книги / Электрические аппараты

ст десятки микросекунд, так что полное время отключения выключате­ ля не превышает 1,5—2 мс.

Схемы и методы синхронизации весьма разнообразны [18.3, 18.9].

тока и времени его наступления (рис. 18.30,6). В момент времени <= = /упр=/зап ток ban запоминается. Затем текущее значение тока i срав­ нивается С ТОКОМ iaaii. В MOMCHT времени, когда (= (зап до нулевого значения тока останется время, равное ?у„р. Если отсутствует аперио­ дическая составляющая тока КЗ, то рассмотренный метод дает доста­ точную точность.

Полное время отключения синхронизированного выключателя вме­ сте с защитой лежит в пределах 0,02 с.

По сравнению с другими типами синхронизированные выключате­ ли имеют следующие преимущества:

1.Малая длительность горения дуги. Значительно уменьшаются износ контактов и эксплуатационные расходы.

2.Облегчается процесс гашения дуги. Уменьшение выделяемой ду­ гой энергии позволяет увеличить номинальный ток отключения при том же расходе воздуха.

3.Увеличивается скорость восстановления электрической прочно­ сти промежутка. Работа выключателя при высоких скоростях восста­ новления напряжения допустима без шунтирующих резисторов.

4.Отключение КЗ за время ^<0,02 с повышает динамическую ус­ тойчивость энергосистем промышленной частоты.

Недостатком синхронизированных выключателей является слож­ ность схемы и конструкции, наличие большого количества элементов, что сказывается на надежности работы. В связи с этим развитие син­ хронизированных выключателей на высокие напряжения временно за­ тормозилось. Тем не менее принцип синхронного размыкания цепи ис­ пользуется во взрывных предохранителях с напряжением 6—10 кВ. Синхронизирующий сигнал приводит в действие взрывное устройство, разрушающее плавкую вставку, расположенную в трансформаторном масле. Благодаря высокому давлению (10—15 МПа) гашение дуги происходит при первом прохождении тока через нуль. Отключаемые то­ ки могут достигать 200 кА при напряжении 10 кВ. Синхронизирован­ ное размыкание контактов используется и в полупроводниковых отклю­ чающих аппаратах.

Стоимость выключателей с приводами довольно велика. С учетом необходимых для управления выключателем трансформаторов тока и устройств релейной защиты стоимость современного распределитель­ ного устройства получается очень высокой.

Если длительный ток установки невелик (400—600 А при напряже­ нии 10 кВ), вместо выключателя с релейной защитой целесообразно использовать выключатель нагрузки и предохранители.

Выключатель нагрузки имеет ДУ небольшой мощности для от­ ключения номинальных токов. В случае КЗ используется высоковольт­ ный предохранитель. В выключателях нагрузки для гашения дуги при­ меняются камеры с автогазовым, электромагнитным, элегазовым дуть­ ем и вакуумными элементами.

В камерах с автогазовым дутьем гашение дуги осуществляется га­ зами, которые выделяются под действием высокой температуры дуги стенками из газогенерирующего материала (органического стекла, ви­ нипласта и др.). Общий вид автогазового выключателя нагрузки типа ВН-16 на номинальное напряжение 10 кВ и отключаемый ток 200 А показан на рис. 18.31. Все три полюса размещаются на сварной раме.

неподвижный главный контакт 2, дугогасительная камера 5 и второй вывод полюса. Подвижный главный контакт 1 выполнен из двух сталь­ ных пластин. В середине укреплен дугогасительный контакт 4 в виде

фарфоровой тягой. Отключение выключателя происходит под действи­ ем пружин 6, которые заводятся при включении. В дугогасительной камере (рис. 18.31,6) расположен неподвижный дугогасительный кон­ такт точечного типа 7, соединенный с главным неподвижным контактом 2. Корпус камеры выполнен из пластмассы и состоит из двух половин, стянутых винтами. Внутри корпуса размещены два вкладыша 8 из га­ зогенерирующего материала — органического стекла.

Управление выключателем осуществляется ручным рычажным при­ водом со встроенным электромагнитом для дистанционного отключения. Если необходимо дистанционное включение, то может быть использо­ ван дополнительный электромагнитный привод.

