3. Эксплуатация выключателей

Выключатели служат для коммутации электрических цепей во всех эксплуатационных режимах: включения и от­ключения токов нагрузки, токов КЗ, токов намагничивания трансформаторов, зарядных токов линий и шин. Наиболее тяжелым режимом для выключателя является отключение токов КЗ. При прохождении токов КЗ выключатель под­вергается воздействию значительных электродинамических сил и высоких температур. Кроме того, всякое автоматиче­ское или ручное повторное включение на неустранившееся КЗ связано с пробоем промежутка между сходящимися кон­тактами и прохождением ударного тока при малом давле­нии на контакте, что приводит к их преждевременному из­носу. Для увеличения срока службы контакты выполняют из металлокерамики.

В конструкции выключателей заложены различные принципы гашения дуги и используются различные матери­алы гасящей среды (трансформаторное масло, сжатый воз­дух, элегаз, твердые газогенерирующие материалы и т. д.). Применяемые на станциях и подстанциях выключатели раз­деляют на следующие группы: масляные выключатели с большим объемом масла (серий ВМ, МКП, У, С); масля­ные выключатели с малым объемом масла (серий ВМГ, ВМП, МГГ, МГ, ВМК, ВГМ и др.); воздушные выключате­ли (серий ВВГ, ВВУ, ВВН, ВВБ, ВВБК, ВНВ), для воз­душных выключателей напряжением от ПО до 1150 кВ характерен модульный принцип построения серии; электро­магнитные выключатели серий ВЭМ; автогазовые и ваку­умные выключатели; выключатели нагрузки.

Каждая из групп выключателей обладает определенны­ми техническими характеристиками, указанными в катало­гах, и имеет преимущества и недостатки, определяющие области их применения.

Масляные выключатели. Основными конструктивными частями масляных выключателей являются токоведущие и контактные системы с дугогасительными устройствами, изо­ляционные конструкции, вводы, корпуса (баки), переда­точные механизмы и приводы; вспомогательные элементы (газоотводы, предохранительные клапаны, указатели уров­ня масла и положения выключателей).

В масляных выключателях серий МКП, У, С и др. масло в баке служит для гашения дуги и для изоляции токоведу-щих частей от заземленных конструкций; в маломасляных выключателях серий ВМГ, МГГ, ВМК и др.— для гашения дуги и не обязательно для изоляции от земли частей, нахо­дящихся под напряжением. Их баки специально изолиру­ются от земли.

Гашение дуги в масляных выключателях обеспечивает­ся воздействием на дугу дугогасящей среды — масла. Про­цесс сопровождается сильным нагревом и разложением масла и образованием газа (в первый момент в виде газо­вого пузыря). В газовой смеси содержится до 70 % водоро­да, что и определяет высокую дугогасящую способность масла, так как в водородной среде дугой отдается в десят­ки раз больше энергии, чем в воздухе. Быстрое нарастание давления в газовом пузыре до значений, намного превыша­ющих атмосферное, способствует эффективной деиониза-ции газового пространства между контактами выключателя.

В современных масляных выключателях применяются специальные дугогасительные устройства, ускоряющие вос­становление электрической прочности промежутка между контактами во время отключения выключателя. Существен­ную роль при этом играет скорость движения контактов выключателя. Одним из способов повышения скорости от­ключения выключателя является увеличение числа после­довательных разрывов в каждом полюсе выключателя.

Многообъемные выключатели напряжением 110 кВ и выше снабжаются маслонаполненными вводами. Надежная работа маслонаполненных вводов гарантируется, если обес­печивается тщательный надзор за заполняющим их мас­лом. Систематические отборы проб масла из вводов произ­водятся при помощи маслоотборных устройств (рис. 9.2), обеспечивающих взятие проб из нижних слоев масла, где обычно концентрируются вода и шлам.

Управление масляным выключателем производится при помощи привода. В приводах используются различные ви­ды энергии, в связи с чем их разделяют на ручные, пру­жинные, электромагнитные, электродвигательные и пневма­тические. Широко применяются электромагнитные и пнев­матические приводы.

