Магнитное дутье, как вариант гашение дуги

Магнитное  дутье применяется  в электромагнитных выключателях. Щелевая дугогасящая камера из жаропрочного материала – основной элемент электромагнитных выключателей. Магнитное дутье, как правило, создается с помощью электромагнита, который включается последовательно в контур дуги. За счет него электрическая дуга в выключателе растягивается, охлаждается и гаснет.

Многократный разрыв цепи электрической цепи

Рисунок 7

Этот способ гашения дуги, как правило,  применяется одновременно свыше перечисленными, при коммутации высоких напряжений, когда отключение больших токов становится нетривиальной задачей. За счет многократного разрыва дуги с помощью нескольких дугогасящих устройств, достигается кратное снижение напряжения в каждом из них. Равномерное распределение напряжения на каждый разрыв достигается за счет активных сопротивлений или емкостей, включаемым параллельно основным контактам выключателя.

Контрольные вопросы:

1. Условия возникновения и гашения дуги.

2. Способы гашения дуги до 1 кВ.

3. Способы гашения дуги выше 1 кВ.

4. Необходимость гашения дуги.

Лабораторная работа №7 Конструкция разъединителей

Цель: изучить назначение, устройство, принцип действия, технические характеристики, область применения разъединителей.

Подготовка к работе:

1. Пройти инструктаж по технике безопасности на рабочем месте.

2. Изучить назначение и конструкцию разъединителей и их основных узлов. Взаимодействие элементов разъединителя во время работы. Основные технические параметры разъединителей.

3. Записать основные технические параметры с указанием диапазона значений для заданного типа разъединителя. Расшифровка условного обозначения разъединителя. Отличительные особенности и область применения.

1. Краткие теоретические сведения

В соответствии с нормативными документами разъединитель может являться либо низковольтным, либо высоковольтным электрическим аппаратом. Соответственно термины, в зависимости от уровня напряжения, могут отличаться.

Определение по ГОСТ Р 50030.1-2007 (МЭК 60947-1:2004):

Разъединитель - контактный коммутационный аппарат, в разомкнутом положении соответствующий требованиям к функции разъединения. Разъединение (функция): Действие, направленное на отключение питания всей установки или ее отдельной части путем отсоединения этой установки или ее части от любого источника электрической энергии по соображениям безопасности.

Определение по ГОСТ Р 50030.3-99 (МЭК 60947-3-99) (с примечанием):

Разъединитель - коммутационный аппарат, который в отключенном положении удовлетворяет определенным требованиям для изолирующей функции.

Примечания: 1) Это определение отличается от приведенного в МЭС 441-14-05 ссылкой на изолирующую функцию, вместо изолирующего расстояния. 2) Разъединитель способен включать и отключать цепь с незначительным током или при незначительном изменении напряжения на зажимах каждого из полюсов разъединителя. Разъединитель может проводить токи в нормальных условиях работы, а также в течение определенного времени в аномальных условиях работы выдерживать токи короткого замыкания.

По ГОСТ Р 52726-2007 (с примечанием):

Разъединитель - Контактный коммутационный аппарат, который обеспечивает в отключенном положении изоляционный промежуток, удовлетворяющий нормированным требованиям.

Примечания: 1) Разъединитель способен размыкать и замыкать цепь при малом токе или малом изменении напряжения на выводах каждого из его полюсов. Он также способен проводить токи при нормальных условиях в цепи и проводить в течение нормированного времени токи при ненормальных условиях, таких как короткое замыкание. 2) Малые токи - это такие токи, как емкостные токи вводов, шин, соединений, очень коротких кабелей, токи постоянно соединенных ступенчатых сопротивлений выключателей и токи трансформаторов напряжения и делителей. Для номинальных напряжений до 330 кВ включительно ток, не превышающий 0,5 А, считается малым током по этому определению; для номинального напряжения от 500 кВ и выше и токов, превышающих 0,5 А, необходимо проконсультироваться с изготовителем, если нет особых указаний в руководствах по эксплуатации разъединителей. 3) К малым изменениям напряжения относятся изменения напряжения, возникающие при шунтировании регуляторов индуктивного напряжения или выключателей. 4) Для разъединителей номинальным напряжением от 110 кВ и выше может быть установлена коммутация уравнительных токов.

