5. Електрообладнання систем електропостачання з напругою вище за 1кВ Вимикачі високої напруги
Вимикачі високої напруги призначені для відключення й включення ланцюгів у нормальних і аварійних режимах.
Вимикач є основним апаратом в електричних установках, він служить для відключення й включення ланцюга в будь-яких режимах: тривале навантаження, перевантаження, коротке замикання, холостий хід, несинхронна робота. Найбільш важкою й відповідальною операцією є відключення струмів короткого замикання й включення на існуюче коротке замикання. Чітка робота вимикача обмежує поширення аварії в електричній установці. Відмова вимикача може привести до розвитку аварії.
О
днією
з основних характеристик вимикача є
його здатність, відключати, тобто
найбільший струм короткого замикання,
що вимикач здатний відключити при
найбільшій робочій напрузі в заданому
циклі операцій. Під циклом операцій
розуміють перелік комутаційних операцій,
що повинен зробити вимикач. Так, вимикачі
напругою до 220 кВ, призначені для
автоматичного повторного включення
(АПВ), повинні забезпечити виконання
циклів:
Вимикачі, не призначені для АПВ, повинні забезпечити тільки останній цикл.
Тут О — операція відключення; ВО — операція включення й негайного відключення; 20с, 180с-проміжок часу в секундах; tбТ — гарантована для вимикачів мінімальна безструмна пауза при АПВ (час від загасання дуги до появи струму при наступному включенні). Для вимикачів з АПВ tбТ повинно бути в межах 0,3—1,2 с.
Стійкість при наскрізних струмах короткого замикання характеризується струмом термічної стійкості й струмами електродинамічної стійкості (діюче значення); найбільшим піковим струмом (амплітудне значення), що вимикач витримує у включеному положенні без ушкоджень, що перешкоджають подальшій роботі.
Більш докладно вимоги до вимикачів високої напруги викладені в ДЕРЖСТАНДАРТ 687-78Е.
За конструктивними особливостями і способом гасіння дуги розрізняють масляні бакові, маломасляні, повітряні, елегазові, електромагнітні, автогазові, вакуумні вимикачі. До особливої групи відносяться вимикачі навантаження, розраховані на відключення струмів нормального режиму. Крім того, за родом установки розрізняють вимикачі для внутрішньої, зовнішньої установки й для комплектних розподільних пристроїв.
Масляні бакові вимикачі знаходять застосування у відкритих розподільних пристроях підстанцій 35, 110 і 220 кВ.
Недоліки масляних бакових вимикачів: великий обсяг масла, пожежо- і вибухонебезпечність. Переваги: простота конструкції, досить висока надійність роботи й наявність убудованих трансформаторів струму.
Маломасляні вимикачі одержали широке поширення в закритому й комплектному розподільному пристроях. Масло в цих вимикачах в основному служить дугогасним середовищем і тільки частково ізоляцією між розімкнутими контактами. Струмоведучі частини ізолюються один від одного й від заземлених частин фарфором, склопластиком або іншими твердими ізолюючими матеріалами.
У системі електропостачання промислових підприємств у КРП широко застосовуються вимикачі серії ВМПЭ, маломасляні підвісні з електромагнітним приводом вимикача
У вимикачах серії ВМП може застосовуватися пружинний привід, що не вимагає постійного оперативного струму. Такі вимикачі типу ВМПП знаходять широке застосування в КТП промислових підприємств.
В КРП застосовуються маломасляні вимикачі ВМП-10 і ВММ-10 на номінальні струми до ,1000 А і струми відключення 10-20 ка.
У ланцюгах з більшими номінальними струмами застосовують вимикачі серій ВГМ, МГГ, МГ, що мають по два сталевих бачки на фазу, усередині яких перебувають дугогасні контакти й камера гасіння, а зовні на кришці - масивні робочі контакти. Ці вимикачі випускаються на номінальні струми до 11200 А и струми відключення до 90 ка, установлюються в ланцюгах генераторів і потужних трансформаторів.
