Баковые выключатели

Цель работы:

Изучение конструкции и принципа действия многообъёмных масляных выключателей.

Основные понятия:

Масляный выключатель — коммутационный аппарат, предназначенный для оперативных включений и отключений отдельных цепей или электрооборудования в энергосистеме, в нормальных или аварийных режимах, при ручном или автоматическом управлении. Дугогашение в таком выключателе происходит в масле.

Классификация

Баковые

Маломасляные (горшковые)

По принципу действия дугогасительного устройства:

• с автодутьем (давление и движение масла и газа происходит под действием энергии, выделяющейся из дуги)

• с принудительным масляным дутьем (масло к месту разрыва нагнетается с помощью специальных гидравлических механизмов)

• с магнитным гашением в масле (дуга под действием магнитного поля перемещается в узкие каналы)

Состоят из вводов, контактной и дугогасительной систем, которые помещены в бак, заполненный маслом. Для напряжений 3-20 кВ бывают однобаковыми (три фазы в одном баке) с ручным или дистанционным управлением, а для напряжений 35 кВ — трехбаковыми (каждая фаза в отдельном баке) с дистанционным или автоматическим управлением, с автоматом повторного включения (АПВ). Масло изолирует фазы друг от друга (у однобаковых) и от заземленного бака, а также служит для гашения дуги и изоляции разрыва между контактами в отключенном состоянии. При срабатывании выключателя сначала размыкаются контакты дугогасительных камер. Электрическая дуга, возникающая при размыкании этих контактов, разлагает масло, при этом сама дуга оказывается в газовом пузыре (до 70 % водорода), имеющем высокое давление. Водород и высокое давление в пузыре способствуют деионизации дуги. На выключателях для напряжений выше 35 кВ в дугогасительных камерах создается дутьё. Дугогасительная система может иметь несколько разрывов, которые увеличивают скорость растягивания дуги относительно скорости расхождения контактов. Разрывы могут помещаться в дугогасительные камеры, предназначенные для создания интенсивного газового дутья (дутьё может быть продольным или поперечным, в зависимости от направления движения масла относительно дуги). Для уравнивания напряжений (размера дуг) на контактах разрывы шунтируются. После погасания дуги траверсные контакты размыкаются, прерывая ток, протекающий черезшунты.

Достоинства баковых выключателей:

Недостатки:

• большие габариты

• большой объём масла

• взрыво- и пожароопасность

Многообъемные (баковые) масляные выключатели первоначально до середины 30-х годов были единственным видом отключающих аппаратов в сетях высокого напряжения. В выключателях этого вида на каждую фазу предусмотрен отдельный стальной заземленный бак, заполненный трансформаторным маслом, которое используется в качестве газогенерирующего вещества при гашении электрической дуги в процессе отключения, а также для изоляции контактной системы от заземленного бака. Выключатели используются в электроустановках напряжением 35, 110 и 220 кВ.

Выключатель многообъёмный масляный МКП-35

а – внешний вид:

1 – бак;

2 – рама;

3 – привод;

4 – лебёдка

б – разрез фазы выключателя:

1 – дугогасительная камера;

2 – изоляция камеры и бака;

3 – бак;

4 – траверса;

5 – изоляция вводов;

6 – штанга;

7 – подвижный контакт;

8 – трансформатор тока

Он состоит из трех баков

1 овальной формы, закрепленных на сварной раме 2. Управление выключателем осуществляется с помощью привода в шкафу 3. Для опускания и подъема баков используется лебедка 4.

На токоведущем стержне каждого ввода крепится дугогасительная камера с помощью двух болтов держателя 4. Камера закрыта изоляционным экраном 1. Верхняя часть камеры — металлическая (сталь, латунь), нижняя — собирается из изолирующих пластин 9, имеющих специальные профильные вырезы. В собранном виде пластины стягиваются текстолитовыми шпильками и образуют Камеру, имеющую центральный вертикальный канал с горловиной 8. для прохода подвижного контакта и два горизонтальных канала поперечного дуться с выходом в масляный бак.

Дугогасительная камера выключателя МКП-35

а – разрез камеры:

1 – бакелитовые цилиндр и пластины;

2 – гибкая связь;

3 – пружина;

4 – держатель;

5 – полость газовой подушки;

6 – корпус;

7 – контакт;

8 – горловина камеры;

9 – изоляционные пластины

б – процесс гашения дуги:

1 – корпус;

2 – полость газовой подушки;

3, 4 – контакты;

5 – изоляционные пластины;

6 – поперечные щели

Контакты выключателя торцевого типа. Их замыкание происходит в верхней части камер, имеющей металлический корпус 6, в котором находится неподвижный контакт 7. Пружина 3 служит для смягчения ударов, предупреждения вибраций при включении и создания контактного нажатия во включенном положении. Гибкая связь 2 обеспечивает хороший контакт между подвижной и неподвижной частью верхней контактной системы (неподвижного контакта). В правой верхней части камеры имеется отсек 5, в котором при заполнении бака маслом остается воздух, образующий буферную газовую подушку. При размыкании контактов 3 и 4 в верхней части камеры возникает дуга, которая растягивается вслед за подвижным контактом 4, разлагает и испаряет масло. Давление в основной камере резко повышается, так как выход из камеры перекрыт стержнем подвижного контакта. Давление передается в отсек 2, где происходит сжатие воздуха газовой подушки. Подвижный контакт по мере движения вниз поочередно открывает горизонтальные каналы 6 поперечного дутья, в которые под большим давлением устремляются масло и газы их верхней части камеры. При этом дуга зигзагообразно растягивается в каналах, интенсивно деионизируется и гаснет. Гашение происходит в двух дугогасительных камерах одновременно, то есть на каждую фазу создается два разрыва электрической дуги, благодаря чему процесс отключения значительно ускоряется (tотклв = 0,08 с). Выключатель МКП-35 относится к числу быстродействующих. Интенсивная деионизация дуги и ее быстрое гашение происходят благодаря следующим факторам: наличие водорода в газовом пузыре, возникающем при разложении масла; высокое давление в газовом пузыре; растяжение дуги в продольном и поперечном направлениях; два разрыва токовой цепи на одну фазу; прохождение переменного тока через нуль.

