Воздушные выключатели: принцип работы, классификация

Воздушный выключатель — это особый коммутационный аппарат, который применяется только в высоковольтных цепях. Гашение дуги, перемещение контактной силовой группы выполняется сильным потоком сжатого воздуха, нагнетаемого отдельным механизмом. Так как этот аппарат должен выполнять операции с высоким напряжением, то его надёжность и изоляционные свойства должны быть всегда на высоком уровне. Конструкция его выполняется согласно ГОСТа Р52565–2006. В мировой практике они используются в основном в постсоветском пространстве в цепях от 35 кВ и выше. После того как были изобретены элегазовые и вакуумные выключатели высокого напряжения, презентация и внедрение которых, состоялись ещё в 60-е годы прошлого века, этот тип выключателей начал исчезать постепенно с распределительных устройств самых развитых стран.

В современной электротехнике применяется на данный момент только воздушный автоматический выключатель способный производить действия по коммутации, а также надёжно защищать электроприёмники от аварийных режимов короткого замыкания или же перегрузок. В принципе это тот же обычный автомат, только очень редко выпускается он на напряжение выше 1000 Вольт.

Принцип действия

Принцип действия воздушных выключателей основан на гашении электрической дуги, появляющейся при разрыве нагрузки. Этот процесс может происходить двумя типа движения воздуха:

1. Продольный;
2. Поперечный.

Воздушный выключатель может иметь несколько контактных разрывов, и это зависит от номинального напряжения, на которое он рассчитан. Для облегчения гашения особо больших типов дуги к дугогасящим контактам подключается шунтирующее сопротивление. Автоматические воздушные выключатели, работающие по принципу гашения дуги в обычных камерах, без наличия сжатого воздуха не имеют таких элементов. Камера гашения дуги у них состоит из перегородок, которые разбивают дугу на мелкие части, и она поэтому не разгорается и быстро тухнет. В этой статье речь пойдёт больше о работе высоковольтных (выше 1000 Вольт) выключателей, не оснащённых встроенной, а имеют управление в схему которой заведены релейные защиты.

Принцип работы высоковольтного выключателя со сжатым воздухом отличается друг от друга конструктивными особенностями, а в частности, с отделителем и без него.

В выключателях, которые оснащены отделителями силовые контакты соединены с специальными поршнями и составляют один контактно-поршневой механизм. Отделитель же включен последовательно к контактам дугогашения. То есть отделитель с дугогасящими контактами образует один полюс выключателя. При замкнутом положении и дугогасящие контакты и отделитель находятся в одном замкнутом состоянии. Во время подачи отключающего сигнала, срабатывает механический пневмоклапан, который в свою очередь открывает пневмопривод, при этом воздух с расширителя воздействует на контакты дугогашения. Расширитель, кстати, также специалисты называют ресивером. При этом силовые контакты размыкаются, а возникшая вследствие этого дуга гасится потоком сжатого воздуха. После чего отключается и сам разделитель, разрывая ток, который остался. Подача воздуха должна быть чётко отрегулирована, чтобы её хватило на уверенное гашение дуги. После прекращения подачи воздуха дугогасительные контакты принимают включенное положение, а разрыв цепи обеспечивается только разомкнутым выключателем. Поэтому при работе на электроустановках, которые питаются от таких выключателей обязательно необходимо выполнять размыкание разъединителей для безопасного проведения работ. Одного отключения пневмовыключателя мало! Чаще всего в цепях до 35 кВ применяется конструкция с открытыми отделителями, а если напряжение, при котором, работает выключатель выше то отделители уже изготавливаются в виде специальных воздухонаполненных камер. Выключатели с отделителем, например, выпускались в советском союзе под маркой ВВГ-20.

Если выключатель воздушный высоковольтный не имеет отделителя, то дугогосящие контакты его выполняют также роль и разрывания цепи и гашения возникшей дуги. Привод в них отделён от среды, в которой происходит гашение, а контакты могут иметь одну или даже две ступени работы.

Классификация устройств

Все воздушные высоковольтные выключатели, кроме как, по конструкции (с отделителем и без) отличаются, также и по назначению:

• Сетевые. Они рассчитаны на напряжение 6000 вольт и выше и используются в цепях переменного тока для включения и выключения потребителей в нормальных неаварийных режимах работы, а также отключение при возникших коротких замыканиях;
• Генераторные. Применяются в сетях с рабочим напряжением от 6 до 24 тысяч Вольт, для подключения в эти цепи генераторов. Выдерживают пусковые токи, а также режимы К.З.;
• Для электротермических установок. Рабочее напряжение, при котором возможна нормальная коммутация, составляет 6–220 кВ. Может работать также и в аварийных режимах.
• Специального назначения. Они выпускаются не серийно, а под заказ и изготавливаются с учётом местных условий эксплуатации.

И также выключатели, имеющие пневмоустановку для работы, разделяются по виду и расположению этого механизма, нагнетающего воздух аппарата:

1. Опорные;
2. Подвесные. Имеют подвешивающую к порталу, установленному на ОРУ, конструкцию;
3. Выкатные. Оснащены механизмом для выкатывания из распредустройства;
4. Встраиваемые в КРУ (комплектные распределительные устройства).

Преимущества и недостатки

Преимуществ таких устаревших устройств немного вот основные из них:

1. В связи с давним применением имеется большой опыт как эксплуатации, так и ремонта;
2. В отличие от других более современных собратьев (особенно элегазовых) данные выключатели поддаются ремонту.

Из недостатков хотелось бы выделить следующие:

1. Наличие для работы дополнительной пневмоаппаратуры или же компрессоров;
2. Повышенный шум при отключении, особенно при аварийных режимах короткого замыкания;
3. Крупные несовременные габариты, что вызывает увеличение территории выделяемой для ОРУ;
4. Боятся влажного воздуха и запылённости. Поэтому для воздушных систем применяются дополнительные меры, устанавливается направленное на уменьшение этих вредных факторов оборудование.

Дополнительные элементы для воздушных выключателей

Сам выключатель не может создавать поток сжатого воздуха, на котором основана его работа, поэтому для его эксплуатации необходимы следующие основные компоненты:

1. Компрессор для создания сжатого воздуха;
2. Герметичную систему пневматических приводов;
3. Ресивер для хранения уже готового сжатого воздуха.

В связи с применением этих компонентов также согласно ГОСТа необходимы:

• Манометры. Они показывают реальное давление в резервуаре выключателя;
• Реле минимального давления контакты которого обеспечат подачу сигнала в случае снижения определённого давления которое нормируется. Эту же роль может играть и манометр, содержащий электроконтактную часть;
• Запорный общий клапан, который устанавливается на воздухопроводе;
• Обратный клапан, обеспечивающий надёжное перекрывание выхода сжатого воздуха с резервуара при понижении давления в подводящем воздухопроводе;
• Фильтр очищающий воздух от различной, токопроводящей и не только, пыли;
• Устройство для спускания воздуха или воды из самой нижней точки резервуара.

Подготовка воздуха

Если распределительная подстанция оборудован этим типом выключатели то к воздуху, подаваемому в них тоже предъявляться ряд требований, направленных на подготовку воздуха его очистку и удаление влаги. Пыль, имеющаяся в воздухе, даже очень мелкая снижает разрядное напряжение, а также засоряет клапаны. Особую опасность вызывает влажность, которая при изменениях в окружающей среде может конденсироваться в воздуховоде. Из-за этого зимой, возможно, обледенение клапанов и труб, и нарушение проходимости воздуха под давлением. Стальные же элементы быстро ржавеют и изнашиваются. Появление конденсата на внутренней поверхности изоляторов, приводит к ухудшению электрической прочности и даже к пробоям.

Для очистки воздуха используются масляные фильтры, которые установлены на всасывающих патрубках. Чистка их должна быть регулярной, и чем выше запыленность тем меньше период между ними. Уменьшение влаги в воздухе производится путём подвергания его сжатию выше номинального давления в два раза. Влага, улавливаемая в змеевике, спускается, а сжатый воздух проходит через редуктор, который и снижает его давление. Дополнительная осушка выполнятся может с помощью абсорбентов, улавливающих воду из воздуха. Эти две беспрецедентные меры позволяют добиться значительного снижения влаги почти до нулевого значения.

