37 Электрические аппараты высокого напряжения. Виды выключателей высокого напряженияВиды выключателей высокого напряжения — Мегаобучалка4.6.1. Масляные баковые выключатели Первыми выключателями в цепях высокого напряжения были масляные баковые выключатели без специальных устройств для гашения дуги. Контактная система размещалась в стальном заземленном баке, залитом изоляционным маслом, которое служило для гашения дуги и изоляции токоведущих частей друг от друга и от заземленного бака. При отключении возникает дуга между контактами, которая разлагает и испаряет масло, образуется газопаровой пузырь с давлением внутри 0,5—1 МПа, в котором охлаждается и гаснет дуга. 4.6.1. Маломасляные выключатели Маломасляные выключатели (горшковые) получили широкое распространение в закрытых и открытых распределительных устройствах всех напряжений. Масло в этих выключателях в основном служит дугогасящей средой и только частично изоляцией между разомкнутыми контактами. Изоляция токоведущих частей друг от друга и от заземленных конструкций осуществляется фарфором или другими твердыми изолирующими материалами. Контакты выключателей для внутренней установки находятся в стальном бачке (горшке), отсюда сохранилось название выключателей «горшковые» . Маломасляные выключатели напряжением 35 кВ и выше имеют фарфоровый корпус. Самое широкое применение имеют выключатели 6—10 кВ подвесного типа (рис. 4.35, а, б). В этих выключателях корпус крепится на фарфоровых изоляторах к общей раме для всех трех полюсов. В каждом полюсе предусмотрен один разрыв контактов и дугогасительная камера. 4.6.1. Воздушные выключатели В воздушных выключателях гашение дуги происходит сжатым воздухом, а изоляция токоведущих частей и дугогасительного устройства осуществляется фарфором или другими твердыми изолирующими материалами. Конструктивные схемы воздушных выключателей различны и зависят от их номинального напряжения, способа создания изоляционного промежутка между контактами в отключенном положении и способа подачи сжатого воздуха в дугогасительное устройство. В выключателях на большие номинальные токи (рис. 4.38, а, б) имеются главный и дугогасительный контуры, как и в маломасляных выключателях МГ и ВГМ. Основная часть тока во включенном положении выключателя проходит по главным контактам 4, расположенным открыто. При отключении выключателя главные контакты размыкаются первыми, после чего весь ток проходит по дугогасительным контактам, заключенным в дугогасительной камере 2. К моменту размыкания этих контактов в камеру подается сжатый воздух из резервуара 7, создается мощное дутье, гасящее дугу. Дутье может быть продольным (см. рис. 4.38, а) или поперечным (см. рис. 4.38, б). Необходимый изоляционный промежуток между контактами в отключенном положении создается в дугогасительной камере путем разведения контактов на достаточное расстояние (см. рис. 4.38, б) или специальным отделителем 5, расположенным открыто (см. рис. 4.38, а). После отключения отделителя 5 прекращается подача сжатого воздуха в камеры и дугогасительные контакты замыкаются. Выключатели, выполненные по такой конструктивной схеме, изготовляются для внутренней установки на напряжение 15 и 20 кВ и ток до 20000 А (серия ВВГ), а также на 35 кВ (ВВЭ-35-20/1600УЗ). 4.6.1. Электромагнитные выключатели Электромагнитные выключатели для гашения дуги не требуют ни масла, ни сжатого воздуха, что является большим преимуществом их перед другими типами выключателей. Выключатели этого типа выпускают на напряжение 6—10 кВ, номинальный ток до 3600 А и ток отключения до 40 кА. На рис. 4.43, а показан выключатель ВЭ-10-40, установленный на тележке и предназначенный для ячейки КРУ. На сварном основании 1, установленном на катках, крепятся привод 13, три полюса 5, состоящих из двух изоляционных стоек, на которых крепятся два проходных эпоксидных изолятора 6 с розеточными контактами. На верхнем изоляторе смонтированы неподвижные контакты 7, на нижнем — подвижные контакты 4, связанные изоляционной тягой 10 с валом выключателя 12. Последний соединен с приводом 13 с помощью рычагов 11 и тяг. Дугогасительные камеры Скрепятся на неподвижном контакте и специальных стойках. Каждый полюс изолирован кожухом. Передняя часть кожуха обшита металлическим листом, надежно заземленным вместе с рамой выдвижного элемента КРУ. Цепи вторичной коммутации заключены в металлический шланг и заканчиваются штепсельным разъемом 9. При отключении выключателя размыкаются главные контакты, а затем дугогасительные 1 (рис. 4.43, б). Возникшая дуга А действием электродинамических сил токоведущего контура и воздушных потоков выдувается вверх в дугогасительную камеру (положение дуги Б), при этом в цепь между медным рогом 3 и контактом включается обмотка электромагнита 2. Созданное поперечное магнитное поле перемещает дугу в положение В — между левым 3 и правым 5 медными рогами. Включенная вторая обмотка 6 усиливает магнитное поле, дуга втягивается внутрь гасительной камеры 4 с керамическими пластинами, растягивается, попадает в узкую щель и гаснет при очередном переходе тока через нуль. При отключении малых токов (до 1000 А) напряженность магнитного поля невелика и не может обеспечить быстрое втягивание дуги в камеру. Гашение дуги в этом случае обеспечивается дутьевым устройством 2 с трубкой поддува 3, через которую подается поток воздуха на дугу (см. рис. 4.43, о).
