Выключатели высокого напряжения (стр. 3 из 4). Воздушные выключатели высокого напряжения

Выключатели высокого напряжения - часть 3

Малообъемные масляные выключатели получили преимущественное распространение в установках до 20 кВ, а также выше 110 кВ, где они успешно конкурируют своздушными выключателями.

Воздушные выключатели принадлежат ко второй группе выключателей — к газовым. В них для гашения дуги и деионизации дугового промежутка используется сжатый воздух, обдувающий дугу в продольном или поперечном направлении.

Принцип гашения дуги сжатым воздухом заключается в том, что межконтактный промежуток обдувается чистым сжатым воздухом, лишенным заряженных частиц. При этом дуга и ее опорные поверхности интенсивно охлаждаются, а ее сечение уменьшается. Одновременно этот же поток воздуха выносит из межконтактного промежутка продукты горения дуги, представляющие собой хорошо проводящую среду. Место этих продуктов теперь занимает свежий неионизированный воздух, способный выдержать напряжение, восстанавливающееся на контактах выключателя. Задача дугогасительной камеры заключается в быстром и полном замещении ионизированной среды свежим, обладающим высокой электрической прочностью воздухом.

Рис. 9. Конструктивная схема воздушного выключателя внутренней установки на 6—20 кВ— с одним разрывом в камере продольного дутья

Существует два типа дугогасительных камер, получивших распространение на практике. В камерах первого типа поток сжатого воздуха параллелен стволу дуги. Это так называемая камера продольного дутья (рис.11 б, в). В других — поток гасящего воздуха перпендикулярен оси ствола дуги. Их называют камерами поперечного дутья (рис. 11 а).

Рис. 10. Конструктивные схемы воздушных выключателей наружной установки на 110 кВ

а — с отделителем; б — с двумя разрывами на полюс, с воздухо-наполненным отделителем

Камеры продольного дутья имеют преимущественное распространение во всем диапазоне напряжений от 3 до 750 кВ, на которые строятся выключатели, так как они позволяют создать аппарат, отвечающий самым жестким требованиям по номинальной мощности отключения, номинальному току и быстродействию. Камеры поперечного дутья из-за громоздкости конструкции и больших габаритов применяются ограниченно, лишь в выключателях 6—20 кВ.

Отключающая способность воздушного выключателя ограничивается появлением обратного подпора давления. Большие токи короткого замыкания дросселируют поток дутья, создавая за соплом противодавление из-за чрезмерного нагревания сжатого воздуха. При этом возникает «закупорка» сопла, и дутье резко ухудшается. Число повторных зажиганий дуги зависит от того, будет ли противодавление, возникшее после первой полуволны тока, повышаться дальше. Хорошо рассчитанные и сконструированные выключатели гасят дугу уже после первой полуволны, самое позднее — после третьего перехода тока через нуль.

Рис. 11. Схемы дугогасительных устройств с воздушным дутьем

1 – контакты, 2 - изоляционный корпус; 3 — дуга;

4 — изоляционное сопло

Было предложено для ускорения повышения электрической прочности дугового промежутка добавлять в свежий воздух электроотрицательные газы, жадно поглощающие электроны (например, фтор и его соединения). Однако практического использования этого предложения не было.

Простым средством повышения отключающей способности воздушных выключателей и улучшения их эксплуатационных свойств является повышение давления воздуха, применяемое в последних конструкциях.

Воздушные выключатели строятся на все напряжения от 3 до 750 кВ, на номинальные токи до 4 кА (генераторные выключатели до 12 кА) и на широкий диапазон мощностей отключения от 300 MBА (10 кВ) до 50 000 MBА (750 кВ).

В выключателях на большие номинальные токи (рис. 12, , 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.

В выключателях для открытой установки дугогасительная камера расположена внутри фарфорового изолятора, причем на напряжение 35 кВ достаточно иметь один разрыв на фазу (рис. 12, в), на 110 кВ — два разрыва на фазу (рис. 12, г). Различие между этими конструкциями состоит в том, что в выключателе 35 кВ изоляционный промежуток создается в дугогасительной камере 2, а в выключателях напряжением 110 кВ и выше после гашения дуги размыкаются контакты отделителя 5 и камера отделителя остается заполненной сжатым воздухом на все время отключенного положения, при этом в дугогасительную камеру сжатый воздух не подается и контакты в ней замыкаются. По конструктивной схеме (рис. 12, г) созданы выключатели серии ВВ на напряжение 110- 500 кВ. Чем выше номинальное напряжение и чем больше отключаемая мощность, тем больше разрывов необходимо иметь в дугогасительной камере и в отделителе (на 330 кВ - восемь; на 500 кВ - десять).

Рис. 12. Конструктивные схемы воздушных выключателей (д—д):

1 — резервуар со сжатым воздухом; 2 — дугогасительная камера; 3 — шунтирующий резистор; 4— главные контакты; 5— отделитель; 6— емкостный делитель напряжения

В рассмотренных конструкциях воздух подается в дугогасительные камеры из резервуара, расположенного около основания выключателя. Если контактную систему поместить в резервуар сжатого воздуха, изолированный от земли, то скорость гашения дуги значительно увеличится. Такой принцип заложен в основу серии выключателей ВВБ (рис. 12, д). В этих выключателях нет отделителя. При отключении выключателя дугогасительная камера 2, являющаяся одновременно резервуаром сжатого воздуха, сообщается с атмосферой через дутьевые клапаны, благодаря чему создается дутье, гасящее дугу. В отключенном положении контакты находятся в среде сжатого воздуха. По такой конструктивной схеме созданы выключатели до 750 кВ. Количество дугогасительных камер (модулей) зависит от напряжения: 110 кВ - одна; 220, 330кВ - две; 500 кВ - четыре; 750 кВ - шесть (в серии ВВБК).

Для равномерного распределения напряжения по разрывам используют омические 3 и емкостные 6 делители напряжения.

В цепях генераторов находят применение специальные выключатели нагрузки (ВНСГ) UH 0 M = 15 кВ, рассчитанные на включение генераторов при самосинхронизации (при токе равном 115 кА) и выдерживающие большие сквозные токи КЗ (480 кА). Таким выключателем можно включать и отключать генератор под нагрузкой (I НОМ = 12000 А), а также отключать токи КЗ до 31,5 кА. Выключатель ВНСГ компактно встраивается в комплектный токопровод. Гашение дуги осуществляется сжатым воздухом, имеющим давление 0,6 МПа.

Выключатели серии ВВБ (см. рис. 12,д) имеют изолированный от земли резервуар сжатого воздуха, внутри которого находится контактная система. Поэтому собственное время отключения этих выключат сверхвысокого напряжения меньше, чем у выключателей серии ВВ. Давление воздуха в дугогасительной камере в выключателях ВВ из-за постепенной его подачи к моменту гашения дуги равно примерно половине номинального. В выключателях ВВБ давление воздуха к моменту гашения равно номинальному, поэтому эти выключатели имеют большую мощность отключения.

В настоящее время выключатели серии ВВБ модернизированы. Новые выключатели ВВБК (крупномодульные) работают при давлении воздуха 4 МПа, а в камере гашения дуги кроме основного дутья, как и в серии ВВБ, имеется дополнительное дутье через неподвижные контакты с продувкой продуктов горения через полые токоведущие стержни вводов. Это позволило увеличить отключаемый ток до 50 — 56 кА, а количество модулей в полюсе снизить: на 330 кВ вместо четырех модулей (ВВБ) в серии ВВБК — два модуля, на 500 кВ вместо шести модулей — четыре, на 750 кВ вместо восьми — шесть.

Воздушные выключатели имеют следующие достоинства:взрыво- и пожаробезопасность, быстродействие и возможность осуществления быстродействующего АПВ, высокую отключающую способность, надежное отключение емкостных токов линий, малый износ дугогасительных контактов, легкий доступ к дугогасительным камерам, возможность создания серий из крупных узлов, пригодность для наружной и внутренней установки.

Рис. 13. Полюс воздушного выключателя ВНВ-220

1 — резервуар: 2 — изолятор: 3 — механизм привода: 4 — блок шунтирующих резисторов

Недостатками воздушных выключателей являютсянеобходимость компрессорной установки, сложная конструкция ряда деталей и узлов, относительно высокая стоимость, трудность установки встроенных трансформаторов тока.

Наибольшее распространение среди масляных имеют малообъемные выключатели. Опыт показал, что оба типа выключателей — воздушные и малообъемные масляные — пригодны для всех напряжений и мощностей короткого замыкания. Однако внутри определенного диапазона напряжений каждый из этих типов имеет свои преимущества, вытекающие из технических и экономических соображений.

