Приводы высоковольтных выключателей. Их устройство и назначение

Для управления высоковольтными выключателями служат приводы, которые осуществляют ручное, дистанционное или автоматическое включение и отключение.

Приводы высоковольтных выключателей разделяют на пневматические, грузовые и пружинные, ручные, электродвигательные и электромагнитные. По роду действия приводы бывают косвенного и прямого действия.

В приводах прямого действия движение включающего устройства передается непосредственно на приводной механизм в момент подачи импульса от источника энергии. Такие устройства потребляют много энергии.

В приводах косвенного действия энергия, необходимая для включения, предварительно запасается в специальных устройствах: грузах, маховиках, пружинах и прочих устройствах.

В ручных же приводах применяют мускульную силу человека. Это самые дешевые и простые приводы прямого действия. Они применимы к небольшим масляным выключателям с усилиями для включения не более 25 кг и токами ударного короткого замыкания не более 30 кА.

Ниже показан общий вид ручного автоматизированного привода типа ПРБА:

Привод состоит из корпуса и встроенного в него механизма, который управляется с помощью внешнего рычага управления. В релейную коробку встраивается реле максимального тока и реле минимального напряжения, которые отслеживают аварийные режимы в сети и производят отключения высоковольтного выключателя. Таким образом, выключение высоковольтного выключателя может производиться либо автоматически, под действием аппаратов защиты, либо вручную, с помощью ручки управления. Включения производится только вручную.

ПРБА снабжается указателем для сигнализации включения/отключения высоковольтного выключателя (блинкером).

Повышение надежности электроснабжения и повсеместная автоматизация потребовали создания специальных схем автоматического ввода резерва (АВР), автоматического повторного включения (АПВ) и других схем. Выполняют эту задачу пружинные и грузовые приводы косвенного действия. Достоинство их состоит в том, что они просты, удобны в обслуживании, имеют довольно малую потребляемую мощность и надежно работают как на оперативном постоянном, так и на переменном токе. С их помощью можно производить дистанционное и ручное управление,  а также автоматическое подключение резервных линий и трансформаторов и их повторное включение. Возможность приводов работать на переменном токе исключает необходимость установки на подстанциях аккумуляторных батарей или других источников постоянного тока.

На рисунке ниже показан общий вид универсального пружинно-грузового привода типа УПГП:

Привод состоит из следующих элементов:

• Механизма свободного расцепления и отключения;
• Механизм отключения под воздействием реле и электромагнитов отключения;
• Механизм включения;
• Механизм запуска устройства повторного включения;
• Кнопки для ручного управления;
• Счетчик количества отключений;
• Механизм блок контактов для сигнализации положения масляного выключателя и аварийного отключения;

Для взвода пружины привод снабжается небольшим электродвигателем на 220 В или 110 В постоянного или переменного тока.

Пружинные приводы (ПП и ППМ) по принципу действия отличаются от грузовых приводов тем, что вместо груза в них используется стальная мощная спиральная заводная пружина, монтируемая внутри обвода штурвала выключателя. Для включения выключателя пружина в устройстве типа ПП предварительно заводится поворотом штурвала. В устройствах типа ППМ завод пружины может осуществляться дистанционно при помощи небольшого электродвигателя или вручную. Пружинные приводы выполняют те же операции, что и грузовые или пружинно-грузовые.

Ручные, грузовые и пружинные механизмы получили широкое применение на городских распределительных пунктах и подстанциях промышленных предприятий, имеющих высоковольтные выключатели. На городских питающих центрах и электрических станциях высоковольтные выключатели снабжаются обычно электромагнитными (соленоидными) устройствами типа ПС.  Как и для всех устройств прямого действия, им нужен значительный ток (для некоторых типов 100 А и больше), особенно в момент включения. Их достоинство в простоте конструкции и надежности работы, также они могут обеспечить любые схемы защиты. Однако их изготавливают для работы на постоянном токе. Это связано с тем, что аналогичные механизмы переменного тока имеют большие габариты, токи включения, а также имеют сложную и дорогую конструкцию.

РостЭнергоСтрой- поставка высоковольтных выключателей и приводов : Страницы / Приводы выключателей

Защита электромагнитов привода выключателя | Проект «РЗА»

В прошлой статье мы поговорили о реле РПО и РПВ, в этой давайте остановимся еще на одной смежной теме — защита электромагнитов привода выключателя от длительного протекания токов.

Для начала определимся зачем их защищать?

Электромагниты (соленоиды) привода выключателя рассчитаны на кратковременную работу. В соответствии с ГОСТ 52565-2006 (п.6.3.2.) время работы любого электромагнита под  напряжением 1,1*Uном. должно быть не менее 10-15 с (для различных условий разные времена). После этого он имеет полное право сгореть, что скорее всего и произойдет, если цепь управления не будет обесточена.

Зачем делать электромагниты привода на малое время работы?

Дело в том, что эти элементы должны обеспечивать быструю механическую операцию — освобождение защелки пружины. На эту операцию нужно определенное усилие, которое создается за счет «форсировки» электромагнита повышенным током. Другими словами сопротивление электромагнита специально делают меньше нормального для данного класса напряжения, чтобы создать повышенную мощность в первый момент. При этом начинает протекать повышенный ток, который электромагнит способен выдерживать только кратковременно. Если ток протекает длительное время, то электромагниту становится плохо.

Это решение абсолютно оправдано потому, что операция отключения и включения (для пружинных приводов) производится за короткое время. Например, для выключателя ВВУ-СЭЩ-П-10 собственное время включения составляет 0,05 с, а отключения — 0,03 с.