а — общий вид: 1 — основание; 2 — электромагнит; 3 — медный рог; 4 — подвижные контакты; 5 — полюс выключателя; 6 — проходной изолятор; 7 — неподвижные контакты; 8 — дугогасительная камера; 9 — штепсельный разъем; 10 — изоляционная тяга; 11 — рычаги связи с валом выключателя 12; 13 — привод; б — дугогасительная камера: 1 — дугогасительные контакты; 2 — электромагнит; 3, 5 — медные рога; 4 — гасительная камера; 6 — обмотка второго электромагнита; А, Б, В, Г, Д — положение дуги в процессе гашения 4.6.2. Вакуумные выключатели Электрическая прочность вакуумного промежутка во много раз больше, чем воздушного при атмосферном давлении. Это свойство используется в вакуумных дугогасительных камерах КДВ (рис. 4.44). Рабочие контакты 1 имеют вид полных усеченных конусов с радиальными прорезями. Такая форма контактов при размыкании создает радиальное электродинамическое усилие, заставляющее перемещаться дугу через зазоры 3 на дугогасительные контакты 2. Материал контактов подобран так, чтобы уменьшить количество испаряющегося металла. Вследствие глубокого вакуума (10-4—10“6) происходит быстрая диффузия заряженных частиц в окружающее пространство, и при первом переходе тока через нуль дуга гаснет. Подвод тока к контактам осуществляется с помощью медных стержней 4 и 5. Подвижный контакт крепится к верхнему фланцу 5 с помощью сильфона 7 из нержавеющей стали. Металлические экраны 8тл 9 служат для выравнивания электрического поля и для защиты керамического корпуса 10 от напыления паров металла, образующихся при горении дуги. Экран 8 крепится к корпусу камеры с помощью кольца 11. Поступательное движение верхнему контакту обеспечивается корпусом 12. Ход подвижного контакта составляет 12 мм. На основе рассмотренной выше вакуумной дугогасительной камеры выпускаются выключатели напряжением 6 —110 кВ с номинальным током до 3200 А и током отключения до 40 кА. 4.6.1. Элегазовые выключатели Элегаз SF6 представляет собой инертный газ, плотность которого в 5 раз превышает плотность воздуха. Электрическая прочность элегаза в 2—3 раза выше прочности воздуха. В элегазовых выключателях применяются автокомпрессионные дугогасительные устройства (рис. 4.47). При отключении цилиндр 4 вместе с контактом 3 перемещается вниз, образуется разрыв между подвижным 3 и неподвижным 1 контактами и загорается дуга. Поршень 5 остается неподвижным, поэтому при движении цилиндра вниз элегаз над поршнем сжимается, создается дутье в объем камеры и полый контакт 1, столб дуги интенсивно охлаждается, и она гаснет. При включении цилиндр 4 перемещается вверх, контакт 1 оказывается в верхней камере цилиндра и цепь замыкается. Элегазовый выключатель представляет собой замкнутую систему без выброса газа наружу. Более эффективным является двустороннее дутье, именно такие дугогасительные камеры применяются в современных элегазовых выключателях, построенных на модульном принципе. Так, в выключателях на 110 кВ — один дугогасительный модуль, на 220 кВ — два, на 500 кВ — четыре. Соответственно меняется изоляция относительно земли. megaobuchalka.ru 37 Электрические аппараты высокого напряженияКлассификация АВН. Коммутационные аппараты. В эту группу входят высоковольтные выключатели, предохранители, выключатели нагрузки, разъединители, отделители и короткозамыкатели. 1) Высоковольтный выключатель — важнейший из АВН. Он служит для включения и отключения токов любых режимов: номинальных, токов КЗ, токов холостого хода (XX) 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. 2) Разъединитель служит для включения и отключения цепей высокого напряжения при отсутствии тока. Эти аппараты необходимы для изменения электрических схем энергоустановки и создания безопасных условий при ремонте и ревизии АВН и силового оборудования (трансформаторов, генераторов и др.). Отличительной особенностью разъединителя является видимый разрыв между контактами в положении «отключено». Разъединитель не имеет ДУ. После снятия напряжения с оборудования необходимо заземлить токоведущие части. Для этого разъединители часто снабжаются заземляющими устройствами. 3) Высоковольтный предохранитель — аппарат, производящий отключение защищаемой цепи при КЗ и недопустимой перегрузке путем плавления металлического проводника малого сечения и последующего гашения дуги высокого напряжения в ДУ. 4) Выключатель нагрузки. Этот аппарат служит только для включения и отключения номинальных токов установки. Отключение токов КЗ и перегрузок производит высоковольтный предохранитель, включенный с выключателем нагрузки последовательно. В отличие от разъединителя выключатель нагрузки имеет ДУ, рассчитанное на коммутацию номинальных токов и токов XX трансформаторов и линий электропередачи. 