Приводы выключателей и разъединителей - Электрическая часть электростанций

Надежная работа и безопасное обслуживание выключателей высокого напряжения невозможны без надежного привода, обеспечивающего безотказное выполнение операций включения и отключения выключателей и разъединителей вручную и автоматически. Монтаж привода должен быть по возможности простым и не требовать специальных знаний, он не должен требовать и точных работ по установке и регулировке привода.

При выборе типа привода прежде всего необходимо определить, для автоматических или неавтоматических операций он предназначается. Неавтоматические выключатели с более простыми приводами требуются в относительно редких случаях, например для размыкания шлейфов в сетях высокого напряжения. Как правило, выключатели работают автоматически.

Многие конструкции выключателей требуют механизма свободного расцепления в их приводах, который служит двоякой цели: обеспечивает быстрое отключение и при включении на неустраненное к. з. автоматически отключает выключатель, несмотря на то, что орган управления находится в положении «Включено».

В настоящее время существуют следующие типы приводов: ручные — с предварительным запасанием энергии включения и без него; электрические — также с запасанием энергии включения и без него; пневматические — работающие на сжатом воздухе; гидравлические — работающие на масле под давлением.

Электрические приводы подразделяются на электромагнитные (соленоидные) и двигательные. В некоторых случаях последние снабжаются аккумулятором энергии, в этом случае их называют инерционными приводами.

Выключатели с автоматическим приводом допускают дистанционное управление, а выключатели с ручным приводом могут управляться дистанционно только после ручного завода пружины на месте установки выключателя.

К различным типам приводов предъявляются следующие требования: а) пневматические и гидравлические приводы должны работать надежно при отклонениях давления рабочей среды перед управляющим клапаном от нормального в пределах от + 10 до —10%; б) двигательные приводы прямого действия должны надежно работать при отклонениях напряжения на зажимах двигателя от номинального в пределах от +10 до —20 %; в) инерционные двигательные приводы должны надежно запасать энергию в накопителе энергии (маховике) при отклонениях напряжения на зажимах двигателя в пределах от +10 до —20 %; г) электромагнитные (соленоидные) приводы прямого действия должны надежно работать при отклонениях напряжения на их зажимах в пределах от +10 до —20 %.

У всех приводов при недопустимом понижении или даже полном исчезновении давления или напряжения подвижные элементы не должны оставаться в промежуточном положении.

Ручной привод прямого действия допускается устанавливать для выключателей с отключаемой мощностью не более 200 MB. А и максимальным включаемым током не более 10 кА.

Ручной привод применяется для выключателей нагрузки, разъединителей и заземляющих разъединителей всех напряжений, а для выключателей — только на напряжения до 35 кВ. Для выключателей с номинальным напряжением 35 кВ ручные приводы по большей части служат в качестве аварийного резерва к основному автоматическому приводу.

Приведение в действие ручного привода осуществляется рычагом или маховиком. В ручном маховичном приводе типа ПМ-10 соединение привода с валом выключателя производится при помощи рычага, шарнирно соединенного с пальцем на валу выключателя. Включение таким приводом производится поворотом маховика вручную, а отключение — либо вручную, либо автоматически от реле минимального напряжения. Привод имеет механизм свободного расцепления.

Рычажные приводы типа ПРБА и ПРА включают выключатели при повороте рычага, соединенного с валом выключателя; отключение может производиться либо вручную, либо автоматически. В обоих типах приводов имеется механизм свободного расцепления, позволяющий отключать выключатель в любом его положении как вручную, так и автоматически при помощи встроенных в привод отключающих элементов.

Ручные приводы имеют простую и надежную конструкцию, удобны в эксплуатации, но нашли ограниченное применение. Главным и существенным недостатком является невозможность включения с их помощью выключателей дистанционно и автоматически.

В электромагнитных приводах применяют электромагниты с перемещением сердечника вверх или вниз, а также с поворотными сердечниками. У нас нашли широкое применение приводы с движением сердечника вверх. Для приведения в действие электрических приводов требуется достаточно мощный источник постоянного тока (до 50 кВт), например аккумуляторная батарея, так как электромагниты переменного тока требуют слишком большой реактивной мощности. Электромагниты с линейным перемещением сердечника имеют то преимущество, что в конце хода сердечника тяговая сила электромагнита увеличивается и это способствует более сильному прижатию контактов выключателя друг к другу.

Электромагниты с поворотным сердечником допускают непосредственное соединение последнего с валом выключателя.

Для двигательного привода можно использовать как постоянный, так и переменный ток. Потребление мощности двигательными приводами примерно наполовину меньше, чем электромагнитными. Включение производится через червячную передачу, увеличивающую момент привода. В двигательных приводах, применяемых для выключателей, часть энергии запасается в маховике, так как в конце процесса включения требуется развивать большие моменты, чем в начале. При исчезновении напряжения в процессе включения не должно быть нежелательных последствий. Отключение выключателя производится пружиной, которая заводится при включении.

Двигательные приводы прямого действия в настоящее время не выпускаются и не применяются в нашей стране, однако на некоторых старых установках их еще можно встретить.

Инерционные двигательные приводы в нашей стране также не изготовляются, так как их конструкция сложна, они дороги и в надежности уступают электромагнитным приводам.

Пневматические приводы работают на сжатом воздухе и состоят из преобразователя энергии сжатого воздуха в механическую и из системы рычагов, передающих включающее усилие приемному рычагу выключателя. Их преимуществами по сравнению с электрическими приводами являются: простота конструкции, малые габариты, высокая скорость включения, мягкое (безударное) включение, легкость накопления энергии в простых воздушных резервуарах. Поэтому в последнее время пневматический привод распространяется также в электроустановках, в которых нет воздушных выключателей. Для получения сжатого воздуха устанавливают малые компрессоры на 0,5—1,0 МПа и соответствующие резервуары сжатого воздуха.

