12 Лекция 12. Высоковольтные выключатели

Содержание лекции: назначение и основные параметры выключателей. Вакуумные выключатели. Элегазовые выключатели.

Цель лекции: изучение принципа действия и конструкции современных высоковольтных вакуумных и элегазовых выключателей.

12.1 Назначение. Основные параметры

Выключатели вы­сокого напряжения предназначены для коммутации цепей переменного тока высокого напряжения и отключения токов КЗ.

В соответствии с существующими стандартами выключатели характеризуются следующими параметрами:

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

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

Время отключения выключателя – это время от подачи команды на отключение до момента погашения дуги.

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.

12.2 Вакуумные выключатели

12.2.1 Гашение дуги в вакуумной среде

В вакуумном дугогасительном устройстве (ДУ) контакты расходятся в среде, в которой элек­трический пробой между электродами затруднен из-за отсутствия носителей зарядов. Однако и в этом случае дуга между контактами возникает.

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. Прак­тически через 10 мкс после прохождения тока нуля 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 этого ДУ является высокая скорость восстановления электрической прочности промежутка. Ва­куумные выключатели считаются в настоящее время наиболее эффек­тивными и долговечными. Применяются на напряжение до 35 кв. Их срок службы без ревизии до­стигает 25 лет. 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 может вызывать перена­пряжения, 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».

На Украине – Ровенский завод высоковольтной аппаратуры

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