интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''

Воздушные выключатели. Коммутационная аппаратура высокого напряжения. Высоковольтные выключатели. Воздушные высоковольтные выключатели


Воздушные выключатели. Типы, виды, устройство, работа воздушных выключателей.

Воздушные выключатели [2], в которых гашение дуги осуществляется потоком сжатого воздуха, получили весьма широкое распространение и во многих случаях вытеснили масляные. Они позволили перейти к классам напряжения 750 и 1150 кВ и в основном применяются:

как сетевые на напряжение 6—1150 кВ с номинальными токами до 4000 А и токами отключения до 63 кА;

как генераторные на напряжение 6-20 кВ с номинальными токами до 20 кА и токами отключения до 160 кА;

как выключатели нагрузки на 6—220 кВ и 110—500 кВ и выключатели комплектных распределительных устройств на напряжение до 35 кВ.

Ожидается, что в ближайшее время появятся сетевые выключатели на напряжение 1500—2000 кВ с номинальными токами 10—15кА и токами отключения 100—120 кА и генераторные выключатели на номинальные токи до 50 кА с токами отключения до 300 кА.

Выключатели выпускаются различного климатического исполнения, для различных категорий размещения и различного вида установки (опорные, подвесные, настенные, выкатные и др.).

Независимо от типа и конструкции воздушный выключатель состоит из трех основных частей: дугогасительного устройства с отделителем или без него, системы снабжения сжатым воздухом и системы управления. Система управления выполняется с одним пневматическим приводом с механической передачей, с индивидуальной пневматической передачей, с пневмомеханической передачей, с пневмогидравлической передачей и пневмосветовой передачей.

Гашение дуги в выключателях осуществляется сжатым воздухом номинальным давлением 0,6—5 МПа в различных камерах продольного и поперечного, одностороннего и двустороннего дутья, с соответствующим напряжению числом последовательно включенных разрывов.

В выключателях с отделителем размыкание дугогасительных контактов и гашение дуги осуществляются одним и тем же потоком сжатого воздуха, поступающего из отдельного резервуара. Контакты (один или оба) выполнены в виде контактно-поршневых механизмов. Во включенном положении выключателя в дугогасительном устройстве и в отделителе все контакты замкнуты. При подаче команды на отключение сжатый воздух из резервуара подается в дугогасительную камеру, размыкает контакты и гасит дугу. Обычно параллельно контактам включается шунтирующий резистор, облегчающий гашение дуги. После погасания дуги на основных дугогасительных контактах размыкается отделитель, который отключает оставшийся ток. Отделитель может выполняться открытым (до 35 кВ) или в виде воздухонаполняемых камер. После погасания дуги на отделителе подача воздуха в дугогасительные камеры прекращается и контакты под действием пружин замыкаются. Контакты же отделителя остаются разомкнутыми, обеспечивая необходимое изоляционное расстояние для разомкнутой цепи.

 

Коструктивная схема воздушного выключателя ВВП-35

 

Рис. 1-8. Коструктивная схема воздушного выключателя ВВП-35.

 

В выключателях без отделителя широко применяются воздухонаполненные металлические камеры (резервуары), в которых размещены дугогасительные устройства. Привод контактов отделен от гасящей среды. При размыкании контактов открываются выхлопные клапаны камер и сжатый воздух, вытекая из камер через соответствующие сопла контактов, гасит дугу. Контакты могут выполняться одно- и двухступенчатыми. Число последовательно включенных дугогасительных устройств определяется номинальным напряжением выключателя. Изоляционный промежуток в отключенном положении обеспечивается расхождением этих же контактов на соответствующее расстояние. Ниже приведены примеры исполнения выключателей.

Конструктивная схема воздушного выключателя (ВВП-35) с контактно-поршневым механизмом и открытым отделителем приведена на рис. 1-8. Выключатель состоит из трех механически связанных полюсов (на рисунке приведен разрез одного полюса), смонтированных на общем основании (резервуаре 1), и распределительного шкафа (на рисунке не показан). На резервуаре установлены:

дугогасительные устройства 5 на опорных изоляторах 2, неподвижные контакты 12 отделителя 10 на изоляторах 16, электропневматическое устройство 17 (одно на три полюса) для управления встроенным в резервуар дифференциальным клапаном 18 и привод (на рисунке не показан), управляющий отделителем через вал 15 и изоляционные штанги 14. Полюсы выключателя (отделителя) разделены между собой изоляционными перегородками 11 и имеют выводы 7 и 13.

При открытии дифференциального клапана сжатый воздух из резервуара через полость опорного изолятора поступает в дугогасительную камеру, давит на контактно-поршневой механизм 8, размыкает контакты (неподвижный 3, подвижный 6) и через сопло подвижного контакта выдувает и гасит дугу. Пламя дуги охлаждается в пламегасительной решетке 9. Для облегчения гашения дуги контакты шунтированы резистором 4. После погасания дуги отделитель 10 размыкается и отключает оставшийся ток.

Длительность времени подачи дутья в дугогасительную камеру регулируется механизмом пневматической отсечки электропневматического устройства. После того как дифференциальный клапан закроется, подача воздуха в камеру прекратится, давление в ней упадет и подвижный контакт под действием пружины контактно-поршневого механизма возвратится на место, контакты замкнутся. Однако цепь останется разомкнутой отделителем.

