26. Приводы высоковольтных выключателей. [26]

а) Механизм привода выключателя. Для обеспечения дугогашения подвижный контакт выключателя при отключении должен обладать определенной линейной скоростью (1,5—10 м/с). Как правило, контак­ты выключателей движутся поступательно, а звенья, передающие уси­лия контактам от пружин или привода, имеют вращательное движение. Механизм, преобразующий вращательное движение в поступательное, называется прямилом. Механизм, широко применяемый в баковых вы­ключателях, показан на рис. 18.10, а.

Отключающая пружина обычно устанавливается на каждом полю­се и действует на приводную тягу В₀Со, стремясь переместить ее слева направо. Во включенном положении четырехзвенник А1С2В2А2 находится в положении, близком к мертвому, которое широко используется для получения необходимой характеристики аппарата. Рассмотрим про­стейший кривошипно-шатунный механизм (рис. 18.10,6). С рычагом / (кривошипом) связан выходной вал выключателя, а с ползуном 3 подвижный контакт. При вращении рычага / контакт совершает воз­вратно-поступательное движение. При угле поворота, близком к 180°, и относительно большом изменении угла Да перемещение ЛЯ близко к нулю (звенья / и 2 лежат на одной прямой). В этом случае никакая сила, действующая на ползун 3 влево, не может переместить механизм. Это положение получило название мертвого. Зависимость хода контак­тов Н от угла поворота а приведена на рис. 18.10,8.

Использование мертвого положения дает возможность:

1. уменьшить момент или усилия на включающем элементе к концу процесса включения, когда усилия пружин наибольшие и к ним прибав­ляются электродинамические усилия при включении на КЗ;

2. облегчить регулировку выключателя, так как малому ходу контак­тов соответствует большой ход включающего рычага или тяги;

1. преодолеть электродинамические силы, действующие на подвиж­ные контакты, которые создают большие усилия на привод;

2. уменьшить усилия отключающих катушек и механизма свободного расцепления (рис. 18.12).

б) Особенности привода масляных выключателей на напряжение ПО кВ и выше. При включении на существующее КЗ дуга загорается до соприкосновения контактов и существует до момента их соединения. При этом контактные поверхности могут частично расплавляться, что ведет к их привариванию при замыкании. Кроме того, вызванные дугой при включении разложение и испарение масла могут препятствовать ее гашению при последующем отключении. Возникновение дуги при вклю­чении создает давление газа внутри ДУ, которое может снижать ско­рость контакта на самом ответственном участке пути. Как показывают экспериментальные исследования, длительность горения дуги при вклю­чении не должна превышать 0,005 с.

В настоящее время применяются ручной, электромагнитный, пру­жинный, пневматический и пневмогидравлический приводы.

в) Ручные приводы. При ручном приводе используется мускульная сила человека. Уменьшение усилия, необходимого для включения, до­стигается применением рычажных систем. Эти приводы применяются только для маломощных выключателей с напряжением 6—10 кВ.

Уменьшение обгорания контактов с помощью их облицовки метал­локерамикой облегчает включение привода при существующем КЗ и по­зволяет увеличить номинальный ток включения.

При ручных приводах невозможно дистанционное включение вы­ключателей. Поэтому широкая автоматизация подстанций ограничивает их применение.

г) Электромагнитные приводы. Электромагнитный привод ПС-10(рис. 18.11) предназначен для выключателей с максимальным статичес­ким моментом на валу не более 400 Н-м. Вал привода через муфту / и рычажную передачу соединяется с валом выключателя. Включение производится броневым электромагнитом постоянного тока с якорем 2 и катушкой 3. Применение броневого электромагнита позволяет полу­чить большой ход якоря и большую силу тяги в конце хода, что необ­ходимо для преодоления противодействующих сил выключателя. При наладке ручное включение производится с помощью рычага 4.

На рис. 18.12 изображена серия положений механизма привода. Вал / привода связан с валом выключателя. Звено 11 опирается на упор 8. Этот упор регулируется так, что звенья 10 и 11 находятся в по­ложении, «заваленном» за мертвую точку. В результате центр О\ явля­ется неподвижным, так как силы, действующие на него, прижимают звено 11 к упору 8. Направление момента сил, создаваемых пружинами выключателя, указано на рис. 18.12, п.

