9.2. Малообъемные масляные выключатели.
В малообъемных масляных выключателях масло используется только для гашения дуги, а изоляция токоведущих частей осуществляется при помощи воздуха и керамических или органических изоляционных материаллов. Во всех малообъемных масляных выключателях имеются дугогасительные камеры, наиболее часто с поперечным газовым дутьем. В зависимости от напряжения и мощности отключения выключатели имеют один или несколько разрывов на фазу. Малообъемные масляные выключатели изготавливаются как для наружной так и для внутренней установки. Относительно небольшое количество масла облегчает уход и ремонт.
Рис. 9.3. Контактная система и устройство маломасляного выключателя.
Основными элементами малообъемных масляных выключателях являются корпус (изготавливается металлический, частично металлический и неметаллический), опорные изоляторы, проходные изоляторы, дугогасительная камера, неподвижный контакт (розеточного типа), подвижный контакт, масло отделитель (для выведения продуктов горения дуги). Контактная система и дугогасительные устройства заключены в небольшие бачки, изолированные от заземленного основания фарфоровыми изоляторами. Бачки могут быть металлическими или из стеклопластика. Выпускаются выключатели с одним баком на фазу и с двумя баками на фазу (рис.9.3). Выключатель с двумя баками на фазу рассчитан на большой номинальный ток и имеет на каждом разрыве две пары контактов главные 1 (пальцевого типа), помещенные в воздухе и дугогасительные 2 (розеточного типа), помещенные в баках с дугогасительными камерами 4, залитых маслом. Вся контактная система крепится на штанге 3. Во включенном состоянии ток протекает через главные контакты 1 по сплошной линии. При отключении штанга перемещается вверх, при этом размыкаются главные контакты 1 на обоих разрывах и весь отключаемый ток устремляется через дугогасительный контур, прерывистая линия. Затем размыкаются дугогасительные контакты 2, между которыми зажигается дуга, которая гасится в дугогасительных камерах 4 каждого бака.
К маломасляным выключателям относятся: ВМП (выключатель масляный подвесной), ВМГ (выключатель масляный горшковый), МГГ (масляный генераторный, горшковый), МГ (масляный горшковый), ВГМ (выключатель генераторный, масляный.
Достоинства малообъемных масляных выключателей: меньшие габариты, взрыво- и пожаробезопасны вследствие малого объема масла, а недостатками являются отсутствие встроенных ТТ и более сложная конструкция.
Рис. 9.4. Масляный выключатель типа ВК.
К малообъемным выключателям также относятся выключатели типа ВК (выключатель колонковый) рис. 9.4 и ВМТ (выключатель масляный трехфазный). Выключатель состоит из стального основания, на котором установлены три фарфоровые колонны. Нижняя часть каждой колоны представляет собой полый фарфоровый изолятор, внутри которого размещены стеклопластиковые тяги для передачи движения от привода к контактам. Верхняя часть колонны заполнена маслом. Здесь расположено Дугогасительное устройство в эпоксидном цилиндре, воспринимающем механические напряжения при работе выключателя. Дугогасительное устройство заполнено сжатым азотом, который обеспечивает избыточное давление, способствующее поддержанию высокой электрической прочности межконтактного промежутка, повышению износостойкости контактов и сохранению высокого уровня внутренней изоляции вне зависимости от внешних атмосферных условий.
Малообъемные масляные выключатели
Малообъемные (маломасляные) выключатели получили широкое применение на напряжения от 6 до 220 кВ для внутренней и наружной установок. В выключателях этого вида масло служит только газогенерирующей средой в процессе гашения дуги при отключении. Для изоляции токоведущих частей используется фарфор, стеклопластик, текстолит и другие изоляционные материалы. Выключатели имеют меньшие габариты и массу по сравнению с многообъемными выключателями. Небольшая масса трансформаторного масла (4,5 кг —ВМП-10; 12кг— ВК-10; 100 кг — ВМК- 35; 120 кг — ВМУЭ-35; 250 кг — ВМТ-1 10; 730 кг — ВМТ-220) облегчает ремонт выключателя и его обслуживания.
Выключатель ВМП-10 (выключатель масляный подвесной) на напряжение 10 кВ для внутренней установки показан на рис. 1.
На стальной раме 1 установлены шесть опорных изоляторов 7, на которых смонтированы три полюса (фазы) 8 выключателя (на рис. 1, а показано два изолятора и один полюс). В подшипниках рамы свободно вращается вал 4, на котором закреплены три двуплечных рычага 3 напротив каждого полюса. Рычаги одним плечом соединяются с изоляционной тягой 11, а другим — с отключающей пружиной 2. Для амортизации при включении и отключении выключатель снабжён масляным 9 и пружинным 5 демпферами. Болт 6 служит для заземления рамы выключателя. Изоляционная тяга 11 связывает рычаг вала выключателя с рычагом 12 вала полюса. Уровень масла в выключателе контролируется маслоуказателем.
Рис. 1:
а — конструкция выключателя типа ВПМ-10; б — разрез полюса; в — разрез дугогасительной камеры
Конструктивное устройство одного полюса выключателя показано на рис. 1, б. К цилиндру 22, выполненному из стеклоэпоксида, прикреплены нижний 30 и верхний 34 фланцы. Фланец 30 имеет буферную полость 31, снизу закрыт крышкой 26, на которой расположен неподвижный розеточный контакт 29 и маслоспускная пробка 27. Токоотводящая шина 28 крепится к крышке с помощью болтов. Над розеточным контактом 29 находится камера поперечного дутья 25. Внутри корпуса 19 смонтирован подвижной контакт со съемным наконечников 33, имеющий облицовку из металлокерамики. Подвижный контакт приводится в движение рычагом 20 на валу полюса, которые связаны между собой через выпрямляющий механизм 13, преобразующий вращательное движение вала в поступательное — стержня. Токосъем с подвижного контактного стержня на неподвижные 21 осуществляется с помощью роликов З6. Подвод тока от подводящей шины 35 к стержням 21 осуществляется через фланец 34, к которому она крепится болтами. Корпус полюса сверху закрыт пластмассовой крышкой 16 с маслоналивным отверстием, в которое завинчивается пробка 7.
