,28 МПа. При отключении дуга возникает между неподвижным 1 и подвижным 2 контактами. Вместе с подвижным контактом 2 при отключении перемещаются сопло 3 из фторопласта, перегородка 5 и цилиндр 6. Поршень 4 при этом неподвижен, элегаз сжимается и его поток, проходя через сопло, продольно омывает дугу и обеспечивает ее эффективное гашение.

Широкому распространению элегазовых выключателей особенно в КРУ на напряжение 110 и 220 кВ способствовали неоспоримые их достоинства: Г- полная заводская готовность, обеспечивающая простой и быстрый монтаж. Выключатель поставляется полностью отрегулированным, заполненным элегазом до рабочего давления и не требует при монтаже и наладке дозаправки элегазом;

- взрыво- и пожаробезопасность;

- небольшие масса и размеры, что уменьшает требуемую площадь под
оборудование в 10 раз;

- низкие динамические нагрузки на фундамент при работе (установка выключателя на одной опоре с облегченным фундаментом);

32







33

- большие механический и коммутационный ресурсы, обеспечивающие при нормальных условиях эксплуатации работу без ремонта с вскрытием бака в течение всего срока службы выключателя;

- высокая надежность: даже при падении избыточного давления элегаза до ' нуля выключатель выдерживает 60 В и отключает нагрузки до 630 А; обеспечивается эксплуатация выключателя без включения подогрева до . температуры минус 45°С; у полная автоматизация обслуживания;

  • возможность эксплуатации в неблагоприятных атмосферных условиях;

  • полная биологическая безопасность для окружающей среды;

  • улучшенные характеристики встроенных трансформаторов тока позволяют
    в большинстве случаев отказаться от применения выносных
    трансформаторов тока наружной установки.

Целесообразность строительства закрытых элегазовых распредустройств обуславливается тем, что их объем в 2-3 раза меньше, чем закрытого РУ традиционных конструкций.

Выключатели для КРУЭ типов ЯЭ-110 и ЯЭ-220 имеют пневматические приводы с питанием от централизованной сети сжатого воздуха (давление 2 МПа, влажность не более 60%).

Элегазовые выключатели КРУЭ напряжением 110 кВ типа ЯЭ-110 и напряжением 220 кВ типа ЯЭ-220 (рис.5.2) размещаются в герметизированных алюминиевых кожухах с проходными дисковыми изоляторами для электрического соединения их между собой, заполненных элегазом при давлении 0,4-0,6 МПа. Каждый кожух выключателя снабжен вентилем и трубами, присоединенными к шкафу контроля давления (ШКД). Герметизированные кожухи каждой фазы выключателя, имеющие одинаковое давление, соединены между собой.

34






35

Элегазовые выключатели на напряжения ПО и 220 кВ отдельно не изготовляются, а входят в объем поставки КРУ на эти напряжения в виде отдельных элементов в полностью собранном виде.

Оперирование элегазовым выключателем осуществляется пневмати­ческим приводом двустороннего действия. Ручное отключение элегазового выключателя не предусмотрено.

Коммутационный ресурс элегазовых выключателей примерно в 2-3 раза выше, чем у маломасляных. Износ дугогасящей среды у элегазового выключателя весьма низок, продукты разложения элегаза поглощаются специальными фильтрами-поглотителями (сорбенты-активизированный алюмогель), а утечка газа из корпуса выключателя обычно не превышает 3% в год. Дозаполнение элегаза возможно без снятия напряжения. Практически межревизионные сроки для элегазовых выключателей определяются работой и уходом за его приводом.

За последнее десятилетие многие предприятия России наладили выпуск новых элегазовых выключателей.

ВГБ-35 — выключатель элегазовый баковый на напряжение 35 кВ. наружной установки, предназначен для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах, а также для работы в стандартных циклах при АПВ в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 и 60 Гц. Выпускает ВГБ-35 АО «Уралэлектротяжмаш», г. Екатеринбург.

