книги / Электрические аппараты

В ДУ (рис. 18.19,6) неподвижный контакт 9 укреплен на конце токоведущего стержня изолятора 10. Подвижный контакт И укреплен на траверсе 12, связанной с приводным штоком 13. Выступ 14 на штоке 13 служит для фиксации механизма ДУ во включенном положении с по­ мощью защелок 15.

Во включенном положении полость бака отделена от атмосферы с помощью клапана, закрывающего выхлоп 1. При отключении в при­ вод подается сжатый воздух, под воздействием которого шток 13 перемещается вверх и открывает клапан выхлопа 1 отделяющий по­ лость бака от атмосферы. Дуга между контактами 11 и 9 потоком выходящего в атмосферу воздуха сдувается на точки а и б, где подвер­ гается интенсивному продольному дутью сжатым воздухом. После от­ ключения клапан закрывается и бак разобщается с атмосферой.

В рассмотренной конструкции под высоким давлением находится только стальной бак. Это позволяет повышать давление воздуха в баке до 3,5—4 МПа и увеличивать отключаемый ток. В выключателях серии ВВН на каждый класс напряжения создается по существу новая кон­ струкция. Это требует больших экономических затрат на производство

иэксплуатацию. В современных выключателях используется модуль­ ный принцип. ДУ на рис. 18.19,6, рассчитанное на напряжение 110 кВ, может использоваться при напряжении 220 кВ при том же токе отклю­ чения, но два ДУ соединяются последовательно, а опорная изоляция соответственно усиливается. На напряжение 500 кВ соединяются пять ДУ. Выключатели, используемые для расширения номинального напря­ жения путем последовательного их соединения, называются модулями. Перспективно также улучшение параметров каждого модуля. Так, со­ вершенствование модуля ВВБ (повышение давления, доработка ДУ) позволило повысить номинальное напряжение со 110 до 220 кВ. При этом сокращается число разрывов выключателя в 2 раза, что дает боль­ шой технико-экономический эффект.

На базе модуля (одного полюса), изображенного на рис. 18.19, создана серия выключателей с номинальным напряжением до 750 кВ

иноминальным током отключения до 40 кА. Их полное время отключе­ ния составляет 0,06—0,08 с в зависимости от номинального напряжения. Полюс выключателя на напряжение 220 кВ имеет четыре разрыва. По сравнению с серией ВВН габариты и масса выключателей серии ВВБ уменьшены на 20—30 % а расход воздуха сокращен в 3 раза. Эксплуа­ тация показала их высокую надежность.

■Развитием этой серии выключателей является выключатель ВВБК,

вкотором давление воздуха поднято до 4 МПа. В результате конструк­ тивных усовершенствований при отключении создается двустороннее несимметричное дутье, повышающее эффективность гашения дуги [18.5]. Для уменьшения времени отключения в выключателях на напря­ жение 220 кВ и выше пневматическая система управления заменена

механической. Номинальный ток отключения увеличен с 31,5 до 50 кА а допустимое напряжение на разрыве с 55 до ПОкВ. Время отключения при этом снижено с 0,06—0,08 до 0,04 с. Номинальное напряжение вы­ ключателя ВВБК достигает 1150 кВ.

с атмосферой. После гашения дуги контакты остаются в разведенном состоянии, а выхлопной клапан закрывается, ДУ герметизируется. При­ вод контактов осуществляется с помощью легкой стеклопластиковой тяги. Расположение трех полюсов выключателя показано на рис. 18.20,6. На рис. 18.20: / — бак со сжатым воздухом; 2 —опорный изо­ лятор; 3 — основной разрыв; 4 — конденсатор для выравнивания напря­ жения по разрывам; 5 — шунтирующий резистор с ДУ. Электрическая схема модуля аналогична схеме рис. 18.19,6. Выключатель на 500 кВ имеет два модуля, включенных последовательно, и три модуля при на­ пряжении 750 кВ. Опорные изоляторы усиливаются соответствено клас­ су напряжения.

В основании модуля выключателя на 500 кВ расположен бак 1 со сжатым воздухом (рис. 18.21). Сжатый воздух по трубопроводу пода­ ется в верхний бак, образованный металлическим цилиндром 9 и стсклоэпоксидным цилиндром 11 и содержащий ДУ. Главный контакт созда­ ется пальцами 19 неподвижного контакта и внешней поверхностью подвижного цилиндрического контакта 18. Пальцы дугогасительного контакта 20 расположены в прорезях дутьевого сопла неподвижного контакта и скользят по внутренней поверхности контакта 18. В пока­ занном на рисунке включенном положении контакт 18 прижат к сед­ лу 25. Внутренняя полость контакта 18 соединяется с атмосферой через открытый выхлопной клапан 24, а его внешняя поверхность и пальцы 19 находятся в среде сжатого воздуха. Сопло 17 подвиж­ ное. Начальное расстояние между контактом 20 и соплом 17— опти­ мальное для данного сечения сопла. После гашения дуги подвиж­ ное сопло 17 перемещается под действием давления внутри ДУ вправо, садится на седло 26 и герметизирует камеру. Для уменьшения напря­ женности электрического поля между контактами в разведенном состоя­ нии они окружены экранами 16. Это позволяет поднять электрическую прочность промежутка и номинальное напряжение модуля.

