книги / Электрические аппараты. Общий курс

равно напряжению на дуге и составляет лишь несколько процентов от напряжения сети (исключением являются магнитные выключатели, у которых велико напряжение на дуге).

После того как дуга погасла, на контактах аппарата восста­ навливается напряжение, но в это время в цепи ток равен нулю. Таким образом, Ua и / 0Тк.н действуют на выключатель в различное время. Однако 50Тн учитывает нагрузку выключателя двумя основ­ ными факторами — током отключения, когда дуга горит в выклю­ чателе и он подвергается большим тепловым и динамическим нагруз­ кам, и напряжением, восстанавливающимся на зажимах выключате­ ля, которое стремится зажечь дугу вновь. По существу 50тк есть мощность, близкая к мощности короткого замыкания сети, в кото­ рой установлен выключатель.

Сохранность энергетического оборудования, беспере­ бойное энергоснабжение, динамическая устойчивость па­ раллельно работающих систем требуют, чтобы длитель­ ность коротких замыканий была возможно меньшей и ограничивалась временем 0,05—0,1 с. Поэтому все вы­ ключатели снабжаются дугогасительными устройствами, обеспечивающими гашение дуги в ограниченном объеме за время несколько сотых секунды.

приводом включится на существующее короткое замы­ кание характеризуется номинальным током включения.

Н о м и н а л ь н ы й т о к в к л ю ч е н и я — это наи­ больший ударный ток короткого замыкания, на-который выключатель способен включиться без сваривания кон­ тактов и других повреждений, препятствующих его даль­ нейшей нормальной работе. Этот ток определяется либо

амплитудой iy n = l,8 Y 2 / 0тк.ш либо действующим значе­ нием ударного тока за период после начала короткого замыкания.

В р е м я в к л ю ч е н и я в ы к л ю ч а т е л я — это вре­ мя от подачи команды на включение до завершения опе­ рации включения (посадка привода на защелку, окон­ чание хода отделителя воздушного выключателя).

г) Требования к выключателям. Выключатель явля­ ется самым ответственным аппаратом в высоковольтной системе, при авариях он всегда должен обеспечивать чет­ кую работу. При отказе выключателя авария развивает­ ся, что ведет к тяжелым разрушениям и большим мате­

ние выключателем любых нагрузок не должно сопровож­ даться перенапряжениями, опасными для изоляции эле­ ментов установки.

Всвязи с тем, что режим короткого замыкания для системы является наиболее тяжелым, выключатель дол­ жен обеспечивать отключение цепи за минимально воз­ можное время.

Всвязи с ростом мощности в единице оборудования (генераторах, трансформаторах) растет частота собст­

венных колебаний цепи, а следовательно, и скорость вос­ становления напряжения.

Выключатель должен обеспечивать надежное отклю­ чение цепи при условиях восстановления напряжения, определяемых ГОСТ 687-70.

Вывод выключателя для ревизии и ремонта связан с большими трудностями, так как приходится либо пере­ ходить на другую схему распредустройства, либо просто отключать потребителей.

В связи с этим выключатель должен допускать воз­ можно большее число отключений коротких замыканий без ревизии и ремонта. Современные выключатели могут отключать без ревизии до 10 коротких замыканий при

д) Классификация выключателей. Классификация может проводиться по различным признакам: по методу гашения дуги, по виду изоляции токоведущих частей между собой и на землю, по принципам, заложенным в конструкцию дугогасительного устройства.

В м а с л я н ы х в ы к л ю ч а т е л я х дуга, образующа­ яся между контактами, горит в трансформаторном масле. Под действием энергии, выделяющейся в дуге, масло раз­ лагается и образующиеся газы и пары используются для ее гашения.

В зависимости от способа изоляции токоведущих час­ тей аппарата различают б а к о в ы е выключатели и м а ­

ло м а с л я н ы е .

Впервых изоляция токоведущих частей между собой

иот земли осуществляется с помощью масла. Это масло располагается в стальном баке, соединенном с землей (рис. 19-2).

Вмаломасляном выключателе изоляция токоведущих частей от земли и между собой производится с помощью твердых диэлектриков и масла (§19-3).

В в о з д у ш н о м в ы к л ю ч а т е л е в качестве гася­ щей среды используется сжатый воздух, находящийся в баке под давлением 1—5 МПа.

При отключении сжатый воздух из бака подается в дугогасительное устройство. Дуга, образующаяся в каме­ ре, обдувается интенсивным потоком воздуха, выходя­ щим в атмосферу.