Выключатель представляет собой комплексный аппарат, состоящий из собственно выключателя, привода и шести встроенных трансформаторов тока, рис.5.3. Сам выключатель состоит из металлического заземленного бака, внутри которого расположены неподвижные и подвижные контакты, а также дугогасительные устройства, основанные на прогрессивном принципе гашения электрической дуги путем ее вращения в магнитном поле.

36






Каждый трансформатор тока рассчитан на весь диапазон первичных номинальных токов (от 50 до 600 А) и имеет два сердечника и две обмотки для целей защиты и измерений. Переключение отводов для измерения коэффициента трансформации производится без разборки выключателя.

Выключатели выпускаются в двух исполнениях:

-выключатель с электромагнитным приводом постоянного тока (типовое обозначение ВГБЭ-35-12,5/630УХЛ1 на номинальное напряжение 35 кВ. номинальный ток отключения 12,5 кА, номинальный ток 630 А, для умеренного и холодного климата). По заказу привод этого выключателя снабжается встроенным выпрямителем для питания включающего электромагнита от сети переменного тока, при этом обеспечивается включение на токи короткого замыкания вплоть до 12,5 к А;

-выключатель с электромагнитным приводом переменного тока (типовое обозначение ВГБЭП-35). В этом приводе сочетаются качества, присущие как электромагнитному приводу постоянного тока (простота и надежность), так и пружинному приводу (автономность). Привод снабжен встроенными выпрямителями для питания включающего, отключающего электромагнитов и катушки контактора.

Выключатель снабжен электроконтактным сигнализатором давления элегаза с температурной компенсацией, автоматически приводящей его показания к температуре + 20°С. Сигнализатор обеспечивает визуальный контроль за уровнем давления элегаза в выключателе и имеет две установки: на предупредительный сигнал при понижении давления до 0,33 МПа и на отключение выключателя при падении давления ниже 0,3 МПа.

Масса выключателя составляет 800 кг, элегаза - 4 кг. Срок службы до среднего ремонта 15 лет.

Выключатели могут работать в широком диапазоне климатических условий: от районов Крайнего Севера (нижнее рабочее значение температуры

38

окружающей среды - минус 60°С) до районов с тропическим климатом (верхнее рабочее значение температуры - плюс 55°С).

ВГБ-220-40/2000 - выключатель элегазовый баковый на напряжение 220 кВ, номинальный ток отключения 40 кА, номинальный ток 2000 А, рис.5.4. Кроме этих выключателей АО «Электроаппарат», г. Санкт-Петербург, выпускает ВГБ-110, ВГБ-330.

Элегазовые выключатели серии ВГБ разработаны на базе хорошо известного принципа гашения дуги. При срабатывании выключателя элегаз сжимается и выбрасывается через контакты выключателя, осуществляя гашение дуги.

Выключатели имеют встроенные трансформаторы тока с количеством вторичных обмоток: для измерений - 2, для защиты - 4.

Выключатели поставляются практически в собранном виде. Они заполняются элегазом до транспортного давления, и комплектуются всем необходимым, в том числе специальным оборудованием для закачки и контроля элегаза. Экологически чистые выключатели не требуют замены элегаза в течение всего срока службы, не нуждаются в особых мерах по технике безопасности и допускают подпитку элегазом без снятия напряжения с выключателя. Выключатели допускают пофазное управление, просты в наладке и эксплуатации.

Срок до среднего ремонта - 8 лет, гарантийный срок службы - 30 лет.

^ Достоинства выключателей серии ВГБ:

  • гидропривод (не нужна система сжатого воздуха);

  • один разрыв на полюс ВГБ-220 и два разрыва на ВГБ-330;

  • повышенная сейсмостойкость (низкий центр тяжести);

  • низкий уровень помех (электромагнитных излучений, шума и т.д.).

