Приводы масляных выключателей

а) Механизм привода выключателя. Для обеспечения дугогашения подвижный контакт выключателя при отключении должен обладать определенной линейной скоростью (1,5—10 м/с). Как правило, контакты выключателей движутся поступательно, а звенья, передающие усилия контактам от пружин или привода, имеют вращательное движение. Механизм, преобразующий вращательное движение в поступательное, называется прямилом. Механизм, широко применяемый в баковых выключателях, показан на рис. 10, а.
Отключающая пружина обычно устанавливается на каждом полюсе и действует на приводную тягу В0Со, стремясь переместить ее слева направо. Во включенном положении четырехзвенник А1С2В2А2 находится в положении, близком к мертвому, которое широко используется для получения необходимой характеристики аппарата. Рассмотрим простейший кривошипно-шатунный механизм (рис. 10,6).

Рис. 10. Механизм масляного выключателя:
а — механизм бакового выключателя; б — кривошипно-шатунный механизм; в — зависимость перемещения контакта от угла поворота а

С рычагом 1 (кривошипом) связан выходной вал выключателя, а с ползуном 3 подвижный контакт. При вращении рычага 1 контакт совершает возвратно-поступательное движение. При угле поворота, близком к 180°, и относительно большом изменении угла Да перемещение АН близко к нулю (звенья 1 и 2 лежат на одной прямой). В этом случае никакая сила, действующая на ползун 3 влево, не может переместить механизм. Это положение получило название мертвого. Зависимость хода контактов Н от угла поворота а приведена на рис. 10,8. Использование мертвого положения дает возможность:
1) уменьшить момент или усилия на включающем элементе к концу процесса включения, когда усилия пружин наибольшие и к ним прибавляются электродинамические усилия при включении на КЗ;
2) облегчить регулировку выключателя, так как малому ходу контактов соответствует большой ход включающего рычага или тяги;
3) преодолеть электродинамические силы, действующие на подвижные контакты, которые создают большие усилия на привод;
4) уменьшить усилия отключающих катушек и механизма свободного расцепления (рис. 12).
б) Особенности привода масляных выключателей на напряжение 110 кВ и выше. При включении на существующее КЗ дуга загорается до соприкосновения контактов и существует до момента их соединения. При этом контактные поверхности могут частично расплавляться, что ведет к их привариванию при замыкании. Кроме того, вызванные дугой при включении разложение и испарение масла могут препятствовать ее гашению при последующем отключении. Возникновение дуги при включении создает давление газа внутри ДУ, которое может снижать скорость контакта на самом ответственном участке пути. Как показывают экспериментальные исследования, длительность горения дуги при включении не должна превышать 0,005 с.
В настоящее время применяются ручной, электромагнитный, пружинный, пневматический и пневмогидравлический приводы.
в) Ручные приводы. При ручном приводе используется мускульная сила человека. Уменьшение усилия, необходимого для включения, достигается применением рычажных систем. Эти приводы применяются только для маломощных выключателей с напряжением 6—10 кВ.
Уменьшение обгорания контактов с помощью их облицовки металлокерамикой облегчает включение привода при существующем КЗ и позволяет увеличить номинальный ток включения.
При ручных приводах невозможно дистанционное включение выключателей. Поэтому широкая автоматизация подстанций ограничивает их применение.

г) Электромагнитные приводы. Электромагнитный привод ПС-10 (рис. 11) предназначен для выключателей с максимальным статическим моментом на валу не более 400 Н-м. Вал привода через муфту 1 и рычажную передачу соединяется с валом выключателя. Включение производится броневым электромагнитом постоянного тока с якорем 2 и катушкой 3. Применение броневого электромагнита позволяет получить большой ход якоря и большую силу тяги в конце хода, что необходимо для преодоления противодействующих сил выключателя. При наладке ручное включение производится с помощью рычага 4.
На рис. 12 изображена серия положений механизма привода. Вал 1 привода связан с валом выключателя. Звено И опирается на упор 8. Этот упор регулируется так, что звенья 10 и 11 находятся в положении, «заваленном» за мертвую точку. В результате центр 0 является неподвижным, так как силы, действующие на него, прижимают звено 11 к упору 8. Направление момента сил, создаваемых пружинами выключателя, указано на рис. 12, я.
При подаче напряжения на включающий электромагнит шток 6 давит на ролик 5 и поворачивает рычаг 2 и звенья 3, 7 в положения, указанные на рис. 12,6 и е.