При нормальных условия ток в цепи управления рвется соответствующим блок-контактом. Например, для Рис.1 операция отключения происходит следующим образом:

Рис. 1 Схема управления пружинным приводом (с сайта www.electroshield.ru)

• Контакт реле КСТ (реле команды отключить) подает напряжение на электромагнит отключения YAT. В цепи отключения начинает протекать ток, величина которого зависит от типа электромагнита. Обычно это 1, 2,5 или 5 А.
• Электромагнит YAT под действием данного тока создает усилие, которое обеспечивает срыв защелки пружины отключения. Пружина разряжается и отключает выключатель
• Блок-контакт Q1(13-14) меняет свое положение на противоположное (разомкнутое) и обесточивает цепь отключения, снимая напряжение с электромагнита. Контакт реле KСТ возвращается в исходное положение (разомкнутое) после возврата защиты присоединения (так как выключатель отключил КЗ)

Операция включения производится аналогично.

Однако, если по какой-то причине блок-контакт Q1 не разорвал цепь управления, ток через электромагнит продолжит протекать и приведет к его повреждению.

Причины могут быть разные, например, заклинивание механической части привода или проворот блок-контакта на валу привода. В любом случае это приведет к печальным результатам.

Почему нельзя отключить ток электромагнита контактом реле KСТ?

Потому, что обычно цепи управления выполняются на постоянном оперативном токе. Контакты обычного реле просто не способны разорвать постоянный ток даже величиной в 1 А, про 2,5 и 5 А нечего и говорить.

Кстати, в том числе и по этой причине устанавливают промежуточные реле между терминалом и приводом выключателя, а сам терминал снабжают специальным алгоритмом удержания команды управления до подтверждения ее исполнения (через фиксацию РПВ/РПО или контроль тока/напряжения на соответствующей цепи).

Рис.2  Алгоритм удержания реле Отключить до прихода РПО в блоке БМРЗ-152-КСЗ (с сайта www.mtrele.ru)

Как защитить электромагниты при нештатной операции управления?

Существует 2 способа.

1-ый способ.  Воздействие на автомат защиты цепей управления

Автомат SF1 рассчитан на отключение токов КЗ в сети постоянного тока и, конечно, он сможет разорвать номинальный ток цепи управления, если на него подать соответствующую команду отключения.

Для этого, во-первых, сам автомат должен иметь независимый расцепитель. Во-вторых, терминал РЗА должен уметь определять режим нештатной ситуации и отдавать эту команду на автомат (через независимый расцепитель)

Рис.3  Воздействие защиты электромагнитов выключателя на автомат питания цепей привода

Для контроля длительности протекания тока через электромагнит можно использовать 2 принципа:

— контроль тока при помощи токового реле, которое замыкает свой контакт всякий раз, когда ток появляется и размыкает, когда ток исчезает. Этот контакт можно завести на дискретный вход терминала управления выключателем, а в логической части установить таймер, например 3 с. По истечению этого времени, если сигнал на дискретном входе не исчез, терминал замыкает свое выходное реле и выдает команду на отключение цепей привода, через автомат SF1

Рис.4  Защита электромагнитов при помощи токовых реле в цепях привода

Количество токовых реле равно количеству электромагнитов выключателя. Для выключателей 110 кВ и выше, где обычно применяется эта защита, таких реле нужно установить три (для ЭВ, ЭО1, ЭО2).

Для унификации решений по различным типам приводов (например, при разработке типовых шкафов РЗА) можно использовать настраиваемое реле ABB CM-SRS.12, с регулировкой тока

Реле тока

Рис.5  Реле фиксации тока пр-ва АВВ

 

— второй способ состоит в измерении падения напряжения на специальном шунте/наборе шунтов

При этом во всех цепях управления устанавливаются низкоомные резисторы, которые создают небольшое падение напряжения, при протекании рабочего тока электромагнита. Это падение и фиксирует специальный дискретный вход терминала, запуская алгоритм защиты электромагнита, аналогичный описанному выше (с токовыми реле).

Впервые такой способ фиксации тока, если я не ошибаюсь, был применен в терминалах производства НПП ЭКРА. Правда, в настоящее время ЭКРА использует другой способ, аналогичный токовым реле (через специальный блок контроля тока)

В терминалах БМРЗ производства НТЦ «Механотроника», аналогичные дискретные входы, позволяют, в том числе, записывать напряжение на резисторе при коммутации выключателя, как любой другой аналоговый сигнал. Это напряжение может быть использовано как дополнительный фактор для анализа состояния электромагнитов (величина напряжения, длительность, фронт и т.д.) при составления плана ремонта оборудования

Рис.6  Контроль тока через ЭО при помощи спец. дискретного входа в блоке БМРЗ-ТР пр-ва НТЦ «Механотроника»

2-ой способ. Установка мощных контакторов постоянного тока

Этот способ часто применялся в шкафах пр-ва АББ Автоматизация.

Его суть состоит в том, что команда на включение/отключение выключателя выдается в импульсном режиме, т.е. терминал РЗА не ждет подтверждения операции, а возвращает выходной контакт в разомкнутое состояние через определенное время (например, 1 с)

Чтобы при этом не произошло повреждение контактов этого реле, например при заклинивании привода, действие выполняется через контактор постоянного тока.

Для увеличения коммутационной способности несколько контактов этого контактора включаются последовательно. С одной стороны это упрощает логику работы АУВ (не требуется подтверждение операции), но с другой стороны снижает надежность схемы управления (несколько последовательных контактов).

