книги / Электрические аппараты. Общий курс

При расхождении контактов между ними возникает электрическая дуга. Под действием дуги масло разла­ гается и образующиеся газы создают в камере давление. В тот момент, когда тело подвижного контакта 6 (свеча) откроет первую щель, возникает газовое дутье и при про-

Рис. 19-6. Маломасляный выключатель ВМК-35, Us= 35 кВ, /а= = 1000 А, /вом.отк=16,4 кА, Ян=Ю00 МВ-А.

хождении тока через нуль возможно гашение дуги. Обдув дуги газами еще более усиливается после откры­ тия свечей второго и третьего каналов. Обычно гашение дуги с большим током происходит после открытия пер­ вых двух щелей.

При отключении малых токов в камере развивается небольшое давление, и поэтому дуга не гаснет после от­ крытия всех трех щелей, а затягивается в масляные кар­ маны 5, расположенные в верхней части ДУ.

Газы, образующиеся в процессе гашения, выходят через зигзагообразный канал в верхней головке полюса. Для того чтобы избежать выброса масла из полюса, в его верхней части установлен специальный маслоотде­ литель.

Для выключателей 35 и 110 кВ и мощностью 1000 — 5000 МВ-А применяется выключатель колонкового типа (ВМК) с одним разрывом на полюс конструкции ВЭИ. Разрез полюса выключателя на напряжение 35 кВ дан на рис. 19-6.

На раме 1 в виде колонки смонтированы два полых фарфоровых изолятора 6 и 7, внутри которых размеще­ на дугогасительная камера.

Подвижный контакт 2 выполнен в виде медного стер­ жня (свечи). Электрическое соединение свечи с заж и­ мом выключателя осуществляется роликовым токосъе­ мом 4. С механизмом привода свеча связана через изо­ ляционные тяги 3. Неподвижный контакт розеточного типа.

Дугогасительная камера представляет собой ци­ линдр, внутри которого располагаются на небольшом расстоянии гетинаксовые диски с отверстием для свечи. Между этими перегородками образуются масляные кар­ маны.

При расхождении контактов между ними возникает дуга. Газы, образующиеся под воздействием дуги, про­ рываясь из одного кармана в другой, создают п р о ­ д о л ь н о е дутье, в результате чего дуга гаснет.

Наличие перегородок способствует сохранению мас­ ла в камере и улучшает контакт масла с дугой, что поз­ воляет получить интенсивное газообразование и охлаж­ дение дуги. Чем больше номинальное напряжение вы­ ключателя, тем больше длина дуги, при которой она гаснет, тем больше должна быть длина камеры.

Для разгрузки фарфора от давления, которое может достигать 4—5 МПа, камера размещается внутри тол­ стого изоляционного цилиндра 5.

При напряжении 220 кВ и выше целесообразно при­ менение нескольких разрывов, соединенных последова­ тельно. В настоящее время маломасляные выключатели с такой компоновкой строятся на напряжение до 500 кВ.

Маломасляные выключатели обладают следующими преимуществами:

1. М алая масса, небольшие размеры, малая масса масла.

2.Дугогасительное устройство всегда готово к рабо­ те. Нет зависимости от наличия сжатого воздуха, как это имеет место у воздушных выключателей.

3.Удобство эксплуатации. Осмотр и ремонт дугога­ сительных камер и контактов возможен без слива масла (ВМК-35, ВМК-110, ВМК-220).

4.Путем применения унифицированных узлов вы­

ключатель довольно легко можно выполнить на высокие и сверхвысокие напряжения.

Однако эти выключатели имеют и недостатки.

1.Они менее надежны в работе, чем баковые. Изоля­ ционные детали — рубашки, опорная изоляция — подвер­ гаются повышенным механическим нагрузкам. Мощ­ ность маломасляных выключателей по этой же причине пока ниже, чем у баковых.

2.Маломасляные выключатели, как правило, не до­

пускают установки встроенных трансформаторов тока. 3. В эксплуатации при низких температурах, кото­ рые встречаются у нас в Союзе, трудно обеспечить подо­

грев масла для поддержания его вязкости.

