Справочник по высоковольтным выключателям

Высоковольтные выключатели

Содержание материала

По Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения / Н. М. Адоньев, В. В. Афанасьев, И. М. Бортник и др.; Под ред. В. В. Афанасьева. — Энергоагомиздат. 1987.

Краткая история развития высоковольтных масляных выключателей (MB).

Масляные выключатели появились в конце прошлого века и долгие годы являлись единственным видом выключающего аппарата в цепях высокого напряжения. Первые масляные выключатели представляли собой бак (резервуар) круглой, овальной или прямоугольной формы. Сквозь крышку этого бака проходили изоляторы, на нижних концах которых закреплялись неподвижные контакты. Подвижный контакт, перемыкающий два неподвижных контакта одного полюса, соединялся с приводным механизмом посредством изоляционной тяги. Бак заполнялся трансформаторным маслом до определенного уровня, но так, что контактная система оказывалась полностью погруженной в масло. Между поверхностью масла и крышкой бака находился воздух при атмосферном давлении (воздушная подушка).
При отключении масляного выключателя его подвижный контакт отходит от неподвижных контактов и между ними возникают две дуги, включенные последовательно (рис. 1, а). Под действием высокой температуры дуги окружающее ее масло испаряется и разлагается, образуя вокруг дуги газовый пузырь. Процесс газообразования протекает чрезвычайно быстро и бурно, а так как масса масла обладает достаточно большой инерцией, то давление в газовом пузыре очень быстро повышается и достигает достаточно большого значения.