При отключении срабатывает отключающий электромагнит 3, от­ крывающий клапан 6. После этого сжатый воздух подается на поршень 7 воздействующий на тягу 8. Через звенья 5, 4, 2 усилие передается на изоляционные тяги 13, которые перемещаются вниз. Звенья 15 и 37 сое-

Рис 18.21. Пневмомеханиче­ ская схема полюса выклю­ чателя BHB-50G (А —к коммутирующему устрой­ ству шунтирующего резис­ тора)

диняются с тягой 13 трубкой 14 и перемещают горизонтальную тягу 36, которая связана с подвижным контактом 18. Контакт 18 сначала раз­ мыкается с пальцами 19, а затем с пальцами 20. Между последними и внутренней поверхностью контакта 18 загорается дуга, которая быст­ ро перемещается воздушным потоком, вытекающим в атмосферу через дутьевое сопло неподвижного контакта и подвижное сопло 17. Гашение дуги происходит за счет двустороннего дутья. Шток 31 связан с тягой 13. При движении тяги 13 вниз связанный с ней шток 31 действует на рычаг 30 и открывает клапан 34. При этом сжатый воздух, находящий­ ся над поршнем 35, через змеевик 29 выходит в атмосферу. Поршень 35 освобождает рычаги 27 и 28 и с помощью тяг 22, 23 и коромысла 21 закрывает клапан 24. Одновременно подвижное сопло 17 вместе с огра­ ничивающим электродом 41 перемещается вправо, пока не сядет на седло 26. Таким образом, внутренний объем ДУ герметизируется и от­ деляется от атмосферы. Электрод 41 ограничивает длину дуги, горя­ щей между ним и неподвижным дугогасительным контактом 20, что уменьшает энергию, выделяемую дугой.

При токах отключения до 40 кА выключатель не имеет шунтирую­ щих резисторов. При токах 63 кА или тяжелых условиях восстановления напряжения используются низкоомный шунтирующий резистор и вспо­ могательный контактный блок для отключения резистора (рис. 18.20, поз. 5). Контейнер с этим блоком и резистором располагается рядом с ДУ. Управление вспомогательным блоком осуществляется от клапана 34 (стрелка А).

При включении срабатывает электромагнит 12. Клапан 10 открыва­ ется и соединяет полость над поршнем 7 с атмосферой. Одновременно подается сжатый воздух на поршень 38, который отделяет полость бака от поршня 7. Под действием заранее заведенной пружины 33 шток 32 опускается и клапан 34 закрывается. Сжатый воздух подается к порш­ ню 35, и он опускается, воздействуя на рычаги 28, 27. Клапан 24 откры­ вается, а подвижное сопло 17 устанавливается в положение, указанное на рисунке. При этом внутренняя полость контакта 18 и сопла 17 сое­ диняется с атмосферой. При закрытии клапана 34 сжатый воздух пода­ ется в контейнер со вспомогательным контактным блоком, который включает резистор. При движении тяги 13 вверх подвижный кон­ такт 18 замыкается с неподвижным, одновременно поршень 7 пе­

устанавливается в исходное положение соответствующими пружи­ нами.

В выключателе на напряжение 1150 кВ при включении вначале за­ мыкаются вспомогательные контакты и в цепь вводится резистор, со­ противление которого равно волновому сопротивлению коммутируемой линии. Затем примерно через 10 мс включается контакт 18, который

шунтирует этот резистор. Это ограничивает перенапряжения при вклю­ чении холостых линий электропередачи.

Выключатель имеет следующие конструктивные особенности:

1.ДУ расположены внутри прочных стеклоэпоксидных труб, явля­ ющихся баком сжатого воздуха выключателя. Такая конструкция по­ зволяет сиять с фарфора воздействие высокого давления воздуха. Фар­ форовая рубашка защищает стеклоэпоксидную трубу от воздействия атмосферы.

2.Давление сжатого воздуха в ДУ достигает 4 МПа, что наряду

сдругими мероприятиями обеспечивает ток отключения до 63 кА при напряжении на разрыве 125 кВ.

