Пневматический привод масляного выключателя

Выключатели высокого напряжения служат для коммутации электрических цепей во всех эксплуатационных режимах: включения и отключения токов нагрузки, токов намагничивания трансформаторов и зарядных токов линий и шин, отключения токов КЗ, а также при изменениях схем электрических установок.

Каждый режим работы имеет свои особенности, определяемые параметрами электрической цени, в которой установлен выключатель. Тяжелым режимом работы является отключение тока КЗ, когда выключатель подвергается воздействию значительных электродинамических сил и высоких температур. Отключение сравнительно малых токов намагничивания и зарядных токов линий имеет свои особенности, связанные с возникновением опасных коммутационных перенапряжений, утяжеляющих работу выключателей.

Требования, предъявляемые к выключателям во всех режимах работы, следующие:

1) надежное отключение любых токов в пределах номинальных значений;

2) быстродействие при отключении, т. е. гашение дуги в возможно меньший промежуток времени, что вызывается необходимостью сохранения устойчивости параллельной работы станций при КЗ;

3) пригодность для автоматического повторного включения после отключения электрической цепи защитой;

4) взрыво- и пожаробезопасность;

5) удобство обслуживания.

Для оперативного обслуживания необходимо, чтобы каждый выключатель или его привод имел хорошо видимый и безотказно работающий указатель положения ("Включено", "Отключено"). Если выключатель не имеет открытых контактов и его привод отделен стенкой от выключателя, то указатель должен быть и на выключателе, и на приводе.

На подстанциях применяют выключатели разных типов и конструкций. В них заложены различные принципы гашения дуги и используются различные дугогасящие среды (трансформаторное масло, сжатый воздух, элегаз, твердые газогенерирующие материалы и т. д.). Однако преимущественное распространение получили масляные баковые выключатели с большим объемом масла, маломасляные выключатели с малым объемом масла и воздушные выключатели. Перспективны элегазовые и вакуумные выключатели.

Основными конструктивными частями выключателей всех типов являются токопроводящие и контактные системы с дугогасительными устройствами, изоляционные конструкции, корпуса и вспомогательные элементы (газоотводы, предохранительные клапаны, указатели положения и т. д.), передаточные механизмы и приводы.

В баковых выключателях с большим объемом масла (серий МКП, У, С и др.) масло используется как для гашения дуги, так и для изоляции токопроводящих частей от заземленных конструкций, в маломасляных выключателях серий ВМГ, BMП, BMПП, ВМПЭ, ВК, МГГ, ВМК и др. для гашения дуги и не обязательно для изоляции от земли частей, находящихся под напряжением. Их баки специально изолируются от земли. Выключатели изготовляются с раздельными полюсами.

Промышленностью выпускаются маломасляные выключатели и на напряжение 110-220 кВ серии ВМТ. Отличительной особенностью конструкций этой серии выключателей являются маслонаполненные фарфоровые колонны, каждая из которых состоит из опорного и камерного изоляторов. В камерных изоляторах размешены дугогасительные устройства и механизмы управления. Маслонаполненные колонны герметичны. Надмасляное пространство в них заполнено газом (азотом), находящимся под постоянным давлением (0,5-1МПа). Давление создается перед вводом выключателя в работу и сохраняется без пополнения до очередного ремонта.

Гашение дуги в масляных выключателях обеспечивается воздействием на нее дугогасящей среды - масла. Процесс сопровождается сильным нагревом, разложением масла и образованием газа в виде газового пузыря (температура газовой смеси в камере выключателя Т-800-2500 К). В газовой смеси содержится до 70% водорода, что и определяет высокую дугогасящую способность масла, так как в водороде дугой отдается в десятки раз больше энергии, чем в воздухе. Быстрое нарастание давления в газовом пузыре до значений, превышающих атмосферное (при отключении тока КЗ давление может достичь 3-8 МПа), способствует эффективной деионизации межконтактного пространства в выключателе.

