17.2. Выбор высоковольтного выключателя
Выбор высоковольтного выключателя выполняется с учетом следующих основных соображений.
- Номинальное напряжение выключателя UHOM должно быть больше номинального напряжения сети или установки:
U ном ≥ U ном уст. (1)
- Номинальный ток выключателя должен быть больше тока установки с учетом возможного увеличения тока в ближайшие годы:
I ном ≥ I ном уст. (2)
- Номинальный ток отключения Iо ном должен быть больше тока короткого замыкания установки IК:
I0 ном ≥ Ik (3) Расчет IК проводится для наиболее тяжелого случая при трехфазном и однофазном коротком замыкании на землю. Выбор производится по наибольшему значению тока короткого замыкания.
- Апериодическая составляющая тока короткого замыкания в момент расхождения контактов (МРК) iaмрк должна быть равна или меньше допустимого значения апериодической составляющей по данным, гарантируемым для данного выключателя заводом-изготовителем:
ia мрк ≤ ia зав. (4)
- Амплитудное значение ударного тока при включении на короткое замыкание iудк должно быть равно или меньше наибольшего пика тока включения выключателя iвкл. наиб.:
iвкл. наиб ≥ Iудк (5) Или начальное действующее значение тока короткого замыкания (ударное значение) Iудк должно быть меньше начального действующего значения с учетом апериодической составляющей тока включения iвкл. наиб:iвкл. наиб ≥ Iудк (6)
- Ток термической стойкости выключателя It (действующее значение) в течение времени термической стойкости It должен удовлетворять неравенству:
I 2 Ttr > I 2 ktk (7)
- Условия эксплуатации выключателя должны соответствовать требованиям каталога на данный выключатель.
- Требуемая механическая и коммутационная износостойкость выключателя должны соответствовать данным каталога.
- Каждый выключатель в соответствии с каталогом поставляется с соответствующим приводом.
10. Временные показатели выключателя: время включения и отключения, бестоковая пауза и др. должны соответствовать требованиям эксплуатации. При выборе типа выключателя следует учитывать следующие обстоятельства: при номинальном напряжении 6. 10 кВ и редких коммутациях целесообразно применение маломасляных выключателей. При частых коммутациях рекомендуется применять вакуумные и элегазовые выключатели, обладающие большим сроком службы; при номинальном напряжении при 35. 110 кВ и номинальном токе отключения до 20 кА целесообразно применять маломасляные выключатели. При больших номинальных напряжениях и больших токах применяются воздушные и элегазовые выключатели.
17.3. Масляные выключатели
Масляный выключатель — это коммутационный электрический аппарат переменного тока высокого напряжения, главные контакты которого помещаются в объеме, заполненном минеральным (трансформаторным) маслом. При отключении электрической цепи между контактами выключателя возникает электрическая дуга. Под действием высокой температуры дуги масло быстро испаряется и его пары частично разлагаются с выделением водорода, этилена, метана и др. В зоне дуги образуется газовый пузырь, давление в котором может достигать нескольких десятков МПа. Дуга гаснет как вследствие ее удлинения при расхождении контактов, так и от интенсивного охлаждения газом и парами масла. 
Для более эффективного гашения дуги применяют дугогасительные камеры. В камере продольного дутья (рис. 17,а) Рис. 17.1. Дугогасительные камеры: а — продольного дутья; б — поперечного дутья; 1 — подвижный контакт, 2 — щели;3 — электрическая дуга;4 — неподвижный контакт;5масло образующиеся при отключении и движении подвижного контакта 1 пары и газы устремляются вверх вдоль дуги 5, охлаждая ее. Кроме того, дуга соприкасается с холодным маслом 5, заполняющим кольцевые щели 2 камеры, что также ускоряет ее охлаждение. В камере поперечного дутья (рис. 17.1,6) вследствие резкого повышения давления в газовом пузыре образуется поток масла и газов 2 поперек дуги J, который ускоряет процесс ее охлаждения. Масляные выключатели подразделяют на баковые и маломасляные или малообъемные. Баковый масляный выключатель представляет собой стальной бак с маслонаполненными вводами из проходных изоляторов, на которых расположены контактные системы с дугогасительными устройствами (камеры), охваченные внутрибаковой изоляцией (рис. 17.2). Маслонаполненный ввод служит для проведения токоведущей цепи, находящейся под высоким напряжением, через металлическую стенку или другие преграды. Горячие ионизированные выхлопные газы, выходящие из камер, могут вызвать перекрытие с камер на бак. Для предотвращения этого явления имеется баковая изоляция. Баковые выключатели, как правило, на 2/3 объема заливаются маслом. В настоящее время баковые выключатели выпускаются на напряжения 35. 220 кВ, наибольшая мощность отключения — 25000 МВА. Величина наибольшего номинального тока 3,2 кА, наибольшего тока отключения -— 50 кА. При напряжении 10 кВ и токе отключения силой 15 кА все три полюса масляного выключателя располагаются в одном баке. При больших напряжениях и силе тока отключения каждый полюс имеет отдельный бак. 
Рис. 17.2. Баковые масляные выключатели В масляных баковых выключателях масло служит для гашения дуги и изоляции токоведущих частей. При напряжении до 10 кВ (в некоторых типах выключателей до 35 кВ) выключатель имеет один бак, в котором находятся контакты всех трех фаз, при большем напряжении для каждой фразы предусматривается свой бак. В установках 6 – 10 кВ применяли масляные выключатели ВМБ-10, ВМЭ-6, ВМЭ-10, ВС-10, им на смену пришли выключатели маломасляные и элегазовые. Баковые масляные выключатели использовались в наружных установках напряжением 35 кВ и выше. Они отличались простотой конструкции, что определило их широкое применение и в настоящее время. В отличие от простейшего выключателя они имеют специальные устройства — гасительные камеры. По принципу действия дугогасительные устройства можно разделить на три группы: 1) с автодутьем, в которых высокое давление и большая скорость движения газа в зоне дуги создаются за счет выделяющейся в дуге энергии; 2) с принудительным масляным дутьем, у которых к месту разрыва масло нагнетается с помощью специальных гидравлических механизмов; 3) с магнитным гашением в масле, в которых дуга под действием магнитного поля перемещается в узкие каналы и щели. Наиболее эффективным и простым являются дугогасительные устройства с автодутьем. Следует отметить, что устройства с автодутьем работают тем эффективнее, чем больше ток в дуге. При отключении малых токов давление газов может оказаться незначительным, вследствие чего дутье будет неэнергичным, что приведет к затягиванию гашения дуги. По этой причине некоторые гасительные устройства с автодутьем дополнены принудительным масляным дутьем, которое обеспечивает гашение малых токов. Чем выше напряжение, тем больше необходимо разрывов. Для равномерного распределения напряжения между основными разрывами параллельно им включается шунтирующее сопротивление. После гашения дуги на основных разрывах ток, проходящий через шунтирующее сопротивление, гасится на вспомогательных разрывах, обычно вне камеры. В дугогасительных устройствах с помощью изоляционных пластин и выхлопных отверстий создаются рабочие каналы, по которым происходит движение масла и газов (дутье). В зависимости от расположения каналов различают камеры с поперечным, продольным и встречно-поперечным дутьем. Выключатель работает по двухступенчатому циклу: сначала размыкаются контакты дугогасительных камер, происходит гашение дуг и прерывается цепь основного тока, затем в открытом разрыве контактов траверсы и контактов дугогасительных камер прерывается ток, протекающий через шунты. Траверса приводится в движение изолирующей тягой, связанной с приводным механизмом. На днище бака установлено льдоулавливающее устройство, предотвращающее всплытие замерзшего конденсата. Для подогрева масла при низких температурах к днищу крепится устройство электроподогрева, которое включается при температурах воздуха ниже – 150С. Это необходимо чтобы не снижалась скорость перемещения подвижных частей выключателя при увеличении вязкости масла. Например, в выключателе У-220 на три полюса необходимо 27000 кг масла. Основные преимущества баковых выключателей:
- простота конструкции,
- высокая отключающая способность,
- пригодность для наружной установки,
- возможность установки встроенных трансформаторов тока.
