книги / Электрические аппараты. Общий курс

Принцип действия привода заключается в следующем. 0т' ис­ точника питания через изолирующий каскадный трансформатор 11 и диод заряжается конденсаторная батарея 10 (С-100—300 мкФ, напряжение батареи 3—5 кВ). При поджиге трехэлектродного раз­ рядника конденсатор 10 разряжается на катушку 7, расположенную вблизи диска 8, жестко связанного с подвижным контактом 9. Раз­ ряд имеет колебательный характер (частота 1—5 кГц). Под дейст­ вием магнитного поля обмотки в диске наводятся токи, направлен-

Рис. 19-27. Структурная схема синхронизированного выключателя.

ные противоположно току в катушке. Так как токи в катушке и дис­ ке направлены встречно, то на диск действует отталкивающая сила величиной

где М—взаимная индуктивность между катушкой и диском; h— ход контакта.

Приведем некоторые приближенные расчеты. Для надежного га­ шения дуги необходимо, чтобы подвижный контакт переместился на расстояние 30—40 мм за время 1,5—2 мс. Примем, что движение кон­ такта равноускоренное и масса подвижного контакта т = 3 кг.

F = та = 3-3,76* 10* - 11,3-10* Н.

Для получения высокого быстродействия диск привода непо­ средственно связан с подвижным контактом. Время передачи им­ пульса от синхронизатора до трехэлектродного разрядника состав­ ляет десятки микросекунд, так что полное время отключения самого выключателя не превышает 1,5—2 мс. Влияние параметров привода на время срабатывания рассмотрено в [Л. 19-3].

В настоящее время предложено большое число схем синхрониза­ торов [Л. 19-21]. Рассмотрим принцип действия схемы с запомина­ нием тока. Назовем время подачи синхронизирующего сигнала вре- - менем упреждения /уПр. После начала короткого замыкания произ­ водится измерение величины тока и времени его наступления — рис. 19-27,6. В момент Бремени / = /упр= ^зап величина тока i3an за­ поминается. Затем текущее значение тока i сравнивается с током Uап. В момент времени, когда величина тока i= i3ап, до нулевого значения тока останется время, равное времени упреждения. Если отсутствует апериодическая составляющая тока, то рассмотренный метод дает достаточную точность. При наличии апериодической со­ ставляющей тока короткого замыкания появляется методическая по; грешность, поскольку нет полной симметрии тока относительно оси, проходящей через амплитудное значение.

Согласно данным [Л. 19-12] полное время отключения выключа­ теля вместе с защитой лежит в пределах 0,02 с. Первые образцы синхронизированных выключателей на напряжение до 500 кВ уста­ новлены в энергосистемах Японии и показали хорошие результаты.

Синхронизированные выключатели имеют преимущества:

1. Сокращается длительность горения дуги. Значительно умень­ шаются износ контактов и эксплуатационные расходы.

2.Облегчается процесс гашения дуги, так как уменьшается энер­ гия, выделяемая ею, и сводится к минимуму явление закупорки сопла. В результате появляется возможность увеличения мощности отключения при том же расходе воздуха.

3.Увеличивается скорость восстановления электрической проч­ ности промежутка. Это позволит работать выключателю при высоких скоростях восстановления напряжения без шунтирующих резисторов [Л. 19-13].

4.Отключение коротких замыканий за время /^0,02 с повыша­ ет динамическую устойчивость энергосистем. При воздействии дуги больших токов на изоляторы они остаются без повреждений, если длительность воздействия не превышает 0,02 с.

Внастоящее время у нас в стране развернуты работы по созда­ нию синхронизированных выключателей в ВЭИ, МЭИ и ЛПИ.

19-11. Выключатели нагрузки

Стоимость современного распределительного устройства с вы­ ключателями получается довольно высокой. Дорого стоит сам выклю­ чатель с приводом. Кроме того, для управления выключателем нуж­ ны трансформаторы тока, релейная защита.

В том случае, когда длительный ток установки невелик, выклю­ чатель с релейной защитой можно заменить двумя простыми аппара­ тами— выключателем нагрузки и предохранителем.

Для отключения номинальных токов нагрузки используется вы­ ключатель, имеющий дугогасительное устройство небольшой мощно­ сти (выключатель нагрузки), а короткое замыкание отключается вы­ соковольтным предохранителем. Мощность современных высоко­ вольтных предохранителей приближается к мощности такого выклю-

Ф

5

6)

Рис. 19-28. Выключатель нагрузки.

чателя, как ВМП-10. В выключателях нагрузки для гашения дуги применяются: камеры с автогазовым дутьем, с пневматическим дуть­ ем, камеры с элегазовым дутьем и вакуумными элементами.