Рис. 1. Схемы дугогасительных устройств масляных выключателей

По мере движения подвижного контакта длина дуг и размеры газового пузыря увеличиваются. При некоторой длине дуги в один из моментов перехода тока через нуль дуга гаснет. Значительное количество водорода в газовом пузыре, по существу, и определяет высокую дугогасящую способность трансформаторного масла. Рассмотренный способ гашения дуги в масле получил название простого разрыва под маслом. В рассмотренном масляном выключателе масло служит не только дугогасящей средой, но и изоляцией между разомкнутыми контактами одного полюса (и контактами соседних полюсов, если все полюсы находятся в одном баке). Бак масляного выключателя может быть заземлен или изолирован от земли, например установкой его на изолятор. Если бак масляного выключателя заземлен, то масло также является изоляцией между частями, находящимися под напряжением и заземленными. Такие выключатели получили название баковых или многообъемных масляных выключателей (масляные выключатели с большим объемом масла).
Если бак масляного выключателя изолирован, то масло может являться либо только дугогасящей средой, либо одновременно дугогасящей средой и изоляцией между разомкнутыми контактами одного полюса. Такие выключатели получили название масляные выключатели с малым объемом масла (малообъемные или маломасляные).
Роль масла в масляном выключателе является их основным классификационным признаком.
Баковые масляные выключатели подразделяются на однобаковые (когда токоведущие части трех полюсов находятся в одном общем баке) и трехбаковые (когда токоведущие части каждого полюса находятся в отдельном баке).
Малообъемные масляные выключатели подразделяются на одноразрывные (с одним местом разрыва тока на полюс) и многоразрывные (с несколькими местами разрыва тока на полюс).
При номинальных напряжениях 3—10 кВ и токах отключения 10—25 к A масляные выключатели с простым разрывом под маслом работали в энергосистемах удовлетворительно. Однако с повышением номинального напряжения до 20—35 кВ, а затем и до 110 кВ, а также с увеличением токов отключения работа масляного выключателя с простым разрывом под маслом становилась ненадежной. Одной из попыток улучшить работу таких масляных выключателей явилось применение многократного разрыва, т. е. одновременного размыкания от 4 до 12 контактов, соединенных последовательно, и образования такого же числа дуг. Однако это мероприятие не дало существенного эффекта и от него пришлось отказаться. Для улучшения работы масляных выключателей были предложены специальные дугогасительные устройства (ДУ), или, как они назывались вначале, гасительные камеры.
Простая гасительная камера (рис. 1, б) представляет собой корпус из металла (с изолированными стенками) или из специальной пластмассы, имеющей достаточно большую механическую прочность. В верхнем дне этого корпуса закрепляется неподвижный контакт, а в нижнем имеется отверстие для подвижного контакта цилиндрической формы. Причем кольцевой зазор между подвижным контактом и стенками отверстия в дне незначителен.
При размыкании неподвижного и подвижного контактов между ними возникает дуга и образуется газовый пузырь. Вследствие небольшого объема ДУ давление в газовом пузыре существенно больше, чем при простом разрыве под маслом. При выходе подвижного контакта из отверстия в донышке вслед за ним из ДУ вырывается поток газа и паров масла, находящихся под большим давлением (газомасляное дутье). Этот момент наиболее благоприятен для гашения дуги. Однако он может и не совпадать с моментом прохождения тока через нуль, и тогда эффективность гашения дуги существенно уменьшается. При отключении малых токов давление в ДУ незначительно повышается и гашение дуги, по существу, происходит так же, как и при простом разрыве под маслом
ДУ с принудительным масляным дутьем еще до выхода подвижного контакта из ДУ явились дальнейшим усовершенствованием простой гасительной камеры.
В ДУ с продольным масляным дутьем (рис. 1, е) корпус разделен изоляционной перегородкой с отверстиями на две части. В центре перегородки расположен промежуточный контакт, который может передвигаться на небольшое расстояние. В верхней части корпуса закреплен неподвижный контакт, а в нижней имеется отверстие для трубчатого подвижного контакта. При включенном положении масляного выключателя неподвижный контакт соприкасается с верхним торцом промежуточного контакта, а нижний торец последнего — с подвижным контактом. При отключении начинается одновременное перемещение подвижного и промежуточного контактов, образуется промежуток между промежуточным и неподвижным контактами и между ними возникает дуга, называемая генерирующей. Она создает давление внутри корпуса. Промежуточный контакт проходит расстояние 15—20 мм и останавливается. Тогда между ним и подвижным контактом, продолжающим свое движение, возникает вторая дуга, называемая гасимой. Под действием давления, созданного генерирующей дугой, масло устремляется к гасимой дуге, входит в тесное соприкосновение с ней и через полость трубчатого подвижного контакта выходит в бак масляного выключателя, в котором масло находится под атмосферным давлением. Таким образом, эффективное воздействие газомасляной смеси на дугу происходит внутри ДУ еще до выхода из него подвижного контакта, что способствует быстрому гашению дуги при переходе тока через нуль.
В ДУ с поперечным масляным дутьем (рис. 1, г) к корпусу присоединен набор изоляционных пластин с центральными отверстиями. Часть пластин (через одну) имеет со прорези (щели), ведущей наружу. При размыкании неподвижного и подвижного контакта между ними возникает дуга, создающая повышенное давление в ДУ. Однако выход масла из ДУ через прорези в пластинах закрыт подвижным контактом. После прохода подвижным контактом первой щели открывается выход маслу из ДУ. Поперечная струя масла входит в тесное соприкосновение с дугой, способствуя ее гашению. Если после открытия подвижным контактом первой щели не произошло гашения дуги, то вскоре открывается вторая щель и на дугу воздействуют уже две струи масла и т. д.
ДУ с масляным дутьем позволили существенно повысить надежность работы масляного выключателя, увеличить их токи отключения и номинальные напряжения. Однако эффективность работы ДУ с масляным дутьем сильно зависит от тока отключения. При больших токах отключения давление в ДУ значительное и гашение дуги происходит успешно. При малых токах давление в ДУ небольшое и эффективность гашения дуги понижается. Кроме того, давление изменяется и за полупериод тока: оно больше при максимуме тока и меньше при переходе тока через нуль. А для успешного гашения дуги именно при переходе тока через нуль необходимо возможно более эффективное воздействие масла на дугу.
Для некоторого выравнивания давления при отключении различных токов, а также при изменении тока за полупериод были предложены следующие усовершенствования:

Введение в ДУ воздушной подушки.

Для этого в верхней части корпуса ДУ предусматривается закрытое пространство; в нем при заполнении масляного выключателя маслом остается некоторый объем воздуха, который, сжимаясь, уменьшает давление в ДУ при максимальном токе отключения, а разжимаясь, повышает давление при уменьшении тока.
Введение воздушной подушки, образуемой пружинно-поршневым механизмом. При повышении давления в ДУ сверх установленного поршень, сжимая пружину, поднимается, увеличивая объем ДУ и тем самым уменьшая давление в нем. При уменьшении тока давление начинает уменьшаться, но поршень, опускаясь, поддерживает давление на требуемом уровне

Изменение длины генерирующей дуги.