Электромагнитные (соленоидные) приводы постоянного тока изготовляются отечественными заводами нескольких

Рис. 9.2. Устройство для отбора про­бы масла из ввода:

1 — соединительная втулка; 2 — ниппель; 3 — уплотнение; 4.5 — пробки; 6 — поливи-нилхлоридная трубка

типов для выключателей на­пряжением 10—220 кВ. Приво­ды должны обеспечивать чет­кую работу выключателей при понижении напряжения на включающем электромагните до 80 %, а на отключающем — до 65 % номинального.

Для масляных выключате­лей применяются пневматичес-

кие поршневые приводы (ПВ). Включение производится сжатым воздухом, поступающим в привод из небольшого резервуара, получающего в свою очередь питание от цент­ральной компрессорной установки; выключатель отключа­ют воздействием на электромагнит отключения. Боек элек­тромагнита отключения действует непосредственно на ме­ханизм свободного расцепления привода.

При наружном осмотре масляных выключателей про­веряются действительное положение (включенное или от­ключенное) выключателя; состояние поверхности фарфоро­вых покрышек вводов, изоляторов и тяг; целость мембран предохранительных клапанов и отсутствие выброса масла из газоотводов; отсутствие течи масла и уровень его в ба­ках и вводах. На слух определяется, нет ли треска и шума внутри выключателя. По цвету термопленок, наклеенных па контактные соединения, устанавливается, не перегрева­ются ли контакты.

Уровень масла в баках должен находиться в пределах допустимых изменений уровня по шкале указателя уровня. Это имеет исключительно важное значение при гашении электрической дуги и охлаждении газов, образующихся в результате горения дуги. Высокий уровень масла в баке уменьшает объем воздушного пространства над поверх­ностью масла. В этих условиях при гашении дуги возможны сильный удар масла в крышку выключателя и опасное по­вышение давления внутри бака, что может вызвать дефор­мацию и даже взрыв бака.

Если уровень масла в баке окажется сильно заниженным, то выделяющиеся при разложении масла горючие газы, проходя через небольшой слой масла над контакта­ми, не успеют охладиться и в смеси с кислородом воздуха взорвутся. Понижение уровня масла особенно опасно в малообъемных выключателях. При значительном пониже­нии уровня масла в баке должны приниматься меры, пре­пятствующие отключению выключателем тока нагрузки и тем более тока КЗ. Для этого достаточно снять предохра­нители на обоих полюсах цепи электромагнита отключения. Отключение электрической цепи с неуправляемым выклю­чателем производится при помощи других выключателей (например, шиносоединительного, обходного).

В зимнее время при температуре наружного воздуха ниже —20 °С условия гашения дуги в выключателях, уста­новленных на открытом воздухе или в КРУН, значительно ухудшаются вследствие повышения вязкости масла и уменьшения в связи с этим скорости отключения. Для улуч­шения условий работы масляных выключателей при дли­тельных (более суток) понижениях температуры включают электрообогрев, отключение которого производят при тем­пературе выше — 20 °С.

Для предупреждения отказов в работе приводов вы­ключателей их действие периодически проверяется. Если выключатель оборудован АПВ, при опробовании его отклю­чение целесообразно производить от релейной защиты, а включение от АПВ. При отказе в отключении выключатель должен немедленно выводиться в ремонт.

Воздушные выключатели. Конструктивные схемы воз­душных выключателей различны. Однако общими их эле­ментами являются: дугогасительные устройства и устрой­ства создания изоляционного промежутка между контакта­ми выключателя при его отключенном положении, изоля­ционные конструкции, шунтирующие резисторы, резервуа­ры для хранения сжатого воздуха, механизмы системы уп­равления.