Недостатки баковых выключателей:
- взрыво- и пожароопасность;
- необходимость периодического контроля за состоянием и уровнем масла в баке и на вводах;
- большой объем масла, что обусловливает большую затрату времени на его замену,
- необходимость больших запасов масла;
- непригодность для установки внутри помещений;
- непригодность для выполнения быстродействующего АПВ;
- большая затрата металла, большая масса, неудобство перевозки, монтажа и наладки.
Баковые масляные выключатели во многом уступают высоковольтным выключателям других типов, но благодаря относительно низкой стоимости и высокой надежности в работе все еще применяются России, США, Канаде и ряде других стран. В маломасляных или малообъемных выключателях с целью уменьшения габаритов и массы изоляция осуществляется твердыми материалами. Выключатели состоят из трех блоков полюсов, внутри которых имеются подвижные и неподвижные контакты и дугогасящие камеры. Блоки, наполненные маслом прикрепляются при помощи опорных изоляторов к основанию — стальной раме. На рис. 17.3,а изображен выключатель масляный подвесного типа серии ВМП-10. 
Рис. 17.3 (Выключатель типа ВМП-10: 1 — полюс; 2 — опорный изолятор; 3 — рама; 4 — изоляционная тяга; 5 — вал; б — масляный буфер, 7- блок полюса, 8- верхняя головка полюса, 9 – нижняя головка полюса. 
Процесс гашения дуги в камере выключателя ВМП-10: а — выключатель включен, б — гашение дуги, в — выключатель отключен 1 — крышка выключателя с нижним вводом; 2 — подвижный контакт; 3 — неподвижный контакт; 4 — трансформаторное масло; 5 — воздушная подушка; 6 — дугогасительная камера; 7 — изоляционный цилиндр. Контактная система, дугогасящее устройство и ручной привод смонтированы в виде блока полюса 7, который с помощью опорных изоляторов 2 крепится к стальной раме 3. В верхней головке полюса 8 расположены подвижный контакт и механизм, в нижней 9 неподвижный контакт. На раме установлены вал выключателя 5, отключающая пружина, пружинный буфер включения и масляный буфер отключения6.Вал 5 связан с выходным рычагом механизма полюса 7 с помощью прочной изоляционной тяги (штанги) 4, которая при включении поворачивает выходной рычаг 7 против часовой стрелки и производит замыкание контактов. Отключающая пружина при этом растягивается, а пружинный буфер включателя сжимается, создавая необходимую для гашения дуги скорость перемещения контакта. Дугогасящее устройство газового дутья заключено в прочный стеклоэпоксидный цилиндр (см. рис. 17.1,а). ДУ собирается из пластин фибры или гетинакса. Камера заполнена трансформаторным маслом. Для создания необходимого давления вблизи нулевого значения тока дугогасящее устройство имеет воздушный буфер. Под действием давления масло сжимает воздух в буфере. При приближении тока к нулю мощность в дуге и давление резко уменьшаются. Под действием дуги, возникающей при расхождении контактов, масло разлагается и образующие газы создают в камере давление. Когда тело подвижного контактаоткроет первую щель, возникает газовое дутье, и при прохождении тока через нуль возможно гашение дуги. Обычно гашение дуги с большим током происходит после открытия первых двух щелей. Газы, образующиеся в процессе гашения дуги, выходят через зигзагообразный канал в верхней головке полюса, где во избежание выброса масла установлен специальный маслоотделитель. Выпускаются маломасляные выключатели на напряжения 110, 220 и 500 кВ. На рис. 17.4. изображен масляный выключатель серии ВМТ-110. Он рассчитан на номинальное напряжение 110 кВ, номинальный ток 1 кА, номинальный ток отключения 20 кА, время отключения составляет 0,08 с, время включения 0,15 с. Включение полюсов производится пружинным приводом. Выключатели серии ВМТ-110 предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах, а также для работы при АПВ в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 и 60 Гц с номинальным напряжением 110, 150 и 220 кВ. Выключатели управляются унифицированными пружинными приводами типа ППрК-1400 (на ток отключения 25 кА) и ПрК-1800 (на ток отключения 31,5 и 40 кА). Особенности конструкции Выключатели серии ВМТ-110 относятся к электрическим коммутационным аппаратам высокого напряжения, в которых гасящей средой является трансформаторное масло. В основу конструкции выключателей ВМТ-110Б и ВМТ-220Б положено одноразрывное дугогасительное устройство (модуль) на напряжение 110 кВ, выключателей ВМТ-150Б – модуль на напряжение 150 кВ. В выключателях типа ВМТ-110 и ВМТ-150Б три полюса (рис. 1, 2) установлены на общем основании (раме) и управляются одним приводом. Полюс выключателей типа ВМТ-110 и ВМТ-150Б представляет собой маслонаполненную колонну, состоящую из опорного изолятора, дугогасительного устройства и подогревательных устройств, встроенных в корпус механизма управления (для исполнений У1 и УХЛ1). На рис. 17.4, показана верхняя часть одного полюса. 