Важнейшую роль в работе выключателя играет буферное пространство, расположенное в верхней части бака над маслом и заполненное воздухом. Оно позволяет маслу расширяться вверх, из-за чего уменьшается давление на стенки и дно бака. Если это пространство недостаточно (высокий уровень масла), то возможен взрыв бака. При низком уровне масла в баке водород, входящий в состав выделяющихся газов и имеющий высокую температуру, поднимаясь вверх, не успевает охладиться, и соединяясь с кислородом воздуха в буферном пространстве, может вызвать взрыв. Следовательно, взрыв выключателя может произойти как при повышении, так и при понижении уровня масла. В процессе эксплуатации ведется контроль за уровнем масла, для этой цели баки имеют маслоуказатели.

1.Виды масляных выключателей. Принцип работы баковых выключателей.

Виды: баковые; маломасляные (горшковые) ЗРУ 6 – 110 кВ электростанций и подстанций; КРУ 6 -35 кВ; ОРУ 35 – 110 кВ.

Масляные баковые выключатели

В масляных баковых выключателях масло служит для гашения дуги и изоляции токоведущих частей.

При напряжении до 10 кВ (в некоторых типах выключателей до 35 кВ) выключатель имеет один бак, в котором находятся контакты всех трех фаз, при большем напря­жении для каждой фазы преду­сматривается свой бак.

На рис. 4-50 схематически по­казан баковый выключатель без специальных устройств для гаше­ния дуги. Стальной бак 1 выклю­чателя подвешен к литой чугун­ной крышке 3 с помощью болтов. Через крышку проходят шесть фар­форовых изоляторов 4, на ниж­них концах токоведущих стержней которых закреплены неподвижно контакты 7. Подвижные контакты 8 находятся на контактном мо­сте или траверсе. Движение им пе­редается с помощью изолирующей тяги от приводного механизма, расположенного под крышкой вы­ключателя. Во включенном поло­жении траверса поднята и контакт­ный мост замыкает цепь между не­подвижными контактами. При этом отключающая пружина 5 сжата. Выключатель во включенном поло­жении удерживается защелкой при­вода, с которым он связан валом 6. При отключении автоматически или вручную освобождается за­щелка и под действием пружины траверса быстро опускается вниз (скорость движения достигает 1,5 — 2,7 м/с). При этом образуется разрыв цепи в двух точках на каждом полюсе выключателя. Воз­никшие дуги разлагают и испаряют масло 2, образуется газопаровой пузырь,

содержащий до 70% водорода. Давление внутри пузыря достигает 0,5 — 1 МПа, что повышает деионизирующую способность газов. Дуга гаснет через 0,08 — 0,1 с. На стенках бака имеются за­щитные изоляционные покрытия 9. Масло в бак выключателя залива­ется не полностью, под крышкой остается воздушная подушка. Это необходимо, чтобы уменьшить силу удара в крышку выключа­теля, обусловленного высоким давлением, возникающим в процессе гашения дуги. Если, уровень масла будет недопустимо низок, то газы попадут, под крышку сильно нагретыми, что может вызвать взрыв смеси водорода с воздухом.

В рассмотренном выключателе нет никаких специальных уст­ройств для гашения дуги, поэтому отключающая способность его невелика. Выключатели такой конструкции (ВМБ-10, ВМЭ-6, ВМЭ-10, ВС-10) применяются в установках 6—10 кВ, но в настоящее время они вытесняются маломасляными выключателями.

Для наружных установок напряжением 35 кВ и выше баковые масляные выключатели благодаря простоте конструкции приме­няются достаточно широко и в настоящее время. В отличие от простейшего рассмотренного выключателя они имеют специальные устройства — гасительные камеры.

По принципу действия дугогасительные устройства можно разделить на три группы:

— с автодутьем, в которых высокое давление и большая скорость движения газа в зоне дуги создаются за счет выделяющейся в дуге энергии;

— принудительным масляным дутьем, у ко­торых к месту разрыва масло нагнетается с помощью специальных гидравлических механизмов;

— с магнитным гашением в масле, в которых дуга под действием магнитного поля перемещается в узкие каналы и щели.

Основные преимущества баковых выключателей: простота конструкции, высокая отключающая способность; при­годность для наружной установки; возможность установки встроен­ных трансформаторов тока.

Недостатки баковых выключателей: взрыво- и пожароопасность; необходимость периодического контроля за состоянием и уровнем масла в баке и вводах; большой объем масла, что обусловливает большую затрату времени на его замену, необходимость больших запасов масла; непригодность для установки внутри помещений; непригодность для выполнения быстродействующего АПВ, большая затрата металла, большая масса, неудобство перевозки, монтажа и наладки.

19.6 Баковые масляные выключатели

Эти выключатели на напряжение до 20 кВ и относительно малые токи отключения выполняются большей частью однобаковыми (три полюса в одном баке), на напряжение до 35 кВ и выше — трехбаковыми (каждая фаза в отдельном баке) с общим или индивидуальными приводами. Выключатели могут снабжаться электромагнитными или пневматическими приводами и работают с АПВ.

