Изоляторы.
Изоляторы предназначены для изоляции и крепления проводов на ВЛ и в распределительных устройствах электрических станций и подстанций. Изготовляются они из фарфора, закаленного стекла или полимерных материалов. По своему назначению изоляторы делятся на опорные, подвесные и проходные. Опорные изоляторы в свою очередь подразделяются на стержневые и штыревые, а подвесные – на изоляторы тарельчатого типа и стержневые.
Опорно-стержневые изоляторы применяют в закрытых и открытых распределительных устройствах для крепления на них токоведущих шин или контактных деталей. Изоляторы внутренней установки конструктивно представляют собой фарфоровое тело, армированное крепежными металлическими деталями (рис. 1). Арматура одновременно является внутренним экраном, с помощью которого снижается напряженность поля у края электрода, где она максимальна.
Ребро на теле изолятора играет роль барьера, заставляя разряд развиваться под углом к силовым линиям поля, т. е. по пути с меньшей напряженностью. Внутренний экран и ребро существенно увеличивают разрядное напряжение изолятора.
Рис. 1. Опорно-стержневой изолятор на напряжение 6 кВ для внутренней установки
Изоляторы внутренней установки выпускаются на напряжения до 35 кВ. Обозначение изоляторов, например, ОФ-35-375 расшифровывается следующим образом: опорный, фарфоровый на 35 кВ, с минимальной разрушающей силой на изгиб 375 даН.
Опорно-стержневые изоляторы наружной установки отличаются большим количеством ребер, чем изоляторы внутренней установки. Ребра служат для увеличения длины пути утечки с целью повышения разрядных напряжений изоляторов под дождем и в условиях увлажненных загрязнений. Изоляторы на напряжения 35…110 кВ состоят из сплошного фарфорового стержня, армированного чугунными фланцами (рис. 2). Обозначение, например, ОНС-35…2000 расшифровывается следующим образом: опорный, наружной установки, стержневой на 35 кВ, с минимальной разрушающей силой 2000 даН.
Опорно-штыревые изоляторы применяют для наружных установок в тех случаях, когда требуется высокая механическая прочность и опорно-стержневые изоляторы не могут применяться. Опорно-штыревой изолятор состоит из фарфоровой или стеклянной изолирующей детали, с которой при помощи цемента скрепляется металлическая арматура-штырь с фланцем и колпачок (шапка). Изолирующая деталь опорных штыревых изоляторов на напряжения 6…10 кВ выполняется одноэлементной, а на напряжение 35 кВ – двух – или трехэлементной (рис. 3). В установках напряжением 110 кВ и выше используются колонки, состоящие из нескольких установленных друг на друга опорно-штыревых изоляторов на напряжение 35 кВ. В обозначение изоляторов введена буква Ш (штыревой).
а)
б)
Рис. 2. Опорно-стержневой изолятор на напряжение 35 кВ (а) и опорный полимерный изолятор на 10 кВ (б) для наружной установки
Рис. 3. Опорно-штыревой изолятор на напряжение 35 кВ
Штыревые линейные изоляторы на напряжение 6…10 кВ состоят из фарфоровой или стеклянной изолирующей детали, в которую ввертывается металлический крюк или штырь (рис. 4). Крюк служит для закрепления изолятора на опоре. Провод укладывается в бороздки на верхней или боковой поверхности изолятора и крепится посредством проволочной вязки или специальных зажимов. На напряжение 35 кВ изоляторы выполняются из двух склеенных между собой изолирующих деталей, что увеличивает их электрическую и механическую прочность. Обозначение штыревых линейных изоляторов, например ШФ10, означает: штыревой фарфоровый на 10 кВ. Буква С в обозначении (ШС) указывает на то, что изолятор стеклянный.
Рис. 4. Штыревой линейный изолятор на напряжение 10 кВ
Подвесные изоляторы тарельчатого типа широко применяются на воздушных линиях электропередачи 35 кВ и выше. Они состоят из изолирующей детали (стеклянной или фарфоровой), на которой при помощи цемента укрепляется металлическая арматура – шапка и стержень (рис. 5).
Рис. 5. Подвесной изолятор тарельчатого типа
Наиболее частой причиной отказа тарельчатых изоляторов является пробой фарфора (стекла) между шапкой и стержнем, однако механическая прочность изолятора при этом не нарушается и падения провода на землю не происходит. Это является существенным недостатком тарельчатых изоляторов.