39







40

Выключатели серии ВГУ выпускает НПО «Уралэлектротяжмаш», Екатеринбург, на номинальные напряжения ПО, 220, 330 и 500 кВ. Выключатель предназначен для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 и 60 Гц.

На рис.5.5 показан выключатель элегазовый типа ВГУ-220-45/3150 У1, (У - конструктивное исполнение) на номинальное напряжение 220 кВ, номинальный ток отключения 45 кА, номинальный ток 3150 А, для умеренного климата.

В связи с возрастанием номинального напряжения в два раза (против ВГУ-110) число разрывов на полюсе увеличено в два раза. Поэтому полюс имеет Уобразную компоновку. Управление контактами осуществляется приводом, расположенным в шкафу управления. Отключение производится пневматическим приводом. Включение осуществляется пружинами, которые заводятся при отключении. Управление тремя полюсами осуществляется с помощью шкафа управления.

Высота установки над уровнем моря 1000 м; рабочее значение температуры окружающей среды от минус 45 до плюс 40°С.

Масса выключателя 8000 кг, масса элегаза в выключателе 35 кг. /Номинальное рабочее давление элегаза 0,4 МПа, номинальное давление I сжатого воздуха привода 2,0 МПа.

Срок службы до среднего ремонта (полной переборкой узлов) - 12 лет, / срок службы до списания - 25 лет.

Элегазовые выключатели серии ВГТ на номинальные напряжения 110 и 220 кВ выпускает АО «Уралэлектротяжмаш», Екатеринбург. Выключатель типа ВГТ-110-40/2500У1 представлен на рис.5.6.

Выключатели наружной установки предназначены для коммутации электрических сетей при нормальных и аварийных режимах, а также для

41







42



Рис. 5.6. Элегазовый выключатель серии ВГТ:

а) на напряжение 110 кВ

б) на напряжение 220 кВ

43

работы в стандартных циклах при АПВ в сетях трехфазного переменного тока частоты 50 и 60 Гц в районах с умеренным климатом. Выключатель управляется пружинным приводом типа ППрК.

Основные преимущества элегазовых выключателей серии ВГТ:

  • высокая надежность работы;

  • применение надежного автономного и не требующего мощных источников
    питания пружинного привода, имеющего более, чем 16-летний опыт
    эксплуатации в составе маломасляных выключателей серии ВМТ;

  • высокая заводская готовность, простой и быстрый монтаж;

  • отсутствие необходимости в техническом обслуживании и ремонтах при
    нормальных условиях эксплуатации;

  • высокий механический и коммутационный ресурсы, качество уплотнения и
    комплектующих, обеспечивающих 20-летний межремонтный период;

  • низкий уровень шума при срабатывании, соответствие высоким
    природоохранным требованиям;

  • низкие динамические нагрузки на фундаментные опоры;

  • полная взаимозаменяемость (по габаритно-установочным размерам и
    приводам) с маломасляными выключателями серии ВМТ.


Контрольные вопросы:

  1. Достоинства элегаза как гасящей среды.

  2. На какие номинальные напряжения выпускаются элегазовые
    выключатели.

  3. Способы гашения дуги.

  4. Каких конструкций привод используется в элегазовых выключателях.

  5. Что позволяет использовать элегазовые выключатели в закрытых
    распредустройствах.

  6. Почему у контактов в элегазовых включателях высокая
    износостойкость.

44

^ 6. ВАКУУМНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

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 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.

В глубоком вакууме дугогасительной камеры выключателя длина свободного пробега молекул и электронов составляют десятки и сотни метров, т.е. во много раз больше, чем расстояния между контактами выключателя. Ударная ионизация в вакуумном промежутке практически отсутствует, поэтому вакуумный промежуток не может служить источником заряженных частиц. Заряженные частицы могут появиться при определенных условиях с поверхностей контактов и других частей вакуумной камеры (рис.6.1.).

