Глава 6. Коммутационные аппараты

На электростанциях и подстанциях применяется ог­ромный парк сложных коммутационных электроаппаратов раз­личного назначения: включения и отключения тока, заземления, создания плотного контакта между токоведущими элементами сети и зримого разрыва этого контакта и т.д. Учи­тывая быстротечность электрических процессов (300 тыс. км/сек.), каждое контактное соединение должно обладать гаранти­рованным электрическим соприкосновением токопроводящих поверхностей. В противном случае плохой контакт приведет к местному нагреву проводников с последующим разрушением их, сопровождающимся очень часто загораниями и пожарами. Контактные узлы могут соединяться двумя методами: механи­ческим (сваркой, пайкой, клепкой, болтами и т.д.) и способом размыкания с помощью коммутационньгх аппаратов (вы­ключателей, разъединителей, предохранителей, рубильников, автоматов и др.).

Поскольку механический метод соединения относится к дру­гой теме, рассмотрим подробнее второй метод — коммутационные аппараты. Понятно, что для различных параметров электричес­кого тока, т.е. напряжения и силы тока, должны соответствовать свои виды и типы соединительно-разъединительных устройств (аппаратов). Так, выключателем карманного фонаря не станут пользоваться в сети 380 В, а рубильником на 380 В - разрывать линию 500 кВ. Кстати, в паспорте каждого электроаппарата ука­заны параметры тока, на которые они рассчитаны (напряжение, сила тока, мощность, частота тока). Эти же цифры должны быть нанесены непосредственно на самом аппарате, а также на любом другом электроприборе. Без выяснения этих параметров катего­рически воспрещается включать в сеть любое электроустройство — это опасно для жизни!

6.1Выключатели. Из названия видно, что это устройства для включения и отключения тока. Различают три категории вы­ключателей: бытовые, низкого напряжения и высокого напря­жения. Главными элементами любой конструкции выключате­ля являются подвижные и неподвижные контакты, соединяя и разъединяя которые, осуществляется включение или отключение цепи. Привод этих контактов осуществляют разными методами (в зависимости от параметров тока): вручную, с помощью пружины, используя электромагнитные или пневматические приводы). При разрыве контактов образуется электрический разряд, который при малых токах и напряжениях ограничивается искрением, а при высоком напряжении (выше 1 000 В) возникает электри­ческая дуга (вольтова дуга). В случае появления дуги следует не­медленно вновь соединить контакты и последующее отключение возможно лишь после снятия нагрузки с потребляемого устройс­тва, либо линии электропередачи. Вместе с тем на практике не всегда удается полностью разгрузить электроустройство для его безопасного отключения. В частности, при аварийных отклю­чениях от воздействия релейной защиты и электроавтоматики контакты разрываются под полной нагрузкой. При этом сила тока может достигать тысячи ампер, а при отключениях токов короткого замыкания — десятков и сотен килоампер. В этих целях выключатели снабжаются дугогасящими устройствами. Бытовые выключатели, рассчитываются, как правило, на напряжение до 220 В и ток до 10 А. Чаще они бывают ручными, но могут быть в виде автоматических устройств.

Выключатели низкого напряжения (до 1 000 В) применяются очень широко на промышленных предприятиях, на хозяйствен­но-бытовых объектах и в учреждениях социальной сферы (шко­лы, больницы, магазины и т.д.). Они бывают как однополюсны­ми на напряжение 220 В, так и трехполюсными, а номинальные токи — от десятков до тысячи ампер. В зависимости от конструк­ции и назначения их именуют: электроавтоматами, пакетными переключателями, контакторами, магнитными пускателями, рубильниками и др. Дугогасящих устройств у таких выключате­лей нет. Безаварийный эффект отключения достигается за счет быстродействия с помощью механических или электромагнитных приспособлений, либо в результате снятия нагрузки (рубильники, разъединители и др.).