Обозначение изоляторов тарельчатого типа, например ПС-16Б, означает: П – подвесной, С – стеклянный, гарантированная электромеханическая прочность 160 кН, индекс Б означает вид конструктивного исполнения изолятора.
Подвесные стержневые изоляторы представляют собой стержень из изолирующего материала с выступающими на нем ребрами, армированный с обоих концов металлическими шапками. Эти изоляторы, как правило, выполняются из электротехнического фарфора. Однако в последнее время начат выпуск стержневых полимерных изоляторов. Стержневые изоляторы из фарфора не нашли широкого применения вследствие сравнительно невысокой механической прочности, а также возможности полного разрушения с падением провода на землю.
Проходные изоляторы применяются для изоляции токоведущих частей при прохождении их через стены, потолки и другие элементы конструкций распределительных устройств и аппаратов. Проходной изолятор в самом простом случае состоит из полого фарфорового элемента, внутри которого проходит токоведущий стержень (шина), и фланца, служащего для механического крепления изолятора к конструкции, через которую осуществляется ввод напряжения. Проходные изоляторы, предназначенные для наружной установки, имеют более развитую поверхность той части изолятора, которая располагается вне помещения.Проходной изолятор имеет следующие обозначении, например, ПНШ-35/3000-2000; П – проходной, Н – наружной установки, Ш – шинный на напряжение 35 кВ и номинальный ток 3 кА с механической прочностью 20 кН.
Выключатели. |
|
Выключатель - это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока. В К выключателям высокого напряжения предъявляют следующие требования: 1) Надежное отключение любых токов (от десятков ампер до номинального тока отключения); 2) быстрота действия, т. е. наименьшее время отключения; 3) пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения, т.е. быстрое включение выключателя сразу же после отключения; 4) возможность пофазного (пополюсного) управления для выключателей 110 кВ и выше; 5) легкость ревизии и осмотра контактов; 6) взрыво- и пожаробезопасность; 7) удобство транспортировки и эксплуатации. Выключатели высокого напряжения должны длительно выдерживать номинальный ток - Iном и номинальное напряжение Uном. |
ыключатель
является основным аппаратом в
электрических установках и служит
для отключения и включения в цепи в
любых режимах: длительная нагрузка,
перегрузка, короткое замыкание,
холостой ход, несинхронная работа.
Наиболее тяжелой и ответственной
операцией является отключение токов
КЗ и включение на существующее короткое
замыкание.
М
|
|
асляные
баковые выключатели.
В масляных баковых выключателях масло служит для гашения дуги и изоляции токоведущих частей. При напряжении до 10 кВ (в некоторых типах выключателей до 35 кВ) выключатель имеет один бак, в котором находятся контакты всех трех фаз, при большем напряжении для каждой фразы предусматривается свой бак. В установках 6 – 10 кВ применяли масляные выключатели ВМБ-10, ВМЭ-6, ВМЭ-10, ВС-10, им на смену пришли выключатели маломасляные и элегазовые. Баковые масляные выключатели использовались в наружных установках напряжением 35 кВ и выше. Они отличались простотой конструкции, что определило их широкое применение и в настоящее время. В отличие от простейшего выключателя они имеют специальные устройства - гасительные камеры. По принципу действия дугогасительные устройства можно разделить на три группы: 1) с автодутьем, в которых высокое давление и большая скорость движения газа в зоне дуги создаются за счет выделяющейся в дуге энергии; 2) с принудительным масляным дутьем, у которых к месту разрыва масло нагнетается с помощью специальных гидравлических механизмов; 3) с магнитным гашением в масле, в которых дуга под действием магнитного поля перемещается в узкие каналы и щели. Наиболее эффективным и простым являются дугогасительные устройства с автодутьем. Следует отметить, что устройства с автодутьем работают тем эффективнее, чем больше ток в дуге. При отключении малых токов давление газов может оказаться незначительным, вследствие чего дутье будет неэнергичным, что приведет к затягиванию гашения дуги. По этой причине некоторые гасительные устройства с автодутьем дополнены принудительным масляным дутьем, которое обеспечивает гашение малых токов. Чем выше напряжение, тем больше необходимо разрывов. Для равномерного распределения напряжения между основными разрывами параллельно им включается шунтирующее сопротивление. После гашения дуги на основных разрывах ток, проходящий через шунтирующее сопротивление, гасится на вспомогательных разрывах, обычно вне камеры. В дугогасительных устройствах с помощью изоляционных пластин и выхлопных отверстий создаются рабочие каналы, по которым происходит движение масла и газов (дутье). В зависимости от расположения каналов различают камеры с поперечным, продольным и встречно-поперечным дутьем. Выключатель работает по двухступенчатому циклу: сначала размыкаются контакты дугогасительных камер, происходит гашение дуг и прерывается цепь основного тока, затем в открытом разрыве контактов траверсы и контактов дугогасительных камер прерывается ток, протекающий через шунты. Траверса приводится в движение изолирующей тягой, связанной с приводным механизмом. На днище бака установлено льдоулавливающее устройство, предотвращающее всплытие замерзшего конденсата. Для подогрева масла при низких температурах к днищу крепится устройство электроподогрева, которое включается при температурах воздуха ниже – 150С. Это необходимо чтобы не снижалась скорость перемещения подвижных частей выключателя при увеличении вязкости масла. Например, в выключателе У-220 на три полюса необходимо 27000 кг масла.