Для этого неподвижный контакт рычажной системой соединяется с пружинно-поршневым механизмом, реагирующим на давление в ДУ. При повышении давления в ДУ сверх установленного поршень, поднимаясь, перемещает неподвижный контакт, приближая его к промежуточному, так что расстояние между этими контактами и длина дуги уменьшаются. При уменьшении давления поршневой механизм разводит контакты, увеличивая длину дуги. В результате давление в ДУ поддерживается на требуемом уровне.
Создание интенсивного масляного дутья, независимого от тока. Такое дутье поперек дуги создается мощным пружинно- поршневым механизмом при размыкании контактов. Такие выключатели получили название импульсных масляных выключателей. Однако из-за сложности конструкции как самого масляного выключателя, так и привода к нему импульсные масляные выключатели не получили распространения.

Рис. 2. Эволюция технических параметров бакового масляного выключателя на 220 кВ
1 — масса трехполюсного выключателя с приводом без масла, кг; 2 — масса масла в трехполюсном выключателе, кг; 3 — удельный расход материалов, кг/(МВ-А); 4 — удельный расход масла, кг/(МВ-А).

5. Применение камер встречно-поперечного дутья (рис. 1, д).
Совершенствование масляных выключателей шло не только по пути улучшения работы ДУ, хотя это являлось главным, но и по пути улучшения изоляционных конструкций и других элементов выключателя (рис. 2).
Недостаток масляных выключателей — наличие в них масла, являющегося горючим материалом, г. е. необходимость постоянно наблюдать за уровнем масла и за его электрическими характеристиками. Последнее особенно тщательно и регулярно должно проводиться в баковых масляных выключателей. Кроме того, в баковых масляных выключателях при затянувшемся либо неудачном отключении или же пробое изоляции чрезвычайно быстро образуется большое количество газов, в результате чего может произойти взрыв масляного выключателя. Последствия такого взрыва могут оказаться очень тяжелыми, так как масло, находящееся в масляном выключателе, в зависимости от номинального напряжения имеет массу от нескольких десятков до десятков тысяч килограммов (рис. 2, кривая 2). Однако в современных конструкциях баковых масляных выключателях вероятность взрыва весьма незначительна. Малообъемные масляные выключатели практически взрыво- и пожаробезопасны.
Вследствие простоты конструкции и эксплуатации масляные выключатели получили широкое распространение в энергетике. В настоящее время они изготавливаются на напряжения от 10 до 220 кВ, номинальные токи от 200 до 11 200 А и токи отключения 90 кА.
В ДУ масляных выключателей любого исполнения под действием высокой температуры дуги происходит испарение масла и диссоциация паров его. Вокруг дуги образуется газовый пузырь, заполненный наполовину парами масла и наполовину продуктами его разложения. Последние содержат примерно 70 % водорода (причем в области дуги и ее ореола содержится атомарный водород), около 17 % ацетилена, 9 % метана и другие газообразные углеводороды. В очень малых количествах выделяется свободный углерод, который может осаждаться на поверхности детали из изоляционных материалов (в основном горизонтально расположенных). Водород обладает наибольшей теплопроводностью и наименьшей вязкостью из всех газов. Эти свойства водорода определяют собой его высокую охлаждающую способность и в значительной мере объясняют хорошую дугогасящую способность масла. Кроме того, нагреваемые дугой газы и пары масла стремятся расшириться, чему препятствует инерция окружающего газовый пузырь масла и стенки бака или ДУ. Поэтому давление в газовом пузыре даже при простом размыкании контактов в масле повышается, достигая 0,5—I МПа и более. Повышенное давление ведет к увеличению электрической прочности остаточного ствола дуги. В ДУ давление намного выше.
В баковых масляных выключателях горячие газы, выходящие из камеры, попадают в масло, в котором пары конденсируются, а газы охлаждаются при прохождении сквозь слой масла над ДУ. В воздушное пространство между поверхностью масла и крышкой бака попадают уже охлажденные газы. При недостаточной высоте слоя масла над ДУ газы (водород, метан и др.) не успевают охладиться. Поступление же горячих газов в воздушное пространство может привести к взрыву масляного выключателя. Недопустим выхлоп горячих газов и в атмосферу. Поэтому масломасляные выключатели снабжаются маслоотделителями, в которых конденсируются пары масла и охлаждаются продукты его разложения.