Нормально для отключения больших токов КЗ, оба типа выключателей подходят одинаково хорошо. Отключающая способность выключателей, которые устанавливаются до реактора или за ним, т.е. в кабельных сетях среднего напряжения, должна быть по возможности не зависимой от частоты восстанавливающегося напряжения. В этом отношении определенное преимущество имеют малообъемные масляные выключатели. Лишь воздушный выключатель среднего напряжения с одним разрывом и с двухступенчатым гашением дуги может конкурировать в этих сетях с малообъемными масляными выключателями.

mirznanii.com

ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ — КиберПедия

МАЛОМАСЛЯНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

В маломасляных выключателях с целью уменьшения габаритных размеров и массы изоляция в основном осуществляется твердыми материалами. Широко распространены маломасляные выключатели серии ВМП-10 (выключатель масляный подвесного типа), предназначенные для работы при номинальном напряжении 10 кВ. Номинальный ток в зависимости от контактной системы изменяется от 600 до 3200 А. Номинальный ток, отключения достигает 31,5 кА при напряжении 10 кВ, номинальная мощность 550 MB-А. Полное время отключения примерно 0,12—0,13 с при номинальном токе отключения.Контактная система, ДУ и устройство, превращающее вращательное движение рычагов в поступательное движение контактов, смонтированы в виде единого блока полюса 1 (рис. 4). Этот блок с помощью опорных изоляторов 2 крепится к стальной раме 3. В верхней головке полюса S расположены подвижный контакт и механизм, в нижней 9 — неподвижный контакт. В раме установлены вал выключателя 5, отключающая пружина, пружинный буфер включения и масляный буфер отключения 6. Вал 5 связан с выходным рычагом механизма полюса 7 с помощью прочной изоляционной тяги 4.При включении изоляционная тяга 4 поворачивает выходной рычаг полюса 7 против часовой стрелки и производит замыкание контактов. Отключающая пружина при этом растягивается, а пружинный буфер включения сжимается. Этот буфер развивает большую силу на небольшом ходе, соответствующем ходу подвижного контакта в розетке, и создает необходимую для гашения дуги скорость перемещения подвижного контакта.Разрез нижней части блока полюса представлен на рис. 5. Для уменьшения обгорания концы ламелей розеточного контакта 1, подвергающиеся воздействию дуги, облицованы металлокерамикой. Нижняя головка 2 имеет съемную крышку 3, на которой и укреплен розеточный контакт 1, При ревизиях и ремонтах съемная крышка 3 вынимается вместе с розеточным контактом 7.

Рис 4 Маломасляный выключатель ВМП-10

ДУ газового дутья заключено в стеклоэпоксидный цилиндр 4. ДУ собирается из пластин фибры, гетинакса и электрокартона, в которых вырезаны отверстия, образующие каналы и полости для гашения дуги. Каждый из трех каналов (один из них виден на рис. 5) вначале идет горизонтально, а затем вертикально. Все пластины ДУ стягиваются фибровыми или текстолитовыми шпильками. Камера заполнена трансформаторным маслом 7.Для ограничения давления при больших токах и создания необходимого давления вблизи нулевого значения тока ДУ имеет воздушный буфер А (рис. 5). Давление в ДУ достигает наибольшего значения вблизи максимального значения тока. Под действием этого давления масло сжимает воздух в буфере, в нем аккумулируется энергия. При приближении тока к нулю мощность в дуге и давление резко уменьшаются. Энергия, накопленная в буфере, позволяет создать вблизи нуля тока такое давление, которое необходимо для гашения дуги.Под действием дуги, возникающей при расхождении контактов, масло разлагается и образующиеся газы создают в камере давление. В тот момент, когда тело подвижного контакта 6 (свеча) откроет первую щель, возникает газовое дутье, и при прохождении тока через нуль возможно гашение дуги. Обдув дуги газами еще более усиливается после открытия свечей второго и третьего каналов.Рис. 5. Нижняя часть полюса выключателя ВМП-10

Обычно гашение дуги с большим током происходит после открытия первых двух щелей.При отключении малых токов в камере ДУ давление невелико и дуга не гаснет после открытия всех трех щелей, а затягивается в масляные карманы 5 в верхней части ДУ. Когда подвижный контакт, поднимаясь вверх, входит в первый снизу карман 5', под действием дуги масло в кармане разлагается и газы стремятся выйти вниз, охлаждая дуговой промежуток. Процесс усиливается по мере включения новых карманов. В результате удается надежно отключать критические токи (1—2 кА).Газы, образующиеся в процессе гашения дуги, выходят через зигзагообразный канал в верхней головке полюса.Рис. 6. Верхняя часть полюса выключателя ВМТ-110Рис. 7. Дугогасительная камера встречно-поперечного дутья

Во избежание выброса масла из полюса в его верхней части установлен специальный маслоотделитель.При напряжении 110 и 220 кВ пока еще широко используются баковые выключатели с поминальным током отключения 20—40 кА. В 75 % случаев ток КЗ не превышает 20 кА и замена их маломасляными выключателями может дать большой технико-экономический эффект.Созданы маломасляные выключатели серии ВМТ на напряжение 110 и 220 кВ с номинальным током 1000 А и номинальным током отключения 20 кА. Время отключения 0,08, время включения 0,15 с. Эти выключатели работают в цикле АПВ со временем бестоковой паузы 0,3 с. В трехфазном выключателе ВМТ на напряжение 110 кВ (рис. 9) включение всех трех полюсов производится одним пружинным приводом. Верхняя часть одного полюса показана на рис. 6. На этом рисунке 1 — нижний токоподвод, 2— подвижный контакт круглого сечения, 3— дугогасительная камера, 4 — изолятор, 5 — колпак, 6 — расширительный объем, 7— маслоуказатель, 8 — верхний токоподвод, 9 — неподвижный контакт. Внутренняя полость ДУ герметизирована, и наверху находится расширительный объем 6, в котором имеется воздух или азот при давлении 0,5—1 МПа. При отключении емкостных токов ненагруженных линий наличие расширительного объема облегчает гашение дуги, так как масло воздействует на дугу под давлением 0,5— 1 МПа. Сама дуга из-за малости тока не может создать необходимое давление газа.ДУ выключателя залито трансформаторным маслом. При отключении контакт 2 движется вниз и между контактами 2 н9 загорается электрическая дуга. В камере быстро поднимается давление. В выключателе используется камера встречно-поперечного дутья (рис. 7). Под давлением образовавшихся газов масляный поток подводится из каналов А и Б перпендикулярно дуге. При соприкосновении с дугой масло образует газопаровую смесь, которая вытекает через дутьевые щели В и Г. При этом столб дуги интенсивно охлаждается и дуга гаснет за 0,02— 0,03 с.В выключателе применен оригинальный механизм привода контактов (рис. 8). Стальные тросы 3 обвивают шкив 1, сидящий на главном валу 2 механизма управления (на него действуют отключающие пружины и включающий привод). Тросы 3 связаны со стеклопластиковыми тягами 4, которые перемещают подвижный контакт 8. Плавный останов механизма в крайних положениях осуществляется масляным 5 и резиновым 9 буферами. Верхние концы тяг 4 связаны с тросом 7, который перекатывается по блоку 6. Простой и легкий механизм позволяет получить высокий КПД и сообщить контактам скорость при включении до 9 м/с, что обеспечивает надежную работу выключателя в режиме АПВ. При этом требуется пружинный привод с относительно небольшой работой включения (2300 Дж). Заводка включающих пружин выключателя за время 20 с производится электродвигателем мощностью 1,1 кВт.

Рис. 8. Механизм привода контактов выключателя ВМТ-110Рис. 9. Общий вид выключателя ВМТ-110

Для обеспечения работы при низких температурах (до —60 °С) выключатель снабжен электроподогревающим устройством. Общий вид выключателя дан на рис. 9. Выключатель на напряжение 220 кВ имеет два разрыва на полюс. Каждый полюс смонтирован на отдельной раме. Номинальный ток отключения выключателя 20 кА.При напряжении выше 220 кВ целесообразно применение нескольких разрывов, соединенных последовательно. В настоящее время маломасляные выключатели с такой компоновкой строятся на напряжение до 500 кВ.По сравнению с баковыми и воздушными маломасляные выключатели обладают следующими преимуществами:1. Они имеют меньшие массу и габаритные размеры при малом объеме масла.2. ДУ всегда готово к работе независимо от наличия сжатого воздуха.3. Осмотр и ремонт дугогасительных камер и контактов возможен без слива масла, что обеспечивает удобство эксплуатации.4. Путем применения унифицированных узлов выключатель довольно легко можно выполнить на напряжение до 500 кВ.Однако эти выключатели имеют и недостатки:1. Они менее надежны в работе, чем баковые. Изоляционные детали — рубашки, опорная изоляция — подвергаются повышенным механическим нагрузкам. Номинальный ток отключения маломасляных выключателей пока ниже, чем у баковых.2. Маломасляные выключатели, как правило, не допускают установки встроенных трансформаторов тока.Благодаря своим преимуществам маломасляные выключатели найдут широкое распространение в установках с напряжением 6—10 кВ.При напряжении 35—220 кВ масляные выключатели будут вытесняться вакуумными и элегазовыми.

