4. Выключатели нагрузки. Назначение. Устройство. Способы гашения дуги.

Выключатель нагрузки – коммутационный аппарат, выключатель, который служит для отключения-включения под нагрузкой подключенного через него участка электрической сети, и, как правило, представляет собой автогазовый выключатель. В отличие от силовых выключателей, выключатели нагрузки не предназначены для коммутаций токов короткого замыкания (для защиты присоединения от которых устанавливаются предохранители), но при этом имеют меньшую стоимость. Выключатель нагрузки весьма распространенный коммутационный аппарат в распределительных сетях 6, 10 кВ.

В автогазовых выключателях для гашения дуги используется газ, выделяющийся из твердого газогенерирующего материала дугогасительной камеры. В системах электроснабжения городов и промышленных предприятий достаточно широко распространены выключатели нагрузки ВН-16; ВН-17 на 6 - 10 кВ с простейшей дугогасительной камерой, имеющей вкладыши из органического стекла. Однако эти выключатели не могут включаться на ток КЗ, равный току динамической стойкости, и допускают сравнительно малое количество отключений номинального тока.

В настоящее время эти выключатели модернизированы в серию ВН-10. Они могут снабжаться предохранителями ПК-6 или ПК-10 для защиты от токов КЗ, автоматическим устройством для отключения при срабатывании предохранителя, приводом ПРА и заземляющими ножами.

Рис. 2. Выключатель нагрузки ВН-10: 1 - система главных контактов; 2 - дугогасительное устройство; 3 - система дугогасительных подвижных контактов

Номинальное напряжение, кВ       10 Номинальный ток, А      400 Среднеквадратичное значение тока за время его протекания (ток термической стойкости), кА       10

Автогазовый выключатель УПС-35У1: а - общий вид: 1 - сварная рама; 2 - опорный изолятор; 3 - металлическая труба; 4 - винипластовая генерирующая трубка; 5 - корпус с патрубком поперечного дутья; 6 - контактный нож; 7 - изолятор-толкатель;  б - патрон УПС-35У1 исполнения «патрон — плавкая вставка»: 1 — металлическая труба; 2 - втягивающая пружина; 3 - гибкий трос: 4 - газогенерирующая трубка; 5 - стержень; 6 - плавкая вставка; 7 - дутьевой патрубок: 8 - контактная система; 9 - гибкая токоведущая часть; 10 - стопорный винт; 11 - стреловидный оконцеватель.

б)

 Достоинства автогазовых выключателей: отсутствие масла; небольшая масса.  Недостатки: быстрый износ твердого дугогасителя, относительно большой износ контактов или да разрушение (в выключателе УПС).

5. Высоковольтные вакуумные и элегазовые выключатели, назначение, устройство и способы гашения дуги.

Вакуумные выключатели в мировой практике ранее применялись в установках до 500 кВ. В конструкции этого выключателя используется вакуумная дугогасительная камера КДВ-21. Эта камера имеет цилиндрический корпус из керамики. Внутрь камеры через верхний фланец входит неподвижный контакт из сплава Ag-Bi, а через нижний фланец и сифонное уплотнение – подвижный контакт. Ход подвижного контакта составляет 6 мм. Давление в камере 10-3 мм рт. ст. Контакты в камере охватываются металлическими экранами, служащими для защиты керамического корпуса от теплового излучения и напыления паров металла, образующихся при гашении дуги. При расхождении контактов площадь их соприкосновения быстро уменьшается. Температура в последней точке соприкосновения контактов за счет проходящего тока резко повышается. За очень короткое время этот мостик нагревается и испаряется. Зажигается дуга. Вследствие глубокого вакуума происходит быстрая диффузия заряженных частиц в окружающее пространство и конденсация их на поверхности экрана. Когда ток подходит к нулевому значению, дуга угасает и парообразование прекращается. Если скорость восстанавливающейся электрической прочности промежутка превышает скорость переходного восстанавливающегося напряжения, дуга не возникает и цепь окажется разомкнутой. Полное время отключения цепи при этом не превышает 0,05 с. Выключатель ВНВ-10/320 имеет номинальный ток 320 А и способен отключать ток до 2000 А. Он снабжен электромагнитным приводом переменного тока.

Элегазовые выключатели являются наиболее эффективными из всех известных типов. Выключатель на три направления ВНЭ-III-110 представляет собой конструкцию, объединяющую три ВН на одно направление. Каждое из направлений является самостоятельным дугогасительным устройством с подвижными и неподвижными контактами, размещенными в фарфоровом изоляторе, заполненным элегазом при давлении 0,3 МПа. Изоляторы направлений крепятся на металлическом корпусе, к которому электрически присоединяются их подвижные контакты. В результате образуется общая точка выключателя. Корпус, таким образом, находится под напряжением и поэтому устанавливается на фарфоровой опорной колонке соответствующего класса напряжения. Подвижные контакты приводятся в движение независимыми изоляционными тягами, проходящими через внутреннюю полость опорной колонки и связанными посредством специальных уплотняющих устройств с рычажными механизмами приводов соответствующих направлений. В подвижный и неподвижный контакты встроены постоянные магниты из феррита, которые создают встречно направленные магнитные поля. При размыкании контактов образуется дуга, перемещающаяся по кольцевым электродам под действием электродинамических сил. При вращении дуга быстро гасится и сами контакты не обгорают. Выключатели нагрузки на I, II и III направления образуют единую серию, состоящую из идентичных дугогасительных модулей. Это облегчает эксплуатацию, позволяет при ремонте направления заменить его резервным модулем. При этом самостоятельность кинематики привода каждого направления исключает необходимость регулировки приводов исправных модулей. Кроме того, унификация дугогасительных блоков позволяет использовать ВНЭП-110, т. е. ВН на два направления напряжения 110 кВ при замене опорного изолятора как ВН одного направления на напряжение 220кВ. По параметрам элегазовые ВН серии ВНЭ могут изготавливаться на номинальные токи до 2000 А, с динамической стойкостью до 70 кА и односекундной термической стойкостью до 40 кА. Наиболее известными в мире элегазовыми выключателями нагрузки являются изготавливаемые фирмой Шнейдер Электрик для распределительных сетей 6, 10, 20 кВ малогабаритные моноблоки RM6. Эти моноблоки могут использоваться как высоковольтное иодное устройство трансформаторной подстанции с одним или двумя трансформаторами мощностью до 3 МВА или как пункт деления сети на несколько направлений. В стальном герметичном корпусе RM6, заполненном элегазом под давлением 0,2 бар, размещаются от одного до четырех выключателей нагрузки, оснащенных заземляющим разъединителем. Выключатели нагрузки дополняются плавкими предохранителями или силовым (одним или двумя) выключателем. Корпус имеет отсеки: кабелей, вторичных цепей, привода, предохранителей. Гашение дуги в выключателях нагрузки осуществляется автодутьем элегаза, в выключателе силовом – дополнительно дуги вращается по контактам.