Высоковольтный выключатель

Высоковольтный выключатель — коммутационный аппарат, предназначенный для оперативных включений и отключений отдельных цепей или электрооборудования в энергосистеме в нормальных или аварийных режимах при ручном, дистанционном или автоматическом управлении.

Высоковольтный выключатель состоит из: контактной системы с дугогасительным устройством, токоведущих частей, корпуса, изоляционной конструкции и приводного механизма (например, электромагнитный привод, ручной привод).

Содержание

• 1 Параметры
• 2 Свойства
• 3 Классификация высоковольтных выключателей
• 4 Общее устройство и принцип действия воздушных выключателей
• 5 Общее устройство и принцип действия элегазовых выключателей
• 6 Требования к выключателям
• 7 См. также
• 8 Литература
• 9 Ссылки

Параметры [ править | править код ]

В соответствии с ГОСТ Р 52565-2006 выключатели характеризуются следующими параметрами:

• номинальное напряжение Uном (напряжение сети, в которой работает выключатель);
• номинальный ток Iном (ток через включённый выключатель, при котором он может работать длительное время);
• номинальный ток отключения Iо.ном — наибольший ток короткого замыкания (действующее значение), который выключатель способен отключить при напряжении, равном наибольшему рабочему напряжению при заданных условиях восстанавливающегося напряжения и заданном цикле операций;
• допустимое относительное содержание апериодического тока в токе отключения;
• если выключатели предназначены для автоматического повторного включения (АПВ), то должны быть обеспечены циклы:

где О — операция отключения, ВО — операция включения и немедленного отключения, 180 — промежуток времени в секундах, tбп — гарантируемая для выключателей минимальная бестоковая пауза при АПВ (время от погасания дуги до появления тока при последующем включении). Для выключателей с АПВ должно быть в пределах 0,3…1,2 с, для выключателей с БАПВ (быстродействующей) — 0,3 с.

• устойчивость при сквозных токах КЗ, которая характеризуется токами термической стойкости Iт и предельным сквозным током
• номинальный ток включения — ток КЗ, который выключатель с соответствующим приводом способен включить без приваривания контактов и других повреждений при Uном и заданном цикле.
• собственное время отключения — промежуток времени от момента подачи команды на отключение до момента начала расхождения дуго-гасительных контактов.
• параметры восстанавливающегося напряжения при номинальном токе отключения — скорость восстанавливающегося напряжения, нормированная кривая, коэффициент превышения амплитуды и восстанавливающегося напряжения.

Свойства [ править | править код ]

Выключатели среднего и высокого напряжения (номинальное напряжение 6 — 220 киловольт) и большим током отключения (до 50 килоампер) используются на электрических станциях и подстанциях. Эти выключатели представляют собой довольно сложную конструкцию, управляемую электромагнитными, пружинными, пневматическими или гидравлическими приводами. В зависимости от среды, в которой производят гашение дуги, различают воздушные выключатели, в которых дуга гасится сжатым воздухом, масляные выключатели, в которых контакты помещаются в ёмкость с маслом, а дуга гасится парами масла, электромагнитные выключатели (как правило до 10 кВ), с так называемым магнитным дутьём и дугогасительными камерами с узкими щелями или решётками, элегазовые выключатели, в которых используется электропрочный газ SF₆ — «элегаз», и вакуумные выключатели, в которых дугогашение происходит в вакууме — в так называемой вакуумной дугогасительной камере (ВДК). Защитная среда одновременно с дугогашением обеспечивает и диэлектрическую прочность промежутка между контактами в отключенном положении, от чего зависит и величина хода контактов.

Классификация высоковольтных выключателей [ править | править код ]

Общее устройство и принцип действия воздушных выключателей [ править | править код ]

В воздушных выключателях (ВВ) энергия сжатого воздуха используется и как движущая сила, перемещающая контакты, и как дугогасящая среда. Принцип действия дугогасительного устройства (ВВ) заключается в том, что дуга, образующаяся между контактами, подвергается интенсивному охлаждению потоком сжатого воздуха, вытекающего в атмосферу. При прохождении тока через ноль температура дуги падает и сопротивление промежутка увеличивается. Одновременно происходит механическое разрушение дугового столба и вынос заряженных частиц из промежутка.