Генераторные выключатели. Функциональная электрическая схема полюса и общий вид выключателя ВВГ-20 (Uном = 20 кВ, Iном = 20 кА, Iоном = 160 кА, сквозной ток 410 кА) с воздухонаполненным отделителем приведены на рис. 9-9. Полюс выключателя состоит из основного токоведущего контура — выводов 1 и 4 и разъединителя (основного контакта) 2, основных дугогасительных контактов 7 а 10, которые шунтированы резисторами 8 и 11 соответственно, вспомогательных дуго гасительных контактов б, отделителя 9 и разрядника 3 с нелинейным резистором 5.

 

Функциональная электрическая схема полюса (а) и общий вид (б) генераторного воздушного выключателя ВВГ с воздухонаполненным отделителем

 

Рис. 1-9. Функциональная электрическая схема полюса (а) и общий вид (б) генераторного воздушного выключателя ВВГ с воздухонаполненным отделителем.

 

Все устройства монтируются на баке и снабжаются соответствующими электропневматическими приводами. Выключатель состоит из трех одинаковых полюсов, связанных между собой воздуховодами, и распределительного шкафа.

Во включенном положении большая часть тока протекает через основной токоведущий контур. При отключении сначала размыкается основной контакт 2 и весь ток переходит в дугогасительный контур. Затем размыкаются основные дугогасительные контакты 7 и 10; ограниченный резисторами 8 и 11 ток протекает через вспомогательные дугогасительные контакты 6. После их размыкания и погасания дуги ток в цепи прекращается и размыкается отделитель 9, обеспечивая необходимый изоляционный промежуток. Разрядник служит для ограничения перенапряжений при отключении (в случае их возникновения). После прекращения подачи сжатого воздуха контакты б, 7 и 10 под действием пружин возвращаются во включенное положение.

Выключатели серии ВВБ. Общий вид и функциональная схема дугогасительного устройства без отделителя приведены на рис. 1-10. В металлическом резервуаре (камере) б, заполненном воздухом под высоким давлением (1,6—2,4 МПа), размещается дугогасительное устройство с двумя разрывами (контакты — подвижные 8, неподвижные 9) одностороннего дутья (сопло 4). Резервуар находится под высоким потенциалом. Напряжение подводится через выводы 13 с эпоксидной изоляцией 14, защищенные снаружи фарфоровыми рубашками 12. Основные разрывы (контакты 8 и 9) шунтированы линейными резисторами 10, что облегчает гашение дуги на них. Оставшийся ток отключается вспомогательными дугогасительными разрывами (контакты—неподвижный 15, подвижный, полый, он же сопло 17— закрыты кожухом 1). Камеры могут выполняться и без вспомогательных контактов, а следовательно, и без шунтирующих резисторов. Полное гашение осуществляется на основных разрывах. Конденсаторы (делительные) 11 служат для выравнивания напряжения по разрывам в отключенном положении выключателя.

 

Общий вид (а) и функциональная схема (б) дугогасительного устройства без отделения выключателей серии ВВБ

 

Рис. 1-10. Общий вид (а) и функциональная схема (б) дугогасительного устройства без отделения выключателей серии ВВБ.

Полюс выключателя серии ВВБ на 220 кВ

Рис. 1-11. Полюс выключателя серии ВВБ на 220 кВ.

 

Контакты камеры управляются пневмоэлектрическими механизмами 18. При подаче воздуха в цилиндр 2 поршень 3, связанный с траверсой 7, размыкает основные контакты. Одновременно открываются клапаны 19 выхлопных каналов сопел. Сжатый воздух устремляется наружу (показано стрелками), гасит дугу в соплах. Аналогично гасится дуга на вспомогательном разрыве. После погасания дуги выхлопные клапаны сопел закрываются. Давление внутри резервуара несколько снижается. Объем резервуара и давление в нем рассчитаны так, что камера способна выполнить несколько отключений. При этом давление в резервуаре не упадет ниже допустимого для надежного гашения дуги.

В отключенном положении контакты удерживаются давлением в цилиндре 2. Для включения выключателя воздух из цилиндра выпускается через клапан 16. Возвратный механизм 5 замыкает контакты. Соответственно управляются и вспомогательные разрывы.

Камера устанавливается на изоляционную опору 20, через которую проходят воздуховоды — основной 22 (высокого давления) и управления 21.

Приведенное дугогасительное устройство принято как модуль на 110—150 кВ для выключателей до 750 кВ без отделителей. Каждый выключатель состоит из трех полюсов, не имеющих между собой механической связи, и одного (35, 110, 220 кВ) или четырех (330, 500 и 750 кВ) распределительных шкафов. Отсутствие механической связи между полюсами позволяет выполнять трехфазное или пополюсное отключение.

Полюсы выключателей на 35, 110 кВ состоят из одной дугогасительной камеры-модуля (одного резервуара б - рис. 1-10), расположенной на изоляционной опоре. Полюс выключателей на 220 кВ (рис. 1-11) состоит из двух металлических дугогасительных камер 1, разделенных промежуточным изолятором 2 и расположенных на соответствующей изоляционной опоре 3. Полюсы выключателей на 330, 500 и 750 кВ состоят соответственно из двух, трех и четырех однотипных элементов (четырех, шести и восьми модулей), каждый из которых представляет собой полюс выключателя на 220 кВ на соответствующей изоляционной опоре, (показано штрихпунктирными линиями).