Основные преимущества баковых выключателей:
Недостатки баковых выключателей:
|
Маломасляные выключатели (горшковые) получили широкое распространение в закрытых (ЗРУ) и открытых (ОРУ) распределительных устройствах всех напряжений.
Масло в этих выключателях в основном служит дугогасящей средой и только частично изоляцией между разомкнутыми контактами. Изоляция токоведущих частей друг от друга и от заземленных конструкций осуществляется фарфором или другими твердыми изолирующими материалами. Контакты выключателей для внутренней установки находятся в стальном бачке (горшке), отсюда сохранилось название выключателей «горшковые». Маломасляные выключатели напряжением 35 кВ и выше имеют фарфоровый корпус. Самое широкое применение имеют выключатели 6—10 кВ подвесного типа. В этих выключателях корпус крепится на фарфоровых изоляторах к общей раме для всех трех полюсов. В каждом полюсе предусмотрен один разрыв контактов и дугогасительная камера.
По типу, показанному на рисунке, изготовляют выключатели ВМГ-10 (выключатель масляный горшковый) и ВПМ-10, а ранее изготовились выключатели ВМГ-133.
По конструктивной схеме, приведенной на рисунке, изготовляются выключатели серии ВМП (выключатель маломасляный подвесной). При больших номинальных токах обойтись одной парой контактов (которые выполняют роль рабочих и дугогасительных) трудно, поэтому предусматривают рабочие контакты снаружи выключателя, а дугогасительные внутри металлического бачка. При больших отключаемых токах на каждый полюс имеются два дугогасительных разрыва. По такой схеме выполняются выключатели серий МГГ и МГ на напряжение до 20 кВ включительно. Массивные внешние рабочие контакты 4 позволяют рассчитать выключатель на большие номинальные токи (до 12000 А).
Конструктивные
схемы маломасляных выключателей:
1-подвижный
контакт; 2 - дугогасительная камера; 3 -
неподвижный контакт;
4
- рабочие контакты
Специально для КРУ выдвижного исполнения разработаны и изготовляются колонковые маломасляные выключатели серии ВК по схеме рис. д. Для установок 35 кВ и выше корпус колонковых выключателей фарфоровый, заполненный маслом (рис. е). В выключателях 35, 110 кВ предусмотрен один разрыв на фазу, при больших напряжениях - два и более разрывов.
Выключатели серии ВМП широко применяются в закрытых и комплектных распределительных устройствах 6 - 10 кВ. Выключатели для КРУ имеют встроенный пружинный или электромагнитный привод (типы ВМПП и ВМПЭ), Выключатели этих серий рассчитаны на номинальные токи 630 - 3150 А и токи отключения 20 и 31,5 кА. Внутреннее устройство полюса для выключателей всей серии одинаково. Количество масла в выключателях на токи (630 – 1600)А 5,5 кг, в выключателях на 3150 А 8 кг. Конструкция маломасляных выключателей 35 кВ и выше продолжает совершенствоваться с целью увеличения номинальных токов и отключающей способности. В мировой практике маломасляные выключатели изготовляются на напряжения до 420 кВ.
Достоинствами маломасляных выключателей: являются небольшое количество масла, относительно малая масса, более удобный, чем у баковых выключателей, доступ к дугогасительным контактам, возможность создания серии выключателей на разное напряжение с применением унифицированных узлов.
Недостатки маломасляных выключателей: взрыво- и пожароопасность, хотя и значительно меньшая, чем у баковых выключателей; невозможность осуществления быстродействующего АПВ; необходимость периодического контроля, доливки, относительно частой замены масла в дугогасительных бачках; трудность установки встроенных трансформаторов тока; относительно малая отключающая способность.
