Выключатели высокого напряжения

При размыкании электрической цепи с током между расходящимися контактами возникает дуговой разряд. Дуга образуется даже при отключении тока 0,5 А при напряжении 15 В. Продолжитель­ность ее горения зависит от параметров цепи и условий деионизации дугового промежутка.

В дуге одновременно происходят процессы ионизации (образо­вание свободных носителей заряда — электронов и положительно заряженных ионов) и деионизации (нейтрализация свободных носителей заряда). Дуга горит до тех пор, пока процесс деиониза­ции не станет интенсивнее процесса ионизации. Следовательно, 156

для быстрого гашения дуги необходима усиленная деионизация дугового разряда, так как в канале дуги температура достигает 4 000 °С и интенсивно идет термическая ионизация газовой среды.

Для отключения электрических цепей с большими токами со­зданы отключающие аппараты, имеющие следующие дугогасящие устройства:

газового дутья, у которых в дуговой канал поступает воздух извне или же газ, выделяющийся под действием температуры дуги из минерального масла, органического стекла или фибры дугога-сительной камеры. Прохождение воздуха или газа через дугу при­водит к ее гашению;

с узкой щелью, в которых дуга с помощью магнитного дутья втягивается в узкую щель. На стенках щели, выполненных из изо­ляционного материала, происходят нейтрализация зарядов, ох­лаждение дуги и ее гашение;

с разделением дуги на короткие дуги. На каждом коротком уча­стке дуги возникает падение напряжения, в результате чего энер­гия, выделяющаяся в дуге, оказывается недостаточной для ее го­рения.

В наиболее мощных аппаратах включения —отключения цепей высокого напряжения (масляных и воздушных выключателях) при­меняют дугогасящие устройства, действующие по принципу газо­вого дутья. В их дугогасительных камерах газовое дутье создает пе­ремешивание неионизированного газа с ионизированными час­тицами. Это охлаждает дугу, снижает термоионизацию, что при­водит к гашению дуги в момент прохождения тока через нулевое значение.

Многообъемный (баковый) масляный выключатель без специ­ального устройства для гашения дуги (рис. 7.10) выполняют в виде стального бака 17, залитого трансформаторным маслом. В нижней части бака, изолированного внутри специальной фанерой 14, име­ется маслоспускной кран 16. Уровень масла контролируют с по­мощью маслоуказательной трубки 13. К баку фланцем 12 болта­ми // крепится чугунная крышка 10. Проходные изоляторы 9 с токоведущими стержнями, на концах которых укреплены непод­вижные контакты 3, пропущены внутрь бака. Под крышкой бака образуется буферное воздушное пространство А, из которого воз­дух отводится в газоотводную трубу 5.

Включают и отключают масляный выключатель приводом, воз­действующим на вал 8 выключателя. При включении вал повора­чивается по часовой стрелке и посредством кривошипно-шатунного механизма с тягами 6, 7, 19 и направляющей 20 поднимает контактную траверсу 15, на которой укреплены подвижные кон­такты / трех фаз выключателя. Подвижные контакты замыкаются с неподвижными, укрепленными на концах токоведущих частей проходных изоляторов. При этом отключающая пружина 18 сжимается, и во включенном положении выключатель удерживается механической защелкой привода.

При отключении привод смещает защелку.

Рис. 7.10. Многообъемный масля­ный выключатель: / — подвижный контакт; 2 — газовый пузырь; 3 — неподвижный контакт; 4 — болт; 5—газоотводная труба; 6, 7, 19 — тяги кривошипно-шатунного механиз­ма; 8 — вал; 9 — проходной изолятор; 10 — крышка; 11 — болт; 12— фла­нец; 13 — маслоуказательная трубка; 14 — фанера; 15 — траверса; 16 — маcлоспускной кран; 17 — стальной бак; 18 — отключающая пружина; 20— на­правляющая; 21 — штанга; А — буфер­ное пространство

Под действием от­ключающей пружины 18 штанга 21 перемещается вниз и контак­ты 3 и 7 расходятся. Между ними возникает дуга, а вокруг нее газовый пузырь 2, состоящий из продуктов разложения масла (70 % водорода, 20% этилена). Давление в газовом пузыре составляет 0,2...0,4 МПа. Водород обладает большой теплопроводностью и высокой электрической прочностью, что используется для гаше­ния дуги. Образующиеся газы проходят через слой масла и выхо­дят в буферное пространство А.