Выключатели воздушные серии ВВБК выпускаются на напряжение 110-1150 кВ, номинальный ток 3200 и 4000 А, номинальный ток отключения 50-40 кА, номинальное давление сжатого воздуха 4 МПа, время отключения 0,04 с.

Эти выключатели являются дальнейшим шагом в развитии конструктивных принципов, заложенных в серии ВВБ. Отличительными их особенностями являются повышенное рабочее давление воздуха и усовершенствованное дугогасительное устройство с несимметричным дутьем, что позволило повысить напряжение модуля (220 и 330 кВ — два модуля, 500 и 750 кВ — четыре модуля, 1150 кВ — шесть модулей). Выключатели снабжены новой быстродействующей системой управления.

Тенденции в развитии современных воздушных выключателей.

1. Модульный принцип построения серий. Этот принцип позволяет строить серии в весьма большом диапазоне напряжений (35—1150 кВ) из одинаковых модулей, производить по модульные испытания и иметь максимально выгодные условия производства, эксплуатации и монтажа. Наметилась тенденция существенного увеличения напряжения, приходящегося на один модуль (250 кВ и выше).

2. Размещение дугогасительных устройств непосредственно в сжатом воздухе. При этом обеспечиваются максимальная коммутационная способность, быстродействие, изоляционная прочность межконтактных промежутков и пропускная способность по номинальному току. Наибольшее применяемое сейчас давление достигает 6-8,5 МПа.

3. Применение быстродействующих систем управления с малым разбросом времени оперирования. Основным назначением таких систем является обеспечение работы выключателей на очень высокие напряжения с временем отключений до одного полупериода, а также выключателей с синхронным отключением или включением.

4. Ограничение коммутационных перенапряжений, что особенно важно для выключателей высших классов напряжения.

5. Повышение надежности и увеличение межремонтных сроков до 15—20 лет.

6. Введение принудительного охлаждения для генераторных выключателей.

 

www.eti.su

что это такое, типы, принцип работы

Функционирование любой энергосистемы напрямую зависит от надежности коммутационных аппаратов, обеспечивающих (в зависимости от состояния) беспрепятственное прохождение токов нагрузки и должный уровень изоляции разомкнутых сегментов электрической цепи. В системах с высоким классом напряжения, наряду с другими высоковольтными коммутаторами, широко применяются воздушные выключатели. О том, что представляют собой эти устройства можно узнать и материалов нашей статьи.

Специфика коммутации

Процесс «разрыва» высоковольтных электроцепей сопровождается образованием мощного дугового разряда. В некоторых случаях, например при отключении линии 100 кВ с большим током нагрузки, температура плазмы внутри электродуги может достигать 15000°С, что вполне достаточно для вывода из строя не только контактной группы, а и всей несущей конструкции выключателя нагрузки.

Чтобы не допустить такого развития событий, коммутаторы высокого напряжения должны обладать возможностью гашения дугового разряда, в противном случае их срабатывание будет одноразовым. По этой причине дугогасительные камеры считаются самым важным элементом автоматических выключателей. Их конструкция стала критерием при разделении выключателей на следующие типы:

  • Элегазовые, в таких выключателях используются специальные камеры, наполненные газовым составом на основе фтористой серы.
  • Вакуумные аппараты. Гасят электрическую дугу в камерах с откаченным воздухом.
  • Масляные и маломасленые выключатели, где в качестве дугогасящего наполнителя используется трансформаторное масло.
  • Воздушные. Разряд гасится воздушным потоком.

Поскольку наша тема посвящена последним, рассмотрим подробно, что они из себя представляют.

Что такое “воздушный выключатель”?

Такой термин применяется к высоковольтным коммутационным устройствам, использующим воздушные потоки для подавления разряда, проявляющегося при рабочем или аварийном срабатывании.

Воздушные выключатели на атомной электростанции Salem (США)Воздушные выключатели на атомной электростанции Salem (США)

Для нормального функционирования таких устройств необходимо дополнительное оборудование, куда входят:

  • Компрессорные установки для нагнетания необходимого давления воздуха.
  • Ресиверы (емкости для хранения воздушной смеси под давлением).
  • Пневмопроводы, по которым подается сжатый воздух в дугогасительные модули и пневматический привод (если таковой используется для разрыва цепи).

Подробно конструкция воздушного выключателя будет рассматриваться отдельно.

Структура условного обозначения

Ниже на рисунке приведена структура обозначений электрических коммутационных аппаратов в соответствии с номами ГОСТ 687 78.

Структура маркировки выключателейСтруктура маркировки выключателей

Обозначения:

  1. Может быть от двух до пяти литер. Первая указывает на тип изделия, для выключателей это «В». Остальные характеризуют конструктивные особенности и другие существенные характеристики, такие как исполнение, тип установки и т.д. Например, выключатели серии ВВБ: первая буква говорит, что это выключатель (В), вторая указывает категорию – воздушный (В), третья на тип исполнения – баковый (Б). Также можно привести серию ВВШ, где «Ш» указывает на применение в электрической схеме выключателя шунтированных резисторов.
  2. Отображение номинального напряжения прибора (кВ).
  3. Для выключателей с 1-й категорией размещения указывается группа утечки изоляции (буквы «А», «Б», «В»).
  4. Номинальное значение тока отключения (кА).
  5. Отображение номинального тока коммутатора (А).
  6. Вариант климатического исполнения.
  7. Обозначение категории размещения.

