Выключатели переменного тока высокого напряжения

Тема 19

Предназначены для коммутации цепей переменного тока с напряжением 3 кВ и выше во всех режимах:

- отключение и включение номинальных токов – токов к.з.;

- токов х.х. силовых трансформаторов и емкостных токов конденсаторов батарей и длинных линий.

Все выключатели снабжаются дугогасительными устройствами, обеспечивающими гашение дуги в ограниченном объеме за несколько сотых долей секунд. Отключающая способность выключателя определяется номинальной мощностью отключения 10^-6 мВА.

При включении выключателя на существующее к.з. он подвергается большим механическим, тепловым, электродинамическим нагрузкам. Способность выключателя включаться на существующее к.з. характеризуется номинальным током включения. Это наибольший ударный ток к.з, на который выключатель включается без сваривания контактов и других повреждений, препятствующих его дальнейшей нормальной работы.

В большинстве случаев причина возникновения к.з. носит временный характер. Если причина быстро исчезла, а изоляция осталась неповрежденной, то при новом включении удается возобновить подачу энергии потребителю. Этот процесс называется автоматическим повторным включением (АПВ) выключателя. Его применение повышает надежность электроснабжения.

Выключатель является наиболее ответственным аппаратом высоковольтной системы.

Требования к ним:

- особо высокая надежность работы во всех режимах;

- отключение аппаратом любых нагрузок не должно сопровождаться перенапряжениями;

- быстродействие аппарата при отключении;

- отключение выключателем к.з. не должно сопровождаться выбросом из него пламени и раскаленных газов, что может привести к перекрытию изоляции в распределительном устройстве.

Классификация по ряду признаков:

- по методу гашения дуги;

- по виду изоляции токоведущих частей между собой и на землю;

- по принципам, заложенным в конструкцию дугогасительного устройства.

В масляных выключателях дуга, образующаяся между контактами, горит в трансформаторном масле. Под действием энергии дуги масло разлагается и образующиеся газы и пары используются для ее гашения.

В зависимости от способа изоляции токоведущих частей различают боковые и маломасляные выключатели.

В первых токоведущие части изолируются между собой и от земли с помощью масла, находящегося в стальном баке, соединенным с землей.

В маломасляных выключателях изоляция токоведущих частей от земли и между собой производится с помощью твердых диэлектриков и масла.

В воздушных выключателях в качестве гасящей среды используется сжатый воздух, находящийся в баке под давлением 1-5 МПа. При отключении сжатый воздух из бака подается в дугогасительное устройство. Дуга в камере обдувается интенсивным потоком воздуха, выходящим в атмосферу.

В элегазовых выключателях гашение дуги осуществляется за счет охлаждения ее двигающимся с большой скоростью элегазом (шести фтористой серой SF₆), который используется и как изолирующая среда. Электрическая прочность элегаза в 2,5 раза выше, чем у воздуха. При давлении 0,2 МПа она приближается к прочности трансформаторного масла. Удельная объемная теплоемкость элегаза в 4 раза выше, чем у воздуха.

Электромагнитные выключатели по своему принципу аналогичны контакторам постоянного тока с лабиринтно-щелевой камерой. Гашение дуги происходит за счет увеличения и охлаждения.

Вакуумные выключатели. В них гашение дуги осуществляется в вакууме (давление 10^-4 Па) благодаря интенсивной диффузии зарядов в вакууме.

Масляные выключатели (серия ВМП-10 – выключатель масляного подвесного типа 10 кВ). Дугогасительные решетки размещены в трансформаторном масле. Контакты при отключении движутся вниз под действием пружины. В каждом разрыве образуется дуга. Под действием энергии дуги масло разлагаются на водород, метан и другие газы. В течение сотой доли секунды давление возрастает до 5-8 МПа. Необходимо отметить, что в момент прохождения тока через нуль дуга гаснет и подвод мощности к ней прекращается. Однако энергия, выделенная дугой на протяжении предыдущего полупериода, создает в камере объем газа, в котором запасена определенная энергия. К моменту нуля тока это давление уменьшается, однако остается достаточно большим, чтобы создать газовый поток, охлаждающий дугу и восстанавливающий электрическую прочность дугового промежутка.

Следует иметь в виду, что энергия, необходимая для гашения, выделяется самой дугой. Поэтому чем больше ток, тем больше давление в камере и интенсивнее гашение дуги.

Наибольшая длительность горения дуги наблюдается при небольших индуктивных токах (500-2000 А).