Приводы масляных выключателей - Выключатели высокого напряжения

ВОЗДУШНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

а) Выключатель с открытым отделителем. На рис. 16 упрощенно показан воздушный выключатель типа ВВП-35 для электротермических установок. Параметры выключателя: номинальное напряжение 35 кВ, номинальный ток 1250 А, номинальный ток отключения 20 кА, время отключения 0,08 с, номинальное давление 2 МПа. Особенностью выключателя является возможность многократной коммутации номинального тока. Принципиальной особенностью ВВП-35 является наличие отделителя 1, включенного последовательно с ДУ 3. В ДУ продольного дутья ток отключения зависит от отношения lid, где I — расстояние между контактами, d —- диаметр сопла ДУ. Для одностороннего сопла наибольшее значение тока отключения достигается при //rf=0,33. Диаметр сопла d определяется значением тока отключения. После отключения обычно в ДУ устанавливается атмосферное давление и расстояние /=0,33 d может пробиваться восстанавливающимся напряжением. Поэтому последовательно с ДУ включается отделитель, назначение которого создавать надежный изоляционный промежуток после гашения дуги и смыкания контактов ДУ.

Рис. 18 16. Выключатель типа ВВП-35Рис. 18 17. Дуготасительное устройство выключателя ВВП-35

При отключении сначала расходятся контакты в ДУ и дуга гаснет, затем расходятся контакты разъединителя. После этого подача сжатого воздуха в ДУ прекращается и контакты ДУ смыкаются. Включение выключателя производится замыканием контактов отделителя 1 и 2. Работа узлов выключателя описывается ниже.Сжатый воздух находится в стальном баке 4. На стеклоэпоксидной трубе 5 расположено ДУ 3. Цепь высокого напряжения присоединяется к выводам 9 и 7. Последовательно с ДУ включены контакты 1, 2, Неподвижный контакт отделителя 2 укреплен на стеклопластиковом цилиндре 8. Привод ножа отделителя осуществляется через изоляционную штангу 6. Для ограничения перенапряжений, возникающих при отключении ненагруженных трансформаторов, дуговой промежуток шунтирован нелинейным резистором 16. При отключении электромагнит воздействует на пусковой клапан 18 и сообщает с атмосферой полость справа от поршня 10. Под действием сжатого воздуха поршень 10 перемещается вправо вниз и открывает главный клапан 11. Сжатый воздух из бака 4 поступает по трубе 5 в ДУ. В ДУ (рис. 17) под действием сжатого воздуха поршень 12 вместе с подвижным трубчатым контактом 13 поднимается вверх. Дуга между контактами 13 и 14 интенсивно охлаждается сжатым воздухом. Предельная длина дуги ограничивается электродом 15. Длительность горения дуги составляет 0,5—1,5 полу периода.Во время работы ДУ сжатый воздух подается в привод отделителя. После погасания дуги привод переводит нож отделителя 1 в положение, обозначенное пунктиром. После отключения клапан 11 закрывается и под действием пружины 17 контакты ДУ замыкаются. Для включения выключателя изменяется направление потока сжатого воздуха, поступающего в привод отделителя, благодаря чему нож 1 и контакт 2 замыкаются. Из-за невысокой надежности отделителей такие выключатели не применяются в открытых распределительных устройствах (ОРУ). В ОРУ применяются выключатели с газонаполненным отделителем (серии ВВН), в которых контакты отделителя защищены от воздействия окружающей среды. В электротермических установках на напряжение 110 и 220 кВ используются выключатели серии ВВБ.б) Выключатель с воздухонаполненным отделителем. На рис. 18 показан полюс выключателя серии ВВН с номинальным напряжением 330 кВ, длительным током 2 кА и номинальным током отключения 25 кА. В основании полюса расположены два бака со сжатым воздухом 1 а 3. Дугогасительные камеры 4, снабженные шунтирующими резисторами 5, укреплены на полых фарфоровых изоляторах 2, которые являются воздухопроводом. Сжатый воздух в камеры 4 подается клапаном 6. Каждый полюс имеет восемь дугогасительных камер продольного дутья, включенных последовательно. Воздухонаполненный отделитель состоит из шести дугогасительных элементов 7, шунтированных конденсаторами 8.Процесс отключения протекает следующим образом: вначале открывается клапан 6, камеры 4 разводят контакты и отключают ток КЗ. Затем открывается клапан 9, расходятся контакты камер отделителя 7 и разрывается ток шунтов. Во все время отключенного состояния выключателя отделитель находится под давлением 2 МПа. Эта конструкция более надежна, чем конструкция с открытым отделителем, так как здесь отделитель защищен от действия окружающей среды. Крупным недостатком выключателя является длительное нахождение фарфоровых изоляторов ДУ отделителя под давлением в отключенном положении выключателя

Рис 18 Выключатель серии ВВН

Опыт эксплуатации показал недостаточно высокую надежность описанной конструкции, поэтому такие выключатели в настоящее время не выпускаются В современных выключателях на напряжение 110 кВ и выше отказались от отделителей и перешли на дугогасительные камеры, которые в отключенном положении наполнены сжатым воздухом.в) Выключатели с дугогасительными камерами в баке со сжатымвоздухом. Наиболее совершенны воздушные выключатели у которых дугогасительная камера размещается непосредственно в баке со сжатым воздухом На рис 18 19, а показан полюс такого выключателя серии ВВБ на напряжение 110 кВ. Бак со сжатым воз пухом 1 располагается на опорном изоляторе 2, в этом же изоляторе проходят управляющие воздухопроводы, воздух в которых находится под давлением 2,6 МПа 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 18 19,6, 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 отключается контактами 7 после гашения дуги в основных разрывах 6. Из рис. 19,6 видно, что корпус бака 1 находится под напряжением.Рис. 19. Баковый воздушный выключатель серии ВВБ-110; ток откл. 31,5 кА; Iном = 2000 А

В ДУ (рис. 19,б) неподвижный контакт 9 укреплен на конце токоведущего стержня изолятора 10. Подвижный контакт 11 укреплен на траверсе 12, связанной с приводным штоком 13. Выступ 14 на штоке 13 служит для фиксации механизма ДУ во включенном положении с помощью защелок 15.Во включенном положении полость бака отделена от атмосферы с помощью клапана, закрывающего выхлоп 1. При отключении в привод подается сжатый воздух, под воздействием которого шток 13 перемещается вверх и открывает клапан выхлопа 1, отделяющий полость бака от атмосферы. Дуга между контактами 11 и 9 потоком выходящего в атмосферу воздуха сдувается на точки а и б, где подвергается интенсивному продольному дутью сжатым воздухом. После отключения клапан закрывается и бак разобщается с атмосферой.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. В выключателях серии ВВН на каждый класс напряжения создается по существу новая конструкция.

Это требует больших экономических затрат на производство и эксплуатацию. В современных выключателях используется модульный принцип. ДУ на рис. 19, в, рассчитанное на напряжение 110 кВ, может использоваться при напряжении 220 кВ при том же токе отключения, но два ДУ соединяются последовательно, а опорная изоляция соответственно усиливается. На напряжение 500 кВ соединяются пять ДУ. Выключатели, используемые для расширения номинального напряжения путем последовательного их соединения, называются модулями. Перспективно также улучшение параметров каждого модуля. Так, совершенствование модуля ВВБ (повышение давления, доработка ДУ) позволило повысить номинальное напряжение со 110 до 220 кВ. При этом сокращается число разрывов выключателя в 2 раза, что дает большой технико-экономический эффект.На базе модуля (одного полюса), изображенного на рис. 19, создана серия выключателей с номинальным напряжением до 750 кВ и номинальным током отключения до 40 кА. Их полное время отключения составляет 0,06—0,08 с в зависимости от номинального напряжения. Полюс выключателя на напряжение 220 кВ имеет четыре разрыва. По сравнению с серией ВВН габариты и масса выключателей серии ВВБ уменьшены на 20—30 %, а расход воздуха сокращен в 3 раза. Эксплуатация показала их высокую надежность.

Развитием этой серии выключателей является выключатель ВВБК, в котором давление воздуха поднято до 4 МПа. В результате конструктивных усовершенствований при отключении создается двустороннее несимметричное дутье, повышающее эффективность гашения дуги [5]. Для уменьшения времени отключения в выключателях на напряжение 220 кВ и выше пневматическая система управления заменена механической. Номинальный ток отключения увеличен с 31,5 до 50 кА, а допустимое напряжение на разрыве с 55 до 110кВ. Время отключения при этом снижено с 0,06—0,08 до 0,04 с. Номинальное напряжение выключателя ВВБК достигает 1150 кВ.