Рис. 11. Электромагнитный привод масляного выключателя

Рис. 12. Работа механизма свободного расцепителя

Во включенном положении (рис. 12, г) ось 02 через ролик 5 опирается на защелку 4. Почти весь момент, развиваемый пружинами выключателя, уравновешивается реакцией защелки 4, действующей па ось 02. Лишь небольшое усилие передается на центр Ot.
При подаче напряжения на электромагнит отключения 9 его шток выводит звенья 10 и 11 из положения, «заваленного» за мертвую точку, и центр О] становится подвижным — механизм получает вторую степень свободы. Под действием пружин выключателя ось 02 соскальзывает с защелки 4, и происходит отключение выключателя (рис. 12,(3). В конце отключения все рычаги с помощью специальных пружин возвращаются в положение, показанное на рис. 12, а.
Механизм позволяет произвести отключение выключателя не только при полностью включенном положении, но и практически при любом промежуточном. Для уменьшения габаритных размеров электромагнитов плотность тока в обмотках достигает 50 А/мм2. Поэтому схема управления автоматически отключает электромагниты в конце включения и отключения.
При включении на существующее КЗ привод должен включить выключатель только 1 раз, так как при следующих друг за другом включениях ДУ оказывается неподготовленным к отключению тока КЗ. Поэтому предусматривается механическая блокировка против многократного включения. Если после выключения остается поданным сигнал на включение, включающий электромагнит срабатывает. Но в этот момент ролик 5 не опирается на шток 6, механизм привода не сложился еще для включения. Поэтому электромагнит включается вхолостую (рис. 12, е).
Привод обеспечивает нормальную работу при напряжении на включающем электромагните в пределах 80—110, а для отключающего электромагнита 65—120 % номинального значения.
Выбор привода и оценка его работоспособности проводятся для наиболее тяжелых режимов эксплуатации. При расчетах рассматривается случай включения на КЗ при пониженном напряжении на электромагнитах и максимальной температуре окружающей среды (сопротивление обмоток максимально). Электромагнитные приводы характеризуются простотой конструкции и эксплуатации, высокой надежностью, согласованностью характеристик привода и противодействующих сил выключателя. Недостатками этих приводов являются большое время включения (для мощных выключателей до 1 с), большое потребление энергии, необходимость мощных аккумуляторных батарей для питания электромагнитов. Питающие кабели должны иметь значительное сечение. Вследствие указанных недостатков электромагнитные приводы рекомендуются для выключателей небольшой мощности.

 

Рис. 13. Пружиннно-грузовой привод масляного выключателя

д) Пружинные приводы. В пружинном приводе энергия, необходимая для включения, запасается в мощной пружине, которая заводится либо от руки, либо с помощью двигателя малой мощности (менее 1 кВт),
Особенностью тяговой характеристики привода является уменьшение усилия, развиваемого включающими пружинами к концу хода, вследствие уменьшения их деформации. Для уменьшения такого эффекта начальная избыточная энергия пружин преобразуется в кинетическую энергию специального груза. К концу включения, когда скорость падает, энергия, накопленная в грузе, передается механизму выключателя.
Широко распространен универсальный пружинно-грузовой привод ПП-67 (рис. 13). Включающие пружины 1 растягиваются с помощью электродвигателя 3, редуктора 2 и зубчатой передачи 6. Пружины соединяются с валом привода через систему рычагов 4 и 5, которые позволяют получить необходимый момент, несмотря на уменьшение силы пружин к концу хода. При взведении привода секторообразный груз 7 поворачивается на 180° в верхнее положение. При включении груз создает дополнительный вращающий момент, который достигает наибольшего значения после поворота вала примерно на 90°.
Пружинные приводы позволяют осуществить цикл АПВ. После включения выключателя автоматически производится взведение включающих пружин и привод подготавливается к повторному включению. Время включения выключателя с таким приводом составляет 0,2—0,35 с.
Привод снабжен электромагнитными элементами защиты, которые реагируют либо на ток, либо на напряжение. Эти элементы воздействуют на расцепляющее устройство механизма привода.
Пружинный привод не требует мощной аккумуляторной батареи и связанных с ней затрат, что является его преимуществом по сравнению с электромагнитным приводом. По сравнению с пневматическим и гидропневматическим пружинный привод более прост по конструкции.