5) Отделители и короткозамыкатели. В связи с возрастанием мощности приемников напряжение 35—220 кВ подается непосредственно на территории заводов, фабрик, городов. Выключатели на это напряжение имеют значительные габаритные размеры и высокую стоимость. В связи с этим разработаны упрощенные схемы энергоснабжения, в которых выключатели на повышенное напряжение заменяются простыми и дешевыми аппаратами — отделителями и короткозамыкателями, не требующими большого помещения. Отделитель — это коммутационный аппарат, который служит для отключения обесточенной цепи высокого напряжения за малое время. По своей конструкции отделитель похож на разъединитель, но имеет быстродействующий привод, который отключает его за относительно малое время (не более 0,1 с). Короткозамыкатель — это коммутационный аппарат, который служит для создания КЗ в цепи высокого напряжения. По своей конструкции он напоминает заземляющее устройство разъединителя. Включение и отключение короткозамыкателя производится также с помощью быстродействующего привода. Время включения с момента подачи управляющего сигнала до момента замыкания контактов не превышает 0,1 с. Согласованная работа отделителя и замыкателя производится от специальной схемы автоматики. Ограничивающие аппараты. 1) Токоограничивающий реактор — катушка индуктивности, которая служит для ограничения тока КЗ и поддержания необходимого напряжения на сборных шинах распредустройства. Реакторы позволяют применить высоковольтные выключатели и другие АВН облегченного типа, а также повысить надежность работы электроустановки. Наряду с токоограничивающими реакторами в установках высокого напряжения нашли применение реакторы иного назначения: шунтирующие, нагрузочные, дугогасящие и др. 2) Разрядники — аппараты, ограничивающие напряжение в электроустановке при коммутационных и атмосферных перенапряжениях. Они позволяют снизить требования к прочности электрической изоляции аппаратов и оборудования, уменьшить габаритные размеры электроустановки и значительно удешевить ее. Измерительные аппараты. В эту группу входят высоковольтные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН). Они изолируют силовые цепи высокого напряжения от токовых цепей и цепей напряжения измерительных приборов и релейной защиты. Кроме того, они позволяют различные номинальные токи и номинальные напряжения силовых цепей высокого напряжения привести к стандартным значениям тока (1 и 5 А) и напряжения (100 В). Комплектные распределительные устройства (КРУ) представляют собой совокупность АВН (выключатель, разъединители, ТТ, ТН, реактор и др.), которая позволяет осуществлять управление потоком энергии и защиту от аварийных режимов. КРУ изготовляются на аппаратном заводе и поставляется на подстанцию в готовом виде. Определенный набор ячеек КРУ позволяет на месте монтажа создать распределительное устройство высокого напряжения по одной из типовых схем. КРУ позволяет резко сократить время монтажа распределительного устройства, повысить надежность работы электроустановки, уменьшить затрату активных материалов и трудоемкость. Выключатели высокого напряжения. Выключатель является одним из основных видов ЭА, обеспечивающих включение и отключение электрических цепей с различными токами, в том числе токами перегрузки и коротких замыканий. В начале XX в. появились первые выключатели, в которых гашение дуги происходило под воздействием продуктов разложения минерального масла. Поэтому такие выключатели получили название масляных. Конструктивно первые выключатели были выполнены в виде бака с трансформаторным маслом, в котором располагались неподвижные части контактов. Подвижная часть контактов прикреплялась к траверсе, подвешенной на вертикальных бакелитовых трубках. Эти стержни соединялись с конструктивными элементами приводного механизма. В каждой фазе контакт обеспечивался двумя неподвижными контактами и одной траверсой. В результате обеспечивалось два разрыва цепи на каждую фазу и соответственно в процессе коммутации возникало две дуги. Гашение дуги обеспечивалось за счет увеличения ее длины при движении траверсы и воздействия продуктов разложения масла, возникающих под воздействием высокой температуры дуги. Эти продукты в виде газового пузыря создавали дугогасящую среду, и при прохождении тока через нуль происходил процесс деионизации и восстановления электрической прочности между разрывными контактами. Трансформаторное масло служило одновременно изоляцией токоведущих частей от заземленного корпуса бака. Первые отечественные масляные выключатели были разработаны на напряжение от 6 до 110 кВ. Среди них были как однобаковые выключатели тина МЛ-5, ВМ-12, -гак и трехбаковые типа МВ-18, МВ-24. Большое значение при создании ЭА имеет теория электрической дуги. Исследования методов гашения электрической дуги для ЭА были проведены в период 1910— 1914 гг. М.