На тягових підстанціях у мережах однофазного струму напругою 27,5кВ застосовуються вимикачі ВМУЭ-27,5.
В установках 110, 220 кВ знаходять застосування маломасляні вимикачі серії ВМТ. Маслонаповнені колони герметизовані й перебувають під надлишковим тиском азоту, що збільшує електричну міцність міжконтактного проміжку й забезпечує надійне відключення струмів КЗ. Дугогасні пристрої (модулі) у цій серії мають однакову конструкцію. Вимикачі на 110 кВ забезпечуються одним модулем на полюс, вимикачі на 220 кВ - двома модулями. Вимикачі ВМТ-110, ВМТ-220 розраховані на струм відключення 25 кА.
Переваги: невелика кількість масла; більш зручний, ніж у бакових вимикачів, доступ до дугогасних контактів; можливість створення серії вимикачів на різну напругу із застосуванням уніфікованих вузлів. Недоліки: вибухо- і пожежонебезпека, хоча значно менша, ніж у бакових вимикачів; необхідність періодичного контролю, доливання, заміни масла; труднощі установки трансформаторів струму; відносно мала здатність, відключання.
Повітряні вимикачі одержали широке поширення в установках високої напруги (10—1150кВ). У повітряних вимикачах для гасіння дуги використовується стиснене повітря, що створює дуття в поздовжньому або поперечному напрямку, прохолоджує дугу, видаляє продукти горіння й швидко гасить її. Для одержання стисненого повітря необхідна компресорна установка, а для його очищення й сушіння - спеціальні пристрої.
В електроустановках 10—35 кВ знаходять застосування повітряні вимикачі з віддільником, функціональна схема яких показана на мал. 3.11. Такі вимикачі мають гасильні камери 1, 3, шунтовані резисторами 4, які служать для полегшення умов гасіння дуги й рівномірного розподілу напруги між двома розривами ланцюга, і ніж віддільника 2. У включеному положенні струм проходить по контактах гасильних камер і включеному віддільнику. При відключенні подається повітря з тиском 0,8—2 МПа в гасильні камери, розмикаються контакти й виникаюча дуга гаситься потоком холодного повітря. Після гасіння дуги в ланцюзі проходить невеликий струм, обмежений двома шунтувальними резисторами. Цей струм розривається віддільником 2, у привод якого подається повітря після відключення контактів у камерах 1 і 3.
Вимикачі на більші номінальні струми забезпечуються роз'єднувачем 5, що відключається останнім. Після завершення операції відключення припиняється подача.
Р
ис.
3.11. Схема електрична функціональна
повітряного вимикача з віддільником
В установках 35 кВ і вище широко застосовуються повітряні вимикачі серії ВВБ, у яких контактна система розташована усередині металевого резервуара зі стисненим повітрям, названим дугогасним модулем.
Вимикачі на 110 кВ мають один дугогасний модуль, ізольований від заземленої шафи керування за допомогою фарфорового ізолятора. Вимикач включається віддільником.
За таким принципом, але з однією дугогасною камерою влаштований однопорожнинний повітряний вимикач ВОВ-10 для тягових агрегатів змінного струму з номінальною напругою 10кВ на номінальний струм 1000А і струм відключення 10кА. Для електротермічних установок застосовується вимикач ВВЭ-35 на напругу 35кВ, номінальний струм 1600А, струм відключення 20кА.
Вимикачі із зовнішнім віддільником і роз'єднувачем надійно працюють тільки в закритих приміщеннях. Для відкритої установки застосовуються вимикачі з повітронаповненим віддільником або з дугогасними камерами, постійно заповненими стисненим повітрям.
Модульний принцип розглянутої серії дозволяє легко створювати вимикачі на будь-яку напругу збільшенням числа дугогасних модулів і відповідною ізоляцією їх від заземлених частин. Полюс вимикача на 220 кВ має два модулі, розташованих один над одним на загальній ізолюючій основі.