Основой конструкции выключателя (рис. 7.1) является бак цилиндрической или эллипсоидальной формы, внутри которого и на нем монтируется контактная и дугогасительная системы, ввод и привод. Бак заливается до определенного уровня трансформаторным маслом. Между поверхностью масла и крышкой бака (обычно 20 — 30% объема бака) — воздушная буферная подушка, сообщающаяся с окружающим пространством через газовую трубку. Воздушная подушка снижает давление, передаваемое на стенки бака при отключении, исключает выброс масла из бака и предохраняет выключатель от взрыва при чрезмерном давлении.

Рис. 80. Полюс масляного бакового выключателя на 220 кВ , 1 — бак; 2 — дугогасительная камера с неподвижными контактами и шунтирующим резистором; 3 — изоляция бака; 4 — ввод; 5 — приводной механизм; 6 — трансформатор тока; 7 — направляющее устройство; 8 — шунтирующий резистор; 9 — изоляционная тяга; 10 — траверса с подвижными контактами;

11 — положение траверсы после отключения

Высота уровня масла над местом разрыва контактов должна быть такой, чтобы исключить выброс в воздушную подушку горячих газов, выделяющихся при отключении вследствии разложения масла. Прорыв этих газов может привести к образованию взрывчатой смеси (гремучего газа) и взрыву выключателя. Высота уровня масла над местом разрыва контактов определяется номинальными напряжениями и током отключения и может составлять 300-600 мм в выключателях на напряжение 6 — 10 кВ и до 2500 мм в выключателях на напряжение 220 кВ.

При напряжении 3 — 6 кВ и малых отключающих токах применяется простой разрыв в масле. При напряжениях 10, 35 кВ и выше используются как простые, так и более сложные дугогасительные устройства с продольным, поперечным, продольно-поперечным дутьем, с одно и многократным разрывом.

Масляные баковые выключатели на 35 кВ и выше имеют встроенные трансформаторы тока.

19.7 Маломасляные выключатели

В отличие от баковых выключателей масло служит здесь только дугогасящей средой, а изоляцией токоведуших частей и дугогасительного устройства относительно земли осуществляется с помощью твердых изоляционных материалов (керамика, текстолит, эпоксидные смолы и т.п.), диаметры цилиндров у этих выключателей значительно меньше и соответственно намного меньше объем и масса масла.

По сравнению с баковыми и воздушными маломасляные выключатели обладают следующими преимуществами:

1. Они имеют меньшую 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, Io,hom пока ниже чем у баковых.

2. Маломасляные выключатели не допускают установки встроенных трансформаторов тока.

Благодаря своим преимуществам маломасляные выключатели найдут широкое распространение в установках напряжением 6 — 10 кВ.

Выключатели по компоновке выполняются с дугогасительными камерами внизу (ход подвижного контакта сверху вниз) и с камерами, расположенными сверху (ход подвижного контакта снизу вверх). Применяются выключатели для внутренней установки как распределительные и генераторные и для внешней установки как распределительные и подстанционные.

Широко распространены маломасляные выключатели серии ВМП-10 (выключатель масляный подвесного типа} на 10 кВ и токи от 600 до 3200 А, номинальный ток отключения 31, 5 кА, номинальная мощность 550 MB-А, полное время отключения 0, 12 с.

Особенностью конструкции маломасляных генераторных выключателей типа МГУ-20 является токопровод, имеющий два параллельных контура: основной, контакты которого расположены открыто, и дугогасительный, контакты которого находятся в дугогасительных камерах.

Рис. 81. Выключатель маломасляный генераторный (тип МГУ-20) 1 — основание; 2 — опорный изолятор; 3, 5 — бак; 4 — внутриполюсная перегородка; 6 — междуполюс­ная перегородка; 7 — газоотвод; 8 — траверса с шинами основного и дугогасительного контуров; 9 — основные контакты; 10- токоведущая шина; 11 — токоподвод

Выключатель маломасляный для внешней установки (распределительный, подстанционный) состоит из трех основных частей: гасительных устройств, помешенных в фарфоровые рубашки; фарфоровых опорных колонок и основания (рамы). Изоляционный цилиндр, охватывающий дугогасительное устройство защищает фарфоровую рубашку от больших давлений, возникающих при отключении. Число разрывов на фазу может быть один, два и больше. Расположение камер сверху более перспективно для отключающей способности.

Баковые масляные выключатели вмб-10 и вмэ-6-50

Отечественная промышленность выпускала для напряжения 6 и 10 кВ баковые масляные выключатели ВМБ-10 и ВМЭ—6-50, в которых применен простейший способ гашения дуги — двухкратный разрыв контактов в баке с маслом без применения специальных устройств (дугогасительных камер). Выключатели ВМБ-10  имеют номинальные токи 200, 400 и 600 А и предназначены для установок небольшой мощности: при напряжении 6… 10 кВ отключают короткие замыкания до 100 MB-А. Бак 1 выключателя выполнен из листовой стали, и имеет цилиндрическую форму. Снаружи к корпусу бака приварены лапы для крепления его к крышке 10 выключателя, являющиеся одновременно подставками бака. В верхней части бака имеется обод, ниже которого приварен ниппель с закрепленным в нем указателем уровня масла 19. Изоляция 2 стенок бака и междуфазовые перегородки изготовлены из электрокартона. Бак снабжен устройством для предохранения от взрыва выключателя, оно состоит из отрезков тонкостенных трубок, надетых на шпильки 17, крепящие бак к крышке выключателя.

