Работа 9. Многообъемные масляные выключатели

Цель работы: изучить конструкцию и принцип действия многообъемных масляных выключателей, применяемых в сельском электроснабжении.

Содержание работы

1. Изучить конструкцию выключателя ВМ-35. Познакомиться с паспортными данными.

2. Осмотреть устройство выключателя.

3. Ознакомиться с процессом гашения дуги (дать описание).

4. Осмотреть привод:

а) механизм завода пружин;

б) механизм отключения;

в) встроенные реле.

5. Изучить назначение и область применения выключателей ВС-10-63-2,5.

Общие сведения

Трехполюсные масляные выключатели серии ВМ-35 относятся к баковым многообъемным выключателям, предназначены для коммутации под нагрузкой электрических цепей трехфазного тока частотой 50 Гц с номинальным напряжением 35 кВ, применяются как для внутренних, так и для внешних установок. Нормальная работа выключателя обеспечивается при установке его на высоте не более 1000 м над уровнем моря и температуре окружающей среды от +40 до –40 С.

Выключатели этой серии выполняются в открытых распределительных устройствах с приводом ШНР-35, а для внутренних установок – с приводом ПП-67. Масляный выключатель типа ВМ-35 выпускается на номинальное напряжение 35 кВ, номинальный ток 600 А и номинальную мощность отключения при 35 кВ до 400 МВ А.

В масляных баковых выключателях масло служит для гашения дуги и изоляции токоведущих частей.

На рис. 5.16 и 5.17 показан баковый выключатель без специальных устройств для гашения дуги. Стальной бак 1 выключателя подвешен к литой чугунной крышке 3 с помощью болтов. Через крышку проходят шесть фарфоровых изоляторов 4, на нижних концах токоведущих стержней которых закреплены неподвижные контакты 7. Движение подвижным контактам 8 передается с помощью изолирующей тяги от приводного механизма. Во включенном положении отключающая пружина 5 сжата и выключатель удерживается защелкой привода, с которым он связан валом 6. При отключении автоматически или вручную освобождается защелка и под действием пружины траверса быстро опускается вниз. При этом образуется разрыв на каждом полюсе выключателя. Возникшая дуга разлагает и испаряет масло, образуя при этом газомасляный пузырь, содержащий до 70 % водорода. Возникающее давление внутри пузыря (до 100 Н/см²) повышает деионизирующую способность газов, что приводит к гашению дуги через 0,1 с. Кроме того, на стенках бака имеются изоляционные покрытия 9.

а	б
Рис. 5.16. Баковый масляный выключатель ВМ-35-630-10: а – общий вид: 1 – полюс выключателя; 2 – привод; 3 – лебедка; б – разрез полюса: 1 – ввод; 2 – крышка; 3 – каркас; 4 – направляющее устройство; 5 – неподвижный контакт; 6 – подвижная дугогасительная камера; 7 – бак; 8 – устройство подогрева бака; 9 – штанга; 10 – трансформатор тока ТВ–35/10

Рис. 5.17. Схематический разрез масляного бакового выключателя: 1 – стальной бак, 2 – масло, 3 – крышка, 4 – проходной изолятор, 5 – отключающая пружина, 6 – вал выключателя, 7 – неподвижные контакты, 8 – подвижные контакты, 9 – изоляция стенок бака

Следует иметь в виду, что масло в бак заливается не полностью, так как при высоком давлении в момент гашения дуги может быть повреждена крышка бака в результате удара. Поэтому гашение дуги должно закончиться до того, как масло заполнит пространство под крышкой. Если же уровень масла будет слишком низок, то газы попадут под крышку сильно нагретыми, что может привести к взрыву смеси водорода с воздухом. Поэтому в процессе эксплуатации уровень масла должен постоянно контролироваться по маслоуказателю.

После гашения дуги газовый пузырь охлаждается, проходя через слой масла над контактами, и выбрасывается наружу через газоотводную трубу. Для наружных установок напряжением 35 кВ и выше применяются баковые выключатели, имеющие специальные дугогасительные устройства.

Дугогасительные устройства по принципу действия разделяются на три группы: с автодутьем, с принудительным масляным дутьем и с магнитным гашением дуги.

В первых высокое давление и большая скорость движения газов в зоне дуги создаются за счет выделяющейся в дуге энергии. В устройствах с принудительным дутьем масло нагнетается с помощью специальных гидравлических механизмов, а в выключателях с магнитным гашением дуги она гасится за счет перемещения в узкие каналы и щели под действием магнитного поля.

В зависимости от расположения каналов дугогасительные камеры делятся на камеры с поперечным, продольным и встречно-поперечным дутьем.

Еще одним баковым масляным выключателем, который используется в электрических сетях сельскохозяйственного назначения, является выключатель типа ВС-10-63-2,5 (выключатель секционирующий, на номинальное напряжение 10 кВ, номинальный ток 63 А и номинальный ток отключения 2,5 кА), предназначенный для секционирования сельских распределительных сетей напряжением 10 кВ с изолированной нейтралью и служит для уменьшения зоны повреждения при двух- и трехфазных замыканиях путем локализации поврежденного участка.