Переваги повітряних вимикачів їх вибухо- і пожежобезпечність, можливість створення серій з великих вузлів, придатність для зовнішньої й внутрішньої установки. Недоліки: складність конструкції, висока вартість, необхідність компресорної установки, відсутність вбудованих трансформаторів струму.
Електромагнітні вимикачі для гасіння дуги не вимагають ні масла, ні стисненого повітря, що є більшою перевагою їх перед іншими типами вимикачів.
Вимикачі цього типу випускаються на напругу 6-10кВ, номінальний струм до 3600А і струм відключення до 40кА.
Переваги електромагнітних вимикачів: повна вибухо- і пожежобезпечність; мале зношування дугогасних контактів; придатність для роботи в умовах частих включень і відключень; відносно висока відключаюча здатність. Недоліки: складність конструкції дугогасника із системою магнітного дуття; обмежена верхня межа номінальної напруги (15-20 кВ); обмежена придатність для зовнішньої установки.
Вакуумні вимикачі. Електрична міцність вакуумного проміжку в багато разів більша, ніж повітряного, при атмосферному тиску. Ця властивість використовується у вакуумних дугогасних камерах КДВ.
Вакуумні вимикачі ВВТЭ-10 і ВВТП-10 установлюються в шафах КРП екскаваторів і інших установок, вони мають високу комутаційну зносостійкість (20000 операцій при номінальному струмі й 50 при струмі КЗ), розраховані на номінальний струм 630—1600А і струм відключення 10—20кА. Термін служби їхній 25 років.
Вакуумні вимикачі 35-110 кВ для відкритої установки мають фарворовий корпус, всередині якого перебувають вакуумні дугогасні камери, кількість яких залежить від номінальної напруги. Для надійної ізоляції полюси залиті маслом.
Переваги вакуумних вимикачів; простота конструкції; висока надійність; висока комутаційна зносостійкість; малі розміри; вибухо- і пожежобезпечність; відсутність шуму при операціях; відсутність забруднення навколишнього середовища; малі експлуатаційні витрати. Недоліки: порівняно невеликі номінальні струми й струми відключення; можливість комутаційних перенапруг при відключенні малих індуктивних струмів.
Застосування вакуумних вимикачів дозволяє створити малогабаритні КРП, що особливо важливо для електропостачання промислових підприємств.
У КРП широко застосовуються вимикачі з вбудованим пружинним приводом, що спрощує конструкцію й монтаж вимикача. Вбудовані пружинні приводи забезпечують за рахунок енергії пружин включення й відключення вимикача. Залежно від конструкції барабана із пружинами привод може забезпечити виконання двох і більшого числа операцій без їх підзаведення. Пружинний привод допускає механічне АПВ або може оснащуватися схемами електричного АПВ із необхідною затримкою часу.
Пружинний привод застосовується в маломасляных вимикачах ВМПП-10, ВМТ-110, у вакуумних вимикачах ВВТП-10, електромагнітних вимикачах ВЭ-10.
Пружинні приводи не вимагають для свого управління джерела постійного струму, тому вони набули широкого застосування.
Електромагнітні приводи віднояться до приводів прямої дії: енергія, необхідна для включення, подається приводу в процесі самого включення від джерела постійного струму. Зусилля для включення вимикача створюється сталевим сердечником, котушка якого одержує живлення від джерела постійного струму. Для маломасляних вимикачів застосовується привод ПЭ-11, у шафах КРП застосовується вбудований електромагнітний привод. Для потужніших вимикачів застосовуються приводи ПЭ-21, ПЭ-31, а для зовнішньої установки ШПЭ-44, ШПЭ-45. Недоліком електромагнітних приводів є великий споживаний струм і як наслідок цього необхідність установки потужної акумуляторної батареї або випрямляючого пристрою на напругу 220 У.
Пневматичні приводи створюють зусилля на включення за рахунок стисненого повітря, що подається в пневматичний циліндр із поршнем, що заміняє електромагніт включення. Такі приводи вимагають установки компресорів.
Пневматичні приводи звичайно застосовуються для вимикачів 110 і 220 кВ.