Благодаря своим преимуществам маломасляные вы­ ключатели найдут самое широкое распространение в установках до 35 кВ.

При напряжениях 35—220 кВ и для больших мощ­ ностей отключения баковые выключатели более предпоч­ тительны.

При напряжениях выше 330 кВ преимущества имеют маломасляные выключатели.

рены в гл. 8. Остановимся на особенностях механизма масляных вы­ ключателей. Для того чтобы обеспечить нормальные условия работы дугогасительных устройств, подвижный контакт выключателя должен обладать определенной скоростью (1,5—10 м/с).

Как правило, контакты аппарата имеют поступательное движе­ ние, в то время как звенья, передающие усилия контактам от пру­ жин или привода, имеют вращательное движение.

Механизм, который служит для преобразования вращательного движения в поступательное, называется прямилом .

Типичный механизм с приближ енны м прям илом , ши­ роко применяемый в баковых выключателях, показан на рис. 19-7.

Отключающая пружина обычно устанавливается на каждом по­

люсе и действует на тягу В0С0} стремясь переместить ее слева на­

право.

Во включенном положении четырехзвенник А{С2В2А2 находится в положении, близком к мертвому.

Использование мертвого положения механизма облегчает рабо­ ту привода при включении на короткое замыкание, когда в токове­ дущем контуре действуют электродинамические силы. Кроме того, облегчается регулировка выключателя, так как малому ходу контак­ тов в конце включения соответствует большой ход приводной штан­ ги BoCq. Вопрос о механизме выключателя подробно рассмотрен в [Л. 8-1, 7-2].

б) Приводы масляных выключателей. Общие требования, предъ являемые к приводу, изложены в гл. 8.

Рис. 19-7. Механизм бакового масляного выключателя.

Здесь остановимся на особенностях условий работы привода масляных выключателей на напряжение ПО кВ и выше. При вклю­ чении на существующее короткое замыкание дуга загорается до смыкания контактов и существует до момента их соединения. При этом контактные поверхности могут быть частично расплавлены, что при их замыкании ведет к свариванию контактов. Кроме того, воз­ никновение дуги в дугогасительном устройстве при включении вызы­ вает разложение и испарение масла. Это может привести к отказу в гашении дуги в процессе последующего отключения. Возникнове­ ние дуги при включении создает давление газа внутри дугогаситель­ ного устройства, которое может тормозить движение контакта, сни­ жает скорость на самом ответственном участке пути. Как показы­ вают экспериментальные исследования, длительность горения дуги при включении не должна превышать 0,005 с.

Выбор привода и проверка его работоспособности должны про­ водиться для самых тяжелых условий эксплуатации. Так, для элек­ тромагнитных приводов в качестве расчетного берется случай вклю­ чения на короткое замыкание при пониженном напряжении на ка­ тушке привода при максимальной температуре окружающей среды (сопротивление обмотки электромагнита наибольшее).

В настоящее время получили применение следующие приводы: ручной, электромагнитный, пружинный, пневматический, пневмогидравлический.

Эти приводы применяются только для включения маломощных вы­ ключателей 6—10 кВ.

Уменьшение обгорания контактов путем применения облицовки контактов металлокерамикой дает возможность облегчить включение выключателя ручным приводом на существующее короткое замыка­ ние и увеличить ток включения [Л. 3-10].

Рис. 19-8. Электромагнитный привод масляного выключателя.

Большим недостатком ручных приводов является невозможность дистанционного включения аппарата.

В связи с широкой автоматизацией подстанций ручные приводы находят все меньшее применение.

г) Электромагнитные приводы. На рис. 19-8 представлен элек тромагнитный привод ПС-10, предназначенный для включения и от­ ключения выключателей, у которых максимальный статический мо­ мент на валу не превышает 400 Н-м.

Вал привода через муфту 3 и рычажную передачу соединяется с валом выключателя. Включение выключателя производится броне­ вым электромагнитомпостоянного тока с якорем 1 и катушкой 2.

При наладке выключателя и привода ручное включение произ­ водится с помощью рычага 4.