Баковый масляный выключатель ВМБ-10: 1 — бак, 2 — изоляция бака, 3 — фарфоровые изоляторы; 4 — токоведущий стержень; 5 — прилив; 6 — неподвижный контакт; 7 — винт; 8 — пробка, закрывающая отверстия для заполнения бака маслом; 9 — вал выключателя; 10 — крышка; 11 — вилка для соединения выключателя с приводом, 12 — уплотняющая прокладка; 13 — обод; 14 — пружина; 15 — дно бака; 16 — пробка отверстия для спуска масла; 17 — шпилька; 18 — подвижные контакты; 19 — указатель уровня масла

Крышка 10, литая круглая, имеет четыре прилива 5 для крепления выключателя на поддерживающей конструкции. На крышке установлены шесть проходных фарфоровых изоляторов 3, внутри которых пропущены токоведущие стержни 4 и газоотвод. Под крышкой расположен приводной механизм выключателя. В приливы крышки ввернуты стальные шпильки 17. Контакты выключателя торцовые. Подвижные контакты 18 состоят из медных шин с привернутыми съемными наконечниками. Под шиной проложен стальной цоколь П-образной формы, и они закреплены на штанге из изолирующего материала. В средней части шины и цоколя имеются два отверстия, в которые входят шпильки, ввернутые на резьбе в наконечник штанги. На каждую шпильку надето по две пружины 14 (одна внутри другой). Подвижные контакты не имеют жесткого соединения со шпильками и могут перемещаться вдоль них, сжимая пружины. Эти пружины обеспечивают необходимое контактное давление между подвижными и неподвижными контактами. Приводной механизм выключателя преобразует вращательное движение вала в прямолинейное движение подвижных контактов. Выключатель включают поворотом вала в направлении часовой стрелки на 95…98°. На одном конце вала закреплена вилка II для соединения выключателя с приводом, а на другом — стрелка-указатель, показывающая включенное и отключенное положения выключателя. Во включенном положении контакты выключателя удерживаются приводом. Процесс гашения дуги в этих выключателях происходит следующим образом. Электрическая дуга, обладая высокой температурой (до 1200 °К), разлагает и превращает окружающий ее слой масла в газ. Возникают две последовательно включенные дуги, и вокруг каждой из них образуется газовый пузырь. Давление в газовом пузыре достигает 10… 12 атм, вытесняя масло в воздушную подушку между поверхностью масла и крышкой бака. Воздушная подушка занимает 20…30% объема бака и предохраняет выключатель от взрыва при резком повышении уровня масла, вызванного отключением больших токов. При гашении дуги в разрыве большое значение имеет скорость расхождения контактов. Увеличение скорости расхождения контактов приводит к уменьшению длительности горения дуги. Однако повышение скорости работы выключателя требует значительного увеличения мощности механизма выключателя и привода. Нормальная скорость движения подвижного контакта, принятая в современных баковых выключателях, составляет 1 …1,5 м/сек при напряжениях 6—10 кВ и мощности отключения до 200 MB*А.

Высоковольтные коммутационные аппараты. Масляные (баковые) выключатели.

Масляные (баковые) выключатели изготовляют с большим объемом масла, которое служит дугогасящей средой и изоляцией токоведущих частей. Их выполняют на всю шкалу номинальных токов (50 — 20 000 А) и напряжений (3 — 750 кВ).    Рис. 27. Разрез полюса масляного выключателя на 110 кВ     Масляный баковый выключатель состоит из контактной и дугогасительной систем, расположенных в баке с маслом и привода, размещенного снаружи бака. Разрез полюса масляного выключателя на 110 кВ показан на рис. 27. В баке 1 закреплены два ввода 7, на концах которых установлены дугогасительные камеры 3 с неподвижными контакт-деталями. Вводы смонтированы с некоторым наклоном относительно оси бака, так как изоляционные свойства масла выше, чем воздуха. Подвижные контакт-детали торцового типа, установленные на траверсе 2, соединяют контактную систему обеих дугогасительных, камер. Для равномерного распределения напряжения между контакт-деталями дугогасительные камеры шунтированы высокоомными резисторами 4. Траверса 2 соединена с приводным механизмом 6 изоляционной штангой 5. На изоляторах установлены трансформаторы тока 8, у которых первичной обмоткой служат токоведущие стержни. На крышке бака размещены предохранительный клапан, газоотводная труба и труба для заливки масла. Баки должны быть механически прочными, так как при отключении выключателя возможны значительные повышения давления и гидравлические удары. Уровень масла в зависимости от отключающей способности аппарата должен быть выше контактной системы на 300 — 2500 мм. Контактная система выключателя работает следующим образом. При включении усилие, развиваемое приводным механизмом 6, передается через изоляционную штангу 5 подвижным контакт-деталям, в результате чего они из положения 11 переходят в положение 1. В выключателях на напряжение 110 и 220 кВ используют дугогасительные камеры с промежуточными контакт-деталями и продольным дутьем.

Лабораторная работа №1

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра Электрических Станций

Выключатели баковые и маломасляные.

Группа: ____________________________

Студент: ___________________________

Преподаватель: ______________________

Работу выполнил:______________________

Работу защитил:_______________________

Москва 2008

Цель работы:

Изучить принципы действия конструкцию баковых выключателей. Освоить основные положения теории процесса отключения цепей переменного тока. Так же изучить конструкции и принцип действия маломасляных выключателей. Освоить методику выбора выключателей.