Баковые масляные выключатели выпускаются на напряжение 35-220 кВ. Наибольшая мощность отключения 25000 МВ × А.

Обычно бак выключателя заполняется маслом на 2/3 объема. При отключении газ, выбрасываемый из камеры, заставляет слои масла, лежащие над камерой, двигаться с большой скоростью вверх. Воздух, находящийся над маслом, может свободно выходить в атмосферу. Таким образом, удается ограничить давление в баке. Взрыв бака – тяжелая авария, так как выливающее масло может воспламеняться и вызвать пожар в распределительном устройстве. Предусмотрен подогрев в масле для уменьшения его вязкости.

Основное достоинство:

- высокая надежность;

- простота конструкции, высокая механическая прочность;

- используется в самых тяжелых условиях эксплуатации;

- более надежны, чем воздушные и маломасляные выключатели;

- в них используются встроенные трансформаторы тока и емкостные делители напряжения.

Недостатки:

- большие масса и габариты;

- необходимость периодической очистки масла;

- сложность и трудоемкость ремонта и ревизии выключателей с напряжением 110 кВ и выше;

- взрывоопасность и пожароопасность баковых выключателей.

В перспективе они будут заменяться маломасляными и элегазовыми выключателями.

Маломасляные выключатели (серия ВМТ). В них с целью уменьшения габаритов и массы изоляция осуществляется твердыми материалами. Предназначены для работы при U _н = 6-10 кВ. Номинальный ток контактной системы 600-3200 А. Номинальная мощность 550 МВ × А. номинальный ток отключения 31,5 кА.

Время отключения 0,12-0,13 сек при номинальном токе отключения.

В масляных выключателях применяются ручные, электромагнитные, пружинные, пневматические и пневмогидравлические приводы контактов. Гашение дуги – за счет давление газа.

Работают в цикле АПВ с бестоковой паузой 0,3 с.

Преимущества – меньшие габариты, постоянная готовность.

Недостатки – менее надежны без трансформатора тока при U = 35-220 кВ будут вытесняющая и элегазовая.

Воздушные выключатели (тип ВВП-35). Дугогасительное устройство расположено в атмосфере сжатого газа при давлении 4 МПа. При отключении контактов они расходятся и открывается выхлопной клапан. После гашения контакты остаются разомкнутыми, а выхлопной клапан закрывается, а дугогасительное устройство герметизируется.

Особенность – возможность многократной коммутации номинального тока. Наличие отделителя включенного последовательно с ДУ. Сначала расходятся контакты в ДУ, а затем отделитель.

Элегазовые выключатели. Дугогасящая способность элегаза наиболее эффективна при большой скорости его струи относительно горящей дуги.

Позволяют повысить номинальные напряжение и ток выключателей. Номинальный ток с элегазом в 5 раз выше, чем с воздухом. Элегаз инертный газ и слабо реагирует с дугой. Дугогасящая способность элегаза наиболее эффективна при большой скорости его струи относительно горящей дуги.

Электромагнитные выключатели (серия ВЭ). Наиболее перспективны для U выше 35 кВ.

В отличие от масляных с воздушных выключателей они не требуют масла или сжатого воздуха, более просты и удобны в эксплуатации, обладают высокой надежностью и большой срок службы. Применяются до U = 6-10 кВ номинальный ток до 3,6 кА номинальный ток отключения 31,5 кА.

Вакуумные выключатели. Давление 10^-4 Па. При таком вакууме дугогасительный промежуток имеет очень высокую электрическую прочность.

Выключатели нагрузки (тип ВН). Если длительный ток установки невелик (400-600 А) при U = 10 кВ вместо выключателя с релейной защитой целесообразно использовать выключатель нагрузки и предохранители.

Выключатель нагрузки имеет ДУ небольшой мощности для отключения номинальных токов. В случае к.з. используются высоковольтные предохранители.

В выключателях нагрузки для гашения дуги применяются камеры с автогазовым, электромагнитным, элегазовым дутьем и вакуумными элементами.

Управление выключателем осуществляется ручным рычажным приводом со встроенным электромагнитом для дистанционного отключения. Во включенном состоянии ток проходит через контур главных и дугогасительных контактов. Во время отключения сначала размыкаются главные контакты и весь ток перебрасывается в цепь дугогасительных камер.

Выключатель нагрузки выбирается по наиболее тяжелому режиму работы, который возможен при эксплуатации. U _ном. выключателе должно быть равно или больше номинального напряжения защищаемой сети.

Номинальный длительный ток выключателя должен быть больше номинального тока установки.

Дата добавления: 2014-01-04