Дуга между расходящимися контактами гаснет в момент прохождения тока через нулевое значение, так как в это время к ней практически не подводится мощность, температура дуги падает, и дуговой промежуток почти теряет проводимость. Однако первое погасание дуги не исключает ее повторного зажигания. Все зависит от двух принципиально отличных друг от друга обстоятельств: скорости нарастания так называемого восстанавливающегося напряжения, стремящегося пробить промежуток между контактами, и скорости нарастания изолирующих свойств промежутка, препятствующих пробою. Если скорость восстановления напряжения на контактах полюса выключателя окажется выше скорости восстановления изолирующих свойств среды, дуга загорится и процесс ее гашения повторится. Прекращение процесса зажигания дуги наступит лишь тогда, когда восстанавливающееся напряжение станет недостаточным для пробоя все увеличивающегося промежутка вследствие движения подвижных контактов.

В современных масляных выключателях применяются эффективные дугогасящие устройства, ускоряющие восстановление электрической прочности промежутка. Помогают снизить скорость восстановления напряжения в выключателях некоторых типов шунтирующие резисторы, присоединяемые параллельно главным контактам дугогасительных камер.

Кроме скорости восстановления напряжения на длительность горения дуги в масляных выключателях влияют следующие факторы: сила тока, отключаемого выключателем; высота слоя масла над контактами; скорость расхождения контактов.

Чем больше значение отключаемого тока, тем интенсивнее газообразование и тем успешнее гашение дуги.

При отключении небольших токов гашение дуги может затянуться, так как энергии, выделяемой при этом дугой, бывает недостаточно для ее гашения. При отключении токов намагничивания процесс гашения сопровождается возникновением перенапряжений, связанных с обрывом (срезом) тока до момента его естественного прохождения через нуль. Перенапряжения приводят к повторным пробоям. Упомянутые выше шунтирующие резисторы позволяют снизить кратность перенапряжений. Положительную роль они играют и при отключении зарядных токов линий электропередачи. Через шунтирующие резисторы разряжается емкость отключаемой линии, благодаря чему напряжение на проводах, созданное остаточным зарядом, понижается. При сниженной амплитуде напряжения, воздействующего на каждый полюс выключателя, уменьшается вероятность повторных пробоев.

Высота слоя масла над контактами имеет существенное значение при гашении дуги. Чем больше слой масла, тем больше давление в газовом пузыре, тем интенсивнее процесс деионизации. Вместе с тем высокий уровень масла в баке снижает объем воздушной подушки, что может привести к опасному повышению давления внутри бака и сильному удару масла в крышку.

При небольшом слое масла над контактами горючие газы, проходя через него, не успевают охладиться и в результате смешения с кислородом воздуха могут образовать гремучую смесь.

Скорость расхождения контактов в выключателе играет важную роль. При высокой скорости движения контактов дуга быстро достигает своей критической длины, при которой восстанавливающееся напряжение оказывается недостаточным для пробоя большого промежутка. Одним из способов увеличения скорости удлинения дуги является увеличение числа последовательных разрывов в каждом полюсе выключателя.

Вязкость масла в выключателе отрицательно сказывается на скорости движения контактов. Вязкость увеличивается с понижением температуры масла.

Загустение и загрязнение смазки трущихся частей передаточных механизмов и приводов в значительной степени отражаются на скоростных характеристиках выключателей. В ряде случаев движение контактов может оказаться замедленным или вообще прекратиться, контакты зависнут. При ремонтах необходимо удалять старую смазку в узлах трения и заменять ее новой консистентной незамерзающей смазкой марок ЦИАТИМ-221, ЦИАТИМ-201, ГОИ-54.

Приводы выключателей. Приводы служат для включения и отключения масляных выключателей за счет энергии, поступающей в них от внешнего источника. По виду используемой энергии они могут быть электромагнитными, пневматическими и пружинными. По способу включения и отключения выключателей приводы подразделяют на полуавтоматические, осуществляющие включение выключателя с помощью приложения мускульной силы, а отключение как дистанционно от ключа (устройства релейной защиты), так и вручную, и автоматические, осуществляющие включение и отключение выключателя дистанционно (от релейной защиты), а также отключение вручную.

