3. Воздушные выключатели высокого напряжения

3.1. НОМИНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ВОЗДУШНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Первые промышленные образцы высоковольтных воздушных выключателей (ВОВ) на 10 кВ появились в 1929 г. В настоящее время область применения ВОВ — выключатели высокого и сверхвысокого напряжения, включая наивысший класс напряжения 1150 кВ, с токами отключения до 63 кА, генераторные выключатели, способные отключать токи до 160 кА. Поэтому проблемы поддержания их в работоспособном состоянии в эксплуатации актуальны.

Для ОРУ напряжением 110 кВ и выше используются ВОВ, где гашение дуги осуществляется потоком сжатого воздуха с давлением в ДУ до 4,1 МПа (абс.) через сопловые конструкции ДУ. Параметры некоторых отечественных ВОВ приведены в табл. 3.1 [2].

Таблица 3.1

Параметры некоторых отечественных воздушных выключателей

Тип выключа- теля	Номина- льное напряже- ние , кВ	Номина- льный ток, А	Номина- льный ток от ключе- ния, кА	Номиналь- ное давле- ние сжато- го воздуха, р, МПа (изб.)	Время отклю-чения, с	Число дугогаси- тельных разрывов
ВВБ	110	2000	31,5	2	0,06	2
ВВБК	110	3200	50	4	0,06	2
ВВБ	220	2000	31,5; 40	2; 3,2	0,08	4
ВВБК	220	3200	56	4	0,04	4

Для ВОВ на 110 кВ и выше ОРУ требуется сложная компрессорная установка с давлением 16-28 МПа. Большое количество подвижных элементов силовой пневмомеханики высокого давления со сложными механическими связями и уплотнительными соединениями (неподвижными и подвижными) понижает надежность таких ВОВ в эксплуатации. Согласно инструкции по эксплуатации [3], необходим осмотр ВОВ под напряжением не реже одного раза в сутки (проверка давления сжатого газа, наличия загрязненности изоляторов, наличия вентиляции, отсутствия утечек воздуха, наличия подогрева при температуре ниже — 10^о С и т. д.). Предусмотрен также «средний ремонт» один раз в три года (если не исчерпан механический или коммутационный ресурс), который предполагает разборку и ремонт выключателя (смена контактов, сопел, уплотнений и т. д.).

Отключение НКЗ возможно данным типом ВОВ только с введением шунтирующих резисторов (при номинальном токе отключения 40 кА и выше), что потребовало введения шунтирующих резисторов в конструкцию ВОВ с дополнительными собственными контактами. Ресурс по отключению номинального тока — 500 циклов ВО, что является недостаточным для современного уровня развития коммутационной аппаратуры. Значительное количество разрывов для ВОВ сверхвысокого и ультравысокого напряжения понижают надежность ВОВ в эксплуатации. Действительно, если современный ВЭ на 500 кВ на = 40-50 кА имеет один разрыв и один привод на фазу, то для ВОВ типа ВВБ 500 кВ на фазу необходимо иметь 12 разрывов с 3 отдельными силовыми пневмоприводными системами для коммутации.

В первых ВОВ воздух поступал в ДУ только в процессе отключения (во время гашения дуги), а дутьевой клапан, как правило, располагался на входе в ДУ (например, ВОВ типа ВВН).

Наибольшее распространение получили ВОВ, в которых ДУ находится в металлическом резервуаре со сжатым воздухом (баковые ВОВ). В таких ВОВ силовая пневмомеханика при отключении и включении контактов выключателя, гашение электрической дуги в дугогасительном устройстве, создание изоляции между элементами конструкции и контактами обеспечивается сжатым воздухом. Наибольшее применяемое в настоящее время номинальное давление составляет 4,0-5,0 МПа.