Рис. 17.4 Общий вид, габаритные, установочные и присоединительные размеры выключателя типа ВМТ-110: 1 – привод; 2 – опорный изолятор; 3 – дугогасительное устройство; 4 – вывод; 5 – механизм управления; 6 – подогревательное устройство (для исполнения УХЛ1); 7 – рама; 8 – указатель положения В и О; 9 – кабельная муфта; 10 – знак заземления; 11 – болт заземления М16; 12 – опора рамы. Под давлением газов масляный поток подводится перпендикулярно дуге. При касании с дугой масло образует газопаровую смесь, которая вытекает через дутьевые щели. Дуга интенсивно охлаждается гаснет за 0,02. 0,03 с. В выключателях на напряжение 220 кВ и более для более успешного гашения дуги применяют в полюсе несколько разрывов, соединенных последовательно. Для включения и отключения масляных выключателей применяют специальные устройства — приводы. В настоящее время используются ручной, электромагнитный, пружинный, пневматический и пневмогидравлический приводы. Осмотры и обслуживание масляных выключателей. При наружном осмотре проверяют действительное положение каждого выключателя по показанию его сигнального устройства и соответствие этого положения изображенному на оперативной схеме. Проверяют состояние поверхности фарфоровых покрышек вводов, изоляторов и тяг, целость мембран предохранительных клапанов и отсутствие выброса масла из газоотводов, отсутствие следов просачивания масла через сварные швы, разъемы, краны. На слух определяют отсутствие треска и шума внутри выключателя. По цвету термопленок устанавливают температуру контактных соединений. Обращают внимание на уровень масла в баках и соответствие его температурным отметкам на шкалах маслоуказателей. При значительном понижении уровня или уходе масла из бака принимают меры, препятствующие отключению выключателем тока нагрузки и тем более тока короткого замыкания. Дня этого отключают автоматические выключатели (снимают предохранители) на обоих полюсах цепи электромагнита отключения. Затем создают схему, при которой электрическая цепь с неуправляемым выключателем отключается другим выключателем, например шиносоединительным или обходным. В зимнее время при температуре окружающего воздуха ниже — 25°Сусловия гашения дуги в масляных выключателях резко ухудшаются вследствие повышения вязкости масла и уменьшения в связи с этим скорости движения подвижных частей. Для улучшения условий работы масляных выключателей при длительном (более суток) понижении температуры должен включаться электроподогрев, отключение которого производится при температуре выше — 20°С. На скорость и надежность работы выключателей большое влияние оказывает четкая работа их приводов при возможных в эксплуатации отклонениях напряжения от номинального в сети оперативного тока. При пониженном напряжении усилие, развиваемое электромагнитом отключения, может оказаться недостаточным и выключатель откажет в отключении. При пониженном напряжении в силовых цепях привод может недовключить выключатель, что особенно опасно при его работе в цикле АПВ. При повышенном напряжении электромагниты могут развивать чрезмерно большие усилия, которые приведут к поломкам деталей привода и сбоям в работе запирающего механизма. Для предупреждения отказов в работе приводов их действие периодически проверяют при напряжении 0,8 и 1,15Uном . Если выключатель оборудован АПВ, опробование на отключение целесообразно производить от защиты с включением от АПВ. При отказе в отключении выключатель должен немедленно выводиться в ремонт. ¼ Воздушные выключателями.Воздушный выключатель, электрический выключатель, в котором замыкание и размыкание контактов, а также гашение электрической дуги производятся сжатым воздухом. Давление сжатого воздуха в Воздушный выключатель колеблется в пределах 0,4 до 6 Мн/м 2 (от 4 до 60 aт); наиболее распространённое давление 1,6-4 Мн/м 2 (16-40 ат). Воздушный выключатель конструктивно состоит из 3 основных элементов: резервуара с запасом сжатого воздуха, дугогасительного устройства и электропневматического привода. В Воздушный выключатель на напряжения до 35 кв, а также в Воздушный выключатель более ранних конструкций на напряжения 110 кви выше дугогасительное устройство расположено вне резервуара со сжатым воздухом и соединяется с ним изолированным воздухопроводом. Принципиальная схема такого Воздушный выключатель показана на рис. 1. При отключении электромагнит 3 через систему пневматических устройств открывает дутьевой клапан 2 для подвода сжатого воздуха из резервуара 1 по воздухопроводу 4 в дугогасительную камеру 5. Сжатый воздух, воздействуя на поршни 6 контактов 7, отжимает их от неподвижных контактов 8 (как это условно показано на верхнем разрыве). При размыкании контактов 7 и 8 образуется дуга, которая гасится потоком сжатого воздуха, устремляющегося из камеры 5 через отверстия (сопла) контактов 7 и 8 в газоотводные каналы 9, сообщающиеся с атмосферой. С небольшой задержкой по времени сжатый воздух поступает в цилиндр пневматического привода 10 и, воздействуя на поршень 11, размыкает контакты 12 и 13 отделителя, когда дуга уже погашена. После этого клапан2 прекращает поступление сжатого воздуха, а контакты 7 и 8 замыкаются. При включении электромагнит 16 открывает клапан 15, сжатый воздух через изоляционный воздухопровод 14 поступает в цилиндр 10 и, воздействуя на поршень 11, замыкает контакты отделителя. Современный Воздушный выключатель снабжают закрытым отделителем, контакты которого расположены в изоляционной оболочке, при отключении заполняемой сжатым воздухом (рис. 2). С воздухонаполненными отделителями изготавливают Воздушный выключатель на напряжение 110 кв и выше (до 750 кв). В Воздушный выключатель на напряжение свыше 35 кв дугогасительное устройство и его контакты размещаются непосредственно в резервуаре со сжатым воздухом (рис. 3), который создаёт необходимую электрическую прочность между разомкнутыми контактами. При размыкании подвижных контактов 6 с неподвижными 7 между ними возникает дуга. Одновременно открывается клапан 10 и сжатый воздух через сопла 9 и газоотводный канал 12 выходит из резервуара 11. Дуга потоком сжатого воздуха сдувается на дугоприёмные электроды 8 и гаснет. Клапан 10 закрывается и прекращает выход сжатого воздуха в атмосферу. В одном резервуаре обычно расположены 2 последовательных разрыва, образующих в совокупности так называемый модульный дугогасящий элемент (модуль). В зависимости от конструкции и давления сжатого воздуха одним модулем можно отключать цепи при напряжениях от 110 до 250 кв. Выключатели на большие напряжения состоят из нескольких последовательно соединённых и одновременно действующих модулей. Для равномерного распределения напряжения между разрывами в отключенном положении модули шунтируют конденсаторами. Основные преимущества Воздушный выключатель — их пожаро- и взрывобезопасность, быстродействие при включении и отключении и относительная простота конструкции. Недостаток Воздушный выключатель — наличие устройств для производства и хранения запасов сжатого воздуха. В СССР освоено производство Воздушный выключатель на напряжение до 750 кв, которые используются обычно на мощных электрических станциях и подстанциях. Лит.: Цейров Е. М., Воздушные выключатели высокого напряжения, М. — Л., 1957; Состояние и развитие выключающей аппаратуры переменного тока высокого напряжения, М., 1960; Афанасьев В. В., Воздушные выключатели, М. — Л., 1964; Пузырийский Г. С., Воздушные выключатели высокого напряжения, в кн.: Итоги науки и техники. Электрические машины и аппараты, М., 1966. 
Рис. 3. Принципиальная схема воздушного выключателя с закрытым отделителем: 1 — электромагнит включения; 2 — клапан подачи сжатого воздуха; 3 — электромагнит выключения; 4 — изоляционная штанга; 5 — пружина; 6 — подвижные контакты; 7 — неподвижные контакты; 8 — дугоприёмные электроды; 9 — сопло; 10 — клапан выпуска; 11 — резервуар; 12 — газоотводный канал. 
Рис. 1. Принципиальная схема воздушного выключателя на напряжение до 35 кв:1 — резервуар со сжатым воздухом; 2 — дутьевой клапан; 3 — электромагнит; 4 — воздухопровод; 5 — дугогасительная камера; 6 — поршень; 7, 8 — контакты; 9 — отводные каналы; 10 — цилиндр; 11 — поршень; 12, 13 — контакты отделителя; 14 — воздухопровод; 15 — клапан; 16 — электромагнит.
Рис. 2. Воздушный выключатель с закрытым отделителем на напряжение свыше 110 кв: а — принципиальная схема воздушного выключателя; б — схема гашения дуги; 1 — дугогасительная камера; 2 — цилиндр привода; 3 — подвижный контакт; 4 — неподвижный контакт; 5 — колпачок; 6 — отверстия в колпачке; 7 — поршень.
