ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ЭЛЕГАЗОВЫЕ

Конструкции элегазовых выключателей выполняются в основном с автокомпрессорным дутьем или магнитным дутьем.

При первом способе электрическая дуга охлаждается элегазом, который перетекает из резервуара высокого давления (около 1 МПа) в резервуар низкого давления (0.3 МПа), т.е. используется тот же принцип, что и в воздушном выключателе. Схема дугогасительного устройства с автокомпрессорным продольным дутьем приведена на рис. 6, а. Подвижный контакт 2 вместе с изоляционным соплом 3,

Рисунок 6 - Схемы дугогасительных устройств элегаэовых выключателей: а—с автокомпрессорным дутьем; б – с магнитным дутьем

перегородкой 4 и цилиндром 5, отходя от неподвижною контакта 1, надвигается на поршень 6. Элегаз через отверстия в перегородке и сопло омывает дугу с большой скоростью и гасит ее через 0.02—0.03 с.

Избыточное давление в этих выключателях получается за счет энергии привода, и оно значительно. Ввиду этого здесь применяется пневматический привод. Поскольку давление, необходимое для гашения дуги, появляется в процессе движения контактов, то снижение времени гашения дуги (в частности, до 0.01 с) такое дугогасительное устройство не может обеспечить.

Схема дугогасительного устройства с магнитным дутьем приведена на рис. 6, б. Устройство размещается в изоляционном цилиндре 1, наполненном элегазом. На дугу, возникающую между расходящимися контактами 2 и 3, действует радиальное магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами 4 (или последовательной катушкой). Дуга быстро перемещается по окружности, усиленно охлаждается и гаснет. Такие устройства применяются в выключателях нагрузки.

Для комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) напряжением 110 и 220 кВ ВЭИ и ЛенПО «Электроаппарат» разработали, изготовили и испытали выключатели с I_ном = 2000 А, I_оном = 40 кА, временем отключения 0.065 с, временем гашения 0.080 с, номинальным давлением элегаза 0.7 МПа, номинальным давлением привода 2.0 МПа.

Схема полюса элегазового выключателя для КРУЭ на 220 кВ приведена на рис. 7. Неподвижный контакт 5 прикреплен к баку 1 на литом изоляторе 6. Выключатель имеет два дугогасительных устройства 4 с автокомпрессорным дутьем (см. рис. 6, а), они же подвижные контакты. Дугогасительные устройства соединены последовательно перемычкой 3, равномерное распределение напряжения между устройствами обеспечивается керамическими конденсаторами 8. Подвижный контакт 4 приводится в движение изоляционной штангой 9 через рычажный механизм 11. Подвижный контакт и конденсаторы закрыты экраном 2. Цилиндр 10изолирует контакты 4 от бака. Выключатель заполнен элегазом (при давлении 0.55 МПа). Неподвижные контакты 5 выведены из бака через вводы элегаз — элегаз. Изоляционная перегородка 7 ввода герметизирует объем бака и позволяет сохранить элегаз в выключателе при отсоединении его от КРУЭ.

ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ

Выключатели электромагнитные обладают теми достоинствами, что для своей работы не требуют ни масла, ни сжатого воздуха, ни тем более элегаза, они допускают большое число включений. Однако отключающая способность их ограничена по напряжению. Гашение в электромагнитных выключателях основано на воздействии на ствол дуги и достижении падения напряжения на стволе дуги, большего приложенного. Они находят применение как выключатели для КРУ на напряжение 6—20 кВ, токи до 3200 А при частых коммутациях (выключатели нагрузки — выключатели в цепях мощных двигателей и других нагрузок).

Гашение дуги здесь осуществляется при помощи магнитного дутья в камерах с продольными (прямыми, извилистыми и т.п.) щелями. Катушки магнитного дутья и токопроводы к ним обычно при замкнутых контактах не обтекаются током. При отключении возникающая дуга перебрасывается на эти детали и включает их последовательно в цепь тока. Возбуждается поле гашения дуги. Дуга гаснет, ток в цепи обрывается. Таким образом, эти детали находятся под током только на время гашения — примерно 0.02 с.

На рис. 8, а представлена схема контактной и дугогасительной систем электромагнитного выключателя. Контактная система состоит из основных 1 и 2 и дугогасительных 3 и 10 контактов, последние имеют дугостойкие напайки.

Рисунок 8 - Контактная и дугогасительная системы электромагнитного выключателя

Дугогасительная система состоит из изоляционной камеры 4 и охватывающего камеру П-образного магнитопровода 5, на среднюю часть которого надета дугогасительная катушка 6. Внутри камеры размещен пакет дугогасительных керамических пластин 8, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. В нижней части пластины имеют вырезы, постепенно сужающиеся кверху. Пластины образ постепенно сужающуюся зигзагообразную щель (рис. 8, б). По бокам пакета укреплены дугогасительные рога. Рог 7 электрически соединен только с дугогаситель- ной катушкой. Второй конец катушки присоединен к неподвижному контакту. Рог 9 соединен с подвижным контактом. При замкнутых контактах катушка не обтекается током. Возникающая при размыкании контактов дуга движется сначала под действием только электродинамических сил контура (положения А и Б) и перебрасывается этими силами на рога 7 и 9. При этом в контур тока включается дугогасительная катушка, и созданное ею магнитное поле загоняет дугу в решетку (положения В, Г и Д), где и происходит ее гашение. Многие дугогасительные устройства имеют пламегасительные решетки.

В системах с электромагнитным дутьем затруднено гашение малых токов ввиду соответственно малых электродинамических сил, подчас недостаточных для растяжения дуги и переброса ее на рога. Поэтому многие конструкции снабжаются небольшим автопневматическим устройством, связанным с подвижной системой и действующим на начальном этапе расхождения контактов.

Все три полюса выключателя монтируются на стальной сварной раме, имеющей катки. В нижней части рамы расположен привод. Как правило, привод электромагнитный, но может быть и другой. На опорных фарфоровых изоляторах, закрепленных на вертикальной стойке рамы, укреплены контактная и дугогасительная системы. Токоподводы при встройке выключателя в КРУ снабжаются втычными контактами. Подвижные контакты трех полюсов связаны иэоляционными тягами с общим валом выключателя. Дугогасительная камера и контакты каждого полюса закрыты изоляционным кожухом, отделяющим полюсы выключателя друг от друга и от стенок распределительного устройства.

Механическая износостойкость выключателей - до 50000 циклов, коммутационная — 5000 отключений.

ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ВАКУУМНЫЕ

В вакуумных выключателях гашение дуги происходит в высоком вакууме. Высокие дугогасящие свойства этой среды позволили создать выключатели на напряжение до 35 кВ. Благодаря своим преимуществам вакуумные выключатели вытесняют другие выключатели, в том числе и электромагнитные, особенно в диапазоне напряжений 6—10 кВ.

Основные их преимущества:

- отсутствие компрессорных установок, масляного хозяйства, а также необходимости в пополнении и замене дугогасящей среды;

- высокая механическая и коммутационная износостойкость (до 5*10⁵ и 10⁶ операций соответственно);

- минимум обслуживания, бесшумность и чистота, снижение эксплуатационных затрат (почти в два раза), срок службы 25 лет;

- полная взрыво- и пожаробезопасность.

Недостатками вакуумных выключателей являются:

- трудности разработки и изготовления, связанные с созданием вакуумнопрочных материалов и специальных контактных материалов, сложностью вакуумного производства;

- большие капитальные вложения, необходимые для организации массового производства.

Рисунок 9 - Вакуумное дугогасительное устройство

Дугогасительное устройство (ДУ) выключателя выполняется как герметичный сосуд, давление внутри которого равно 1.33*(10^-4...10^-6) Па.

Рисунок 10 - Выключатель вакуумный на 1600 А серии ВВЭ-10

Нажатие подвижного контакта нанеподвижный создается за счет атмосферного давления. При больших номинальных токах ставится дополнительная контактная пружина.

Пример конструкции вакуумного ДУ приведен на рис. 9. ДУ представляет собой изоляционный (керамический) вакуумно-прочный ребристый цилиндр 10, закрытый фланцами 2. Внутри цилиндра расположены неподвижные контакт 8 и токоподвод 9, подвижные контакт 6 и токоподвод 3 (7 — дугогасительные контакты). Для снижения переходного сопротивления применяется многоточечный торцевой контакт. Токоподвод 3 связан с корпусом сильфоном 1, чем и обеспечивается возможность перемещения контакта. Сильфон представляет собой цилиндрическую гармошку, выполненную из нержавеющей стали. Внешние шины присоединяются к токоподводу 9 жестко, а к токоподводу 3 - с помощью гибких проводников. Для выравнивания электрического поля и защиты цилиндра 10 от попадания на него металлических частиц (при отключении) служат экраны 4 и 5.

Выключатели вакуумные серии ВВЭ-10 (рис. 10) выпускаются на напряжение 10 кВ частотой 50 и 60 Гц, номинальные токи 630—3200 А, отключаемые 20—31.5 кА при включаемых ударных токах 52—80 кА.

На основании (выкатной тележке) 5 установлены дугогасительные устройства 2 полюсов с токоподводами 1 и электромагнитный привод 4. Привод с системой рычагов и пружин осуществляет управление контактами — размыкание, удержание контактов в разомкнутом положении и обеспечение их замыкания. Выключатель снабжен соответствующим числом вспомогательных контактов для цепей управления и сигнализации. На фасадной панели 3 размещаются все вспомогательные устройства.

ВЫБОР ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Производится:

1. По напряжению:

U_уст£U_ном.

2. По длительному току:

I_{раб. макс.}£I_н.

3. По отключающей способности:

В первую очередь производится проверка на симметричный ток отключения

I_пt£I_отк.н,

где I_пt - действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент t начала расхождения дугогасительных контактов;

I_отк.н – номинальный ток отключения, кА.

Затем проверяется способность выключателя отключить асимметричный ток КЗ, т.е. полный ток КЗ с учетом апериодической составляющей

,

где i_аt - апериодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения контактов t;

b_н – номинальное значение относительного содержания апериодической составляющей в отключаемом токе КЗ;

t - наименьшее время от начала короткого замыкания до момента расхождения дугогасительных контактов

t=t_{рз. мин}+t_с.в,

где t_{рз. мин}=0.01 с – минимальное время действия релейной защиты; t_с.в – собственное время отключения выключателя.

4. На электродинамическую устойчивость выключатель проверяется по предельному сквозному току КЗ:

I^”£I_пр.с;

i_у£i_пр.с,

где I_пр.с – действующее значение предельного сквозного тока КЗ (по каталогу); i_пр.с – амплитудное значение предельного сквозного тока КЗ (по каталогу); I^” – начальное значение периодической составляющей тока КЗ в цепи выключателя; i_у – ударный ток КЗ в цепи выключателя.

5. На термическую устойчивость выключатель проверяется по тепловому импульсу

B_к£I_т²t_т,

где B_к – тепловой импульс по расчету; I_т – предельный ток термической устойчивости по каталогу; t_т – длительность протекания тока термической устойчивости, с.