ДУ таких выключателей постоянно заполнены сжатым воздухом, и обдув электрической дуги отключения между контактами начинается после открытия дутьевого клапана, расположенного в выхлопной части камеры. Для класса напряжения 110 кВ в таких ВОВ используется стандартный модуль, в котором два разрыва (два межконтактных промежутка с соплами) расположены в одном резервуаре со сжатым воздухом. Для более высокого класса напряжения ВОВ количество модулей увеличивается, и они снабжаются делительными конденсаторами для выравнивания распределения напряжения между разрывами.

На рис. 3.1 в упрощенном виде представлены наиболее характерные конструктивные схемы ВОВ.

В первой схеме (рис. 3.1, а) сжатый воздух находится в заземленном резервуаре 1, который одновременно является основанием ВОВ. На основании установлен изоляционный воздухопровод 3, по которому сжатый воздух подается к дугогасительному устройству 4, расположенному в изоляционной покрышке. Дутьевой клапан 2 укреплен на резервуаре в нижней части воздухопровода, длина которого зависит от номинального напряжения. С ростом номинального напряжения расстояние между ДУ, находящимся под высоким потенциалом, и заземленным резервуаром сжатого воздуха увеличивается. Это приводит к уменьшению быстродействия ВОВ. Падение давления воздуха в канале опорной колонки 3 отрицательно сказывается на гашении дуги. Отсюда вытекает нецелесообразность применения таких ВОВ на сверхвысокие напряжения. При расположении дутьевого клапана в верхней части воздухопровода ДУ заполняется воздухом быстрее, но давление воздуха в этом случае ниже, что может привести к снижению отключающей способности ВОВ.

Рис. 3.1. Принципиальные схемы воздушных выключателей

В ВОВ (рис. 3.1, б) дугогасительное устройство 4 находится непосредственно в металлическом резервуаре 1 со сжатым воздухом. В этом случае для ввода высокого напряжения в дугогасительную камеру необходимы специальные изоляторы 6, работающие в тяжелых условиях: сильнонеоднородное электрическое поле, высокое давление газовой среды. ДУ таких ВОВ постоянно заполнены сжатым воздухом, и обдув дуги начинается с момента открытия дутьевого клапана 2, расположенного в выхлопной части камеры. При использовании ДУ с двухсторонним дутьем может возникнуть необходимость в дополнительных дутьевых клапанах 5.

В ВОВ (рис. 3.1, в) изоляционная дугогасительная камера 1 со сжатым воздухом выполняется из высокопрочного стеклопластика (остальных элементов ВОВ: 2, 3, 4, 5, соответствуют конструкции на рис. 3.1, б). Применение изоляционной дутогасительной камеры позволяет отказаться от изоляционных вводов, являющихся самым ненадежным элементом в конструкции ВОВ, а также уменьшить массу и габариты частей, находящихся под высоким напряжением.

Воздушные баковые выключатели серии ВВБ (рис. 3.2) рассчитаны на напряжения 110-750 кВ. ДУ этих ВОВ состоят из одного или нескольких двухразрывных модулей с металлической камерой на напряжение 110 кВ. В ДУ используется система одностороннего продольного воздушного дутья. Напряжение подводится к контактам ДУ с помощью эпоксидных вводов, защищенных снаружи фарфоровыми покрышками. Снаружи ДУ находятся конденсаторы, служащие для выравнивания распределения напряжения по разрывам.

Рис. 3.2. Воздушный баковый выключатель 500кВ

На рис. 3.2 приведена принципиальная схема ВОВ серии ВВБК на 500 кВ, где 1 — шкаф управления; 2 — опорная колонка; 3 — колонка управления; 4 — ввод (изоляционный) модуля ДУ: 5 — промежуточные изоляторы; 6 — бак модуля: 7 — токоведущие перемычки.

Выключатели ВВБК имеют большие номинальные токи и номинальные токи отключения, меньшее число модулей. В ВВБК применяются быстродействующая механическая система управления и усовершенствованное ДУ с системой несимметричного дутья, а также повышенное до 4 МПа рабочее давление [2].