книги из ГПНТБ / Шаповалов, Б. Т. Электрооборудование насосных станций учебное пособие

вод короткозамыкателя, в результате чего на линии перед транс­ форматором создается двухфазное короткое замыкание. При этом блокировочные автоматические устройства оставляют отделитель включенным до тех пор, пока под действием релейной защиты, установленной на головном участке линии, не будет отключен его выключатель. После отключения выключателя под действием авто­ матики отключается и отделитель. Если линия оборудована уст-

отключения отделителя она вновь включается и продолжает питать неповрежденную подстанцию. После отключения отделителя вы­ ключают линейный разъединитель и приступают к осмотру и ремон­ ту аварийной установки.

В настоящее время отечественные заводы изготавливают отде­ лители и короткозамыкатели на напряжения 35—220 кВ. Короткозамыкатели на напряжение 35 кВ выпускаются двухполюсными, на ПО—220 кВ — однополюсными (рис. 6 6 , а), а отделители только трехполюсными (рис. 6 6 , б ).

112

§ 26. МАСЛЯНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Выключатели высокого напряжения, в том числе и масляные, служат для включения и выключения электрических цепей высоко­ го напряжения под токами нормальных нагрузок, а также для от­ ключения этих цепей при возникновении коротких замыканий. Они должны быть надежны в работе, иметь достаточную отключающую способность и минимальную продолжительность действия.

Средством для га­ шения дуги в масляных выключателях служит специальное минераль­ ное масло. Выключате­ ли, в которых масло ис­ пользуется не только для гашения' дуги, но и для изоляции токоведу­

превысить нормальное эксплуатационное напряжение установки. Кроме того, при постоянном токе масло интенсивно разлагается и под действием дуги сгорает, отчего его изоляционные свойства те­ ряются. При переменном токе такие перенапряжения не возникают, так как дуга гаснет в момент, когда ток становится равным нулю.

Выпускаемые в настоящее время масляные выключатели рас­ считаны на напряжения до 380—500 кВ при мощности отключения

в десятки миллионов кВА.

Многообъемные масляные выключатели без дугогасительных камер. На рис. 67 показан многообъемный масляный выключатель простой конструкции без дополнительных устройств (дугогаси-

113

тельных камер). Его основными частями являются бак 14 с крыш­ кой 10, проходные изоляторы 8 , механизм привода 17-—23, подвиж­ ные контакты 16 и неподвижные 3. На крышке имеется пробка для доливки масла; устройство оборудовано масломерным стеклом 1 2 и спускным краном 15. Как видно из рисунка, конструкция пред­ ставляет собой практически простой воздушный выключатель, по­ мещенный в масло.

При рабочих напряжениях не более 10 кВ все три фазы выклю­ чателя помещают в общий бак, а при более высоких напряжени­ ях — в отдельные баки. Баки могут быть прямоугольные с прямым дном, круглые — со сферическим и овальные — с прямым или сфе­ рическим дном. Наиболее прочны круглые баки со сферическим дном. Баки выполняют стальными со сварными швами. Для без­ опасности обслуживания крышки и баки многообъемных выключа­ телей заземляют.

Рассмотрим принцип действия многообъемного выключателя. Коммутируемая выключателем цепь с помощью изоляторов 8 , за­ крепленных в крышке 10, введена внутрь бака 14. Нижняя часть токоведущих стержней проходных изоляторов оканчивается непо­ движными контактами 3. В каждой фазе выключателя имеется два проходных изолятора и два неподвижных контакта. Подвижные контакты 16 выключателя с помощью прикрепленных к ним тяг 17 из прочного изоляционного материала (бакелита или пропитанно­ го изоляционным маслом дерева) соединены с общей металличе­ ской траверсой 18. При вращении вала 23 выключателя с помощью кривошипно-шатунного механизма 2 2 его вращательное движение преобразуется в поступательное движение металлической тяги 2 1 , движущейся в направляющих 20. При движении тяги 21 перемеща­ ется траверса 18 и соединенные с ней с помощью тяг 17 подвижные контакты. При повороте вала 23 по часовой стрелке подвижные контакты каждой фазы соединяются с неподвижными, и цепь для тока всех трех фаз замыкается — выключатель включен. В этом положении он удерживается специальной защелкой, встроенной в механизм привода. При включении выключателя сжимается разме­ щенная на тяге 21 отключающая пружина 19. При подаче импуль­ са на отключение защелка освобождается, и под действием сжатой отключающей пружины и собственного веса подвижные контакты начинают быстро опускаться вниз, потеряв металлический контакт с неподвижными контактами. В местах разрыва 2 (их два на одну фазу) зажигается электрическая дуга, под тепловым воздействием которой ближайшие к ней слои масла разлагаются, образуя вокруг каждой горящей дуги газовый пузырь высокого давления. Состав газового пузыря приблизительно следующий: 74% водорода, 13% ацетилена, 8 % метана и 5% тяжелых углеводородистых соедине­ ний. Таким образом, газовый пузырь отличается хорошими дугога­ сительными свойствами, так как состоит в основном из водорода, обладающего высокой теплопроводностью, теплоемкостью и малой вязкостью. В результате горения в газовом пузыре дуга интенсивно охлаждается, при нагревании пузырь расширяется, давление в нем

114

возрастает до 5—10 кгс/см2. Повышение давления еще более улуч­ шает отвод тепла от дуги, а так как подвижные контакты все более отдаляются от неподвижных, то дуга растет по длине, и сопротив­ ление ее поэтому увеличивается. Через 10—15 полупериодов (до 0,1—0,15 с) дуга при очередном переходе тока через ноль гаснет и вновь уже не восстанавливается, так как напряжение, имеющееся между контактами, недостаточно для нового зажигания дуги.

