книги / Электрические аппараты

гасительную решетку и разбивается на ряд коротких дуг. Для уменьше­ ния перенапряжений, возникающих при обрыве тока, параллельно сек­ циям дугогасительной решетки включаются шунтирующие резисто­ ры Яы.

Конструкция автомата в упрощенном виде представлена на рис

17.9.После отключения электромагнита ЭМ контакты 5, 6 размыкаются

ис помощью катушки 7 и магнитной системы 8, 9 дуга перемещается вверх, пока не достигнет пластин 3 дугогасящего устройства Концы катушек I присоединены к рогам 10 и пластинам 11. Магнитный поток катушек 1 замыкается через сердечник 4 и стальной кожух 2. Ток, про­ текая по катушкам 1, создает радиальное магнитное поле Фр, которое, взаимодействуя с током дуги, заставляет дугу вращаться по окружности со скоростью Пд Большая скорость вращения предотвращает прогора­

ние пластин 3. Схема включения катушек 1 показана на рис. 17 9, а, a перемещение дуги — на рис 17.9,6. В соответствии с рис. 17.8 отдель­ ные группы пластин шунтированы активным резистором для выравни­ вания распределения напряжения между пластинами Поскольку номи­ нальный ток автоматов может достигать 6300 А аппарат имеет систему главных и дугогасительных контактов. Номинальное напряжение глав­ ной цепи 500 В

17.8. ВЫБОР АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

/ном.а^Люм.н- Для автомата защиты двигателя, работающе­ го в повторно-кратковременном режиме, номинальный ток

двигателей с короткозамкнутым ротором ток уставки элек­ тромагнитного расцепителя

Для группы короткозамкнутых двигателей

Для группы двигателей с фазным ротором

А'ст.эч (‘ Аюм.дв ' “ Aov.да'

где Гиои дв — ток двигателя с наибольшим пусковым током.

Для двигателей, работающих в тяжелом или повторно­ кратковременном режиме, номинальный ток теплового или комбинированного расцепителя

Люм.расц Кб/ном.дв.

Выбор по току КЗ:

для автоматов с электромагнитным расцепителем ст,эм ^ 1,25 -т- 1,4;

для автоматов с комбинированным расцепителем

Iк//н,расц > 3 .

Предельный ток отключения автомата /отк,авт ДОЛЖвИ быть не менее тока / к.

Глава в о с е м н а д ц а т а я

ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

18.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

а) Назначение, основные параметры. Выключатели вы­ сокого напряжения предназначены для коммутации цепей переменного тока с напряжением 3 кВ и выше во всех ре­ жимах, возможных в эксплуатации: включение и отключе­ ние номинальных токов, токов КЗ, токов холостого хода си­ ловых трансформаторов и емкостных токов конденсаторных батарей и длинных линий. Наиболее тяжелым режимом ра­ боты выключателя является отключение и включение токов КЗ.

Основные параметры выключателей: номинальное на­ пряжение, номинальный (длительный) ток, номинальный ток термической стойкости, номинальный ток электродина­ мической стойкости, номинальный ток отключения, номи­ нальная мощность отключения, номинальный ток включе­ ния, собственное время включения и отключения выключа­ теля, полное время включения и отключения.

Первые четыре параметра ничем не отличаются от ана­ логичных параметров других аппаратов, включенных после­

ных цепях высокого напряжения достигают сотен килоам­ пер. При таких токах процесс гашения дуги в высоковольт-

пых выключателях очень сложен из-за высокого номиналь­ ного напряжения и высокой скорости восстановления напряжения (§ 4.4).