О. Доливо-Добровольским, и им впервые предложено использовать для этих целей магнитное дутье, обеспечивающее гашение длинной дуги в узких щелях специальных дугогасительных камер. В начале XX в. были заложены основы теории электрической дуги по результатам исследований, выполненных в 1902 г. англичанкой Гертой Айртон и в 1905 г. русским ученым В.Ф. Миткевичсм. Основополагающими для развития теории дуги явились выводы об ее электронной природе, а также установление зависимостей между током дуги, ее длиной и напряжением. По мере развития ЭА, расширялись исследования и в области электрической дуги. Наиболее существенные результаты исследований в этой области были получены в 20-х годах XX в, американскими учеными Комптоном и Слепяном, В развитии теории дуги и разработке методов ее эффективного гашения принимали участие многие ученые, среди которых значительное место принадлежит отечественным специалистам. Особенно плодотворным был период 30—40-х годов. Так, например, Д.А. Рожанским впервые (1937 г.) разработана математическая модель дуги, учитывающая тепловую инерцию и тепловой баланс в различных режимах ее существования. А.Я. Буйлов впервые исследовал в 1933— 1935 гг. процесс деионизации при высоком напряжении и установил зависимость изменения диэлектрической прочности от скорости восстановления напряжения. Г.А. Буткевич в период 1929—1936 гг. установил температуры дуг переменного и постоянного тока. Е.М. Цейров в 1941 г. предложил аналитический метод расчета дуги. В 30-е годы большой вклад в исследование электрической дуги внес М-М, Акодис, которым предложено много оригинальных конструкций дугогасительных устройств. М.А. Бабиковым в 1934—1939 гг. исследованы переходные процессы при изменениях дуги. Всесторонние исследования поведения дуги низкого напряжения, щелевых дугогасительных камерах выполнены О.Б. Броном и его учениками. В более поздние периоды большой вклад в развитие теории дуги внесли А.М. Залесский, Г.А, Кукеков, И.С. Таев, А.А. Чунихин и многие другие отечественные ученые. Следует также отметить работы Г.Г. Нестерова в области гашения дуги в жидких средах нагруженных аппаратов. Для уменьшения габаритов и снижения массы масляных выключателей были разработаны конструкции маломасляных выключателей, в которых масло использовалось только как дугогасящая среда. Изоляция же между токоведущими частями обеспечивалась твердыми изоляционными материалами — фарфором и бакелитами. Совершенствование масляных выключателей, повышение их коммутационной способности шло различными путями. Одним из таких путей являлось использование деионной решетки, погруженной в масло, что позволяло более эффективно осуществлять дугогашение при более высоких напряжениях. Другим способом стало применение дугогасительных камер из изоляционного материала. Возникновение дуги повышало давление в этих камерах. Поэтому при выходе подвижного контакта из камеры происходил более интенсивный обдув дуги и ускорялся процесс ее деионизации. В дальнейшем конструкции сдугогасительными камерами были усовершенствованы за счет создания процесса так называемого масляного дутья. Масляные выключатели с дугогасительными камерами продольного масляного дутья были впервые разработаны в 1931 г. в США фирмой «Дженерал электрик»
Рис. 37.1. Маломасляный выключатель на напряжение 110 кВ колонкового типа а с поперечным масляным дутьем — в 1930 г. в Британской научно-исследовательской электротехнической ассоциации. Одним из направлений совершенствования масляных выключателей являлось применение многоразрывных дугогасительных систем. Факторами, ограничивающими развитие масляных выключателей, явились их пожароопасность, относительно большие габариты, повышенные эксплуатационные расходы и др. Практически параллельно с масляными выключателями начали развиваться воздушные, которые впоследствии составили им серьезную конкуренцию. Принцип действия воздушного выключателя основан на гашении дуги потоком сжатого воздуха под давлением 2—4 МПа. Первый воздушный выключатель высокого напряжения создан в 1929 г, в Германии фирмой АЕГ (АЕО). В 1935 г- воздушный выключатель создан в Швейцарии, различные его модификации разрабатывались фирмой «Броун Бовери». Общий вид воздушного выключателя этой фирмы с дугогасительным устройством на 12 разрывов, созданного в 1940 г., представлен на рис. 37.2. Первые отечественные конструкции выключателей со сжатым воздухом типаВВ-110 на напряжение 110 кВ были разработаны в ВЭИ и выпущены в период 1940—1948 гг. заводом «Электроаппарат».