При наличии большого количества ответвлений сельских воздушных распределительных сетей возникает необходимость их секционирования и применения автоматического повторного включения (АПВ) отключающихся участков.

Сетевые масляные выключатели в АПВ, ввиду специфических условий их работы, отличных от условий обычных выключателей, устанавливаемых на подстанциях, изготавливаются в специальном исполнении. Выключатель относится к классу баковых масляных выключателей, в котором масло служит как дугогасящей, так и изолирующей средой. Выключатель представляет собой комплектный аппарат, состоящий из выключателя, привода в шкафу, поддерживающего каркас и лебедки для подъема и спуска бака.

Все три полюса выключателя помещены в один общий бак. Включение производится поворотом главного вала приводного механизма. Во включенном положении выключатель удерживается защелкой привода. При отводе отключающей собачки привода выключатель отключается под действием отключающих пружин выключателя. Гашение электрической дуги в выключателе происходит в дугогасительной камере за счет энергии, выделяемой самой дугой.

Привод выключателя служит для включения выключателя, удержания его во включенном положении и освобождения его при отключении. Привод обеспечивает автоматическое отключение выключателя с помощью первичных токовых реле, расположенных на крышке шкафа, и двукратное автоматическое повторное включение выключателя при помощи включающей пружины и механизма АПВ. Привод приспособлен также для ручного включения и отключения выключателя: завод включающей пружины привода производится от электродвигателя, а также может быть произведен непосредственно с земли. Привод дает возможность осуществлять цикл автоматических повторных включений, который может быть изображен диаграммой, представленной на рис. 5.18.

Рис. 5.18. Диаграмма АПВ выключателя ВС-10-63-2,5

Аналитически цикл двухкратного АПВ можно выразить формулой

– t – O – T₁ – B – t – O – T₂ – B – t – 0,

где t – выдержка времени на отключение, T₁ – бестоковая пауза первого цикла АПВ, Т₂ – бестоковая пауза второго цикла АПВ, определяемая, в основном, временем завода электродвигателем включающей пружины; t – Т₂ – время завода включающей пружины (колеблется в зависимости от температуры окружающей среды).

При возникновении короткого замыкания выключатель автоматически отключается с выдержкой времени и включается повторно. Если короткое замыкание успело ликвидироваться за время бестоковой паузы Ti, то пройдет успешное включение. Выключатель остается в работе (на диаграмме показано пунктиром), и электродвигатель заведет включающую пружину, о чем свидетельствует положение указателя «пружина заведена», подготавливая привод к полному циклу АПВ. Если первое АПВ происходит на устойчивое к.з., то выключатель повторно отключается с той же выдержкой времени на отключение t₁. Одновременно начинает работать двигатель, который заводит включающую пружину привода.

После того как пружина будет заведена, произойдет второе АПВ. При успешном втором АПВ электродвигатель заведет включающую пружину привода, подготовив привод к полному циклу АПВ.

Если же второе АПВ происходит на устойчивое к.з., то выключатель отключится с выдержкой времени на отключение и заблокируется в отключенном положении, обеспечивая тем самым отключение поврежденного участка. Выдержка времени осуществляется механизмом выдержки времени на отключение.

Если за промежуток времени, меньший, чем выдержка времени, устанавливаемая на часовом механизме, ток в катушке реле снизится до тока, меньшего или равного току возврата реле, то под воздействием пружины, рычага и собачки ударник вернется в исходное положение и выключатель останется во включенном положении.

Включение выключателя оператором осуществляется вручную с земли с помощью привода ручного управления. Для включения выключателя из заблокированного положения необходимо с помощью рычага ручного завода завести включающую пружину привода. По окончании завода пружины произойдет включение выключателя.

Основные преимущества баковых выключателей:

простота конструкции;

высокая отключающая способность;

пригодность для наружной установки;

возможность установки встроенных трансформаторов тока.

К недостаткам следует отнести:

взрыво- и пожароопасность;

необходимость периодического контроля за состоянием и уровнем масла в баке и вводах;

большой объем масла, что обусловливает большую затрату времени на его замену;

необходимость больших запасов масла;

непригодность к установке внутри помещений;

непригодность для выполнения быстродействующего АПВ;

большая масса, неудобство монтажа и обслуживания.

Контрольные вопросы и задания

1. Как устроено дугогашение в масляных выключателях?

2. Почему баки разделены по фазам выключателя?

3. Почему выключатель ВМ-35 относится к многообъемным выключателям?

4. Достоинства и недостатки многообъемных масляных выключателей.

5. Можно ли осуществить с данным приводом АПВ?

6. Что называется одно-, пяти- и десятисекундным током термической устойчивости и чему он равен?

7. Что необходимо сделать для внутреннего осмотра выключателя?

8. Почему механизм АПВ может осуществить только двукратное АПВ?

9. Что такое успешное и неуспешное АПВ?

10. Почему не происходит АПВ при ручном оперативном отключении выключателя?