Применение броневого электромагнита позволяет получить большой ход якоря, большую силу тяги в конце хода и достаточ­ ные силы в начале хода.

На рис. 19-9 изображена серия положений механизма привода, позволяющих пояснить его работу. Вал привода / связан с валом выключателя. Звено 11 опирается на болт 8. Этот упор регулиру­ ется так, что звенья 10 и 11 находятся в положении, «заваленном» за мертвую точку. В результате центр Oi является неподвижным, так как силы, действующие на этот центр, будут прижимать звено 11 к упору 8.

При подаче напряжения на включающий электромагнит шток 6 давит на ролик 5 и поворачивает рычаг 2 и звенья 3 и 7 в поло­

защелку 4. Почти весь момент, развиваемый пружинами выключате­ ля, уравновешивается реакцией защелки 4, действующей на ось 02. Лишь небольшое усйлие передается на центр 0\.

шток выводит звенья 10 и 11 из положения, «заваленного» за мерт­ вую точку, и центр становится подвижным — механизм получает вторую степень свободы. Под действием пружин выключателя ось 02 соскальзывает с защелки 4 и происходит отключение выключате­ ля (рис. 19-9, д). В конце отключения все рычаги с помощью специальных пружин возвращаются в положение, показанное на рис. 19-9, а.

Механизм позволяет произвести отключение выключателя не только при полностью включенном положении, но и при практичес­ ки любом промежуточном положении при включении. Для уменьше­ ния габаритов электромагнитов в обмотках берется высокая плот­ ность тока (50А/мм2). В связи с этим электрическая схема управления

ДУ выключателя подготовиться к отключению тока короткого замы* кания. Поэтому предусматривается блокирование против многократ­ ного включения. В приводе ПС-10 применяется механическая блоки­ ровка.

Если после выключения остается поданным сигнал на включение, включающий электромагнит срабатывает. Но в этот момент време­ ни механизм привода не сложился еще для включения: ролик 5 не опирается на шток 6. Поэтому электромагнит включается вхоло­

магнитные приводы следует рекомендовать для-выключателей на не-

большие мощности.

д) Пружинные приводы. В пружинном приводе энергия, необ­ ходимая для включения, запасается в мощной пружине, которая заводится либо от руки, либо с помощью двигателя малой мощно­ сти (менее 1 кВт).

Особенностью тяговой характеристики этого привода является уменьшение усилия, развиваемого пружинами к концу хода, вслед­ ствие уменьшения деформации включающих пружин привода. Для уменьшения этого недостатка пружина соединяется с грузом таким образом, что вначале избыточная энергия, освобождаемая пружи­ нами, идет на разгон груза. К концу хода включения, когда ско­ рость падает, энергия, накопленная в грузе, передается механизму выключателя. Кроме того, применяется специальная рычажная си­ стема.

Широкое распространение получил универсальный пружинно­ грузовой привод ПП-61 конструкции Рижского завода (рис. 19-10).

Включающие пружины 1 растягиваются с помощью электродви­ гателя Зу который воздействует на пружины через редуктор 2 и

зубчатую передачу 6. Пружины соединяются с валом привода че­ рез систему рычагов 4 и 5, которые позволяют получить необходи­ мый момент, несмотря на то, что силы, развиваемые пружинами, к концу хода уменьшаются.

При взведении привода секторообразный груз 7 поворачивает­ ся на 180° и занимает верхнее положение. При включении груз со­

здает дополнительный вращающий момент, который достигает наи­ большего значения после поворота вала примерно на 90°.

Пружинные приводы позволяют осуществить цикл АПВ. После включения выключателя автоматически производится взведение включающих пружин и привод подготавливается ко включению. Время включения такого привода с соответствующим ему выключа­ телем равно 0,2—0,35 с*

т

Привод снабжен электромагнитными элементами защиты, кото­ рые реагируют либо на ток, либо на напряжение. Эти элементы воз­ действуют на расцепляющее устройство механизма привода.