Номинальный ток отключения / 0,ном представляет собой наибольший ток, который выключатель способен надежно отключать при возвращающемся напряжении между фаза­ ми, равном наибольшему рабочему напряжению сети (при заданных условиях восстановления напряжения на контак­ тах выключателя). Значение / 0,ш>ч характеризует отключа­ ющую способность выключателя. Отключающая способ­ ность выключателя часто определяется номинальной мощ­ ностью отключения. Номинальная мощность отключения, МВ-А, трехфазного выключателя

АпКН I 3 АИом Iо.ПОМ*1 3 ®

Понятие этой мощности условно. Когда по выключателю протекает ток / 0,ном то напряжение на зажимах аппарата практически равно напряжению на дуге и составляет не­ сколько процентов напряжения сети. Восстановление этого напряжения происходит после прекращения тока. Таким образом, £/„ом и /о.ном действуют на выключатель в различ­ ное время. Однако S0Ti;,n учитывает нагрузку выключателя этими двумя факторами и по существу представляет собой мощность, близкую к мощности короткого замыкания сети,

вкоторой установлен выключатель.

Вбольшинстве случаев причина, вызывающая КЗ, но­ сит временный характер. Например, в результате перена­

а фарфоровая изоляция осталась неповрежденной, то при новом включении удается возобновить подачу энергии по­ требителю. Этот процесс называется автоматическим пов­ торным включением (АПВ) выключателя. Применение АПВ позволяет повысить надежность энергоснабжения.

Время с момента отключения до нового включения дол­ жно быть достаточно малым для того, чтобы обеспечить непрерывную работу потребителя. Это время должно быть достаточным для деионизации пробитого промежутка пос­ ле отключения цепи. Время деионизации составляет при­ мерно 0,1—0,5 с и зависит от напряжения системы.

Если к моменту повторного включения КЗ в цепи не ис­ чезает, тогда выключатель включается на существующее КЗ, после чего следует вновь отключение КЗ. В ряде вы­ ключателей, например в масляных, отключение второго КЗ

Рис 18 1 Изменение то­ ка короткого замыкания во времени

происходит в более тяжелых условиях, так как после пер­ вого отключения дугогасительное устройство может быть только частично заполнено маслом. Поэтому номинальное

с АПВ, номинальный ток отключения отключается по сле­ дующим циклам: а) О—/бт—ВО— 180 с —ВО; б) О— 180 с — ВО— 180 с —ВО, где О — операция отключения; /дт= 0 ,3 4 - ~ 1,2 с — нормированная бесюковая па>за, которая зависит от типа выключателя (дтя выключателей с быстродейству­ ющим АПВ ^бт= 0,3 с); ВО — операция включения и немед­ ленно следующая за ней операция отключения; 180 с — бестоковая пауза Для выключателей, работающих без АПВ, должен выполняться только цикл «б». Выключатели на но­ минальное напряжение до 220 кВ, предназначенные для работы с АПВ, кроме цикла «а» должны обеспечивать цикл О—tj г — ВО — 20 с — ВО

Действующее значение тока КЗ не остается постоянным из-за изменения периодической и апериодической составля­ ющих. Типичная кривая тока приведена на рис. 18.1.

Начальное значение апериодической составляющей за­ висит от момента начала КЗ и может изменяться от нуля до амплитуды периодической составляющей Скорость ее спада определяется постоянной времени цепи. Чем больше мощность установки, тем меньше активное сопротивление цепи и больше постоянная времени.

Контакты выключателя расходятся спустя время t\ пос­ ле начала КЗ. Это время представляется в виде суммы

h — h +

где /3— время действия релейной защиты; /с — собствен­ ное Бремя отключения выключателя, представляющее собой время с момента подачи команды на отключение (подачи напряжения на электромагнит отключения) до начала рас­ хождения контактов.

К моменту времени tx уменьшается как периодическая, так и апериодическая составляющие тока.

Согласно ГОСТ 687-78 под номинальным током отклю­ чения /о,ном понимается действующее значение периодичес­ кой составляющей тока в момент расхождения контактов. Этот ток указывается на щитке выключателя.

Выключатель должен отключать цепь и при наличии апериодической составляющей, которая может существо­ вать к моменту расхождения контактов. При этом ее на­ чальное значение равно амплитуде периодической состав­ ляющей, а постоянная времени спада Га = 0,05 с.