Типы выпускаемых высоковольтных воздушных выключателей

Выключатели серии ВВБ

Они выпускаются ПО «Электроаппарат», рассчитаны на работы с U от 110 до 750 кВ. Их ключевые элементы устанавливаются на колонны, сделанные из фарфоровых надёжных изоляторов. Рабочее давление, которое должен создать компрессор от 2 до 2, 6 МПа этот фактор зависит от того на какое напряжение будет эксплуатироваться аппарат.

Выключатели серии ВВБК

Они предназначены для работы в сетях с напряжением 110–500 Кв. В их системах давление сжатого воздуха не должно быть меньше 4 МПа. Для улучшения гашения дуги при таких напряжениях применяется двухсторонняя подача очищенного воздуха. Простая пневматическая система, была заменена более усовершенствованной пневмомеханической, именно это позволило значительно уменьшить время срабатывания при отключениях, что важно в таких цепях.

Выключатели серии ВВГ-20

Они исключительно используются для генераторов. Они разработаны для работы с номинальным напряжением 20 кВ и номинальный ток 20 кА, а ток отключения составляет 160 кА. Давление воздуха в районе 2 МПа. При включении коммутатора сначала происходит срабатывание отделителя, а затем уже и сам дугогасящий механизм. Они предназначены только для внутренней установки.

При работе со сжатым воздухом и опасным высоким напряжением стоит быть особо осторожным, так как эти два вида энергии могут привести не только к травмам, но и к лишению жизни.

Видео об устройстве и назначении частей выключателя

что это такое, типы, принцип работы

Функционирование любой энергосистемы напрямую зависит от надежности коммутационных аппаратов, обеспечивающих (в зависимости от состояния) беспрепятственное прохождение токов нагрузки и должный уровень изоляции разомкнутых сегментов электрической цепи. В системах с высоким классом напряжения, наряду с другими высоковольтными коммутаторами, широко применяются воздушные выключатели. О том, что представляют собой эти устройства можно узнать и материалов нашей статьи.

Специфика коммутации

Процесс «разрыва» высоковольтных электроцепей сопровождается образованием мощного дугового разряда. В некоторых случаях, например при отключении линии 100 кВ с большим током нагрузки, температура плазмы внутри электродуги может достигать 15000°С, что вполне достаточно для вывода из строя не только контактной группы, а и всей несущей конструкции выключателя нагрузки.

Чтобы не допустить такого развития событий, коммутаторы высокого напряжения должны обладать возможностью гашения дугового разряда, в противном случае их срабатывание будет одноразовым. По этой причине дугогасительные камеры считаются самым важным элементом автоматических выключателей. Их конструкция стала критерием при разделении выключателей на следующие типы:

• Элегазовые, в таких выключателях используются специальные камеры, наполненные газовым составом на основе фтористой серы.
• Вакуумные аппараты. Гасят электрическую дугу в камерах с откаченным воздухом.
• Масляные и маломасленые выключатели, где в качестве дугогасящего наполнителя используется трансформаторное масло.
• Воздушные. Разряд гасится воздушным потоком.

Поскольку наша тема посвящена последним, рассмотрим подробно, что они из себя представляют.

Что такое “воздушный выключатель”?

Такой термин применяется к высоковольтным коммутационным устройствам, использующим воздушные потоки для подавления разряда, проявляющегося при рабочем или аварийном срабатывании.

Воздушные выключатели на атомной электростанции Salem (США)

Для нормального функционирования таких устройств необходимо дополнительное оборудование, куда входят:

• Компрессорные установки для нагнетания необходимого давления воздуха.
• Ресиверы (емкости для хранения воздушной смеси под давлением).
• Пневмопроводы, по которым подается сжатый воздух в дугогасительные модули и пневматический привод (если таковой используется для разрыва цепи).

Подробно конструкция воздушного выключателя будет рассматриваться отдельно.

Структура условного обозначения

Ниже на рисунке приведена структура обозначений электрических коммутационных аппаратов в соответствии с номами ГОСТ 687 78.

Структура маркировки выключателей

Обозначения:

1. Может быть от двух до пяти литер. Первая указывает на тип изделия, для выключателей это «В». Остальные характеризуют конструктивные особенности и другие существенные характеристики, такие как исполнение, тип установки и т.д. Например, выключатели серии ВВБ: первая буква говорит, что это выключатель (В), вторая указывает категорию – воздушный (В), третья на тип исполнения – баковый (Б). Также можно привести серию ВВШ, где «Ш» указывает на применение в электрической схеме выключателя шунтированных резисторов.
2. Отображение номинального напряжения прибора (кВ).
3. Для выключателей с 1-й категорией размещения указывается группа утечки изоляции (буквы «А», «Б», «В»).
4. Номинальное значение тока отключения (кА).
5. Отображение номинального тока коммутатора (А).
6. Вариант климатического исполнения.
7. Обозначение категории размещения.

Для примера расшифруем обозначение выключателя ВВБК-110-35/2000 У2. Исходя из маркировки это воздушный выключатель бакового типа в крупномодульном исполнении (литера «К» в обозначении модели). Устройство предназначено для коммутации цепей на 110,0 кВ с током отключения 35,0 кА и рабочим — 2000,0 А. Может эксплуатироваться в климатических условиях близких к умеренным.

Выключатели серии ВВБК

Классификация и типы воздушных выключателей

Силовые выключатели, в том числе и воздушные, в первую очередь принято классифицировать по типу конструкции и назначению, после чего уже рассматриваются технические характеристики. Начнем с более приоритетного критерия классификации.

По назначению

В зависимости от назначения воздушные коммутаторы разделяют на следующие виды:

• Сетевая группа, в нее входят электромеханические аппараты, с номинальным напряжением начиная от 6,0 кВ. Могут использоваться как для оперативной коммутации цепей, так и аварийного отключения, например, при КЗ.
• Генераторная группа. Она включает в себя электроаппараты, рассчитанные на 6,0-20,0 кВ. Данные приборы могут коммутировать цепь, как при нормальных условиях, так и в случае КЗ или наличия пусковых токов.
• Категория для работы с энергоемкими потребителями (дуговые, руднотермические, сталеплавильные печи и т.д.).
• Группа особого назначения. Она включает в себя следующие подвиды:

1. Воздушные коммутаторы сверхвысокой категории напряжения, служащие для подсоединения к ЛЭП реакторов шунтирующего действия, если в линии произошло перенапряжение.
2. Выключатели цепей с ударными генераторами (используются при стендовых испытаниях), рассчитанные на коммутацию в нормальном режиме работы и при возникновении нештатных ситуаций.
3. Аппараты в цепях 110,0-500,0 кВ, обеспечивающих прохождение, как при нормальных условиях работы, так и определенное время при КЗ.
4. Воздушные коммутаторы, входящие в комплект распределительных устройств.

По конструктивному исполнению

Особенности конструкции выключателей определяют их тип установки. В зависимости от этого различают следующие виды аппаратов:

• Входящие в комплект к РУ (встраиваемые).
• Снабженные специальными устройствами выкатки из ячеек РУ относятся к выкатному типу. Выкатной воздушный выключатель Metasol
• Настенное исполнение. Приборы, устанавливаемые на стены в РУ закрытого типа.
• Подвесные и опорные (отличаются типом изоляции на «землю»).

Устройство и конструкция воздушного выключателя

Рассмотрим, как устроен воздушный выключатель на примере силового коммутатора ВВБ, его упрощенная конструктивная схема представлена ниже.

Типовая конструкция воздушных выключателей серии ВВБ

Обозначения:

• A – Ресивер, резервуар в который накачивается воздух пока не образуется уровень давления соответствующим номинальному.
• В – Металлический бак дугогасительной камеры.
• С – Торцевой фланец.
• D – Конденсатор делителя напряжения (в современных конструкциях выключателей не применяется).
• E — Штанга крепления подвижной контактной группы.
• F – Фарфоровый изолятор.
• G – Дополнительный дугогасительный контакт для шунтирования.
• H – Шунтирующий резистор.
• I – Клапан подачи струи воздуха.
• J – Труба импульсного воздуховода.
• K – Основной подвод воздушной смеси.
• L – Группа клапанов.