Выключатели выше 1 кВ. Лекция 10
Лекция 10
Выключатели напряжением свыше 1 кВ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Электрическая дуга
Способы воздействия на дугу.
Дугогасящие устройства в высоковольтных выключателях.
Назначение.
Требования к выключателям.
Классификация.
Достоинства и недостатки выключателей разных видов.
2.
Электрическая дуга
При размыкании контактов выключателя ток не прерывается, а возникает дуга
(образование дуги при размыкании металлических контактов возможно уже при
токе I 0,5 A, и напряжении U 15 В).
Электрической дугой, точнее дуговым разрядом называют самостоятельный (не
зависящий от внешнего ионизатора) разряд в газе.
Чтобы прервать ток дуга должна быть погашена (в цепях переменного тока
благоприятные условия возникают каждый раз при подходе тока к нулю).
Процесс гашения дуги тесно связан с процессом восстановления напряжения на
контактах выключателя от небольшого напряжения дуги до напряжения сети.
Если в течении всего переходного процесса потери энергии преобладают, дуга не
возникает вновь и цепь будет прервана, в противном случае процесс повторится.
Функция выключателя состоит скорее не в том чтобы погасить дугу, а в том чтобы
исключить возможность ее нового зажигания.
3.
Способы воздействия на дугу
1.
2.
3.
4.
5.
Увеличение длины дуги.
Охлаждение.
Разделение на части.
Применение газов, имеющих специфические свойства.
Применение вакуума.
Дугогасящие устройства в высоковольтных
выключателях
Дугогасящие устройства газового дутья
Дугогасящие устройства с разделением дуги на короткие дуги
Дугогасящие устройства с использованием глубокого вакуума
4.
Выключатели – это электрические аппараты, предназначенные для отключения и
включения цепей при любых режимах работы электроустановок.
К выключателям высокого напряжения условно относят выключатели с
номинальным напряжением более 1 кВ.
Требования, предъявляемые к выключателям заключаются в следующем:
1. Надежность в работе и безопасность для окружающих.
2. Возможно малое время отключения.
3. По возможности малые габариты и масса.
4. Простота монтажа.
5. Бесшумность работы.
6. Сравнительно невысокая стоимость.
Требование надежности является одним из важнейших требований, поскольку от
надежности выключателей зависит надежность работы энергосистемы,
следовательно, и надежность электроснабжения потребителей. Срок службы
выключателя составляет не менее 20 лет.
Требование быстродействия следует понимать как возможно малое время
отключения цепи при КЗ. Время отключения исчисляется от момента подачи
команды на отключение до погасания дуги во всех полюсах.
5.
Выключатели ВН по способу гашения дуги
Воздушные
Масляные
Баковые
Вакуумные
Электромагнитные
Тиристорные
Элегазовые
Маломасляные
По виду установки
Опорные, то есть имеющие основную изоляцию на землю опорного типа.
Подвесные, то есть имеющие основную изоляцию на землю подвесного типа.
Настенные, то есть укрепленные на стенах закрытых распредустройств.
Выкатные, то есть имеющие приспособления для выкатки из ячеек
распредустройств.
Встраиваемые в комплектные распределительные устройства.
6.
По назначению
Сетевые выключатели на напряжения от 6 кВ и выше, применяемые в
электрических цепях (кроме цепей электрических машин и электротермических
установок) и предназначенные для пропускания и коммутирования тока в
нормальных условиях работы цепи, а также для пропускания в течение заданного
времени и коммутирования тока в заданных ненормальных условиях, таких как
условия короткого замыкания
Генераторные выключатели на напряжения от 6 до 20 кВ, применяемые в
цепях электрических машин (генераторов, синхронных компенсаторов, мощных
электродвигателей) и предназначенные для пропускания и коммутаций тока в
нормальных условиях, а также в пусковых режимах и при коротких замыканиях.
Выключатели на напряжение от 6 до 220 кВ для электротермических
установок, применяемые в цепях крупных электротермических установок
(например, сталеплавильных, руднотермических и других печей) и
предназначенные для пропускания и коммутаций тока в нормальных условиях, а
также в различных эксплуатационных режимах и при коротких замыканиях.
Выключатели специального назначения.
По категориям размещения и климатическому
исполнению
•пять категорий размещения (вне и внутри помещений с различными условиями
обогрева и вентиляции);
•шесть климатических исполнений (У, ХЛ, ТВ, ТС, Т и О) в зависимости от
географического места установки.
7.
Масляные выключатели появились в конце 19 века и приблизительно до 1930 г.
являлись единственным видом отключающего аппарата в сетях высокого
напряжения. Различают масляные выключатели двух видов – баковые и
маломасляные.
Баковый масляный выключатель.
В выключателях этого вида
дугогасительные устройства полюсов
помещены в заземленный бак,
наполненный маслом, которое используется
в качестве газогенерирующего вещества, а
также для изоляции контактной системы от
заземленного бака.
Такие выключатели используются в сетях 6220 кВ.
Для повышения коммутационной
способности и уменьшения размеров выключатели оснащаются гасительными
камерами различного исполнения. Используемые ранее выключатели без
гасительных камер, у которых дуга свободно горит в масле, имели малую
отключающую способность и большие размеры, поэтому широкого
распространения в энергосистемах не получили.
8.
Этапы гашения дуги
Первый этап
После размыкания контактов дуга горит в
замкнутом пространстве, создавая за счет
разложения масла значительные давления.
Это так называемый «режим замкнутого пузыря».
В течение этого этапа в результате выделяющейся
в дуге энергии в замкнутом объеме создается
(аккумулируется)
высокое
давление
(до
10 МПа), которое используется на следующем
этапе гашения дуги;
Второй этап
Второй этап наступает с момента начала
истечения газопаровой смеси из области
замкнутого объема через рабочие каналы,
открываемые при перемещении подвижного
контакта за пределы предкамерного объема.
Завершается процесс распада столба дуги и
восстановления электрической прочности
межконтактного промежутка;
9.
Третий этап
Происходит удаление из камеры оставшихся после гашения
дуги горячих газов, продуктов разложения масла и
заполнение внутренней полости камеры свежим маслом.
На этом этапе происходит подготовка камеры для
последующего ее включения и нового отключения.
10.
Основные преимущества баковых выключателей:
•простота конструкции,
•высокая отключающая способность,
•пригодность для наружной установки,
•возможность установки встроенных трансформаторов тока.
Недостатки баковых выключателей:
•взрыво- и пожароопасность;
•необходимость периодического контроля за состоянием и уровнем масла
в баке и на вводах;
•большой объем масла, что обусловливает большую затрату времени на
его замену,
•необходимость больших запасов масла;
•непригодность для установки внутри помещений;
•непригодность для выполнения быстродействующего АПВ;
•большая затрата металла, большая масса, неудобство перевозки,
монтажа и наладки.
11.
Маломасляные выключатели.
В маломасляных выключателях масло служит
только в качестве газогенерирующего материала,
создающего условия для гашения дуги. Для
изоляции токоведущих частей используют фарфор,
стеклопластик, текстолит и другие изоляционные
материалы. Они используются в электрических
сетях 6-220 кВ. Все они оснащены гасительными
камерами того или иного исполнения.