При массовом производстве стоимость вакуумных выключателей всего на 5-15% больше стоимости маломасляных и меньше стоимости электромагнитных. Большая экономия при эксплуатации делает эти выключатели высокоэффективными, что обуславливает их все более широкое распространение (в Японии 50% всех выключателей вакуумные).

45



Рис. 6.1. Устройство вакуумной камеры.

46

При высокой электрической прочности вакуума расстояние между контактами очень мало (2-2,5 см), поэтому размеры камеры также относительно небольшие.

Конструкция вакуумной камеры. Устройство вакуумной камеры показано на рис.6.1. Она состоит из следующих частей: стеклокерамической оболочки 1; стальных торцевых фланцев 2; медных контактных стержней - неподвижного 3 и подвижного 4; электродов 5; стального ребристого сильфона 6, приваренного к подвижному контактному стержню 4; экранов 7, 8, 9. Давление в камере составляет около 1,3 * 10"5 Па.

Материал контактов оказывает большое влияние на характеристики выключателя.

Металлы, используемые для контактов, должны обладать механической прочностью, стойкостью относительно эрозии и сваривания. Перенапряжения при медных контактах в 2,5 раза ниже, но они более подвержены свариванию и износу. Эти противоречия устраняются, если часть контактной поверхности выполнена из дугостойкого металла (молибден), а другая часть - из материала с высоким давлением паров (сурьма). Хорошие результаты дает специальная металлокерамика. Применяют сплавы меди с небольшим количеством висмута, железа, бора. Эти сплавы отличаются более высокой электро- и теплопроводностью по сравнению с ранее применявшимися материалами, например, вольфрамом.

Контакты находятся в глубоком вакууме и поэтому не окисляются, благодаря чему достигается высокая износостойкость контактов. Они работают без обслуживания в течение всего срока службы камеры.

Наличие вакуума ухудшает охлаждение контактов. За счет увеличения размеров подводящих шин, совершенствования ДУ и контактных материалов удается довести длительные токи до необходимых значений.

47

Для получения быстродействия в вакуумных ДУ нашла широкое применение торцовая контактная система. Она дает возможность иметь малый ход контактов (20-25 мм) и небольшое время отключения. Ход контактов у маломасляных выключателей с теми же параметрами в 10 раз больше (около 200 мм у выключателя типа ВМП-10). Простая конструкция контакта позволяет создать технологию, при которой хорошо дегазируются токоведущие элементы выключателя, что очень важно для обеспечения высокого вакуума большой стабильности.

В положении "включено" (рис.6.1) электроды прижаты друг к другу пружиной привода с силой около 3000 Н. В процессе отключения контакты размыкаются. Скорость движения контактов составляет около 1,5 м/с. Зажигается дуга. Она горит в парах металла, образующихся на поверхности холодного катода в отдельных наиболее нагретых точках. Металлические пары непрерывно покидают дуговой промежуток и конденсируются на поверхности центрального экрана, изолированного от электродов. Он защищает изолирующую оболочку от радиации дуги и оседания на ней частиц металла.

Для того, чтобы погасить дугу, необходима высокая скорость движения подвижного контакта при отключении и включении. Эта необходимость вызвана тем, что при сближении контактов перед замыканием происходит пробой межконтактного промежутка с переходом в дугу так же, как и при отключении. При медленном сближении контактов тепловыделение увеличивается, может возникнуть оплавление контактов. По этой же причине нежелательна вибрация контактов после замыкания, так называемый дребезг контактов.

Достаточно большое сжатие контактов в замкнутом состоянии устраняет дребезг и способствует уменьшению межконтактного электрического сопротивления.

48

При переменном токе после прохождения тока через нуль происходит быстрое рассасывание зарядов вследствие диффузии, и через 10 мкс между контактами восстанавливается электрическая прочность вакуума, что является большим достоинством этих выключателей.

В настоящее время отечественная промышленность выпускает вакуумные выключатели на напряжение 10 кВ серий ВВТ и ВВЭ.