Газы, проходя слой масла, должны успевать охладиться, иначе возможны их быстрый прорыв (если объем масла будет малый) и образование в буферном пространстве гремучей смеси при соеди­нении водорода и кислорода. При слиш­ком большом объеме масла может про­изойти его выброс из бака через труб­ку 5. Поэтому необходимо постоянно контролировать уровень и качество мас­ла, а также чистоту поверхности проход­ных изоляторов, на которых могут скап­ливаться раскаленные частицы угля и ме­талла, образующиеся при отключении.

Дуга при отключении восстанавлива­ется и гаснет несколько раз, поэтому время отключения многообъемных выключателей весьма велика (0,15...0,2 с). В этом заключается один из основных недостатков выключателей, из-за которого их при­менение ограничивается установками небольшой мощности на­пряжением до 6 кВ. К недостаткам относится также пожароопасность в связи с большим объемом масла.

Рис. 7.11. Масляный выключатель С-35-630-10:

 

1 — изоляторы; 2 — привод; 3 — корпус выклю­чателя

Многообъемные масляные выключатели со специальными ус­тройствами для гашения дуги применяют для ускорения процесса гашения дуги, повышения предельно отключаемой мощности.

Масляный выключатель С-35-630-10 (рис. 7.11) предназначен для наружных установок напряжением 35 кВ. Предусмотрены три его исполнения: для работы в районах с умеренным климатом; с тропическим климатом при температуре воздуха до 55 °С; с хо­лодным климатом при температуре воздуха -60 °С.

Каждый полюс выключателя собран на отдельной крышке и помещен в отдельный бак. Все полюсы механически связаны меж­ду собой, смонтированы на общем сварном каркасе и управляют­ся одним приводом 2. Крышки трех полюсов соединены между собой в один комплект муфтами, в которых установлены предохранительные клапаны для защиты от повышения давления в ба­ках при длительном горении дуги. Внутренние стенки баков об­шиты высокопрочным электрокартоном.

Рис. 7.12. Общий вид (а) и схема (б) горшкового масляного выключателя типа ВМГ-10:

1 — рама; 2 — контактный стержень; 3 — изоляторы; 4 — цилиндр; 5 — выходной зажим; 6 — контактная колодка; 7 — фарфоровая тяга; 8 — неподвижный кон­такт; 9 — валик, связанный с приводом; 10 — пружина; 11 — металлическая шина; А — пространство цилиндра, заполненное маслом (стрелками показано направление тока)

 

Под дном каждого бака установлено устройство подогрева масла, применяемое при тем­пературе воздуха ниже -15 °С.

В малообъемных (горшковых) масляных выключателях масло, используемое в качестве дугогасящей среды, заливают в стальные или пластмассовые баки. Достоинство таких выключателей — не­значительная масса масла (около 10 кг) по сравнению с мно­гообъемными выключателями (около 50 кг). Широкое распрост­ранение получили малообъемные масляные выключатели типов ВМГ-10 (рис. 7.12), ВМП-10, ВМПП-10, ВМП-10К, ВМПЗ-10.

В выключателе типа ВМП-10 (рис. 7.13) три бака из стекло-] эпоксидной смолы закреплены на опорных изоляторах и установ­лены на стальной раме. С обеих сторон рамы 3 выведен вал 5 для связи с приводом выключателя. Подвижные контактные стержни проходят через каждый бак в дугогасительную камеру, изготов­ленную из фибры или гетинакса и размещенную в нижней части бака, к которому приварен резервуар с маслом. Необходимую амор­тизацию при включении и отключении выключателя создают пру­жины и масляный буфер 6.

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.

Ручной привод типа ПРБА (рис. 7.14) применяют для ручного включения и отключения, а также автоматического отключения малообъемных выключателей. Привод смонтирован в чугунной ко­робке 8, закрываемой съемной крышкой 4, которая имеет про­резь для рычага управления 1. На задней стенке коробки размещен стальной кронштейн 2 с механизмом свободного расцепления (расцепителем) 3. Последний выполнен в виде системы «ломаю­щихся» рычагов, складывающихся при небольшом силовом воз­действии на одно из звеньев, что приводит к устранению жесткой связи между приводом и валом выключателя. Для включения вы­ключателя рычаг управления / перемещают вручную снизу вверх.

