Силовые выключатели

По используемой гасящей электрическую дугу среде различают воздушные, масляные, электромагнитные, вакуумные и элегазовые силовые выключатели.

До настоящего времени все еще широкое применение находят масляные выключатели – баковые и маломасляные и воздушные выключатели. Они исторически были первыми коммутационными аппаратами. Ввиду значительного срока службы до настоящего времени маломасляными выключателями укомплектованы до 70… 80% сетей до 35 кВ, до 60 - 70% подстанций. Воздушные выключатели обладают до настоящего времени наибольшей отключающей способностью. Несмотря на это, ввиду значительных эксплуатационных расходов по их обслуживанию они являются неперспективными. На смену им приходят современные выключатели - элегазовые и вакуумные. Если элегазовые выключатели находят наибольшее применение на напряжениях свыше 110 кВ, то вакуумные выключатели практически используются до напряжения 35 кВ (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Выключатели высокого напряжения

Тип	Номинальное напряжение, В	Номинальный ток, А	Предельный сквозной ток, А	Предельный ток терм-ой стойкости, кА	Время протек-я тока терм-ой стойкости, с	Номинальный ток отключения, кА	Собственное время выключателя с приводом, с, не более
действу-ющее значение периоди-ческой состав-ляющей	ампли-тудное значение	вкл.	откл
ВЭМ-6		2000, 3200				4; 5		0,35	0,06
LF1					31,5		31,5	0,65	0,7
ВЭ-10**			20;315,	51;80	20;31,5		20;31,5	0,075	0,06
ВМПЭ-10***			20;31,5	52;80	20;31,5		20;31,5	0,3	0,09
ВК-10А***			20;31,5	52;80	20;31,5		20;31,5	0,075	0,05
ВНВП-10								0,05	0,05
ВТ-35			12,5	31,5	12,5		12,5	0,34	0,06
У-220								0,80 0,45	0,05
ВВП-35У3								-	0,04 0,06
ВВЭ-35								0,28	0,6

Масляные выключатели делятся на две большие группы: баковые и маломасляные. В баковых масляных выключателях масло является изолирующей и газогенерирующей средой, в маломасляных служит в основном для целей дугогашения, а изолирование токоведущих частей от земли и между собой производится с помощью твердых диэлектриков.

В современных условиях масляные выключатели используются в электроустановках напряжением до 220 кВ, причем на напряжения 35, 110, 220 кВ - в основном баковые.

Маломасляные выключатели имеют меньшие отключающие возможности. В то же время они хорошо приспособлены для встраивания в комплектные распределительные устройства, что и определило их широкое распространение. Относительно небольшое количество масла (3,5…12 кг) облегчает уход и ремонт и исключает возможность взрыва.

Выключатель серии ВМП-10 относится к жидкостным высоковольтным выключателям с малым объемом дугогасящей среды. Полюс выключателя (рис. 2.14, а)представляет собой прочный влагостойкий цилиндр, состоящий из нижней металлической части 1, средней 3 из стеклопластика со встроенным гасительным устройством 4 и верхней металлической части, в которой размещен контактный стержень 5, движущийся по направляющим 6 и получающий движение через рычаг 10 от вала 11.

а б

Рис. 2.14. Эскиз выключателя типа ВМП:

а - полюс выключателя; 1 – нижняя металлическая часть; 2 – контакт розеточного типа; 3 – средняя часть (стеклопластик); 4 – дугогасительная камера; 5 – контактный стержень; 6 – направляющие; 7 – роликовые контакты; 8 – маслоотделитель; 9 – крышка; 10 – рычаг; 11 – вал;

б – гашение дуги встречно-поперечным дутьем

Токосъем осуществляется через роликовые контакты 7. В нижней части установлен неподвижный контакт 2 розеточного типа. Наконечники подвижных контактных стержней и верхние торцы ламелей неподвижных контактов облицованы дугостойкой металлокерамикой. В верхней части цилиндр закрыт крышкой 9 с отверстиями для выхода образующихся газов. Там же расположен маслоотделитель 8.

Выключатели могут иметь токи отключения 20 и 31,5 кА. Дугогасительные камеры на ток отключения 20 кА имеют поперечное масляное дутье, а на 31,5 кА - встречно-поперечное (рис. 2.14, б), которое создается при открытии движущимся вверх контактным стержнем первой же поперечной щели. Газы выбрасываются в верхнюю часть цилиндра. В отключенном положении конец стержня находится выше уровня масла.