Для примера расшифруем обозначение выключателя ВВБК-110-35/2000 У2. Исходя из маркировки это воздушный выключатель бакового типа в крупномодульном исполнении (литера «К» в обозначении модели). Устройство предназначено для коммутации цепей на 110,0 кВ с током отключения 35,0 кА и рабочим – 2000,0 А. Может эксплуатироваться в климатических условиях близких к умеренным.

Выключатели серии ВВБКВыключатели серии ВВБК

Классификация и типы воздушных выключателей

Силовые выключатели, в том числе и воздушные, в первую очередь принято классифицировать по типу конструкции и назначению, после чего уже рассматриваются технические характеристики. Начнем с более приоритетного критерия классификации.

По назначению

В зависимости от назначения воздушные коммутаторы разделяют на следующие виды:

  • Сетевая группа, в нее входят электромеханические аппараты, с номинальным напряжением начиная от 6,0 кВ. Могут использоваться как для оперативной коммутации цепей, так и аварийного отключения, например, при КЗ.
  • Генераторная группа. Она включает в себя электроаппараты, рассчитанные на 6,0-20,0 кВ. Данные приборы могут коммутировать цепь, как при нормальных условиях, так и в случае КЗ или наличия пусковых токов.
  • Категория для работы с энергоемкими потребителями (дуговые, руднотермические, сталеплавильные печи и т.д.).
  • Группа особого назначения. Она включает в себя следующие подвиды:
  1. Воздушные коммутаторы сверхвысокой категории напряжения, служащие для подсоединения к ЛЭП реакторов шунтирующего действия, если в линии произошло перенапряжение.
  2. Выключатели цепей с ударными генераторами (используются при стендовых испытаниях), рассчитанные на коммутацию в нормальном режиме работы и при возникновении нештатных ситуаций.
  3. Аппараты в цепях 110,0-500,0 кВ, обеспечивающих прохождение, как при нормальных условиях работы, так и определенное время при КЗ.
  4. Воздушные коммутаторы, входящие в комплект распределительных устройств.

По конструктивному исполнению

Особенности конструкции выключателей определяют их тип установки. В зависимости от этого различают следующие виды аппаратов:

  • Входящие в комплект к РУ (встраиваемые).
  • Снабженные специальными устройствами выкатки из ячеек РУ относятся к выкатному типу. Выкатной воздушный выключатель MetasolВыкатной воздушный выключатель Metasol
  • Настенное исполнение. Приборы, устанавливаемые на стены в РУ закрытого типа.
  • Подвесные и опорные (отличаются типом изоляции на «землю»).

Устройство и конструкция воздушного выключателя

Рассмотрим, как устроен воздушный выключатель на примере силового коммутатора ВВБ, его упрощенная конструктивная схема представлена ниже.

Типовая конструкция воздушных выключателей серии ВВБТиповая конструкция воздушных выключателей серии ВВБ

Обозначения:

  • A – Ресивер, резервуар в который накачивается воздух пока не образуется уровень давления соответствующим номинальному.
  • В – Металлический бак дугогасительной камеры.
  • С – Торцевой фланец.
  • D – Конденсатор делителя напряжения (в современных конструкциях выключателей не применяется).
  • E – Штанга крепления подвижной контактной группы.
  • F – Фарфоровый изолятор.
  • G – Дополнительный дугогасительный контакт для шунтирования.
  • H – Шунтирующий резистор.
  • I – Клапан подачи струи воздуха.
  • J – Труба импульсного воздуховода.
  • K – Основной подвод воздушной смеси.
  • L – Группа клапанов.

Как видим, в данной серии контактная группа (Е, G), механизм подключения/отключения и дутьевой клапан (I) заключены в металлической емкости (В). Сам бак наполнен сжатой воздушной смесью. Полюсы выключателя разделяет промежуточный изолятор. Поскольку на емкости присутствует высокое напряжение, защите опорной колоны придается особое значение. Она выполнена с помощью изоляционных фарфоровых «рубашек».

Подача воздушной смеси осуществляется по двум воздуховодам К и J. Первый основной, используется для нагнетания воздуха в бак, второй работает в импульсном режиме (подает воздушную смесь, когда отключаются контакты выключателя и сбрасывает при замыкании).

Принцип действия

В основу работы выключателя положен принцип гашения электродуги скоростным потоком сжатой воздушной смеси, подаваемого в дутьевые каналы. Под воздействием воздушного потока столб разряда растягивается и направляется в дутьевые каналы, где окончательно гасится.

Конструкции дугогасительных камер отличаются как взаимным расположением дутьевых каналов, так и размыкающихся контактов. По этому признаку следующие схемы дутья:

  1. Продольная продувка через металлический канал.
  2. Продольная продувка через изоляционный канал.
  3. Двухстороння симметричная продувка.
  4. Двухсторонняя ассиметричная.
Схемы дутьяСхемы дутья

Из представленных вариантов наиболее эффективен последний.

Область применения и процесс эксплуатации

Сфера применения выключателей данного типа довольно обширна. В перспективе, за счет применения новых технологий, ситуация может несколько измениться, но сейчас воздушные коммутаторы остаются востребованными для решения следующих задач:

  • Коммутация цепей от 35,0 кВ и токами отключения до 100,0 кА.
  • Быстрого отключения цепи, например, при испытаниях электрооборудования ударным генератором. Скорость срабатывания некоторых моделей воздушных выключателей может достигать одного периода (за основу взята рабочая частота переменного тока – 50 Гц).
  • Эксплуатация в суровых климатических условиях. При морозе у елегазовых аналогов возникают проблемы с прогревом, в то время как вакуумным выключателям сложно сохранить герметичность.
  • Отключение мощного источника с высокой апериодической составляющей тока КЗ, может произвести только воздушный коммутатор.