Как видим, в данной серии контактная группа (Е, G), механизм подключения/отключения и дутьевой клапан (I) заключены в металлической емкости (В). Сам бак наполнен сжатой воздушной смесью. Полюсы выключателя разделяет промежуточный изолятор. Поскольку на емкости присутствует высокое напряжение, защите опорной колоны придается особое значение. Она выполнена с помощью изоляционных фарфоровых «рубашек».

Подача воздушной смеси осуществляется по двум воздуховодам К и J. Первый основной, используется для нагнетания воздуха в бак, второй работает в импульсном режиме (подает воздушную смесь, когда отключаются контакты выключателя и сбрасывает при замыкании).

Принцип действия

В основу работы выключателя положен принцип гашения электродуги скоростным потоком сжатой воздушной смеси, подаваемого в дутьевые каналы. Под воздействием воздушного потока столб разряда растягивается и направляется в дутьевые каналы, где окончательно гасится.

Конструкции дугогасительных камер отличаются как взаимным расположением дутьевых каналов, так и размыкающихся контактов. По этому признаку следующие схемы дутья:

1. Продольная продувка через металлический канал.
2. Продольная продувка через изоляционный канал.
3. Двухстороння симметричная продувка.
4. Двухсторонняя ассиметричная.

Схемы дутья

Из представленных вариантов наиболее эффективен последний.

Область применения и процесс эксплуатации

Сфера применения выключателей данного типа довольно обширна. В перспективе, за счет применения новых технологий, ситуация может несколько измениться, но сейчас воздушные коммутаторы остаются востребованными для решения следующих задач:

• Коммутация цепей от 35,0 кВ и токами отключения до 100,0 кА.
• Быстрого отключения цепи, например, при испытаниях электрооборудования ударным генератором. Скорость срабатывания некоторых моделей воздушных выключателей может достигать одного периода (за основу взята рабочая частота переменного тока – 50 Гц).
• Эксплуатация в суровых климатических условиях. При морозе у елегазовых аналогов возникают проблемы с прогревом, в то время как вакуумным выключателям сложно сохранить герметичность.
• Отключение мощного источника с высокой апериодической составляющей тока КЗ, может произвести только воздушный коммутатор.

В процессе эксплуатации важно уделять должное внимание обслуживанию воздушных коммутаторов, которое включает в себя следующие регулярные процедуры:

1. Вентиляция внутренней поверхности фарфоровых изоляторов, для этого предусмотрен специальный клапан для стравливания сжатого воздуха.
2. Тестирование пневматической системы, проверяется по сбросу давления при отдельной операции. Показания сравниваются с нормировочными таблицами.
3. Осуществляется проверка привода поршня. Процедура зависит от типа механизма.
4. Проверяется герметичность дугогасящей камеры.
5. Тестируются контакты (вначале главные токоведущие, потом дополнительные) путем измерения сопротивления
6. Измеряется изоляция при разомкнутом отделителе.
7. Тестируется схема управления и цепь включения.

Регламент проведения обслуживания в процессе эксплуатации приведен в технической документации.

Преимущества и недостатки

У воздушных выключателей есть много преимуществ перед альтернативными аппаратами с аналогичными функциями. Приведем несомненные плюсы:

• Высокая скорость срабатывания.
• Хорошие показатели отключающей способности.
• Длительный срок эксплуатации.
• Высокий уровень пожаробезопасности.

Теперь перечислим основные недостатки:

• Высокая стоимость оборудования и дорогой монтаж.
• Необходимость в компрессорном оборудовании и его регулярном обслуживании.

Воздушные выключатели. Высоковольтные выключатели переменного тока



В выключателях рассматриваемого вида гашение дуги происходит в продольном потоке воздуха при давлении 2-4 МПа и выше. Опыт показывает, что для гасительного устройства с одним разрывом при заданном давлении воздуха произведение напряжения и наибольшего отключаемого тока остается постоянным при изменении тока в широких пределах. Поэтому гасительное устройство с одним разрывом может быть использовано для отключения значительного тока только при относительно небольшом напряжении. Выключатели напряжением 220 кВ и выше должны иметь несколько разрывов, включенных последовательно. Так, например, при давлении воздуха 4 МПа и напряжении 110 кВ выключатель с одним разрывом способен отключить ток около 40кА. Выключатель 220 кВ должен иметь два разрыва, а выключатель 500 кВ — четыре разрыва.

Воздушные выключатели с номинальным напряжением от 110 до 1150 кВ проектируют сериями и собирают из унифицированных частей, из которых важнейшим является дугогасительный модуль с двумя разрывами, рассчитанный на некоторое условное напряжение порядка 110-250 кВ в зависимости от давления воздуха. Число модулей, включенных последовательно, выбирают в соответствии с номинальным напряжением.

Рис.1. Схема, поясняющая влияние емкостей на распределение напряжения
между разрывами воздушного выключателя

Необходимым условием удовлетворительной работы выключателей с многократным разрывом является равномерное распределение восстанавливающего напряжения между разрывами. Опыт показывает, что это напряжение распределяется далеко неравномерно, если для этого не приняты особые меры. Объясняется это наличием емкостей фарфоровых колонн относительно земли, обозначенных на рис.1 через С₁. Чтобы обеспечить равномерное распределение напряжения между разрывами при любой частоте восстанавливающегося напряжения, целесообразно применение емкостных делителей напряжения (рис.2,а).

Рис.2. Схема включения конденсаторов и шунтирующих
резисторов у воздушного выключателя

Воздушные выключатели, чувствительные к скорости восстанавливающегося напряжения, обычно снабжают также шунтирующими резисторами, включенными параллельно каждому разрыву (рис.2,б). При этом в каждом разрыве необходимы небольшие гасительные устройства (обозначены 1′, 2′, 3′, 4′) для отключения сопровождающего тока.

Выключатели серии ВВБ

Выключатели этой серии изготовляет ПО «Электроаппарат» для номинальных напряжений от 110 до 750 кВ. Дугогасительные модули с двумя разрывами и односторонним дутьем имеют условное напряжение 110 кВ. Число модулей у выключателей с номинальным напряжением 110, 220, 330, 500 и 750 кВ равно соответственно 1,2,4,6 и 8. Модули устанавливают на колоннах из фарфоровых изоляторов. Выключатели 110 кВ имеют один модуль и одну опорную колонну. Выключатели 220-750 кВ имеют по два модуля на каждой колонне, расположенных один над другим и соединенных последовательно перемычкой (рис.3).

Рис.3. Выключатель серии ВВБ-220 с двумя модулями на одной колонне:
1 — шкаф управления; 2 — опорный изолятор;
3 — дугогасительное устройство; 4 — делитель напряжения;
5 — соединительный проводник; 6 — шунтирующий резистор

Давление воздуха для выключателей 110, 220 и 500 кВ равно 2 МПа; для выключателей 750 кВ — 2,6 МПа; для выключателей 330 кВ — 2 и 2,6 МПа. Выключатели 110 и 220 кВ имеют шунтирующие резисторы с сопротивлением 50-100 Ом; выключатели 330, 500 и 750 кВ шунтирующих резисторов не имеют. Номинальные токи отключения выключателей серии ВВБ равны 31,5 и 40 кА в зависимости от исполнения.

Выключатели серии ВВБ имеют пневматическую систему управления. Пусковые клапаны для включения и отключения с соответствующими электромагнитами расположены у основания выключателя, около ресивера с запасом сжатого воздуха, и находятся под потенциалом земли. В полых опорных колоннах проложены воздуховоды из изоляционного материала, из которых один служит для пополнения бачков сжатым воздухом, а второй для управления контактами и дутьевыми клапанами модулей, находящихся под напряжением.

Рис.4. Дугогасительное устройство выключателя серии ВВБ

Дугогасительное устройство выключателя серии ВВБ показано на рис.4. Здесь 1 — стальной бачок с литыми вводами (на рисунке не показаны), заполненный воздухом под давлением; 2 — неподвижные контакты, укрепленные на вводах; 3 — подвижная траверса с пальцевыми контактами 4; 5 — металлические сопла; 6 — механизм, фиксирующий положение траверсы; 7 — тарелка дутьевого клапана; 8 — поршень; 9 — шток.