Дугогасительная камера поперечного масляного дутья (рис. 1, в) состоит из пакета текстолитовых пластин. Пластины верхней части камеры круглые и имеют центральное отверстие 23 для прохода контактного стержня. Часть пластин имеют отверстия удлиненной формы. Это позволяет при сборке камеры создать специальные масляные карманы 32 (рис. 1, б). Помимо центрального отверстия верхние пластины имеют еще три (в некоторых камерах — два) отверстия, благодаря которым в собранной камере создаются вертикальные дутьевые каналы 24, переходящие в нижней части в горизонтальные.
Процесс гашения электрической дуги в выключателе показан на рис. 5,33. Во включенном положении подвижный контактный стержень 6 находится в розеточном контакте 3. При отключении стержень выходит из розеточного контакта и возникает электрическая дуга. Под действием высокой температуры масло генерирует газы, вокруг дуги возникает газовый пузырь, давление в камере повышается и воздух в буферной полости А сжимается. Когда при движении стержня вверх открываются дутьевые горизонтальные каналы, сжатый воздух выталкивает в них масло и газы, осуществляя поперечное дутье, растягивая дугу и производя ее интенсивную деионизацию. Масло и газы по вертикальным дутьевым каналам выбрасываются из дугогасительной камеры в верхнюю часть полюса. Газы через отверстия 18 в маслоотделителе 14 (рис. 1, б) и далее по каналу 15 в верхней пластмассовой крышке уходят из выключателя. Масло через маслоотделитель не проходит, оно стекает по стенкам цилиндра вниз и через отверстия 23 и 24 камеры возвращается в нижнюю часть полюса.
Рис. 2. Процесс гашения дуги в выключателе ВМП-10
Если отключаются небольшие токи, то давление в камере может быть недостаточным для быстрого гашения дуги. Она тянется за стержнем и в верхней части камеры испаряет масло в масляных карманах 5 (рис. 2), создавая встречно-радиальное дутье, которое гасит дугу. Масло в процессе гашения практически не расходуется, однако, насыщается частичками металла электродов, взвешенным углеродом — продуктом разложения масла, твердыми механическими примесями и водой. Поэтому масло после определенного числа отключений меняют, для чего имеется пробка в крышке 1 нижнего фланца 2. После отключения подвижный контакт выходит из масла, изоляцию между контактами осуществляет цилиндр 4 из стеклоэпоксида.
ВМП-10 относится к выключателям ускоренного действия: собственное время отключения выключателя с приводом составляет 0,09 с, а полное — 0,11с.
Выключатель ВК-10 (выключатель колонковый) на напряжение 10 кВ маломасляный со встроенным пружинным приводом относится к быстродействующим: собственное время отключения выключателя с приводом — 0,05 с; полное — 0,07 с. Колонковый выключатель ВКЭ-10 комплектуется встроенным электромагнитным приводом. Выключатель ВКЭ-М-10 является модернизированной разновидностью выключателя ВКЭ-10.
На рис. 3 показан выключатель ВК-10 (ВКЭ-М-10) на выкатной тележке 2. Полюса 4 выключателя (на рис. 3 виден один полюс) снабжены контактами главной цепи 1 розеточного типа (на виде/показаны увеличено) для включения выключателя в высоковольтную цепь при вкатывании его в высоковольтный шкаф. управление выключателем осуществляется приводом 3. На фасадной перегородке 5 находятся ручки для выкатывания и два низковольтный штепсельных разъема 6 для цепей управления и сигнализации.
Рис. 3. Выключатель типа ВК-10
Из-за малого расстояния между фазами (200 мм) металлические части полюсов имеют изоляционный кожух 7,
На номинальный ток отключения до 20 кА полюс выключателя состоит из изоляционного цилиндра 16 (рис. 4), внутри которого находится дугогасительная камера 15, неподвижный розеточный контакт 19, с которым электрически связан внешний контакт главной цепи 18, закрепляемый гайкой 17 на втулке 12 (см. нижний контакт главной цепи). Прокладка 11 защищает изоляционный цилиндр от деформации и течи масла. Аналогичные прокладки 13 и 21 ставятся в местах крепления деталей к цилиндру. Цилиндр крепится на корпус механизма 6 фланцем 8 с кольцевой прокладкой 7. Механизм полюса имеет вал с двумя рычагами внешним и внутренним. Внутренний рычаг через изолирующую тягу 9 шарнирно связан с подвижным контактным стержнем 4, который через токоотвод 3 (роликовое токосъемное устройство) связан с направляющими стержнями 2. Ток со стержнем 2 передается на токоведущий стержень 5 с обоймой 10 и далее на нижний главный контакт выключателя розеточного типа. Над токоотводом установлен распорный цилиндр 14. Винт 20 с шайбой 22 и прокладкой 21 обеспечивает крепление розеточного контакта к цилиндру 16. Сверху на полюсе расположено смотровое стекло 1 маслоуказателя поплавкового типа.
Дугогасительная камера выключателя ВК-10 аналогична камере выключателя ВМП-10. В верхней ее части находятся три поперечные дутьевые щели для гашения больших токов, расположенные одна под другой и связанные вертикальным каналом, проходящим через всю камеру. В нижней части камеры имеются два глухих масляных кармана для гашения малых токов.
Рис. 4. Разрез полюса выключателя ВК-10
Выключатель ВМК-35 (выключатель маломасляный колонковый) на напряжение 35 кВ предназначен для наружной установки. На рис. 5, а показаны три фарфоровые колонки (фазы), установленные на тележке 8. Каждая колонка состоит из двух аппаратных полых изоляторов, в верхнем 3 находится дугогасительная камера 9, в нижнем 5 — изоляционная тяга 7, к которой крепится подвижный контактный стержень 6. Неподвижный розеточный контакт 2 смонтирован в верхней части дугогасительной камеры Р, которая набрана из изоляционных дисков 10. Чтобы разгрузить изоляторы от ударного действия высокого давления, возникающего в камере при отключении выключателя, ее помещают в толстостенный бакелитовый цилиндр 11. Масло находится в верхней части выключателя, его уровень контролируется маслоуказателем 1. Роликовая контактная система 4 обеспечивает токосъем с подвижного стержня на неподвижные, которые связаны с нижним внешним выводом на среднем фланце. Верхний вывод делается от колпака 13, на котором имеется маслоналивное отверстие 12 закрытое пробкой.