Изоляция токоведущих частей между собой осущест­

принципу сходны с контактором постоянного тока с лаби­ ринтно-щелевой камерой (рис. 10-5). Гашение дуги про­ исходит за счет увеличения сопротивления дуги вследст­ вие ее интенсивного удлинения и охлаждения.

кающая при расхождении контактов дуга быстро гаснет благодаря интенсивной диффузии зарядов в вакууме.

19-2. Баковые масляные выключатели

Общая компоновка бакового выключателя представ­ лена на рис. 19-2. В стальном баке 1 на маслонаполнен­ ных вводах 8 расположены дугогасительные устройства (камеры) 6. Траверса 4 перемыкает внешние контакты камер.

Горячие и ионизированные выхлопные газы, выхо­ дящие из камер, могут вызвать перекрытие с камер на бак. Для предотвращения этого явления имеется баковая изоляция 3.

Перемещение траверсы 4 происходит под действием штанги 5, движущейся по направляющим 7 под действи­ ем пружин механизма и пружин камер.

На выключателе установлены магнитопроводы 9 со вторичными обмотками трансформаторов тока (в данном случае их четыре). Первичной обмоткой трансформато­ ров являются токоведущие стержни вводов 8.

Для сохранения вязкости трансформаторного масла при низких температурах предусмотрен электрический подогрев масла устройством 2.

Вводы имеют изоляцию конденсаторного типа, что позволяет легко измерять напряжение на линии (§24-3).

Дугогасительное устройство выключателя показано на рис. 19-3. В прочном стеклоэпоксидном цилиндре 3 расположены неподвижные контакты 4 и 5. Неподвиж­ ные контакты 4 и 5 выполнены в виде многоламельного торцевого контакта. Промежуточный контакт 9 сделан в виде сквозной розетки. Для уменьшения износа кон­ такты облицованы металлокерамикой. Камера имеет два разрыва. Первый образуется между контактом 4 и промежуточным контактом 7, второй — между контак­ том 5 и контактом 6. Дугогасительная решетка 8 имеет два следующих друг за другом дутьевых канала /, 2. Во включенном положении эти каналы перекрыты телом подвижных контактов 7 и 6. Вся внутренняя полость камеры заполнена трансформаторным маслом. При от­ ключении контакты движутся вниз под действием пру­ жины камеры. В каждом разрыве образуется дуга. Под действием энергии дуги масло разлагается на водород, метан и другие газы. В течение сотой доли секунды дав­ ление возрастает до 5—8 МПа. После того как тело под­ вижного контакта откроет дутьевую щель /, при про­ хождении тока через нуль за счет давления в камере

создается мощный поток газов и паров масла, охлаж­ дающих и деионизирующих дугу. Следует отметить, что энергия, необходимая для гашения, выделяется самой дугой. Поэтому чем больше ток, тем больше давление в камере и интенсивнее гашение дуги. При токах, близких_ к номинальному току отключения, длительность дуги не более 0,02 с. Наибольшая длительность горения дуги наблюдается При небольших индуктивных токах (500—2000 А). Для обеспечения надежной работы каме­ ры во всем возможном диапазоне токов предусмотре­ на вторая дутьевая щель 2. Выравнивание распреде­ ления напряжения между камерами и облегчение отключения емкостных токов обеспечивается шунтами 10 по 750 Ом каждый. Отключение тока шунта производит­ ся двумя разрывами образующимися между внешними контактами камер и траверсой. В настоящее время бако­ вые выключатели выпускаются на напряжение 35— 220 кВ. Наибольшая мощность отключения 25 000 МВ-А.

Обычно бак выключателя заполняется маслом не пол­ ностью, а примерно на 2/з объема. При отключении газ, выбрасываемый из камеры, заставляет слои масла, ле­ жащие над камерами, двигаться с большой скоростью вверх. Воздух, находящийся над маслом, может свобод­ но выходить в атмосферу.

Таким образом удается ограничить давление в баке. После окончания отключения масло, двигаясь по инер­ ции, ударяет в крышку выключателя. Этот удар может быть столь сильным, что деформируются лапы, крепя­ щие бак выключателя к фундаменту. На эти нагрузки должен рассчитываться фундамент выключателя.