ВВ конструктивно подразделяются на:

• Выключатель с открытым отделителем
• Выключатель с газонаполненным отделителем
• Выключатель с камерами в баке со сжатым воздухом

Общее устройство и принцип действия элегазовых выключателей [ править | править код ]

Изолирующей и гасящей средой выключателей служит гексафторид серы SF6 (элегаз). Выключатели представляют собой трехполюсный аппарат, полюсы которого имеют одну (общую) раму и управляются одним приводом, либо каждый из трех полюсов выключателей имеет собственную раму и управляется своим приводом (выключатель с пополюсным управлением).

Принцип работы аппаратов основан на гашении электрической дуги (возникающей между расходящимися контактами при отключении тока) потоком элегаза.

Источников возникновения потока газа — два:

• повышение давления в одной из заполненных газом полостей дугогасительного устройства, обусловленное уменьшением её замкнутого объема, возможность истечения газа из которой в зону расхождения дугогасительных контактов появляется непосредственно перед их размыканием;
• повышение давления газа в этой же полости вследствие его расширения под действием тепловой энергии самой электрической дуги.

Первый источник превалирует при отключении малых токов, а второй — больших.

Полюс выключателя

Колонковое исполнение. Полюс представляет собой вертикальную колонну, состоящую из двух (и более) изоляторов, в верхнем из которых размещено дугогасительное устройство (ДУ), а нижний служит опорой ДУ и обеспечивает ему требуемое изоляционное расстояние от заземленной рамы. Внутри опорного изолятора размещена изоляционная штанга, соединяющая подвижный контакт ДУ с приводной системой аппарата.

Баковое исполнение. Полюс представляет собой металлический цилиндрический бак, на котором установлены два изолятора, образующие высоковольтные вводы выключателя. ДУ в таком выключателе размещено в заземленном металлическом корпусе.

Комбинированное исполнение. Полюс представляет собой металлический корпус в виде сферы, на котором установлены фарфоровые изоляторы, образующие высоковольтные вводы выключателя, в одном из которых размещено дугогасительное устройство, а в другом — встроенные трансформаторы тока.

В верхней части изолятора обычно устанавливается фильтр — поглотитель влаги и продуктов разложения элегаза под действием электрической дуги. Фильтрующим элементом в нем служит активированный адсорбент — синтетический цеолит NAX.

Также на всех современных выключателях установлен предохранительный клапан — устройство с тонкостенной мембраной, разрывающейся при давлении возникающем при внутреннем коротком замыкании, но не достигающем значения, при котором испытываются собственно изоляторы.

Дугогасительное устройство

Дугогасительное устройство предназначено обеспечивать быстрое гашение электрической дуги, образующейся между контактами выключателя при их размыкании. Разработка рациональной и надежной конструкции дугогасительного устройства представляет значительные трудности, так как процессы, происходящие при гашении электрической дуги, чрезвычайно сложны, недостаточно изучены и обусловливаются многими факторами, предусмотреть которые заранее не всегда представляется возможным. Поэтому окончательная разработка дугогасительного устройства может считаться завершенной лишь после его экспериментальной проверки.

Современные выключатели оснащены дугогасительным устройством автокомпрессионного типа, которые демонстрируют свои расчетные преимущества при отключении больших токов.

ДУ содержит неподвижную и подвижную контактные системы, в каждой из которых имеются главные контакты и снабженные элементами из дугостойкого материала дугогасительные контакты. Главный контакт неподвижной системы и дугогасительный подвижной — розеточного типа, а главный контакт подвижной системы и дугогасительный неподвижной — штыревые.

Подвижная система содержит, кроме главного и дугогасительного контактов, связанную с токовым выводом ДУ неподвижную токоведущую гильзу; поршневое устройство, создающее при отключении повышенное давление в подпоршневой полости, и два фторопластовых сопла (большое и малое), которые направляют потоки газа из зоны повышенного давления в зону расхождения дугогасительных контактов. Большое сопло, кроме того, препятствует радиальному смещению контактов подвижной системы относительно контактов неподвижной, поскольку никогда не выходит из направляющей втулки главного неподвижного контакта.