В камерах с автогазовым дутьем гашение дуги осуществляется газами, которые выделяются под действием высокой температуры дуги стенками камеры из газогенерирующего материала (органиче­ ского стекла, винипласта и др.).

Пневматический выключатель нагрузки представляет собой мйниатюрный воздушный выключатель, у которого сжатый воздух, необходимый для гашения, создается за счет энергии отключающей пружины.

Выключатель нагрузки с элегазовым дутьем использует либо пневматическую схему, либо схему с магнитным гашением дуги [Л. 19-9]. В СССР разработаны аппараты на напряжение до 110кВ [Л. 19-9].

Ввыключателе нагрузки с вакуумным элементом дуга рвется устройством, рассмотренным нами в § 19-9.

ВСоветском Союзе в настоящее время серийно выпускаются выключатели нагрузки с автогазовым дутьем. Одновременно ведутся работы по созданию выключателей нагрузки, использующих все остальные описанные принципы, которые позволяют увеличить от­ ключаемый ток до 600—1000 А при напряжениях 10 кВ и выше.

Общий вид автогазового выключателя нагрузки типа ВН-16 пред­ ставлен на рис. 19-28, а. Выключатель имеет номинальное напряже­

ние 10 кВ и отключаемый ток 200 А. Все три полюса размещаются на одной сварной раме. На нижнем опорном изоляторе полюса рас­ положены вывод полюса и шарнир подвижного контакта 1. На верх­ нем изоляторе укреплены неподвижный главный контакт 2, дугога­ сительная камера 5 и второй вывод полюса. Подвижный контакт 1 выполнен сдвоенным. В середине укреплен дугогасительный кон­ такт 4 в виде изогнутой тонкой медной шины. По бокам идут две стальные пластины, образующие главный подвижный контакт.

Подвижные контакты приводятся в движение валом выключа­ теля 5, который соединен с контактами фарфоровой тягой. Отключе­ ние выключателя происходит под действием пружин б, которые заводятся при включении аппарата.

Дугогасительная камера аппарата изображена на рис. 19-28,6. Неподвижный дугогасительный контакт точечного типа 7 соединен с главным неподвижным контактом 2. Корпус 5 выполнен из пласт­ массы и состоит из двух половин, стянутых стальными винтами. Внутри корпуса размещены два вкладыша 8 из газогенерирующего материала — органического стекла.

Для управления выключателем применяют ручной рычажный привод, имеющий встроенный электромагнит, который обеспечивает дистанционное отключение аппарата. Если необходимо иметь дистан­ ционное включение, то может быть использован электромагнитный привод.

Во включенном положении выключателя ток проходит через кон­ тур главных и дугогасительных контактов.

Во время отключения сначала без дуги размыкаются основные контакты и весь ток перебрасывается в дугогасительный контур. После расхождения дугогасительных контактов между вкладышами загорается дуга. Малая толщина контакта, а следовательно, узкая щель, в которой он перемещается, обеспечивает хороший контакт ду­ ги со стенками вкладышей. Благодаря высокой температуре дуги вкладыши интенсивно выделяют газ, который стремится выйти из камеры через зазор между подвижным контактом и вкладышами. При этом возникает продольный обдув дуги, в результате чего она гаснет. Зона выброса газов из камеры 200—500 мм. Контакт 4 вы­ ходит из камеры тогда, когда дуга погаснет.

В отключенном положении дугогасительный контакт отходит от камеры на расстояние, достаточное, чтобы выдержать испытатель­

ное напряжение, положенное для разъединителя на этот класс на­ пряжения.

Последовательно с выключателем нагрузки включают мощные предохранители типа ПК (§ 17-6), которые защищают установку от коротких замыканий.

Выключатель может снабжаться дополнительным устройством, которое автоматически отключает его после срабатывания предохра­ нителей. Это устройство приводится в действие указателем срабаты­ вания предохранителя (§ 17-6).

Замена перегоревших предохранителей производится в уста­ новленном порядке. Наличие большого видимого разрыва в выклю­ чателе нагрузки дает возможность отказаться от специального разъ­ единителя.

Без замены вкладышей выключатель нагрузки может отключить номинальный ток 200 А при напряжении 10 кВ 75 раз.

19-12. Выбор выключателей

При выборе и проверке выключателя его номиналь­ ные параметры сравниваются с параметрами сети в той точке, в которой он устанавливается. При этом надо выбирать такие наиболее тяжелые условия работы, ко­ торые возможны в эксплуатации.