В современных проектах такой способ применяется редко.

Рис.7  Использование контактора постоянного тока для защиты электромагнитов выключателя

Еще одним вариантом 2-го способа, исключающего большое кол-во контактов, мог бы стать применение мощного бесконтактного реле. При этом становится возможным рвать постоянный ток электромагнита без перенапряжения. Однако, твердотельные реле не получили пока широкого распространения в релейной защите, по крайней мере в ответственных цепях.

Почему именно — сказать сложно. Возможно из-за достаточно консервативного подхода в энергетике. Возможно из-за того, что мало кто хочет иметь а цепях управления силовым выключателем вместо разрыва (механический контакт) полупроводник (по-сути транзистор). Может мешают вопросы стоимости таких реле и тепловыделения…

Так или иначе, в настоящее время в основном применяется первый способ организации защиты электромагнитов привода от длительного протекания токов.

А применяете ли вы данную защиту в своих проектах?

Пружинные приводы | Приводы к выключателям высокого напряжения

Страница 21 из 42

Глава шестая
ПРУЖИННЫЕ ПРИВОДЫ

1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРУЖИННЫХ ПРИВОДОВ

В пружинных приводах энергия, необходимая для включения выключателя, предварительно запасается в виде потенциальной энергии растянутых или сжатых пружин. Растяжение или сжатие пружин обычно совершается задолго до включения выключателя; поэтому время, необходимое для включения, не зависит от времени растяжения или сжатия пружин.
Энергия, необходимая для включения выключателя, запасается постепенно за счет работы мускульной силы оператора или работы электродвигателя. При применении электродвигателя выбирают двигатель сравнительно небольшой мощности. Электродвигатель, вращаясь в течение длительного промежутка времени, натягивает или сжимает пружины привода; по окончании завода пружины остаются в напряженном состоянии до тех пор, пока потребуется включить выключатель. Пружинные приводы подразделяются на: 1) приводы с ручным заводом и 2) приводы с электродвигательным заводом.
Приводы с ручным заводом могут быть применены для выключателей небольшой мощности, а приводы с электродвигательным заводом применяются для более мощных выключателей. Однако пружинные приводы для обслуживания особенно тяжелых выключателей не применяются, так как с увеличением работы включения конструкции пружинных приводов становятся неэкономичными по сравнению с другими приводами.
Пружинные приводы, так же как и другие приводы, могут быть применены как для автоматического включения и отключения выключателей, так и для цикла АПВ.
Для обеспечения АПВ необходимо включающую пружину после включения выключателя снова завести и оставить ее в заведенном состоянии. При отключении выключателя механизм прикола срабатывает и освобождает защелку, удерживающую пружину в заведенном состоянии, в результате освобождения пружина автоматически повторно включает выключатель. Отключение выключателя может быть произведено как при помощи отключающих реле и катушек электромагнитов, так и от руки оператора при нажатии на соответственную кнопку цепи управления.
Пружинные приводы не очень сложны и надежно работают в эксплуатации.

2. ПРУЖИННЫЙ ПРИВОД С РУЧНЫМ ЗАВОДОМ

Заводами «Уралэлектроаппарат» и «Электроаппарат» было разработано большое количество пружинных приводов для управления различными выключателями. Некоторые из разработанных приводов в настоящее время проходят стендовые испытания и возможно в ближайшее время будут запущены в производство. На рис. 6-1 показан пружинный привод типа ППР, выпускаемый заводом «Электроаппарат». Этот привад выполнен в виде подвесной конструкции и состоит из включающей пружины, механизма для завода пружины, включающего и отключающего электромагнита и механизма свободного расцепления.
Включающая пружина 2 и механизм для завода пружины собраны между стальными пластинами 3. Завод пружины совершается при помощи ручного рычажного привода 23, тяга которого 6 соединяется с заводным рычагом 5. Неподвижный конец включающей пружины прикреплен болтом 1, причем этим болтом в нужный момент можно производить необходимый натяг пружины. Подвижный конец пружины сцеплен с заводящим храповиком 13. Для завода пружины необходимо совершать попеременное движение рукоятки ручного привода 23 вниз и вверх, при этом собачка 11 поворачивает храповик 13 на один зуб. Когда рукоятка ручного привода движется вверх, в это время храповое колесо приводится в движение толкачом 9, а собачка скользит по следующему зубу храпового колеса и заскакивает за этот зуб. Для полного завода пружины требуется четыре движения рукоятки 23 (вниз — вверх — вниз — вверх). После заведения пружины рукоятка в верхнем положении запирается мертвым положением звеньев механизма ручного привода и специальным запорным пальцем 24.
Чтобы включить выключатель, необходимо освободить собачку 11, которая удерживается за удлиненную часть хвостовика специальной защелкой 7. Включение производится вручную посредством тяги 15 или дистанционно включающим электромагнитом 4.
Когда освобождается хвостовая часть собачки, собачка 11 поворачивается вокруг пальца 10 и тем самым опускает зуб храповика 13. Освобожденный храповик под действием сил растянутой пружины 2 приходит в движение и тем самым увлекает за собой (через палец 12) включающий рычаг 14, связанный через механизм свободного расцепления 16 с приводным рычагом выключателя.

Механизм свободного расцепления привода представляет собой простейшее шарнирное устройство, закрытое отключающей защелкой 17 в положении, близком к мертвому. Отключение может быть произведено либо вручную, либо посредством отключающего электромагнита 18, так как отключающая электромагнит не блокируется, он в любой момент может произнести отключение выключателя под действием релейной защиты или от кнопки дистанционного управления.