Главный контакт подвижной системы представляет собой ступенчатую медную гильзу, узкая часть которой адаптирована ко входу в розеточный главный контакт неподвижной системы, а широкая часть имеет два ручья, в которых размещены токосъемные (замкнутые проволочные) спирали, постоянно находящиеся в контакте с охватывающей их неподвижной токоведущей гильзой.

Газовая система

Газовая система аппаратов включает в себя:

• клапаны автономной герметизации (КАГ) и заправки колонн;
• коллектор, обеспечивающий во время работы аппарата связь газовых полостей колонн между собой и с сигнализатором изменения плотности элегаза;
• сам сигнализатор, представляющий собой стрелочный электроконтактный манометр с устройством температурной компенсации, приводящим показания к величине давления при температуре 20ºС;
• соединительные трубки с ниппелями и уплотнениями.

Сигнализатор изменения плотности элегаза (датчик плотности) имеет три пары контактов, одна из которых, замыкающаяся при значительном снижении плотности элегаза из-за его утечки, предназначена для подачи сигнала (например, светового) о необходимости дозаправки колонн, а две других, размыкающихся при недопустимом падении плотности элегаза, предназначены для блокирования управления выключателем или для автоматического отключения аппарата с одновременной блокировкой включения (что определяется проектом подстанции).

Приводы выключателей обеспечивают управление выключателем — включение, удержание во включенном положении и отключение. Вал привода соединяют с валом выключателя системой рычагов и тяг. Привод выключателя должен обеспечивать необходимую надежность и быстроту работы, а при электрическом управлении — наименьшее потребление электроэнергии.

В элегазовых выключателях применяют два типа приводов:

• аккумулятором энергии является комплект винтовых цилиндрических пружин
• управляющим органом является кинематическая система рычагов, кулачков и валов.

• аккумулятором энергии является комплект тарельчатых пружин
• управляющим органом является гидросистема.

Требования к выключателям [ править | править код ]

Выключатель является самым ответственным аппаратом в высоковольтной системе, при авариях он всегда должен обеспечивать четкую работу. При отказе выключателя авария развивается, что ведет к тяжелым разрушениям и большим материальным потерям, связанным с не доступом электроэнергии, прекращением работы крупных предприятий.

В связи с этим основным требованием к выключателям является особо высокая надежность их работы во всех возможных эксплуатационных режимах. Отключение выключателем любых нагрузок не должно сопровождаться перенапряжениями, опасными для изоляции элементов установки. В связи с тем, что режим короткого замыкания для системы является наиболее тяжелым, выключатель должен обеспечивать отключение цепи за минимально возможное время.

Общие требования к конструкциям и характеристикам выключателей устанавливается стандартами:

• ГОСТ Р 52565-2006 «Выключатели переменного тока на напряжение от 3 до 750 кВ. Общие технические условия.»
• ГОСТ 12450-82 «Выключатели переменного тока высокого напряжения. Отключение ненагруженных линий».
• ГОСТ 8024-84 «Допустимые температуры нагрева токоведущих элементов, контактных соединений и контактов аппаратов и электротехнических устройств переменного тока на напряжение свыше 1000 В.»
• ГОСТ 1516.3-96 «Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции».

Вывод выключателя для ревизии и ремонта связан с большими трудностями, так как приходится либо переходить на другую схему распредустройства, либо просто отключать потребителей. В связи с этим выключатель должен допускать возможно большее число отключений коротких замыканий без ревизии и ремонта. Современные выключатели могут отключать без ревизии до 15 коротких замыканий при полной мощности отключения.

5.4.1. Выключатели

Коммутационные аппараты предназначены для присоединения отдельных элементов электрической части электростанций и ПС, а также для присоединения к ним линий электропередачи.

В электрических сетях 35 кВ и выше основным коммутационным аппаратом является выключатель.

Выключатели служат для включения и отключения токов, протекающих в нормальных и аварийных режимах работы электрической сети. Наиболее тяжелые условия работы выключателя возникают при отключении токов КЗ.

Основные типы выключателей, используемые для коммутации электрических цепей, описаны ниже.