В процессе эксплуатации важно уделять должное внимание обслуживанию воздушных коммутаторов, которое включает в себя следующие регулярные процедуры:

  1. Вентиляция внутренней поверхности фарфоровых изоляторов, для этого предусмотрен специальный клапан для стравливания сжатого воздуха.
  2. Тестирование пневматической системы, проверяется по сбросу давления при отдельной операции. Показания сравниваются с нормировочными таблицами.
  3. Осуществляется проверка привода поршня. Процедура зависит от типа механизма.
  4. Проверяется герметичность дугогасящей камеры.
  5. Тестируются контакты (вначале главные токоведущие, потом дополнительные) путем измерения сопротивления
  6. Измеряется изоляция при разомкнутом отделителе.
  7. Тестируется схема управления и цепь включения.

Регламент проведения обслуживания в процессе эксплуатации приведен в технической документации.

Преимущества и недостатки

У воздушных выключателей есть много преимуществ перед альтернативными аппаратами с аналогичными функциями. Приведем несомненные плюсы:

  • Высокая скорость срабатывания.
  • Хорошие показатели отключающей способности.
  • Длительный срок эксплуатации.
  • Высокий уровень пожаробезопасности.

Теперь перечислим основные недостатки:

  • Высокая стоимость оборудования и дорогой монтаж.
  • Необходимость в компрессорном оборудовании и его регулярном обслуживании.

www.asutpp.ru

Высоковольтные воздушные выключатели

МегаПредмет 

Обратная связь

ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение

Как определить диапазон голоса - ваш вокал

Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими

Целительная привычка

Как самому избавиться от обидчивости

Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам

Тренинг уверенности в себе

Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком"

Натюрморт и его изобразительные возможности

Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.

Как научиться брать на себя ответственность

Зачем нужны границы в отношениях с детьми?

Световозвращающие элементы на детской одежде

Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия

Как слышать голос Бога

Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)

Глава 3. Завет мужчины с женщиной

Оси и плоскости тела человека

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

 
 
Рисунок 5.1 - Полюс высоковольтного выключателя ВНВ – 750

 

 

Выключатели типа ВНВ-750А-40/3150У1 предназначены для коммутации электрических сетей в нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока частоты 50 Гц с номинальным напряжением 750 кВ.

Выключатель состоит из трех полюсов, механически не связанных друг с другом, и общего распределительного шкафа, обеспечивающего электрическую и пневматическую связь между полюсами.

Полюс выключателя состоит из трех одинаковых модулей, резервуара со шкафом управления и рам. Основные узлы модуля полюса: колонка опорных изоляторов с растяжками, дугогасительное устройство с конденсаторами и экранами (рисунок 5.1).

Рисунок 5.2 -. Пневмомеханическая схема полюса выключателя ВНВ-750

На основании модуля выключателя 750 кВ расположен бак со сжатым воздухом. Сжатый воздух по трубопроводу подается в верхний бак, образованный металлическим цилиндром 9 и стеклоэпоксидным цилиндром 11 и содержащий ДУ (рисунок 5.2. Главный контакт создается пальцами 19 неподвижного контакта и внешней поверхностью подвижного цилиндрического контакта 18. Пальцы дугогасительного контакта 20 расположены в прорезях дутьевого сопла неподвижного контакта и скользят по внутренней поверхности контакта 18. В показанном на рисунке 41.7 включенном положении контакт 18 прижат к седлу 25. Внутренняя полость контакта 18 соединяется с атмосферой через открытый выхлопной клапан 24, а его внешняя поверхность и пальцы 19 находятся в среде сжатого воздуха. Сопло 17 подвижное. Начальное расстояние между контактом 20 и соплом 17 - оптимальное для данного сечения сопла. После гашения дуги подвижное сопло перемещается под действием давления внутри ДУ вправо, садится на седло 26 и герметизирует камеру. Для уменьшения напряженности электрического поля между контактами в разведенном состоянии они окружены экранами 16. Это позволяет поднять электрическую прочность промежутка и номинальное напряжение модуля.

При отключении срабатывает отключающий электромагнит 3, открывающий клапан 6. После этого сжатый воздух подается на поршень 7, воздействующий на тягу 8. Через звенья 5, 4, 2 усилие передается на изоляционные 13, которые перемещаются вниз. Звенья 15 и 37 соединяются с тягой 13 трубкой 14 и перемещают горизонтальную тягу 36, которая связана с подвижным контактом 18. Контакт 18 сначала размыкается с пальцами 19, а затем с пальцами 20. Между последними и внутренней поверхностью контакта 18 загорается дуга, которая быстро перемещается воздушным потоком, вытекающим в атмосферу через дутьевое сопло неподвижного контакта и подвижное сопло 17. Гашение дуги происходит за счет двустороннего дутья. Шток 31 связан с тягой 13. При движении тяги 13 вниз связанный с ней шток 31 действует на рычаг 30 и открывает клапан 34. При этом сжатый воздух, находящийся над поршнем 35, через змеевик 29 выходит в атмосферу. Поршень 35 освобождает рычаги 27 и 28 и с помощью тяг 22, 23 и коромысла 21 закрывает клапан 24. Одновременно подвижное сопло 17 вместе с ограничивающим электродом 41 перемещается вправо, пока не сядет на седло 26. Таким образом, внутренний объем ДУ герметизируется и от­деляется от атмосферы. Электрод 41 ограничивает длину дуги, горя­щей между ним и неподвижным дугогасительным контактом 20, что уменьшает энергию, выделяемую дугой.