г) Серия воздушных выключателей ВНВ. Предназначена для напряжений 220— 1150 кВ и тока отключения до 63 кА. Модуль на напряжение 250 кВ представлен на рис. 20, а. Основной особенностью модуля является расположение ДУ в атмосфере сжатого воздуха при давлении 4 МПа. При отключении контакты ДУ расходятся и открывается выхлопной клапан, соединяющий внутреннюю полость ДУ с атмосферой. После гашения дуги контакты остаются в разведенном состоянии, а выхлопной клапан закрывается, ДУ герметизируется. Привод контактов осуществляется с помощью легкой стеклопластиковой тяги. Расположение трех полюсов выключателя показано на рис. 20,6. На рис. 20: 1— бак со сжатым воздухом; 2—опорный изолятор; 3 — основной разрыв; 4— конденсатор для выравнивания напряжения по разрывам; 5 — шунтирующий резистор с ДУ. Электрическая схема модуля аналогична схеме рис. 19,6. Выключатель на 500 кВ имеет два модуля, включенных последовательно, и три модуля при напряжении 750 кВ. Опорные изоляторы усиливаются соответственно классу напряжения.В основании модуля выключателя на 500 кВ расположен бак 1 со сжатым воздухом (рис. 21). Сжатый воздух по трубопроводу подается в верхний бак, образованный металлическим цилиндром 9 и стеклоэпоксидным цилиндром 11 и содержащий ДУ. Главный контакт создается пальцами 19 неподвижного контакта и внешней поверхностью подвижного цилиндрического контакта Пальцы дугогасительного контакта 20 расположены в прорезях дутьевого сопла неподвижного контакта и скользят по внутренней поверхности контакта В показанном на рисунке включенном положении контакт 18 прижат к седлу 25. Внутренняя полость контакта 18 соединяется с атмосферой через открытый выхлопной клапан 24, а его внешняя поверхность и пальцы 19 находятся в среде сжатого воздуха. Сопло 17 подвижное. Начальное расстояние между контактом 20 и соплом 17 — оптимальное для данного сечения сопла. После гашения дуги подвижное сопло 17 перемещается под действием давления внутри ДУ вправо, садится на седло 26 и герметизирует камеру. Для уменьшения напряженности электрического поля между контактами в разведенном состоянии они окружены экранами 16. Это позволяет поднять электрическую прочность промежутка и номинальное напряжение модуля.При отключении срабатывает отключающий электромагнит 3, открывающий клапан 6. После этого сжатый воздух подается на поршень 7, воздействующий на тягу 8. Через звенья 5, 4, 2 усилие передается на изоляционные тяги 13, которые перемещаются вниз. Звенья 15 и 37 соединяются с тягой 13 трубкой 14 и перемещают горизонтальную тягу 36, которая связана с подвижным контактом

Рис 20 Воздушный выключатель серии ВНВРис 21. Пневмомеханическая схема полюса выключателя ВНВ-500 (А — к коммутирующему устройству шунтирующего резистора)

Контакт 18 сначала размыкается с пальцами 19, а затем с пальцами 20. Между последними и внутренней поверхностью контакта 18 загорается дуга, которая быстро перемещается воздушным потоком, вытекающим в атмосферу через дутьевое сопло неподвижного контакта и подвижное сопло 17. Гашение дуги происходит за счет двустороннего дутья. Шток 31 связан с тягой 13. При движении тяги 13 вниз связанный с ней шток 31 действует на рычаг 30 и открывает клапан 34. При этом сжатый воздух, находящийся над поршнем 35, через змеевик 29 выходит в атмосферу. Поршень 35 освобождает рычаги 27 и 28 и с помощью тяг 22, 23 и коромысла 21 закрывает клапан 24. Одновременно подвижное сопло 17 вместе с ограничивающим электродом 41 перемещается вправо, пока не сядет на седло 26. Таким образом, внутренний объем ДУ герметизируется и отделяется от атмосферы. Электрод 41 ограничивает длину дуги, горящей между ним и неподвижным дутогасительным контактом 20, что уменьшает энергию, выделяемую дугой.При токах отключения до 40 кА выключатель не имеет шунтирующих резисторов. При токах 63 кА или тяжелых условиях восстановления напряжения используются низкоомный шунтирующий резистор и вспомогательный контактный блок для отключения резистора (рис. 20, поз. 5). Контейнер с этим блоком и резистором располагается рядом с ДУ. Управление вспомогательным блоком осуществляется от клапана 34 (стрелка А).При включении срабатывает электромагнит 12. Клапан 10 открывается и соединяет полость над поршнем 7 с атмосферой. Одновременно подается сжатый воздух на поршень 38, который отделяет полость бака от поршня 7. Под действием заранее заведенной пружины 33 шток 32 опускается и клапан 34 закрывается. Сжатый воздух подается к поршню 35, и он опускается, воздействуя на рычаги 28, 27. Клапан 24 открывается, а подвижное сопло 17 устанавливается в положение, указанное на рисунке. При этом внутренняя полость контакта 18 и сопла 17 соединяется с атмосферой. При закрытии клапана 34 сжатый воздух подается в контейнер со вспомогательным контактным блоком, который включает резистор. При движении тяги 13 вверх подвижный контакт 18 замыкается с неподвижным, одновременно поршень 7 переходит в положение, указанное на рисунке. После выхода воздуха из полости над поршнем 7 закрываются клапаны 10, 6 и поршень 38 устанавливается в исходное положение соответствующими пружинами.В выключателе на напряжение 1150 кВ при включении вначале замыкаются вспомогательные контакты и в цепь вводится резистор, сопротивление которого равно волновому сопротивлению коммутируемой линии. Затем примерно через 10 мс включается контакт 18, который шунтирует этот резистор. Это ограничивает перенапряжения при включении холостых линий электропередачи.

Выключатель имеет следующие конструктивные особенности:1. ДУ расположены внутри прочных стеклоэпоксидных труб, являющихся баком сжатого воздуха выключателя. Такая конструкция позволяет сиять с фарфора воздействие высокого давления воздуха. Фарфоровая рубашка защищает стеклоэпоксидную трубу от воздействия атмосферы.2. Давление сжатого воздуха в ДУ достигает 4 МПа, что наряду с другими мероприятиями обеспечивает ток отключения до 63 кА при напряжении на разрыве 125 кВ.3. ДУ имеет два разрыва. После гашения дуги дугогаентельный контакт отходит на расстояние, обеспечивающее необходимую электрическую прочность промежутка, и в своем крайнем положении воздействует на выхлопной клапан ДУ. Камера ДУ герметизируется, и разведенные контакты находятся при давлении 4 МПа.4. Привод контактов расположен на заземленном баке выключателя. Передача силы от привода к механизму контактов осуществляется механически через легкую изоляционную стеклопластиковую тягу. Это позволяет получать полное время отключения 0,04 с.5. При тяжелых условиях восстановления напряжения параллельно каждому разрыву включается низкоомный шунтирующий резистор (40 Ом). Из конструктивных соображений резистор разбит на две части (два контейнера). Ток резистора отключается двухступенчатой контактной системой, расположенной в одном из контейнеров.

Элегазовые выключатели - Выключатели высокого напряжения

ЭЛЕГАЗОВЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Свойства элегаза

Дальнейшее повышение номинального напряжения и номинального тока в воздушных выключателях наталкивается на большие трудности (давление воздуха в ДУ достигает 4 МПа, что требует больших затрат на создание механически прочной и работоспособной конструкции выключателя). Решение задачи может быть получено путем использования вместо воздуха газа, который обладал бы более высокой электрической прочностью и отключающей способностью. Таким газом является шестифтористая сера SF6 — элегаз (электротехнический газ) [6]. По сравнению с воздухом этот газ обладает следующими преимуществами:1. Электрическая прочность в 2,5 раза выше, чем у воздуха. При давлении 0,2 МПа электрическая прочность элегаза приближается к прочности трансформаторного масла.2. Высокая удельная объемная теплоемкость (почти в 4 раза выше, чем у воздуха) позволяет увеличить нагрузку токоведущих частей и уменьшить массу меди в выключателе.3. Номинальный ток отключения камеры продольного дутья с элегазом в 5 раз выше, чем с воздухом.4. Малая напряженность электрического поля в столбе дуги. Благодаря этому резко сокращается износ контактов, уменьшается эффект термодинамической закупорки сопла. Это позволяет увеличить расстояние между контактами, повысить напряжение на каждом контактном промежутке и допустимую скорость восстановления напряжения.За рубежом опубликованы данные по одноразрывному выключателю на номинальное напряжение 750 кВ.5. Элегаз является инертным газом, не вступающим в реакцию с кислородом и водородом, слабо разлагается дугой. Элегаз нетоксичен, хотя некоторые продукты разложения опасны.Недостатком элегаза является высокая температура сжижения. Так, например, при давлении 1,31 МПа переход элегаза из газообразного состояния в жидкое происходит при температуре 0°С. Это заставляет использовать его либо с подогревающим устройством, либо при низком давлении. При давлении 0,35 МПа температура сжижения равна — 40°С. Для электрических аппаратов применяется газ с высокой степенью очистки от примесей, что усложняет и удорожает его получение.

Конструкция элегазовых выключателей

Дугогасящая способность элегаза наиболее эффективна при большой скорости его струи относительно горящей дуги. Возможны следующие исполнения ДУ с элегазом:1) с автопневматическим 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. Дугогасительное устройство с автопневматическим принудительным дутьем показано на рис. 22. Оно располагается в герметичном баке с давлением элегаза 0,2— 0,28 МПа. При этом удается получить необходимую электрическую прочность внутренней изоляции. 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. Так как поршень 4 при этом неподвижен, элегаз сжимается и его поток, проходя через сопло, продольно омывает дугу и обеспечивает ее эффективное гашение.