Рис. 6-1. Общий вид пружинного привода типа ППР.
1—болт; 2— включающая пружина; 3—стальные пластины; 4—включающий электромагнит; 5—заводной рычаг; 6—тяга; 7—защелка; 8—вал заводного рычага; 9—толкач; 10—палец; 11—собачка; 12—палец; 13—храповик; 14—включающий рычаг; 15—тяга; 16—механизм свободного расцепления; 17—отключающая защелка; 18—отключающий электромагнит; 19—тяга сигнализация; 20—тяга ручного управления; 21 — рычаг ручной команды; 22—блок сигнализации; 23—рычажный привод; 24—запорный палец; 25—рычаг с пальцем; 26 и 27—ломающийся рычаг.

Отключение производится под действием отключающих пружин выключателя следующим образом. При втягивании сердечника электромагнита 18 приходит в движение рычаг с пальцем 25, который поворачивается около своей оси и ударяет в ролик, сидящий на конце рычага 16. В это время рычаг отходит вправо и поворачивается около оси, укрепленной на одном из звеньев ломающегося рычага 26. При повороте рычага 16 защелка сходит со своего упора и тем
самым дает возможность ломающемуся рычагу 26—27 прийти в движение. В результате этого отключающие пружины выключателя производят отключение, одновременно с этим поворачиваются рычаги механизма привода и занимают положение, подготовленное к включению.
Когда пружины заведены, включение выключателя может быть осуществлено при помощи кнопки включающего электромагнита 4. При этом сердечник электромагнита втягивается, тем самым поворачивает коромысло, которое ударяет в хвост защелки 7, удерживающей собачку 11. Механизм при этом поворачивается, и собачка освобождает храповик 13. В свою очередь храповик поворачивается под действием пружины 22 против часовой стрелки и увлекает своим пальцем диск и ломающийся рычаг 26—27 и рычаг, поворачивающий вал выключателя, тем самым включает выключатель.
Установка ручного рычажного привода 23 (рис. 6-1) по отношению к пружинному приводу ППР может быть произведена не только с лицевой стороны, как показано на рис. 6-1, но и с тыльной стороны.
Как было отмечено, в привод встраиваются электромагнит включения и электромагнит отключения. Обмотки катушек этих электромагнитов выполнены в зависимости от номинального напряжения оперативного тока. Данные о потребляемых токах электромагнитов приведены в табл. 6-1.

Таблица 6-1

Для сигнализации положения включения и отключения устанавливается блок 22, в котором имеется рычаг ручной команды 21 и блок-контакты типа КСА на 6 или 8 цепей. Рычаг ручной команды связан с механизмом привода ППР посредством тяги 20. Для включения необходимо совершить движение рычага вверх, а для отключения — движение рычага вниз.
Включенное и отключенное положения привода и выключателя фиксируются специальным указателем положения с четырьмя надписями:

Надписи Готов и Не готов показывают подготовленность привода произвести включение выключателя, т. е. свидетельствуют о заведенном или незаведенном состоянии включающей пружины.

Надписи включен и отключен относятся к положению выключателя.

а — схема с питанием электромагнитов и ламп от одной цепи; б— схема с питанием электромагнитов и ламп от разных цепей. Буквенные обозначения см. подпись к рис. 5-5.

Схема сигнального устройства привода показана на рис. 6-2. Кроме того, в привод могут быть встроены блок-реле с различными вариантами исполнения реле и электромагнитов в зависимости от схемы защиты, которые обозначаются так: БР-110, БР-113, БР-114, БР-450, БР-455 и БР-500.
БР означает блок-реле, а цифры означают различные варианты реле и электромагнитов, обозначение и выбор которых производятся по данным табл. 2-2.

Грузовые приводы | Приводы к выключателям высокого напряжения

Страница 18 из 42

Глава пятая ГРУЗОВЫЕ ПРИВОДЫ

1. НАЗНАЧЕНИЕ ГРУЗОВОГО ПРИВОДА

Для автоматизации и телемеханизации управления выключателями на мелких подстанциях необходимы такие приводы, которые обеспечивали бы включение выключателя от импульса, переданного устройством телеуправления или же автоматическое включение от действия устройств автоматического повторного включения (АПВ) или автоматического включения резерва (АВР), но не требовали бы дорогостоящих мощных аккумуляторных батарей или специальных компрессорных установок.
Этим условиям удовлетворяют грузовые приводы.
Как было отмечено, грузовые приводы могут быть подразделены на: 1) приводы с ручным заводом при помощи мускульной силы оператора и 2) приводы· с заводом при помощи электрического двигателя.
Эти приводы применяются для выключателей, имеющих статический максимальный момент на валу при включении не более 40 кГ·м, с работой включения до 16 кГ-м при изменении угла поворота вала от 90 до 160.

2. ГРУЗОВОЙ ПРИВОД С РУЧНЫМ ЗАВОДОМ ТИПА ПГ-10

а)   Конструкция привода.

Ленинградский завод «Электроаппарат» выпускает автоматические грузовые приводы с ручным заводом, в которых оперативное включение выключателя производится посредством энергии падающего груза. Общий вид такого привода показан на рис. 5-1, где груз 4 соединен посредством троса со шкивом на штурвале 3. При падении груза шкив поворачивается по часовой стрелке и производит включение выключателя, соединенного с приводом.
Механизм привода, реле защиты и электромагниты включения и отключения размещены в металлическом сварном корпусе. Штурвал 3 диаметром 320 мм надет на четырехгранную ступицу вала привода вместе со шкивом для троса. Трос закреплен одним концом на шкиве, к другому концу троса подвешен груз.
Для смягчения ударов при падении груза внутри него установлена буферная пружина. Груз представляет собой набор съемных кольцевых гирь; вес груза может регулироваться в пределах от 18 до 55 кг и зависимости от количества гирь.