Номинальное напряжение выключателя С/П.в должно быть равно или больше номинального напряжения

Номинальный ток отключения выключателя Л)тк.н дол­ жен быть больше максимального расчетного тока корот­ кого замыкания к моменту расхождения контактов / к.з- При определении расчетного тока короткого замыка­ ния необходимо рассмотреть все возможные варианты схем короткого замыкания и выбрать наиболее тяже­ лый, но вероятный режим. Как правило, наиболее тяже­ лые условия создаются при отключении трехфазнрго короткого замыкания без заземления. Расчет апериоди­ ческой слагающей ведется из условия, что короткое за­ мыкание произошло в момент, когда напряжение в од­ ной из фаз равно нулю. Номинальная мощность, кото­

рую должен иметь выключатель, равна:

^отк.н ^ UJorK.nV3.

Расчетное время размыкания берется равным мини­ мально возможному в эксплуатации. Порядок расчета токов короткого замыкания с примерами изложен в [Л. 1-8].

Наряду с величиной номинального тока отключения необходимо учитывать циклы (последовательность опе­ раций), при которых выключатель работает. Номиналь­ ный ток отключения выключателей без АПВ гарантиру­ ется при цикле О— 180—ВО— 180—ВО. Для выключате­ лей, работающих в циклах многократного быстродейст­ вующего АПВ, возможно уменьшение номинального тока отключения, особенно при втором или третьем АПВ.

Термическая стойкость аппарата должна быть про­ верена из условия протекания через выключатель тока короткого замыкания в течение максимального времени, которое получается при взятых временах срабатывания защиты и времени отключения других выключателей.

Номинальный ток электродинамической стойкости выключателя должен быть больше наибольшего значе­ ния ударного тока, который может быть в установке. Обычно сравнивают мгновенные значения пика тока.

Выпускаемый промышленностью выключатели испы­ тываются при скоростях* восстановления напряжения, которые являются типовыми. Однако в некоторых слу­ чаях необходимо проводить расчет скорости восстанов­ ления напряжения в проектируемых сетях и сравнивать с условиями, которые имели место при испытаниях аппа­ рата. Особенно тяжелые условия с этой точки зрения имеют место при коротких замыканиях на зажимах мощных генераторов, трансформаторов и при неудален­ ных к. з. Иногда требуется установка специальных шун­ тирующих резисторов для снижения скорости восстанов­ ления напряжения. Для мощных системных выключате­ лей, от работы которых зависит устойчивость параллель­ но работающих сетей, важным параметром является время отключения и время повторного включения. Иног­ да эти параметры диктуют выбор типа выключателя и его привода.

Г л ав а д в а д ц а т а я

РАЗЪЕДИНИТЕЛИ, ОТДЕЛИТЕЛИ И КОРОТКОЗАМЫКАТЕЛИ

20-1. Общие сведения

Разъединители служат для включения и отключения высокого напряжения либо при токах, значительно меньших номинальных, либо в случаях, когда отключа­

ется номинальный ток, но напряжение на контактах аппарата недостаточно для образования дуги.

В первом случае разъединители применяются, как правило, для вывода высоковольтного оборудования в ревизию и ремонт (рис. 20-1, а). Согласно правилам техники безопасности оборудование, выводимое в ре­ монт, должно быть отключено. Между выводами отклю­

та и присоединенными к нему проводниками (рис. 20-1,а). Для удешевления и упрощения схем коммутации ис­ пользуются разъединители для отключения небольших токов (токов холостого хода трансформаторов, за ­ рядных токов воздушных и кабельных линий). Мощ­ ность трансформаторов и длина линий, которые могут

отключаемого тока путем установки простых дугогася­ щих средств, например баллона со сжатым воздухом и сопла, создающего воздушную струю на дугу, образую­ щуюся при отключении разъединителя.

В ряде случаев, для того чтобы перевести нагрузку с одной ветви (Л) на другую (Б), можно воспользоваться двумя разъединителями (рис. 20-1, б). Для этого при замкнутом разъединителе 2 включают разъединитель 1 и ток делится пропорционально проводимости ветвей. После этого разъединитель 2 отключают. Дуга на его контактах не возникает, так как напряжение на них рав­ но падению напряжения на ветви 7, а оно мало, ибо сопротивление ветви ничтожно.

К разъединителям предъявляются следующие требо­ вания:

1. Контактная система должна надежно пропускать номинальный ток сколь угодно длительное время. В особо тяжелых условиях работают разъединители на­ ружных установок, подвергающиеся воздействию воды, пыли, гололеда. Контактная система должна иметь необ­ ходимую динамическую и термическую стойкость.