Каждый разрыв цепи снабжается отдельной
камерой с дугогасительным устройством, обычно
выполненным с поперечным дутьем. В
отключенном положении подвижный контакт
находится выше уровня масла для повышения
электрической прочности разрыва, т.к. малый
объем масла из-за загрязненности продуктами
разложения теряет свои диэлектрические свойства.
Для удержания паров масла при гашении дуги от уноса вместе с продуктами
разложения в конструкции предусмотрены маслоотделители. При больших
номинальных токах применяются две пары контактов (рабочие и дугогасительные).
Рабочие контакты находятся снаружи выключателя, а дугогасительные внутри. При
помощи регулирования длины дугогасительных контактов обеспечивается
отключение сначала рабочих контактов (без появления дуги), а затем дугогасительных.
12.
Достоинства маломасляных выключателей по сравнению с баковыми:
Имеют меньшую массу и габаритные размеры.
ДУ всегда готово к работе независимо от наличия сжатого воздуха.
Осмотр и ремонт дугогасительных камер и контактов возможен без слива масла,
что обеспечивает удобство эксплуатации.
Недостатки маломасляных выключателей по сравнению с баковыми:
Менее надежны в работе, чем баковые.
Ограниченное количество операций из-за быстрого загрязнения масла.
Номинальный ток отключения ниже, чем у баковых.
Не допускают установки встроенных трансформаторов тока.
Трудность осуществления подогрева масла.
Благодаря своим преимуществам маломасляные выключатели нашли широкое
распространение в установках с напряжением 6-10 кВ.
При напряжении 10-220 кВ масляные выключатели вытесняются
вакуумными и элегазовыми.
13.
Воздушные выключатели.
В выключателях данного вида гашение дуги происходит
в продольном потоке воздуха при давлении 2 – 4 МПа и
выше. Воздушные выключатели с номинальным
напряжением от 110 кВ до 1150 кВ проектируются
сериями и собирают из унифицированных частей, из
которых важнейшим является дугогасительный модуль с
двумя разрывами, рассчитанный на некоторое условное
напряжение порядка 110-250 кВ в зависимости от
давления воздуха. Чтобы обеспечить равномерное
распределение напряжения между разрывами при
любой частоте восстанавливающегося напряжения,
целесообразно применение емкостных делителей
напряжения.
Воздушные выключатели, чувствительные к скорости
восстанавливающегося напряжения, обычно снабжают
также шунтирующими резисторами, включенными
параллельно каждому разрыву. При этом в каждом
разрыве необходимы небольшие гасительные
устройства для отключения сопровождающегося тока.
Воздушные выключатели используются на напряжение 20-1150 кВ.
14.
При отключении выключателя (см. рис. а) под действием сжатого воздуха контакты
1 расходятся на необходимое для гашения дуги 3 расстояние и одновременно
возникает интенсивное дутье. Поток воздуха внутри трубчатых изоляторов удаляет
из дугового промежутка продукты горения дуги, представляющие coбой хорошо
проводящую среду. Их место занимает свежий неионизированный воздух,
обладающий высокой электрической прочностью. При прохождении тока через
нуль дуга гаснет.
В камере поперечного дутья (см. рис. б) поток воздуха направлен поперек
контактов 1 и дуга 3 вытесняется из межконтактного промежутка в отдельные
отсеки камеры и растягивается в зигзагообразную линию. Камеры поперечного
дутья 2 применяются в выключателях до 20 кВ.
На рис. в показана камера 2 с продольным и частично радиальным дутьем,
возникающим при проникновении воздушного потока внутрь трубчатого контакта 1.
При этом поток воздуха сдувает дугу 3 с торцов трубчатого контакта внутрь, где она
растягивается и гасится. Камеры такого типа применяются в выключателях 35-500
кВ.
15.
Воздушные выключатели имеют следующие достоинства:
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.
Недостатками воздушных выключателей являются:
необходимость компрессорной установки,
сложная конструкция ряда деталей и узлов,
относительно высокая стоимость,
трудность установки встроенных трансформаторов тока.
16.
Элегазовые выключатели
В элегазовых выключателях дугогасящей
средой является элегаз. Элегаз(SF6 –
шестифтористая сера ) представляет собой
инертный газ, плотность которого
превышает плотность воздуха в 5 раз.
Электрическая прочность элегаза в 2 – 3
раза выше прочности воздуха; при
давлении 0,2 МПа электрическая прочность
элегаза сравнима с прочностью масла.
В элегазе при атмосферном давлении
может быть погашена дуга с током, который
в 100 раз превышает ток, отключаемый в
воздухе при тех же условиях.
Исключительная способность элегаза
гасить дугу объясняется тем, что его
молекулы улавливают электроны дугового
столба и образуют относительно
неподвижные отрицательные ионы. Потеря
Электронов делает дугу неустойчивой, и она легко гаснет. В струе элегаза, т.е. при
газовом дутье, поглощение электронов из дугового столба происходит еще
интенсивнее.
Элегазовый выключатель представляет собой замкнутую систему без выброса газа
наружу.
17.
При размыкании главных контактов ток
проходит по цепи дугогасительных
контактов .
При расхождении дугогасительных
контактов в дугогасительной камере
возникает электрическая дуга;
эта дуга вращается под воздействием
магнитного поля, создаваемого
катушкой ; избыточное давление,
появившееся в результате повышения
температуры элегаза в дугогасительной
камере, создаёт газовый поток, который
затягивает дугу в полый
дугогасительный контакт и гасит её,
когда значение тока проходит через
ноль. Таким образом, процесс гашения
дуги происходит в ограниченной зоне
(дугогасительной камере), отделённой
от главных контактов.
18.
Достоинства элегазовых выключателей:
пожаро- и взрывобезопасность,
быстрота действия,
высокая отключающая способность,
малый износ дугогасительных контактов,
возможность создания серий с унифицированными узлами,
пригодность для наружной и внутренней установки.
Недостатки:
необходимость специальных устройств для наполнения, перекачки и очистки SF6,
относительно высокая стоимость SF6,
экологические проблемы эксплуатации.
Элегазовые выключатели применяются на напряжение 6-750 кВ
19.
Вакуумные выключатели
Электрическая прочность вакуума
значительно выше других сред,
применяемых в выключателях.
Объясняется это увеличением длины
среднего свободного пробега
электронов, атомов, ионов и молекул по
мере уменьшения давления. Процесс
восстановления электрической
прочности промежутка между
контактами при отключении тока
протекает в вакууме значительно
быстрее, чем в газах.
Вакуумные выключатели разработаны
на напряжение до 220 кВ.
20.
В момент размыкания контактов в вакуумном промежутке коммутируемый ток
инициирует возникновение электрического разряда — вакуумной дуги,
существование которой поддерживается за счет металла, испаряющегося с
поверхности контактов в вакуумный промежуток. Плазма, образованная
ионизированными парами металла, проводит электрический ток, поэтому ток
протекает между контактами до момента его перехода через ноль. В момент
перехода тока через ноль дуга гаснет, а оставшиеся пары металла мгновенно (за
7—10 микросекунд) конденсируются на поверхности контактов и других деталей
дугогасящей камеры, восстанавливая электрическую прочность вакуумного
промежутка. В то же время на разведенных контактах восстанавливается
приложенное к ним напряжение
21.