Рис. 22. Схема дугогасительного устройства элегазового выключателя с автопневматическим дутьемРис. 23. Дугогасительная камера элегазового выключателя

Для КРУ разработан элегазовый выключатель с номинальным напряжением 110 и 220 кВ, номинальным током 2 кА и номинальным током отключения 40 кА. Время отключения 0,065, время включения 0,08 с, номинальное давление элегаза 0,55 МПа, привод пневматический с давлением воздуха 2 МПа.Камера ДУ элегазового выключателя на 220 кВ с двумя разрывами на полюс показана на рис. 23. При включении выключателя цилиндр 1 вместе со связанными с ним главным 2 и дугогасительным 3 контактами перемещается вправо. При этом труба 2 входит в розетку 5, а розетка 3 соединяется с контактом 4. Сопло из фторопласта 6 также перемещается вправо и надвигается на полый трубчатый контакт 4. В полость А засасывается элегаз, а из полости Б элегаз вытесняется.

При отключении цилиндр 1 и труба 7 перемещаются влево. Сначала расходятся главные контакты (2, 5), потом дугогасительные (3, 4). В момент размыкания контактов 3 и 4 возникает дуга, которая подвергается обдуву газом. Поршень 10 остается неподвижным. В области А образуется сжатый газ, а в области Б— разреженный. В результате газ перетекает из области А через полый контакт 7 в область Б через отверстия 8 и 9 под действием разности давлений рл—(—Рб). Большой перепад давлений позволяет получить необходимую (критическую) скорость обдува дуги. При тяжелых условиях отключения (неудаленное КЗ) дуга гасится также за счет ее охлаждения в сопле 6 после выхода его с контакта 4.Рис. 24. Устройство элегазового выключателя на напряжение 220 кВ

На рис. 24 представлено принципиальное устройство элегазового выключателя для КРУЭ-220 на напряжение 220 кВ. Неподвижный контакт выключателя 1 прикреплен к баку выключателя на литом изоляторе 2. Выключатель имеет два ДУ 3 и 4, соединенных последовательно через корпус 11. Равномерное распределение напряжения по ДУ обеспечивается керамическими конденсаторами 6. Для устранения коронирования ДУ закрыты экранами 5. Цилиндры 3 и 4 приводятся в движение изоляционной штангой 8 Через рычажный механизм 7. Включение и отключение выключателя производится пневматическим приводом. Выключатель заполнен элегазом при давлении 0,55 МПа. Неподвижные контакты выключателя 1 выведены из бака через проходной герметизированный изолятор 9 и 10 элегаз— элегаз, что означает переход из полости выключателя, наполненной элегазом, в полость комплектного распределительного устройства, также заполненную элегазом ПРУЭ). Здесь 9 — изоляционная перегородка, 10—разъемный контакт розеточного типа. Такой изолятор позволяет сохранить в выключателе элегаз при отсоединении его от КРУЭ.Описанный элегазовый выключатель имеет высокие технические показатели и допускает 20-кратное отключение тока КЗ предельного значения 40 кА без ревизий. Утечка элегаза из бака не превышает 1 % в год. Срок службы выключателя до капитального ремонта составляет 10 лет. Разработаны ДУ с номинальным напряжением 220 кВ на один разрыв и током отключения 40 кА при высокой скорости восстановления напряжения. Опытные образцы элегазовых выключателей допускают ток отключения до 100 кА при напряжении на разрыве 245 кВ и ток 40 к А при напряжении на разрыве до 362 кВ. Элегазовые выключатели наиболее перспективны для напряжений выше 35 кВ и могут быть созданы на напряжение 800 кВ и выше.

Электромагнитные выключатели - Выключатели высокого напряжения

ВАКУУМНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

В вакуумных выключателях контакты расходятся в среде с давлением 10~4 Па. При таком вакууме дугогасительный промежуток имеет очень высокую электрическую прочность — примерно 100 кВ/мм. Малая плотность воздуха создает возможность гашения дуги без ДУ за время 0,01— 0,02 с. Все это дает возможность создать выключатели с малым износом контактов, работающие при минимальном техническом обслуживании в течение нескольких десятков лет. Это определяет перспективность развития и широкого применения вакуумных выключателей. Процесс гашения дуги в вакууме рассмотрен ранее. Здесь добавим, что образующиеся под действием высокой температуры ионы движутся к электродам, создавая вблизи них соответствующие объемные заряды. Поток электронов направляется к аноду и производит его бомбардировку. Освобождающиеся из анода положительные ионы движутся к катоду и разрушают его. Эти процессы определяют срок службы контактов.Следует отметить, что высокие значения напряженности электрического поля (при малых расстояниях между контактами) являются также причиной возникновения дуги в вакууме благодаря автоэлектронной эмиссии.

Малая плотность среды обусловливает очень высокую скорость диффузии зарядов из-за большой разницы плотностей частиц в разряде и вакууме. Быстрая диффузия частиц, высокая электрическая прочность вакуума позволяют эффективно гасить дугу в вакуумном выключателе.Для работы вакуумного выключателя имеет большое значение дегазация контактов, так как адсорбированные ими газы при разогреве выделяются и ухудшают вакуум. С целью удаления газовых включений из контактов их нагревают в течение нескольких часов до красного каления.При работе выключателя распыленные материалы контактов осаждаются на поверхности изоляционного цилиндра, что создает возможность перекрытия изоляции. Для защиты цилиндра от паров металла электроды защищаются специальными металлическими экранами 8, 9 (рис. 27). При отсутствии экранов электрон, разгоняясь в электрическом поле по длинному пути, приобретает высокую энергию и при столкновении с молекулой может вызывать ее ионизацию. Благодаря экранам 8 и 9 электрическое поле разбито на два небольших участка (между электродами 9 и 8 и между электродами 8 и 9). Возможность перекрытия внутри камеры резко снижается.При переменном токе после прохождения тока через нуль происходит быстрое рассасывание зарядов вследствие диффузии, и через 10 мкс между контактами восстанавливается электрическая прочность вакуума. Быстрое нарастание электрической прочности промежутка после прохождения тока через нуль является большим достоинством вакуумных выключателей.Для вакуумной дуги характерен обрыв (срез) тока при подходе к нулевому значению. При уменьшении тока падает давление паров металла, дуга становится неустойчивой и гаснет. Резкие уменьшения тока могут вызывать перенапряжения, опасные для отключаемого оборудования. Ток среза зависит как от параметров отключаемой цепи, так и от свойств материала контактов. Вольфрам обладает устойчивостью к свариванию, высокой температурой плавления и износостойкостью. Однако при вольфрамовых контактах значения тока среза и перенапряжений очень высоки, так как пары вольфрама создают низкое давление. 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. Наличие вакуума ухудшает охлаждение контактов. Однако за счет увеличения размеров подводящих шин, совершенствования конструкции ДУ и контактных материалов удается довести длительные токи до необходимых значений.В вакуумной дугогасительной камере (рис. 27) контактный

cyberpedia.su

Выключатели высокого напряжения - страница 2

Воздушные выключатели

Рис. 9. Конструктивная схема воздушного выключателя внутренней установки на 6—20 кВ — с одним разрывом в камере продольного дутья

Рис. 10. Конструктивные схемы воздушных выключателей наружной установки на 110 кВ

а — с отделителем; б — с двумя разрывами на полюс, с воздухо-наполненным отделителемКамеры продольного дутья имеют преимущественное распространение во всем диапазоне напряжений от 3 до 750 кВ, на которые строятся выключатели, так как они позволяют создать аппарат, отвечающий самым жестким требованиям по номинальной мощности отключения, номинальному току и быстродействию. Камеры поперечного дутья из-за громоздкости конструкции и больших габаритов применяются ограниченно, лишь в выключателях 6—20 кВ.

Рис. 11. Схемы дугогасительных устройств с воздушным дутьем

1 – контакты, 2 - изоляционный корпус; 3 — дуга;

4 — изоляционное соплоБыло предложено для ускорения повышения электрической прочности дугового промежутка добавлять в свежий воздух электроотрицательные газы, жадно поглощающие электроны (например, фтор и его соединения). Однако практического использования этого предложения не было.

Рис. 12. Конструктивные схемы воздушных выключателей (д—д):

1 — резервуар со сжатым воздухом; 2 — дугогасительная камера; 3 — шунтирующий резистор; 4— главные контакты; 5— отделитель; 6— емкостный делитель напряженияВ рассмотренных конструкциях воздух подается в дугогасительные камеры из резервуара, расположенного около основания выключателя. Если контактную систему поместить в резервуар сжатого воздуха, изолированный от земли, то скорость гашения дуги значительно увеличится. Такой принцип заложен в основу серии выключателей ВВБ (рис. 12, д). В этих выключателях нет отделителя. При отключении выключателя дугогасительная камера 2, являющаяся одновременно резервуаром сжатого воздуха, сообщается с атмосферой через дутьевые клапаны, благодаря чему создается дутье, гасящее дугу. В отключенном положении контакты находятся в среде сжатого воздуха. По такой конструктивной схеме созданы выключатели до 750 кВ. Количество дугогасительных камер (модулей) зависит от напряжения: 110 кВ - одна; 220, 330кВ - две; 500 кВ - четыре; 750 кВ - шесть (в серии ВВБК).