Разъединители применяются для отделения участка сети на время ревизии или ремонта силового оборудования, для создания безопасных условий работы и отделения от смежных частей электрооборудования, находящихся под напряжением, а также для перефиксации присоединения с одной системы шин на другую, в электроустановках подстанций с двумя системами шин, без перерыва питания. Разъединители способны размыкать электрическую цепь только при отсутствии в ней тока или при весьма малом токе. В отличие от выключателей, разъединители в отключенном состоянии образуют видимый разрыв цепи. После отключения разъединителей с обеих сторон объекта, например, выключателя, трансформатора или другого оборудования, которое необходимо вывести в ремонт, последние должны заземляться с обеих сторон, либо при помощи переносных заземлений, либо с помощью специальных заземляющих ножей, встраиваемых в конструкцию разъединителя. Поэтому разъединители в электрических сетях занимают очень важное место и к их работе предъявляются довольно жесткие требования, как, впрочем, и к другим коммутационным аппаратам. Выпускаемые разъединители должны иметь довольно высокий показатель надежности, чтобы в нужный момент отделить поврежденный или выведенный в ремонт участок электрической схемы.

Главными недостатками разъединителя являются: невозможность отключения токов нагрузки, потому это, как правило, приводит к разрушению и повреждению разъединителя, невозможность работы разъединителя внутренней установки работать на открытом воздухе, а также малые показатели термической и динамической стойкости.

Рассмотрим процесс отключения электрической схемы разъединителем поэтапно. На первом этапе, при размыкании контактов разъединителя образуется открытая электрическая дуга, которая под действием магнитного поля и выделяющегося тепла, вытягивается и поднимается в виде петель на расстояние нескольких метров. На втором этапе, когда расстояние между контактами стало значительно больше, дуга продолжает гореть, потому что происходит явление деионизации воздуха и проводимость его сохраняется в моменты прохождения тока через нуль. На третьем этапе происходит удлинение электрической дуги, т.к. расстояние между контактами наибольшее, сопротивление и напряжение ее увеличиваются, а ток при этом падает, и при критической длине дуги, ток уменьшается до нуля, а напряжение восстанавливается до напряжения сети, и дуга гаснет.

Из вышеописанного процесса можно сделать вывод, что надежность работы разъединителя зависит от степени его отключающей способности, т.е. способность разъединителя отключить ток порядка несколько ампер или десятка ампер. Это является весомым показателем при выборе разъединителя для установки его в конкретный участок сети. Также при выборе необходимо учитывать фактор опасности переброса дуги на корпус (раму) разъединителя и соседние фазы, что может возникнуть при отключении данным коммутационным аппаратом. Отсюда следует, что значение допустимых отключаемых токов напрямую зависит от расстояния между полюсами разъединителя.

За счет применения опорных изоляторов со значительным показателем механической прочности и устранения замкнутых и полузамкнутых контуров тока в токоведущих частях разъединителя, повышается способность токоведущих элементов к противостоянию электродинамическим усилиям, другими словами это динамическая стойкость.

Немаловажное значение, для обеспечения надежной работы, имеет состояние контактных частей разъединителя, которые должны обладать наименьшим переходным сопротивлением. Как видно из рис.1, в увеличенном виде контактные поверхности, как бы они отшлифованы не были, не идеально ровные и соприкасаются только в отдельных точках. Поэтому при отключении линии тока на нижнем контакте находятся под углом по отношению к верхнему контакту или будут параллельны. Вследствие этого возникают электродинамические силы, которые стремятся оторвать контакты друг от друга.

Рисунок 1 - Поверхность контакта разъединителя в увеличенном виде.

Явление электродинамики сопровождается значительным нагревом контакта, что может вызвать оплавление, обгорание и даже его полное разрушение.

Для уменьшения электродинамических сил на контактные поверхности наносится тонкий слой серебра.

Немаловажным фактором для выбора разъединителя является также его достаточная термическая стойкость, т.е. способность разъединителя пропустить предельный ток короткого замыкания в течение определенного промежутка времени без образования недопустимых нагревов. Это значение приводится в справочниках и равняется четырем секундам – для разъединителей на напряжение до 35 кВ, три секунды – для разъединителя напряжением 110 кВ и выше. Из этого следует, что в аварийной ситуации режим работы разъединителя характеризуется его термической стойкостью.