Снизу к бачку прикреплен дутьевой клапан прямого действия, который состоит из следующих частей: корпуса 10, цилиндра 11 с поршнем 12, кольцом 13 и пружиной 14. Поршень 12 соединен полым штоком 15 с тарелкой 7 дутьевого клапана.

На рис.4 дугогасительное устройство показано в положении «включено». При этом контактная траверса находится в нижнем положении, контакты замкнуты, а тарелка дутьевого клапана 7 прижата к седлу давлением воздуха в бачке.

Процесс отключения протекает следующим образом. При КЗ реле защиты замыкает цепь электромагнита отключения; открывается соответствующий пусковой клапан и сжатый воздух из ресивера по воздуховоду 17 поступает под поршень 12 дутьевого клапана. Поршень перемещается вверх вместе с кольцом 13 и тарелкой 7, открывая выход воздуху из бачка наружу через отверстие 16. Одновременно с тарелкой 7 перемещается и поршень 8 со штоком 9 и траверсой 3. Между неподвижными контактами 2 и стенками сопел 5 зажигаются дуги, которые гасятся в потоке воздуха.

Дутьевой клапан открыт до тех пор, пока силы, действующие на поршень 12 снизу, не сравняются. Снизу на поршень действует воздух, подаваемый из ресивера, сверху — сила пружины 14 и сжатый воздух, просачивающийся снизу через дроссель, встроенный в поршень 12 (на рисунке не показан). Когда давление воздуха на поршень сверху и снизу сравняется, он переместится вниз вместе с тарелкой 7; дутьевой клапан закроется.

Продолжительность дутья можно регулировать с помощью дросселя.

Посте закрытия дутьевого клапана поршень 8 удерживается в верхнем положении сначала давлением воздуха снизу, а затем — фиксирующим механизмом 6.

Для включения выключателя необходимо выпустить воздух из-под поршня 12 через воздуховод 17. Тогда давление воздуха под и над поршнем 12, а также под поршнем 8 понизится.

Когда давление под поршнем 8 окажется меньшим, чем над ним, он опустится вместе со штоком 9, преодолев сопротивление фиксирующего механизма. Контакты выключателя замкнутся.

Выключатели серии ВВБК

Выключатели этой серии строят для номинальных напряжений от 110 до 500 кВ. Они отличаются от выключателей серии ВВБ давлением воздуха, которое повышено до 4 МПа. Дугогасительное устройство с односторонним дутьем заменено устройством с двухсторонним дутьем. Это позволило увеличить условное напряжение модуля до 250 кВ и уменьшить их число. Выключатели 110 кВ имеют один модуль, выключатели 220 и 330 кВ — два и выключатели 500 кВ — четыре модуля (рис.5). Увеличены номинальные токи. Пневматическая система управления заменена пневмомеханической, что позволило уменьшить время отключения до двух периодов. Механическая передача размещена в отдельной колонке, расположенной рядом с опорной колонной.

Рис.5. Выключатель серии ВВБК, 500 кВ:
1 — шкаф управления; 2 — опорная колонна;
3 — колонка управления; 4 — модуль;
5 — промежуточные изоляторы; 6 — делитель напряжения;
7 — токоведущая перемычка

Рис.6. Дугогасительное устройство выключателя серии ВВБК

На рис.6 приведен разрез дугогасительного устройства выключателя серии ВВБК. Как видно из рисунка, в неподвижные контакты 1 введены каналы дополнительного дутья 2, управляемые клапанами 3 и 4. Вынос продуктов горения из каналов дополнительного дутья происходит через внутренние полости токоведущих стержней вводов. Эффективность дутья резко повышена при незначительно увеличенном расходе воздуха. Дугогасительные контакты выполнены в виде пальцев.

Выключатели серии ВНВ

Выключатели этой серии изготовляет ПО «Уралэлектротяжмаш» для номинальных напряжений от 110 до 1150 кВ. Дугогасительный модуль с двумя разрывами рассчитан на условное напряжение 250 кВ при давлении воздуха 4 МПа. Такой укрупненный по напряжению модуль позволяет уменьшить их число сравнительно с выключателями серий ВВБ и ВВБК. Так, например, выключатели 220 кВ имеют один модуль, выключатели 500 кВ — два и выключатели 750 кВ — три модуля. Каждому модулю соответствует опорная колонна, высота которой определяется номинальным напряжением выключателя. Колонны каждого полюса установлены на общем горизонтальном ресивере с запасом сжатого воздуха, сообщающимся с внутренними полостями колонн и через них — с дугогасительными модулями (рис.7).

Рис.7. Выключатель серии ВНВ, 750 кВ:
1 — ресивер сжатого воздуха; 2 — опорная колонна;
3 — экран; 4 — модуль; 5 — делитель напряжения

Таким образом, фарфоровые колонны должны выдерживать внутреннее давление 4 МПа. С учетом этого требования они усилены встроенными стеклоэпоксидными цилиндрами, стягивающими изоляторы и тем самым увеличивающими их механическую прочность.

В выключателях серии ВНВ применена система управления с механической передачей движения от привода, расположенного у основания выключателя, к подвижным контактам дугогасительного устройства с помощью системы рычагов и тяг, расположенных в ресивере и опорных колоннах.

Рис.8. Схема управления выключателем серии ВНВ

На рис.8 приведена схема управления полюса выключателя 500 кВ с двумя модулями и двумя колоннами. Поскольку модули одинаковы и разрывы симметричны относительно вертикальной оси модуля, на рисунке показан разрез половины модуля.

Модуль состоит из следующих частей: стального корпуса, стеклоэпоксидных вводов с фарфоровым покрытием; контактной системы; сопел; выхлопных клапанов; привода выхлопных клапанов; системы рычагов и тяг.

Привод состоит из поршневого устройства; пусковых клапанов отключения и включения с соответствующими электромагнитами: вспомогательных клапанов.

При подаче команды на отключение срабатывает электромагнит 1 и открывает пусковой клапан отключения 2. Сжатый воздух из ресивера поступает в полость А над поршнем 3 привода полюса. Поршень перемещается вниз и своим штоком 4 воздействует на угловые рычаги 5, связанные металлическими тягами 6 с угловыми рычагами 7 и изоляционными тягами 8. Тяга 8 в каждой колонне соединена со штоком 9, на котором имеется планка (коромысло) 10, соединенная с угловыми рычагами 11. При движении тяги вниз угловые рычаги поворачиваются: левый по часовой стрелке, правый — против часовой стрелки; при этом вертикальные плечи этих же рычагов, соединенные серьгами 12 с подвижными контактами 13, перемещают их вдоль горизонтальной оси модуля навстречу друг другу.

В процессе перемещения подвижного контакта 13 сначала размыкаются главные рабочие контакты 14, а затем дугогасительные 15. Пластины дугогасительных контактов образуют неподвижное сопло, связанное с выхлопной полостью, находящейся при включенном положении выключателя под атмосферным давлением. В самом начале движения контакта 13 (еще до размыкания главных рабочих контактов 14) торец этого контакта отрывается от седла клапана 16, в которое он упирается во включенном положении, и тем самым отделяет заполненную сжатым воздухом полость дугогасительной камеры от внутренней полости контактов, соединенной с атмосферой.

Несколько позднее при размыкании дугогасительных контактов возникает дуга с основаниями на дугогасящей пластине и на внутренней поверхности подвижного контакта 13. Потоком сжатого воздуха она сдувается в сопло неподвижного контакта и в расположенное на оптимальном расстоянии от него подвижное сопло 17. В дальнейшем контакт 13 отходит на полное изоляционное расстояние и прячется за электростатический экран 18.

Одновременно при движении тяги 8 вниз шток 19, являющийся продолжением штока 9, выступом 20 воздействует на рычаг 21, который, поворачиваясь, открывает оперативный клапан 22. При этом сжатый воздух из полости над поршнем 23 привода выхлопных клапанов через змеевик 24 выходит в атмосферу. Поршень 23 освобождает рычаги 25 и 26. Под действием разности давлений в камере и выхлопной полости подвижное сопло 17 движется вправо и своим торцом садится на седло клапана 27, прекращая выхлоп воздуха в атмосферу. Одновременно под действием пружины закрывается выхлопной клапан 28, соединенный металлической тягой 29 и изоляционной тягой 30 с рычагом 26. Истечение воздуха через сопло неподвижного контакта прекращается. На этом процесс отключения заканчивается.