Рис. 5:
а — выключатель типа ВМК-35; б — разрез дугогасительной камеры
Разрез дугогасительной камеры встречно-поперечного дутья приведен на рис. 5, б. В верхней части камеры на стержне 20 смонтирован контактный вывод 21 и неподвижный розеточный контакт. Его сегменты 14 имеют металлокерамическое покрытие и пружинами 18 поджимаются к контактному стержню при включенном выключателе. Розеточный контакт сверху закрыт металлическим стаканом 19 с отверстием 22 для постепенного выхода газов после гашения дуги. Цилиндрический корпус 16 камеры навинчивается на стакан. Внутри корпуса пластины 17 и вкладыши 15 образуют комбинированную дугогасительную камеру. Каналы 24 й 25 служат для поперечного дутья при гашении дуги с большими токами. В нижней части камеры при отключении малых токов осуществляется интенсивное продольное дутье при разложении масла в карманах, образованных полостями р в фигурных вкладышах 15 из изоляционного газогенерирующего материала. После отключения тока карманы и полость камеры вновь заполняются маслом, поступающим через отверстие 26 для прохода подвижного контакта, а также через каналы 24 и 25.
Выключатель ВМК-27,5, применяемый в тяговых сетях однофазного переменного тока, имеет аналогичную конструкцию и принцип гашения дуги, но состоит из одной колонки. Основанием выключателя служит шкаф привода.
Большинство выключателей типа ВМК относится к числу быстродействующих, хотя некоторые имеют полное время отключения 0,1-0,11 с.
Выключатель ВМУЭ-35Б-25/1250 УХЛ 1 (выключатель маломасляный унифицированный с электромагнитным приводом) на напряжение 35 кВ, номинальный ток отключения 25 кА, номинальный ток 1250 А для умеренного и холодного климата и наружной установки.
Конструкция имеет много общего с выключателем ВМК-35. Три полюса выключателя устанавливаются на сварной раме, закрытой со всех сторон. Внутри рамы находится приводной механизм. В центральной части рамы, ниже приводного механизма, установлен электромагнитный привод.
Полюс выключателя представляет собой колонку (см. рис. 5, а) фарфоровых, армированных металлическими фланцами изоляторов: нижнего — опорного; верхнего — камерного (с дугогасительной камерой внутри). Наверху камерного изолятора установлен колпак с указателем уровня масла. Между изоляторами установлен промежуточный фланец с токовым выводом, на котором крепятся направляющие стержни, придающие вертикальность движению подвижного контакта. Токоотвод от подвижного контактного стержня осуществляется через роликовый токосъем на вывод промежуточного фланца. Между колпаком и камерным изолятором Установлен верхний фланец со вторым токовым выводом. На верхнем фланце смонтирован неподвижный розеточный контакт и дугогасительная камера, заключенная в стеклоэпоксидный цилиндр с окнами для выхлопа газов, образующихся при гашении дуги. Подвижный контактный стержень связан с приводным механизмом выключателя изоляционной тягой.
Выключатель ВМУЭ-27,5 применяется в тяговых сетях однофазного переменного тока, конструктивно схож с выключателем ВМК-27,5.
Выключатели серии ВМУЭ относятся к быстродействующим имеют собственное время отключения 0,05 с, а полное — 0,075 с. Они предназначались для замены выключателей серий МКП-35 ВМО и ВМК.
Выключатель ВМТ-110 на напряжение 110 кВ с токоотводом специальной конструкции относится к числу маломасляных. Его внедрение позволяет прекратить производство многообъемных выключателей типов МКП-110 и У-110.
Рис. 6. Внешний вид выключателя типа ВМТ-110
На рис. 6 показан общий вид выключателя ВМТ-110. Выключатель состоит из стальной рамы 7, на которой установлены три фарфоровые колонны. Нижняя часть каждой колонны представляет собой полный опорный изолятор 2, внутри которого размещены стеклопластиковые тяги для передачи движения от привода 1 через механизм управления 8 к системе управления подвижным контактом. Верхняя часть колонны, заполненная трансформаторным маслом, представляет собой дугогасительное устройство 3. Уровень масла контролируется с помощью маслоуказателя 4. Рядом с
ним на колпаке 5 каждого полюса располагается манометр б для контроля избыточного давления в дугогасительном устройстве. Дугогасительное устройство заполнено сжатым азотом, которое обеспечивает избыточное давление, способствующее поддержанию высокой электрической прочности межконтактного промежутка, повышению износостойкости контактов и сохранения высокого уровня внутренней изоляции вне зависимости от внешних атмосферных условий. Избыточное давление создается перед пуском выключателя в эксплуатацию и, благодаря надежной герметизации, сохраняется в выключателе вплоть до очередной ревизии.
Дугогасительное устройство (рис. 7) состоит из дугогасительной камеры 2 неподвижного контакта 4, колпака 8, токопровода 5 с подвижным контактом I. Камера помещена внутри установленного на токоотводе стеклопластикового цилиндра 12, защищающего фарфоровый корпус 3 от воздействия давления, возникающего при гашении дуги. На колпаке 8 установлены маслоуказатель 6 и манометр 7, а внутри над уровнем масла находится буферная полость 9. Для скрепления металлических частей используются шпильки с гайками 10, а для герметизации — уплотняющее кольцо 11. Снизу дугогасительное устройство закрывается колодкой 13 с центральным отверстием для подвижного контакта.
Рис. 7. Дугогасительное устройство выключателя ВМТ-110.
На рис. 8 на разрезе нижней части колонны показана система управления подвижным контактом 7. В процессе включения выключателя тяга 2 привода перемещается влево, поворачивая рычаг 1 вместе с валом внутренним рычагом 3 по
часовой стрелке.
При отключении в приводе освобождается защелка, удерживающая выключатель во включенном положении. Под действием отключающих пружин 16 и 17 подвижная колодка 10 перемещается вместе с роликами 9 и Л вверх. Ролик 11 через трос 12 перемещает подвижный контакт 7 вниз, в отключенное положение.