Как уже упоминалось, разъединители не предназначены для коммутации токов нагрузки, отключение или включение разъединителем нагрузочного тока приводит к полному разрушению и непригодности разъединителя к дальнейшей эксплуатации. Поэтому, чтобы безопасно эксплуатировать разъединители следует исключить возможности коммутации тока нагрузки, для этого применяются механические, электрические и электромагнитные блокировки, которые разрешают произвести операции только тогда, когда выключатель данного разъединителя находится в отключенном положении. Причем механическая блокировка монтируется еще при производстве и заложена в самой конструкции разъединителя.

Установка разъединителя переменного тока на железобетонной опоре: 1 - опора; 2,14 - кронштейн; 3 - рама; 4 - изолятор; 5 - контактный вывод; 6 - гибкий провод; 7 - полуножи; 8 - тяга; 9 - крюковой болт; 10 - муфта; 11 - вал; 12 - муфта привода; 13 - ручной привод разъединителя Установка разъединителя постоянного тока на железобетонной опоре: 1 - опора; 2 - кронштейн; 3 - шарнирное ушко; 4 - рычаг; 5 - подвижной изолятор; 6 - контакты; 7 - дугогасительный рог; 8 - контактный вывод; 9 - неподвижный изолятор; 10 - рама разъединителя; 11 - крюковой болт; 12 - вал

Разъединитель РНДЗ-2-110: 1 - основание; 2 и 9 - колонки изоляторов; 3 - зажимы; 4 - гибкие связи; 5 - нож; 6 - пальцевые ламели; 7 - лопатка; 8 - контакт для заземляющего ножа; 10 - подшипник колонки; 11 - заземлящие ножи разъединителя; 12 - рычаг; 13 - тяга; 14 - вал; 15 - привод

Разъединитель рубящего типа для внутренней установки с двумя заземляющими ножами РВРЗ-2-10/2000: 1 - рама; 2 - механическая блокировка основных и заземляющих ножей; 3 - заземляющий нож; 4 - опорный изолятор; 5 - главные ножи разъединителя; 6 - вал заземляющих ножей; 7 - вал главных ножей

трехполюсный разъединитель РВ-10: 1 - рама; 2 - упор ограничения поворота вала; 3 - рычаг; 4 - вал; 5 - подвижный контакт; 6 - пружина; 7 - фарфоровая тяга; 8 - неподвижный контакт; 9 - опорный изолятор; 10 - рычаг

Полюс разъединителя РВР-10: 1 - рама; 2 - опорный изолятор; 3 - неподвижный контакт; 4 - стальная пластина; 5 - фарфоровая тяга; б - контактный нож; 7, 8 и 11 - оси; 9 - вал; 10 - рычаг.

Разъединитель РВК-10: 1 - основание;2 - вал;3 - ось;4 и 10 - неподвижные контакты;5 и 6 - пружины поджатия; 7 - стальная пластина;8 - подвижный контакт;9 - фарфоровая тяга разъединителя;11 - чугунный контактодержатель;12 - опорный изолятор;13 - рычаг.

Требования, предъявляемые к разъединителям

Требования, предъявляемые к разъединителям с точки зрения обслуживания их оперативным персоналом, заключаются в следующем:

1) разъединители должны создавать ясно видимый разрыв цепи, соответствующий классу напряжения установки;

2) приводы разъединителей должны иметь устройства жесткой фиксации ножей в каждом из двух оперативных положений: включенном и отключенном. Кроме того, они должны иметь надежные упоры, ограничивающие поворот ножей на угол, больший заданного;

3) разъединители должны включаться и отключаться при любых наихудших условиях окружающей среды (например, обледенении);

4) опорные изоляторы и изоляционные тяги должны выдерживать механические нагрузки, возникающие при выполнении операций;

5) главные ножи разъединителей должны иметь блокировку с ножами заземляющего устройства, исключающую возможность одновременного включения тех и других.