Масляные выключатели. В этих аппаратах дугогасительное устройство заполнено трансформаторным маслом. Гашение электрической дуги осуществляется путем эффективного ее охлаждения потоками газа, возникающего при разложении масла дугой. Наиболее широкое распространение получили маломасляные выключатели на напряжения 10–20 кВ и 110–220 кВ.

Электромагнитные выключатели. На электрическую дугу, возникающую в процессе отключения, действует магнитное поле, которое загоняет дугу в керамическую гасительную камеру. Охлаждение дуги в камере создает условия для ее гашения. Электромагнитные выключатели выпускаются на напряжение 6-10 кВ.

Воздушные выключатели. Гашение дуги осуществляется потоком сжатого воздуха. Номинальное напряжение до 1150 кВ.

Элегазовые выключатели. Гашение дуги производится потоком элегаза, либо путем подъема давления в камере за счет дуги, горящей в замкнутом объеме газа. Применяются на все классы напряжения.

Вакуумные выключатели. Контакты расходятся в вакууме. Вакуумные выключатели применяются при напряжении до 110 кВ включительно. Вакуумные выключатели ВБЭ—110 предназначены для выполнения частых коммутационных операций в нормальных и аварийных режимах работы трансформаторов дуговых сталеплавильных печей и других электроустановок в достаточно жестких режимах (по 50-100 коммутаций в сутки).

Обозначения типов выключателей приведены ниже.

Основные характеристики масляных, воздушных, вакуумных и элегазовых выключателей 35-1150 кВ приведены в табл. 5.30-5.36, характеристики отделителей и короткозамыкателей — в табл. 5.37.

Значения скорости восстанавливающегося напряжения, имеющиеся в заводских материалах, приведены в табл. 5.32.

Выключатели могут применяться и в сетях более низкого напряжения, чем U ном; их отключаемая мощность при этом снижается пропорционально уменьшению напряжения.

Окончание табл. 5.30

Окончание табл. 5.31

Окончание табл. 5.32

Окончание табл. 5.34

Окончание табл. 5.35

Компания АББ производит также полный диапазон высоковольтных колонковых элегазовых выключателей с однополюсным или трехполюсным управлением напряжением до 800 кВ и током отключения до 63 кА:

EDF SK до 84 кВ с номинальным током до 2500 А;

LTB D до 170 кВ с номинальным током до 3150 А;

LTB E до 800 кВ с номинальным током до 4000 А;

WCB и DCB до 420 кВ — выключатели выкатной конструкции (WCB) и выключатели-разъединители (DCB) для применения в компактных РУ.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

5.4.1. Выключатели

5.4.1. Выключатели Коммутационные аппараты предназначены для присоединения отдельных элементов электрической части электростанций и ПС, а также для присоединения к ним линий электропередачи.В электрических сетях 35 кВ и выше основным коммутационным аппаратом является

Типы высоковольтных выключателей

Выключатели среднего и высокого напряжения с большим током отключения используются на электрических станциях и подстанциях. Они представляют собой сложную конструкцию, управляемую электромагнитными, пружинными, пневматическими или гидравлическими приводами.

По способу гашения дуги выключатели делятся на:

• 1. Элегазовые выключатели
• 2. Вакуумные выключатели
• 3. Масляные выключатели
• 4. Воздушные выключатели
• 5. Выключатели нагрузки
• Заключение

1. Элегазовые выключатели

Рисунок 1 – Конструкция элегазового выключателя

Элегазовый выключатель работает за счет изоляции фаз между собой с помощью газа(обычно используется электропроточный газ SF6 – так называемый «элегаз»). При поступлении сигнала отключения оборудования контакты камер размыкаются. Они создают электрическую дугу, которая размещается в газовой среде. Дуга разделяет газ на отдельные компоненты, а высокое давление в резервуаре способствует ее гашению.

• Многофункциональность(может использоваться при любом напряжении)
• Высокая скорость срабатывания
• Возможность использования в критических ситуациях(пожар, землетрясение)
• Большой срок службы

• Большая цена конструкцииНевозможность работы при низких температурах
• Сложность обслуживания
• Необходимость установки специального фундамента для такой конструкции

2. Вакуумные выключатели

Рисунок 2 – Конструкция вакуумного выключателя

Принцип действия вакуумного выключателя основывается на высокой диэлектрической прочности вакуума и его диэлектрических свойствах. В момент размыкания контактов в промежутке между ними возникает дуга за счет испарения металла с их поверхности. При переходе тока через ноль вакуум восстанавливает диэлектрические свойства и дуга больше не возникает.