При подаче команды на включение срабатывает электромагнит 31 и открывает пусковой клапан 32, который подает сжатый воздух на поршень клапана 33 и по трубке 34 на поршень 35, закрывающий клапан отключения 2. Клапан отключения закрывается и прекращает подачу воздуха из ресивера в полость А. Одновременно с этим открывается клапан 33 и воздух из полости А вытекает в атмосферу. Под действием включающей пружины 36 шток 19 перемещается вверх, возвращает поршень 3 привода выключателя в исходное положение и смыкает подвижные контакты с неподвижными.

В конце хода подвижный контакт упирается своим торцом в седло клапана 16 и отсекает полость гасительной камеры от атмосферы: одновременно при своем движении шток 19 выступом 20 воздействует на рычаг 21, который, поворачиваясь, закрывает оперативный клапан 22 и подает сжатый воздух на поршень 23 привода выхлопных клапанов. Поршень опускается и своим штоком воздействует на рычаги 25 и 26, которые в свою очередь открывают выхлопные клапаны (клапан 28 и подвижное сопло), соединяя внутренние полости контактов с атмосферой. После снятия командного импульса контактно-сигнальным блоком (на рисунке не показан) и выхода воздуха из полости А в атмосфер) клапаны 32, 33 и поршень 35 возвращаются в исходное положение возвратными пружинами.

Воздухонаполненные вводы прикреплены к металлическому корпусу модуля на петлях и могут поворачиваться в горизонтальной плоскости вместе с токоведущими стержнями и неподвижными контактами, что упрощает ремонт, поскольку отпадает необходимость в дополнительных подъемных устройствах.

Выключатели серии ВВГ-20

Выключатели серии ВВГ предназначены для генераторов; они рассчитаны на номинальное напряжение 20 кВ, номинальный ток 20 кА и номинальный ток отключения 160 кА. Давление воздуха 2 МПа.

Рис.9. Выключатель типа ВВГ-20

Полюс выключателя показан на рис.9,а. Он имеет две главные дугогасительные камеры с разрывами 2 и 3 (рис.9,б), шунтированные резисторами 4 и 5 (по 0,8 Ом каждый), и вспомогательную камеру с разрывом 6, шунтированную резистором 8 (14 Ом), подключенным через искровой промежуток 7.

При отключении выключателя сначала размыкается разъединитель 1. Сжатый воздух поступает из ресивера в главные дугогасительные камеры, а также во вспомогательную камеру. Размыкаются контакты 2 и 3 и гасятся дуги, возникшие в этих разрывах. Размыкается вспомогательный контакт 6; возникшая дуга в зависимости от восстанавливающегося напряжения может погаснуть или без переброса на искровой промежуток 7, или с перебросом, что вызывает подключение резистора 8. После прекращения дутья главные и вспомогательный контакт 6 замыкаются. Размыкается отделитель 9.

При включении выключателя сначала включается отделитель, а затем разъединитель.

Выключатели серии ВВГ-20 предназначены для внутренней установки и требуют усиленной вентиляции помещения.

Подготовка воздуха

Распределительное устройство, оборудованное воздушными выключателями, нуждается в установке для подготовки воздуха высокого давления, его очистки и осушки. Пыль, содержащаяся в воздухе, засоряет клапаны, создает неплотности, снижает разрядное напряжение изоляции. Особенно опасна влага, которая при понижении температуры может конденсироваться в воздуховодах. Зимой в трубах и клапанах возможно образование льда и нарушение проходимости. Стальные части при наличии влаги подвержены коррозии. Конденсация влаги на внутренних поверхностях изоляции снижает ее электрическую прочность и может привести к перекрытию.

Очистка воздуха от пыли производится с помощью фильтров, устанавливаемых на всасывающих патрубках компрессоров. Применение получили масляные (висциновые) фильтры, которые имеют ряды металлической сетки, смоченной маслом с низкой температурой замерзания. При прохождении воздуха через фильтр пыль оседает па поверхности масла.

Осушка воздуха производится термодинамическим способом: воздух подвергают сжатию до давления, превышающего номинальное давление сети не менее чем в 2 раза. С этой целью применяют компрессоры, обеспечивающие соответствующее давление. При сжатии воздуха температура его повышается. При последующем охлаждении до начальной температуры большая часть пара конденсируется. Образовавшуюся в охлаждающем змеевике воду спускают. После этого воздух подвергают расширению через редукционный клапан, чтобы снизить давление до рабочего. Вследствие увеличения объема воздуха его относительная влажность, представляющая собой отношение массы водяного пара, содержащегося в воздухе, к максимально возможному содержанию его, т.е. массе насыщенного пара в том же объеме при заданной температуре, уменьшается пропорционально уменьшению давления. Следовательно, относительная влажность воздуха после его расширения получается равной 0,5 и опасность конденсации водяного пара значительно снижается.

Для надежной работы выключателей осушка воздуха описанным способом недостаточна, поскольку колебания температуры при наружной установке значительны. Приходится принимать меры к дальнейшему уменьшению содержания влаги с помощью адсорбентов, т.е. веществ, обладающих способностью поглощать влагу. К ним относятся силикагель (SiO•Н₂0), алюмогель (Аl₂0₃хН₂0) и др. Адсорбенты удерживают влагу в порах, не вступая в химическое соединение. Регенерацию использованного адсорбента осуществляют периодически путем нагревания его в течение нескольких часов.

Осушка воздуха термодинамическим способом с последующей обработкой его адсорбентами позволяет получить воздух с ничтожным содержанием водяного пара, при котором точка росы лежит значительно ниже минимальной температуры воздуха летом и зимой.

В качестве компрессоров используют многоступенчатые компрессоры двойного действия с воздушным охлаждением и приводом от асинхронных электродвигателей.

Воздуховоды изготовляют из стальных труб с антикоррозийным покрытием во избежание образования ржавчины, которая может быть занесена в выключатели.

Воздухоприготовительная установка электростанции обычно состоит из трех блоков, каждый из которых может работать самостоятельно. Между блоками предусматривают перемычки с соответствующими запорными вентилями, позволяющими в случае необходимости подавать воздух в ресивер одного блока от компрессора другого блока. Установка полностью автоматизирована. Компрессоры работают периодически. Пуск осуществляется от контактных манометров при понижении давления в ресиверах высокого давления. Подача воздуха через редукционные клапаны в ресиверы рабочего давления производится также автоматически при понижении давления в последних.

Достоинство воздушных выключателей по сравнению с масляными заключается в их быстродействии. Однако воздушные выключатели значительно сложнее масляных и имеют большую стоимость.

В последнее время заметна тенденция к замене части воздушных выключателей элегазовыми. Так, например, воздушные выключатели 110 и 220 кВ нормального климатического исполнения сняты с производства и заменены элегазовыми.



Высоковольтные выключатели: виды и применение

Содержание:

1. Классификация высоковольтных выключателей
2. Основные требования к высоковольтным выключателям
3. Баковые и маломасляные выключатели
4. Выключатели воздушные
5. Элегазовые высоковольтные выключатели
6. Выключатели вакуумного типа

С помощью высоковольтных выключателей выполняется оперативное включение и отключение оборудования энергетической системы, а также ее отдельные цепи в случае ручного или автоматического управления в аварийном или нормальном режиме. В конструкцию стандартного выключателя входит корпус, контактная система, токоведущие части, устройство для гашения дуги, приводной механизм.

Классификация высоковольтных выключателей

Все высоковольтные выключатели классифицируются по различным параметрам. В зависимости от способа гашения дуги, они могут быть автогазовыми и автопневматическими, вакуумными, воздушными, а также масляными и электромагнитными.