Достоинства
простота конструкции;
надежность;
высокая коммутационная износостойкость;
малые размеры;
пожаро- и взрывобезопасность;
отсутствие шума при операциях;
отсутствие загрязнения окружающей среды;
удобство эксплуатации;
малые эксплуатационные расходы.
Недостатки
сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения;
возможность коммутационных перенапряжений при отключении малых
индуктивных токов;
небольшой ресурс дугогасительного устройства по отключению токов короткого
замыкания.
22.
Электромагнитные выключатели
Электромагнитные выключатели занимают особое
место среди других выключателей переменного
тока. Область их применения ограничена
напряжением 10-15 кВ. Действие выключателей
основано на газовом дутье. Дуга, образующаяся
на контактах, втягивается магнитным полем в
гасительную камеру. Последняя состоит из ряда
керамических дугостойких, инертных (в отношении
выделения газа) пластин с V-образными
вырезами, разделенных небольшими воздушными
промежутками. Благодаря этому длина дуги
значительно увеличивается(до 1 – 2 м), а сечение
ее в узких вырезах пластин вынужденно
уменьшается. Дуга приходит в тесное
соприкосновение с холодными поверхностями пластин, обладающих высокой
теплопроводностью. Это ведет к увеличению потерь энергии и градиента
напряжения. Сопротивление дуги быстро увеличивается, а ток уменьшается до тех
пор, пока дуга не погаснет.
23.
На рис. представлена схема контактной и
дугогасительной систем электромагнитного выключателя.
Контактная система состоит из основных 1 и 2 и
дугогасительных 3 и 10 контактов, последние имеют
дугостойкие напайки. Дугогасительная система состоит
из изоляционной камеры 4 и охватывающего камеру Побразного магнитопровода 5, на среднюю часть которого
надета дугогасительная катушка 6. Внутри камеры
размещен пакет дугогасительных керамических пластин 8, расположенных на небольшом расстоянии друг от
друга. В нижней части пластины имеют вырезы,
постепенно сужающиеся кверху. Пластины образуют
постепенно сужающуюся зигзагообразную щель. По
бокам пакета укреплены дугогасительные рога.
Рог 7 электрически соединен только с дугогасительной катушкой. Второй конец
катушки присоединен к неподвижному контакту. Рог 9 соединен с подвижным
контактом. При замкнутых контактах катушка не обтекается током. Возникающая
при размыкании контактов дуга движется сначала под действием только
электродинамических сил контура (положения А и Б) и перебрасывается этими
силами на рога 7 и 9. При этом в контур тока включается дугогасительная катушка,
и созданное ею магнитное поле загоняет дугу в решетку (положения В, Г и Д), где и
происходит ее гашение. Многие дугогасительные устройства имеют
пламегасительные решетки.
24.
Преимущества:
пожаро- и взрывобезопастны,
обладают высокой отключающей способностью,
дугогасительное устройство имеет малый износ
Возможны частые коммутации
Недостатки:
имеют довольно сложную дугогасящую камеру,
малая пригодность для открытых распределительных устройств,
ограничения по величине номинального напряжения.
Высоковольтные выключатели переменного тока — Технические характеристики выключателей
1-3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
В основу расчета и конструирования выключателя принимаются те или иные исходные данные о технических характеристиках разрабатываемого аппарата.
Разумеется, эти характеристики должны соответствовать предполагаемым (или типичным) условиям работы выключателя в электрических установках и системах и отвечать общим техническим требованиям ГОСТ 687—67 на выключатели переменного тока высокого напряжения,
К основным техническим характеристикам выключателей относятся:
Исполнение выключателя: а) тип выключателя; б) число полюсов; в), род установки и условия работы; г) степень быстродействия и др.
Номинальные параметры: а) номинальное напряжение; б) номинальный ток; в) коммутационная отключающая способность; г) собственное время отключения; д) время отключения; е) длительность бестоковой паузы (при АПВ); ж) рабочий цикл операции; з) ток термической устойчивости выключателя; и) предельный сквозной ток короткого замыкания; к) предельный ток включения; л) время включения; м) давление воздуха (газа) в резервуарах выключателя (для воздухонапорного или газонапорного выключателя) и привода (для пневматического привода),
Кроме перечисленных выше, к разрабатываемому выключателю может относиться также ряд дополнительных характеристик, учитывающих специфические условия работы выключателя, например такие, как работа в условиях тропического климата или при весьма низких температурах, работа в условиях вибрации, больших ускорений и др.
Номинальные напряжения выключателей переменного тока высокого напряжения соответствуют классам напряжения, установленным нормами ГОСТ 1516—68 и приведенным в табл. 1-1. Номинальные токи, согласно ГОСТ 687—67, составляют: 32; 63; 100; 200; 400; 630; 800*; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3200; 4000; 5000; 6300; 8000; 10 000; 12 500; 16 000; 20 000; 25 000 А.
Коммутационная отключающая способность выключателя характеризуется величиной номинального тока отключения, т. е.
тока, который может быть отключен в заданное время при заданных стандартных условиях восстановления напряжения на разрывах выключателя, а также при заданном номинальном содержании, апериодической составляющей отключаемого, тока короткого замыкания.
Рис. 1-1. К определению величины номинального отключаемого выключателем тока (ГОСТ 687—67)
Рис. 1-2. К определению номинального значения относительного содержания /апериодической составляющей тока отключения
1 — смещенная нулевая линия кривой тока; 2 — огибающие кривой тока; t3 — момент расхождения дугогасительных контактов
В общем случае величина тока отключения может быть представлена как сумма двух составляющих (рис. Ы): /н.откл= = I- V2 + /=. В этом уравнении: j/2 —амплитудная величина симметричной составляющей тока короткого замыкания, относящаяся к моменту начала расхождения дугогасительных контактов; /«—расчетная величина апериодической составляющей тока короткого замыкания, относящаяся к рассматриваемому моменту.
Номинальные и наибольшие рабочие напряжения
Таблица 1-1
Наибольшее рабочее напряжение, кВ
* Номинальное напряжение не рекомендуется и относится к оборудованию (в том числе и к выключателям) для существующих сетей.
Величина номинального тока отключения принимается как исходная для проведения всего цикла испытаний выключателя на коммутационную (отключающую) способность, согласно ГОСТ 687—67. Номинальные токи отключения /н откл, кА: 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200.
Время т при этом берется равным собственному времени отключения с добавкой 0,01 сек для выключателей, не имеющих собственных встроенных реле.
Стандартные условия восстановления напряжения характеризуются следующими данными:
а) частотой переменной составляющей восстанавливающегося напряжения при отключении тока, составляющего около 60% номинального тока отключения, при одночастотном процессе колебаний, при коэффициенте превышения амплитуды = 1,6 (рис. 1-3):
Рис. 1-3. Одночастотная кривая восстанавливающегося напряжения
Рис. 1-4. Апериодическая, кривая восстанавливающегося напряжения
б) частотой свободных колебаний переменной составляющей восстанавливающегося напряжения при отключении тока, равного номинальному току отключения, при одночастотном процессе восстановления напряжения (кроме случаев, указанных в п. «в»), при коэффициенте превышения амплитуды /Са=1,3:
в) характеристиками. процесса восстановления напряжения при отключении тока, равного номинальному току отключения, при испытании выключателей 110 кВ с номинальным током отключения больше 16 кА и выключателей 150 и 220 кВ с номинальным током отключения больше 12,5 кА в схеме с апериодическим процессом восстановления напряжения (рис. 1-4):
Возвращающееся напряжение на первой гасящей дугу фазе при трехполюсном отключении может быть в общем случае представлено соотношением .