Сапериодической составляющей необходимо считаться

убыстродействующих выключателей, когда ^ < 0 ,1 с и по­ стоянная времени спада апериодической слагающей Га^ 33=0,05 с.

Сохранность энергетического оборудования, бесперебой­ ность энергоснабжения, динамическая устойчивость парал­ лельно работающих систем требуют, чтобы длительность КЗ была возможно меньшей и ограничивалась временем 0,05—0,1 с. Поэтому все выключатели снабжаются дугога­ сительными устройствами, обеспечивающими гашение дуги

вограниченном объеме за время несколько сотых секунды.

(§ 18.4). Способность выключателя включаться на сущест­ вующее КЗ характеризуется номинальным током вклю­ чения.

Номинальный ток включения — это наибольший удар­ ный ток КЗ, на который выключатель включается без сва­ ривания контактов и других повреждений, препятствующих его дальнейшей нормальной работе. Этот ток определяет­

Время включения выключателя — это время от подачи команды на включение до завершения операции включения (посадка привода на защелку, окончание хода отделителя воздушного выключателя).

г) Требования к выключателям. Выключатель является наиболее ответственным аппаратом высоковольтной систе­ мы. При отказе выключателя авария развивается, что ведет к тяжелым разрушениям и большим материальным поте­ рям, связанным с недоотпуском электроэнергии, прекраще­ нием работы крупных предприятий.

В связи с этим основным требованием к выключателям является особо высокая надежность их работы во всех экс­ плуатационных режимах. Отключение выключателем лю­ бых нагрузок не должно сопровождаться перенапряжения­ ми, опасными для изоляции элементов установки. Отключе­ ние цепи при КЗ должно происходить за минимально воз­ можное время.

В связи с ростом мощности в единице оборудования (генераторах, трансформаторах) растет частота собствен­ ных колебаний цепи, а следовательно, и скорость восстанов­ ления напряжений. Выключатель должен обеспечивать на­ дежное отключение цепи при условиях восстановления на­ пряжения, определяемых ГОСТ 687—78.

Вывод выключателя из рабочего состояния для реви­ зии и ремонта связан с большими трудностями, так как приходится либо переходить на другую схему распредустройства, либо просто отключать потребителя. В связи с этим выключатель должен допускать возможно большее число отключений КЗ без ревизии и ремонта. Современные выключатели могут отключать без ревизии до десяти КЗ при токе отключения, равном номинальному /0,пом.

Отключение выключателем КЗ не должно сопровож­ даться выбросом из него пламеии и раскаленных газов, что может привести к перекрытию изоляции в распределитель­ ном устройстве.

д) Классификация выключателей. Выключатели могут быть классифицированы по методу гашения дуги, виду изо­ ляции токоведущих частей между собой и иа землю, прин­ ципам, заложенным в конструкцию дугогасительного уст­ ройства.

В масляных выключателях дуга, образующаяся между контактами, горит в трансформаторном масле. Под дейст­ вием энергии дуги масло разлагается и образующиеся га­ зы и пары используются для ее гашения. В зависимости от

способа изоляции токоведущих частей различают баковые выключатели и маломасляные. В первых токоведущие ча­ сти изолируются между собой и от земли с помощью масла, находящегося в стальном баке, соединенном с землей. В ма­ ломасляных выключателях изоляция токоведущих частей от земли и между собой производится с помощью твердых диэлектриков и масла.

В воздушном выключателе в качестве гасящей среды ис­ пользуется сжатый воздух, находящийся в баке под дав­ лением 1—5 МПа. При отключении сжатый воздух из бака подается в дугогасительное устройство. Дуга, образующая­ ся в камере дугогасительного устройства (ДУ), обдувается интенсивным потоком воздуха, выходящим в атмосферу. Изоляция токоведущих частей между собой осуществляет­ ся с помощью твердых диэлектриков и воздуха. В элегазо-

щелевой камерой (см. рис. 4.24). Гашение дуги происходит за счет увеличения сопротивления дуги вследствие ее ин­ тенсивного удлинения и охлаждения.