В случаях повреждения механизма выключателя или камер в выключателе образуется длительно горящая «стоячая» дуга, при этом давление в баке может под­ няться до опасной величины. Для того чтобы предотвра­ тить взрыв бака, вверху расположены аварийные выхлоп­ ные трубы с калиброванными мембранами (на рис. 19-2 не показаны). При определенном давлении мембраны разрушаются и из выключателя выливается масло, бла­ годаря чему давление в баке снижается до безопасных пределов. Взрыв бака является тяжелой аварией, так как

шалась в направлении уменьшения массы, объема, уве­ личения отключающей способности. Основными досто­ инствами этих выключателей являются высокая надеж­ ность аппарата, простота конструкции камер и механиз­ ма, высокая механическая прочность элементов (камер, бака, механизма, вводов), что позволяет использовать эти аппараты в самых тяжелых условиях эксплуатации (при низких температурах необходим подогрев масла для уменьшения его вязкости). Гасящая среда — масло всегда имеется в наличии. По данным отечественной статистики надежность баковых выключателей выше на­ дежности воздушных и маломасляных выключателей. Большим достоинством является возможность встраи­ вания трансформаторов тока и емкостных делителей на­ пряжения.

Кроме того, простота конструкции не требует высокой квалификации обслуживающего персонала и сложного оборудования.

При напряжениях до 220 кВ баковый выключатель по своим параметрам не уступает воздушным выключа­ телям.

К недостаткам выключателя следует отнести: боль­ шие размеры и массу, необходимость периодической очистки масла, что требует наличия масляного хозяйст­ ва; ремонт и ревизия выключателя с напряжением 110 кВ

ивыше являются весьма сложным и трудоемким делом. Большим недостатком является взрыво- и пожароопас­

ность выключателя.

19-3. Маломасляные выключатели

В маломасляном выключателе с целью уменьшения габаритов и массы изоляция в основном осуществляется твердыми материалами.

На рис. 19-4 представлен общий вид широко распро­ страненного у нас в Союзе малообъемного выключателя ВМП-10 (выключатель масляный подвесного типа). Этот выключатель предназначен для работы при номи­

номинальный ток этой серии увеличен до 3200 А, а мощ­ ность отключения до 500 МВ-А.

Контактная система, дугогасительное устройство (ДУ) и устройство, превращающее вращательное движе­ ние рычагов в поступательное движение контактов, смон­ тированы в виде единого блока полюса 1. Этот блок с помощью опорных изоляторов 2 крепится к стальной раме

774

Рис. 19-4. Маломасляный выключатель ВМП-10, £/н=10 кВ, /н = ——600 А, /ном.отк==20 кА, Рн—350 МВ*А.

3. В этой раме установлены вал выключателя 5, отклю­ чающая пружина, пружинный буфер включения и масля­ ный буфер отключения 6. Вал выключателя 5 связан с выходным рычагом механизма полюса 7 с помощью проч­ ной изоляционной тяги 4.

При включении изоляционная тяга 4 поворачивает выходной рычаг полюса 7 против часовой стрелки и про­ изводит замыкание контактов. Отключающая пружина при этом растягивается, а пружинный буфер включения сжимается. Этот буфер развивает большую силу на не­ большом ходе (соответствующем ходу подвижного кон­ такта в розетке) и создает необходимую для гашения дуги скорость.

Разрез нижней части блока полюса выключателя представлен на рис. 19-5.

Для уменьшения обгорания концы ламелей розеточного контакта /, подвергающиеся воздействию дуги, облицо­

ваны металлокерамикой (§ 3-3). Нижняя головка 2 име­ ет съемную крышку 3, на которой и укреплен розеточный контакт 1.

При ревизиях и ремонтах съемная крышка 3 вынима­ ется вместе с розеточным контактом 1. Нижняя головка 2 связывается с верхней головкой стеклоэпоксидным ци­ линдром 4, который является цилиндром ДУ. Выключа­ тель имеет ДУ газового дутья. Оно собирается из пла-

5

4

1

2

3

Рис. 19-5. Разрез нижней части полюса выключателя ВМП-10.

стин фибры, гетинакса и электрокартона. В этих пла­ стинах вырезаны отверстия, которые образуют каналы и полости для гашения дуги. Камера имеет три канала — щели для гашения дуги (один из них виден на рис. 19-5). Вначале канал идет горизонтально, а затем вертикально. Все пластины ДУ стягиваются фибровыми или тексто­ литовыми шпильками.

Для ограничения давления при больших токах и соз­ дания необходимого давления вблизи нулевого значения тока камера имеет воздушный буфер А (рис. 19-5). Д ав ­ ление в ДУ достигает наибольшего значения вблизи мак­ симального значения тока. Под действием этого давле­ ния масло сжимает воздух в буфере, при этом аккумули­ руется энергия. Около нуля тока мощность в дуге и давле­ ние резко уменьшаются. Энергия, накопленная в буфере, позволяет создать вблизи нуля тока такое давление, ко­ торое необходимо для гашения дуги.