Рис. 14. Пневматический привод масляного выключателя

В нем отсутствуют резервуары со сжатым воздухом или газом, компрессоры, сложная пневматическая или гидравлическая системы управления.
Благодаря этим преимуществам можно ожидать широкого распространения пружинных приводов в маломасляных выключателях на напряжения вплоть до 500 кВ. Необходимая зависимость тягового усилия от хода контактов может быть получена применением кулачкового механизма и специальных маховиков, позволяющих более полно использовать энергию включающих пружин.
е) Пневматические приводы. На рис. 14 показан пневматический привод для мощных баковых выключателей напряжением 220 кВ.
При открытии клапана 1 сжатый воздух при давлении 0,8—1 МПа воздействует на поршень 2. Шток поршня 3 через ролик 5 производит включение выключателя. После включения полость под поршнем сообщается с атмосферой, и он возвращается в начальное положение под действием пружины 4.
Пневмопривод широко применяется для маломасляных выключателей. Бак со сжатым воздухом и привод встраиваются в конструкцию выключателя. Сжатый воздух подводится от централизованной компрессорной установки.

Рис 15. Пневмогидравлический привод

Пневматический привод имеет ряд преимуществ перед электромагнитным: высокое быстродействие (время включения 0,25 с для мощных выключателей), отсутствие мощных аккумуляторных батарей и др. В настоящее время пневмоприводы начинают использоваться для включения разъединителей и других аппаратов. Для надежной работы привода необходимы очистка и сушка воздуха [18 2].
ж) Пневмогидравлический привод. В пневмогидравлическом приводе (рис. 15) аккумулирование энергии, необходимой для включения, осуществляется за счет сжатия газа под большим давлением. Для исключения утечки и растворения газ заключен в эластичном резиновом баллоне, размещенном в стальном сосуде 1. Обычно в пневмогидравлических приводах используется азот.
При работе насоса 3 масло нагнетается в сосуд 1 и резиновый баллон 6 с азотом сжимается. Давление доводится до номинального значения 15 МПа, после чего насос 3 останавливается.
Управление приводом осуществляется с помощью золотникового клапана 5, который приводится в действие электромагнитом 7. При левом положении клапана (рис. 15, а) масло подается на верхнюю поверхность поршня. Нижняя поверхность поршня сообщается с маслом, находящимся под атмосферным давлением в резервуаре 2. При переходе золотника в правое положение (рис. 15,6) масло под давлением будет подано на нижнюю поверхность поршня, поршень переместится вверх, и произойдет включение выключателя. Масло из верхней части цилиндра свободно перетекает в резервуар 2.
Привод применяется и в маломасляных выключателях. В этом случае главный цилиндр 4, связанный с контактным механизмом, находится под высоким потенциалом. Управление осуществляется с помощью двух маслопроводов, связывающих главный цилиндр с остальной частью привода. Такая система позволяет отказаться от рычажной передачи, значительно облегчить подвижную часть выключателя, а следовательно, уменьшить необходимое усилие отключающих пружин. Для наладочных работ с выключателями используется ручной насос 5.
Нормальная работа пневмогидравлического привода возможна, если вязкость жидкости не меняется с температурой.
Пневмогидравлический привод обладает высоким быстродействием, большой надежностью, удобством в эксплуатации. По своим характеристикам он превосходит пневматический привод. Пневмогидравлический привод найдет применение для мощных выключателей с напряжением 110 кВ и выше.

 

Воздушные выключатели - 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-35
Рис. 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 сжатым
воздухом. 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 ВНВ

Рис 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 дутьем

Рис. 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 о