Дугогасительные устройства состоят из фарфоровых или стальных камер с размещенными в них системами непод­вижных и подвижных контактов. Изоляционный промежу­ток в воздушном выключателе при его отключенном поло­жении обеспечивается отделителями. В выключателях се­рий ВВН и ВВГ контакты последовательных отделителей при операции отключения размыкаются последними, а при операции включения замыкаются первыми. В выключателях серий ВВБ и ВНВ нет последовательных отделителей. После погасания дуги в этих выключателях их подвижные кон­такты отходят от неподвижных на полное изоляционное расстояние.

Дугогасительные устройства и отделители изолируются от земли фарфоровыми опорными изоляторами, в полостях которых проходят стеклоиластиковые воздухопроводы и тя­ги для управления клапанами, выполненные из изоляцион­ных материалов.

Для ограничения коммутационных перенапряжений при отключении ненагруженных трансформаторов и линий, а также для уменьшения скорости восстановления напряже­ния на контактах выключателя при отключении КЗ парал­лельно контактным разрывам включаются резисторы. Для равномерного распределения напряжения между элемента­ми выключателя используются делительные конденсаторы.

Сжатый воздух в воздушных выключателях выполняет две функции: гашения дуги и управления выключателем. Гашение дуги осуществляется мощным потоком сжатого воздуха, направляемым на контакты дугогасительного уст­ройства и эффективно восстанавливающим электрическую прочность промежутка между ними.

Сжатый воздух хранится в резервуарах, расположенных на земле или в зоне высокого напряжения. Резервуары, рас­положенные на земле, обычно служат основаниями выклю­чателей. В резервуарах, расположенных в зоне высокого напряжения, размещают дугогасительные устройства. Вы­ключатели серии ВНВ имеют основной резервуар, установ­ленный на земле, и дополнительный резервуар с размещен­ными в нем главными дугогасительными и вспомогательны­ми контактами. Оба резервуара сообщаются между собой с помощью стеклопластиковых воздухопроводов.

Управление работой воздушных выключателей в требу­емой последовательности осуществляется сжатым возду­хом механизмами системы управления. Основными эле­ментами системы управления являются: электромагниты включения и отключения; пусковые, промежуточные и дуть­евые клапаны; пневматические приводы, приводящие в движение контакты выключателя и другие его части; вспо­могательные контакты цепей управления и механизмы их переключения; изолирующие и металлические воздухопро­воды, соединяющие отдельные элементы выключателя; изо­лирующие тяги для соединения подвижных элементов выключателя, находящихся под разными потенциа­лами.

Часть из названных элементов систем управления нахо­дится в шкафах управления полюсами и распределитель­ном шкафу, общем для трех полюсов выключателя.

По способу приведения в действие контактов первичной цепи выключателя, вспомогательных контактов цепей уп­равления и дутьевых клапанов системы управления выпол­няются с механической передачей (выключатели серии ВНВ), пневматической (ВВБ) и пневмомеханической (ВВБК). В системах управления с механической передачей все движения подвижным элементам выключателя сооб­щаются общим пневматическим приводом с помощью изо­лирующих и металлических тяг. В системах управления с пневматической передачей отсутствуют изолирующие и ме­таллические тяги и каждый подвижный элемент выключа­теля перемещается под действием отдельного пневматичес­кого привода.

Воздушные выключатели снабжаются устройствами вентиляции внутренних полостей изолирующих конструк­ций и устройствами контроля давления сжатого воздуха в резервуарах выключателя.

На внутренних стенках полых изолирующих конструк­ций, не заполненных воздухом, может конденсироваться влага из атмосферного воздуха, что может в конечном счете привести к перекрытию изоляции по увлажненной поверхности. Для предотвращения конденсации влаги по­лые изоляционные конструкции подвергают непрерывной искусственной вентиляции или стремятся заполнить их объ­емы сухим воздухом под небольшим избыточным давлени­ем. Воздух для этой цели забирают из общей питающей воздушный выключатель магистрали. Для понижения дав­ления воздуха применяют механические редукторы или уст­ройства дроссельного типа, не имеющие подвижных час­тей. Контроль за поступлением воздуха на вентиляцию осуществляют по указателям продувки (стеклянная трубка с находящимся в ней алюминиевым шариком). Под дей­ствием струйки воздуха, проходящей через указатель, ша­рик должен все время находиться во взвешенном состоянии между рисками, нанесенными на стекле, что указывает на движение воздуха. Если через указатель будет проходить недостаточное количество воздуха, алюминиевый шарик опустится вниз. Регулирование расхода воздуха произво­дится винтом механического редуктора, который устанав­ливается в распределительном шкафу и является общим для всех вентилируемых пространств выключателя.