Рис. 37.2. Воздушный выключатель фирмы «Броун Боверн» с дугогаснтельным устройством на 12 разрывов В дальнейшем воздушные выключатели совершенствовались за счет улучшения аэродинамических качеств сопловых систем подачи воздуха, увеличения числа разрывов дуги, введения металлических камер с постоянно сжатым воздухом, что позволило поднять уровень их рабочего напряжения до 750 кВ при токах до 63 кА. Воздушные выключатели разрабатывались также и без применения сжатого воздуха на основе использования деионных решеток и электромагнитного воздействия на дугу. Так, например, в 1929 г. Слепяном (фирма «Вестингауз») была разработана дугогасительная система с деионной решеткой для гашения дуги в воздухе при атмосферном давлении. Принцип действия системы был основан на разбиении дуги на ряд коротких дуг посредством решетки из металлических пластин, электрически изолированных одна от другой. Дуга при отключении втягивалась в эту решетку под воздействием внешнего магнитного поля. В электромагнитных выключателях фирмы «Дженерал электрик» (1940 г.) был применен принцип дугогашения за счет затягивания дуги под воздействием магнитного поля в щелевые лабиринты специальных камер, где происходило ее удлинение и более интенсивное охлаждение. Развитие выключателей высокого напряжения в направлении уменьшения их габаритов и повышения удельных коммутирующих показателей связано с использованием вместо воздуха элегаза (шестифтористой серы). Наиболее мощным стимулом для широкого использования элегаза стало требование о минимизации влияния оборудования высокого напряжения на окружающую среду. Поэтому реально первыми элегазовыми аппаратами энергетического назначения стали выключатели высокого напряжения. Применение элегаза позволило сохранить преимущества воздушного выключателя перед пожароопасным баковым масляным выключателем и в то же время уйти от одного из основных недостатков воздушных выключателей в условиях населенных пунктов—сильного шума при выхлопе отработавшего воздуха. Первый элегазовый выключатель был построен фирмой «Вестингауз» в 1955 г. С этого момента все большее число фирм подключается к разработке и производству элегазовых выключателей, а их номинальные параметры непрерывно повышаются. Первые работы по применению элегаза в коммутационных аппаратах начались почти одновременно в ВЭИ, Москва (А.М. Бронштейн, В.С. Чемерис) и ЛПИ, Ленинград (А.М. Залесский, А.И. Полтев) с 1962—1963 гг. Хотя исследовательские работы и продолжались, но реального освоения производства элегазовых коммутационных аппаратов за последующие 15 лет так и не произошло- В эксплуатацию были поставлены небольшие партии выключателей нагрузки. отделителей, выключателей для железнодорожных подстанций. Лишь в конце 70-х годов в результате совместных усилий ВЭИ им. В.И- Ленина и ЛенПО «Электроаппарат» (Ю.И. Вишневский) появляются первые сильноточные элегазовые выключатели высокого напряжения. Первые ячейки комплектно распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) на напряжение 110 кВ были созданы в России в 1975—1977 гг. сначала на Опытном заводе ВЭИ, а затем на ЛенПО «Электроаппарат». К середине 80-х годов в ВЭИ был создан первый в мире макет КРУЭ на напряжение 1150 кВ. Создание комплектных распределительных устройств потребовало разработки не только коммутационных элегазовых аппаратов, но и других типов элегазового и совместимого с ним оборудования — вводов с элегазовой изоляцией и муфт масло—элегаз, трансформаторов тока и напряжения, ограничителей перенапряжения, токопроводов. До появления потребности в КРУЭ развитие работ но этим видам оборудования происходило весьма медленно: в ВЭИ (М.И. Сысоев, А.Г. Арсон) были созданы элегазовые трансформаторы для метрополитена, там же (И.М. Бортник, А.А. Панов) и в ЭНИН им. Г.М. Кржижановского (В.И. Попков, А.Г. Ляпин), велись работы но созданию первых образцов токопроводов (линий) с газовой изоляцией. В результате элегазовые выключатели имеют мощные приводы и существенно более компактные конструкции, а также позволяют легче реализовать высокое быстродействие процесса коммутации. Из экономических соображений и экологических требований элегазовые выключатели разрабатываются с замкнутым циклом функционирования без выбросов отработанных газон в атмосферу. Развитие дугогасительных систем происходило не только с использованием дутья газами повышенного давления, но и созданием вакуума. Так как вакуум обладает высокой электрической прочностью, поддержание дуги в вакуумных выключателях происходит не за счет ионизированных частиц газов, а за счет ионизированных паров металлов электродов контактных систем. Вакуумные выключатели заняли прочное место в классах средних напряжений 3—35 кВ. В этих классах напряжений они наиболее полно соответствуют современным требованиям. Высокие электрическая прочность и дугогасительная способность вакуумных промежутков дают возможность создать вакуумные выключатели с малыми габаритами и массой, большими ресурсом, надежностью и сроком службы. Они экологически чисты и взрывопожаробезопасны, вибростойки и сейсмостойки, работоспособны в условиях холодного и тропического климата, характеризуются предельно малыми эксплуатационными расходами. Первая попытка создать вакуумный выключатель была сделана в Калифорнийском технологическом институте (США) в 1923 г. Однако только в 60-х годах после решения научных и технологических проблем был начат промышленный выпуск вакуумных выключателей. В нашей стране систематические исследования и разработки вакуумных дугогасительных камер и выключателей были начаты В.Л. Грановским и его сотрудниками в 1956 г, В настоящее время в России и за рубежом созданы выключатели на все требуемые потребителю параметры в классах напряжения 3—35 кВ (с номинальными токами до 3150 А). Наибольший вклад вдело становления отечественной вакуумной коммутационной аппаратуры был внесен сотрудниками ВЭИ, такими как В.Н. Тихонов, В.Б. Козлов, И.А. Лукацкая, ГС. Белкин, В.С. Потокин, А.А. Перцев, Ю.