Рис. 5-1. Общий вид и габаритные размеры грузового привода типа ПГ-10.
1—блок-контакты; 2 — рукоятка; 3—маховик; 4—груз; 5—электромагнит дистанционного отключения; 6 — кнопка включения.

Необходимый вес груза зависит от типа выключателя и от кинематической схемы соединения привода с выключателем.
Корпус привода закрывается крышкой, состоящей из двух съемных частей: верхняя половина крышки закрывает механизм привода, при снятии втором половины крышки открывается доступ к электромагнитам.
Ручное управление приводом производится посредством штурвала 3, который служит также для подъема груза 4. Кнопка 6 служит для включения выключателя; рукоятка 2, служащая для отключения выключателя и для вывода АПВ, расположена в средней части с левой стороны привода. Блок-контакты 1 типа КСА на 4, 6 и 8 цепей устанавливаются на стене над приводом.
Приводы типа ПГ-10 изготовляются в разных вариантах в зависимости от типа встроенных реле и отключающих электромагнитов. На рис. 5-2 представлена кинематическая схема привода.

б)  Включение выключателя.

Прежде чем включить выключатель, необходимо поднять груз до его верхнего предельного положения. Это выполняется путем поворота штурвала против часовой стрелки. При повороте штурвала поворачивается рычаг 12 и в конечном положении рычаг запирается и удерживается роликом устройства 6 в заведенном состоянии. Включение выключателя может быть произведено либо вручную путем нажатия кнопки 30 оператором, либо дистанционно путем подачи импульса тока на катушку включающего электромагнита 31.
В том и в другом случае освобождается рычаг 12 от удерживающего устройства 6 и под действием груза, вращаясь по часовой стрелке, захватывает защелкой 8 рычаг 19 (на рис. 5-2 рычаг 19 показан во включенном положении выключателя, при отключенном положении этот рычаг повернут на 180). Так как рычаг 19 жестко связан с валом привода 16, то при повороте рычага 19 вместе с ним поворачивается и вал привода. Рычаг 19 защелкой 8 доводится до запирания его неподвижной защелкой 20. Для ограничения поворота рычага 12 служит буфер 24.
В начале поворота по часовой стрелке рычаг 12 производит завод серповидного рычага 4 при помощи ролика 9.
Этот рычаг в заведенном положении защелкивается роликом удерживающей стойки 17, и тем самым привод подготовлен на отключение выключателя.

в)  Отключение выключателя.

 Отключение выключателя может производиться либо вручную путем поворота ручки 32, либо дистанционно посредством электромагнита отключения, либо от реле защиты. Во всех этих случаях происходит воздействие на релейно-отключающий механизм. При ручном отключении в начале поворота ручки 32 конец рычага 5, поднимаясь вверх, выводится из зацепления с роликом рычага 15 и тем самым блокирует действие АПВ.
При дальнейшем повороте ручки ОТКЛ через механизм отключения 28 происходит поворот валика 21, планка которого нажимает на удерживающую стойку 17 и освобождает планку серповидного рычага 4. Освобожденный рычаг 4 ударяет по нижнему концу защелки 20, чем освобождает рычаг 19 и вал 16. После этого вал 16 под воздействием пружин выключателя свободно поворачивается и тем самым не препятствует отключению выключателя.
Дистанционное отключение выключателя производится при подаче импульса тока в электромагнит 26, вследствие чего втягивается сердечник этого электромагнита и через механизм отключения 28 поворачивается валик 21. В результате этого освобождается серповидный рычаг 4, который при своем падении производит отключение выключателя так же, как описано выше.
г)  Отключение выключателя с мгновенным механическим АПВ, Когда выключатель отключается от действия защиты, происходит мгновенное АПВ. При действии защиты посылается импульс тока в катушку электромагнита 25 или 26, в результате чего сердечник катушки штоком поднимает планку 22, жестко соединенную с валиком 21. При этом валик 21 поворачивается в опорах 23 и воздействует на стойку 17, чем освобождает серповидный рычаг 4.

Рис. 5-2. Схема механизма привода типа ПГ-10.
1—блок-контакты; 2 — тяга; 3 — ось; 4—серповидный рычаг; 5—рычаг; 6 — удерживающее устройство; 7 —валик; 5 —защелка; 9 — ролик; 10 — рычаг; 11 —механизм завода; 12 — рычаг; 13 — рычаг; 14 — удерживающая планка; 15 — рычаг с роликом и сектором; 16 — вал привода; 17—удерживающая стойка; 18 — пружина, ускоряющая движение серповидного рычага 4; 19 — рычаг; 20 — защелка; 21 — валик; 22 — отключающая планка; 23 — опора валика; 24 — буфер; 25 и 26 —электромагниты отключения от реле защиты; 27—электромагнит дистанционного отключения; 28 — механизм отключения; 29 — блок-контакт; 30 — кнопка включения; 31 — включающий электромагнит; 32—ручка отключения и вывода механического АПВ; 33 —39—регулировочные элементы.