Основные элементы выключателей:

Баковые выключатели без дугогасительных камер

Эскиз поперечного разреза (по одной фазе) простейшего бакового выключателя без специальных устройств для гаше­ния дуги представлен на стенде (а также на рис. 1.1). Основ­ными частями выключателя являются: стальной (сварной) бак 3, крышка 2, проходные изоляторы 1, контакты 8 и 9. Бак заполнен маслом 5. Между поверхностью бака и крышкой обязательно оставляют буферное пространство, имеющее сообщение с окружающим воздухом. Буферное пространство позволяет снизить скорость нарастания давления в баке при разложении масла под действием температуры дуги.

Внутренняя поверхность бака изолируется одним или несколькими слоями элек­тротехнического картона 4 для предупреждения пере­крытия с контактов на за­земленный бак. В выключа­телях до 35 кВ все три фа­зы были расположены в од­ном баке. Для более на­дежной изоляции фаз в та­ких выключателях имелись междуфазные перегородки.

Неподвижные контакты 8 укреплены на концах токоведущих стержней про­ходных изоляторов 1. Под­вижные контакты 9 подве­шены на штанге из изоля­ционного материала (напри­мер, бакелита) к общей тра­версе. При движении травер­сы вверх или вниз одновременно перемещаются подвижные контакты всех трех фаз.

Баковые выключатели типа у-110

Современные баковые выключатели снабжены дугогасительными камерами. Они нашли широкое применение в оте­чественных электроустановках напряжением 35—220 кВ.

В лаборатории представлен макет одного полюса выклю­чателя типа У-110-2000-50 завода «Уралэлектротяжмаш». Выключатель рассчитан на номинальное напряжение 110 кВ, номинальный ток 2000 А и номинальный ток отключения 50 кА. Каждая фаза (полюс) выключателя помещается в отдельном баке (трехбаковые выключатели), имеющем ци­линдрическую форму (см. фото на стенде). К днищу баков приварено стальное кольцо с лапами, которое болтами кре­пится к бетонному фундаменту выключателей. В стенке бака предусмотрены люки для проведения ремонтных работ в вык­лючателе (после слива масла).

Полюс выключателя состоит из следующих основных час­тей (см. макет или рис. 1.2): маслонаполненного бака 1, внутренней изоляции бака 2 (выполненной из листового элек­трокартона), маслонаполненных вводов 8, встроенных транс­форматоров тока 9, дугогасительных камер 3, подвижной траверсы 7 с контактами, изоляционной штанги 6 и механиз­ма выключателя 5.

Уровень масла контролируется с помощью маслоуказателя 10, укрепленного на баке. В нижней части бака предусмотрена система для слива масла 22. В дне бака расположено нагревательное устройство 21. При низких температурах уве­личивается вязкость масла и снижается скорость перемещения

подвижных частей выключателя. Поэтому при темпера­турах ниже —15°С включается нагревательное устройство.

Выключатель имеет два разрыва внутри каждой гаситель­ной камеры и два разрыва вне камер — в баке. Корпусом камеры служит бакелитовый цилиндр 11, закрытый по тор­цам. Внутри камеры имеются два торцевых контакта 13 и 17, расположенных на разных осях. Торцевые контакты снабже­ны пружиной, внутри которых проходят направляющие стерж­ни. Торцевые контакты электрически соединены гибкой связью с токосъемами 12.

Подвижными контактами камеры служат два контактных стержня 15 и 19, укрепленных на подвижном торцевом розеточном контакте 20. Левый подвижный стержень 15 связан с розеточным контактом через изоляционный стержень 16. На розеточный контакт опирается отжимная контактная пру­жина (на макете не показана). Дугогасительные контакты снабжены вольфрамосеребряными металлокерамическими на­пайками для повышения их дугостойкости. На внутренней стенке цилиндра камеры укреплены дугогасительные решет­ки 14 и 18, против которых имеются выхлопные отверстия-в цилиндре камеры.

Во включенном положении выключателя подвижная тра­верса, а вместе с ней и вся подвижная система дугогасительных камер занимают крайнее верхнее положение. При этом создается путь тока через токосъем 12, дугогасительные кон­такты 13 и 15, 17 и 19, розеточный контакт 20 одной камеры, траверсу 7 и аналогичные дугогасительные контакты второй камеры. Электрическая связь левого (верхнего) подвижного контакта 15 и правого токосъема осуществляется через сколь­зящий контакт.

К дугогасительным камерам прикреплены резисторы 4 по 750 Ом каждый, шунтирующие разрывы камер. Шунти­рующие резисторы обеспечивают равномерное распределение восстанавливающегося напряжения между двумя камерами, а также несколько снижают скорость и величину этого на­пряжения и способствуют успешному отключению малых ин­дуктивных и емкостных токов.

Во включенном положении пружины механизма включе­ния 5, а также отжимающие пружины торцевых 13, 17 и розеточных контактов 20 сжаты. При отключении траверса под действием отключающих пружин и собственного веса пере­мещается вниз. Вначале движения торцевые контакты сле­дуют за подвижными контактами. Затем торцевые контакты доходят до упора, и далее двигаются только подвижные кон­такты. Образуются разрывы между контактами 13 и 17, 15 и 19, на которых возникают электрические дуги. Под дей­ствием дуги масло разлагается с образованием большого ко­личества газов. Пока дутьевые щели дугогасительной решет­ки закрыты подвижными контактными стержнями, давление в камере быстро увеличивается. По мере перемещения кон­тактных стержней вниз дутьевые щели открываются и воз­никает поперечное дутье выходящими через выхлопные отверстия газами. Под действием дутья дуги на основных раз­рывах внутри камер быстро гаснут.