Выключатель смонтирован на сварной раме, являющейся основанием выключателя и имеющей отверстия для опорного крепления к тележке выкатной части КРУ. Внутри рамы установлен приводной механизм выключателя.

На раме установлено шесть фарфоровых изоляторов (по два на полюс), на которых крепятся полюсы. Движение от главного вала выключателя к подвижным контактам полюсов передается тягой, выполненной из влагостойкого изоляционного материала, между полюсами выключателя установлены изоляционные перегородки (рис. 2.15).

Рис. 2.15. Выключатель ВМП-10

На боковых стенках рамы имеются болты для присоединения заземляющих шин. Внутренняя часть рамы отделена от высоковольтной части перегородками изоляционной и металлической заземленной. На металлической перегородке имеется предупредительная надпись: «Осторожно! Высокое напряжение!».

В раме установлены сигнальные блок-контакты, контакты цепей управления приводом. В раме имеются отверстия, необходимые для крепления и фиксации элементов выкатной части КРУ. Концы проводов цепей вторичной коммутации выведены в верхнюю часть рамы, где они должны быть присоединены к переходным рядам зажимов КРУ. Такую же конструкцию имеют выключатели ВМП-35 на напряжение 35 кВ.

Выключатели ВМП выпускаются с электромагнитными при-водами постоянного тока (модификация ВМПЭ) или пружинными (ВМПП). По механической стойкости выключатели ВМПЭ выдерживают до 4000 включений и отключений.

Специально для выдвижных ячеек КРУ разработан выключатель ВК-10, имеющий меньшие размеры по сравнению со всеми другими выключателями на аналогичные параметры [36]. Это выключатели колонкового типа с пружинным приводом. Выключатель имеет полный механический ресурс без токовой нагрузки 6000 операций. Средний коммутационный ресурс между капитальными ремонтами при токах отключения 12 кА – 18, при 20 кА – 10, при 31,5 кА – 6 операций.

Общим недостатком масляных выключателей является большой объем эксплуатационных работ. При отключениях под нагрузкой и особенно при разрыве токов КЗ частички сажи, образующиеся при горении дуги, снижают электрическую прочность масла, что требует постоянного за ним наблюдения и его смены. Особенно это сильно проявляется в маломасляных выключателях.

Электромагнитные выключатели типов ВЭМ и ВЭ предназначены для работ в закрытых помещениях или в комплектных распределительных устройствах напряжением 6, 10 кВ. Благодаря отсутствию масла и повышенной механической прочности деталей выключатели нашли широкое применение в цепях с частыми коммутационными операциями. Механическая износоустойчивость (операции включения и отключения без нагрузки) составляет 75000 операций у выключателей с электромагнитным приводом и 20000 с пружинным. Выключатели пожаро- и взрывобезопасны, гарантируют низкий уровень коммутационных перенапряжений в коммутируемых аппаратах, имеют незначительный износ и обгорание контактов. Быстродействие в зоне отключения больших токов уменьшает термическое и динамическое воздействие токов КЗ на элементы установок.

Токоподвод осуществляется к неподвижному контакту 6 и электрически связанному с ним через катушку магнитного дутья переднему рогу. Второй полюс подводится к подвижному контакту и шинкой 12 к заднему рогу 11. Катушка магнитного дутья включается в цепь только процессе отключения. Возникшая в процессе отключения электрическая дуга тепловыми потоками и электромагнитными силами поднимается кверху, занимая положение А, затем Б, при этом часть дуги на участке ЕК оказывается зашунтированной катушкой магнитного дутья, имеющей малое сопротивление.

Эта часть дуги гаснет, и катушка включается в электрическую цепь, создавая магнитное поле и перемещая дугу по переднему и заднему рогам в керамическую дугогасительную камеру. Дуга постепенно занимает положения В, Г, Ди гасится. При отключениях малых токов для начального перемещения дуги вверх используется воздух из воздушного цилиндра, поршень которого связан с подвижным контактом. В сутки выключатель допускает 150 операций включения и отключения номинального тока до 1000 А.

Принцип работы выключателей ВЭ-10 тот же, что и выключателей типа ВЭМ. Они обычно имеют выносной пружинный привод косвенного действия. При отключении малых токов из-за недостаточной эффективности магнитного дутья к дугогасительным контактам подается воздух, заставляя дугу перемещаться вверх. Ресурс работы выключателя ВЭ-10 приведен в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Ресурс работы выключателя ВЭ-10

Примечание: в скобках – для выключателей на ток отключения 31,5 кА.