Классификация и устройство разъединителей

Отдельные типы разъединителей 6 - 10 кВ отличаются друг от друга по роду установки (разъединители внутренней и наружной установки); по числу полюсов (разъединители однополюсные и трехполюсные); по характеру движения ножа (разъединители вертикально-поворотного и качающегося типа). Трехполюсные разъединители управляются рычажным приводом, однополюсные - оперативной изоляционной штангой.

Различие в конструкциях разъединителей внутренней и наружной установок объясняются условиями их работы. Разъединители наружной установки должны иметь приспособления, разрушающие ледяную корку, образующуюся при гололеде. Кроме того, их используют для отключения небольших токов нагрузки и их контакты снабжаются рогами для гашения дуги, возникающей между расходящимися контактами.

Использование разъединителей для отключения уравнительных токов и небольших токов нагрузки

Способность разъединителей включать и отключать зарядные токи кабельных и воздушных линий, токи намагничивания силовых трансформаторов, уравнительные токи (это ток, проходящий между двумя точками электрически связанной замкнутой сети и обусловленный разностью напряжений и перераспределением нагрузки в момент отключения или включения электрической связи) и небольшие токи нагрузки подтверждена многочисленными испытаниями, проведенными в энергосистемах. Это нашли отражение в ряде директивных материалов, регламентирующих их использование.

Так, в закрытых распределительных устройствах 6-10 кВ разъединителями допускается включение и отключение намагничивающих токов силовых трансформаторов, зарядных токов линий, а также токов замыкания на землю, не превышающих следующих значений:

При напряжении 6кВ: намагничивающий ток - 3,5 А Зарядный ток - 2,5 А Ток замыкания на землю - 4,0 А

При напряжении 10кВ: намагничивающий ток - 3,0 А Зарядный ток - 2,0 А Ток замыкания на землю - 3,0 А

Установка между полюсами изоляционных перегородок позволяет увеличивать включаемый и отключаемый ток в 1,5 раза.

Разъединителями 6 - 10 кВ допускается включение и отключение уравнительных токов до 70 А, а также нагрузочных токов линий до 15 А при условии проведения операций трехполюсными разъединителями наружной установки с механическим приводом.

Разъединители часто снабжаются стационарными заземлителями, что представляет возможность не прибегать к установке переносных заземлений на оборудовании, выводимом в ремонт, и тем самым исключает нарушения правил безопасности, связанных с процессом установки переносных заземлений.

Техника выполнения операций с разъединителями.

В распределительных устройствах операции по отключению и включению разъединителей присоединения, имеющего в своей цепи выключатель, должны выполняться после проверки отключенного положения выключателя на месте его установки.

Прежде чем отключить или включить разъединители, необходимо произвести их внешний осмотр. Разъединители, приводы и блокирующие устройства не должны иметь повреждений, препятствующих выполнению операций. Особое внимание должно быть обращено на отсутствие .шунтирующих разъединители перемычек. В случае обнаружения тех или иных дефектов операции с разъединителями под напряжением должны выполняться с большой осторожностью и только с разрешения лица, отдавшего распоряжение о переключении. Запрещаются операции с разъединителями под напряжением, если на изоляторах обнаружены трещины.

Включение разъединителей ручным приводом следует выполнять быстро и решительно, но без удара в конце хода. При появлении между контактами дуги ножи разъединителей не следует отводить обратно, так как при расхождении контактов дуга может удлиниться, перекрыть промежуток между фазами и вызвать КЗ. Операция включения во всех случаях должна проводиться до конца. При соприкосновении контактов дуга погаснет, не причинив повреждений оборудованию.

Отключение разъединителей, наооборот, проводят медленно и осторожно. Вначале делают пробное движение рычагом привода, чтобы убедиться в исправности тяг.отсутствии качаний и поломок изоляторов. Если в момент расхождения контактов возникнет дуга, разъединители необходимо немедленно включить и до выяснения причины образования Дуги операции с ними не производить.

Операции с однополюсными разъединителями, производимые с помощью оперативных штанг, должны выполняться в той очередности, которая обеспечивает наибольшую безопасность для персонала. Допустим, что персонал ошибочно приступил к отключению разъединителей под нагрузкой.