Подвижные торцевые контакты 20, дойдя до упора, оста­навливаются, однако траверса продолжает движение вниз. На внешних контактах 20 и 7 образуются разрывы цепи со­провождающего тока, обусловленного шунтирующими сопро­тивлениями. Этот ток невелик и близок к чисто активному, поэтому его отключение не вызывает трудностей. На внешних контактах дуга гасится простым разрывом цепи в масле (так же, как в выключателях без дугогасящих камер).

Движение подвижных частей макета выключателя У-110 осуществляется плавным поворотом рукоятки, расположенной на стенде справа. Для включения выключателя рукоятку нуж­но вращать по часовой стрелке. Положение контактов выклю­чателя фиксируется световым табло. В промежуточном по­ложении табло не горит.

Масляные выключатели. Типы, виды, устройство, работа маслянных выключателей.

Масляные выключатели — одни из первых коммутационных аппаратов в электроустановках высокого напряжения, применяются с конца прошлого столетия, не потеряли своего значения и широко используются в настоящее время. В СССР это основной вид выключателей на 6—220 кВ.

Различают выключатели масляные баковые —с большим объемом масла, масло служит и как дугогасящая среда, и как изоляция, и выключателималомасляные — смалым объемом масла, масло служит только дугогасящей средой.

На напряжения 35-220 кВ применяются в основном баковые выключатели. Маломасляные выключатели являются основными на напряжение до 10 кВ. И это положение сохранится надолго, особенно если будут повышены их номинальные токи до 4 кА, а отключаемый ток — до 40— 50 кА. Начинают все более широко применяться маломасляные выключатели в наружных установках на 110 и 220 кВ при условии их достаточной отключающей способности (серия ВМТ).

Достоинства масляных выключателей — относительная простота конструкции, большая отключающая способность и независимость от атмосферных явлений. Недостатком, особенно баковых выключателей, является наличие большого количества масла, что приводит к большим габаритам и массам как самих выключателей, так и распределительных устройств, повышенной пожаро- и взрывоопасности, необходимости специального масляного хозяйства.

 

Риунок 1-1 – Полюс масляного бакового выключателя на 220 кВ

1 — бак; 2 — дугогасительная камера; с неподвижными контактами и шунтирующим резистором; 3 — изоляция бака; 4 — ввод; 5 — приводной механизм;6 — трансформатор тока; 7 — направляющее устройство; 8 — шунтирующий резистор; 9 — изоляционная тяга; 10 -траверса с подвижными контактами;II — положение траверсы после отключения

Выключатели масляные баковые.Эти выключатели на напряжение до 20 кВ и относительно малые токи отключения выполняются большей частью однобаковыми (три полюса в одном баке), на напряжение 35 кВ и выше — трехбаковыми (каждая фаза в отдельном баке) с общим или индивидуальными приводами. Выключатели могут снабжаться электромагнитными или пневматическими приводами и работают с автоматическим повторным включением (АПВ).

Основой конструкции выключателя (рис. 1-1) является бак цилиндрической или эллипсоидальной формы, внутри которого и на нем монтируются контактная и дугогасительные системы, вводы и привод. Бак заливается до определенного уровня трансформаторным маслом. Между поверхностью масла и крышкой бака должен остаться некоторый свободный объем (обычно 20 — 30 %объема бака) — воздушная буферная подушка, сообщающаяся с окружающим пространством через газоотводную трубку. Воздушная подушка снижает давление, передаваемое на стенки бака при отключении, исключает выброс масла из бака и предохраняет выключатель от взрыва при чрезмерном давлении.

Высота уровня масла над местом разрыва контактов должна быть такой, чтобы исключить выброс в воздушную подушку горячих газов, выделяющихся при отключении вследствие разложения масла. Прорыв этих газов может при определенных их соотношениях привести к образованию взрывчатой смеси (гремучего газа) и взрыву выключателя. Высота уровня масла над местом разрыва контактов определяется номинальными напряжениями и током отключения и может составлять от 300—600 мм в выключателях на напряжение 6—10 кВ и до 2500 мм в выключателях на напряжение 220 кВ.

При напряжениях 3—6 кВ и малых отключаемых токах применяется простой разрыв в масле. При напряжениях 10, 35 кВ и выше в зависимости от значений напряжения и отключаемого тока используются как простые, так и более сложные дугогасительные устройства с продольным, поперечным, продольно-поперечным дутьем, с одно- и многократным разрывом.

Пример дугогасительной камеры с промежуточным контактом и продольным дутьем, применяемой в выключателях на 110 и 220 кВ, приведен на рис. 9-2. При отключении сначала размыкаются контакты 2 и 1, а затем контакты 1и8.Дуга между контактами 2 и1(генерирующая) создает повышенное давление в верхней полукамере. Газопаровая смесь и частички масла устремляются в сообщающийся с объемом бака полый контакт8,создавая интенсивное продольное дутье и гася дугу. При отключении больших токов давление в камере к моменту расхождения контактов1и8достигает 4-5 МПа. После отключения камера заполняется свежим маслом через нижнее отверстие полукамеры 7.

Масляные баковые выключатели на напряжение 35 кВ и выше имеют встроенные трансформаторы тока. На внутреннюю часть проходного изолятора надеты, и укреплены под крышкой выключателя сердечники со вторичными обмотками (один или два на изолятор). Токоведущий стержень проходного изолятора служит первичной обмоткой. Выключатели на напряжение 110 кВ и выше могут иметь емкостные трансформаторы напряжения, для выполнения которых используются обкладки маслонаполненных вводов конденсаторного типа, и трансформаторы напряжения с индуктивной катушкой.