Воздушные выключатели. Воздушные выключатели (ВВ) широко распространены в установках выше 110 кВ. На печных подстанциях воздушные выключатели устанавливаются и на напряжение 35 кВ.

Конструкции ВВ весьма разнообразны. Некоторые ВВ используют продольное дутье, что при давлении воздуха 2 МПа обеспечивает успешное гашение дуги. На напряжение 35 кВ применяется один разрыв на фазу, при 110 кВ необходимо два разрыва. Для уменьшения скорости восстановления напряжения и более равномерного распределения его между разрывами выключатели снабжены параллельно включенными сопротивлениями. Протекающие по ним сопровождающие токи разрываются отделителями. Специальные печные модификации используют отделители, которые дополнительно разрывают электрическую цепь после гашения дуги. Это позволяет замкнуть основные контакты в отключенном состоянии выключателя, подготовив его к дальнейшей работе. Включение осуществляется соединением цепи отделителем.

В электротехнологических установках широко распространен выключатель ВВП-35 (рис. 2.17). Конструктивно он состоит из трех одинаковых полюсов, с помощью опорных изоляторов 6, установленных на общем основании - резервуаре 4. Дугогасительные камеры 1 снабжены нелинейными шунтирующими сопротивлениями 7. На резервуаре размещены изоляторы 14, контакты отделителя 12, его привод 3 и контактные выводы 8 и 13. Полюсы выключателя разделены изоляционными перегородками 11. Выключатель имеет общий для трех полюсов вал 2, который с помощью системы рычагов и штанг 9 соединен с ножами отделителя 10. Для удобства перемещения выключателя резервуар установлен на поворотных катках 5. Воздух к резервуару выключателя подается по воздухопроводу через распределительный шкаф 15.

Рис. 2.17. Выключатель ВВП-35

Механическая стойкость выключателя до капитального ремонта составляет 80 тыс. операций В - О без токовой нагрузки. После определенного количества отключений или включений токов КЗ дугогасительные камеры должны подвергаться внеочередному ремонту.

Применение наружного отделителя в выключателях ВВП-35 не является наилучшим конструктивным решением. При наружной установке выключателя в гололед цепь может не отключиться. При включении, которое производится отделителем, в случае КЗ в схеме электрическая цепь пробьется при наличии воздушного зазора между контактами, что приведет к их оплавлению.

Выключатель ВВН-35 относится к воздушным выключателям, у которых отделитель и его контакты помещены внутри фарфорового изолятора и, так же как и основные, размыкаются в среде сжатого воздуха. На базе выключателя ВВП-35 разработан новый, более совершенный выключатель ВВЭ-35 с повышенными основными параметрами. Механическая износостойкость доведена до 80 тысяч. Выключатели типа ВВЭ-35 отключают ток 20 кА при частоте восстанавливающегося напряжения 20 кГц (ток 12,5 кА при 15 кГц).

Выключатели серии ВВП-110Б разработаны на базе унифицированных узлов выключателей ВВБ-110 общего назначения (рис. 2.18).

а б

Рис. 2.18. Выключатель серии ВВП-110Б:

а – общий вид; б – электрическая схема цепи высокого напряжения; 1 – шкафы управления, 2 – опорная колонка, 3 – камера, 4 – фарфоровые покрышки,

5 – конденсаторы, 6 – главные колонки, 7 – дополнительные колонки,

8 – резисторы

Полюс представляет собой одну металлическую дугогасительную камеру, находящуюся под напряжением и постоянно заполненную сжатым воздухом. Камера имеет два разрыва на фазу, параллельно которым подсоединены линейные шунтирующие сопротивления. Главные контакты расходятся на достаточное расстояние, в связи с чем отпала необходимость в отделителе. Выключатель требует осмотра не реже одного раза в смену и после каждого отключения тока КЗ.

Для питания мощных электроприемников используются выключатели ВВЭ-110Б и ВВЭ-220Б (табл. 2.3) и ВВБ-110. Механическая износостойкость у выключателей ВВЭ-110Б и ВВЭ-220Б равна 20 тыс. циклов В - О. Электрическая износостойкость у первого - 900, у второго - 750 отключений номинального тока.

Таблица 2.3

Воздушные выключатели

Выключатели серии ВВБ имеют большую мощность отключения и меньшее собственное время отключения по сравнению с выключателями серии ВВ. Контактная система полюса вместе со своим механизмом и дутьевым клапаном находится внутри металлической камеры (модуля) 3, наполненной сжатым воздухом и изолированной от земли фарфоровой опорной колонкой 2 (рис. 2.18) [16]. Камера находится под высоким потенциалом. При номинальном напряжении 110 кВ на каждый полюс имеется один модуль, на 220 кВ – два модуля, на 330 кВ - четыре модуля и т.д.

Внутри опорных колонок проложено по два стеклопластиковых воздухопровода, один из которых служит для постоянной подачи сжатого воздуха в камеры, второй – для импульсной подачи сжатого воздуха при отключении и сброса воздуха при включении выключателя. Дyгoгасительная камера имеет два главных и два дополнительных разрыва. Главные контакты 6 отключают полный ток электрической цепи. Они шунтированы резисторами 8, служащими для выравнивания распределения напряжения между разрывами в процессе отключения и для снижения скорости восстанавливающегося напряжения. Дополнительные контакты 7 отключают остаточный ток, проходящий через резисторы после гашения дуги на главных контактах. По обе стороны камеры имеются эпоксидные вводы, защищенные снаружи фарфоровыми покрышками 4 от атмосферных воздействий. Напряжение по разрывам равномерно распределяется с помощью конденсаторов 5.

Питание воздушных выключателей сжатым воздухом производится через шкафы управления 1, где размещены элементы пневматического и электрического управления – системы клапанов, электромагниты управления, вспомогательные контакты с пневмоприводом, сборки зажимов, устройства световой сигнализации положения выключателя. В шкафу управления каждого полюса установлен электроконтактный манометр, показывающий давление в гасительной камере полюса.

Сжатый воздух из воздухораспределительной сети к выключателю подается через распределительный шкаф. Сжатый воздух очищается от механических примесей с помощью фильтров, кроме того, для предупреждения загрязнения сжатого воздуха в процессе эксплуатации проводятся продувки.

Включение выключателя осуществляется воздействием на электромагнит включения, который открывает пусковой клапан включения. В результате дальнейшего взаимодействия клапанных систем выключателя механизм переводится в положение, соответствующее включенному выключателю.

Отключение выключателя производится воздействием на электромагнит отключения, который перемещает пусковой клапан отключения. Действие клапанных систем приводит к открытию дутьевых клапанов дугогасительных камер (через дутьевые клапаны камеры выключателя сообщаются с атмосферой, благодаря чему создается дутье). Далее размыкаются главные контакты, и на обоих разрывах полюса возникает электрическая дуга, которая под действием электродинамических сил и сжатого воздуха, вытекающего из камер, перебрасывается на неподвижные контакты и противоэлектроды и гасится при переходе тока через нуль [16].

Вакуумные выключатели обеспечивают эффективное гашение дуги и имеют высокое быстродействие.

В последние годы в отечественной и зарубежной практике в электротехнических устройствах отмечается интенсивное использование вакуумных коммутаторов в области напряжений 6 - 35 кВ для создания вакуумных контакторов, выключателей нагрузки, вакуумных выключателей. Вакуумные выключатели получают все большее распространение благодаря своим преи-муществам и вытесняют воздушные, масляные и электромагнит-ные выключатели в электроустановках напряжением 3…35 кВ.

Большинство производителей КРУ используют вакуумные и элегазовые выключатели при комплектации ячеек взамен маломасляных и снабжают их соответствующими разъемами, обеспе-чивающими замену без каких-либо конструктивных переделок.

Скорость восстановления электрической прочности проме-жутка вакуумного выключателя достигает (10…50)·10³ В/мкс. Отсутствие дугогасящей среды значительно упрощает конструкцию выключателя, обеспечивает высокую надежность при эксплуатации в широком диапазоне температур (-70…+200°С), минимальные эксплуатационные затраты, минимальные габаритные размеры, повышенную устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам, высокую износостойкость при коммутации номинальных токов отключения и токов нагрузки, полную пожаро- и взрывобезопасность, отсутствие загрязнения окружающей среды. Вакуумные выключатели имеют высокий механический и коммутационный ресурс, ограниченный эрозией мате-риала контактов и склонностью их к свариванию в условиях ва-куума. Важным достоинством, кроме отличных технических характеристик (небольшое потребление энергии по цепям управ-ления, возможность управления по цепям постоянного, выпрямленного и переменного оперативного тока, простота встраивания в ячейки КРУ и КСО с осуществлением необходимых блокировок, отсутствие необходимости ремонта в течение всего срока службы - 25 лет), являются минимальные эксплуатационные затраты.

Основу принципа действия вакуумных выключателей состав-ляет гашение в глубоком вакууме электрической дуги, возникаю-щей при размыкании контактов. На промышленных предприятиях и в городских электросетях широко используются выключатели серии ВВ/ТЕL. Устройство и работа выключателя поясняется с помощью рис. 2.19 [3, 6]. Выключатель ВВ/ТЕL состоит из трех полюсов, установленных на общем основании. Все три полюса имеют одинаковую конструкцию. Привод выключателя состоит из электромагнитов (по одному на каждую фазу), электрически соединенных между собой параллельно, и блока управления.

Рис. 2.19. Устройство вакуумного

выключателя ВВ/ТЕL:

1 – неподвижный контакт ВДК; 2 – вакуумная дугогасительная камера (ВДК);

3 – подвижный контакт ВДК; 4 – гибкий токосъемник; 5 – тяговый изолятор;

6 – пружина поджатия; 7 – отключающая пружина; 8 – верхняя крышка; 9 – катушка;

10 – кольцевой магнит; 11 – якорь;

12 – нижняя крышка; 13 – пластина;

14 – вал; 15 – постоянный магнит;

16 – герконы (контакты для внешних

вспомогательных цепей)

Якори 11 приводных электромагнитов выключателя механические соединены между собой общим валом 14, который в процессе включения и отключения поворачивается вокруг своей про-дольной оси и обеспечивает выполнение следующих функций:

– управление указателем положения выключателя «ВКЛ-ОТКЛ»,

– ручное отключение выключателя для внешних вспомогательных цепей с помощью постоянного магнита,

– предотвращение срабатывания выключателя в неполнофазном режиме.

Исходное разомкнутое состояние контактов 1, 3 вакуумной дугогасительной камеры выключателя обеспечивается за счет воздействия на подвижный контакт 3 отключающей пружины 7 через тяговый изолятор 5. При подаче сигнала «ВКЛ» блок управления формирует импульс напряжения положительной полярнос-ти, который прикладывается к катушкам 9 электромагнитов. При этом в зазоре магнитной системы появляется электромагнитная сила притяжения, по мере своего возрастания преодолевающая усилие пружин отключения 7 и поджатия 6, в результате чего под действием указанных сил якорь электромагнита 11 вместе с тяговым изолятором 5 и подвижным контактом 3 вакуумной камеры 2 (в момент времени 1 на осциллограмме рис. 2.20) начинает движение в направлении неподвижного контакта 1, сжимая при этом пружину отключения 7.

Рис. 2.20. Характерные осциллограммы процессов

в приводе ВВ/ТЕL при включении и отключении:

1 – начало движения главных контактов; 2 – замыкание главных контактов;

2а – замыкание магнитной системы; 3 – окончание процесса включения,

4 – начало процесса отключения, 5 – размыкание главных контактов, 6 – окончание процесса отключения; i_rk – ток, проходящий через главные контакты

После замыкания основных контактов (момент времени 2 на осциллограмме) якорь электромагнита продолжает двигаться вверх, дополнительно сжимая пружину поджатия 6. Движение якоря продолжается до тех пор, пока рабочий зазор в магнитной системе электромагнита не станет равным нулю (момент времени 2а на осциллограмме). Далее кольцевой магнит 10 продолжает запасать магнитную энергию, необходимую для удержания выключателя во включенном положении, а катушка 9 по достижении момента времени 3 начинает обесточиваться, после чего провод оказывается подготовленным к операции отключения. Таким образом, выключатель становится на магнитную защелку, т.е. энергия управления для удержания контактов 1 и 3 в замкнутом положении не потребляется. В процессе включения выключателя пластина 13, входящая в прорезь вала 14, поворачивает этот вал, перемещая установленный на нем постоянный магнит 15 и обеспечивая срабатывание герконов 16, коммутирующих внешние вспомогательные цепи.

При подаче сигнала «ОТКЛ» блок управления формирует импульс тока (нижняя кривая на осциллограмме), который имеет противоположное направление по отношению к току включения и меньшее амплитудное значение (интервал времени 4-5 на осциллограмме). Магнит 10 при этом размагничивается, привод снимается с магнитной защелки и под действием энергии, накопленной в пружинах отключения 7 и поджатия 6, якорь 11 перемещается вниз, в процессе движения ударяя по тяговому изолятору 5, связанному с подвижным контактом 3. Контакты 1 и 3 размыкаются (момент времени 5 на осциллограммах), и выключатель отключает нагрузку. Ручное оперативное отключение выключателя осуществляется путем механического воздействия на кнопку ручного отключения, которая, в свою очередь, через толкатель, шарнирно связанный с валом 14 выключателя, воздействует через этот вал на якоря 11 электромагнитов привода. При этом разрывается магнитная система привода, ее магнитная энергия уменьшается, после чего механическая энергия пружины отключения 7 оказывается достаточной для размыкания контактов 1 и 3 выключателя.

Отличительной особенностью вакуумных выключателей ВВ/ТЕL является использование не механической (как в приводах малообъемных масляных выключателей), а магнитной защелки. Это означает, что контакты выключателя находятся в замкнутом состоянии за счет остаточной магнитной индукции электромагнитов, которые устанавливаются в каждой фазе (полюсе) выключателя, причем между полюсами имеется механическая связь в виде общего вала.

Кнопка ручного отключения одновременно выполняет функцию указателя положения выключателя «ВКЛ – ОТКЛ». Ручное включение выключателя не предусмотрено (рис. 2.21). В этой конструкции якорь электромагнита и подвижный контакт вакуумной дугогасительный камеры движутся вдоль одной оси. Подвижный контакт связан с якорем через простейший узел, не содержащий нагруженных пар трения – тяговый изолятор и пружину дополнительного контактного поджатия. Благодаря этому существенно уменьшено число деталей вакуумного выключателя и увеличен механический ресурс.

Полюс ВВ находится в отключенном положении. При подаче питания на катушку 13 якорь 12 начинает двигаться вверх вместе с тяговым изолятором и подвижными контактами ВДК, сжимая отключающую пружину 7. В момент замыкания контактов ВДК в магнитной системе привода имеется зазор 1,5 мм между якорем 12 и ярмом 11. При дальнейшем движении якорь 12 сжимает как отключающую пружину, так и пружину дополнительного контактного поджатия 6. При этом между штоком 3, соединенным с подвижным контактом ВДК, и втулкой 5, соединенной с тяговым изолятором, появляется зазор, достигающий 1,5 мм при упоре якоря 12 в ярмо 11. Кроме того, в процессе включения ток катушки намагничивает кольцо 14 из магнитотвердого материала. Это кольцо создает в магнитной системе магнитный поток, достаточный для фиксации якоря в замкнутом положении и удержания выключателя во включенном положении на «магнитной защелке». Для отключения выключателя на ту же катушку подают ток противоположной полярности, размагнитив кольцо 14. При этом за счет пружин 6 и 7 якорь 12 и подвижный контакт ВДК приобретают достаточную для отключения скорость.

Рис. 2.21. Общий вид вакуумного выключателя ВВ/ТЕL

Таким образом, работа выключателя напоминает работу поляризованного реле с двумя фиксированными положениями, что обеспечивает ему большой механический ресурс и высокую надежность в эксплуатации. При своем движении якорь поворачивает вал 8, на котором закреплен постоянный магнит 9, управляющий блок-контактами 10. Однако в отличие от вала традиционных приводов вакуумных выключателей этот вал не передает усилий от привода к подвижным контактам ВДК, поэтому он существенно меньше нагружен и обеспечивает высокую долговеч ность работы узла. Вал служит для предотвращения неполнофазного включения ВВ (при обрыве цепи включения одного из полюсов ВВ отключается), управления указателем положения и подключения устройств блокировок.

Таблица 2.4

Параметры вакуумных выключателей

В схемах комплектных трансформаторных подстанций на стороне высокого напряжения и в схемах электроснабжения ЭТУ применяются вакуумные выключатели нагрузки, коммутирующие только номинальные токи, и выключатели, коммутирующие как номинальные токи, так и токи КЗ.

Для защиты от токов КЗ используют вакуумные выключатели ВВТ, ВВК и ВВЛ (табл. 2.4) [1, 2].

Дугогасящие электроды представляют собой диски, разрезанные спиральными прорезями на три сектора.

Между контактами и дугогасящими электродами имеется зазор 9. На возникающую при размыкании тока дугу действует радиальное электродинамическое усилие, заставляющее дугу перемещаться на дугогасящие электроды. Радиальные прорези в контактах и зазор между контактами и дугогасящими электродами увеличивают плотность тока в контактах и, следовательно, радиальное электродинамическое усилие, действующее на дугу. Одновременно с этим такие контакты позволяют получить небольшое активное сопротивление камеры, что особенно важно для вакуумных выключателей на большие номинальные токи. Секторы в двух дугогасящих электродах образуют три пары направляющих, по которым движется дуга, переходя с одной пары к другой, до погасания ее при переходе тока через нуль.

Контакты и дугогасящие электроды соединены с медными вводами, один из которых 12 – неподвижный, другой 3 – подвижный и соединен с одним из концевых фланцев 6 через сильфон 5 из нержавеющей стали. Экранная система камеры состоит из трех экранов, средний из которых 8 изолирован от вводов и находится под свободным потенциалом, а два концевых экрана 7 имеют потенциалы соответствующих вводов. Экранная система выполняет следующие функции: защищает внутренние изолирующие поверхности от осаждения продуктов эрозии контактов (благодаря чему сохраняется внутренняя изоляция камеры после многократных коммутаций тока); задает распределение потенциалов внутри камеры, в частности уменьшает напряженность электрического поля на спаях диэлектрика с металлом и краях дугогасящих электродов.

Корпус камеры состоит из двух секций изоляторов 1, соединенных металлической прокладкой 2. Наружная поверхность изоляторов имеет ребра для увеличения пути утечки тока по изоляции при выпадении росы. Камера снабжена направляющей 4 из силумина.

На напряжениях 35 и 110 кВ применяются вакуумные выключатели колонкового типа ВВК. Их основной частью является вакуумный модуль, включающий дугогасительную камеру на 35 кВ и систему управления ее подвижным контактом. Выключатель ВВК-35 включает три полюса, каждый из которых имеет один вакуумный модуль, и общий электромагнитный привод. У выключателя ВВК-110 привод пружинный, полюсы состоят из четырех последовательно соединенных вакуумных дугогасительных камер с системой управления.

Для встраивания в ячейки КРУ на напряжение 35 кВ используются выключатели типа ВВЛ-35. Электромагнитный привод и три полюса выключателя укреплены на сварной раме, установленной на катках. Каждый полюс представляет собой изоляционный корпус, в верхней части которого расположена вакуумная дугогасительная камера. Вводы снабжены контактами розеточного типа.

Вакуумные выключатели на 110 кВ получают путем включения трех камер по 35 кВ последовательно, что усложняет конструкцию и потому не находит широкого применения [1].

Элегазовые выключатели. Элегазовые выключатели среднего напряжения могут быть разнообразных конструкций, потому что элегаз используется как изолирующая и дугогасящая среда. В большинстве выключателей основные части помещены внутри изолирующего корпуса: главная цепь, дугогасящая камера, контакт между подвижными и неподвижными частями, управляющая тяга и т.д. Конструкция главных контактов влияет на энергию, необходимую приводу выключателя для коммутационных операций. Возможны три вида контактов: подвижные контакты движутся аксиально, а дугогасящие используются в качестве главных контактов; подвижные контакты движутся аксиально, а его главные контакты расположены концентрично дугогасящим контактам; главные контакты выполнены в виде ножей и движутся вращательно. Элегазовые выключатели напряжением 110 кВ типа ЯЭ-110 и напряжением 220 кВ типа ЯЭ-220 размещаются в герметизированных заземленных алюминиевых кожухах с проходными дисковыми изоляторами для их электрического соединения между собой, заполненных элегазом при давлении 0,4-0,6 МПа. Каждый кожух выключателя снабжен вентилями и трубами, подсоединенными к шкафу контроля давления. Герметизированные кожухи каждой фазы выключателя, имеющие одинаковое давление, соединены между собой, вместе присоединены к своему входному вентилю.

Элегазовые выключатели на напряжение 110 и 220 кВ отдельно не изготавливаются, а входят в состав КРУ на эти напря-жения как отдельные элементы в полностью собранном виде. Элегазовые выключатели расположены горизонтально. В КРУ напряжением 110 кВ выключатель находится в нижней части каждого полюса и на нем устанавливаются все элементы полюса; в КРУ 220 кВ – в верхней части полюса, а все остальные элементы полюса расположены под ним.