Приводы воздушных выключателей обычно эксплуатируются при том же давлении, что и дутье (1,5—4,0 МПа). В этих выключателях в зависимости от их конструкции сжатый воздух может непосредственно приводить в движение подвижный контакт, без промежуточного преобразования энергии сжатого воздуха в механическую в специальном приводном механизме.

Сжатый воздух может также применяться в приводах других конструкций для предварительного завода включающих или отключающих пружин.

Для современных сверхмощных выключателей 500—750 кВ с отключающей мощностью 20—50 ГВ.А требуются приводы, способные совершать весьма большую работу и производить операции включения и отключения чрезвычайно быстро: собственное время привода должно быть сведено практически к нулю. Такими возможностями не обладают пневматические приводы, которые к тому же имеют пониженную надежность в электрическом отношении из-за возможной конденсации влаги на внутренних поверхностях воздухопроводов. Эти недостатки отсутствуй т у гидравлических приводов, к которым для передачи силовых импульсов к валу выключателя используется жидкость, преимущественно масло, под давлением.

Благодаря практической несжимаемости жидкости эти импульсы передаются мгновенно, и собственное время такого привода бесконечно мало. В нашей стране пока созданы только опытные образцы пневмогидравлических приводов, но, несомненно, они имеют большую перспективу. За рубежом пневмогидравлические приводы наиболее распространены во Франции, где применяются с 1954 г. Французские пневмогидравлические приводы работают при давлении масла до 30 МПа, что оказывается возможным при прочноплотных трубах из изоляционного материала, армированного стекловолокном. Вязкость масла в системе остается неизменной до температуры —50 °С. В системе привода установлен гидропневматический аккумулятор, в котором запасается достаточная энергия для нескольких циклов работы привода.

Энергия расходуется только на включение, а отключение выключателя производится пружиной. Давление в резервуаре поддерживается автоматически периодической подкачкой насосом мощностью 0,3 кВт. Для повышения надежности параллельно с автоматическим установлен также ручной насос, который используется для подкачки масла при отсутствии электрической энергии.

Еще более быстродействующими являются системы управления с пневмосветовой передачей командных импульсов на выключатель.

Повышение номинального напряжения выключателя сопровождается значительным увеличением высоты аппарата, т. е. увеличением времени прохождения командного импульса от заземленных частей выключателя к элементам, находящимся под напряжением. Соответственно этому увеличивается и собственное время, отключения выключателя. В выключателях на сверхвысокие напряжения длительность командного импульса составляет существенную часть их собственного времени отключения. Использование светового луча для передачи командных импульсов позволяет значительно уменьшить время отключения. В разрабатываемой в настоящее время пневмосветовой системе управления воздушным выключателем подвесного типа на напряжение 1150 кВ передача командных импульсов от передающего устройства, находящегося на потенциале земли, к приемному устройству, расположенному на высоком потенциале, осуществляется световым потоком инфракрасного диапазона, создаваемым светодиодами. Этот световой поток отбрасывается зеркалами на фокусирующие линзы, а от них на фотодиоды. Световые сигналы, принимаемые фотодиодами, преобразуются в электрические импульсы и вызывают срабатывание исполнительных механизмов.

Система управления с пневмосветовой передачей позволяет передать по одному оптическому каналу команды на включение и отключение выключателя, а также получить сигнал о его положении (включен или отключен) при любых расстояниях между заземленными частями выключателя и его элементами, находящимися под напряжением.

Основными элементами системы управления с пневмосветовой передачей являются передающее устройство, оптический канал, приемное устройство и пневматическая система.

Передающее устройство состоит из элементов, принимающих электрические командные импульсы от цепей защиты и управления, и элементов, преобразующих эти импульсы в световое излучение закодированной частоты. Для преобразования электрических сигналов в световые в рассматриваемой схеме используются светодиоды, хотя для этой цели могут быть применены и другие источники излучения, как, например, лазеры, импульсные ксеноновые или неоновые лампы.

Оптический канал служит для передачи световых импульсов от передающего устройства к фотодиодам. Он представляет собой изоляционную трубку с входной и выходной линзами либо разветвленный стекловолоконный светопровод.

Приемное устройство состоит из фотоприемника, дешифраторов команд и исполнительных механизмов команд включения и отключения. Исполнительный механизм состоит из блока электромагнитных механизмов и блока клапанов управления.

При отключении выключателя подается командный электрический импульс в передающие устройства каждого полюса выключателя. Командный электрический импульс преобразуется в излучение светодиода, которое, попадая на зеркала, установленные в световом канале, отбрасывается на фотоприемники, вызывая фототок, поступающий по кабелям в приемные устройства. Приемные устройства срабатывают и замыкают цепь автономного источника питания электромагнитных механизмов, открывающих клапаны управления пневмосистемой, которая и осуществляет отключение выключателя.

Таким же образом подается командный импульс и на включение выключателя, только приемное устройство выдает команду на электромагнит включения.

Разработанная система управления с пневмосветовой передачей позволила получить следующие временные характеристики: время включения выключателя 0,088 с при неодновременности замыкания отдельных полюсов 0,002 с; время от подачи команды на отключение до размыкания контактов дугогасительного устройства 0,022 с при неодновременности размыкания контактов отдельных полюсов 0,002 с.

Все элементы опытной пневмосветовой системы управления надежно работали при температурах от минус 60 до плюс 50 °С.