Рис. 8: Система управления подвижным контактом выключателя ВМТ-110
Верхний и нижний 5 фарфоровые изоляторы имеют фланцевое соединение с токоотводом, расположенным между ними. Крепление фланцев к изоляторам осуществляется с помощью цементной мастики 6, а для герметизации соединена используется кольцо 15.
Рис. 9. Дугогасительная камера выключателя ВМТ-110
Дугогасительная камера встречно- поперечного дутья (рис. 9) представляет собой изоляционный цилиндр 2, плотно охватывающий фигурные вкладыши 15 из дугостойкого фторопласта, образующие зоны выхлопа 4, горизонтальные дутьевые щели 6 и центральное отверстие 3 для прохождения подвижного контакта 7 к находящемуся в камере неподвижному контакту 8. Напротив дутьевых щелей в изоляционном цилиндре 2 выполнены окна 9. В нижней части камеры изоляционными вкладышами 1 образованы масляные карманы для гашения малых и средних токов.
Выключатель ВМТ-110 относится к быстродействующим, его собственное время отключения составляет 0,03 +- 0,035 с, а полное — 0,05 +- 0,06 с.
Устройство ЭС, ПС и ЛЭП — Масляные выключатели с малым объемом масла (горшковые)
Масло в малообъемных выключателях используется только как дугогасящая среда, поэтому его количество незначительно. Изоляцией в этих выключателях является воздушное пространство, разделяющее горшковые баки отдельных фаз и фарфоровые изоляторы, на которых установлены баки. Таким образом, баки выключателя надежно изолированы друг от друга и от земли.
Рис. 91. Масляный выключатель ВМГ-133:
1 — металлический бак; 2 — опорный изолятор; 3 —рама; 4 — отключающая пружина; 5 — масляный буфер; 6 — вал; 7 — пружинный буфер; 8 — двуплечий рычаг; 9 — фарфоровая тяга; 10 — рычаг привода; 11 — гибкая связь; 12 и 16—контактные зажимы; 13 — скоба; 14— проходной изолятор; 15 — подвижные стержневые контакты
Малый объем горшковых баков позволяет строить их на большие давления (около 75— 100 ата).
Выключатели на напряжения 6—20 кВ с одним или двумя стальными горшковыми баками на фазу имеют дугогасительные камеры поперечного масляного дутья и предназначаются для внутренней установки.
Для наружной установки горшковые масляные выключатели изготовляют на номинальные напряжения 35, 110 и 220 кВ.
Масляный выключатель ВМГ-133 (трехбаковый масляный горшковый) с одним горшковым баком на фазу на номинальное напряжение 10 кВ и номинальные токи 600 и 1000 а имеет номинальную мощность отключения 350 МВА и вес масла до 10 кг.
На рис. 91 показан общий вид выключателя ВМГ-133.
Металлические баки 1 выключателя находятся под напряжением, так как шины подведены к контактным зажимам 16. Поэтому каждый бак закреплен на двух опорных изоляторах 2, установленных на стальной раме 3, в верхней части которой в двух чугунных подшипниках расположен вал 6 с приваренными к нему двуплечими рычагами 8. Вал выведен консольно по обе стороны рамы для установки рычага 10, соединяемого посредством тяги с приводом.
Внутри каждого бака на днище установлен розеточный контакт (см. рис. 93), в который входит подвижный контакт 15.
Стержневые контакты подвешены при помощи фарфоровых тяг 9 к длинным плечам рычагов 8. К коротким плечам крайних рычагов 8 присоединены отключающие пружины 4, удерживающие выключатели в отключенном положении. Натяжение пружин можно регулировать при помощи натяжных болтов.
Ход короткого плеча среднего рычага 8 при включении ограничивается пружинным буфером 7, закрепленным в верхней части рамы, который, смягчая удар при включении, обеспечивает вместе с отключающими пружинами 4 необходимую скорость отключения в момент размыкания контактов. Удары при отключении смягчаются вследствие ограничения хода короткого плеча среднего рычага масляным буфером 5.
На проходных изоляторах 14 укреплены стальные скобы 13 с контактными зажимами 12 для присоединения шин. Зажим 12 соединен гибкой связью 11 с подвижным контактом 15.
Кинематическая схема выключателя (рис. 92) дает представление о работе его механизма. Внутреннее устройство выключателя ВМГ показано на рис. 93.
К цилиндру 1 приварен дополнительный резервуар 13, который сообщается с цилиндром через шариковый клапан 14. В крышке цилиндра посредством фланца 3 закреплен проходной изолятор 6 с бакелитовой трубкой 4 для контакта 5.
Металлический цилиндр внутри изолирован бакелитовыми цилиндрами 2 и 16, между которыми закреплена дугогасительная камера 18. Камера собрана в пакет из гетинаксовых и фибровых пластин, между которыми предусмотрены три поперечные щели, расположенные в разных плоскостях и имеющие выход в общий вертикальный канал, сообщающийся с верхней частью цилиндра. Через центральное сквозное отверстие камеры проходит подвижный контакт в нижнюю часть цилиндра, где он входит в неподвижный розеточный контакт 17. При включении подвижный контакт перекрывает поперечные щели камеры.
Внутри дополнительного резервуара 13 приварена небольшая стальная камера 12, сообщающаяся с цилиндром 1 через прямоугольное отверстие. При заполнении бака маслом в камере 12 остается свободное буферное пространство 11.
Масло в выключатель заливают через отверстие, закрытое пробкой 7, а спускают из него через отверстие, закрытое пробкой 15. Уровень масла в выключателе контролируется маслоуказателем 10. Болт 19 и выступ в верхней части цилиндра служат для крепления бака к опорным изоляторам.
На рис. 94, а контакты выключателя показаны во включенном положении.
При отключении выключателя стержень подвижного контакта 2 поднимается вверх и между ним и неподвижным розеточным контактом 6 возникает дуга. В подкамерной части при этом происходит бурное газообразование, возникает давление, которое закрывает клапан 5 и частично выдавливает масло в буферное пространство камеры 3, сжимая там воздух. При дальнейшем движении контакта 2 вверх поочередно открываются три горизонтальные щели камеры 4 и происходит дутье паров масла и газов поперек дуги и выбрасывание их в верхнюю часть цилиндра (рис. 94, б).