Выключатели серии ВВЭ, ВВТЭ предназначены для КРУ установок общего назначения и установок с частыми коммутациями электрических цепей трехфазного переменного тока с изолированной нейтралью частотой 50 Гц (60 Гц) напряжением до 12 кВ в промышленных и сетевых установках с частыми коммутациями. Они имеют исполнения для тропиков (на экспорт) и для умеренного климата.

^ Вакуумный выключатель типа ВВЭ-М-10-20 - (выключатель вакуумный модернизированный) со встроенным электромагнитным приводом на номинальное напряжение 10 кВ и номинальный ток отключения 20 кА, рис. 6.2. Устанавливаются в КРУ типа К-104, КМ-1Ф, К-49, К-59. По своим габаритным размерам и схемам управления взаимозаменяемы с выключателями ВК-10, ВКЭ-10.

Схема управления выключателя обеспечивает:

-оперативное и неоперативное включение и отключение выключателя;

-сигнализацию положения выключателя с помощью коммутирующих контактов для внешних вспомогательных цепей контроля и управления в КРУ;

-ручное оперативное отключение.

Условия эксплуатации:

-климатическое исполнение выключателей УЗ по ГОСТ 15150-89;

-высота над уровнем моря до 1000 м;

  • температура окружающего воздуха от -45°С до +40°С;

  • окружающая среда не взрывоопасная.

49



Рис. 6.2. Вакуумный выключатель серии ВВЭ-10

50
Срок службы выключателя до первого среднего ремонта не менее 10 лет. срок службы выключателя до капитального ремонта (списания) не менее 25 лет, если не исчерпан механический и коммутационный ресурсы выключателя. Масса выключателя не более 93 кГ. Операция включения выключателя осуществляется за счет тягового усилия электромагнита включения встроенным электромагнитным приводом зависимого (прямого) действия.

Собственное время включения должно быть 0,1 с, собственное время отключения - не более 0,02 с.

^ Вакуумный выключатель типа ВВЭ-М-10-40 на номинальный ток отключения 40 кА. Устанавливается в КРУ типа К-105, К-59, а также могут использоваться для замены маломасляных и электромагнитных выключателей в любых типах распределительных устройств.

Схема управления и условия эксплуатации аналогичны выключателю ВВЭ-М-10-20.

Выключатель серии ВВТЭ-М-10-20 со встроенным электромагнитным приводом со схемами управления на постоянном или переменном токе.

Устанавливаются в ячейки типа КРУЭ-6П, 2КВЭ-6М, КРУП-6П, а также для замены маломасляных выключателей типа ВМПЭ-10, ВМП-10К, ВМГ-133 в любых типах распределительных устройств.

Рекомендуются для применения на нефтебуровых установках, мощных экскаваторах, передвижных электростанциях, в электрических подстанциях, шахтах, метрополитенах, подстанциях оросительных систем и других распределительных устройств наружной и внутренней установки общепромышленного применения.

51

Выключатели вакуумные серии ВВС-35-20/630 УХЛ1 (Т1) -

(выключатель вакуумный северный) на номинальное напряжение 35 кВ, номинальный ток отключения 20 кА, номинальный ток 630 А, умеренного, холодного или тропического исполнения.

Принцип работы выключателя основан на гашении в вакууме электрической дуги, возникающей при размыкании контактов вакуумных дугогасительных камер. Горение дуги в вакууме поддерживается за счет паров металла, попадающих в межконтактный промежуток при их испарении с поверхности контактов. В момент перехода тока через нулевое значение происходит быстрое нарастание электрической прочности межконтактного промежутка, обеспечивающее надежное отключение цепей выключателя.

Трехполюсный выключатель содержит механизмы задержки на 1 и Ш полюсах относительно первой гасящей фазы на П полюсе, что обеспечивает снижение перенапряжений, возникающих при отключении вакуумными камерами токов КЗ, до приемлемого уровня.