По своему назначению эти устройства классифицируются следующим образом:

• Сетевые. Используются в электрических цепях с напряжением 6 кВ и выше. Основной функцией является пропуск и коммутирование тока в обычных условиях или в ненормальной ситуации в течение установленного времени, например, при коротких замыканиях.
• Генераторные. Предназначены для работы с напряжением 6-20 кВ. Применяются в цепях электродвигателей с высокой мощностью, генераторов и других электрических машин. Пропускают и коммутируют ток не только в обычном рабочем режиме, но и в условиях пуска и коротких замыканий. Отличаются большим значением тока отключения, а номинальный ток может составлять до 10 тыс. ампер.
• Устройства для электротермических установок. Рассчитаны на значение напряжений от 6 до 220 кВ и применяются в цепях с крупными электротермическими установками. Как правило, это рудотермические, сталеплавильные и другие печи. Могут пропускать и коммутировать ток в различных эксплуатационных режимах.
• Выключатели нагрузки. Их основное назначение состоит в работе с обычными номинальными токами, они используются в сетях с напряжением от 3 до 10 кВ и осуществляют коммутацию незначительных нагрузок. Данные устройства не рассчитаны на разрыв сверхтоков.
• Реклоузеры. Подвесные секционные выключатели, управляемые дистанционно. Они снабжены защитой и предназначены для установки на опорах воздушных линий электропередачи.

Высоковольтный выключатель может устанавливаться разными способами. С соответствии с этим они бывают опорными, подвесными, настенными, выкатными. Кроме того, эти приборы могут встраиваться в КРУ – комплектные распределительные устройства.

Основные требования к высоковольтным выключателям

Все коммутирующие устройства, работающие с высокими токами, должны обладать следующими качествами:

• Быть надежными и безопасными для персонала и других лиц.
• Обладать быстродействием, затрачивая минимальное время на отключение.
• Простой монтаж и удобное дальнейшее обслуживание.
• Низкий уровень шума в процессе работы.
• Относительно небольшая стоимость, оптимальное соотношение цены и качества.

Наиболее распространенные конструкции высоковольтных выключателей следует рассмотреть более подробно.

Баковые и маломасляные выключатели

Оба устройства представляют собой масляные типы высоковольтных выключателей. Деионизация дуговых промежутков в каждом из них осуществляется одними и теми же методами. Они отличаются друг от друга лишь количеством используемого масла, а также способами, с помощью которых контактная система изолируется от заземленного основания.

Баковые устройства в настоящее время сняты с производства, поскольку у них имелись серьезные недостатки. Уровень масла в баке требовалось постоянно контролировать. Оно использовалось в большом объеме, из-за чего замена масла отнимала много времени. Эти приборы относились к категории взрыво- и пожароопасных и не могли устанавливаться внутри помещений.

На смену им пришли маломасляные или горшковые выключатели, рассчитанные на все виды напряжений. Они могут устанавливаться в любые распределительные устройства, как закрытого, так и открытого типа. Масло в данном случае выступает прежде всего в качестве дугогасящей среды и лишь частично выполняет функции изоляции между разомкнутыми контактами.

Токоведущие части изолируются между собой с помощью фарфора и других твердых изолирующих материалов. Выключатели для внутренней установки оборудованы контактами, помещенными в стальной бачок или горшок. Эта конструктивная особенность дала название всему устройству. В зависимости от модели, приводы высоковольтных выключателей могут различаться между собой.

Приборы, рассчитанные на работу при напряжении 35 кВ, помещаются в фарфоровом корпусе. Наибольшее распространение получили подвесные устройства ВМГ-10 и ВМП-10 на 6-10 кВ. У них крепление корпуса осуществляется с помощью фарфоровых изоляторов к основанию, общему для всех полюсов. В свою очередь, каждый полюс оборудуется одним разрывом контактов и камерой для гашения дуги.

При работе с большими номинальными токами недостаточно одной пары контактов, которые одновременно являются рабочими и дугогасительными. Поэтому снаружи выключателя отдельно устанавливаются рабочие контакты, а внутри металлического бачка – дугогасительные.

Маломасляные выключатели используются в закрытых распределительных устройствах на подстанциях и электростанциях напряжением 6, 10, 20, 35 и 110 кВ. Кроме того, они устанавливаются в комплектных и открытых распределительных устройствах.

Выключатели воздушные

Для гашения дуги в выключателях воздушного типа используется сжатый воздух под давлением 2-4 Мпа. Дугогасительное устройство и токоведущие части изолируются с помощью фарфора и других аналогичных материалов. Воздушные выключатели конструктивно различаются между собой в зависимости от таких факторов, как номинальное напряжение, способ подачи сжатого воздуха и других.

Устройства высокого номинального тока, аналогично маломасляным выключателям, оборудованы главным и дугогасительным контурами. При включении основной ток попадает на главные контакты, расположенные открыто. После отключения они размыкаются первыми и далее ток попадает уже на дугогасительные контакты, расположенные в другой камере. Непосредственно перед их размыканием из резервуара в камеру осуществляется подача сжатого воздуха, гасящего дугу, в продольном или поперечном направлении.

В отключенном положении между контактами создается изоляционный зазор необходимых размеров. С этой целью контакты разводятся на достаточное расстояние. Выключатели для внутренней установки рассчитаны на ток до 20 тыс. ампер и напряжение 10-15 кВ. Они имеют отделитель открытого типа, после отключения которого сжатый воздух перестает поступать в камеры и происходит замыкание дугогасительных контактов.

Типовая конструктивная схема воздушного выключателя состоит из дугогасительной камеры, резервуара со сжатым воздухом, главных контактов, шунтирующего резистора, отделителя и емкостного делителя напряжения на 110 кВ, обеспечивающего два разрыва на фазу. В выключателях открытой установки, рассчитанных на напряжение 35 кВ, вполне достаточно одного разрыва на фазу.

Элегазовые высоковольтные выключатели

Элегазом называется смесь серы и фтора в определенной пропорции. В результате образуется инертный газ с плотностью выше чем у воздуха примерно в 5 раз и электрической прочностью в 2-3 раза больше воздушной.

Данный вид выключателей, используя элегаз, способен погасить дугу, ток которой примерно в 100 раз выше тока, отключаемого в обычном воздухе, в тех же самых условиях. Такая способность объясняется возможностями молекул улавливать электроны, находящиеся в дуговом столбе, с одновременным созданием относительно неподвижных отрицательных ионов. При потере электронов дуга становится неустойчивой и очень легко гаснет. Если элегаз подается под давлением, то электроны из дуги поглощаются еще быстрее.

Конструкция элегазового выключателя включает в себя корпус с тремя полюсами, наполненный элегазом. Внутри создается низкое избыточное давление в пределах 1,5 атмосфер. Сюда же входит механический привод и передняя панель привода, где находится рукоятка ручного взвода пружин. Устройство дополнено высоковольтными силовыми контактными площадками и разъемом для подключения вторичных коммутационных цепей.

Выключатели вакуумного типа

Вакуум обладает электрической прочностью, многократно превышающей этот показатель у масла, элегаза и других сред, используемых в высоковольтных выключателях. Здесь увеличивается средний свободный пробег электронов, молекул, атомов и ионов при снижении давления.

Вакуумная камера включает в себя подвижный и неподвижный контакты, помещенные в плотную оболочку из керамического или стеклянного изоляционного материала. Сверху и снизу установлены металлические крышки и общий металлический экран. Подвижный контакт перемещается относительно неподвижного контакта с помощью специального сильфона. К выводам камеры подключается главная токоведущая цепь выключателя.

Вакуумный выключатель работает в следующем порядке.

• В исходном положении контакты находятся разомкнутыми, поскольку на них через тяговый изолятор воздействует отключающая пружина.
• Под действием приложенного к катушке электромагнита напряжения со знаком «плюс», в зазоре магнитной системы происходит нарастание магнитного потока.
• Поток воздействует на якорь с силой, превышающей усилие отключающей пружины, после чего начинается движение якоря вверх совместно с тяговым изолятором и подвижным контактом вакуумной камеры.
• Пружина отключения сжимается, в катушке возникает противо-ЭДС, снижающая ток и препятствующая его дальнейшему нарастанию.

Высокая скорость движения якоря исключает появление пробоев и шума работы контактов. Когда контакты замыкаются, якорь резко замедляет движение, поскольку на него начинает действовать пружина дополнительного поджатия контактов. Однако, по инерции он все равно двигается вверх, сжимая пружины отключения и дополнительного поджатия контактов. Чтобы отключить устройство к выводам катушки прикладывается напряжение с отрицательной полярностью.