Г Ромочкин и др. Разъединители. Этот вид ЭА предназначен для отключения цепи высокого напряжения без тока. Первые разъединители на напряжение 6—10 кВ и номинальный ток 600—800 А появились в начале XX в. и представляли собой трехфазную систему с общим ручным приводом. Развитие конструкций разъединителей шло по пути повышения их рабочего напряжения и уменьшения габаритов. Среди отечественных разъединителей следует отметить конструкцию разъединителя с подвижным контактом и электроприводом. В настоящее время разработаны разъединители на напряжение до 1150 кВ и токи до 3200 А. Улучшение механических и электрических характеристик фарфоровых изоляторов, разработка полимерных изоляторов позволили существенно усовершенствовать конструкции разъединителей, в первую очередь сверхвысокого и ультравысокого напряжения. В создании отечественных разъединителей наиболее существенную роль сыграли завод «Электроаппарат», Великолукский завод высоковольтных аппаратов, завод «Уралэлектротяжмаш»,ВЭИ,НИИПТ,ЛПИ. Разрядники и реакторы. Эти виды ЭА используются для защиты оборудования энергосистем и потребителей в различных аварийных режимах. Разрядники — ЭА, предназначенный для защиты оборудования от перенапряжений. Первые разрядники были рассчитаны на защиту от атмосферных перенапряжений посредством искрового пробоя воздушного промежутка между двумя металлическими электродами. Такие электроды имели форму рогов, закрепленных на фарфоровых изоляторах (рис. 37.3). Такая форма электродов способствовала отводу от изоляторов электрической дуги, которая может возникать при пробое разрядника под воздействием молнии. В дальнейшем функции разрядников расширились, и они стали использоваться для защиты от внутренних перенапряжений, возникающих в энергосистеме, в частности, из-за коммутации цепей с индуктивным характером сопротивления. С расширением функций одновременно усовершенствовались технические характеристики разрядников и их техническая реализация. Начиная с 30-х годов стали широко использоваться трубчатые разрядники многократного действия. Такой разрядник состоял из дугогасительной трубки, содержащей электроизолирующие материалы,
studfiles.net Виды выключателей высокого напряжения - Электротехника4.6.1. Масляные баковые выключатели Первыми выключателями в цепях высокого напряжения были масляные баковые выключатели без специальных устройств для гашения дуги. Контактная система размещалась в стальном заземленном баке, залитом изоляционным маслом, которое служило для гашения дуги и изоляции токоведущих частей друг от друга и от заземленного бака. При отключении возникает дуга между контактами, которая разлагает и испаряет масло, образуется газопаровой пузырь с давлением внутри 0,5—1 МПа, в котором охлаждается и гаснет дуга. 4.6.1. Маломасляные выключатели Маломасляные выключатели (горшковые) получили широкое распространение в закрытых и открытых распределительных устройствах всех напряжений. Масло в этих выключателях в основном служит дугогасящей средой и только частично изоляцией между разомкнутыми контактами. Изоляция токоведущих частей друг от друга и от заземленных конструкций осуществляется фарфором или другими твердыми изолирующими материалами. Контакты выключателей для внутренней установки находятся в стальном бачке (горшке), отсюда сохранилось название выключателей «горшковые» . Маломасляные выключатели напряжением 35 кВ и выше имеют фарфоровый корпус. Самое широкое применение имеют выключатели 6—10 кВ подвесного типа (рис. 4.35, а, б). В этих выключателях корпус крепится на фарфоровых изоляторах к общей раме для всех трех полюсов. В каждом полюсе предусмотрен один разрыв контактов и дугогасительная камера. 4.6.1. Воздушные выключатели В воздушных выключателях гашение дуги происходит сжатым воздухом, а изоляция токоведущих частей и дугогасительного устройства осуществляется фарфором или другими твердыми изолирующими материалами. Конструктивные схемы воздушных выключателей различны и зависят от их номинального напряжения, способа создания изоляционного промежутка между контактами в отключенном положении и способа подачи сжатого воздуха в дугогасительное устройство. В выключателях на большие номинальные токи (рис. 4.38, а, б) имеются главный и дугогасительный контуры, как и в маломасляных выключателях МГ и ВГМ. Основная часть тока во включенном положении выключателя проходит по главным контактам 4, расположенным открыто. При отключении выключателя главные контакты размыкаются первыми, после чего весь ток проходит по дугогасительным контактам, заключенным в дугогасительной камере 2. К моменту размыкания этих контактов в камеру подается сжатый воздух из резервуара 7, создается мощное дутье, гасящее дугу. Дутье может быть продольным (см. рис. 4.38, а) или поперечным (см. рис. 4.38, б). Необходимый изоляционный промежуток между контактами в отключенном положении создается в дугогасительной камере путем разведения контактов на достаточное расстояние (см. рис. 4.38, б) или специальным отделителем 5, расположенным открыто (см. рис. 4.38, а). После отключения отделителя 5 прекращается подача сжатого воздуха в камеры и дугогасительные контакты замыкаются. Выключатели, выполненные по такой конструктивной схеме, изготовляются для внутренней установки на напряжение 15 и 20 кВ и ток до 20000 А (серия ВВГ), а также на 35 кВ (ВВЭ-35-20/1600УЗ). 