Основными частями привода являются:

- силовое устройство, служащее для преобразования подведенной к приводу энергии в механическую;

- операционный и передаточный механизмы, служащие для передачи движения от силового устройства к механизму выключателя и для удержания его во включенном положении;

- отключающее устройство.

Электромагнитные приводы постоянного тока применяются для управления всеми типами масляных выключателей напряжением 10-220 кВ. Привод представляет собой корпус с электромагнитом включения и операционным механизмом. В корпусе размещены также электромагнит отключения, контакты вспомогательных цепей, механизм ручного отключения и в ряде случаев механический указатель положения выключателя, жестко связанный с его валом.

На рис. 1 показан привод для маломасляного выключателя. Силовое устройство - электромагнит включения - представляет собой магнитопровод с обмоткой 3 и сердечником 2 со штоком 1. Тяговое усилие, необходимое для включения выключателя, создается сердечником 2, который втягивается электромагнитом при прохождении по его обмотке тока. Усилие передается выключателю системой рычагов операционного и передаточного механизмов.

После завершения операции включения выключателя цепь электромагнита автоматически разрывается и сердечник под действием силы тяжести (и пружины) опускается вниз.

Для отключения выключателя в обмотку электромагнита отключения подается оперативный ток. Сердечник втягивается электромагнитом, и его боек ударяет в одно из звеньев механизма свободного расцепления 9. Звенья механизма свободного расцепления складываются, вал выключателя поворачивается под действием встроенных отключающих пружин - происходит отключение выключателя.

Остановимся более подробно на некоторых элементах электромагнитного привода, с которыми часто сталкивается оперативный персонал в своей практической деятельности. К таким элементам относятся запирающий механизм, отключающее устройство и механизм свободного расцепления.

Запирающий механизм необходим для удержания выключателя во включенном положении. Простейшая конструкция запирающего механизма приведена на рис. 2. Удерживающее (запирающее) звено 1 с роликом 2 прижимается защелкой 3 вращающим моментом М. Для расцепления механизма, т. е. для поворота звена 1 в направлении, указанном стрелкой М, надо защелку 3 повернуть против вращения часовой стрелки. Такой поворот выполняется электромагнитом отключения 4 или вручную, воздействием на рычаг отключения.

Для надежной работы запирающего механизма трущиеся поверхности ролика и защелки подвергаются шлифовке, они должны содержаться в чистоте и регулярно смазываться незамерзающей смазкой.

Отключающее устройство состоит из электромагнита и перемещающегося внутри обмотки ферромагнитного сердечника со штоком. При подаче напряжения на обмотку электромагнита (ключом или от реле) его сердечник втягивается и, ударяя по "хвосту" защелки, расцепляет запирающий механизм привода. Основные требования, которые могут быть предъявлены к электромагнитным механизмам отключения, - это быстродействие и постоянство динамических характеристик независимо от колебаний (в допустимых пределах) напряжения источника питания и температуры окружающей среды. Для этого должно быть обеспечено свободное (без "заеданий") перемещение сердечника электромагнита на всем его пути, отрегулирован запас хода сердечника, проверена надежная работа электромагнитного механизма отключения при отклонениях напряжения от номинального на его выводах.

Привод электромагнитный для маломасляных выключателей:

1 - шток с пружиной; 2 - сердечник; 3 - обмотка электромагнита включения; 4 - удерживающий рычаг; 5 - ролик; 6, 8 - контакторы вспомогательных цепей; 7 - вал привода; 9 - рычаги механизма свободного расцепления; 10 - защелка; 11 - рычаг ручного отключения; 12 - электромагнит отключения; 13 - сборка зажимов; 14 - корпус привода