Выключатель состоит из трех или одного полюса, см. рис. 6.3 и 6.4.

Каждый полюс собран на отдельной крышке. Полюса трехполюсного выключателя соединяют между собой в один общий комплект междуполюсные муфты.

Крышки установлены на сварной (из углового профиля) каркас. На плите, приваренной к каркасу, укреплен шкаф с приводом. На одной из вертикальных стоек каркаса укреплен барабан с тросом, на валу которого устанавливается лебедка для подъема и опускания баков.

Крышка является основной несущей частью, к которой крепятся все остальные элементы полюса выключателя. Через отверстия в крышке приходят вводы.

Вакуумная дугогасительная камера, рис.6.5 размещена в стеклопласти-ковом цилиндре, установленном на крышке. Электрическая прочность

52







54



Рис.6.5. Общий вид и габаритные размеры дугогасительной камеры: 1 - шина; 2 - траверса: 3 - тяга: 4 - наконечник; 5. 10. 13 - шпильки; 6 - кольцо; 7 - цилиндр; 8 - втулка; 9 - пружина: 11 - гибкая связь: 12 - вакуумная камера; 14 - изоляционная втулка; 15 - изоляционная шайба; 16 - крышка

55

наружной изоляции вакуумных камер обеспечивается за счет заполнения баков и стеклопластиковых цилиндров трансформаторным маслом.

Выключатель комплектуется встроенными трансформаторами тока (по два на полюс). Которые предназначены для подключения защиты и измерительных приборов. Вторичные обмотки трансформаторов тока имеют отпайки и позволяют менять номинальный первичный ток в широких пределах.

Управление выключателем осуществляется электромагнитным приводом, рис.6.6, с помощью механизма. Механизм выключателя служит для передачи движения от привода к подвижным контактам камер.

Баки выключателя овальной формы, внутри их установлена внутрибаковая изоляция. Баки снабжены маслоуказателем.

Разработчик и изготовитель ОАО «Карпинский электромашино­строительный завод», Свердловская обл., г. Карпинск.

Для выключателей напряжением 110-220 кВ необходимо соединять последовательно несколько камер. Для выключателя напряжением 220 кВ потребуется четыре ДУ на напряжение 84 кВ, соединенных последовательно. Существуют определенные сложности, препятствующие созданию многоразрывного вакуумного выключателя.

По данным фирмы "Дженерал Электрик" проектируется выключатель напряжением 242 кВ с пятью ДУ на полюс и током отключения 40 кА. Компоновка выключателя такая же, как у баковых элегазовых выключателей. В Японии построен и введен в эксплуатацию вакуумный выключатель на напряжение 160 кВ, ток отключения 40 кА, имеющий всего два разрыва на полюс.

Вакуумные ДУ обладают исключительно высокой надежностью и износостойкостью. Выключатель может отключать номинальный ток 50 раз.

56



Рис. 6.6 Общий вид и габаритные размеры электромагнитного привода ПЭМУ: 1 - шкаф; 2 - болт заземления; 3 - счетчик импульсов: 4 - выпрямительное устройство: 5 - блоки зажимов; 6 - привод: 7 - контактор: 8 - вилка: 9 - устройство для подогрева: 10 - ходовой винт; 11 - коробка выводов: 12 - рукоятка ручного отключения

57

Малая масса подвижного контакта, малый ход контактов и небольшая скорость отключения значительно упрощают требования к механизму выключателя. Между тем отказы в работе вакуумных выключателей чаще всего возникают из-за неисправности механизма и других второстепенных причин.

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

58

отключении токов КЗ.

  1. Отсутствие загрязнения окружающей среды.

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

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

  4. 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.

Контрольные вопросы

  1. Каковы преимущества КРУ с вакуумными и электромагнитными
    выключателями.

  2. В чем состоят достоинства вакуумного объема при использовании его
    в выключателях.

  3. Чем объясняется необходимость высокой скорости движения
    контактов вакуумного выключателя при включении и отключении.