При подаче напряжения на включающий электромагнит шток 6 давит на ролик 5 и поворачивает рычаг 2 и звенья 3, 7 в положения, ука­занные на рис. 18.12,6 и е. При этом звено 12 и центр Oi остаются не­подвижными

Во включенном положении (рис. 18.12, г) ось О₂ через ролик 5 опи­рается на защелку 4. Почти весь момент, развиваемый пружинами вы­ключателя, уравновешивается реакцией защелки 4, действующей па ось Ог- Лишь небольшое усилие передается на центр О\.

При подаче напряжения на электромагнит отключения 9 его шток выводит звенья 10 и // из положения, «заваленного» за мертвую точку, и центр О] становится подвижным — механизм получает вторую сте­пень свободы. Под действием пружин выключателя ось О₂ соскальзыва­ет с защелки 4, и происходит отключение выключателя (рис. 18.12,(3). В конце отключения все рычаги с помощью специальных пружин воз­вращаются в положение, показанное на рис. 18.12, а.

Механизм позволяет произвести отключение выключателя не только при полностью включенном положении, но и практически при любом промежуточном. Для уменьшения габаритных размеров электромагни­тов плотность тока в обмотках достигает 50 А/мм². Поэтому схема уп­равления автоматически отключает электромагниты в конце включения и отключения.

При включении на существующее КЗ привод должен включить вы­ключатель только 1 раз, так как при следующих друг за другом вклю­чениях ДУ оказывается неподготовленным к отключению тока КЗ. По­этому предусматривается механическая блокировка против многократ­ного включения. Если после выключения остается поданным сигнал на включение, включающий электромагнит срабатывает. Но в этот момент ролик 5 не опирается на шток 6, механизм привода не сложился еще для включения. Поэтому электромагнит включается вхолостую (рис. 18.12, е).

Привод обеспечивает нормальную работу при напряжении на вклю­чающем электромагните в пределах 80—110, а для отключающего элек­тромагнита 65—120 % номинального значения.

Выбор привода и оценка его работоспособности проводятся для наиболее тяжелых режимов эксплуатации. При расчетах рассматрива­ется случай включения на КЗ при пониженном напряжении на электро­магнитах и). Электромагнитные приводы характеризу­ются простотой максимальной температуре окружающей среды (сопротив­ление обмоток максимально конструкции и эксплуатации, высокой надежностью, согласованностью характеристик привода и противодействующих сил выключателя. Недостатками этих приводов являются большое время включения (для мощных выключателей до 1 с), большое потребление энергии, необходимость мощных аккумуляторных батарей для пи­тания электромагнитов. Питающие кабели должны иметь значительное сечение. Вследствие указан­ных недостатков электромаг­нитные приводы рекомендуют­ся для выключателей неболь­шой мощности.

д) Пружинные приводы. В пружинном приводе энергия, необходимая для включения, запасается в мощной пружине, которая заводится либо от ру­ки, либо с помощью двигателя малой мощности (менее 1 кВт),

Особенностью тяговой ха­рактеристики привода являет­ся уменьшение усилия, разви­ваемого включающими пружинами к концу хода, вследствие уменьше­ния их деформации. Для уменьшения такого эффекта начальная избы­точная энергия пружин преобразуется в кинетическую энергию специ­ального груза. К концу включения, когда скорость падает, энергия, на­копленная в грузе, передается механизму выключателя.

Широко распространен универсальный пружинно-грузовой привод ПП-67 (рис. 18.13). Включающие пружины 1 растягиваются с помощью электродвигателя 3, редуктора 2 и зубчатой передачи 6. Пружины сое­диняются с валом привода через систему рычагов 4 я 5, которые позво­ляют получить необходимый момент, несмотря на уменьшение силы пружин к концу хода. При взведении привода секторообразный груз 7 поворачивается на 180° в верхнее положение. При включении груз со­здает дополнительный вращающий момент, который достигает наиболь­шего значения после поворота вала примерно на 90°.