Типы высоковольтных выключателей

Выключатели среднего и высокого напряжения с большим током отключения используются на электрических станциях и подстанциях. Они представляют собой сложную конструкцию, управляемую электромагнитными, пружинными, пневматическими или гидравлическими приводами.

По способу гашения дуги выключатели делятся на:

1. Элегазовые выключатели

Рисунок 1 – Конструкция элегазового выключателя

Элегазовый выключатель работает за счет изоляции фаз между собой с помощью газа(обычно используется электропроточный газ SF6 – так называемый «элегаз»). При поступлении сигнала отключения оборудования контакты камер размыкаются. Они создают электрическую дугу, которая размещается в газовой среде. Дуга разделяет газ на отдельные компоненты, а высокое давление в резервуаре способствует ее гашению.

Преимущества:

• Многофункциональность(может использоваться при любом напряжении)
• Высокая скорость срабатывания
• Возможность использования в критических ситуациях(пожар, землетрясение)
• Большой срок службы

Недостатки:

• Большая цена конструкцииНевозможность работы при низких температурах
• Сложность обслуживания
• Необходимость установки специального фундамента для такой конструкции

2. Вакуумные выключатели

Рисунок 2 – Конструкция вакуумного выключателя

Принцип действия вакуумного выключателя основывается на высокой диэлектрической прочности вакуума и его диэлектрических свойствах. В момент размыкания контактов в промежутке между ними возникает дуга за счет испарения металла с их поверхности. При переходе тока через ноль вакуум восстанавливает диэлектрические свойства и дуга больше не возникает.

Рисунок 3 – Принцип работы вакуумного выключателя

Преимущества:

• Простота конструкции и ремонта
• Возможность работы не только в горизонтальном положении
• Надежность и длительный срок эксплуатации
• Компактность
• Низкая пожароoпасность

Недостатки:

• Небольшой ресурс при КЗ
• Опасность возникновения коммутационных перенапряжений
• Высокая стоимость

3. Масляные выключатели

Рисунок 4 – Конструкция масляного выключателя

В дугогасительных устройствах масляных выключателей гашение дуги происходит при помощи ее эффективного охлаждения в потоке газа и пара, вырабатываемого при разложении и испарении масла

Преимущества:

• Надежность
• Простота конструкции и эксплуатации
• Прочность

Недостатки:

• Большие габариты
• Пожароопасность
• Сложность при установке

4. Воздушные выключатели

Рисунок 5 – Конструкция воздушного выключателя

Принцип работы воздушного выключателя состоит в гашении дуги с помощью скоростного потока сжатого воздуха, направляемого в дутьевые каналы. Под действием воздушного потока дуга растягивается и направляется в дутьевые каналы, где окончательно гасится.

Преимущества:

• Высокая скорость срабатывания
• Высокая пожаробезопасность
• Большой срок службы

Недостатки:

• Высокая стоимость оборудования и установки(компрессоры, ресиверы и т.д.)
• Необходимость регулярного обслуживания

5. Выключатели нагрузки

Выключатель нагрузки — высоковольтный коммутационный аппарат, который занимает промежуточное положение между разъеденителем и выключателем по уровню допустимой нагрузки комутационных токов. Способен отключать без повреждения как номинальные нагрузочные токи, так и сверхтоки при аварийных режимах. Выключатель нагрузки допускает коммутацию номинального тока, но не рассчитан на разрыв токов КЗ.

По принципу гашения дуги выключатели нагрузки классифицируются:

• Автогазовые(самый распространенный тип)
• Вакуумные
• Элегазовые
• Воздушные
• Электромагнитные

В распределительных сетях наиболее распространены конструкции выключателей нагрузки (ВНР, ВНА, ВНБ) с гасительными устройствами газогенерирующего типа.

Рисунок 6 – Выключатель нагрузки с гасительными устройствами газогенерирующего типа (BH) а – общий вид выключателя; б – гасительная камера

Как видно по рисунку, устройство основано на элементах трехполюсного разъединителя для внутренней установки. На опорных изоляторах разъединителя укреплены гасительные камеры. Но привод разъеденителя изменен для того, чтобы обеспечить достаточную скорость срабатывания при включении и отключении.

В положении «включено» ножи входят в гасительные камеры. Контакты разъединителя и скользящие контакты гасительных камер замкнуты. При отключении тока сначала отключаются контакты разъединителя, затем ток смещается через вспомогательные ножи в гасительные камеры. После этого размыкаются контакты в камере. Зажигаются дуги, которые гасятся в потоке газов, являющихся продуктами разложения вкладышей из оргстекла, находящихся в камере.
В положении «отключено» вспомогательные ножи находятся вне гасительных камер, обеспечивая достаточные изоляционные разрывы.

Заключение

Учитывая современные тенденции развития коммутационного оборудования, наиболее выгодными для использования являются элегазовые выключатели. Их основные достоинства обусловлены свойствами элегазов, т.к. при атмосферном давлении их диэлектрическая прочность в 3 раза больше, чем у воздуха, а при повышенном давлении больше, чем у трнасформаторного масла.

Также большими перспективами обладают и вакуумные аппараты благодаря большой скорости коммутации токов, малому весу и габаритам.
В современных условиях крайне важно уделять внимание вопросам модернизации оборудования или его замены. Для того, чтобы обеспечивать достаточную безопасность и стабильность работы систем необходимо своевременно обслуживать и заменять высоковольтное оборудование.

Список литературы

1. Л.Д.Рожкова;В.С.Козулин «Электрооборудование станций и подстанций »;второе издание,1980 г.
2. Б.Н.Неклепаев «Электрическая часть электростанций и подстанций »; 2-е издание, переработанное и дополненное
3. ГОСТ 19431-84 «Энергетика и электрификация. Термины и определения»

Воздушные выключатели

В воздушных выключателях гашение дуги происходит сжатым воздухом, а изоляция токоведущих частей и дугогасительного устройства осуществляется фарфором или другими твердыми изолирующими материалами.

Конструктивные схемы воздушных выключателей различны и зависят от их номинального напряжения, способа создания изоляционного промежутка между контактами в отключенном положении и способа подачи воздуха в дугогасительное устройство.

Воздушные выключатели выполняются на генераторные напряжение 15 кВ и 20 кВ и ток до 20000А (серии ВВГ), на 35 кВ (ВВЭ-35-20/1600У3)

На напряжение 110 кВ и выше много различных серий выключателей: ВВ, ВВН, ВВБ, ВВБК (крупномодульный).

Рассмотрим воздушные выключатели серии ВНВ: они имеют укрупненный двухразрывный дугогасительный модуль на напряжение 220 — 250 кВ. Все выключатели этой серии на 110— 1150 кВ компонуются из резер­вуара со шкафом управления и опорной изоляционной колонки, на который смонтирован дугогасительный модуль. Полюс выклю­чателя на 220 кВ имеет одну опорную колонку с одним двухразрывным модулем (рис. 4.42), на 500 кВ — две опорные колонки и два модуля, на 750 кВ — три колонки и три модуля, на 1150 кВ — пять колонок и пять модулей. Полюс выключателя на 110 кВ имеет одноразрывный модуль.

Рис. 4.42. Полюс воздушного выключателя ВНВ-220: 1 — резервуар; 2 — изолятор; 3 — механизм привода; 4 — блок шунтируюших резисторов; 5 — камера гасительная; 6 — изолирующий ввод; 7 — конденсатор

Дугогасительный модуль — это двухразрывная камера, контакт­ная система которой находится постоянно в среде сжатого воздуха (4 МПа) как во включенном, так и в отключенном положе­нии. Контакты смонтированы в металлическом резервуаре, на котором установлены контейнеры с шунтирующими резистора­ми 4 и коммутирующими их механизмами, также заполненные сжатым воздухом. Токоведущие части присоединены к контакт­ной системе с помощью изолирующих вводов 6. Гашение дуги в камере осуществляется двусторонним дутьем сжатым воздухом, вбрасываемым через внутренние полости контактов и выхлопные клапаны в атмосферу. Контакты имеют двукратное движе­ние: при гашении дуги разрыв между контактами имеет минимальное значение, чем обеспечивается интенсивное дутье, пос­ле окончания гашения дуги подвижный контакт перемещается на максимальное расстояние, обеспечивая необходимую элект­рическую прочность.