Освобожденным серповидный рычаг 4 падает и ударяет о нижнюю часть защелки 20. чем производит расцепление рычага 19 и освобождает вал привода 16, в результате чего выключатель отключается. В это время вал привода 16 поворачивается против часовой стрелки и с ним поворачиваются рычаг 19 и рычаг с роликом 15. Ролик ударяет по рычагу 5, воздействует на удерживающее устройство 6, в результате чего освобождается удерживающийся рычаг 12. Рычаг 12 под действием груза поворачивается по часовой стрелке и захватывает защелкой 8 рычаг 19, увлекает его за собой и поворачивает вал 16. Таким образом, происходит включение выключателя по циклу мгновенного механического АПВ (без выдержки времени).

д)        Действие механизма свободного расцепления и вывод механического АПВ.

Как уже было описано выше, при повороте рычага 12 одновременно с ним производится завод серповидного рычага 4 посредством ролика 9, при чем полный завод рычага 4 производится в начальной стадии поворота рычага 12 по часовой стрелке на угол около 40°. При повороте рычага 12 на угол 140° рычаг 4 может свободно падать при действии защиты и при падении он расцепляет рычаг и тем самым не допускает включения выключателя.
Если выключатель включен, а груз спущен, тогда серповидный рычаг 4 при его срабатывании, т. е. при падении, ударяет своим концом по свободным концам защелок 8 и 20 и тем самым производит расцепление рычага 19, т. е. отключает выключатель. Из рассмотренного видно, что механизм свободного расцепления привода действует на большой части хода подвижных контактов выключателя, не давая ему включиться, если в цепи авария.
В эксплуатации иногда бывает необходимость временно вывести механическое АПВ. В этом случае следует повернуть ручку 32 против часовой стрелки до фиксированного положения ВЫВОД АПВ. В результате этого при отключении выключателя и поворота вала 16 и рычага 15 против часовой стрелки ролик рычага 15 пройдет под поднятым рычагом 5 и не воздействует на механизм АПВ.

е)        Электрическое-релейное АПВ и включение резерва АБР.

Электрическая релейная схема для грузового привода может быть осуществлена по таким же типовым схемам АПВ, как и для электромагнитных приводов, но при этом в приводе необходимо вывести механическое АПВ, причем импульс тока на включение от релейной схемы АПВ должен подаваться на катушку 31 дистанционного включения. Для использования привода при автоматическом включении резерва АВР может быть применена механическая или электрическая схема.
При механическом включении резерва достаточно воздействовать на кнопку привода 30 ВКЛ посредством командной тяги, действующей от вала рядом установленного привода рабочего выключателя. При электрическом включении резерва необходимо в первую очередь вывести механическое АПВ в самом приводе и после этого подать импульс тока через блок-контакты привода рабочего выключателя на катушку включения 31 привода резервного выключателя.

ж)        Регулировка механизма привода.

Для правильной и безотказной работы привода весьма важным является взаимодействие рычагов механизма. Чтобы проверить правильность работы механизма, необходимо рычаг 12 (рис. 5-2) установить в положение, соответствующее опущенному грузу. Рычаг с роликом 15 устанавливается так, чтобы этот рычаг в своем нижнем положении имел зазор 10—15 мм при встрече с опускаемым рычагом 5. После этого включается выключатель и проверяется зазор между вышеуказанными рычагами. При необходимости дальнейшую регулировку механизма привода следует проводить регулировочными элементами от 33 до 39, показанными на рис. 5-2.
Для надежного удержания груза в верхнем заведенном положении и надежного срабатывания привода при включении служит винт 33. Так как рычаг 12 может западать за ролик механизма 6, то глубина западания должна быть приблизительно равна 1 мм. При таком положении электромагнит включения должен срабатывать при напряжении 90—110% от его номинального напряжения на зажимах.
Для регулировки завода серповидного рычага 4 роликом 9 предусмотрен винт 34. Он должен находиться в таком положении, чтобы при включении зазор между роликом стойки 17 и планкой 14 в момент подъема составлял порядка 3—5 мм. При этом серповидный рычаг 4 не должен упираться в верхнюю стенку корпуса.
Для регулирования западания планки 14 за ролик стойки 17 служит винт 35. Винтом должно быть отрегулировано такое западание, чтобы легко можно было производить отключение и надежно удерживался серповидный рычаг на ролике.
Винты 36 и 37 служат для облегчения работы отключающих электромагнитов. После момента отключения приводом сердечники электромагнитов должны иметь свободный ход не более 1,5 мм.
Для регулировки зацепления сегментообразной защелки 8 за рычаг 19 при включении служит винт 38, при этом величина захвата должна быть 5—6 мм.
Для регулировки механизма отключения служит гайка 39. Тяга подбирается такой длины, чтобы при отключении привода вручную или электромагнитом 27 диск блок-контакта 29 освобождается свободно. При выводе АПВ защелка не должна отходить.

з)         Основные технические данные привода ПГ-10.

Как отмечалось выше, привод ПГ-10 имеет механическое АПВ. Это АПВ может быть отрегулировано в пределах поворота вала привода от 50 до 160о за счет сектора рычага 15, на котором имеется 18 положений уставок через каждые 5°.
Включающий груз имеет ход по вертикальной оси 450 мм. Поднятие груза может быть осуществлено вручную оператором как при отключенном, так и при включенном выключателе. Последнее действие бывает необходимо для АПВ. Вес привода вместе с грузом составляет около 90 кг.

Приводы выключателей

Для операции включения, удержания во включенном положении и отключения выключателя предназначен привод.

Привод – это специальное устройство, создающее необходимое усилие для производства перечисленных операции. В некоторых выключателях привод конструктивно связан в одно целое с его контактной системой (воздушные выключатели).