  4. Каково назначение сильфона.

  5. Чем объясняется высокая износостойкость контактов вакуумного
    выключателя.

59

  1. Каковы достоинства и недостатки вакуумных выключателей.

  2. Какие номинальные параметры вакуумных выключателей являются
    основными.

  3. Каковы области применения вакуумных выключателей.

  4. В чем состоят преимущества КРУ с вакуумными выключателями.

^ 7.ВЫКЛЮЧАТЕЛИ НАГРУЗКИ

Выключатели нагрузки являются простейшими высоковольтными выключателями, предназначенными для отключения и включения цепей. находящихся под нагрузкой. Дугогасительные устройства этих выключателей рассчитаны только на гашение маломощной дуги, возникающей при отключении тока нагрузки, поэтому их нельзя использовать для отключения цепей при коротких замыканиях.

Для отключения цепей при коротких замыканиях совместно с вы­ключателями нагрузки применяют какие-либо высоковольтные предохра­нители, например, кварцевые.

В последние годы выключатели нагрузки получили очень большое применение в тех установках сравнительно небольшой мощности (на цеховых, городских, сельскохозяйственных подстанциях), где возможно ограничиться защитой от токов короткого замыкания при помощи плавких предохранителей и, где выключатели нужны только для включения и отключения цепей при нагрузке.

Выключатели нагрузки даже с учетом высоковольтных предохранителей дешевле и обычно требуют меньше места в распределительном устройстве, нежели мощные высоковольтные выключатели на те же напряжения.

60

В качестве дугогасительных устройств в включателях нагрузки могут быть применены дугогасительные камеры с масляным заполнением, камеры с твердым газогенерирующим материалом, дугогасительные решетки с металлическими или керамическими пластинами.

В настоящее время отечественной промышленностью изготовляются выключатели нагрузки только на напряжение 6 и 10 кВ, снабженные дугогасительными камерами с вкладышами из органического стекла.

Выключатель нагрузки с пружинным приводом и усиленной контактной системой типа ВНПу-10/400-ЮзУЗ создан на номинальное напряжение 10 кВ. номинальный ток и номинальный ток отключения 400 А, действующее значение сквозного тока 10 А, с заземляющими ножами. В основу конструкции выключателей нагрузки положен нормальный трехполюсный разъединитель для внутренних установок (рис.7.1.а) с пристроенными дугогасительными камерами и отключающими пружинами (рис.7.1.6). Все три полюса размещаются на сварной раме. На нижнем опорном изоляторе полюса расположены вывод полюса и шарнир подвижного контакта 1. На верхнем изоляторе укреплены неподвижный контакт 2, дугогасительная камера 5 и второй вывод полюса. Подвижный главный контакт 1 выполнен из двух стальных пластин. В середине укреплен дугогасительный контакт 4 в виде изогнутой тонкой медной шины. Подвижные контакты приводятся в движение валом выключателя 3, который соединен с контактами фарфоровой тягой. Отключение выключателя происходит под действием пружин 6, которые заводятся при включении. В дугогасительной камере расположен непод­вижный дугогасительный контакт точечного типа 7, соединенный с главным неподвижным контактом 2. Корпус камеры выполнен из пластмассы и состоит из двух половин, стянутых винтами. Внутри корпуса размещены два вкладыша 8 из газогенерирующего материала - органического стекла.

61



Рис. 7.1. Выключатель нагрузки типа ВЫ

62

Управление выключателем осуществляется ручным рычажным при­водом со встроенным электромагнитом для дистанционного отключения. Если необходимо дистанционное включение, то может быть использован дополнительный электромагнитный привод.