При токах отключения до 40 кА выключатель не имеет шунтирую­щих резисторов. При токах 63 кА или тяжелых условиях восстановления напряжения используются низкоомный шунтирующий резистор и вспо­могательный контактный блок для отключения резистора (рис. 18.20, поз. 5). Контейнер с этим блоком и резистором располагается рядом с ДУ. Управление вспомогательным блоком осуществляется от клапана 34 (стрелка А).

При включении срабатывает электромагнит 12. Клапан 10 открыва­ется и соединяет полость над поршнем 7 с атмосферой. Одновременно подается сжатый воздух на поршень 38, который отделяет полость бака от поршня 7. Под действием заранее заведенной пружины 33 шток 32 опускается и клапан 34 закрывается. Сжатый воздух подается к порш­ню 35, и он опускается, воздействуя на рычаги 28, 27. Клапан 24 открывается, а подвижное сопло 17 устанавливается в положение, указанное на рисунке. При этом внутренняя полость контакта 18 и сопла 17 соединяется с атмосферой. При закрытии клапана 34 сжатый воздух подается в контейнер со вспомогательным контактным блоком, который включает резистор. При движении тяги 13 вверх подвижный контакт 18 замыкается с неподвижным, одновременно поршень 7 переходит в положение, указанное на рисунке. После выхода воздуха из полости над поршнем 7 закрываются клапаны 10, 6 и поршень 38 устанавливается в исходное положение соответствующими пружинами.

В выключателе на напряжение 1150 кВ при включении вначале замыкаются вспомогательные контакты и в цепь вводится резистор, сопротивление которого равно волновому сопротивлению коммутируемой линии. Затем примерно через 10 мс включается контакт 18, который шунтирует этот резистор. Это ограничивает перенапряжения при включении холостых линий электропередачи.

Выключатель имеет следующие конструктивные особенности:

1. ДУ расположены внутри прочных стеклоэпоксидных труб, являющихся баком сжатого воздуха выключателя. Такая конструкция позволяет снять с фарфора воздействие высокого давления воздуха. Фарфоровая рубашка защищает стеклоэпоксидную трубу от воздействия атмосферы.

2. Давление сжатого воздуха в ДУ достигает 4 МПа, что наряду с другими мероприятиями обеспечивает ток отключения до 63 кА при напряжении на разрыве 125 кВ.

3. ДУ имеет два разрыва. После гашения дуги дугогасительный контакт отходит на расстояние, обеспечивающее необходимую электрическую прочность промежутка, и в своем крайнем положении воздействует на выхлопной клапан ДУ, камера ДУ герметизируется, и разведенные контакты находятся при давлении 4 МПа.

4. Привод контактов расположен на заземленном баке выключателя. Передача силы от привода к механизму контактов осуществляется механически через легкую изоляционную стеклопластиковую тягу. Это позволяет получать полное время отключения 0,04 с.

5. При тяжелых условиях восстановления напряжения параллельно каждому разрыву включается низкоомный шунтирующий резистор (40 Ом). Из конструктивных соображений резистор разбит на две части два контейнера). Ток резистора отключается двухступенчатой контактной системой, расположенной в одном из контейнеров.

Дугогасительное устройство (рисунок 5.3) предназначено для пропускания тока во включенном положении выключателя, гашения электрической дуги при размыкании контактов и создания изоляционного промежутка в отключенном положении выключателя.

Дугогасительное устройство состоит из корпуса, внутри которого расположены: подвижные контакты, неподвижные контакты, механизм управления подвижными контактами, привод сопел, фильтр для очистки воздуха. В его состав входят так же оперативный клапан с включающей пружиной, вводы, выхлопные клапана, трубки, запитывающие привод сопел, обеспечивающие вентиляцию внутренних полостей, выхлопные.

Конденсаторы предназначены для равномерного распределения напряжения по разрывам дугогасительного устройства при расхождении главных контактов в процессе отключения и в отключенном положении.

Экраны предназначены для выравнивания напряжения по изоляторам колонки, выравнивания электрического поля вводов, защиты персонала от действия электрического поля в зоне обслуживания шкафов управления и распределительного шкафа.

 

 

megapredmet.ru

Тема 10. Коммутационная аппаратура высокого напряжения. Высоковольтные выключатели. Воздушные выключатели.(1/1/1;1/1/1)

План лекции

1 Конструктивные схемы воздушных выключателей

2 Устройство выключателя ВВБ-110

3 Устройство воздушного выключателя ВНВ-220

В воздушных выключателях гашение дуги происходит сжатым воздухом, а изоляция токоведущих частей и дугогасительного устройства осуществляется фарфором или другими твердыми изолирующими материалами.

Конструктивные схемы воздушных выключателей различны и зависят от их номинального напряжения, способа создания изоляционного промежутка между контактами в отключенном положении, способа подачи сжатого воздуха в дугогасительное устройство.