В вакуумных выключателях контакты расходятся под вакуумом (давление равно 10-4 П а). Возникающая при расхождении контактов дуга быстро гаснет благодаря ин­ тенсивной диффузии зарядов в вакууме (§ 4.11).

18.2. БАКОВЫЕ МАСЛЯНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Баковый масляный выключатель показан на рис. 18.2. В стальном баке / на маслонаполненных вводах 2 распо­ ложены дугогасительные устройства (камеры) 3. Маслонаполпенный ввод (проходной изолятор) служит для проведе­ ния токоведущей цепи, находящейся под высоким напряже­ нием, через металлическую стенку или другие преграды. Траверса 4 перемыкает выходные контакты И камер (рис. 18.3). Горячие ионизированные выхлопные газы, выходя­ щие из камер, могут вызвать перекрытие с камер на бак. Для предотвращения этого явления имеется баковая изо­ ляция 5 (рис. 18.2).

Перемещение траверсы 4 происходит под действием штанги 6, движущейся по направляющим 7 под действием пружин механизма и пружин камер 10 (рис. 18.3),

nos

S57S

Рис. 18.3. Дугогаситель­ ное устройство бакового масляного выключателя

На выключателе установлены магнитопроводы 8 (рис. 18.2) со вторичными обмотками трансформаторов тока (в данном случае их четыре). Первичной обмоткой транс­ форматоров являются токоведущие стержни вводов 2. Для сохранения вязкости трансформаторного масла при низких температурах предусмотрен электрический подогрев масла устройством 9.

Дугогасительное устройство выключателя показано на рис. 18.3. В прочном стеклоэпоксидном цилиндре 1 распо­ ложены неподвижные контакты 2 и 3. Неподвижные кон­ такты 2 и 3 выполнены в виде многоламельного торцевого контакта. Промежуточный контакт 4 сделан в виде сквоз­ ной розетки. Для уменьшения износа контакты облицова­ ны металлокерамикой. Камера имеет два разрыва. Первый образуется между контактом 2 и промежуточным подвиж­ ным контактом 5, второй — между контактом 3 и контак­ том 6. Дугогасительная решетка 7 имеет два следующих друг за другом дутьевых канала 8, 9. Во включенном по­ ложении эти каналы перекрыты телом подвижных контак­ тов 5 и 6. Вся внутренняя полость камеры заполнена тран­ сформаторным маслом. При отключении контакты движутся вниз под действием пружины камеры 10. В каждом раз­ рыве образуется дуга. По действием энергии дуги масло разлагается на водород, метан и другие газы. В течение сотой доли секунды давление возрастает до 5—8 МПа. Не­ обходимо отметить, что в момент прохождения тока через нуль дуга гаснет и подвод мощности к ней прекращается. Однако энергия, выделенная дугой на протяжении преды­ дущего полупериода, создает в камере объем газа, в кото­ ром запасена определенная энергия. Этот газ находится под высоким давлением. К моменту нуля тока это давление уменьшается, однако остается еще достаточно большим, чтобы создать газовый поток, охлаждающий дугу и восста­ навливающий электрическую прочность дугового промежут­ ка. После того как тело подвижного контакта откроет дуть­ евую щель 8, создается поток газов и паров масла, охлаж­ дающих и деионизирующих дугу. Следует отметить, что энергия, необходимая для гашения, выделяется самой ду­ гой. Поэтому чем больше ток, тем больше давление в ка­ мере и интенсивнее гашение дуги. При токах, близких к но­ минальному току отключения, длительность дуги не более 0,02 с. Наибольшая длительность горения дуги наблюдает­ ся при небольших индуктивных токах (500—2000 А). На рис. 18.3, показано сечение решетки, повернутое на 99°