Рисунок 3 – Принцип работы вакуумного выключателя

• Простота конструкции и ремонта
• Возможность работы не только в горизонтальном положении
• Надежность и длительный срок эксплуатации
• Компактность
• Низкая пожароoпасность

• Небольшой ресурс при КЗ
• Опасность возникновения коммутационных перенапряжений
• Высокая стоимость

3. Масляные выключатели

Рисунок 4 – Конструкция масляного выключателя

В дугогасительных устройствах масляных выключателей гашение дуги происходит при помощи ее эффективного охлаждения в потоке газа и пара, вырабатываемого при разложении и испарении масла

• Надежность
• Простота конструкции и эксплуатации
• Прочность

• Большие габариты
• Пожароопасность
• Сложность при установке

4. Воздушные выключатели

Рисунок 5 – Конструкция воздушного выключателя

Принцип работы воздушного выключателя состоит в гашении дуги с помощью скоростного потока сжатого воздуха, направляемого в дутьевые каналы. Под действием воздушного потока дуга растягивается и направляется в дутьевые каналы, где окончательно гасится.

• Высокая скорость срабатывания
• Высокая пожаробезопасность
• Большой срок службы

• Высокая стоимость оборудования и установки(компрессоры, ресиверы и т.д.)
• Необходимость регулярного обслуживания

5. Выключатели нагрузки

Выключатель нагрузки — высоковольтный коммутационный аппарат, который занимает промежуточное положение между разъеденителем и выключателем по уровню допустимой нагрузки комутационных токов. Способен отключать без повреждения как номинальные нагрузочные токи, так и сверхтоки при аварийных режимах. Выключатель нагрузки допускает коммутацию номинального тока, но не рассчитан на разрыв токов КЗ.

По принципу гашения дуги выключатели нагрузки классифицируются:

• Автогазовые(самый распространенный тип)
• Вакуумные
• Элегазовые
• Воздушные
• Электромагнитные

В распределительных сетях наиболее распространены конструкции выключателей нагрузки (ВНР, ВНА, ВНБ) с гасительными устройствами газогенерирующего типа.

Рисунок 6 – Выключатель нагрузки с гасительными устройствами газогенерирующего типа (BH) а – общий вид выключателя; б – гасительная камера

Как видно по рисунку, устройство основано на элементах трехполюсного разъединителя для внутренней установки. На опорных изоляторах разъединителя укреплены гасительные камеры. Но привод разъеденителя изменен для того, чтобы обеспечить достаточную скорость срабатывания при включении и отключении.

В положении «включено» ножи входят в гасительные камеры. Контакты разъединителя и скользящие контакты гасительных камер замкнуты. При отключении тока сначала отключаются контакты разъединителя, затем ток смещается через вспомогательные ножи в гасительные камеры. После этого размыкаются контакты в камере. Зажигаются дуги, которые гасятся в потоке газов, являющихся продуктами разложения вкладышей из оргстекла, находящихся в камере.
В положении «отключено» вспомогательные ножи находятся вне гасительных камер, обеспечивая достаточные изоляционные разрывы.

Заключение

Учитывая современные тенденции развития коммутационного оборудования, наиболее выгодными для использования являются элегазовые выключатели. Их основные достоинства обусловлены свойствами элегазов, т.к. при атмосферном давлении их диэлектрическая прочность в 3 раза больше, чем у воздуха, а при повышенном давлении больше, чем у трнасформаторного масла.

Также большими перспективами обладают и вакуумные аппараты благодаря большой скорости коммутации токов, малому весу и габаритам.
В современных условиях крайне важно уделять внимание вопросам модернизации оборудования или его замены. Для того, чтобы обеспечивать достаточную безопасность и стабильность работы систем необходимо своевременно обслуживать и заменять высоковольтное оборудование.

1. Л.Д.Рожкова;В.С.Козулин «Электрооборудование станций и подстанций »;второе издание,1980 г.
2. Б.Н.Неклепаев «Электрическая часть электростанций и подстанций »; 2-е издание, переработанное и дополненное
3. ГОСТ 19431-84 «Энергетика и электрификация. Термины и определения»