В выключателях на большие номинальные токи (рисунок 1, а, б) имеются главный и дугогасительный контуры, как и в маломасляных выключателях МГ и ВГМ. Основная часть тока во включенном положении выключателя проходит по главным контактам 4, расположенным открыто. При отключении выключателя главные контакты размыкаются первыми, после чего весь ток проходит по дугогасительным контактам, заключенным в камере 2. К моменту размыкания этих контактов в камеру подается сжатый воздух из резервуара 1, создается мощное дутье, гасящее лугу. Дутье может быть продольным (рисунок 1, а) или поперечным (рисунок 1, б). Необходимый изоляционный промежуток между контактами в отключенном положении создается в дугогасительной камере путем разведения контактов на достаточное расстояние (рисунок 1, б) или специальным отделителем 5, расположенным открыто (рисунок 1, а). После отключения отделителя 5 прекращается подача сжатого воздуха в камеры и дугогасительные контакты замыкаются. Выключатели, выполненные по такой конструктивной схеме, изготовляются для внутренней установки на напряжение 15 и 20 кВ и ток до 20000 А (серия ВВП, а также на 35 кВ (ВВЭ-35-20/1600УЗ).

 

 

Рисунок 1 - Конструктивные схемы воздушных выключателей

 

В выключателях для открытой установки дугогасительная камера расположена внутри фарфорового изолятора, причем на напряжение 35 кВ достаточно иметь один разрыв на фазу (рисунок 1, б), на 110 кВ — два разрыва на фазу (рисунок 1, г). Различие между этими конструкциями состоит в том, что в выключателе 35 кВ изоляционный промежуток создается в дугогасительной камере 2, а в выключателях напряжением 110 кВ и выше после гашения дуги размыкаются контакты отделителя 5, и камера отделителя остается заполненной сжатым воздухом на все время отключенного положения, при этом в дутогасительную камеру сжатый воздух не подается и контакты в ней замыкаются. По конструктивной схеме (рисунок 1,г) созданы выключатели серии ВВ на напряжение до 500 кВ. Чем выше номинальное напряжение и чем больше отключаемая мощность, тем больше разрывов необходимо иметь в дугогасительной камере и в отделителе (на 330 кВ - восемь; на 500 кВ - десять).

В рассмотренных конструкциях воздух подается в дугогасительные камеры из резервуара, расположенного около основания выключателя. Если контактную систему поместить в резервуар сжатого воздуха, изолированный от земли, то скорость гашения дуги значительно увеличится. Такой принцип заложен в основу серии выключателей ВВБ (рисунок 1, д). В этих выключателях нет отделителя. При отключении выключателя дугогасительная камера 2, являющаяся одновременно резервуаром сжатого воздуха, сообщается с атмосферой через дутьевые клапаны, благодаря чему создается дутье, гасящее дугу. В отключенном положении контакты находятся в среде сжатого воздуха. По такой конструктивной схеме созданы выключатели до 750 кВ. Количество дугогасительных камер (модулей) зависит от напряжения: 110 кВ — одна: 220, 330 кВ — две; 500 кВ — четыре;750кВ - шесть (в серии ВВБК).

Для равномерного распределения напряжения по разрывам используют омические 3 и емкостные 6 делители напряжения. Рассмотрим более подробно конструкции некоторых воздушных выключателей.

В цепях генераторов находят применение специальные выключатели нагрузки (ВНСГ) Uном=15 кВ, рассчитанные на включение генераторов при самосинхронизации (iвкл=115 кА) и выдерживающие большие сквозные токи КЗ (iпр,с=480 кА). Таким выключателем можно включать и отключать генератор под нагрузкой (Iном=12000 А), а также отключать токи КЗ до 31,5 кА. Выключатель ВНСГ компактно встраивается в комплектный токопровод. Гашение дуги осуществляется сжатым воздухом, имеющим давление 0,6 МПа.

В последнее время на энергоблоках 800, 1000 МВт АЭС применяется комплектный аппарат КАГ-24, основной частью которого является выключатель нагрузки, рассчитанный на напряжение 24 кВ, ток 30 кА. Выключатель нагрузки при номинальном давлении воздуха 2 МПа может отключать ток 30 кА и включать ток 75 кА (амплитудное значение). Возможна одна операция включения аварийного тока не более 310 кА (амплитудное значение). При такой операции допускается частичное сваривание контактов. Выключатель нагрузки не предназначен для АПВ и выполнения полного цикла отключение — включение О—180—ВО—1 80-ВО.

Устройство КАГ-24 встраивается в комплектный токопровод генераторного напряжения.

В состав каждого полюса входят выключатель нагрузки QW, разъединитель QS с одним встроенным заземлителем главной цепи QSG, четыре трансформатора напряжения TV.

Комплектное устройство КАГ-24 предназначено для оперативных коммутаций и измерений напряжения в цепи главных выводов генераторов 800 и 1000 МВт при нормальном режиме, а также для создания необходимого изоляционного промежутка в отключенном положении и заземления отсоединенного участка. Комплектное устройство имеет блокировки, запрещающие отключение и включение разъединителя QS при включенном выключателе нагрузки QW, отключение и включение заземляющего разъединителя QSG при включенном выключателе QW или разъединителе QS. КАГ-24-30/30000 УЗ имеет принудительный обдув.

Выключатели нагрузки генераторные значительно увеличивают гибкость и надежность схем блочных ТЭС и АЭС.