^ Во включенном положении выключателя ток проходит через контур главных и дугогасительных контактов. Во время отключения сначала размыкаются главные контакты и весь ток перебрасывается в цепь дуго­гасительных контактов. После расхождения дугогасительных контактов между вкладышами 8 загорается дуга. Малая толщина подвижного дугогасительного контакта 4 и узкая щель, в которой он перемещается, обеспечивают хороший контакт дуги со стенками вкладышей. Благодаря высокой температуре дуги вкладыши интенсивно выделяют газ, который стремится выйти из камеры через зазор между подвижным контактом и вкладышами. При этом возникает продольный обдув дуги, в результате чего она гаснет. Зона выброса газов из камеры 200- 500 мм. Контакт 4 выходит из камеры тогда, когда дуга погаснет. В отключенном положении дугогасительный контакт отходит от камеры на расстояние, обеспечивающее достаточную электрическую прочность для данного класса напряжения. Последовательно с выключателем нагрузки включаются мощные предохранители типа ПК, которые защищают установку от КЗ.

Выключатель может снабжаться дополнительным устройством, которое автоматически отключает его после срабатывания предохранителей. Это устройство приводится в действие указателем срабатывания предохранителя.

Без замены вкладышей выключатель нагрузки допускает 75 отключений тока 200 А при напряжении 10 кВ.

Автогазовый выключатель нагрузки типа ВНПР-10/400-20 с пружинным приводом (П), с ручным заводом - местным управлением (Р), на напряжение 10 кВ, номинальный ток 400 А, номинальную периодическую составляющую

63

сквозного тока короткого замыкания 20 кА, в климатическом исполнении и категории размещения У2. Выключатели нагрузки используются в шкафах комплектных распределительных устройств (КРУ), камерах стационарных одностороннего обслуживания (КСО), комплектных трансформаторных подстанциях (КТП).

Выключатели относятся к коммутационным аппаратам, снабженным автогазовым дугогасительным устройством.

Принцип работы выключателей основан на гашении электрической дуги, возникающей при размыкании дугогасительных контактов, потоком газа, образующегося в результате воздействия высокой температуры дуги на вкладыши камеры.

Выключатель типа ВНПР-10/400-20 У2, (рис. 7.2), состоит из рамы, на которой установлены шесть опорных изоляторов. На трех изоляторах, расположенных в нижней части рамы, крепятся шарнирно главные подвижные контакты совместно с подвижными дугогасительными контактами, а в верхней части — главные и дугогасительные неподвижные контакты и дугогасительная камера.

Для включения и отключения выключателя имеется энергоноситель в виде пружин и тяга для передачи движения к подвижным контактам.

Выключатели нагрузки поставляются в собранном и отрегулированном на заводе-изготовителе виде. Дополнительные полурамы для установки предохранителей входят в комплект поставки.

Изготовитель АО «МЭЛ» г.Москва.

64


Литература

1. Электрическая часть станций и подстанций: Учеб. для вузов/ А.А.Васильев, И.П.Крючков, Е.Ф.Наяшкова и др.; Под ред. А.А.Васильева.- 2-е изд., перераб. и доп. М.:Энергоатомиздат, 1990.- 576 с.

2. Чунихин А.А., Жаворонков М.А. Аппараты высокого напряжения: Учеб. пособие для вузов.- М.: Энергоатомиздат, 1985.-432 с.

3 Чунихин А.А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 720 с.

  1. Дорошев К.И. Выключатели и измерительные трансформаторы в КРУ-6-
    220 кВ.- М: Энергоатомиздат, 1990.- 152 с.

  2. Жуков В.В., Минеин В.Ф. Современные КРУ на 6 и 10 кВ с вакуумными и
    электромагнитными выключателями. Учеб. пособие для ПТУ. М.: Высш. шк.,
    1989.- 103 с.

  3. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций:
    Справочные материалы для курсового и дипломного проекти-рования: Учеб.
    пособие для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. -М: Энергоатомиздат, 1989.

  4. Выключатели вакуумные типа ВВЭ-М-10-20. Техническое описание и
    инструкция по эксплуатации. ИНЛЯ. 674152.009ТО.

66


Скачать файл (1705.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации