 |
|
МАСЛЯНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
Выключатель – основной коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока в сетях аварийных (при к.з.), нормальных (при нагрузке и без нее) и ненормальных (при перегрузке) режимах. Наиболее тяжелый режим работы для выключателя – отключение токов к.з.
К выключателям предъявляют следующие требования:
- надежное отключение токов при значениях от десятков ампер до номинального тока отключения;
- длительное выдерживание номинальных режимов по току и напряжению;
- устойчивость к термическому и динамическому воздействиям токов к. з.;
- эффективное и быстрое гашение электрической дуги, возникающей при размыкании контактов; малое время отключения; пригодность для автоматическою повторного включения;
- удобство при эксплуатации и не ревозках;
- взрыво- и пожаробезопасность.
Выключатели на напряжение 110 кВ и выше должны иметь пофазное управление. Основные конструктивные элементы выключателей – контактная система с дугогасительными устройствами, корпус, токоведущие части, изоляция и привод.
В электроустановках на напряжение выше 1 кВ, в том числе в системах электроснабжения сельских районов, применяют следующие выключатели: многообъемные (баковые), малообъемные (горшковые) и безмасляные.
Пo месту установки различают выключатели для внутренней и наружной установок, комплектных распределительных устройств.
Масляные многообъемные (баковые) выключатели.Для выключателей на напряжение 10... 35 кВ для контактов обычно предусматривают один бак, на более высокие напряжения контакты каждой фазы помещают в свой бак. Выпускают выключатели в двух исполнениях: с разрывом дуги в масле без устройств дугогашения (рис. 9.21) и со специальными дугогасительными устройствами. Масло обеспечивает гашение дуги и изоляцию токоведущих частей (соседних фаз одна относительно другой, между фазами и заземленным баком, между контактами при их отключенном положении).
Бак, изолированный внутри электротехническим картоном, подвешен к литой чугунной крышке 3 с помощью болтов. Через нее проходят шесть фарфоровых изоляторов 4, на нижних концах токоведущих стержней которых закреплены неподвижные контакты 7 с металлокерамическими напайками. Под крышкой выключателя размещен приводной механизм с системой рычагов, обеспечивающих прямолинейное движение штанги 10, выполненной из изолирующего материала. Механизмы трех полюсов соединены тягами между собой и приводом управления выключателем. Подвижные контакты 8 находятся на траверсе, соединенной со штангой.
Во включенном положении траверса поднята и замыкает цепь между неподвижными и подвижными контактами. При этом отключающая пружина 5 сжата. Выключатель во включенном положении удерживается защелкой привода, с которым он связан валом 6. При автоматическом отключении или вручную освобождается защелка и под действием пружины траверса со скоростью 1,5... 2,7 м/с спускается вниз. Цепь разрывается в двух точках каждого полюса выключателя с образованием электрической дуги. От высокой температуры возникающих дуг масло 2 разлагается и испаряется с образованием вокруг контактов газомасляного пузыря, в состав которого входит до 70 % водорода. Давление внутри бака и пузыря повышается до 0,5... 1 МПа. При этом усиливается деионизационная способность газа. Дуга гаснет через 0,8... 0,1 с.
Масло наливается в бак выключателя не полностью. Под крышкой остается воздушная подушка, необходимая для смягчения удара в крышку выключателя при возникновении электрической дуги п повышении давления внутри бака. Если уровень масла будет слишком низок, то газы попадут под крышку чрезмерно нагретыми. Это может привести к взрыву смеси водорода с воздухом. Из-за отсутствия специальных дугогасительных устройств отключающая способность выключателей невелика. Их применяют в установках напряжением 6... 10 кВ. Используют выключатели ВМБ-10, ВМЭ-6, ВМЭ-10 и ВС-10. При эксплуатации их постепенно заменяют ма-ломасляными аппаратами.
Для наружных установок напряжением 35 кВ и выше применяют баковые выключатели со специальными дугогасительными устройствами. По принципу действия дугогасительные устройства делят на три вида: с автодутьем (высокое давление и значительная скорость движения газа в зоне дуги обеспечиваются за счет энергии, выделяющейся в дуге); принудительным масляным дутьем (масло нагнетается к месту разрыва с помощью специальных механизмов); магнитным гашением в масле (дуга под воздействием магнитного поля перемещается в узкие каналы и щели).
Наиболее простым и эффективным считают гашение дуги автодутьем. Устройство масляного бакового выключателя с гашением электрических дуг в специальных дугогасительных устройствах принципиально не отличается от рассмотренного ранее. Отличие заключается в том, что к нижней части штанги прикреплена дуго-гасительная камера, состоящая из двух корпусов, соединенных болтами. В камере помещен подвижный контакт в виде перемычки с закрепленными на ней в местах соприкосновения с неподвижными контактами металлокерамическими пластинами. При включении выключателя штанга 10 (см. рис. 9.21) вместе с камерой перемещается в верхнее положение. Подвижный контакт замыкает цепь между неподвижными контактами, а отключающие пружины 5 сжимаются. При размыкании контактов цепь разрывается в дугогасительной камере в двух точках. В камере загораются две последовательные дуги. Давление сильно возрастает. Создается поперечное дутье. Дуга перемещается в камеру, делится на ряд мелких дуг и в процессе деионизации гасится. При отключении малых токов создается также продольное дутье.
После гашения дуги продукты разложения масла выходят из камеры, охлаждаются, проходя через масло, и выбрасываются наружу через специальные газоотводы в крышках. Камера заполняется маслом, и выключатель готов к следующим коммутациям.
Преимущества баковых выключателей: простота конструкции, высокая отключающая способность, возможность наружной установки и наличие встроенных трансформаторов тока.
Недостатки этих выключателей: пожаро- и взрывоопасность; большой объем масла, что требует больших запасов и времени на его замену; непригодность для установки внутри помещений; необходимость контроля уровня масла в баке; большой расход металла; неудобство перевозки, монтажа и наладки из-за большой массы; невозможность выполнения быстродействующих АПВ.
В открытых распределительных устройствах на напряжение 35 кВ и выше такие выключатели применяют благодаря простоте конструкции. На трансформаторных подстанциях используют выключатели ВМ-35 и ВБ-35.
Малообъемные масляные выключатели. Вотличие от многообъемных масляных выключателей у малообъемных разрыв цепи и дальнейшее гашение дуги происходят отдельно для каждой фазы в своем баке (горшке), выполненном из стали, фарфора, а для больших токов – из цветного металла. Масло используется только для гашения электрической дуги, а токоведущие элементы выключателя изолируют твердыми материалами, чаще всего фарфором.
Из-за малого объема масла выключатели взрыво- и пожаробезопасны. Их применяют без специальных взрывозащитных камер в закрытых распределительных устройствах и для внутренней установки. Дуга гасится за счет газомасляного дутья в специальных ду-гогасительных камерах, прикрепленных на неподвижных контактах розеточного типа.
Корпус полюса выключателя на напряжение 35 кВ изготовляют из фарфора, а на напряжение 10 кВ - из стали с немагнитным швом или цветного металла.
В распределительных устройствах на напряжение 10 кВ сельских трансформаторных подстанций напряжением 110... 35/10 кВ применяют выключатели ВПМ-10 (выключатель подвесной масляный, прежнее название ВМГ-10 – масляный, горшковый), ВМП-10 (подвесной) и ВМ-10 (прежняя марка ВММ-10 - мало объемный). Металлический корпус прикреплен на фарфоровых изоляторах к общей раме для всех трех полюсов.
Рассмотрим конструкцию выключателя ВМП-10. На стальной сварной раме 3 (рис. 9.22) смонтировано три полюса выключателя. Вал выключателя 8, отключающая пружина и буфер 5 также размещены на сварной раме. Бачки (полюса) опираются на два опорных фарфоровых изолятора 2, прикрепленных к раме. Вал выключателя соединен с валами полюсов изоляционными тягами 4.
В нижней металлической части бачка 1 (рис. 9.23) размещен неподвижный розеточный контакт 2. Средняя часть бачка выполнена из стеклопластика с гасительным устройством (камерой) 3. Верхняя металлическая часть представляет собой подвижный контакт 11, направляющие 10, роликовые контакты 5 для токосъема, рычажную систему 8 для передачи движения подвижному контакту от вала 9. Маслоотделитель 6 находится вверху бачка. Крышка 7 с отверстием для выхода газов, образующихся при разложении масла, закрывает бачок сверху.
Гасительное устройство 3 состоит из изоляционных пластин с отверстиями, образующими поперечные щели (каналы). На разной высоте для выхода газов предусмотрены так называемые «масляные карманы». В бачке залито масло немного выше уровня дугогасительного устройства. Масса залитого масла 4,5 кг. Его уровень контролируют по маслоуказателю. Подвижный контактный стержень движется внутри цилиндра из стеклопластика.
При включенном положении конец контактного стержня находится в розетке неподвижного контакта. При отключении привод выключателя освобождает отключающую пружину, под действием которой главный вал поворачивается, и через тяги и рычаги приводного устройства движение передается подвижному контактному стержню. Последний перемещается вверх, и в нижней части полюса возникает электрическая дуга, разлагающая масло. В самом начале движения контактный стержень закрывает поперечные каналы гасительной камеры, поэтому давление в ней сильно возрастает. Через некоторое время подвижный контактный стержень открывает первый поперечный канал, создается газовое дутье сквозь дуговой столб. Газы выбрасываются в верхнюю часть бачка.
По мере движения контактного стержня дуга растягивается, и одновременно с этим открываются второй и третий поперечные каналы. При переходе тока через нуль дуга гаснет, давление в газопаровом пузыре снижается и сжатый воздух, действуя подобно поршню, нагнетает масло в зону дуги. В результате она гаснет. В зависимости от значений отключаемых токов возможны различные ситуации. Если отключаются большие токи, то из-за сильного поперечного дутья дуга может погаснуть уже в нижней части камеры. При отключении меньших токов дуга в нижней части камеры может не погаснуть и гасится дутьем в масляных карманах. При гашении дуги (0,02... 0,025 с) газы выходят из полюса через отверстие в верхней крышке, а масло, конденсируясь, стекает вниз.
В комплектных распределительных устройствах (КРУ) более удобно обслуживать электрооборудование, размещенное на выкатных тележках, которое для осмотров, ревизий и ремонтов отъединяют от токоведущих частей и выкатывают на тележках в коридор для обслуживания.
Выключатель ВК-10 (колонковый) (рис. 9.24) в сборе представляет собой выкатной элемент ячейки КРУ. На основании выключателя расположены устройства для вкатывания и выкатывания, подъема шторочного механизма в КРУ и установки электромагнитных блок-замков, осуществляющих необходимые оперативные блокировки и переключения блок-контактов в КРУ. На каждом из трех полюсов установлены штыревые выводы с розеточными контактами для соединений первичной цепи при вкатывании выключателя в ячейку КРУ. Выключатель оснащен гасительной камерой для гашения дуги путем газомасляного дутья.
В выключателях ВК-10 верхняя часть подвижного контактного стержня и торцы ламелей розеточного контакта облицованы дугостойкой керамикой для увеличения срока его службы.
Масса масла 4, 5 кг, время гашения дуги 0,02... 0,025 с.
Выключатель ВМ-10 в отличие от выключателя ВМП-10 имеет встроенный пружинный привод, который включает и отключает выключатель в пяти циклах за счет энергии предварительно сжатой спиральной пружины без дополнительного ее подзавода.
Преимущества малообъемных выключателей по сравнению с многообъемными: небольшое количество масла, меньшая масса, более удобный доступ к контактам.
Недостатки таких выключателей: необходимость периодического контроля, доливки и замены масла в бачках, трудность установки встроенных трансформаторов тока, относительно малая отключающая способность.