Давление из буферного пространства камеры 3 поддерживает дутье в момент прохода тока через нулевое значение, т. е. в то время, когда ослабевает давление в подкамерной части цилиндра 1.
Рис. 93. Разрез бака масляного выключателя ВМГ-133:
1 — стальной цилиндр; 2 и 16—бакелитовые цилиндры; 3 — фланец; 4 — бакелитовая трубка; 5 — контактный стержень (подвижный дугогасящий контакт); 6 — проходной изолятор; 7 и 15 — пробки; 8 — газоотводная щель; 9 — маслоотделитель; 10 — маслоуказатель; 11 — буферное пространство; 12 — стальная камера; 13 —дополнительный резервуар; 14 — шариковый клапан; 17 — розеточный контакт; 18 — дугогасительная камера; 19 — болт
Рис. 92. Кинематическая и электрическая схема масляного выключателя ВМГ-133:
1 — неподвижный розеточный контакт; 2 — подвижный контакт; 3 — гибкая связь; 4 — фарфоровая тяга; 5 — двуплечий рычаг; 6 — вал; 7 —пружинный буфер; 8 — масляный буфер; 9 —отключающая пружина
При отключении малых токов давление в подкамерной части может оказаться недостаточным для эффективного дутья в щелях камеры.
В таком случае дуга затягивается внутрь центрального отверстия камеры и при этом создается добавочное продольное дутье (рис. 94, в), обеспечивающее гашение дуги. Выброшенная в верхнюю часть цилиндра 1 смесь газов и масла поступает в лабиринтный маслоотделитель 9 (см. рис. 93) через отверстие в верхней части цилиндра. Здесь масло, оседая на стальных вертикальных перегородках, стекает в дополнительный резервуар 13, а газы выходят в атмосферу через газоотводные щели 8.
Рис. 94. Процесс гашения дуги в дугогасительной камере масляного выключателя ВМГ-133:
а — включено; б — отключение больших токов; в —отключение малых токов; 1 — цилиндр;
2 — подвижный контакт; 3 — стальная камера; 4 — дугогасительная камера; 5 — шариковый клапан; 6 — розеточный контакт
После отключения уровень масла в цилиндре будет несколько ниже, чем в дополнительном резервуаре 13, поэтому после снижения давления в цилиндре 1 клапан 14 открывается и часть масла из резервуара 13 свободно перетекает в цилиндр 1.
Масляные выключатели ВМП-10 (рис. 95) и ВМП-35 на номинальные напряжения 10 и 35 кВ относятся к той группе выключателей, что и ВМГ-133, но отличаются от выключателей ВМГ-133 значительно меньшими размерами и весом, полностью закрытой контактной системой с разъемной частью из тугоплавкой металлокерамики и некоторыми конструктивными деталями механизма. Благодаря этому выключатели ВМП-10 и ВМП-35 за последние годы получили широкое распространение.
Цилиндрические баки 4 выключателя ВМП-10 (так же как и ВМП-35) изготовлены из стеклоэпоксидной смолы и заармированы в металлические фланцы 3 с крышками 1. На верху баков установлены стальные корпуса 5 с механизмами подвижных стержневых контактов. Внутри баков на крышках фланцев размещены розеточные контакты, над которыми расположены дугогасительные камеры поперечного дутья, аналогичные камерам выключателя ВМГ-133.
Рис. 95. Масляный выключатель ВМП-10:
1 — крышка; 2 и 6 — зажимы; 3 — фланец; 4 — бак; 5 — корпус
Механизмы подвижных контактов связаны с валом выключателя посредством изолирующих тяг.
Для присоединения шин служат зажимы 2 и 6. Зажимы 2 соединены с неподвижными розеточными контактами, а зажимы 6 — с подвижными стержневыми контактами через роликовые токосъемные устройства (скользящий контакт). В верхней части корпуса 5 размещен маслоотделитель. Верхние торцы розеточных контактов и концы стержневых контактов имеют напайки из тугоплавкой металлокерамики, что обеспечивает дугоустойчивость контактов.
Шестибаковые масляные выключатели МГГ и МГ (масляный горшковый генераторный) с двумя горшковыми баками на фазу изготовляют на номинальные напряжения 10 и 20 кВ и большие номинальные токи и мощности отключения.
Рис. 96. Масляный выключатель МГГ-10:
1 — рама; 2 — междуполюсные изоляционные перегородки; 3 — цилиндр; 4 — штоки дугогасящих контактов; 5 — главные (рабочие) контакты; 6 — изоляционная штанга; 7 — масломерное стекло; 8~ изолятор; 9—природной механизм
Широкое применение на мощных присоединениях распределительных устройств напряжением 10 кВ получили выключатели МГГ-10 (рис. 96) на номинальные токи 2000— 4000 а при мощности отключения 500 и 750 МВА и весе масла 20—25 кг.
В выключателе МГГ-10 используют горшковые баки выключателя ВМГ-133 по два на каждую фазу. Их устанавливают на стержневые опорные изоляторы, закрепленные на стальной раме (стуле).
Более мощные выключатели этой серии МГГ-229, МГГ-529 и МГГ-20 в настоящее время заменены новой серией МГ-10 (рис. 97) и МГ-20 на номинальные напряжения 10 и 20 ке и номинальные токи 5000 и 6000 а при мощности отключения выключателей 1800 и 3000 МВА и весе масла 55 кг.
На рис. 98 показан схематический разрез выключателя МГГ по одной фазе. В этих выключателях в цепи каждой фазы имеется по две пары контактов — дугогасящие и рабочие, образующие в замкнутом положении два контура для прохождения тока.
Дугогасящие контакты розеточно-стержневого типа размыкаются в масле в дугогасительной камере. Стержни закреплены на силуминовой траверсе, которая при отключении движется кверху.