Во включенном положении выключателя ток проходит через кон­ тур главных и дугогасительных контактов. Во время отключения сна­ чала размыкаются главные контакты и весь ток перебрасывается в цепь дугогасительных контактов. После расхождения дугогасительных контактов между вкладышами 8 загорается дуга. Малая толщина по­ движного дугогасительного контакта 4 и узкая щель, в которой он пе-

а)

à)

Рис 1831 Выключатель нагрузки типа ВИ-16

ремещается, обеспечивают хорой ии контакт дуги со стенками вклады­ шей Благодаря высокой температуре дуги вкладыши интенсивно выде­ ляют газ, который стремится вьшти из камеры через зазор между подвижным контактом и вкладышами. При этом возникает продольный обдув дуги, в результате чего она гаснет. Зона выброса газов из ка­ меры 200—500 мм. Контакт 4 выходит из камеры тогда, когда дуга погаснет. В отключенном положении дугогасительный контакт отходит от камеры на расстояние, обеспечивающее достаточную электрическую прочность для данного класса напряжения Последовательно с выклю­ чателем нагрузки включаются мощные предохранители типа ПК, кото­ рые защищают установку от КЗ.

Выключатель может снабжаться дополнительным устройством, ко­ торое автоматически отключает его после срабатывания предохраните-

Рис. 18.32. Вакуумный контактор:

/ —камера вакуумная дугогасительная: 2 —каркас; 3 —основание; 4—рези­ стор; 5 —разъемы штепсельные; 6 —диод; 7 —щека; 8 —панель; 9 —счетчик числа циклов; 10 —привод электромагнитный; // —контакт вспомогательной цепи; 12 —пружины отключающие; 13 —траверса; 14 —пружина дополнитель­ ного поджатия; 15 —связь гибкая; 16 —выводы контактные

лей. Это устройство приводится в действие указателем срабатывания предохранителя.

Без замены вкладышей выключатель нагрузки допускает 75 отклю­ чений тока 200 А при напряжении 10 кВ.

Перспективны вакуумные выключатели нагрузки и контакторы. На рис. 18.32 представлен вакуумный контактор КВТ-6/10-400-4-У2 на камерах КВД-10-400-4-У2. Вакуумный контактор в отличие от выклю­ чателя нагрузки имеет большое допустимое число коммутаций номи­ нального тока (105 ВО) и отключает 50 раз небольшие токи КЗ (4 кА при напряжении 10 кВ). Вакуумная камера 1 укреплена в изоляцион­ ном корпусе 2. Дополнительное поджатие подвижного контакта созда­ ется пружиной 14. Отключение производится изоляционной траверсой 13, на которую действует электромагнит 10. Электромагнит может пи­ таться постоянным или переменным током через выпрямительный мост. Контактор КВТ-6/10-400-4-У2 имеет следующие данные номинальное на­ пряжение 6 и 10 кВ, номинальный ток 400 А число допустимых комму­ таций (ВО) при номинальном токе 10’, число включений и отключений в час 300 при токе 400 А номинальный ток отключения 4 кА, число допустимых коммутаций при этом токе 50.

На базе вакуумных ДУ могут быть созданы выключатели нагрузки на номинальный ток до 2 кА, номинальный ток отключения 6 кА и но­ минальное напряжение до 36 кВ[18.7].

18.11. ВЫБОР ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

При выборе выключателя его номинальные параметры сравниваются с параметрами сети в месте его установки. Выключатель выбирается по наиболее тяжелому режиму работы, который возможен в эксплуатации.

Номинальное напряжение выключателя Итм ,в должно быть равно или больше номинального напряжения защи­ щаемой сети Uном.с-

Номинальный длительный ток выключателя Люм,в ДОЛ* жен быть больше номинального тока установки / ном у.

Номинальный ток отключения выключателя / 0,ном дол­ жен быть больше максимального расчетного тока коротко­ го замыкания / к к моменту расхождения контактов.

При определении / к необходимо рассмотреть все воз­ можные варианты КЗ и выбрать наиболее тяжелый веро­ ятный режим. Как правило, наиболее тяжелые режимы со­ здаются при отключении трех- и однофазного КЗ на зем­ лю. Расчет апериодической слагающей ведется из усло­ вия, что КЗ произошло в момент, когда напряжение в од­ ной из фаз равно нулю. Ток /вкл.ном должен быть не менее ударного тока КЗ, протекающего через выключатель.

При выборе выключателя следует иметь в виду, что

в момент размыкания контактов выключателя апериодиче-

,ская составляющая тока КЗ не должна превышать аперио­ дический ток, гарантированный заводом-изготовителем. Обычно этот ток выражается в процентах номинального тока отключения.

Расчетное время размыкания берется равным минималь­ но возможному. Расчет токов КЗ описан в [1.3].

Наряду с номинальным током отключения необходимо учитывать циклы (последовательность включений и отклю­ чений— ВО), при которых выключатель работает. Номи­ нальный ток отключения выключателей без АПВ гаранти­ руется при цикле О— 180—ВО— 180—ВО. Для выключате­ лей, работающих в циклах многократного быстродейству­ ющего АПВ, возможно уменьшение номинального тока отключения, особенно при втором или третьем АПВ.

Термическая стойкость проверяется из условия протека­

ния через выключатель тока КЗ в течение максимального времени, обусловленного срабатыванием защиты.

Номинальный ток электродинамической стойкости вы­ ключателя должен превышать максимально возможное зна­ чение ударного тока КЗ, которое может быть в установке. Обычно сравнивают мгновенные значения пика тока.

Выпускаемые промышленностью выключатели испыты­ ваются при скоростях восстановления напряжения, кото­ рые являются типовыми. Однако в некоторых случаях необходимо проводить расчет скорости восстановления на­ пряжения в проектируемых сетях и сравнивать с условия­ ми, которые имели место при испытаниях аппарата. Осо­ бенно тяжелые условия с этой точки зрения имеют место при КЗ на зажимах мощных генераторов, трансформаторов и неудаленных КЗ. Иногда требуется установка специаль­ ных шунтирующих резисторов для снижения скорости вос­ становления напряжения. Для мощных системных выключагелей, от работы которых зависит устойчивость парал­ лельно работающих сетей, важным параметром является время отключения и время повторного включения. Иногда эти параметры диктуют выбор типа выключателя и его привода.

При выборе типа выключателя следует учитывать сле­ дующие обстоятельства:

1. При номинальном напряжении б— 10 кВ и редких коммутациях целесообразно применение маломасляных вы­ ключателей. При частых коммутациях рекомендуется при­ менять вакуумные и элегазовые, обладающие большим сро­ ком службы.

2. При номинальном напряжении 35— ПО кВ и номи­ нальных токах отключения до 20 кА целесообразно приме­ нять маломасляные выключатели. При больших номиналь­ ных напряжениях и больших номинальных токах отключе­ ния применяются воздушные и элегазовые выключатели.

При экономической оценке выбираемого типа выключа­ телей следует учесть, что, несмотря на то, что вакуумные выключатели имеют большую стоимость, применение их бо­ лее оправдано ввиду малых расходов на техническое обслу­ живание и большого срока службы ДУ (до 25 лет).

РАЗЪЕДИНИТЕЛИ, ОТДЕЛИТЕЛИ

ИКОРОТКОЗАМЫКАТЕЛИ

19.1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Разъединители служат для включения и отключения цепи высокого напряжения либо при токах, значительно меньших номинальных, либо в случаях, когда отключается номинальный ток, но напряжение на контактах аппарата недостаточно для образования дуги.

В первом случае разъединители применяются, как пра­ вило, для отсоединения от напряжения высоковольтного оборудования перед ревизией или ремонтом (рис. 19.1,а).

ast BF BS2

Рис. 19.1. Схемы включения разъединителей

Согласно правилам техники безопасности оборудование, выводимое в ремонт, должно быть отключено. Между вы­ водами отключенного аппарата и цепью, оставшейся под напряжением, должен быть создан видимый воздушный промежуток, гарантирующий безопасные условия работы обслуживающего персонала.

Для безаварийной работы ток в цепи сначала отклю­ чается выключателем QF, и только потом размыкаются контакты разъединителей QS1 и QS2. В этом случае разьединителями отключаются небольшие емкостные токи, соз­ даваемые опорной изоляцией отключаемого аппарата и присоединенными к нему проводниками.

После размыкания QS1 и QS2 выключатель QF, подле­ жащий ремонту, должен быть заземлен с обеих сторон с по­ мощью дополнительных разъединителей QS3 и QS4. Если ножи QS3 и QS4 не заземлены, то на выводах выключате­ ля QF может возникать высокий потенциал за счет емкост­ ной связи с линиями высокого напряжения. Для удешевле­ ния и упрощения схем коммутации разъединители исполь­

зуются для отключения небольших токов (токов холостого хода трансформаторов, зарядных токов воздушных и ка­ бельных линий). Допустимые нагрузки разъединителей приведены в [19.2].

В ряде случаев разъединителями можно пользоваться для перевода нагрузки с одной ветви А на другую Б (рис. 19.1,6). Для этого при замкнутом разъединителе QS2 включают разъединитель QS1. После этого разъединитель QS2 отключают. Дуга на его контактах не возникает, так как напряжение на них равно падению напряжения на вет­ ви QS1, которое ничтожно мало.

К разъединителям предъявляются следующие требова­ ния:

1.Контактная система должна надежно пропускать но­ минальный ток сколь угодно длительное время. В особо тяжелых условиях работают разъединители наружных ус­ тановок, подвергающиеся воздействию воды, пыли, льда. Контактная система должна иметь необходимую динамиче­ скую и термическую стойкость.

2.Разъединитель и механизм его привода должны на­ дежно удерживаться во включенном положении при проте­ кании тока КЗ. В отключенном положении подвижный кон­ такт должен быть надежно фиксирован, так как самопро­ извольное включение может привести к очень тяжелым ава­ риям и человеческим жертвам.

3.В связи с особой ролью разъединителя как аппарата безопасности промежуток между разомкнутыми контакта­ ми должен иметь повышенную электрическую прочность.

4. Привод разъединителя целесообразно блокировать с выключателем. Операции с разъединителем должны быть возможны, только когда выключатель отключен.

19.2. КОНСТРУКЦИЯ РАЗЪЕДИНИТЕЛЕЙ И ИХ ПРИВОДОВ

Для внутренних установок, не подверженных воздействию атмо­ сферы и с напряжением, как правило, не выше 20 кВ, наиболее широко распространены рубящие разъединители с движением подвижного кон­ такта (ножа) в вертикальной плоскости.

Для получения электродинамической стойкости контактов необхо­ димо соответствующее контактное нажатие. С ростом тока контактное нажатие и усилие, необходимое для включения, возрастают. При ручных приводах контактные нажатия стремятся брать возможно ма­ лыми. С этой целью применяют сдвоенные ножи и электромагнитные замки.

Для повышения электродинамической стойкости контактов разъ­ единителей широко используются электродинамические силы, возника­ ющие в токоведущих элементах.

На рис. 19.2 показан трехполюсный разъединитель типа PB на напряжение 10 кВ и ток 400 А а на рис. 19.3 — в увеличенном масшта­ бе его контактная система.

Рис. 19.2. Разъединитель типа PB

Подвижный контакт 1 выполнен в виде двух параллельных шин. При КЗ электродинамическая сила прижимает шины 1 к стойкам не­ подвижного контакта 2. При номинальном токе контактное нажатие создается пружинами 3, которые воздействуют на подвижный контакт через стальные пластины 4.

Магнитный поток, создаваемый проходящим по шинам током, за­ мыкается вокруг них и через стальные пластины 4. В системе возника­ ют электродинамические силы такого направления, чтобы возросла

энергия магнитного поля. Пластины приближаются к шинам 1 и попада­ ют в зону более сильного магнитного поля. Электромагнитная энергия при этом возрастает. Таким образом создается сила Р, притягивающая стальные пластины к шипам и увеличивающая контактное нажатие.

Для управления разъединителями типа PB применяются рычаж­ ные системы с ручным или моторным приводом. В схеме ручного ры­ чажного привода (рис. 19.4) вал разъединителя имеет угол поворота 90°. Рычаг привода имеет угол поворота 150°. Чтобы избежать отклю­ чения под действием электродинамических сил, во включенном положе­ нии механизм находится в положении, близком к мертвому (шатун 1 и короткий рычаг 2 шарнира О располагаются почти на прямой). Кро-

ме того, включающий рычаг 3 фиксируется в отключенном и включен­ ном положениях с помощью специальных стопоров. При токах более 3 кА рычаг 3 заменяется червячной передачей, что позволяет увеличить действующую на шины силу.

Для дистанционного управления применяются электрические и пнев­ матические приводы. В электрических приводах ось двигателя связыва­ ется с выходным рычагом привода через систему червячной передачи.

В пневматическом приводе отсутствуют громоздкие рычажные пе­ редачи и обеспечивается плавный ход контактов (рис. 19.5). Поршневой механизм (цилиндры, поршни) 1, блок пневматических клапанов управ­ ления 2 и 3 и электромагниты управления 4 и 5 устанавливаются непосредственно на раме разъединителя. К разъединителю подводятся