В выключателе на 110 кВ (рис. 2.26) вал 1 соединяется с приводом. Рычаг, закрепленный на валу, посредством изоляционной тяги соединяется с подвижным контактом 5. Неподвижный контакт 6 укреплен на опорном изоляторе 7. Подвижный и неподвижный контакты с токоведущими частями других элементов ячейки соединяются специальными контактами, закрепленными на дисковых изоляторах. Контактные части закрыты экраном 3. Фильтр-поглотитель 9 служит для очистки элегаза от продуктов разложения, образующихся при гашении электрической дуги, а также для поглощения остаточной влаги. Элегазовый выключатель на 110 кВ имеет один разрыв на полюс; масса выключателя 1000 кг.

Рис. 2.26. Элегазовый выключатель напряжением 110 кВ

(в отключенном положении)

Выключатели на 220 кВ имеют несколько разрывов на полюс, поэтому они зашунтированы конденсаторами для равномерного распределения напряжения между разрывами; масса выключателя 1600 кг.

ДУ выключателей состоит из подвижной и неподвижной частей, контактов розеточного исполнения. К подвижной части относятся цилиндр, главный подвижный контакт, фторопластовое сопло и дугогасительный ламельный контакт. Подвижная часть 5 дугогасительного устройства перемещается с помощью изоляционной тяги, соединенной вилкой 3 с валом 1 привода. Неподвижная часть дугогасительного устройства кроме поршня цилиндра имеет дугогасительный и ламельный токоведущий контакты. Переход тока с неподвижного поршня на подвижный цилиндр осуществляется скользящими контактами в поршне. Путь тока при включенном выключателе проходит от неподвижного 6 к подвижному контакту 5 дугогасительного устройства. При отключении выключателя подвижная часть дугогасительного устройства перемещается справа налево, в результате происходят сжатие элегаза справа от поршня и размыкание главных контактов. После размыкания дугогасительных контактов образуется дуга, которая втягивается в сопла и интенсивно обдувается элегазом. Продукты горения выносятся в объем, образующийся слева от поршня, через отверстия в штоке. После того как сопло сойдет с неподвижного контакта, поток элегаза будет вытекать из объема справа от поршня в объеме кожуха выключателя [16].

Элегазовым выключателем оперируют с помощью пневматического привода двустороннего действия. Привод имеет механический указатель положения и контакты вспомогательных цепей. Ручное отключение элегазового выключателя не предусмотрено.

Коммутационный ресурс элегазовых выключателей примерно в 2 – 3 раза выше, чем маломасляных. У элегазового выключателя износ дугогасящей среды при отключении тока весьма низок, продукты разложения элегаза поглощаются специальными фильтрами-поглотителями (активизированный алюмогель или молекулярные сита), а утечка элегаза из корпусов выключателя не превышает 1 – 3% в год. Дозаполнение элегаза возможно без снятия напряжения. Практически межревизионные сроки для элегазовых выключателей определяются работой и уходом за его приводом. В полюсах выключателей элегаз используется не только для изоляции цепи высокого напряжения, но и как дугогасящая среда.

Широкому распространению элегазовых выключателей, особенно в КРУ, способствуют: поставка полностью собранными элементами, что значительно упрощает и сокращает срок монтажа и ввод в эксплуатацию; взрыво- и пожаробезопасность; малые габариты, что уменьшает требуемую площадь под оборудование в 10 раз; увеличение межремонтных сроков до 10 лет; высокая надежность; полная автоматизация обслуживания; возможность эксплуатации в неблагоприятных атмосферных условиях; полная биологическая безопасность для окружающей среды с отсутствием электрических и магнитных полей, низким уровнем шума, отсутствием радиопомех.

Элегазовые выключатели 35 кВ (табл. 2.5) [1] применяют в КРУ, используемых для электроснабжения металлургических предприятий с мощными дуговыми сталеплавильными печами, прокатными станами.

Таблица 2.5

Технические параметры элегазового выключателя для КРУ 35 кВ

Выключатели на напряжение 110 кВ (ВГУ-110; LTB145 D1/B; ВГБЭ-35 и др.) используются в качестве выходных после повышающих трансформаторов на повышающих подстанциях либо входных перед понижающими трансформаторами на понижающих подстанциях.