Выключатели высокого напряжения (выше 1 000 В) предна­значены для ручного, дистанционного или автоматического от­ключения объекта как при нормальных режимах работы, так и при аварийных режимах, когда токи короткого замыкания мо­гут возрасти до сотни килоампер. Работают такие аппараты в электроустановках напряжением от 6 до 750 кВ. Гашение дуги осуществляется с помощью среды, в которой происходит раз­рыв. В этой связи различают следующие типы выключателей: масляные, воздушные, газовые, вакуумные. Разрыв дуги обеспечивается за счет быстротечности отключения от 0,03 до 0,1 сек, при этом дуга быстро гасится и повторно не возникает ввиду разведенности контактов на необходимое расстояние друг от друга. Выбор выключателя для электроустановки осущест­вляется с учетом параметров рабочего тока с одной стороны, а с другой - величины токов короткого замыкания (ТКЗ), которые могут возникнуть в аварийной ситуации. ТКЗ рассчитывается по специальной методике, где учитывается целый ряд факторов, определяющих вероятные величины этого тока (при однофазном коротком замыкании, замыкании на землю, междуфазовых замыканиях, витковых замыканиях и т.д.). При слишком больших ТКЗ, когда выключатель может не справиться, применяют то­коограничивающие реакторы. После неоднократных отключений ТКЗ аппарат подлежит ревизии. Управление выключателями осу­ществляют: воздействием на аппарат по месту, дистанционно или автоматически, пользуясь электромагнитными устройствами с соленоидом. В отдельных случаях (например, при отсутствии на электроподстанции выключателей) устанавливают отделители и короткозамыкатели.

6.2Разъединители. Для обеспечения безопасности работ на элек­трооборудовании или вблизи него недостаточно его обесточивания выключателем, так как он может быть внезапно включен по ошибке, либо от действия автоматики или самопроизвольно. Работы в зоне электроустройств могут быть разрешены толь­ко после достижения видимого разрыва между токоведущими и обесточенными элементами схемы и заземления последних. Осу­ществляется такой разрыв с помощью механических устройств, называемых разъединителями. Они бывают на напряжение от 6 кВ и выше и на различные величины тока. Управляют ими с помощью рычажного привода, чаще по месту, но есть разъедини­тели и дистанционного управления. В отличие от выключателей разъединители не предназначены разрывать токи, поэтому ими оперируют только после снятия нагрузки, т.е. когда выключатель отключен. Во избежание ошибочных действий с разъединителем под нагрузкой (когда неизбежно возникает дуга с непредсказу­емыми последствиями для персонала и обслуживаемого элект­роустройства) каждый разъединитель оснащается блокировкой, которая снимается с помощью электромагнитного «ключа», действующего только в том случае, когда выключатель находит­ся в положении «выключено». При работающем же выключателе разъединитель для операций недоступен, так как заперт электро­магнитной блокировкой.

6.3Разрядники. Важнейшим коммутационным аппаратом на под­станциях являются разрядники, служащие для защиты изоля­ции всей электроустановки от перенапряжений. В свою очередь, перенапряжения возникают при грозовых явлениях, коротких замыканиях, ошибочных действиях персонала и т.д.

6.4Предохранители. В электросетях низкого напряжения (до 1 000 В) широко используются для защиты от больших токов и перенапряжений трубчатые плавкие предохранители. Типоразме­ров их огромное множество, равно как и сфер их применения (от

транзисторов и кофемолок до подстанций 10/6/0,4 кВ). Плавкие вставки к ним изготавливают путем штамповки из медной лен­ты и цинковой полосы, а также из других материалов (свинца, серебра и др.) в виде нитей и проволок, откалиброванных на определенные величины тока. Гашение возникающей дуги осу­ществляется за счет давления газов в корпусе, образующихся при разложении фибровой трубки (в предохранителях серии ПР) или за счет применения специального наполнителя, в качестве которого используется кварцевый песок или мел с асбестовым волокном (предохранители серий ПН, НПН и др.).