где (Уф — фазное напряжение, кВ; Un — линейное напряжение, принимаемое равным (Ул 5*0,95 (Ур.макс; #р.макс— наибольшее рабочее напряжение выключателя (см. табл. 3-1).
Для выключателей 110 кВ и выше при оценке величины возвращающегося напряжения исходят из наиболее вероятных условий развития короткого замыкания в электротехнических устройствах на данные классы напряжения, соответственно которым величина возвращающегося напряжения для рассматриваемого случая отключения может быть принята
Время отключения /откл выключателя (с приводом), согласно ГОСТ 687—70, должно составлять:
а) для сверхбыстродействующих выключателей /Откл б) для быстродействующих выключателей 0,06где /п.о.с — предельный симметричный тор отключения выключателя; /п.с.с — действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания.
Под током включения понимают гарантированный заводом ток короткого замыкания (амплитудное значение), который выключатель может включить при данном напряжении без приваривания контактов и возникновения других повреждений,. препятствующих дальнейшей исправной работе.
Амплитуду тока включения можно определить путем умножения на 1,8)/2 величины предельного тока отключения. Величина тока, включения, во многом зависит от характеристик привода выключателя.
При проектировании отдельных узлов; необходимо иметь также ряд дополнительных данных; например, должны быть известны:
рабочее давление воздуха в резервуарах выключателя или привода (для пневматического привода), рабочее напряжение на зажимах катушек привода, интенсивность ветра , (для определения ветровой нагрузки) в предполагаемой климатической зоне установки, возможное максимальное понижение температуры, работа включения, допустимые максимальные скорости движения контактных систем и др.
Влияние всех этих факторов на конструкцию и характеристики выключателя будет рассмотрено ниже.
Исходные характеристики для выключателей, предназначаемых для массового или серийного выпуска, устанавливаются в результате, тщательного изучения требований современной энергетики с учетом перспектив развития.
Электрооборудование подстанций промышленных предприятий — Высоковольтные выключатели
Элегазовые выключатели.
Высокая способность элегаза (SF6) гасить электрическую дугу объясняется тем, что молекулы элегаза улавливают электроны дугового столба и образуют относительно неподвижные отрицательные ионы. Потеря электронов делает дугу неустойчивой и она быстро гаснет. Если добавить в процесс дугогашения газовое дутьё, которое может быть обеспечено или с помощью поршневого устройства, или с использованием современного принципа автогенерации; поглощение электронов из дугового столба происходит ещё эффективнее.
Принцип автогенерации состоит в том, что в процессе горения дуги элегаз находится в ограниченном объеме из-за нагрева расширяется, создается дополнительное давление, обеспечивающее газовое дутье. При этом принципе не расходуется дополнительная энергия для перемещения поршневого устройства.
В современных конструкциях элегазовых выключателей, охватывающих напряжение от 6 до 500 кВ используются известные принципы дугогашения: магнитное дутье, автогенерация, автокомпрессия.
Быстродействующие вакуумные коммутационные аппараты с управляемой коммутацией на основе вакуумных разрядников.
Управляемая коммутация успешно решает проблему предотвращения опасных бросков тока и возникновения перенапряжений, увеличения ресурса оборудования.
Например, использование управляемой коммутацией конденсаторных батарей эффективно как при включении, так и при отключении цепей в рабочих режимах при управляемом включении существенно снижаются броски тока, а при управляемом отключении снижается вероятность повторных пробоев межконтактного промежутка и как следствие – возникновение перенапряжения. Оптимальном моментом включения цепи является момент, когда напряжение на разрыве выключателя проходит через ноль. Чем дальше момент включения находится от нулевого значения напряжения на разрыве, тем выше броски тока. Управляемая коммутация номинальных токов дает возможность повысить ресурс выключателя, особенно, если он работает в режиме частых коммутаций и позволяет предотвратить срез тока.
Наиболее простым и дешевым способом управляемой коммутацией является использование новых типов вакуумных коммутационных устройств, к которым относятся вакуумные управляемые разрядники (РВУ), их комбинация с вакуумными выключателями позволит свести процесс включения коммутационного устройства к моментальному (единицы мкс) включению РВУ с последующим замыканием контактов выключателя.
Управляемый вакуумный разрядник, разработанный предприятием ВЭИ им. Ленина, представляем собой безнакальный трехэлектродный герметизированный прибор с давлением остаточных газов, не превышающих 10-4 Па.
Включение управления разрядника осуществляется подачей пускового импульса напряжения на управляющий электрод. Этот импульс напряжения вызывает пробой диэлектрической вставки узла поджига и генерацию искрового разряда. Плазма искрового разряда заполняет пространство вакуумного промежутка и разряд переходит из искровой стадии в дуговую и разрядник включается. Вакуумный дуговой разряд сам себя поддерживает и гаснет, когда ток в основной цепи спадает до нуля. Время включения вакуумного управляемого разрядника может быть менее 1 мкс. Быстродействующее синхронизированное включение будет обеспечено, если разрядник установить параллельно выключателю.
Это синхронизированное включение обеспечит включение трансформаторов, шунтирующих реактор или подключение нагрузки к электрической сети к резервному источнику питания с высокой точностью в заданной фазе питающего напряжения при любой последовательности чередования фаз, что позволит исключить нежелательные переходные процессы, возникающие при выключении в произвольной фазе напряжения.
Альтернативные решения элегазовым и вакуумным выключателям.
1. Возможность использования других изоляционных и дугогасительных сред.
2. Перспективна полупроводниковая технология, однако разработки полупроводниковой техники не позволяют создать аналоги современным коммутационным аппаратам ( силовые ключи).
3. Исследуется возможность создания эффективных ограничителей тока на базе высокотемпературных сверхпроводящих материалов. Такие ограничители тока не только решают задачи коммутации электрических цепей, но и позволяют снизить массу оборудования за счет уменьшения токов термической и динамической устойчивости.
4. Работы по созданию «умных» аппаратов проводятся в двух направлениях : 1) разработка выключателей с управляемой синхронной коммутацией; 2) создание систем автоматизированной диагностики и мониторинга.
Характеристики синхронных аппаратов могут быть улучшены за счет использования управляемых разрядников, включающих цепь в любой момент времени с высокой точностью. Системы диагностики дают возможность проанализировать изменение изоляционных, коммутирующих характеристик аппарата во время эксплуатации и своевременно обнаруживать опасные отклонения этих характеристик от номинальных и предотвратить крутые аварии оборудования и ненужные ревизии.
Масляные выключатели.
Бывают двух конструктивных видов:
1) масляные баковые выключатели;
2) маломасляные (горшковые).
Масляные баковые выключатели.
Применяются в открытых распределительных устройствах (ОРУ) подстанции 35, 110,220 кВ.