Рис. 97. Масляный выключатель МГ-10: 1 — отключающие пружины; 2 — пружина буфера; 3 — наконечник изоляционной штанги; 4 — главный вал выключателя; 5 — рама; 6 — опорный изолятор; 7 — изоляционная перегородка; 8— маслоуказатели 9 — крышка цилиндра; 10 — неподвижный рабочий контакт (нож); 11 —изоляционная штанга; 12 — контактный стержень (подвижный дугогасящий контакт); 13 — подвижный рабочий контакт; 14 — стяжной болт; 15 — гайка для крепления контакта; 16 — газоотводная труба; 17 — распорный болт; 18 —траверса; 19 — маслоотделительная труба; 20 — фарфоровые шарики маслоотделителя; 21 —уплотнение контактного стержня; 22— проходной изолятор; 23 — изолирующая стойка; 24 — дугогасительная камера; 25 — розеточный контакт; 26 — опорные конструкции
Рис. 98. Разрез и схема протекания тока по одной фазе масляного выключателя МГГ: а — включенное положение; б — процесс отключения; 1 — бак; 2 — контактный зажим (угольник); 3 — крышка; 4 — проходной изолятор; 5— траверса подвижных контактов; 6 — подвижные рабочие контакты; 7 — неподвижные рабочие контакты; 8 — подвижный дугогасящий контакт; 9 — изолирующая штанга контактной траверсы; 10 — дугогасительная камера; 11 — неподвижный дугогасящий контакт; 12 — опорный изолятор; 13 —трансформаторное масло
Траверса также несет подвижные рабочие контакты в виде пружинящих пальцевых ламелей, которые при включении образуют контакт с клинообразны» ми неподвижными ножами, расположенными на крышках баков.
При включенном положении выключателя оба контура тока включены параллельно и преобладающая часть тока проходит через рабочий контур, имеющий по сравнению с дугогасящим значительно меньшее сопротивление (рис. 98, а). Дугогасящий контур тока вступает в действие только при отключении и включении выключателя: при отключении (рис. 98, б) — после размыкания и при включении — до замыкания рабочего контура.
Рис. 99. Процесс гашения дуги в дугогасительной камере масляного выключателя МГГ: а — включено; б — процесс отключения; в — отключено
Конструкция выключателя предусматривает определенную последовательность работы контактов, при которой в процессе отключения сначала7 размыкаются рабочие контакты, затем дугогасящие, а в процессе включения сначала замыкаются дугогасящие контакты, затем рабочие. Таким образом, замыкание и размыкание цепи каждой фазы осуществляется одновременно в двух местах посредством дугогасящих контактов, разрыв которых происходит в масле дугогасительных камер внутри баков. На рис. 99 показан принцип работы дугогасительной камеры. Две латунные заслонки с пружинами закрывают выход из центрального отверстия в нижнюю часть камеры; при включении подвижный контактный стержень отжимает эти заслонки вниз.
При отключении между розеточным контактом и подвижным стержнем возникает дуга. По выходе стержня из нижней части камеры заслонки под действием пружин закрываются и дуга разбивается на две части: нижнюю, генерирующую, — между неподвижным контактом и заслонкой, и верхнюю, гасимую, — между заслонкой и стержнем.
Под действием генерирующей дуги давление в нижней части камеры возрастает до 30—34 ата, отчего при открывании поперечного канала создается интенсивный поток через верхнюю дугу, который быстро ее деионизирует и гасит.
Гашение дуги при отключении малых токов, так же как и в выключателе ВМГ, происходит в верхней части дугогасительной камеры. Вслед за подвижным стержнем дуга входит в верхнюю горловину гасительной камеры, сильно растягивается, охлаждается и гаснет.
Продукты разложения и пары масла попадают из верхней части цилиндра в имеющийся в каждом цилиндре маслоотделитель, который представляет собой достаточно широкую (150 мм) бакелитовую трубку, заполненную фарфоровыми шариками. Пары масла, попадая в маслоотделитель, конденсируются в нем, и масло стекает в бачок; газы же отходят через газоотводную трубку в сборный коллектор и выбрасываются наружу.
Масляные выключатели МГ-35 и МГФ-35. Малообъемные выключатели на напряжение 35 кВ изготовляют двух типов: МГ-35 — для наружной установки и МГФ-35 — для внутренней установки. Эти выключатели строятся на номинальный ток 600 а и номинальную мощность отключения 500 МВА. Вес масла на фазу 36 кг. На рис. 100, а приведен общий вид, а на рис. 100, б — разрез одной фазы выключателя МГ-35.
Основанием выключателя является стальная рама 2, выполненная в форме короба и опирающаяся на две стальные конструкции 3 из угловой стали. К верхнему основанию рамы внутри короба приварены стойки 15 приводного механизма, а к нижнему основанию рамы снаружи короба — цилиндрические коробки, в которых расположены трансформаторы тока 7.
Внутри короба на нижнем основании с помощью стальных фланцев закреплены гетинаксовые втулки 18, защищенные двумя ребристыми фарфоровыми покрышками: верхней 8 и нижней 16. Сквозь каждую втулку проходит подвижный токоведущий стержень 17, верхний конец которого посредством гибкой связи 20, закрытой колпаком 1, соединен с контактным зажимом для присоединения шин (на рис. 100 не видны).
К нижней фарфоровой покрышке 16 прикреплен стальной горшок 5 с контактным устройством и дугогасительной камерой. Горшок 5 и часть фарфоровой покрышки 16 заполнены маслом, уровень которого контролируют при помощи маслоуказатели 4. Снизу горшок имеет масловыпускную пробку. Выключатель снабжен электроподогревателями, помещенными внутри короба.
Токоведущий стержень 17 приводится в движение прикрепленными к его верхнему концу двумя гетинаксовыми тягами 19, расположенными по обеим сторонам втулки 18 и шарнирно связанными с ведущим рычагом 9 приводного механизма. При движении токоведущего стержня 17 вниз он соединяется с контактным устройством горшка 5. Держатель контактного устройства и дугогасительной камеры соединен с нижним контактным зажимом 6 для присоединения шин.
Приводной механизм каждой фазы представляет собой шатуннокривошипную систему, состоящую из следующих элементов: двух гетинаксовых тяг 19; вала 10, вращающегося в двух вертикальных стойках 15, двух ведущих рычагов 9, укрепленных на валу 10; двуплечего рычага 12, насаженного на вал 10 и имеющего на одном конце шарнирную связь с общей тягой 11 выключателя, а на другом конце — с отключающей пружиной 14.