Размыканию цепи способствует также образование двух разры­ вов 'в каждой фазе, а следовательно, увеличенное более чем в два

поверхностью масла должно быть оставлено воздушное простран­ ство, сообщающееся через трубу небольшого сечения с окружающей средой. Этот незаполненный маслом объем выполняет роль воз­ душного буфера. При нарастании давления масло вытесняется в верхнюю часть бака, а сжимающийся при этом воздух буферного пространства выходит через трубу наружу, и давление на стенки и дно бака уменьшается.

Применяются и другие меры, предотвращающие взрыв бака. Они бывают особенно необходимы при отключении тяжелых корот­ ких замыканий, сопровождающихся большими токами. Так, для этой цели используют обрезки тонкостенных трубок, надетые на пропущенные через ушки бака болты, которыми крепится его крышка. При особенно резком возрастании давления эти отрезки сминаются, между крышкой и баком возникает щель, через кото­ рую масло широкой струей выливается наружу, в результате чего взрыв предотвращается.

Для предотвращения замыкания через масло между соседними фазами часто устанавливают междуфазные перегородки, выпол­ ненные из какого-либо диэлектрика, например, из электротехниче­ ского картона, а для предотвращения перекрытий на заземленный бак внутреннюю его поверхность также покрывают несколькими слоями электротехнического картона, пропитанной фанеры или другим диэлектриком.

Многообъемные масляные выключатели без специальных гаси­ тельных камер не являются достаточно совершенными, так как не обладают большой гасительной способностью, требуют сравнитель­ но большого времени для гашения дуги и неполностью взрывобез­ опасны. Действительно, несмотря на имеющиеся во всех конструк­ циях выключателей устройств для предотвращения взрыва бака, при отключении особенно тяжелых коротких замыканий эти взры­ вы возможны, вследствие чего масляные выключатели устанавли­ вают в специальных помещениях (взрывных ячейках или камерах). Из-за этих недостатков многообъемные масляные выключатели без гасительных камер в последние годы используют только в установ­ ках небольшой мощности напряжением не выше 10 кВ.

115

В верхней части камеры давление резко повышено, поэтому смесь газообразных продуктов и масла интенсивно продувается1 через отверстия в перегородке и действует на главную дугу, обра­ зуя продольное газовое дутье. Под действием дутья газовый пузырь с главной дугой вдувается в полый подвижный контакт, где дуга дополнительно охлаждается и гасится. Если в то время, когда по­ движный контакт еще находится в камере, дуга не погасла, то при его выходе за пределы камеры в открывшееся отверстие хлынет поток оставшегося в ней масла и погасит дугу. Дуга гаснет за 0 , 0 1 с при условии, если отключаемый ток. достаточно велик и в верхней части камеры достаточно высокое давление. При отключе­ нии малых токов это давление снижается, скорость движения газов при продольном дутье уменьшается, что ведет к замедлению про­ цесса гашения.

Выключатели рассматриваемого типа не являются быстродейст­ вующими. Длительность их отключения иногда достигает 0,15 с. Такими камерами оборудуют выключатели МКП (масляный, ка­ мерный, подстанционный), работающие при напряжениях 35—

220кВ.

Внастоящее время выпускают выключатели МКП новой серии, снабженные камерами поперечного масляного дутья. Принцип их действия аналогичен. Разница в действии камер заключается в том, что повышенные давления, возникающие в них под действием генерирующих дуг, используются для создания газо-масляного- дутья, действующего на дуги не вдоль, а поперек. Большая скорость

обдувающих струй и наличие в каждой из двух камер двух после­ довательно включенных дуг обеспечивают более быстрый разрыв цепи и: позволяют увеличить отключаемую мощность. Продолжи­ тельность отключения таких выключателей менее 0 , 1 с, таким об­ разом они являются быстродействующими. Номинальная мощность отключения в зависимости от номинального напряжения может составлять от 750 000 до 5 млн. кВА.

шунтирована сопротивлением, помещенным в изоляционном ци­ линдре. На рис. 69 показан многообъемный масляный выключатель МКП-1 ЮМ с гасительными камерами поперечного масляного

дутья.