4.6.1. Электромагнитные выключатели Электромагнитные выключатели для гашения дуги не требуют ни масла, ни сжатого воздуха, что является большим преимуществом их перед другими типами выключателей. Выключатели этого типа выпускают на напряжение 6—10 кВ, номинальный ток до 3600 А и ток отключения до 40 кА. На рис. 4.43, а показан выключатель ВЭ-10-40, установленный на тележке и предназначенный для ячейки КРУ. На сварном основании 1, установленном на катках, крепятся привод 13, три полюса 5, состоящих из двух изоляционных стоек, на которых крепятся два проходных эпоксидных изолятора 6 с розеточными контактами. На верхнем изоляторе смонтированы неподвижные контакты 7, на нижнем — подвижные контакты 4, связанные изоляционной тягой 10 с валом выключателя 12. Последний соединен с приводом 13 с помощью рычагов 11 и тяг. Дугогасительные камеры Скрепятся на неподвижном контакте и специальных стойках. Каждый полюс изолирован кожухом. Передняя часть кожуха обшита металлическим листом, надежно заземленным вместе с рамой выдвижного элемента КРУ. Цепи вторичной коммутации заключены в металлический шланг и заканчиваются штепсельным разъемом 9. При отключении выключателя размыкаются главные контакты, а затем дугогасительные 1 (рис. 4.43, б). Возникшая дуга А действием электродинамических сил токоведущего контура и воздушных потоков выдувается вверх в дугогасительную камеру (положение дуги Б), при этом в цепь между медным рогом 3 и контактом включается обмотка электромагнита 2. Созданное поперечное магнитное поле перемещает дугу в положение В — между левым 3 и правым 5 медными рогами. Включенная вторая обмотка 6 усиливает магнитное поле, дуга втягивается внутрь гасительной камеры 4 с керамическими пластинами, растягивается, попадает в узкую щель и гаснет при очередном переходе тока через нуль. При отключении малых токов (до 1000 А) напряженность магнитного поля невелика и не может обеспечить быстрое втягивание дуги в камеру. Гашение дуги в этом случае обеспечивается дутьевым устройством 2 с трубкой поддува 3, через которую подается поток воздуха на дугу (см. рис. 4.43, о).
а — общий вид: 1 — основание; 2 — электромагнит; 3 — медный рог; 4 — подвижные контакты; 5 — полюс выключателя; 6 — проходной изолятор; 7 — неподвижные контакты; 8 — дугогасительная камера; 9 — штепсельный разъем; 10 — изоляционная тяга; 11 — рычаги связи с валом выключателя 12; 13 — привод; б — дугогасительная камера: 1 — дугогасительные контакты; 2 — электромагнит; 3, 5 — медные рога; 4 — гасительная камера; 6 — обмотка второго электромагнита; А, Б, В, Г, Д — положение дуги в процессе гашения 4.6.2. Вакуумные выключатели Электрическая прочность вакуумного промежутка во много раз больше, чем воздушного при атмосферном давлении. Это свойство используется в вакуумных дугогасительных камерах КДВ (рис. 4.44). Рабочие контакты 1 имеют вид полных усеченных конусов с радиальными прорезями. Такая форма контактов при размыкании создает радиальное электродинамическое усилие, заставляющее перемещаться дугу через зазоры 3 на дугогасительные контакты 2. Материал контактов подобран так, чтобы уменьшить количество испаряющегося металла. Вследствие глубокого вакуума (10-4—10“6) происходит быстрая диффузия заряженных частиц в окружающее пространство, и при первом переходе тока через нуль дуга гаснет. Подвод тока к контактам осуществляется с помощью медных стержней 4 и 5. Подвижный контакт крепится к верхнему фланцу 5 с помощью сильфона 7 из нержавеющей стали. Металлические экраны 8тл 9 служат для выравнивания электрического поля и для защиты керамического корпуса 10 от напыления паров металла, образующихся при горении дуги. Экран 8 крепится к корпусу камеры с помощью кольца 11. Поступательное движение верхнему контакту обеспечивается корпусом 12. Ход подвижного контакта составляет 12 мм. На основе рассмотренной выше вакуумной дугогасительной камеры выпускаются выключатели напряжением 6 —110 кВ с номинальным током до 3200 А и током отключения до 40 кА. 4.6.1. Элегазовые выключатели Элегаз SF6 представляет собой инертный газ, плотность которого в 5 раз превышает плотность воздуха. Электрическая прочность элегаза в 2—3 раза выше прочности воздуха. В элегазовых выключателях применяются автокомпрессионные дугогасительные устройства (рис. 4.47). При отключении цилиндр 4 вместе с контактом 3 перемещается вниз, образуется разрыв между подвижным 3 и неподвижным 1 контактами и загорается дуга. Поршень 5 остается неподвижным, поэтому при движении цилиндра вниз элегаз над поршнем сжимается, создается дутье в объем камеры и полый контакт 1, столб дуги интенсивно охлаждается, и она гаснет. При включении цилиндр 4 перемещается вверх, контакт 1 оказывается в верхней камере цилиндра и цепь замыкается. Элегазовый выключатель представляет собой замкнутую систему без выброса газа наружу. Более эффективным является двустороннее дутье, именно такие дугогасительные камеры применяются в современных элегазовых выключателях, построенных на модульном принципе. Так, в выключателях на 110 кВ — один дугогасительный модуль, на 220 кВ — два, на 500 кВ — четыре. Соответственно меняется изоляция относительно земли. student2.ru Выключатели переменного тока высокого напряжения
Выключатели высокого напряжения предназначены для коммутации цепей переменного тока с напряжением 3 кВ и выше во всех режимах, возможных в эксплуатации: включение и отключение номинальных токов, токов КЗ, токов холостого хода силовых трансформаторов и емкостных токов конденсаторных батарей и длинных линий. 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. Номинальный ток отключения IОном представляет собой наибольший ток, который выключатель способен надежно отключать при возвращающемся напряжении между фазами, равном наибольшему рабочему напряжению сети. Номинальный ток включения – это наибольший ударный ток КЗ, на который выключатель включается без сваривания контактов и других повреждений, препятствующих его дальнейшей нормальной работе. Этот ток определяется либо амплитудой, либо действующим значением ударного тока за период после начала КЗ. Время включения выключателя – это время от подачи команды на включение до завершения операции включения. Основным требованием к выключателям является особо высокая надежность их работы во всех эксплуатационных режимах. Отключение выключателем любых нагрузок не должно сопровождаться перенапряжениями, опасными для изоляции элементов установки. Отключение цепи при КЗ должно происходить за минимальное время. По методу гашения дуги выключатели подразделяются на масляные, воздушные, электромагнитные и вакуумные. Баковый масляный выключатель на напряжение 110 кВ, номинальным током 2000 А и номинальным током отключения 40 кА показан на рис. 19.1.