Пневмомеханическое устройство, примененное в выключателе ВНВ, уменьшает собственное время отключения до 0,02 — 0,025 с

Распределение напряжения между дугогасительными разрыва­ми осуществляется с помощью параллельно включенных конден­саторов 7.

Все фарфоровые покрышки разгружены от воздействия сжа­того воздуха и динамических нагрузок стеклоэпоксидными ци­линдрами.

Кроме выключателей на опорных изоляторах разработаны кон­струкции подвесных выключателей с модулями серии ВНВ, ко­торые обеспечивают значительную экономию площади ОРУ.

Выключатели серии ВНВ рассчитаны на ток отключения 40—63 кА.

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.

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

УСТРОЙСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Высоковольтные выключатели относятся к классу коммутационных устройств, использующихся в электрических сетях напряжением выше 1000 В.

Главным их отличием от других коммутационных аппаратов – разъединителей, отделителей, высоковольтных выключателей нагрузки, является способность разрывать электрические цепи при протекании аварийных сверхтоков.

Основу выключателя составляет его контактная система, особая конструкция которой и обеспечивает возможность коммутации токов большой величины вплоть до аварийных при номинальном напряжении сети, достигающем 1000 кВ и выше.

Примечание.

В 80-х годах прошлого века в рамках создания сверхмощного энергетического моста «Сибирь – Центр», а именно, для ЛЭП – 1150 кВ переменного тока «Экибастуз – Кокшетау» в Казахстане, НПО «Уралэлектротяжмаш» разработало и изготовило уникальные воздушные коммутаторы ВНВ-1150.

Проект в целом не оказался успешным, в настоящее время линия работает под напряжением 500 кВ, но, тем не менее, такое оборудование существует. Что касается электрических сетей постоянного тока, самая высоковольтная линия, соответственно и аппаратура, работающая на ней, имеет напряжение 1330 кВ. Линия находится в США и работает в сети «Pacific Intertie».

Назначение высоковольтных выключателей заключается в выполнения следующих функций:

• производство оперативных переключений с целью изменения схемы электрической сети;
• автоматическая коммутация в результате работы устройств релейной защиты и системной автоматики.

К основным техническим параметрам коммутационный приборов относятся:

• время его отключения;
• отключающая способность, выраженная максимальным значением разрываемого тока;
• время восстановления готовности привода высоковольтного выключателя к повторному включению.

Для проверки рабочих параметров коммутационных аппаратов осуществляются испытания высоковольтных выключателей с использованием специальных приборов контроля.

ТИПЫ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Основной задачей высоковольтного прибора коммутации является гашение электрической дуги при отключении электрической нагрузки. Для успешного выполнения этой функции применяются различные технологические решения. Базовый принцип классификации высоковольтной коммутационной аппаратуры основан на применяемых способах решения этой задачи.

В соответствии с этим принципом приборы коммутации могут относиться к одному из следующих типов:

• масляные, главная контактная группа которых погружена в масло;
• воздушные, осуществляющие гашение дуги воздушным потоком;
• вакуумные, использующие электрическую прочность разрежённого газа;
• элегазовые, в которых применяется специальный электропрочный газ SF6.

МАСЛЯНЫЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Существуют конструктивные разновидности аппаратов данного типа. Так, устройства, коммутация всех трёх фаз которых происходит в одном общем объёме, заполненном маслом, называются однобаковыми.

Такие конструкции характерны для масляных коммутаторов напряжением до 20 кВ. В другом, трёхбаковом варианте исполнения контакт каждой фазы находится в отдельной ёмкости с маслом.

Гашение дуги осуществляется благодаря изоляционным свойствам применяемого трансформаторного масла и особой конструкции контактов, создающих несколько разрывов в каждой фазе. Баковые конструкции характеризуются внушительными размерами масляных баков и большим объёмом заливаемого масла, которое кроме дугогашения играет роль основной изоляции.

Другая разновидность высоковольтных масляных аппаратов, представлена маломасляными или горшковыми моделями. Они более компактны и требуют значительно меньше масла, выполняющего исключительно дугогасительные функции. Роль основной изоляции играют твердотельные материалы – фарфор или полимеры.

К недостатку всех типов масляных коммутационных аппаратов следует отнести небольшой ресурс работы заливаемого масла, которое довольно быстро разлагается в процессе гашения электрической дуги.

Кроме этого, масло обладает гигроскопичностью, абсорбируя влагу из воздуха. В процессе эксплуатации требуется осуществление регулярного контроля качества масла путём проведения лабораторных анализов.

При отклонении рабочих характеристик масла от нормы необходимо производить процедуры его осушки, очистки и регенерации с использованием специализированного оборудования.

ВОЗДУШНЫЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Применяются воздушные аппараты преимущественно в открытых распределительных устройствах (ОРУ) электрических подстанций. Связано это с их внушительными габаритами и необходимостью наличия компрессорного хозяйства с сетью воздуховодов высокого давления.

Воздушные приборы коммутации разделяются на два подтипа – аппараты с отделителем и без отделителя. В дугогасительной камере воздушных аппаратов первого подтипа располагаются основные контакты, разрывающие электрическую дугу.

В каждом из полюсов последовательно с дугогасительными контактами располагается отделитель – контакт, обеспечивающий разрыв полюса в отключенном положении.

При отключении привода воздушного аппарата открывается пневмоклапан, подающий воздух на приводные поршни дугогасительных контактов. Перемещение поршня вызывает их размыкание, а также открывает клапан, обеспечивающий поступление сжатой воздушной струи в дугогасительные камеры.

Создаваемое воздушное дутьё гасит дугу, после чего происходит разъединение контактов отделителя. После прекращения воздушной подачи дугогасительные контакты возвращаются в замкнутое состояние, и разрыв полюсов в отключенном положении обеспечивается только контактной группой отделителей.

В воздушных моделях без отделителей главная контактная группа выполняет функции как дугогашения, так и создания разрыва при отключении.

Воздушные приборы относятся к устаревшему виду коммутационного оборудования. В силу своих габаритов и потребности во вспомогательных системах они не вписываются в компоновку современных распределительных устройств.

ВАКУУМНЫЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

В основе конструкции вакуумных высоковольтных коммутаторов лежит идея использования разрежённой воздушной среды не склонной к ионизации, для гашения электрической дуги, которая возникает при разрыве токовой цепи.

При высокой степени разрежения количество вещества, находящегося в вакуумной камере выключателя настолько мало, что горение электрической дуги может поддерживаться только за счёт эмиссии электронов с поверхности металлических контактов.

В результате гашение дуги в вакуумной камере происходит в течение первого полупериода при прохождении значения переменного тока через ноль.

Ключевыми элементами вакуумных коммутационных аппаратов являются вакуумные камеры, представляющие собой неразборные узлы.

Необходимый уровень разрежения воздуха внутри вакуумной камеры создаётся на заводе при её изготовлении и не требует корректировки в процессе эксплуатации. Это обстоятельство делает вакуумный вид коммутационной аппаратуры привлекательным с точки зрения удобства в эксплуатации.

Вакуумная коммутационная аппаратура обладает целым рядом преимуществ, среди которых:

• малые габаритные размеры, позволяющие встраивать вакуумные выключатели в ячейки различного типа;
• низкие затраты на проведение технического обслуживания;
• высокая надёжность вакуумного оборудования;
• низкая степень пожароопасности.

ЭЛЕГАЗОВЫЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Применение шестифтористой серы SF6, именуемой элегазом в качестве среды для гашения дуги позволило существенно уменьшить габариты дугогасительных камер и упростить конструкцию контактных групп элегазовых выключателей. Элегазовые коммутационные аппараты имеют баковую или колонковую конструкцию.

Элегазовая аппаратура наряду с вакуумной постоянно наращивает своё присутствие на рынке электротехнических устройств и относится к одному из самых перспективных направлений развития отрасли.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов