Министерство образования и науки Республики Казахстан

Алматинский университет энергетики и связи

Кафедра « Электроснабжение промышленных предприятий»

ТЕМА № 4

ИЗУЧЕнИЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Специальность:

050718-«Электроэнергетика»

Алматы

2013

Назначение, основные параметры

Выключатели вы­сокого напряжения предназначены для коммутации цепей переменного тока с напряжением 3 кВ и выше во всех ре­жимах, возможных в эксплуатации:

- включение и отключение номинальных токов;

- отключение токов КЗ;

-отключение токов холостого хода силовых трансформаторов и емкостных токов конденсаторных батарей и длинных линий.

Наиболее тяжелым режимом ра­боты выключателя является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание.

В соответствии с существующими стандартами выключатели характеризуются следующими параметрами:

Номинальный ток отключения представляет собой наибольшее действующее значение периодической составляющей тока КЗ, который выключатель способен отключить. Характеризует отключающую способность выключателя и его дугогасительного устройства.

Допустимое содержание апериодической составляющей тока КЗ в момент отключения в процентах.

С учетом апериодической составляющей выключатель проверяют по отключающей способности на возможность отключения тока КЗ по формуле:

где -номинальный ток отключения выключателя , кА;

ß – процентное содержание апериодической составляющей тока КЗ.

- Ток КЗ, расчитанный для момента расхождения контактов выключателя .

Расчетное время выключателя определяется по выражению:

Где - минимальное время срабатывания релейной защиты, согласно ПУЭ принимается раной времени быстродействующей защиты (0.01с)

- собственное время отключения выключателя.

Номинальный ток включения – это максимальный ток КЗ, который выключатель способен включить без сваривания контактов и других повреждений, препятствующих нормальной работе.

Собственное время отключения выключателя это время от подачи команды на отключение до момента размыкания контактов.

Время отключения выключателя – это время от подачи команды на отключение до момента погашения дуги во всех трех его полюсах.

Время включения выключателя – это время от подачи команды на включение до завершения операции включения (посадка привода на защелку).

Еще совсем недавно в электроэнергетике широко применялись различные типы выключателей, на подстанциях чаще всего встречались масляные выключатели.

В настоящее время их вытесняют вакуумные и элегазовые выключатели.

Рассмотрим конструкции и принцип действия этих выключателей.

Вакуумные выключатели Гашение дуги в вакуумной среде

В вакуумном дугогасительном устройстве (ВДУ) контакты расходятся в среде с давлением 10^-4 Па (10^-6 мм рт. ст.), при котором плотность воздуха очень мала. Длина сво­бодного пробега молекулы достигает 50, а длина свобод­ного пролета электрона 300 м. При таких условиях элек­трический пробой между электродами затруднен из-за отсутствия носителей зарядов. Пробивное напряжение про­межутка длиной 1 мм в вакууме достигает 100 кВ. Процесс горения и гашения дуги в вакууме при перемен­ном токе происходит следующим образом.

При размыкании контактов контактное нажатие непрерывно уменьшается, а переходное сопротивление контактов увеличивается и при нажатии, равном нулю, стремится к бесконечности. Даже при небольших токах в момент размыкания контактов из-за выделения большого количества тепла материал контак­тов плавится и образуется жидкий металлический мостик, который под действием высокой температуры нагревается и испаряется. При разрыве мостика загорается дуга, кото­рая горит в среде паров металлов электродов. Вакуумная дуга характеризуется малым паде­нием напряжения, составляющим 20-30 В. Прак­тически через 10 мкс, после прохождения током нуля, дуга гаснет и между контактами восстанавливается электрическая прочность вакуума. Это вызвано очень быстрой диффузией зарядов из-за большой разницы в плотностях частиц в дуге и окружающем ее вакууме. Боль­шим достоинством ВДУ является высокая скорость восстановления электрической прочности промежутка. Ва­куумные выключатели являются в настоящее время наиболее эффек­тивными и долговечными. Их срок службы без ревизии до­стигает 25 лет. Срок службы контактов вакуумного выключателя в основном обусловлен следующим.

Образующиеся в результате ионизации электроны движутся с огромной скоростью к аноду. В результате бомбардировке анода электронами, образуются положительные ионы. Освободившиеся положительные ионы движутся к катоду и разрушают его.

Следует отметить, что высокие значения напряженности электрического поля при малых расстояниях между кон­тактами также способствуют возникновению дуги в вакууме благодаря автоэлектронной эмиссии.

Для нормальной работы вакуумного выключателя имеет большое значение дегазация контактов, так как адсорбированные ими газы при разогреве выделяются и ухудшают вакуум. С целью удаления газовых включений из контактов их на­гревают в течение нескольких часов до красного каления.

Для вакуумной дуги характерен обрыв (срез) тока при подходе к нулевому значению. Это объясняется тем, что при уменьшении тока пада­ет давление паров металла. В результате дуга становится неустойчивой и гаснет.

Резкое уменьшение тока (срез тока) вызывает коммутационные перенапряжения в отключаемой цепи, опасные для отключаемого оборудования.

Ток среза зависит как от параметров отключаемой цепи, так и от свойств материала контактов. Вольфрам обладает ус­тойчивостью к свариванию, высокой температурой плавле­ния и износостойкостью. Однако при вольфрамовых кон­тактах значения тока среза и перенапряжений очень высо­ки, так как пары вольфрама создают низкое давление. Перенапряжения при медных контактах в 2,5 раза ниже, но они более подвержены свариванию и износу. Эти противо­речия устраняются сегодня разработкой и применением специальной металлокерамики.

Среди известных производителей вакуумных выключателей можно выделить следующие фирмы:

в России - «Таврида Электрик» и НПО « Контакт» (г. Саратов).

в Германии - концерн «Сименс».

Во Франции Schneider Electric

На Украине – Ровенский завод высоковольтной аппаратуры

Рассмотрим устройство вакуумного выключателя, выпускаемого предприятием « Таврида Электрик», экземпляр которого имеется на кафедре ЭПП.