Устройство и принцип работы воздушного выключателя высокого напряжения

Воздушные выключатели принадлежат ко второй группе выклю­чателей - к газовым. В них для гашения дуги и деионизации дуго­вого промежутка используется сжатый воздух, обдувающий дугу в продольном или поперечном направлении.

Принцип гашения дуги сжатым воздухом заключается в том, что межконтактный промежуток обдувается чистым сжатым возду­хом, лишенным заряженных частиц. При этом дуга и ее опорные поверхности интенсивно охлаждаются, а ее сечение уменьшается. Одновременно этот же поток воздуха выносит из межконтактного промежутка продукты горения дуги, представляющие собой хорошо проводящую среду. Место этих продуктов теперь занимает свежий неионизированный воздух, способный выдержать напряжение, восстанавливающееся на контактах выключателя. Задача дугогаси-тельной камеры заключается в быстром и полном замещении иони­зированной среды свежим, обладающим высокой электрической прочностью воздухом.

Существует два типа дугогасительных камер, получивших рас­пространение на практике. В камерах первого типа поток сжатого воздуха параллелен стволу дуги. Это так называемая камера продольного дутья. В других - поток гасящего воздуха перпендику­лярен оси ствола дуги. Их называют камерами поперечного дутья. На рис. 5-14, б, в, г и д показаны схемы камер продольного, а на рис. 5-14, а - поперечного дутья.

Камеры продольного дутья имеют преимущественное распро­странение во всем диапазоне напряжений от 3 до 750 кВ, на которые строятся выключатели, так как они позволяют создать аппарат, отвечающий самым жестким требованиям по номинальной мощности отключения, номинальному току и быстродействию. Камеры попе­речного дутья из-за громоздкости конструкции и больших габари­тов применяются ограниченно, лишь в выключателях 6 - 20 кВ.

Важным элементом дугогасительной камеры воздушного выклю­чателя является сопло, сжатый воздух из которого в процессе от­ключения выбрасывается в дуговой промежуток со скоростью звука.

Применение соплообразных контактов ограни­чивается электрической прочностью промежутка между контактным стерж­нем и контактом-соплом. Отводить в процессе отклю­чения сопло от стержня на очень большое расстоя­ние нельзя, так как при этом эффект уплотнения воздуха перед соплом (ко­торый необходим для бы­строго повышения элект­рической прочности), бу­дет проявляться недоста­точно. Наиблагоприятней­ший для гашения дуги раствор контактов в таких конструкциях составляет всего 35 - 40 мм. При этом дости­гается максимально возможная отключающая способность выклю­чателя. Так как это расстояние недостаточно, чтобы выдержать при атмосферном давлении приложенное к выключателю напряжение, изоляционное расстояние создается включенным последовательно с дугогасительными контактами и находящимся вне камеры спе­циальным отделителем, нож которого начинает двигаться после погасания дуги. После размыкания отделителя подача сжатого воз­духа в камеру прекращается и главные контакты смыкаются под действием пружины. Последующее включение выключателя произ­водится ножом отделителя. С учетом неудовлетворительной работы открытых отделителей в условиях гололеда созданы выключатели, у которых контакты отделителя находятся внутри фарфоровой по­крышки и размыкаются сжатым воздухом (см. рис. 5-12, б). В вы­ключателях, не имеющих отделителя, включенного последова­тельно с контактным промежутком, раствор контактов увеличи­вается до необходимой изолирующей длины, а межконтактный про­межуток заполняется сжатым воздухом.

Отключающая способность воздушного выключателя ограничи­вается появлением обратного подпора давления. Большие токи ко­роткого замыкания дросселируют поток дутья, создавая за соплом противодавление из-за чрезмерного нагревания сжатого воздуха. При этом возникает «закупорка» сопла и дутье резко ухудшается. Число повторных зажиганий дуги зависит от того, будет ли противо­давление, возникшее после первой полуволны тока, повышаться дальше. Хорошо рассчитанные и сконструированные выключатели гасят дугу уже после первой полуволны, самое позднее - после третьего перехода тока через нуль.

Было предложено для ускорения повышения электрической прочности дугового промежутка добавлять в свежий воздух электро­отрицательные газы, жадно поглощающие электроны (например, фтор и его соединения). Однако практического использования этого предложения не было.

Так же как и у масляных выключателей, повышение отключаю­щей способности воздушных выключателей достигается увеличением количества разрывов дуги, число которых достигает у выключателя 750 кВ, например, шестнадцати. Для выравнивания распределения напряжения между разрывами параллельно с ними подключают шунтирующие сопротивления, которые одновременно замедляют скорость повышения восстанавливающегося напряжения и еще уве­личивают тем самым отключающую способность выключателя. Поскольку воздушные выключатели не обладают свойством демп­фирования восстанавливающегося напряжения, их разрывы шунти­руются сопротивлениями небольших значений (например, 2 - 3 кОм на разрыв). Такие сопротивления не только замедляют ско­рость повышения восстанавливающегося напряжения, но и сущест­венно снижают его пики. Ввиду больших значений остаточных токов в этом случае отделитель выключателя дополняется выключа­телем нагрузки.

ВНВ - новая, полно­стью унифицированная се­рия воздухонаполненных воздушных выключателей модульной конструкции, имеющих много стандарт­ных элементов. Эти выклю­чатели подготовлены к вы­пуску на все напряжения от 110 до 1150 кВ. Дугогасительная камера выклю­чателя ВНВ постоянно за­полнена сжатым воздухом. Контактная система каж­дой камеры образует при отключении два разрыва. В процессе отключения контакты расходятся сна­чала на расстояние, опти­мальное для гашения дуги, а затем перемещаются на необходимое изоляционное расстояние. Воздушные выключатели строят­ся на все напряжения от 3 до 750 кВ, на номинальные токи до 4 кА (генераторные выключатели до 12 кА) и на широкий диапазон мощностей отключения от 300 MBА (10 кВ) до 50 000 MBА (750 кВ).