Масло в баковых выключателях служит для гашения дуги изоляции токоведущих частей. При напряжении 35 кВ и выше для каждой фазы применяют свой бак.
Движение подвижным контактам передается с помощью изолирующей тяги, связанной с приводом выключателя. При отключении выключателя в местах размыкания контактов возникают электрические дуги, которые разлагают и испаряют масло. Образуется газовый пузырь, содержащий до 70% водорода. Газ горючий, однако его возгорание не происходит из-за отсутствия кислорода. Время гашения дуги 100 мс.
В рассматриваемой конструкции специальных средств гашения дуги не предусмотрено. Масло в бак заливается не полностью. Воздушная подушка уменьшает силу удара в крышку выключателя в свзи с высоким давлением в процессе гашения дуги. Для выхода газа предусмотрена выхлопная труба. Если уровень масла будет недопустимо низким, то газы могут сильно нагреться и может произойти взрыв смеси водорода с воздухом. Для наружных установок с напряжением 35 кВ и выше применяются выключатели с дугогасительными устройствами. По принципу действия дугогасительного устройства можно разделить на три группы:
1) с автодутьем, в которых высокое давление и большая скорость движения газа в зоне дуги создается за счет выделяющейся в дуге энергии;
2) с принудительным масляным дутьем, у которых к месту разрыва масло нагнетается с помощью специальных механизмов;
3) с магнитным гашением в масле, в которых дуга под действием магнитного поля перемещается в узкие каналы и щели. Наиболее эффективным и простым являются дугогасительные устройства с автодутьем, которые работают тем эффективнее, чем больше ток в дуге. Количество разрывов в баковом выключателе должно быть тем больше, чем выше коммутационное напряжение. Для равномерно распределения напряжения между основными разрывами параллельно им включают шунтирующее сопротивление.
Преимущества баковых выключателей: простота конструкции, высокая отключающая способность, пригодность для наружной установки и наличие встроенных трансформаторов тока.
Недостатки: взрыво- и пожароопасность, не пригодны для выполнения быстродействующих систем автоматизированного повторного включения (АПВ), имеют большую массу, объем масла, не пригодны для установки внутри помещений.
Маломасляные выключатели
Масло в этих выключателях служит дугогасящей средой и только частично изоляцией между разомкнутыми контактами. Эти выключатели имеют меньшие габариты и массу по сравнению с баковыми выключателями. Меньший объём масла облегчает уход и ремонт.
Недостатки:
1) взрыво- и пожаро- опасность;
2) невозможность осуществления быстродействующей системы автоматического повторного включения;
3) необходимость частой замены масла;
4) трудность установки встроенных трансформаторов тока;
5) относительно малая отключающая способность.
В маломасляных выключателях имеются два контура тока — главный и дугогасительный. Когда выключатель включен — главная часть тока проходит по главному контуру из-за меньшего сопротивления цепи. При отключении выключателя сначала размыкаются рабочие контакты, но дуга между ними не образуется, так как ток продолжает протекать в дугогасительном контуре. При включении выключателя первыми замыкаются дугогасительные контакты, а затем замыкаются рабочие.
Дугогасительные устройства состоят из трёх отсеков, выполненных из ряда изоляционных дисков с фасонными вырезами. При разрыве контактов выключателя между ними возникает дуга и из-за высокой температуры масло разлагается, создается газовый пузырь, в основном содержащий водород, а также метан и этилен. Водород обладает большой теплопроводностью и высокой электрической прочностью, что используется при гашении дуги. Повышенное давление в газовом пузыре способствует деионизирующей способности газа.
Воздушные выключатели.
Гашение дуги происходит в продольном потоке при давлении 2-4 МПа и выше. Воздух охлаждает дугу, удаляет продукты горения и быстро гасит дугу. Для получения сжатого воздуха необходима компрессорная установка, а для очистки воздуха и его сушки необходимы различные адсорбенты (вещества, способные поглощать влагу — силикагель и алюмогель).
Очистка воздуха происходит термодинамическим способом. Воздух сжимается и при сжатии он нагревается, образующийся пар при охлаждении конденсируется и вода сливается.
Чтобы обеспечить равномерное распределение напряжения между разрывами целесообразно использовать ёмкостные делители напряжения, то есть параллельно каждому разрыву включается конденсатор. Обычно применяют также шунтирующие резисторы и для отключения сопровождающего тока применяют небольшие гасительные устройства.
В настоящее время существует тенденция по замене воздушных выключателей элегазовыми выключателями.
Электромагнитные выключатели
Выпускают на напряжение 6-10 кВ и токи отключения (токи КЗ) до 40 кА. Дуга, образующаяся на контактах втягивается магнитным полем в гасительную камеру, при этом происходит значительное удлинение дуги до 1-2 м и её охлаждение. При увеличении сопротивления дуги происходит понижение тока, и дуга гаснет при очередном прохождении через ноль.
При отключении выключателя сначала размыкаются главные контакты, а затем дугогасительные.
Электромагнитные выключатели имеют широкое применение в системе собственных нужд электростанций, а также в промышленных установках, где необходимы частые включения и отключения.
Разъединители
Основное назначение — создание надежного видимого разрыва цепи для облегчения безопасного проведения ремонтных работ на оборудовании.
Контактная система разъединителей не имеет дугогасительных устройств. Поэтому разрыв цепи должен производиться при отсутствии тока или в случае трех полюсного разъединителя наружной установки при напряжении не более 10 кВ допускается коммутация тока не более 15 А.
Разъединители по числу полюсов могут быть одно- и трех- полюсными.
По роду установки: для внутренних и наружных установок.
По конструкции:
1) рубящего типа;
2) поворотного;
3) пантографического ;
4) подвесного типа
По способу установки:
1) с вертикальным расположением ножей;
2) с горизонтальным расположением ножей.
Схема разъединителя рубящего типа
Заземляющий нож служит для соединения с землёй одного из полюсов разъединителя, что обеспечит КЗ при ошибочной подаче напряжения и обеспечения безопасных условий работы персонала.
Схема разъединителя горизонтально-поворотного типа
Являются перспективными разъединителями, эти разъединители имеют ножи, вращающиеся в горизонтальной плоскости.
Выключатели нагрузки
Это трех полюсные коммутационные аппараты, не предназначенные для отключения тока КЗ, но их включающая способность соответствует электродинамической стойкости при КЗ.
При использовании выключателей нагрузки необходимости отключения неисправного трансформатора отключения аварийного тока обеспечивается с помощью плавких предохранителей, то есть работают в комплекте с предохранителями.
Выключатели нагрузки с гасительными устройствами газогенерирующего типа на 6 и 10 кВ.
Основой является трех полюсный разъединитель для внутренней установки. К ножам разъединителя прикреплены дополнительные ножи, то есть ток нагрузки протекает по двум ветвям: через рабочие и дополнительные ножи.
В положении «включено» вспомогательные ножи входят в гасительные камеры, выполненные из материала, который при нагревании от дуги генерирует газ.
В процессе отключения рабочего тока сначала размыкаются основные контакты разъединителя при этом в цепи ток продолжает протекать через вспомогательные ножи (через параллельную ветвь). Через некоторое время размыкаются контакты в дугогасительных камерах. Возникающие электрические дуги гасят в потоке газов, генерируемых продуктами разложения вкладышей из органического стекла.