Малообъемные масляные выключатели. Малообъемные выклю­ чатели изготовляют с одним и двумя разрывами на фазу. На каж­ дый разрыв устанавливают один бак, таким образом конструкции могут быть трехили шестибаковыми. Баки имеют вид цилиндров- (горшков). Они изготовлены из диэлектрика или металла, напри­ мер стали толщиной 6 — 8 мм (в этом случае бак имеет сварной немагнитный шов), а при больших токах — из латуни. Баки рассчи­ таны на большие давления и поэтому должны отличаться высокой механической прочностью. Для установки малообъемных выклю­ чателей не требуется специальных помещений, кроме того, они взрыво- и пожаробезопасны. При использовании малообъемных

ИГ

масляных выключателей в закрытых распределительных устройст­ вах снижается стоимость на строительство и повышается безопас­ ность обслуживания.

Если баки выключателя выполнены из металла, то присоединен-

118

жен горизонтально и вращается в двух подшипниках, укрепленных по бокам рамы. На валу укреплены изолирующие рычаги, связан­ ные с подвижными стержневыми контактами выключателя: рычаг 8 для среднего присоединения привода, рычаг 2 — для его бокового присоединения, а также спаренный рычаг с роликами для распо­ ложенных на раме буферных устройств. Основная часть выключа­ теля— цилиндр (полюс) (рис. 71). Внутри него находятся изоля-

ционные цилиндры 2 и 5, между которыми установлена дугогасительная камера 3, создающая при отключении поперечно­ продольное масляное дутье. Камера состоит из пакета изоляцион­ ных пластин, стянутых тремя изоляционными шпильками. В ниж­ ней части камеры один над другим расположены дутьевые каналы, гасящие большие и средние токи, а в верхней — масляные «карма­ ны», гасящие малые токи. Снизу цилиндр закрыт съемной крыш­ кой 6 (см. рис. 70), на которой расположен неподвижный розеточ­ ный контакт (рис. 72). Верхние торцы ламелей 2 облицованы дуго­ стойкой керамикой 1. Конструкция контакта позволяет присоединять алюминиевые подводящие шины. Подвижные стержневые контакты выключателя снабжены в нижней части съемными наконечниками, облицованными дугостойкой керамикой. Контакты изолированы от баков проходными изоляторами (рис. 73), которые смонтированы в верхней части цилиндров.

120

Для улучшения внутрибаковой изоляции и увеличения элек­ трической прочности самих изоляторов внутри них в отверстиях крепят резиновыми манжетами бакелитовые трубки. Для предот­ вращения выброса масла и газов из цилиндров при отключении выключателя в верхней части проходных изоляторов имеются уплотнения.

Выключатели отключаются следующим образом. При движе­ нии стержневого контакта вверх между ним и розеточным контак­ том образуется дуга, которая разлагает масло, находящееся в нижней части камеры, в результате чего возрастает давление в заполненном маслом объеме 7, что обеспечивает в дальнейшем по­ перечно-продольное газовое дутье. При дальнейшем подъеме кон­ такта последовательно открываются горизонтальные щели камеры, через которые с помощью вертикальных каналов сообщаются ниж­ няя и верхняя части камеры. При этом возникает интенсивное поперечно-продольное дутье и гасит дугу. Гашению дуги способст­ вует также тесное соприкосновение ее с поверхностью гетинаксовых и фибровых диэлектрических пластин в щелях, а также выделяю­ щиеся из фибровых пластин газы. При достаточно большом давле­ нии в объеме 7 (что обеспечивается при отключении больших и сред­ них токов) дуга гасится в момент, когда подвижный контакт еще не вышел за пределы гасительной камеры и ее центральное отвер­ стие в верхней части еще перекрыто им. При отключении же малых токов давление в объеме 7 может оказаться недостаточным для возникновения через горизонтальные щели камеры интенсивного дутья. В этом случае дуга затягивается в центральное отверстие и разлагает масло, находящееся в «карманах» верхней части камеры. При выходе подвижного контакта из центрального отверстия соз­ дается дополнительное продольное дутье, которое гасит дугу за пределами камеры.

При отключении выключателя в верхнюю часть цилиндра попа­ дает смесь газов и масла, которая при избыточном давлении через отверстие в верхней части стенки цилиндра попадает в маслоотде­ литель. Газообразные продукты через жалюзи выбрасываются в окружающую среду, а масло оседает на перегородках отделителя и через отверстие в его дне попадает в кожух, а оттуда через от­ верстие в цилиндре, расположенное близко к дну кожуха (через сообщающее отверстие), — в цилиндр выключателя. В результате уровень масла в кожухе и цилиндре уравнивается.

Когда выключатель отключен, его подвижный контакт не дол­ жен выступать за пределы бакелитовой трубки, т. е. разрыв между подвижным и неподвижным контактами должен быть в воздухе цилиндра, а не в масле, которое вследствие его небольшого объема может быть загрязнено продуктами собственного сгорания, сгора­ ния фибровых пластин и разрушения материала контактов.

Для усиления изоляции между полюсами выключатели ВМГ-10 снабжены изоляционными межполюсными перегородками. Осмотр и ревизию этих выключателей должны производить после каждых шести отключений полной мощности или после трех циклов «от­

121