Выключателя маломасляные.В отличие от масляных баковых выключателей масло служит здесь только дугогасящей средой, а изоляция токоведущих частей и дугогасительного устройства относительно земли осуществляется с помощью твердых изоляционных материалов (керамика, текстолит, эпоксидные смолы и т.п.). Диаметры цилиндров у этих выключателей значительно меньше по сравнению с диаметрами баков масляных баковых выключателей, соответственно намного меньше объем и масса заливаемого в цилиндры масла. Меньшая, чем у бакового выключателя, прочность корпуса по отношению к давлениям, создаваемым при отключении предельных токов короткого замыкания, ограничивает отключающую способность маломасляного выключателя.

Рисунок 1-2 – Дугогасительная камера с промежуточным контактом и продольным дутьем.

1—промежуточный контакт с пружиной; 2— неподвижный контакт с пружиной; 3 — верхняя полукамера, металлическая; 4 — детали соединения с токоподводящим стержнем; 5 — гибкая связь; б — перегородка; 7 — нижняя полукамера, изоляционная; 8 — подвижный контакт.

Маломасляные выключатели имеют существенно меньшие габариты и массу, меньшую взрыво- и пожароопасность и требуют меньших и более дешевых распределительных устройств по сравнению с масляными баковыми выключателями. Наличие в маломасляных выключателях встроенных трансформаторов тока и емкостных трансформаторов напряжения значительно усложняет конструкцию выключателей и увеличивает их габариты, поэтому маломасляные выключатели выполняются без органической связи с такими трансформаторами.

Выключатели по компоновке выполняются с дугогасительными камерами внизу (ход подвижного контакта сверху вниз) и с камерами, расположенными сверху (ход подвижного контакта снизу вверх). Последние более перспективны в отношении повышения отключающей способности. Применяются выключатели для внутренней установки как распределительные и генераторные и для внешней установки как распределительные и подстанционные.

На рис. 1-3 приведен общий вид выключателя типа ВМПЭ-10на 10 кВ и токи 630, 1000, 1600 А (в зависимости от сечения токопровода и контактов), номинальный ток отключения 20 и 31,5 кА, время отключения выключателя с приводом 0,12 с, время горения дуги при номинальных токах отключения не более, 0,02 с. Выключатель смонтирован на сварной раме3.Внутри рамы расположен приводной механизм, который передает движение от привода к подвижным контактам и состоит из приводного вала 5 с рычагами, изоляционной тяги4,отключающих пружин, масляного б и пружинного демпферов. К раме с помощью изоляторов 2 подвешены три полюса1выключателя.

Каждый полюс (рис. 1-4) состоит из прочного влагостойкого изоляционного цилиндра 5, армированного на концах металлическими фланцами 3и 6. На верхнем фланце укреплен корпус 9 из алюминиевого сплава. Внутри корпуса расположены приводной механизм13и подвижная контакт-деталь14 сроликовым токосъемным устройством с роликовым токосъемным устройством8и маслоуловителем12.Корпус закрывается крышкой10, имеющей отверстие для выхода газов и пробку11маслоналивного отверстия.

 

 

Рисунок 1-3 – Выключатель маломасленый на 10 кВ для внутренней установки (тип ВМПЭ-10) – общий вид.

Рисунок 1-4 – Полюс выключателя, изображенного на рисунке 1-3.

 

Нижний фланец закрывается крышкой 1,внутри которой расположена неподвижная розеточная контакт-деталь 2, над которой установлена дугогасительная камера4поперечного масляного дутья. Снизу крышки помещена маслоспусковая пробка16,на фланце установлен маслоуказатель15.

Для повышения стойкости контактов к действию электрической дуги и увеличения срока их службы съемный наконечник подвижной контакт-детали и верхние торцы ламелей розеточного контакта облицованы дугостойкой металлокерамикой. Токоподвод осуществляется к нижней крышке и к верхней крышке или среднему выводу 7. Выключатель может иметь встроенные элементы защиты и управления, такие, как реле максимального тока мгновенного действия и с выдержкой времени, реле минимального напряжения, отключающие электромагниты, вспомогательные контакты и т. п.

Общий вид маломасляного генераторного выключателяприведен на рис. 1-5. Особенностью конструкций этих выключателей является токопровод, имеющий два параллельных контура: основной, контакты которого расположены открыто, и дугогасительный, контакты которого находятся в дугогасительных камерах внутри бака. На рис. 1-6 представлена функциональная электри ческая схема выключателя, изображенного на рис. 1-5. Основной контур образуют токоподвод11,токоведущая шина 70, основные контакты 9, основная шина траверсы8и соответствующие позиции 9,10 я 11второго бака. Дугогасительный контур — основная шина10,медные скобы12,соединяющие основную шину с баком, стенки бака3,неподвижный дугогасительный контакт13,дуга (в момент отключения)14,подвижный дугогасительный контакт15и соответствующие позиции15, 14, 13, 3. 12, 10второго бака. При включенном положении выключателя оба контура работают параллельно. Преобладающая часть тока проходит через основной контур, имеющий по сравнению с дугогасительным значительно меньшее сопротивление. При отключении сначала размыкаются основные контакты, дуга на них не возникает, весь ток переходит в дугогасительный контур. Затем размыкаются дугогасительные контакты, отключая цепь. Выключатели выполняются с двукратным разрывом на фазу, с камерами различной конструкции.