Рис. 100. Масляный выключатель МГ-35:
а — общий вид; б — разрез одной фазы; 1 — колпак; 2 — рама; 3 — стальная конструкция; 4 —маслоуказатели 5 — горшок; 6 — контактный зажим; 7 — трансформатор тока; 8 и 16 — верхняя и нижняя фарфоровые покрышки; 9 — ведущий рычаг; 10 — вал; 11 — общая тяга; 12 — рычаг; 13— масляный буфер; 14 — отключающая пружина; 15 —стойка; 17 — токоведущий стержень; 18 — втулка; 19 — тяга; 20 — гибкая связь
Для смягчения ударов при отключениях выключателя приводной механизм каждой фазы имеет масляный буфер 13.
Передаточный механизм от привода к общей тяге 11 выключателя помещается в коробе на правом торце рамы 2 и представляет собой треугольный двуплечий рычаг на валу, который вращается в подшипниках, закрепленных на боковых стенках короба. Снаружи короба на одном конце вала установлен механический указатель положения выключателя. На стенках короба сделаны надписи, oпределяющие положение выключателя.
Дугогасительная камера выключателя МГ-35 продольного масляного дутья показана на рис. 101.
Рис. 101. Разрез дугогасительной камеры выключателя МГ-35:
1 — пружина; 2 — горизонтальная ось; 3 — поршень; 4 — центральное отверстие; 5 — подвижный стержень; 6 — гасимая дуга; 7 — трансформаторов масло; 8 и 9 — карманы; 10 — промежуточный контакт; 11 — генерирующая дуга; 12 — неподвижный контакт
Стальной корпус нижней части камеры укреплен на фланце фарфоровой покрышки и отделен от верхней части изоляционной перегородкой; нижняя часть камеры является газогенерирующей, верхняя дугогасительной, обе части камеры заполнены трансформаторным маслом 7.
В нижней части камеры на медной скобе установлен неподвижный контакт (полуцилиндр) 12. Промежуточный контакт 10 закреплен шарнирно на горизонтальной оси 2 и отжимается спиральной пружиной 1 кверху. Горизонтальная ось вращения промежуточного контакта при помощи тяги, соединенной с поршнем 3, может менять свое положение и ход промежуточного контакта. В зависимости от давления в нижней части камеры поршень поднимается или опускается, чем регулируются длина генерирующей дуги и степень открытия отверстия 4.
Во включенном положении выключателя подвижный стержень 5 проходит через центральное отверстие камеры, нажимает на промежуточный контакт и, сжимая пружину, замыкает его с неподвижным контактом.
Рис. 102. Масляный выключатель МГ-110: 1 — полюсы; 2 — рама; 3 — общий привод
При отключении выключателя размыкаются неподвижный и промежуточный контакты, между ними возникает генерирующая дуга 11 и в нижней чисти камеры нарастает давление. Как только промежуточный контакт остановится, между ним и подвижным контактом возникает вторая дуга 6.
Подвижный контакт при дальнейшем движении вверх открывает карманы 9 и 8, где создается радиально-встречное дутье, и, наконец, при выходе контакта из горловины — продольное дутье.
Как и в ранее рассмотренных камерах, при отключении больших токов дуга гаснет благодаря сильному дутью, создаваемому генерирующей дугой. При малых токах и слабой генерирующей дуге гасимая дуга сильно удлиняется и, попадая в верхнюю часть камеры, подвергается дополнительному продольному обдуванию, где и гаснет.
Масляный выключатель МГ-110 на номинальное напряжение 110 кВ и номинальный ток 600 а имеет номинальную мощность отключения 2500 МВА и вес масла 600 кг.
Выключатель МГ-110 (рис. 102) состоит из трех отдельных полюсов, собранных на общей раме. Он имеет либо общий привод на весь выключатель, либо самостоятельные приводы на каждый полюс для пофазного управления.
Полюс выключателя (рис. 103) состоит из полого фарфорового опорного изолятора 2, внутри которого проходит изолирующая штанга 3, корпуса 4 с механизмом движения контактов и двух одинаковых дугогасительных устройств, укрепленных в фарфоровых покрышках 7 на корпусе 4 и расположенных один относительно другого под углом 60°. Внутри рамы 1 размещены: междуфазные тяги, связанные с приводом; рычаги, передающие движение изолирующим штангам всех трех фаз; электроподогреватели.
Рис. 103. Полюс масляного выключателя МГ-110 со схемой дугогасительной камеры:
1 — рама; 2 — опорный изолятор; 3 — изолирующая штанга; 4 — корпус; 5 — стержень; 6 — фланец; 7 — фарфоровая покрышка; 8 — промежуточный контакт; 9 — неподвижный контакт; 10 — кожух; 11 — клапан- отдушина; 12 — аварийный клапан; 13 — газоотвод; 14 — дугогасительная щель; 15 — дугогасительная камера; 16 — цилиндр; 17 — маслоуказатель; 18 — гибкая связь; 19 — гасимая дуга; 20 — генерирующая дуга
Каждое дугогасительное устройство полюса состоит из бакелитового цилиндра 16, закрытого снаружи фарфоровой покрышкой 7. Покрышка залита трансформаторным маслом, уровень которого контролируют при помощи маслоуказатели 17, помещенного на корпусе 4. Внутри цилиндра 16 находится стержень 5 подвижного контакта, приводимый в действие механизмом, расположенным в корпусе 4. Контактные стержни обоих дугогасительных устройств внутри корпуса 4 соединены между собой гибкой связью 18. При движении контактный стержень входит в отверстие фланца 6, закрывающего нижний торец бакелитового цилиндра, в верхней части которого закреплена дугогасительная камера.
При включении привод выключателя через междуфазные тяги и изолирующие штанги замыкает контакты выключателя и одновременно заводит отключающие пружины, расположенные на междуфазных тягах. При этом контактный стержень 5 упирается в промежуточный контакт 8 и, продолжая движение, прижимает промежуточный контакт к неподвижному контакту 9.