В цепях генераторов находят применение специальные выключатели нагрузки (ВНСГ) UH0M = 15 кВ, рассчитанные на включение генераторов при самосинхронизации (при токе равном 115 кА) и выдерживающие большие сквозные токи КЗ (480 кА). Таким выключателем можно включать и отключать генератор под нагрузкой (IНОМ = 12000 А), а также отключать токи КЗ до 31,5 кА. Выключатель ВНСГ компактно встраивается в комплектный токопровод. Гашение дуги осуществляется сжатым воздухом, имеющим давление 0,6 МПа.

Рис. 13. Полюс воздушного выключателя ВНВ-220

1 — резервуар: 2 — изолятор: 3 — механизм привода: 4 — блок шунтирующих резисторов

Элегазовые выключатели

Элегазовые выключатели принадлежат к группе газовых выключателей. Известные преимущества, которыми обладают электроотрицательные газы с их высокой электрической прочностью при гашении дуги побудили конструкторов применить в газовых выключателях элегаз (шестифтористую серу SF6). Электроотрицательные газы, такие как элегаз, фреон (CC1F2) и другие, обладают свойством захватывать свободные электроны и присоединять их к своим нейтральным молекулам. Возникающие при этом отрицательные ионы имеют примерно такую же скорость, что и положительные ионы, и поэтому легко рекомбинируют с ними, снова превращаясь в нейтральные молекулы. Вероятность такой рекомбинации на несколько порядков выше, чем вероятность рекомбинации быстрых электронов и медленных положительных ионов.

Другим недостатком элегаза является высокая температура сжижения. При давлении 1,5 МПа температура сжижения элегаза составляет всего 6° С. Чтобы избежать сжижения элегаза в выключателях с высоким давлением гасящей среды предусматривают автоматические нагреватели, поддерживающие необходимую постоянную температуру элегаза.

Наиболее эффективно применение элегаза для гашения дуги в том случае, когда его струя поступает в дуговой промежуток с большой скоростью, т. е. когда осуществляется интенсивное продольное дутье.

В настоящее время разработаны и применяются несколько конструкций элегазовых дугогасящих устройств. Среди них можно отметить дугогасительную камеру интенсивного продольного дутья. Продольное дутье в этом устройстве создается при переходе элегаза из резервуара с высоким давлением (1,5—2,0 МПа), в камеру, где поддерживается низкое давление (0,2—0,3 МПа). После гашения дуги «отработанный» элегаз проходит осуше ние и очистку и перекачивается компрессором в резервуар высокого давления. Вся система циркуляции элегаза является замкнутой.

Рис. 14. Автопневматическое дугогасительное устройство элегазового выключателя

Существуют и другие системы гашения дуги в элегазе, например электромагнитное гашение, при котором дуга перемещается в элегазе под действием магнитного поля и охлаждается при этом встречным потоком газа. Такая система эффективна в выключателях на большие номинальные токи отключения и на напряжения 6—20 кВ.

В нашей стране разработаны конструкции выключателей нагрузки с элегазом на 35, 110, 220 кВ. Выключатели 35 и 110 кВ имеют по одной камере на полюс, в выключателе 220 кВ — две камеры на полюс. Кроме того, разработаны конструкции выключателей на два и три направления. Такой аппарат заменяет два или 4. три выключателя, что дает значительную экономию при установке их на подстанциях.

Достоинства элегазовых выключателей:пожаро- и взрывобезопасность, быстрота действия, высокая отключающая способность, малый износ дугогасительных контактов, возможность создания серий с унифицированными узлами, пригодность для наружной и внутренней установки.

Недостатки:необходимость специальных устройств для наполнения, перекачки и очистки SF6, относительно высокая стоимость SF6.

Автогазовые выключатели

Гашение дуги в автогазовых выключателях производится потоком газов, образующихся при разложении изоляционного материала стенок дугогасительной камеры под действием дуги. Стенки камеры изготовляются из синтетических материалов (органическое стекло, формальдегидная смола, фибра), обладающих хорошими газогенерирующими характеристиками и не склонными к коптеобразованию. Фибра применяется менее широко из-за ее способности сильно деформироваться под влиянием влаги.

В автогазовом дутьевом устройстве со щелевым каналом. Дуга, возникшая при отключении, вытягивается подвижным контактом в узкий кольцевой канал. Давление газов внутри канала повышается до тех пор, пока контакт при своем движении вниз не откроет боковое выхлопное отверстие. После этого начнется интенсивное истечение газов через зону дуги в это отверстие, что и приведет к гашению дуги.

В системах электроснабжения городов и промышленных предприятий достаточно широко распространены выключатели нагрузки ВН-16, ВН-17 на 6—10 кВ с простейшей дугогасительной камерой, имеющей вкладыши из органического стекла. Однако эти выключатели не могут включаться на ток КЗ, равный току динамической стойкости, и допускают сравнительно малое количество отключений номинального тока.

Рис. 15Достоинстваавтогазовых выключателей: отсутствие масла; небольшая масса.

Недостатки:быстрый износ твердого дугогасителя, относительно большой износ контактов или их разрушение (в выключателе УПС).

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.

В этих выключателях дуга горит в воздухе при атмосферном давлении и гасится магнитным дутьем. Дуга при помощи магнитного дутья быстро удлиняется настолько, что напряжение на ней становится выше напряжения сети, и она гаснет.

Магнитное дутье создается электромагнитом, катушка которого включается последовательно в контур дуги. Важным элементом выключателя является камера гашения, которая способствует растягиванию и охлаждению дуги. Конструктивные схемы наиболее распространенных типов щелевых камер гашения электромагнитных выключателей приведены на рис. 15.

На рис. 15, а показана камера с плоской узкой щелью, в которую дуга затягивается магнитным дутьем из широкой части камеры. Отдавая теплоту стенкам камеры, дуга гаснет.

На рис. 15, б изображена камера с зигзагообразной щелью, образованной ребристой поверхностью стенок (лабиринтная камера) и обеспечивающая удлинение дуги до 2 м.

Большое значение для надежной работы электромагнитного выключателя имеет материал стенок камеры гашения. Этот материал должен обладать большой теплоемкостью и жаростойкостью. В настоящее время для этой цели используют жаростойкую керамику. Хорошие результаты дала керамика с небольшим содержанием циркония.

На выхлопной части камеры гашения обычно устанавливается деионизатор, представляющий собой гребенчатую решетку из изолированных друг от друга металлических пластин. Горячие ионизированные газы, выбрасываемые из камеры, попадают в решетку и, охлаждаясь, денонсируются там, ограничивая зону ионизации над верхним срезом камеры. Кроме того, деионизатор демпфирует звуки выхлопа при работе камеры.

Выключатели серии ВЭ на различные токи отключения отличаются размерами дугогасительных камер.

При малых отключаемых токах значение электродинамической силы, затягивающей дугу в камеру, недостаточно и для перемещения дуги используются воздушные поршневые устройства.

Большим преимуществом электромагнитных выключателей является их полная взрыво- и пожаробезопасность. Также к достоинствам можно отнести малый износ дугогасительных контактов, пригодность для работы в условиях частых включений/ отключений, относительно высокая отключающая способность. Большие размеры камеры гашения в этих выключателях ограничивают их применение на высоких напряжениях (выше 15 кВ). У нас в стране электромагнитные выключатели выпускаются на номинальные напряжения 6 и 10 кВ с номинальной мощностью отключения 200 и 400 MBA. Эти выключатели используются главным образом в установках собственных нужд электрических станций и для коммутации косинусных конденсаторных батарей. Также к недостаткам можно отнести сложность конструкции дугогасительной камеры, ограниченный предел номинального напряжения, ограниченная пригодность для наружной установки.

Вакуумные выключатели

В последние годы, кроме хорошо себя зарекомендовавших масляных и воздушных выключателей, в энергетических системах начали применяться выключатели, действие которых основано на совершенно новых принципах гашения дуги. И хотя эти так называемые вакуумные выключатели занимают пока еще очень скромное место среди выключателей высокого напряжения, они несомненно имеют большие перспективы применения на электрических станциях и подстанциях.

В этих выключателях контактная система помещена в глубокий вакуум, примерно 104 Па, вследствие чего они и получили название вакуумных.