Pис. 19.1. Бaковый мacляный выключатель
В стальном баке 1 на маслонаполненных вводах 2 расположены дугогасительные устройства (камеры) З. Macлoнaпoлненный ввод (проходной изолятор) служит для проведения токоведущей цепи, находящейся под высоким напряжением, через металлическую стенку или другие преграды. Траверса 4 перемыкает выходные контакты 11 камер. Горячие ионизированные выхлопные гaзы, выходящие из камер, могут вызвать перекрытие дуги с камер на бак. Для предотвращения этого явления имеется баковая изоляция 5. Перемещение траверсы 4 происходит под действием штанги 6, движущейся по направляющим 7 под действием пружин механизма и пружин камер 10. 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. Дугогасительное устройство выключателя показано на pиc.19.2. В прочном стеклоэпоксидном цилиндре 1 расположены неподвижные контакты 2 и 3. Неподвижные контакты 2 и 3 выполнены в виде многоламельного торцевого контакта. Промежуточный контакт 4 сделан в виде сквозной poзeтки. Для уменьшения износа контакты облицованы металлокерамикой. Камера имеет два разрыва. Первый образуется между контактом 2 и промежуточным подвижным контактом 5, второй - между контактами 3 и 6. Дугогасительная решетка 7 имеет два следующих друг за другом дутьевых канала 8, 9. Во включенном положении эти каналы пepeкрыты телом подвижных контактов 5 и 6. Вся внутренняя полость камеры заполнена трансформаторным маслом. При отключении контакты движутся вниз под действием пружины камеры 10. В каждом разрыве образуется дуга. Под действием энергии дуги масло разлагается на водород, метан и другие газы. В течение сотой доли секунды давление возрастает до 5-8 МПа. Необходимо отметить, что в момент прохождения тока через нуль дуга гаснет и подвод мощности к ней прекращается. Однако энергия, выделенная дугой на протяжении предыдущего полупериода, создает в камере объем газа, в котором запасена oпpeдeлeннaя энepгия. Этот газ находится под высоким давлением. К моменту нуля тoка это давление уменьшается, однако остается еще дoстатoчно большим, чтобы создать газовый поток, охлаждающий дугу и восстанавливающий электрическую прочность дуговoгo пpомeжуткa. После того, как тело подвижного контакта откроет дутьевую щель 5, создается поток газов и паров масла, oхлаждaющиx и деионизирующих дугу. Следует отметить, что энергия, необходимая для гашения, выделяется самой дугой. Поэтому чем больше ток, тем больше давление в камере и интенсивнее гашение дуги. При токах, близких к номинальному току отключения, длительность дуги не более 0,02 с. Наибольшая длительность горения дуги нaблюдaeтся при небольших индуктивных токах (500-2000 А).
Рис. 19.2. Дугогасительное устройство бакового масляного выключателя
На рис. 19.2 показано сечение решетки А-А, повернутое на 90° относительно оси. Процесс деионизации начинается в дутьевой щели 8. Дпя обеспечения надежной работы камеры во всем возможном диапазоне токов предусмотрена вторая дутьевая щель 9. Выравнивание pacпpeдeлeния напpяжeния между камерами и oблeгчениe отключения eмкостных токов обеспечиваются шунтирующими резисторами 10. Отключениe шунтирующих резисторов производится двумя разрывами, oбpaзyющимися между выходными контактами камер и траверсой. В настоящее время баковые выключатели выпускаются на напряжение 35-220 кВ. Наибольшая мощность отключения 25000 МВА. К недостаткам выключателей следует отнести: большие габариты и масса, необходимость периодической очистки масла, что требует наличия специализированного масляного хозяйства; сложность и трудоемкость ремонта и ревизии выключателей с напряжением 110 кВ и выше. Большим недостатком является взрыво- и пожароопасность баковых выключателей. В перспективе они будут заменяться маломасляными и элегазовыми выключателями Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: zdamsam.ru |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
Рис. 4.43. Выключатель электромагнитный ВЭ-10-40: 