3.ДУ имеет два разрыва. После гашения дуги дугогасительный контакт отходит на расстояние, обеспечивающее необходимую электри­ ческую прочность промежутка, и в своем крайнем положении воздейст­ вует на выхлопной клапан ДУ. Камера ДУ герметизируется, и разве­ денные контакты находятся при давлении 4 МПа.

4.Привод контактов расположен на заземленном баке выключате­ ля. Передача силы от привода к механизму контактов осуществляется х;еханически через легкую изоляционную стеклопластиковую тягу. Это позволяет получать полное время отключения 0,04 с.

5.При тяжелых условиях восстановления напряжения параллельно

каждому разрыву включается низкоомный шунтирующий резистор (40 Ом). Из конструктивных соображений резистор разбит на две ча­ сти (два контейнера). Ток резистора отключается двухступенчатой кон­ тактной системой, расположенной в одном из контейнеров.

18.6. ЭЛЕГАЗОВЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

а) Свойства элегаза. Дальнейшее повышение номиналь­ ного напряжения и номинального тока в воздушных вы­ ключателях наталкивается на большие трудности (давле­ ние воздуха в ДУ достигает 4 МПа, что требует больших затрат на создание механически прочной и работоспособной конструкции выключателя). Решение задачи может быть получено путем использования вместо воздуха газа, кото­ рый обладал бы более высокой электрической прочностью и отключающей способностью. Таким газом является ше­ стифтористая сера SF6 — элегаз (электротехнический газ) [18.6]. По сравнению с воздухом этот газ обладает следую­ щими преимуществами:

1. Электрическая прочность в 2,5 раза выше, чем у воз­ духа. При давлении 0,2 МПа электрическая прочность эле­ газа приближается к прочности трансформаторного масла.

2. Высокая удельная объемная теплоемкость (почти в 4 раза выше, чем у воздуха) позволяет увеличить нагруз­

ку токоведущих частей и уменьшить массу меди в выклю­ чателе.

3.Номинальный ток отключения камеры продольного дутья с элегазом в 5 раз выше, чем с воздухом.

4.Малая напряженность электрического поля в столбе дуги. Благодаря этому резко сокращается износ контактов, уменьшается эффект термодинамической закупорки сопла. Это позволяет увеличить расстояние между контактами,

повысить напряжение на каждом контактном промежутке и допустимую скорость восстановления напряжения.

За рубежом опубликованы данные по одноразрывному выключателю на номинальное напряжение 750 кВ.

5. Элегаз является инертным газом, не вступающим в реакцию с кислородом и водородом, слабо разлагается дугой. Элегаз нетоксичен, хотя некоторые продукты разло­ жения опасны.

Недостатком элегаза является высокая температура сжижения. Так, например, при давлении 1,31 МПа переход элегаза из газообразного состояния в жидкое происходит при температуре 0°С. Это заставляет использовать его либо с подогревающим устройством, либо при низком давлении.

скорости его струи относительно горящей дуги. Возможны следующие исполнения ДУ с элегазом:

1) с автопневматическим дутьем. Необходимый для ду­ тья перепад давления создается за счет энергии привода;

2)с охлаждением дуги элегазом при ее движении, вы­ званном взаимодействием тока с магнитным полем.

3)с гашением дуги за счет перетекания газа из резер­ вуара с высоким давлением в резервуар с низким давлени­ ем (выключатели с двойным давлением).

В настоящее время широко применяется первый спо­ соб. Дугогасительное устройство с автопневматическим при­ нудительным дутьем показано на рис. 18.22. Оно распола­ гается в герметичном баке с давлением элегаза 0,2— 0,28 МПа. При этом удается получить необходимую элек­ трическую прочность внутренней изоляции. При отключе­ нии дуга возникает между неподвижным / и подвижным 2 контактами. Вместе с подвижным контактом 2 при отклю-

Рис. 18.22. Схема дугога­ сительного устройства элегазового выключателя с автопневматическим дутьем

чении перемещаются сопло 3 из фторопласта, перегородка 5 и цилиндр 6. Так как поршень 4 при этом неподвижен, элегаз сжимается и его поток, проходя через сопло, про­ дольно омывает дугу и обеспечивает ее эффективное гаше­ ние,

Рис. 18.23. Дугогасительная камера элегазового выключателя

Для КРУ разработан элегазовый выключатель с номи­ нальным напряжением ПО и 220 кВ, номинальным током 2 кА и номинальным током отключения 40 кА. Время от­ ключения 0,065, время включения 0,08 с, номинальное дав­ ление элегаза 0,55 МПа, привод пневматический с давле­ нием воздуха 2 МПа.