2.Разъединитель и механизм его привода должны надежно удерживаться во включенном положении при протекании тока короткого замыкания. В отключенном положении подвижный контакт должен быть надежно фиксирован, так как самопроизвольное включение может привести к очень тяжелым авариям и человеческим жертвам.

3.В связи с особой ролью разъединителя как аппа­ рата безопасности промежуток между разошедшимися контактами должен иметь повышенные разрядные на­ пряжения.

4.Механизм разъединителя желательно сблокиро­ вать с выключателем. Операции с разъединителем

должны быть возможны только в случае, когда выключа­ тель отключен.

20-2. Конструкция разъединителей и приводов к ним

Для внутренних установок, не подверженных воздействию ат­

На рис. 20-2 показан трехполюсный разъединитель типа PB на напряжение 10 кВ и ток 400 А.

Для получения электродинамической стойкости контактов необ­ ходимо создавать соответствующие контактные давления. С ростом тока возрастают нажатие контактов и усилие, необходимое для включения.

Ввиду широкого распространения ручных приводов стремятся контактные давления брать возможно малыми. С этой целью приме­ няют сдвоенные ножи и эл ек тр о м агн и тн ы й зам ок (рис. 20-3).

Подвижный контакт 2 выполнен в виде параллельных шин. При коротком замыкании электродинамическая сила прижимает полосы 2 к стойкам неподвижного контакта /. При номинальном токе кон­ тактное нажатие F создается пружинами 3, которые воздействуют на подвижный контакт через стальные пластины 4.

Магнитный поток, замыкаясь вокруг ножей 2, проходит и через стальные пластины 4. В системе возникают силы такого направле­

ния, чтобы возросла энергия магнитного поля. При сближении пла­ стин 4 они будут попадать в зону более сильного магнитного поля. Электромагнитная энергия при этом возрастает. Таким образом соз­ дается сила F, притягивающая стальные пластины друг к другу, при этом возрастает сила нажатия контактов.

Использование электродинамических сил в токоведущих частях широко применяется для повышения электродинамической стойкости контактов разъединителей.

Рис. 20-2. Разъединитель для внутренних установок, £/н=10 кВ.

Рис. 20-3. Контактная система разъединителя рис. 20-2.

Для включения и отключения разъединителей типа PB применя­ ются рычажные системы с ручным или моторным приводом. Схема ручного ры чаж ного привода изображена на рис. 20-4. Вал разъединителя имеет угол поворота 90°. Рычаг привода имеет угол поворота 150°. Включенное положение показано контурными ли­ ниями. Для того чтобы избежать отключения под действием электро­ динамических сил, во включенном положении механизм находится в положении, близком к мертвому (шатун 1 и короткий рычаг 2 шар­ нира 0\ располагаются почти на прямой). Кроме того, включающий рычаг 3 фиксируется в положениях «отключено» и «включено» с по­ мощью специальных стопоров.

При токах более 3000 А включающий рычаг заменяется червяч­ ной передачей, что позволяет увеличить силу, действующую на ножи.

Для дистанционного управления разъединителями широко при меняются м оторны е приводы . В них используются универ­ сальные двигатели, которые могут питаться постоянным и перемен­ ным током. Ось двигателя связывается с выходным рычагом при­ вода через систему червячной передачи.

Наиболее перспективным следует признать п н евм ати ч е­ ский привод разъединителей (рис. 20-5).

Поршневой механизм (цилиндры, поршни) /, блок пневматиче­ ских клапанов управления 2 и 3 и электромагниты управления 4 и 5 устанавливаются непосредственно на раме разъединителя. К разъ­ единителю подводятся трубопровод со сжатым воздухом 6 и цепи для управления электромагнитами. Отпадает необходимость в гро­ моздких рычажных передачах, загромождающих распределительное устройство. Пневмопривод позволяет получить плавный ход контак­ тов, что очень важно для разъединителей.

Поршневой механизм проектируется так, что он находится в «мертвом» положении и при включенном и при отключенном разъ­ единителе.

При подаче напряжения на обмотку электромагнит^ 4 срабаты­ вает клапан включения 2. Цилиндр включения 1 разобщается с ат­ мосферой, и в него подается сжатый воздух обычно под давлением 0,5—1 МПа. В это время цилиндр отключения 7 через клапан отклю­ чения 3 связан с атмосферным воздухом и не создает тормозного усилия при движении поршней вниз. Под действиехМ сжатого возду­ ха, действующего на поршень включения, рычаг, связанный с валом разъединителя 8, поворачивается против часовой стрелки. Контакты