Область применения маломасляных выключателей — закрытые распределительные устройства электростанций и подстанций 6, 10, 20, 35 и 110 кВ, комплектные распределительные устройства 6, 10 и 35 кВ и открытые распределительные устройства 35, 110 и 220 кВ.
Воздушные выключатели |
|
В воздушных выключателях гашение дуги происходит сжатым воздухом, а изоляция токоведущих частей и дугогасительного устройства осуществляется фарфором или другими твердыми изолирующими материалами. Конструктивные схемы воздушных выключателей различны и зависят от их номинального напряжения, способа создания изоляционного промежутка между контактами в отключенном положении, способа подачи сжатого воздуха в дугогасительные устройства.
В
выключателях на большие номинальные
токи (рис. а, б) имеются главный и
дугогасительный контуры, как и в
маломасляных выключателях МГ и ВГМ.
Конструктивные схемы воздушных выключателей
Основная часть тока во включенном положении выключателя проходит по главным контактам 4, расположенным открыто. При отключении выключателя главные контакты размыкаются первыми, после чего весь ток проходит по дугогасительным контактам, заключенным в камере 2. К моменту размыкания этих контактов в камеру подается сжатый воздух из резервуара 1, создается мощное дутье, гасящее дугу. Дутье может быть продольным или поперечным. Необходимый изоляционный промежуток между контактами в отключенном положении создается в дугогасительной камере путем разведения контактов на достаточное расстояние или специальным отделителем 5, расположенным открыто. После отключения отделителя прекращается подача сжатого воздуха в камеры и дугогасительные контакты замыкаются. Выключатели, выполненные по такой конструктивной схеме, изготовляются для внутренней установки на напряжение 15 и 20 кВ и ток до 20000 А (серия ВВГ), а также на 35 кВ (ВВЭ-35-20/1600УЗ). В выключателях для открытой установки дугогасительная камера расположена внутри фарфорового изолятора, причем на напряжение 35 кВ достаточно иметь один разрыв на фазу (рис. в), на 110 кВ - два разрыва на фазу (рис. г). Различие между этими конструкциями состоит в том, что в выключателе на 35 кВ изоляционный промежуток создается в дугогасительной камере 2, а в выключателях напряжением 110 кВ и выше после гашения дуги размыкаются контакты отделителя 5 и камера отделителя остается заполненной сжатым воздухом на все время отключенного положения. При этом в дугогасительную камеру сжатый воздух не подается и контакты в ней замыкаются. По конструктивной схеме рис.,г созданы выключатели серии ВВ на напряжение до 500 кВ. Чем выше номинальное напряжение и чем больше отключаемая мощность, тем больше разрывов необходимо иметь в дугогасительной камере и в отделителе (на 330 кВ - восемь; на 500 кВ - десять). В рассмотренных конструкциях воздух подается в дугогасительные камеры из резервуара, расположенного около основания выключателя. Если контактную систему поместить в резервуар сжатого воздуха, изолированный от земли, то скорость гашения дуги значительно увеличится. Такой принцип заложен в основу серии выключателей ВВБ (рис. д). В этих выключателях нет отделителя. При отключении выключателя дугогасительная камера 2, являющаяся одновременно резервуаром сжатого воздуха, сообщается с атмосферой через дутьевые клапаны, благодаря чему создается дутье, гасящее дугу. В отключенном положении контакты находятся в среде сжатого воздуха. По такой конструктивной схеме созданы выключатели до 750 кВ. Количество дугогасительных камер (модулей) зависит от напряжения:
Для равномерного распределения напряжения по разрывам используют омические 3 и емкостные 6 делители напряжения.