Рисунок 1-5 – Выключатель маломасляный генераторный (тип МГУ-20)

1—основание; 2 — опорный изолятор; 3, 5—бак; 4 — внутриполюсная перегородка; б — междуполюсная перегородка; 7 — газоотвод; 8 — траверса с шинами основного и дугогасительного контуров; 9-основные контакты; 10 — токоведущая шина; 11 — токоподвод

Рисунок 1-6 – Функциональная электрическая схема выключателя, изображенного на рис. 1-5:

а—включенное положение; б—момент отключения

Рисунок 1-7 – Выключатель маломасляный колонковый для внешней установки

1 — основание; 2 и 9 — неподвижные контакты; 3 — опорная изоляционная колодка; 4 — роликовый токоподвод; 5 — фарфоровая рубашка; 6 — подвижный контакт; 7 — дугогасительное устройство; 8 — промежуточный контакт; 10 — изоляционный цилиндр

 Для увеличения номинального тока применяется искусственный обдув контактной системы и подводящих шин. В последние годы находит применение жидкостное (водяное) охлаждение контактов и шин.

Выключатель маломасляный для внешней установки(распределительный, подстанционный) показан на рис. 1-7. Выключатель состоит из трех основных частей:

гасительных устройств, помещенных в фарфоровые рубашки; фарфоровых опорных колонок и основания (рамы). Изоляционный цилиндр, охватывающий дугогасительное устройство, защищает фарфоровую рубашку от больших давлений, возникающих при отключении. Число разрывов на фазу может быть один, два и больше. Расположение камеры сверху более перспективно для повышения отключающей способности.

Масляный выключатель — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Масляный выключатель — коммутационный аппарат, предназначенный для оперативных включений и отключений отдельных цепей или электрооборудования в энергосистеме, в нормальных или аварийных режимах, при ручном или автоматическом управлении. Дугогашение в таком выключателе происходит в масле.

Классификация

• Баковые
• Маломасляные (горшковые)

По принципу действия дугогасительного устройства:

• с автодутьём (давление и движение масла и газа происходит под действием энергии, выделяющейся из дуги)
• с принудительным масляным дутьём (масло к месту разрыва нагнетается с помощью специальных гидравлических механизмов)
• с магнитным гашением в масле (дуга под действием магнитного поля перемещается в узкие каналы)

Баковые выключатели

Состоят из вводов, контактной и дугогасительной систем, которые помещены в бак, заполненный маслом. Для напряжений 3—20 кВ бывают однобаковыми (три фазы в одном баке) с ручным или дистанционным управлением, а для напряжений 35 кВ — трёхбаковыми (каждая фаза в отдельном баке) с дистанционным или автоматическим управлением, с автоматом повторного включения (АПВ). Масло изолирует фазы друг от друга (у однобаковых) и от заземлённого бака, а также служит для гашения дуги и изоляции разрыва между контактами в отключённом состоянии. При срабатывании выключателя сначала размыкаются контакты дугогасительных камер. Электрическая дуга, возникающая при размыкании этих контактов, разлагает масло, при этом сама дуга оказывается в газовом пузыре (до 70 % водорода), имеющем высокое давление. Водород и высокое давление в пузыре способствуют деионизации дуги. На выключателях для напряжений выше 35 кВ в дугогасительных камерах создаётся дутьё. Дугогасительная система может иметь несколько разрывов, которые увеличивают скорость растягивания дуги относительно скорости расхождения контактов. Разрывы могут помещаться в дугогасительные камеры, предназначенные для создания интенсивного газового дутья (дутьё может быть продольным или поперечным, в зависимости от направления движения масла относительно дуги). Для уравнивания напряжений (размера дуг) на контактах разрывы шунтируются. После погасания дуги траверсные контакты размыкаются, прерывая ток, протекающий через шунты.

Достоинства баковых выключателей:

• простота конструкции,
• высокие отключающие способности.

Недостатки:

• большие габариты,
• большой объём масла,
• взрыво- и пожароопасность.

Маломасляные выключатели

Элегазовый выключатель LTB-145

В маломасляных выключателях в качестве изоляции токоведущих частей друг от друга и дугогасительных устройств от земли применяются различные твёрдые изоляционные материалы (керамика и т. п.). Масло служит только для выделения газа. Каждый разрыв цепи снабжается отдельной камерой с дугогасительным устройством, обычно выполненным с поперечным дутьём. В отключённом положении подвижный контакт находится выше уровня масла для повышения электрической прочности разрыва, так как малый объём масла из-за загрязнённости продуктами разложения теряет свои диэлектрические свойства. Для удержания паров масла при гашении дуги от уноса вместе с продуктами разложения в конструкции предусмотрены маслоотделители. При больших номинальных токах применяются две пары контактов: рабочие и дугогасительные. Рабочие контакты находятся снаружи выключателя, а дугогасительные внутри. При помощи регулирования длины дугогасительных контактов обеспечивается отключение сначала рабочих контактов (без появления дуги), а затем — дугогасительных.

Недостатки масляных выключателей

Общий недостаток масляных выключателей — малый ресурс работы, особенно на производствах, связанных с частыми коммутациями. Так, при использовании масляных выключателей при питании сталеплавильных печей их наработка до среднего капремонта — несколько дней^[1]. Для выключателя ВМГ-10, согласно инструкции, капремонт должен проводится раз в 6 лет или при всего лишь 6 отключениях к.з. Вместе с вышесказанным (опасность взрыва при отключении, постоянный контроль за уровнем масла, небольшие допустимые отклонения по уровню при монтаже, необходимость достаточно мощных приводов включения и пр.) это привело к признанию масляных выключателей морально устаревшими и заменой их на более современные виды выключателей — вакуумные и элегазовые.

Примечания

Ссылки

Литература

• Электрическая часть тепловых электростанций. Учебник для вузов. Под ред. А. Л. Цезарова. М., «Энергия», 1974.