При смешанной нагрузке наиболее безопасно отключение первого из трех разъединителей, так как при этом не возникает сильной дуги, даже если по цепи проходил номинальный ток. В момент расхождения контактов между ними может появиться лишь сравнительно небольшая разность потенциалов, поскольку с одной стороны отключаемый разъединитель будет находиться под напряжением источника питания, а с другой его стороны некоторое время будет действовать примерно одинаковая ЭДС, наводимая вращающимися при питании по двум фазам синхронными и асинхронными двигателями нагрузки, а также за счет конденсаторных батарей, установленных в распределительной сети.

При отключении второго разъединителя под нагрузкой появится сильная дуга. Третий разъединитель вообще не будет отключать никакой мощности. Так как отключение второго по очередности разъединителя представляет собой наибольшую опасность, он должен находиться по возможности дальше от разъединителей других фаз. Поэтому при любом расположении разъединителей (в горизонтальном или вертикальном ряду) первым всегда следует отключать разъединитель средней фазы, затем при расположении разъединителей в горизонтальном ряду поочередно отключают крайние разъединители, а при вертикальном расположении разъединителей (один над другим) вторым отключают верхний разъединитель, третьим - нижний.

Операции включения однополюсных разъединителей выполняют в обратном порядке.

В цепях, содержащих выключатели с пружинными приводами, операции с разъединителями следует выполнять при ослабленных пружинах, чтобы избежать случайных включений выключателей во время производства операций с разъединителями.

В сетях 6 - 10 кВ, работающих с компенсацией емкостного тока замыкания на землю, перед отключением разъединителями тока намагничивания трансформатора, в нейтраль которого включен дугогасящий реактор, следует прежде всего отключить дугогасящий реактор, чтобы избежать перенапряжений, причиной которых может быть неодновременность размыканий контактов трех фаз разъединителей.

Личная безопасность персонала, выполняющего операции с разъединителями. При выполнении любой операции с разъединителями, находящимися под напряжением, выполняющий операцию (и контролирующий его действия - в случае участия в переключениях двух лиц) должен предварительно выбрать такое место у привода аппарата, чтобы избежать травм от возможных разрушений и падений вниз изоляторов аппарата вместе с закрепленными на них токопроводящими элементами, а также защитить себя от прямого воздействия электрической дуги при ее возникновении.

Не рекомендуется в момент проведения операции смотреть на контактные части аппарата. Однако после завершения операции включения или отключения проверка положений главных ножей разъединителей и ножей стационарных заземлителей является обязательной, поскольку на практике неоднократно наблюдались случаи недовключения главных ножей, неотключения ножей стационарных заземлителей отдельных фаз, попадания ножей мимо контактных губок, обравы тяг от приводов и т.д. При этом каждая фаза разъединителей должна проверяться отдельно, независимо от фактического положения ножей других фаз и наличия механических связей между ними.

Универсальный моторный привод разъединителя УМП-II: а - общий вид привода; б - установка привода на железобетонной опоре; 1 - крышка; 2 - редуктор; 3 - корпус; 4 - электродвигатель; 5 - вал Схема управления моторным приводом разъединителя УМП-II: SBC - кнопка включения; SBT - кнопка отключения; KQSC - повторитель включения; KQST - повторитель отключения; LM - обмотка возбуждения; SAB1 и SAB2 - контакты переключателя; R1, R2 и R3 - резисторы; HLR и HLQ - сигнальные лампы; FU1и FU2 - предохранители; М - электродвигатель; SBB - контакт блокировки Ручной привод разъединителя ПР-2: 1 - рычаг; 2 - сектор; 3 - задний подшипник; 4 - рукоятка; 5 - фиксирующая защелка; 6 - передний подшипник; 7 - ось; 8 - стяжная шпилька; 9 - тяга привода

Ручной привод разъединителя ПРН-110 1 - защелка;2 - рычаг;3 - чашечки;4 - вал привода;5 - втулка;6 - полка;7 - основание;8 - корпус блок - контактов

Червячный привод разъединителя ПЧ: 1 - рукоятка; 2 - задний подшипник; 3 - шестерня; 4, 9 - валы; 5 - рычаг; 6 - планка; 7 - хомут; 8 - червяк; 9 - корпус

Контрольные вопросы:

1. Дать определение разъединителю.

2. Классификация разъединителей.

3. Область применения разъединителей.

4. Виды приводов разъединителя.

5. Рассказать схему отключения электрической сети разъединителем.