5.4 Воздушные выключатели

Воздушные выключатели (ВВ), в которых для гашения дуги и деионизации дугового промежутка используется сжатый воздух, обдувающий дугу в продольном или поперечном направлении. Изоляция токоведущих частей и дугогасительного устройства осуществляется фарфором или другими твердыми изолирующими материалами.

Принцип гашения дуги сжатым воздухом заключается в том, что межконтактный промежуток обдувается чистым сжатым воздухом, лишенным заряженных частиц. При этом дуга и ее опорные поверхности интенсивно охлаждаются, а ее сечение уменьшается. Одновременно этот же поток воздуха выносит из межконтактного промежутка продукты горения дуги, представляющие собой хорошо проводящую среду. Место этих продуктов занимает теперь свежий неионизированный воздух, способный выдержать напряжение, восстанавливающееся на контактах выключателя. Назначение ДГК заключается в быстром и полном замещении ионизированной среды свежим, обладающим высокой электрической прочностью воздухом.

ВВ строятся на все напряжения от 3 до 750 кВ, на номинальные токи от 4 кА (генераторные выключатели) до 20 кА и на широкий диапазон мощности отключения от 300 МВА (10 кВ) до 85000 МВА (750 кВ). разработан опытный образец ВОВ на 1150 кВ на номинальный ток 4 кА и номинальную мощность отключения 65000 МВА.

В воздушных выключателях гасительное устройство с одним разрывом может быть использовано для отключения значительного тока только при относительно небольшом напряжении. Выключатели напряжением 220 кВ и выше должны иметь несколько разрывов включенных последовательно. Так например, при давлении воздуха 4 МПа и напряжении 110 кВ выключатель с одним разрывом способен отключить ток около 40 кА. Выключатель 220 кВ должен иметь 2 разрыва, а выключатель 500 кВ – четыре разрыва.

В выключателях на большие номинальные токи имеются главный и дугогасительный контуры, как в маломасляных выключателях МГ и ВГМ.

Рис. 5.7. Воздушный выключатель ВВГ-20 1 – вентилятор обдува, 2 – резистор, 3,8 - дугогасительные камеры, 4 – контактные выводы, 5 – разъединитель, 6 – вспомогательная камера с резистором 7, 9 – отделитель

Воздушный выключатель ВВГ-20 предназначен для установки в цепях мощных генераторов и рассчитан на ток до 12500А, а при обдуве вентиляторами 1 – на 20000 А (рис. 5.7) Главный токоведущий контур состоит из контактных выводов 4 и разъединителя 5. Дугогасительный контур состоит из двух камер 3 и 8, резисторов 2, отделителя 9. Последовательно с резистором 2 второй камеры включена вспомогательная камера 6 со своим резистором 7 и искровым промежутком. Во включенном положении основная часть тока проходит по главному контуру. Отключение происходит в следующем порядке: размыкаются контакты разъединителя 5, и весь ток переходит в дугогаситель­ный контур, где размыкаются дугогасительные контакты в каме­рах 3 и 8 (см. схему рис. 5.7). К этому моменту в камеры подается сжатый воздух (давление 2 МПа), создающий продольное дутье, в результате чего дута гаснет через 0,01 с. Ток, проходящий через резисторы 2, разрывается контактами вспомогательной камеры 6. При этом возможны два случая. Если выключатель отключает боль­шой ток КЗ, а реактивное сопротивление цепи значительно меньше активного сопротивления шунтирующих резисторов 2, то скорость восстанавливающегося напряжения мала и процесс отключения заканчивается гашением дуги на контактах

вспомогательной ка­меры. Если выключатель отключает ток в цепи с большим индук­тивным сопротивлением, которое соизмеримо или больше актив­ного сопротивления резисторов, то скорость восстанавливающе­гося напряжения на контактах вспомогательной камеры велика. В этом случае после гашения дуги на контактах камеры 6 проби­вается искровой промежуток и параллельно контактам включает­ся шунтирующий резистор 7. При последующем переходе тока через нуль дуга на искровом промежутке гасится потоком воздуха.

Последним отключается нож отделителя 9, создавая оконча­тельный разрыв цепи. После отключения отделителя прекращает­ся подача воздуха в камеры 3 и 8 и подвижные контакты под действием пружин возвращаются во включенное положение. Пол­ное время отключения этого выключателя составляет 0,17 с. При включении замыкается сначала нож отделителя 9, а затем нож разъединителя 5.

Гасительные камеры, резисторы укреплены на опорных изоля­торах.

Выполнение операций включения и отключения, последова­тельность работы отдельных узлов обеспечиваются пневматической системой полюса. Рассмотренный выключатель не предназна­чен для АПВ.

Выключатели серии ВВБ имеют изолированный от земли резервуар сжатого воздуха, внутри которого находится контактная система, поэтому собственное время отключения этих выключателей меньше, чем у выключателей серии ВВ. В настоящее время выключатели серии ВВБ модернизированы. Новые выключатели ВВБК (крупномодульные) работают при давлении воздуха 4 МПа,а вкамере гашения кроме основного дутья, как в серии ВВБ, имеется дополнительное дутье через неподвижные контакты с продувкой продуктов горения через полые токоведущие стержни вводов.

Рис. 5.8. Полюс воздушного выключателя ВВБК-220 1 – опорный изолятор, 2 – колонка управления, 3 - дугогасительные модули, 4 – делительные конденсаторы

На рис. 5.8 показан полюс выключателя ВВБК-220, состоящий из двух дугогасительных модулей 3, расположенных на опорном изоляторе 1, делительные конденсаторы 4 служат для выравнивания напряжения по разрывам дугогасительных камер в процессе гашения дуги и в отключенном положении. Рядом с опорным изолятором расположена колонка управления 2, в которой находится стеклопластиковый воздуховод, постоянно подающий сжатый воздух в камеры 3. Выключатели серии ВНВ имеют укрупненный двухразрывный дугогасительный модуль на напряжение 220 – 250 кВ. Все выключатели этой серии на 110 – 1150 кВ компонуются из резервуара со шкафом управления и опорной изоляционной колонки, на которой смонтирован дугогасительный модуль (см. [1]). Выключатели серии ВНВ рассчитаны на ток отключения 40-63 кА. По сравнению с выключателями серии ВВБ эти выключатели имеют меньшую массу и меньшие габариты. Преимущества воздушных выключателей: взрыво- и пожаробезопасность, быстродействие и возможность осуществления быстродействующего АПВ, высокая

отключающая способность, надежное отключение емкостных токов линий, малый износ дугогасительных контактов, легкий доступ к дугогасительным камерам, возможность создания серий из крупных узлов, пригодность для наружной и внутренней установки.

Недостатки воздушных выключателей: необходимость компрессорной установки, сложная конструкция ряда деталей и узлов, относительно высокая стоимость, трудность установки встроенных трансформаторов тока.