Основными частями привода являются: включающий механизм запирающий механизм (защелка, собачка), который удерживает выключатель во включенном положении, и расцепляющий меха­низм, освобождающий защелку при отключении.

Наибольшая работа в существующих конструкциях выключате­лей совершается приводом при включении, так как при этой опе­рации преодолевается собственная масса подвижных контактов, сопротивление отключающих пружин, трение и силы инерции в движущихся частях. При включении на существующее КЗ меха­низм привода, кроме того, должен преодолеть электродинами­ческие усилия, отталкивающие контакты друг от друга.

Операция включения во избежание приваривания контактов выключателя должна производиться быстро. Чем меньше время включения, тем меньше пауза при АПВ.

При отключении работа привода сводится к освобождению за­щелки, удерживающей механизм во включенном положении. Само отключение происходит за счет силы сжатых или растянутых от­ключающих пружин, В зависимости от источника энергии, затра­чиваемой на включение и отключение, имеются ручные, пружин­ные, грузовые, электромагнитные, пневматические приводы.

5.3. Проводники, шинные конструкции, токопроводы, кабели, изоляторы

Электрические машины и аппараты соединяют между собой при помощи шин — неизолированных (голых) проводников (из алюминия, меди или стали), укрепленных на изоляторах, или при помощи кабелей — изолированных проводников (из алюминия или меди). Неизолированные проводники обладают большей нагрузочной способностью, проще в монтаже и эксплуатации, надежнее и экономичнее, поэтому их широко применяют в распределительных устройствах всех напряжений в качестве сборных шин, служащих для приема и распределения электроэнергии, для соединения аппаратов и для присоединения генераторов, синхронных компенсаторов, трансформаторов и др.

В установках генераторного напряжения применяют жесткие алюминиевые шины прямоугольного сечения одно-, двух- или трехполосные при токах до 4000 А (рис. 4.5, а — е) или (при больших токах) фасонного сечения: коробчатого (рис. 4.5, г) и трубчатого.

Рис. 4.5. Конструкция жестких шин:

а — однополосные; б — двухполосные; в — трехполосные; г — коробчатые;

д — комплектный экранированный токопровод;

1 — экран; 2 — токоведущая шина; 3 — изолятор.

Для соединения мощных генераторов с повышающими трансформаторами на блочных станциях широко применяют пофазно- экранированные токопроводы, каждая фаза которых состоит из трубчатой шины, укрепленной изоляторами к алюминиевому экрану-кожуху (рис. 4.5, д, рис.6.19). Эти токопроводы изготовляют на заводах и комплектно поставляют на место установки, что сокращает время монтажа и удешевляет конструкцию.

Рис. 6.19. Пофазный экранированный токопровод:

1 — токоведущая шина; 2 — изоляторы выемные; 3 — кожух; 4 — стальная балка

Электрическое соединение генераторов и трансформаторов с РУ 6-10 кВ может быть выполнено гибким токопроводом рис.6.20. Такие токопроводы состоят из пучков алюминиевых проводов, равномерно распределенных по окружности, для чего их закрепляют в кольцах-обоймах. Коль­ца с токоведущими проводами крепятся к сталеалюминиевым про­водам, воспринимающим механическую нагрузку. Число прово­дов определяется расчетом с учетом экономической плотности тока. Несущие провода подвешены на натяжных гирляндах к стене главного корпуса и к опорам. Расстояние между кольцами-обой­мами принимается 1 м. Переход от гибких проводов к линейным выводам в стене главного корпуса и ГРУ выполняется с помощью специальной концевой разделки. Расстояние между фазами гиб­кого токопровода составляет 3 м. Гибкие токопроводы надежны в работе, просты в изготовлении и имеют небольшую стоимость. Это привело к широкому применению их на ТЭЦ.

а

б

Рис. 6.20. Гибкие подвесные токопроводы:

а — гибкий токопровод от ГРУ до трансформатора связи; б- поперечный разрез токопровода.

На подстанциях соединение силового трансформатора с РУ 6-10 кВ может выполняться шинным мостом. Жесткие шины крепятся на штыревых изоляторах, установленных на металли­ческих или железобетонных конструкциях. Расстояния между фа­зами и изоляторами принимаются по расчету, обычно для уста­новок 6—10 кВ расстояния между фазами составляет 0,6 — 0,8 м, между изоляторами 1 — 1,5 м. На выводе из РУ и около трансфор­матора предусмотрены шинные компенсаторы. Достоинство тако­го соединения — простота, а при небольшой длине — надежность и экономичность. С увеличением длины шинного моста увеличи­вается количество изоляторов, возрастает стоимость и снижается надежность, так как более вероятно перекрытие по изоляторам, особенно при их загрязнении. Это привело к тому, что на тепло­вых электростанциях открытые шинные мосты обычно не приме­няют. На гидроэлектростанциях соединение генераторов с повы­шающим трансформатором может выполняться шинным мостом. (На Нижнекамской ГЭС соединение генераторов с повышающими трансформаторами осуществляется с помощью маслонаполненных кабелей напряжением 500 кВ).

В установках 35 кВ и выше при выполнении шинных конструкций учитывают возможность появления короны — интенсивной ионизации воздуха вокруг провода, сопровождающейся образованием озона и окислов азота, разрушающих металлы и изоляцию. Для снижения напряженности электрического поля и предотвращения появления короны шины выполняют круглой, трубчатой формы или проводник каждой фазы выполняют из нескольких параллельных проводников, сечения которых располагают по окружности.