Пружинные приводы позволяют осуществить цикл АПВ. После включения выключателя автоматически производится взведение вклю­чающих пружин и привод подготавливается к повторному включению. Время включения выключателя с таким приводом составляет 0,2—0,35 с.

Привод снабжен электромагнитными элементами защиты, которые реагируют либо на ток, либо на напряжение. Эти элементы воздейству­ют на расцепляющее устройство механизма привода.

Пружинный привод не требует мощной аккумуляторной батареи и связанных с ней затрат, что является его преимуществом по сравне­нию с электромагнитным приводом. По сравнению с пневматическим и гидропневматическим пружинный привод более прост по конструкции.

В нем отсутствуют резервуары со сжатым воздухом или газом, компрес­соры, сложная пневматическая или гидравлическая системы управ­ления.

Благодаря этим преимуществам можно ожидать широкого распро­странения пружинных приводов в маломасляных выключателях на на­пряжения вплоть до 500 кВ. Необходимая зависимость тягового усилия от хода контактов может быть получена применением кулачкового ме­ханизма и специальных маховиков, позволяющих более полно использо­вать энергию включающих пружин.

е ) Пневматические приводы. На рис. 18.14 показан пневматический привод для мощных баковых выключателей напряжением 220 кВ.

При открытии клапана 1 сжатый воздух при давлении 0,8—1 МПа

воздействует на поршень 2. Шток поршня 3 через ролик 5 производит включение выключателя. После включения полость под поршнем сооб­щается с атмосферой, и он возвращается в начальное положение под действием пружины 4.

Пневмопривод широко применяется для маломасляных выключате­лей. Бак со сжатым воздухом и привод встраиваются в конструкцию выключателя. Сжатый воздух подводится от централизованной комп­рессорной установки.

Пневматический привод имеет ряд преимуществ перед электромаг­нитным: высокое быстродействие (время включения 0,25 с для мощных выключателей), отсутствие мощных аккумуляторных батарей и др. В настоящее время пневмоприводы начинают использоваться для вклю­чения разъединителей и других аппаратов. Для надежной работы при­вода необходимы очистка и сушка воздуха.

ж ) Пневмогидравлический привод. В пневмогидравлическом приво­де (рис. 18.15) аккумулирование энергии, необходимой для включения, осуществляется за счет сжатия газа под большим давлением. Для исключения утечки и растворения газ заключен в эластичном резиновом баллоне, размещенном в стальном сосуде /. Обычно в пневмогидравли-ческих приводах используется азот.

При работе насоса 3 масло нагнетается в сосуд / и резиновый бал-

лон 6 с азэтом сжимается. Давление доводится до номинального зна­чения 15 МПа, после чего насос 3 останавливается.

Управление приводом осуществляется с помощью золотникового клапана 5, который приводится в действие электромагнитом 7. При левом положении клапана (рис. 18.15, а) масло подается на верхнюю поверхность поршня. Нижняя поверхность поршня сообщается с мас­лом, находящимся под атмосферным давлением в резервуаре 2. При переходе золотника в правое положение (рис. 18.15,6) масло под дав­лением будет подано на нижнюю поверхность поршня, поршень переместится вверх, и произойдет включение выключателя. Масло из верхней части цилиндра свободно перетекает в резервуар 2.

Привод применяется и в маломасляных выключателях. В этом слу­чае главный цилиндр 4, связанный с контактным механизмом, находит­ся под высоким потенциалом. Управление осуществляется с помощью двух маслопроводов, связывающих главный цилиндр с остальной частью привода. Такая система позволяет отказаться от рычажной передачи, значительно облегчить подвижную часть выключателя, а следовательно, уменьшить необходимое усилие отключающих пружин. Для наладоч­ных работ с выключателями используется ручной насос 5.

Нормальная работа пневмогидравлического привода возможна, если вязкость жидкости не меняется с температурой.

Пневмогидравлический привод обладает высоким быстродействием, большой надежностью, удобством в эксплуатации. По своим характе­ристикам он превосходит пневматический привод. Пневмогидравличес­кий привод найдет применение для мощных выключателей с напряже­нием ПО кВ и выше.