Процесс отключения в вакуумном выключателе протекает следующим образом. В момент расхождения контактов площадь их соприкосновения уменьшается, плотность тока резко возрастает, и металл контактов плавится и испаряется в вакууме. При этом между контактами образуется проводящий мостик, состоящий из паров металла электродов. Загорается так называемая вакуумная дуга, которая гаснет при первом же переходе тока через нуль. Электрическая прочность вакуума восстанавливается очень быстро, так как малая плотность газа в колбе выключателя обусловливает исключительно высокую скорость диффузии электрических зарядов из ствола дуги. Уже через 10 мкс после перехода тока через нуль электрическая прочность вакуума достигает своего полного значения 100 МВ/м. Если к этому времени раствор контактов окажется достаточным для того, чтобы электрическая прочность межконтактного промежутка стала больше восстанавливающегося напряжения, дуга погаснет окончательно. В противном случае произойдет повторный пробой промежутка и повторное зажигание дуги.

Достоинства вакуумных выключателей: простота конструкции; высокая степень надежности, высокая коммутационная износостойкость, малые размеры, пожаро- и взрывобезопасность, отсутствие шума при операциях, отсутствие загрязнения окружающей среды, малые эксплуатационные расходы.

Недостатки вакуумных выключателей: сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения, возможность коммутационных перенапряжений при отключении малых индуктивных токов.Размещено на Allbest.ru

www.coolreferat.com

ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ — МегаЛекции

Простейшими выключателями высокого напряжения являются разъединители. Их назначение — отключение и переключение участков цепи под напряжением, но при отсутствии тока. Отключение участков цепи необходимо для обеспечения безопасности осмотров и ремонтных работ на устройствах высокого напряжения, переключения подходящих и отходящих линий с одной системы шин на другую и т. д.

Разъединители снабжены неподвижными и подвижными контактами, укрепленными на изоляторах. В зависимости от назначения и способа установки применяются рубящие (рис. 17.8) и поворотные разъединители; последние устанавливаются главным образом в открытых распределительных устройствах на 35—500 кВ.

Для ручного управления подвижные контакты (ножи) разъединителей снабжаются крючками или кольцами для выключения посредством изолированной штанги. Дистанционное управление разъединителями осуществляется посредством электрических или пневматических приводов.

Если отключать цепь посредством разъединителя, когда ток в цепи не выключен, то между размыкаемыми контактами разъединителя возникает электрическая дуга и разрушает их. Чтобы предупредить такое ошибочное отключение, приводы разъединителей часто обеспечиваются защитной блокировкой, не допускающей отключения разъединителя при включенном выключателе.

Во многих случаях необходимо отключать нагрузку небольшой мощности при токах, не превышающих нормальный рабочий ток. Установка дорогого и громоздкого масляного или другого выключателя, рассчитанного на отключение тока короткого замыкания, в подобных случаях нежелательна. Для таких установок на подстанциях промышленных предприятий и на мелких сельских

электростанциях применяются выключатели нагрузки (называемые также разъединителями мощности). По устройству они сходны с рубящими разъединителями, но снабжены дугогасительным устройством того или иного типа. Они применяются для напряжений 6 и 10 кВ и рассчитаны на отключение токов, не превышающих удвоенное значение рабочего тока. Последовательно с ними для защиты установки от токов короткого замыкания включаются плавкие предохранители.

Выключатели высокого напряжения должны отключать установки и при коротких замыканиях, поэтому в соответствии с условиями данной сети для выбора выключателя необходим специальный расчет токов короткого замыкания. На основании этого расчета к выключателю высокого напряжения предъявляются требования электродинамической (по отношению к электродинамическим силам) и термической стойкости к току короткого замыкания. В соответствии с этими требованиями определяются номинальная мощность отключения выключателя и номинальный ток отключения выключателя (наибольший ток, который выключатель способен надежно отключить при восстанавливающемся напряжении между фазами, равном номинальному напряжению). По всем этим причинам в современных электротехнических установках выключатель высокого напряжения является довольно сложным и ответственным аппаратом, требующим периодического осмотра и регулировки. Широко применяются масляные и воздушные выключатели высокого напряжения.

В масляных выключателях, чтобы предупредить возникновение длинной дуги и ускорить ее гашение при выключении, разрывающие цепь тока контакты помещены в бак с нефтяным маслом. В зависимости от условий гашения дуги масляные выключатели подразделяются на выключатели с гашением дуги простым разрывом в масле и выключатели с дугогасительными камерами масляного или газового дутья.

Аппараты первого типа изготовляются на 6— 10 кВ для мощности отключения, не превышающей 150 MB • А (рис. 17.9). Его основными частями являются: бак с минеральным маслом 1; подвижные нижние контакты 4, соединенные электрически между собой и укрепленные на изолирующей штанге 5, неподвижные верхние контакты 3, укрепленные на проходных изоляторах 2. Изолирующая штанга поднимается посредством рычажного приспособления 6, соединенного с длинным валом; последний снабжен маховичком или специальными тягами.

Несущая подвижные контакты часть (траверса) выключателя отжимается книзу пружинами и действием собственной силы тяжести. Но во включенном состоянии она удерживается специальным запорным механизмом (защелкой), которым снабжен привод выключателя. Когда запорный механизм освобожден, подвижная часть падает вниз и создает два разрыва в цепи выключаемого тока (чаще применяются устройства с четырьмя или шестью разрывами). При разрыве цепи тока между расходящимися контактами возникает электрическая дуга. Вследствие ее высокой температуры окружающие ее слои масла испаряются и разлагаются, образуя газовый пузырь вокруг расходящихся контактов. Таким образом, в масляном выключателе расхождение контактов и горение дуги происходит в газовой среде при повышенном давлении. Последнее обстоятельство создает благоприятные условия для гашения дуги, так как с повышением давления быстро возрастает электрическая прочность газовой среды. Увеличение расстояния между контактами во время выключения вызывает увеличение длины дуги, что в свою очередь требует большого напряжения для поддержания дуги. При выключении переменного тока, на что рассчитан выключатель,ток в размыкаемой цепи каждые полпериода проходит через нулевое значение, а это способствует гашению дуги.

При масляном дутье гашение обусловливается воздействием на гасимую дугу потока масла от дуги, создающей давление в дугогасительной камере. При движении траверсы выключателя вниз в каждой паре размыкаемых контактов образуются две дуги — гасимая и генерирующая давление. Гасимая горит у выхлопных каналов камеры, в которой генерирующая дуга создает давление 4—6 МПа. Поток масла направляется от генерирующей дуги на гасимую и при номинальном токе отключения не дает ей гореть более чем 0,015—0,02 с (один период переменного тока).

Лучшие результаты дает использование принципа газового автодутья: дуга, загорающаяся в камере, создает газовый пузырь, и при определенном расхождении контактов открываются дутьевые щели и поперек дуги устремляется поток газа и масла, создающий условия для быстрого ее гашения.

Для высоких напряжений, начиная с 35 кВ, преимущественно применяются воздушные выключатели (выключатели со сжатым воздухом). В них один или оба расходящихся контакта выполняются полыми, а сжатый воздух 0,7—2 МПа через полости контактов создает мощное воздушное дутье и сдувает дугу с рабочей поверхности контактов. По сравнению с масляным выключателем воздушный имеет меньшую массу и меньшее время отключения. Но для воздушного выключателя необходим специальный источник сжатого воздуха — компрессор, причем необходим очищенный и просушенный воздух.

После отключения управляемой цепи выключатель остается под напряжением, между тем периодически необходим осмотр и ремонт, как выключателя, так и прилегающих к нему участков электрической цепи. По этой причине разъединитель нужен как его необходимое дополнение. Посредством разъединителя выключатель после выключения тока можно отделить от цепей высокого напряжения.

РЕЛЕ И РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА

Реле — это аппарат, который при определенном воздействии на его воспринимающую часть той или иной физической величины (тока, напряжения, частоты, силы света, температуры, давления и т. п.) срабатывает и его исполнительная часть производит в управляемых им цепях необходимые переключения, вызывающие соответствующие изменения тех или иных физических величин (тока, напряжения и т. д.). Бесперебойность работы электроэнергетических установок автоматически обеспечивается релейной защитой. Часто — это очень сложная совокупность реле, автоматически воздействующих на выключатели электротехнических установок при их повреждении (коротком замыкании токоведущих частей оборудования, замыкании на землю, ненормальном изменении напряжения, изменении направления передачи энергии и т. п.). Релейная защита сигнализирует о нарушении нормального режима работы; она же затем совместно с устройствами автоматики выполняет повторное включение элементов системы электроснабжения (трансформаторов, питающих линий и т. п.), автоматически включает резервные источники электрической энергии и разгружает систему электроснабжения при недостатке мощности.

Общая основная характеристика реле — это характеристика управления, выражающая связь между воздействующей физической величиной / и управляемой величиной U (рис. 17.10). При увеличении воздействующей величины до определенного значения, называемого параметром, срабатывания (в частности, током срабатывания Iср), управляемая величина не изменяется, т. е. пока I< Iср, управляемая величина U0 = const. Но когда управляющая величина достигает значения Iср, исполнительная часть реле производит скачкообразное изменение управляемой величины U (например, включает или выключает электрическую цепь) до значения UK. Дальнейшее увеличение I не изменяет U. Не влияет на U и уменьшение управляющей величины, пока / больше определенного значения, называемого параметром возврата IР3 (в частности, током возврата). Когда управляющая величина достигает значения I = Iвз, исполнительная часть реле уменьшает управляемую величину до исходного значения Uo.