Камера ДУ элегазового выключателя на 220 кВ с двумя разрывами на полюс показана на рис. 18.23. При включе­ нии выключателя цилиндр 1 вместе со связанными с ним главным 2 и дугогасительным 3 контактами перемещается вправо. При этом труба 2 входит в розетку 5, а розетка 3 соединяется с контактом 4. Сопло из фторопласта 6 также

влево. Сначала расходятся главные контакты (2, 5), потом дугогасительные (3, 4). В момент размыкания контактов 3 и 4 возникает дуга, которая подвергается обдуву газом. Поршень 10 остается неподвижным. В области А образует­ ся сжатый газ, а в области Б — разреженный. В результа­ те газ перетекает из области А через полый контакт 7 в об­ ласть Б через отверстия 8 и 9 под действием разности дав­ лений рл— (—Рб)- Большой перепад давлений позволяет получить необходимую (критическую) скорость обдува ду­ ги. При тяжелых условиях отключения (неудаленное КЗ) дуга гасится также за счет ее охлаждения в сопле 6 после выхода его с контакта 4.

Рис. 18.24. Устройство элегазового выключателя на напряжение 220 кВ

На рис. 18.24 представлено принципиальное устройство элегазового выключателя для КРУЭ-220 на напряжение 220 кВ. Неподвижный контакт выключателя 1 прикреплен к баку выключателя на литом изоляторе 2. Выключатель имеет два ДУ 3 и 4, соединенных последовательно через корпус 11. Равномерное распределение напряжения по ДУ обеспечивается керамическими конденсаторами 6. Для уст­ ранения коронирования ДУ закрыты экранами 5. Цилинд­ ры 3 и 4 приводятся в движение изоляционной штангой 8 через рычажный механизм 7. Включение и отключение вы­ ключателя производится пневматическим приводом. Вы­ ключатель заполнен элегазом при давлении 0,55 МПа. Йеподвижные контакты выключателя 1 выведены из бака че­ рез проходной герметизированный изолятор 9 и 10 эле­ газ— элегаз, что означает переход из полости выключателя,

наполненной элегазом, в полость комплектного распреде­ лительного устройства, также заполненную элегазом {КРУЭ). Здесь 9 — изоляционная перегородка, 10 —разъ­ емный контакт розеточного типа. Такой изолятор позволя­ ет сохранить в выключателе элегаз при отсоединении его от КРУЭ.

Описанный элегазовый выключатель имеет высокие тех­ нические показатели и допускает 20-кратное отключение тока КЗ предельного значения 40 кА без ревизий. Утечка элегаза из бака не превышает 1 % в год. Срок службы вы­ ключателя до капитального ремонта составляет 10 лет. Разработаны ДУ с номинальным напряжением 220 кВ на один разрыв и током отключения 40 кА при высокой ско­ рости восстановления напряжения. Опытные образцы элегазовых выключателей допускают ток отключения до 100 кА при напряжении на разрыве 245 кВ и ток 40 кАпри напряжении на разрыве до 362 кВ. Элегазовые выключате­ ли наиболее перспективны для напряжений выше 35 кВ

имогут быть созданы на напряжение 800 кВ и выше.

18.7.ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Вотличие от масляных и воздушных выключателей электромагнит­ ные выключатели для своей работы не требуют масла или сжатого воз­ духа, более просты и удобны в эксплуатации, обладают высокой надеж­ ностью и большим сроком службы.

Электромагнитный выключатель серии ВЭ на напряжение 6 н 10кВ, номинальный ток до 3,6 кА и номинальный ток отключения до 31,5 кА показан на рис. 18.25, а. Три полюса выключателя смонтирова­ ны на выкатной тележке 1. При перемещении тележки влево пальцевый контакт 2 соединяется с медной шиной комплектного распределитель­ ного устройства (КРУ). Подвижный контакт 3 выключателя имеет вращательное движение относительно точки О и приводится в действие изоляционной штайгой 4, соединенной с механизмом выключателя. Раз­ рывной контакт полюса имеет главные пальцевые контакты 5 и дугога­ сительные 6, расположенные над главными контактами. ДУ выключа­ теля 7 расположено над контактной системой. Для улучшения гашения малых токов выключатель имеет устройство воздушного дутья 8, кото­ рое приводится в действие тягой 9, соединенной с механизмом привода выключателя. При отключении выключателя в дутьевом устройстве создается сжатый воздух, который протекает по трубке 10 и воздейст­ вует на дугу, перемещая ее вверх и включая катушки магнитного дутья.

Присоединение цепей привода и сигнализации к схеме управления