Воздушные выключатели имеют следующие достоинства: взрыво- и пожаробезопасность, быстродействие и возможность осуществления быстродействующего АПВ, высокую отключающую способность, надежное отключение емкостных токов линий, малый износ дугогасительных контактов, легкий доступ к дугогасительным камерам, возможность создания серий из крупных узлов, пригодность для наружной и внутренней установки. Недостатками воздушных выключателей являются: необходимость компрессорной установки, сложная конструкция ряда деталей и узлов, относительно высокая стоимость, трудность установки встроенных трансформаторов тока. |
|
Элегазовые выключатели |
|
Э Разработаны конструкции выключателей нагрузки с элегазом на 35, 110, 220 кВ. Выключатели 35 и 110 кВ имеют по одной камере на полюс, в выключателе 220 кВ - две камеры на полюс. Кроме того, разработаны конструкции выключателей на два и три направления. Такой аппарат заменяет два или три выключателя, что дает значительную экономию при установке их на подстанциях. Элегазовые выключатели могут отключать не только ток нагрузки, но и ток КЗ. Такие выключатели имеют дугогасительные устройства с автопневматическим дутьем. При отключении возникает дуга между неподвижными и подвижным контактами. При отключении привод перемещает подвижную систему вниз, при этом элегаз сжимается в объеме между неподвижным поршнем и соплом. Как только контакты размыкаются, создается дутье через трубчатые контакты, а при дальнейшем ходе подвижной системы, когда трубчатые контакты выходят из сопла, создается сильный поток элегаза, который гасит дугу. Образующееся при гашении дуги небольшое количество продуктов разложения элегаза поглощается специальными фильтра ми (4 шт. на полюс). Удары при включении и отключении выключателя смягчаются буфером. Такой выключатель рассчитан на номинальный ток 1250 А, ток отключения 31,5 кА, собственное время отключения 0,06 с. Так же как и в воздушных выключателях, возможен модульный принцип создания элегазовых выключателей на более высокие напряжения. Выключатели и другая аппаратура с элегазом имеют большие перспективы.
Достоинства элегазовых выключателей: пожаро - и взрывобезопасность быстрота действия, высокая отключающая способность, малый износ. дугогасительных контактов, возможность создания серий с унифицированными узлами, пригодность для наружной и внутренней установки. Недостатки: необходимость специальных устройств для наполнения, перекачки и очистки SF6, относительно высокая стоимость SF6, экологические проблемы эксплуатации. |
|
Вакуумные выключатели |
|
легаз
SF6
обладает высокими дугогасящими
свойствами, которые используются в
различных аппаратах высокого напряжения.
Выключатели нагрузки элегазовые во
многом напоминают конструкцию
отделителей. Однако для успешного
отключения тока в них предусматриваются
устройства для вращения дуги в элегазе.
В подвижный и неподвижный контакты
встроены постоянные магниты из феррита,
которые создают магнитные поля,
направленные встречно. При размыкании
контактов образуется дуга, ток которой
взаимодействует с радиальным магнитным
полем, в результате чего создается
сила F, перемещающая дугу по кольцевым
электродам. Вращение дуги в элегазе
способствует быстрому гашению. Чем
больше отключаемый ток, тем больше
скорость перемещения дуги, это защищает
контакты от обгорания. Контактная
система описанной конструкции
помещается внутри фарфорового корпуса,
заполненного элегазом и герметически
закрытого. Давление внутри камеры 0,3
МПа. Подпитка при возможных утечках
происходит из баллона со сжатым
элегазом.
Электрическая прочность вакуумного промежутка во много раз больше, чем воздушного промежутка при атмосферном давлении. Это свойство используется в вакуумных дугогасительных камерах КДВ. Рабочие контакты имеют вид полых усеченных конусов с радиальными прорезями. Такая форма контактов при размыкании создает радиальное электродинамическое усилие, действующее на возникающую дугу и заставляющее перемещаться ей через зазоры на дугогасительные контакты. На рис. 1, а показан общий вид вакуумного выключателя ВВК-35Б-20/1000У1, предназначенного для частых коммутаций в нормальных и аварийных режимах в электроустановках 35 кВ. Выключатель рассчитан на открытую установку. На общей раме крепятся с помощью фарфоровых изоляторов три полюса. В каждом полюсе (рис. 4.8,6) в фарфоровом изоляторе 3, армированном фланцами 2 и 6, заключена дугогасительная камера 5. Для надежной изоляции полюсы заливаются маслом, и в крышке 1 имеется маслоуказатель. Механизм привода полюса 8 тягами 7 и 4 связан с подвижным контактом. Гашение дуги осуществляется в вакуумной камере 5.
Достаточно широкое применение получили вакуумные выключатели нагрузки ВНВ, рассчитанные на отключение номинальных токов. Вакуумные выключатели в мировой практике применяются в установках 500 кВ включительно. Достоинства вакуумных выключателей: простота конструкции; высокая степень надежности, высокая коммутационная износостойкость, малые размеры, пожаро- и взрывобезопасность, отсутствие шума при операциях; отсутствие загрязнения окружающей среды, малые эксплуатационные расходы. Недостатки вакуумных выключателей: сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения, возможность коммутационных перенапряжений при отключении малых индуктивных токов. |
||||