Отношение Iвз/Iср = kвз называется коэффициентом возврата реле. В зависимости от принципа действия и конструкции реле коэффициент возврата может иметь значение kвз = 0,98 ÷ 0,3.

Для надежности действия релейного устройства рабочее значение Ip управляющей величины, т. е. значение, при котором необходимо срабатывание реле, берется больше, чем Iср. Отношение Iр/Iср = k3называется коэффициентом запаса. Обычно k3 = 3 ÷ 1

Реле защиты электротехнических устройств в зависимости от характера изменения управляющей величины, вызывающего их срабатывание, в основном разделяются на максимальные, минимальные и дифференциальные. Максимальное реле срабатывает, когда электрическая величина (например, ток) повышается сверх определенного значения Iср. Минимальное реле срабатывает, когда электрическая величина (например, напряжение) уменьшается ниже определенного установленного значения. Дифференциальное реле реагирует на разность двух механических моментов, создаваемых в нем действием двух сравниваемых однородных электрических величин.

Основные требования, предъявляемые к релейной защите, это селективность (избирательность), быстрота действия, надежность и чувствительность.

Селективность действия защиты состоит в том, что поврежденный элемент установки отключается от источников электроэнергии ближайшими к нему выключателями, благодаря чему авария нарушает режим нормального электроснабжения минимального числа потребителей.

Быстрота действия защиты необходима для того, чтобы уменьшить размеры разрушений поврежденного участка тепловым действием тока, ослабить влияние понижения напряжения, вызванного аварией, на работу других потребителей электроэнергии, улучшить качество электрического освещения и т. д.

Чувствительность защиты необходима для того, чтобы она реагировала на самые незначительные повреждения в самом начале их возникновения. Чувствительность систем защиты является критерием их пригодности.

Надежность защиты — безотказность срабатывания при аварии. Надежнее защита, в которой применено минимальное число реле, взаимодействующих возможно проще. Для обеспечения высокой надежности применяется резервная защита, отключающая поврежденные устройства в случае отказа основной защиты.

Эти требования часто противоречивы в некоторых отношениях. Например, увеличение надежности посредством применения более грубых механизмов вызывает снижение чувствительности защиты, а повышение селективности посредством использования выдержки времени снижает быстродействие защиты.

Применение выдержки времени является одним из простейших путей получения селективности отключений. Выдержка времени обеспечивается тем, что благодаря применению соответствующих приспособлений между моментом воздействия импульса воздействующей величины (например, тока) на реле и моментом срабатывания исполнительной части реле проходит строго определенный промежуток времени, создаваемый не только естественными инерционными свойствами механизма реле, но и специальными приспособлениями. Такие приспособления могут быть встроены в само реле (реле с выдержкой времени) или их роль исполняет специальное реле времени, являющееся частью системы релейной защиты. Выдержка времени может быть сделана независимой или зависимой от значения входного импульса (тока при аварии).

Простым примером селективной защиты может служить защита посредством максимальных токовых реле с выдержкой времени отдельных реле (рис. 17.11). При защите радиальной сети с односторонним питанием от подстанции Г селективность отключения достигается применением различных выдержек времени, тем больших, чем ближе пункт установки реле к источнику электроэнергии — подстанции Г. Выдержку времени защиты наиболее удаленного участка А можно принять равной нулю; следовательно, время срабатывания защиты этого участка определяется лишь собственным временем срабатывания реле t1 (у современных быстродействующих реле t, = 0,02 ÷ 0,12 с).

Рассмотрим простейший случай независимой выдержки времени. При этом условии выдержка реле, защищающего следующий участок В, должна быть больше, чем t1, на определенное значение ∆t, называемое ступенью выдержки времени. При аварии в пределах участка А импульс получают воспринимающие части всех реле линии AD, так как через все эти реле проходит ток аварийного участка А. Но ступени выдержки времени должны быть выбраны так, чтобы реле / успело сработать и дуга в отключенном им выключателе оборвалась прежде, чем настанет время срабатывания любого другого реле. После срабатывания реле 1 отсчет времени в механизмах всех остальных реле прекратится и вся линия, кроме отключенного участка А, будет продолжать бесперебойно работать. Следовательно, ступень выдержки времени ∆t должна быть несколько больше полного времени отключения повреждения (обычно 0,04—0,16 с). Основным недостатком такой простой селективной защиты является чрезмерное повышение выдержки времени на головных участках вблизи источников электроэнергии. Это противоречит требованию быстродействия защиты.

По виду воздействующей величины реле защиты подразделяются на реле тока, реле напряжения, реле сопротивления (реагирующее на изменение соотношение между напряжением и током) и реле направления мощности.

Реле прямого действия воздействуют непосредственно на выключатель. Реле косвенного действия контактами своей исполнительной части коммутирует цепи оперативного (вспомогательного) тока, а последний воздействует на отключающий механизм выключателя.

Первичные реле включаются непосредственно в защищаемую цепь. Этим упрощается устройство защиты, но при высоком напряжении трудно постоянно контролировать исправность первичного реле, так как оно находится под высоким напряжением.

Вторичные реле подключаются к защищаемым объектам через измерительные трансформаторы тока и напряжения (см. § 8.17), что делает безопасным надзор за ними. В большинстве случаев в устройствах релейной защиты применяются вторичные реле косвенного действия.

В реле могут быть применены самые различные движущие механизмы. Реле тока косвенного действия в СССР выпускаются электромагнитные и индукционные. На рис. 17.12 схематически показано устройство максимального токового реле мгновенного действия электромагнитной системы. Собранный из листовой электротехнической стали магнитопровод 1 снабжен обмоткой 2. Между полюсами этого электромагнита установлен на оси Z-образный стальной якорь 3. Он удерживается в исходном положении; пружиной, создающей противодействующий момент при повороте якоря из нулевого положения. Один конец пружины 4 закреплен на оси якоря а второй конец соединен с поводком 7, последний связан с указателем тока срабатывания реле перемещаемым вдоль шкалы 8. При отсутствии тока пружина 4 удерживает якорь прижатом к упорному штифту 9. Когда вращающий момент, создаваемый током в катушке 2 становится больше противодействующего момента, создаваемого пружиной, якорь поворачивается и подвижные контакты 5 замыкают неподвижные контакты 6 — реле срабатывает. Ток срабатывания реле можно регулировать, изменяя затяжку пружины 4 посредством поводка 7. Это реле быстродействующее, но его контакты рассчитаны на замыкание цепи малой мощности, поэтому оно должно использоваться как реле косвенного действия. При срабатывании его контакты замыкают цепь тока промежуточного реле, а последнее своими достаточно мощными контактами замыкает цепь оперативного тока, отключающего выключатель. Такое реле может быть снабжено несколькими замыкающими и размыкающими контактами. В частности, оно может одновременно замыкать цепи оперативного тока нескольких выключателей.

Если при отключении необходима небольшая выдержка времени, промежуточное реле снабжается короткозамкнутым проводящим контуром, надетым на магнитопровод; этот контур представляет собой короткозамкнутый виток. При помощи такого устройства, замедляющего нарастание магнитного потока, можно получить выдержки времени порядка 0,1 или 0,2 с. Если необходима большая выдержка времени, то применяется реле времени.

В качестве вторичного реле прямого действия с регулируемой выдержкой времени часто применяется индукционное реле. Его движущий механизм подобен механизму индукционного счетчика (см. § 12.9). Это реле обладает относительно мощными контактами, благодаря чему его исполнительная часть может непосредственно замыкать цепь оперативного тока выключателя. При таком устройстве защиты нет нужды ни в промежуточном реле, ни в реле времени, но при этом существенно уменьшаются селективность и чувствительность защиты.

Релейная защита состоит из двух групп электрических цепей: цепей переменного тока, соединяющих реле с источниками информации о состоянии защищаемого объекта, и цепей оперативного тока, обеспечивающих срабатывание отключающих устройств с необходимыми последовательностью и селективностью.

Источники оперативного тока (постоянного или переменного) могут быть зависимыми и не зависимыми от режима работы и состояния первичных цепей защищаемой установки.

Зависимыми источниками оперативного тока являются трансформаторы напряжения, трансформаторы тока и специальные трансформаторы.

Независимыми источниками оперативного тока служат аккумуляторные батареи, но применение их очень существенно усложняет оборудование и обслуживание, поэтому такие источники применяются лишь на крупных и особо ответственных объектах.

Почти независимым источником оперативного тока являются конденсаторные батареи емкостью 25—500 мкФ на напряжение до 400 В. Во время нормальной работы установки конденсаторы заряжаются от трансформаторов напряжения через выпрямители. Затем они могут удерживать необходимый заряд в течение нескольких часов. При срабатывании защиты они обеспечивают необходимый оперативный ток на время, вполне достаточное для срабатывания всех видов защиты. Весьма ценно, что конденсаторы в таких условиях обеспечивают срабатывание защиты при полном исчезновении напряжения в питающей их сети переменного тока.

megalektsii.ru