Пружинный привод не требует мощной аккумуляторной бата­ реи и связанных с ней затрат, что является его преимуществом по сравнению с электромагнитным приводом. По сравнению с пневма­ тическим и гидропневматическим пружинный привод более прост. Здесь отсутствуют резервуары со сжатым воздухом или газом, нет

Рис. 19-12. Пневмогидравлический привод.

необходимости в компрессорах. Пружинный привод не нуждается в сложной пневматической и гидравлической системе управления.

Благодаря этим преимуществам следует ожидать широкого рас­ пространения пружинных приводов для включения маломасляных выключателей на напряжения вплоть до 500 кВ. Необходимая за­ висимость тягового усилия от хода контактов может быть получе­ на применением кулачкового механизма и специальных маховиков, позволяющих более полно использовать энергию включающих пру­ жин.

е) Пневматические приводы. На рис. 19-11 дан разрез привода, предназначенного для включения мощных баковых выключателей на­ пряжением 220 кВ.

При открытии клапана 1 сжатый воздух при давлении 0,8—1 МПа поступает к поршню 2. Шток поршня 5, воздействуя на ролик 5, производит включение выключателя. После включения полость под поршнем сообщается с атмосферой и он возвращается в начальное положение под действием пружин 4.

Пневмопривод широко применяется для маломасляных выклю­ чателей. Бак со сжатым воздухом и привод органически встраива­ ются в конструкцию самого выключателя. Питание баков осуществ­ ляется от централизованной компрессорной установки.

Пневматический привод имеет целый ряд преимуществ перед электромагнитным: высокое быстродействие (время включения 0,25 с для самых мощных выключателей), отсутствие мощных аккумулятор­ ных батарей, для управления приводом требуются провода малого сечения и др. В настоящее время пневмоприводы начинают исполь­ зоваться для включения разъединителей и других аппаратов. Для обеспечения надежной работы привода необходима очистка и сушка воздуха [ЛЛ9-6].

ж) Пневмогидравлический привод [Л. 19-5]. Схема привода пред­ ставлена на рис. 19-12. Аккумулирование энергии, необходимой для включения, осуществляется за счет сжатия газа, находящегося под большим давлением. Для того чтобы устранить возможность утечки и растворения, газ заключен в эластичный баллон, который в свою очередь размещен в стальном сосуде /. Обычно в пневмогидравлических приводах используется азот.

При работе насоса 3 масло нагнетается в сосуд 1 и баллон с азотом сжимается. Давление доводится до номинального значения 15 МПа, после чего насос 3 останавливается.

Управление приводом осуществляется с помощью золотникового клапана 5. При левом положении клапана (рис. 19-12, а) масло по­ дается на верхнюю поверхность поршня. Нижняя поверхность порш­ ня сообщается с маслом, находящимся под атмосферным давлением в резервуаре 2. При переходе золотника в правое положение (рис. 19-12,6) масло под давлением будет подано на нижнюю поверх­ ность поршня, поршень переместится вверх, произойдет включение выключателя. Масло из верхней части цилиндра свободно перетекает в резервуар 2.

Привод применяется и в маломасляных выключателях. В этом случае главный цилиндр 4, связанный с контактным механизмом, на­ ходится под высоким потенциалом. Управление осуществляется с помощью двух маслопроводов, связывающих главный цилиндр с ос­ тальной частью привода. Такая система позволяет отказаться от рычажной передачи, значительно облегчить подвижную часть выклю­ чателя, а следовательно, уменьшить работу отключающих пружин.

Для нормальной работы пневмогидравлического привода необ­ ходимо, чтобы вязкость жидкости не менялась с температурой.

Пневмогидравлический привод обладает высоким быстродействи­ ем, большой надежностью, удобством в эксплуатации. По своим ха­ рактеристикам он превосходит пневматический привод. Пневмогид­ равлический привод найдет применение для мощных выключателей с напряжением 110 кВ и выше.

19-5. Воздушные выключатели. Принцип действия

В воздушных выключателях энергия сжатого воздуха используется и как движущая сила, перемещающая кон­ такты, и как дугогасящая среда.

Принцип действия дугогасительного устройства за ­ ключается в том, что дуга, образующаяся между контак­