Рис. 7.14. Ручной привод типа ПРБА:

1 — рычаг управления; 2 — кронштейн; 3 — расцепитель; 4 — крышка; 5 — блинкер; 6— катушка реле минимального напряжения; 7— катушка реле мак­симального тока; 8 — чугунная коробка; 9 — тяга; 10 — рычаг коробки привода;

11 контакты сигнализации и автоматики

Рис. 7.15. Электромагнитный при­вод типа ГТЭ-11:

1,2 — блок-контакты; 3 — рычаг руч­ного отключения; 4 — электромагнит отключения; 5— электромагнит вклю­чения

Рис. 7.16. Пружинный привод типа ПП-67:

1 — кнопки включения и отключения электродвигателя завода пружинного привода; 2 — электродвигатель завода; 3 — механизм привода; 4 — пружины привода; 5 — кулиса

 

Движение рычага передается тяге 9, связанной с валом вы­ключателя через промежуточ­ные механические передачи.

Автоматическое отключение осуществляется под действием реле максимального тока или минимального напряжения, от­ключающие катушки 7 и 6 ко­торых расположены в релейной коробке в нижней части приво­да. Сердечник реле при сраба­тывании действует на защелку привода, «ломая» систему ры­чагов свободного расцепления. При автоматическом отключе­нии рычаг управления 1 оста­ется в верхнем положении, по­этому привод снабжен указыва­ющим семафором (блинкером) 5, который при автомати­ческом отключении выключате­ля (от реле) занимает горизон­тальное положение, показанное на рис. 7.14 штриховой линией. Рычаг 10 связывает кинемати­ческую систему, расположен­ную в коробке привода, со вспомогательными контактами // сигнализации и автоматики (КСА).

Привод типа ПРБА предназ­начен для наружной установки, он встраивается в шкаф из ли­стовой стали, защищающий ме­ханизмы привода от непосред­ственного воздействия пыли и влаги.

Электромагнитные приводы предназначены для дистанцион­ного включения и отключения, а также автоматического отклю­чения выключателей. Основной недостаток электромагнитных приводов — значительный ток, потребляемый катушками вклю-

 

 

Таблица 7.3. Основные технические характеристики выключателей высокого напряжения

Тип выключателя	Конструкция	Номинальное напряжение, кВ	Номиналь­ный ток, А	Тип привода
ВМП-10	Малообъем- ный масля- ный подвес- ного испол- нения		630... 1500	ПЭ
ВМПП-10	То же		630... 1600	ПП
ВМПЗ-10	»		630...3200	ПЭВ
ВМГ-10	Малообъем- ный масляный		630... 1000	ПП, ПЭ
МКП-35	Масляный баковый			ШПЭ
С-35	То же		630...3200	ШПЭ, ПП, ШПВ
ВМК-35	Малообъем- ный масля- ный колон- ковый		630... 1000	ПЭ, ПВ
ВВУ-35	Воздушный		2000, 3200	ПВ
ВВУ-110	Воздушный с усиленной изоляцией			ПВ
МКП-ПО	Масляный баковый		630... 1000	ШПЭ

чения (до 100 А). Повышение мощности и быстродействия вы­ключателей потребовало создания электромагнитных приводов но­вых конструкций, например типа ПЭ-11 (рис. 7.15) для выключа­телей типов ВМГ-10, ВМП-10К, ВМП-10Э, ВМП-35, типа ПЭ-21 для выключателей типа МГГ-10, ШПЭ-33 (в шкафу) для вык­лючателей типа МКП-ПО.

В пружинных приводах энергия, необходимая для включения, запасается в спиральной (привод типа ППМ-10) или цилинд­рических (привод типа ПП-61) пружинах, встроенных в маховик. Пружины после каждого включения автоматически заводятся че­рез редуктор электродвигателем мощностью до 1 кВт. Пружинные приводы не требуют мощного источника постоянного тока (как электромагнитные) или сжатого воздуха (как пневматические).

В последнее время широко применяют пружинный привод типа ПП-67 (рис. 7.16). Он предназначен для управления выключателя­ми типов ВМГ-10 и ВМП-10 при внутренней установке и типа ВМП-35П при наружной установке.

Привод типа ПП-67 включает выключатель под действием пред­варительно натянутых электродвигателем 2 пружин привода 4. Отключение происходит за счет энергии, запасенной пружинами выключателя при включении.

Основные технические характеристики выключателей высоко­го напряжения, наиболее часто применяемых в системах электро­снабжения, приведены в табл. 7.3.