Контроль за давлением сжатого воздуха в резевуарах выключателя осуществляется электроконтактными мано­метрами, находящимися в распределительном шкафу. С по­мощью этих манометров выполнена блокировка, предотвра­щающая проведение операций выключателем при значи­тельном отклонении давления сжатого воздуха от номинального.

Отечественные воздушные выключатели надежно рабо­тают в цикле АПВ в диапазоне давлений 1,9—2,1 МПа (номинальное давление 2,0 МПа) и 1,6—2,1 МПа при от­сутствии АПВ. Если по какой-либо причине давление сжа­того воздуха в резервуарах станет ниже 1,9 МПа, один из манометров переключит цепи АПВ на отключение выклю­чателя, а другой при давлении ниже 1,6 МПа разомкнет цепи электромагнитов отключения и включения, предотвра­щая тем самым проведение выключателем любой операции.

Осмотры и техническое обслуживание воздушных вы­ключателей. При осмотре проверяется действительное по­ложение всех полюсов воздушного выключателя по пока­заниям сигнальных ламп и манометров. Кроме того, по манометрам проверяется давление сжатого воздуха в резер­вуарах и поступление его на вентиляцию. Обращается вни­мание на общее состояние воздушного выключателя; це­лость фарфоровых покрышек и изоляторов, шунтирующих резисторов и емкостных делителей напряжения; степень загрязненности поверхностей фарфоровых изоляторов. На слух проверяется, нет ли утечек воздуха. Контролируется нагрев контактных соединений шин и аппаратных зажимов.

Техническое обслуживание воздушных выключателей в процессе их эксплуатации заключается в следующем. Раз в месяц из резервуаров, расположенных на земле, удаляют накапливающийся в них конденсат. В период дождей уве­личивают расход воздуха на вентиляцию полых изоляцион­ных конструкций. При понижении температуры окружаю­щего воздуха ниже —5°С в шкафах управления полюсов и в распределительном шкафу включают электрический обогрев. Работоспособность выключателя проверяют путем контрольных опробований (не реже 2 раз в год) на отклю­чение и включение при давлении 2,0—1,6 МПа.

В резервуары выключателей должен поступать очищен­ный от механических примесей воздух. Основная очистка воздуха, а также его осушка производятся в компрессор­ной воздухоприготовительной установке. Для дополнитель­ной очистки сжатого воздуха в распределительных шкафах выключателей установлены войлочно-волосяные фильтры. Необходимо систематически, в зависимости от загрязнен­ности воздуха, производить смену в них фильтрующих пат­ронов.

Надежность сочленения фарфоровых и металлических деталей в значительной степени зависит от качества рези­новых прокладок и равномерности распределения усилий при завинчивании гаек болтов по выступу изолятора. Для работы воздушного выключателя опасно как чрезмерное, так и недостаточное завинчивание гаек болтов крепления изоляторов. Применяемые резиновые уплотнения не обла­дают достаточной эластичностью и со временем увеличива­ют свою остаточную деформацию. Поэтому для предупреж­дения повреждения выключателей 2 раза в год (весной и осенью) производят проверку и подтяжку болтов всех сое­динений, имеющих уплотнение. Наряду с этим оперативный персонал обязан визуально проверять целость резиновых прокладок в соединениях изоляторов гасительных камер, отделителей и их опорных колонок. Операции с выключа­телем, имеющим выдавленные или поврежденные уплотне­ния, не допускаются.