Жесткие шины окрашивают эмалевыми красками: желтой — фазу А; зеленой — фазу В; красной — фазу С. Окраска не только помогает распознать фазу установки, но улучшает теплоотдачу и увеличивает нагрузочную способность шин. Гибкие шины (провода) не окрашивают, а на фазных проводах подвешивают кружки, окрашенные в соответствующие цвета.

На электрических станциях питание к двигателям собственных нужд и другим установкам подается по кабельным линиям, проложенным в каналах, туннелях и т. п. Наибольшее распространение получили трехжильные и четырехжильные (для цепей 0,38 кВ) кабели с бумажной изоляцией.

ПРИВОДЫ МАСЛЯНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ — КиберПедия

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

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

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

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

Рис. 11. Электромагнитный привод масляного выключателя

Рис. 12. Работа механизма свободного расцепителя

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

 

Рис. 13. Пружиннно-грузовой привод масляного выключателя

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

Рис. 14. Пневматический привод масляного выключателя

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

Рис 15. Пневмогидравлический привод

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

 

Воздушные выключатели — Выключатели высокого напряжения

ВОЗДУШНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

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

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

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

 

Рис 18 Выключатель серии ВВН

Опыт эксплуатации показал недостаточно высокую надежность описанной конструкции, поэтому такие выключатели в настоящее время не выпускаются В современных выключателях на напряжение 110 кВ и выше отказались от отделителей и перешли на дугогасительные камеры, которые в отключенном положении наполнены сжатым воздухом.
в) Выключатели с дугогасительными камерами в баке со сжатым
воздухом. Наиболее совершенны воздушные выключатели у которых дугогасительная камера размещается непосредственно в баке со сжатым воздухом На рис 18 19, а показан полюс такого выключателя серии ВВБ на напряжение 110 кВ. Бак со сжатым воз пухом 1 располагается на опорном изоляторе 2, в этом же изоляторе проходят управляющие воздухопроводы, воздух в которых находится под давлением 2,6 МПа Шкаф управления 3 расположен в основании выключателя. ДУ соединяется с внешней цепью токоведущими частями проходных изоляторов 4 Равномерное распределение напряжения между двумя разрывами устройства обеспечивается с помощью конденсаторов 5 Схема устройства представлена на рис 18 19,6, где 5 — шунтирующие конденсаторы, обеспечивающие равенство напряжений на двух разрывах устройства; 6 — основные контакты; 7— вспомогательные; 8— шунтирующие резисторы, служащие для снижения скорости восстановления напряжения Ток через шунтирующие резисторы отключается контактами 7 после гашения дуги в основных разрывах 6. Из рис. 19,6 видно, что корпус бака 1 находится под напряжением.

Рис. 19. Баковый воздушный выключатель серии ВВБ-110; ток откл. 31,5 кА; Iном = 2000 А

В ДУ (рис. 19,б) неподвижный контакт 9 укреплен на конце токоведущего стержня изолятора 10. Подвижный контакт 11 укреплен на траверсе 12, связанной с приводным штоком 13. Выступ 14 на штоке 13 служит для фиксации механизма ДУ во включенном положении с помощью защелок 15.
Во включенном положении полость бака отделена от атмосферы с помощью клапана, закрывающего выхлоп 1. При отключении в привод подается сжатый воздух, под воздействием которого шток 13 перемещается вверх и открывает клапан выхлопа 1, отделяющий полость бака от атмосферы. Дуга между контактами 11 и 9 потоком выходящего в атмосферу воздуха сдувается на точки а и б, где подвергается интенсивному продольному дутью сжатым воздухом. После отключения клапан закрывается и бак разобщается с атмосферой.
В рассмотренной конструкции под высоким давлением находится только стальной бак. Это позволяет повышать давление воздуха в баке до 3,5—4 МПа и увеличивать отключаемый ток. В выключателях серии ВВН на каждый класс напряжения создается по существу новая конструкция.

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

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

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

Рис 20 Воздушный выключатель серии ВНВ

Рис 21. Пневмомеханическая схема полюса выключателя ВНВ-500 (А — к коммутирующему устройству шунтирующего резистора)

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

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

 

 

Элегазовые выключатели — Выключатели высокого напряжения

ЭЛЕГАЗОВЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Свойства элегаза

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

Конструкция элегазовых выключателей

Дугогасящая способность элегаза наиболее эффективна при большой скорости его струи относительно горящей дуги. Возможны следующие исполнения ДУ с элегазом:
1) с автопневматическим дутьем. Необходимый для дутья перепад давления создается за счет энергии привода;
2) с охлаждением дуги элегазом при ее движении, вызванном взаимодействием тока с магнитным полем.
3) с гашением дуги за счет перетекания газа из резервуара с высоким давлением в резервуар с низким давлением (выключатели с двойным давлением).
В настоящее время широко применяется первый способ. Дугогасительное устройство с автопневматическим принудительным дутьем показано на рис. 22. Оно располагается в герметичном баке с давлением элегаза 0,2— 0,28 МПа. При этом удается получить необходимую электрическую прочность внутренней изоляции. При отключении дуга возникает между неподвижным 1 и подвижным 2 контактами. Вместе с подвижным контактом 2 при отключении перемещаются сопло 3 из фторопласта, перегородка 5 и цилиндр 6. Так как поршень 4 при этом неподвижен, элегаз сжимается и его поток, проходя через сопло, продольно омывает дугу и обеспечивает ее эффективное гашение.

 

Рис. 22. Схема дугогасительного устройства элегазового выключателя с автопневматическим дутьем

Рис. 23. Дугогасительная камера элегазового выключателя

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

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

Рис. 24. Устройство элегазового выключателя на напряжение 220 кВ

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