В начале процесса отключения под действием пружины промежуточный контакт движется вместе со стержнем подвижного контакта, образуя гасимую дугу 19 в первом разрыве в непосредственной близости от дугогасительных щелей 14 камеры 15. При дальнейшем движении промежуточный контакт останавливается и подвижный контакт, оторвавшись от него, образует генерирующую дугу 20 во втором разрыве. Дуга 20 разлагает масло и создает давление в подкамерной части бакелитового цилиндра, откуда масло гонится на дугу 19 к щелям 14 камеры. Для предупреждения чрезмерно высоких давлений при отключении больших токов служит клапан-отдушина 11, который открывается при давлении в 10 ата и больше.
Газы при отключении отводятся через газоотвод 13 и аварийный клапан 12, расположенный на кожухе 10. В верхней части кожуха помещены контактные зажимы для присоединения шин.
Масляные выключатели: описание
Масляные выключатели появились чуть больше века назад и на протяжении долгих лет оставались в цепях высокого напряжения единственным выключающим аппаратом. Самые первые выключатели представляли собою бак, который имел прямоугольную, овальную или круглую форму. В крышке бака проходили изоляторы, на нижних концах которых были закреплены неподвижные контакты.
Два однополюсных неподвижных контакта перемыкал один подвижный контакт и соединялся посредством изоляционной тяги с приводным механизмом. В бак наливалось трансформаторное масло, и контактная система оказывалась полностью в нем погруженной. Между крышкой бака и поверхностью масла была воздушная прослойка при атмосферном давлении (воздушная подушка).
Если масляный выключатель отключался, то его подвижный контакт отходил от неподвижных контактов, то возникало две дуги включенные последовательно. Дуга создает высокую температуру, и окружающее масло испаряется, в результате получается газовый пузырь вокруг дуги. Весь этот процесс происходит очень быстро и бурно, давление в пузыре тоже быстро растет, достигая большого значения, из-за того что масса масла обладает большой инерцией.
По ходу движения подвижного контакта, размеры газового пузыря и длина дуг увеличивается. При определенной длине дуги в момент перехода тока через нуль дуга гаснет. Водород, значительное количество которого есть в газовом пузыре, влияет на дугогасящую способность трансформаторного масла. Способ такого гашения дуги в масле называется простым разрывом под маслом. Масло в рассмотренном масляном выключателе служит, и дугогасящей средой, и изоляцией между контактами одного полюса, которые разомкнуты (и если все полюса в одном баке, то и контактами соседних полюсов).
Бак масляного выключателя устанавливают на изолятор, чтобы заземлить его или изолировать от земли. Масло тоже является изоляцией между частями, заземленными и находящимися под напряжением, если бак масляного выключателя заземлен. Выключатели такого типа получили название многообъемных масляных выключателей или баковых (масляные выключатели с большим объемом масла). В изолированном баке масляного выключателя, масло является дугогасящей средой, либо одновременно изоляцией между разомкнутыми контактами и дугогасящей средой. Такие выключатели называют масляными выключателями с небольшим объемом масла (малообъемные или маломасляные).
Масло в масляном выключателе выполняет важную роль, являясь основным классификационным признаком. Баковые выключатели бывают однобаковые и трехбаковые. Малообъемные масляные выключатели одноразрывными и многоразрывными. При номинальном напряжении масляные выключатели работают в энергосистемах удовлетворительно, но с повышением напряжения до 110 кВ, и также с увеличение токов отключения, масляный выключатель показывает ненадежную работу. Для улучшения работы масляных выключателей, было решено применить многократные разрывы, чтобы образовалось большее количество дуг, данный способ не дал существенного эффекта, и поэтому было решено использовать специальные дугогасительные устройства, или гасительные камеры.
Такая камера представляет собой корпус из металла или пластмассы, которая имеет высокую механическую прочность. В верхней части корпуса закреплен неподвижный контакт, а в нижней отверстие для подвижного контакта. Когда контакты размыкаются, между ними образуется газовый пузырь и возникает дуга. Так как объем у гасительной камеры небольшой, поэтому давление в газовом пузыре больше, чем при простом разрыве в масле. Когда подвижный контакт выходит из дугогасительного устройства, за ним вырывается поток паров и газов, этот момент и будет самым благоприятным для гашения дуги. Однако прохождения тока через ноль может не совпасть с этим моментом, и тогда уменьшается эффективность гашения дуги.
В следующем типе дугогасительного устройства с продольным дутьем, в корпусе делится на две части разделительной перегородкой. В центре находится промежуточный контакт, он может передвигаться на небольшое расстояние. В этом случае при включенном положении подвижный и неподвижный контакты соприкасаются с промежуточным. При отключении начинают двигаться подвижный и промежуточный контакты.
В образовавшемся промежутке между промежуточным и неподвижным контактом образуется дуга, которая называется генерирующей. После прохождения небольшого расстояния промежуточным контактом, между ним и подвижным образуется вторая дуга, которая называется гасимой. Под давлением от генерирующей дуги масло выходит в бак масляного выключателя, где оно находится под атмосферным давлением. В таком случае гашение дуги происходит при прохождении тока через ноль, потому что газомасляная смесь более эффективно воздействует внутри дугогасительного устройства.
ДУ с масляным дутьем существенно повысили надежность работы масляного выключателя, сделав токи отключения и номинальные напряжения больше. Хотя при больших токах отключения давление в ДУ значительное, поэтому и происходит успешное гашение дуги, но при малых токах отключения эффективность гашения дуги снижается. Для того чтобы выровнять давление при различных токах отключения были предложены улучшения.
Создание в ДУ воздушной подушки в верхней части корпуса, в виде закрытого пространства. Введение подушки из пружинно-поршневого механизма.
Изменение длины генерирующей дуги, с помощью пружинно-поршневого механизма, который реагирует на давление в ДУ. Создание более интенсивного масляного дутья, независящего от тока.
Эволюция технических параметров бакового масляного выключателя на 220 кВ
Масляные выключатели совершенствовались не только по пути улучшения работы ДУ, также производились улучшения элементов выключателя и изоляционных конструкций.
Вследствие своей простоты масляные выключатели получили широкое распространение, но у них есть недостаток – это наличие масла, которое является горючим материалом, поэтому нужно следить за уровнем масла и за электрическими характеристиками. Современные малообъемные масляные выключатели практически пожаробезопасны.