Воздушные выключатели ВВ нашли широкое применение в установках 110—500 кВ. Их конструкция соответствует схеме 1 и отличается при разном напряжении количеством дугогасительных камер и камер воздухонаполненного отделителя. Для отключения и гашения дуги в них используется воздух давлением 2 МПа.

В настоящее время выключатели этой серии постепенно вытесняются более совершенными и быстродействующими выключателями.

Во всех рассмотренных выключателях сжатый воздух из заземленного резервуара подается в дугогасительную камеру по изолированному воздухопроводу или внутренней полости изолятора, длина которых зависит от номинального напряжения выключателя. Время заполнения камеры сжатым воздухом зависит от давления воздуха в резервуаре и от длины воздухопровода. В выключателях 35 и 110 кВ это время составляет 0,003-0,005 с, в выключателях 150-220 кВ - 0,007 - 0,01 с, в выключателях 330—500 кВ — 0,013 — 0,014 с. Увеличение времени заполнения камеры увеличивает собственное время отключения выключателя, при этом ухудшается основной показатель воздушного выключателя — быстродействие.

Выключатели серии ВВБ (см. рисунок 1, д) имеют изолированный от земли резервуар сжатого воздуха, внутри которого находится контактная система. Поэтому собственное время отключения этих выключателей сверхвысокого напряжения меньше, чем у выключателей серии ВВ. Давление воздуха в гасительной камере в выключателях ВВ из-за постепенной его подачи к моменту гашения дуги равно примерно половине номинального. В выключателях ВВБ давление воздуха к моменту гашения равно номинальному, поэтому эти выключатели имеют большую мощность отключения.

Основным элементом выключателей серии ВВБ является дугогасительный модуль с двумя разрывами в металлическом резервуаре со сжатым воздухом (2 МПа). При номинальном напряжении 110 кВ на каждый полюс имеется один модуль (рисунок 2). Основанием выключателя служит вертикальный резервуар 1 со сжатым воздухом, на котором сбоку закреплен шкаф управления с элементами электрического и пневматического управления. Запаса воздуха, содержащегося в дугогасительном модуле объемом 1500 л. достаточно для двух отключений. Дополнительный вертикальный резервуар вместимостью 2300 л, предусмотренный в последних конструкциях ВВБ-110, обеспечивает цикл О - Гдт - ВО без подпитки сжатым воздухом из магистрали.

Дугогасительная камера связана с дополнительным резервуаром трубой из изолирующего материала, по которой происходит постоянная подпитка воздухом. Кроме того, в изоляторе проходит вторая труба меньшего диаметра, по которой подается или сбрасывается воздух в процессе включения и отключения. Эта труба называется импульсной.

На электропневматической схеме выключателя ВВБ-110 (рисунок 2) условно показан горизонтальный разрез (кроме вспомогательных контактов). Расположение емкостного делителя 17 также показано условно. На опорном изоляторе 3 укреплен металлический резервуар — дугогасительный модуль, внутри которого находятся подвижные контакты в виде ножей 14, закрепленных на траверсе, и неподвижные контакты 15 внутри металлических стаканов с прорезями для входа ножей. Неподвижные контакты находятся внутри металлических конфузоров 20, экранирующих ножи в отключенном положении и создающих направленный поток воздуха при отключении.

На вводах 18, изолированных эпоксидными втулками 19 и фарфоровой рубашкой, внутри камеры расположены шунтирующие резисторы 16 и вспомогательные контакты 21.

На рисунке 2 выключатель показан в отключенном положении. Для включения подается командный импульс на электромагнит включения YAC. который открывает пусковой клапан 25. Воздух из полости обратного клапана 25 и объема а промежуточного клапана 27 сбрасывается в атмосферу. Промежуточный клапан перемещается вверх и обеспечивает сброс воздуха из объема б клапана управления, который перекрывает доступ сжатому воздуху из резервуара 1 и обеспечивает сброс воздуха из объема в под поршнем дутьевого клапана и из полости г через полый шток 8. При этом за счет разности давлений под поршнем 10 и над ним контактная система идет на включение. Ролики фиксатора 12 переходят через выступ на штоке 13. Контактные ножи 14 входят в пальцевый неподвижный контакт 15. Одновременно через золотники 6 сжатый воздух сбрасывается из полости д и запирающая шайба 7 под действием своей пружины перемещается к поршню 5. При закрытии клапана 2 обеспечивается сброс воздуха из-под поршня привода 23 вспомогательных контактов SQ, которые переводятся в положение «включено».

Вспомогательные контакты 21 включаются с некоторым запаздыванием но отношению к главным с помощью клапана 22.

Во включенном положении ток проходит по токоведущему стержню ввода через неподвижный контакт 18, нож 14, траверсу, нож и контакт второю разрыва во второй ввод.

Для отключения выключателя подается командный импульс на электромагнит отключения YAT, который открывает пусковой клапан 24.Сжатый воздух из резервуара через обратный клапан 26 заполняет объем а. Клапан 27 открывается, обеспечивая доступ сжатому воздуху в объем б, при этом клапан 2 соединяет импульсную трубу с резервуаром 1. Сжатый воздух поступает в полость в, поршень 5 вместе с шайбой 7 перемещаются вверх. Движение поршня через полый шток 8 передается тарелке дутьевого клапана, поршню механической траверсы 10 и через шток 13 траверсе с контактными ножами. Открывается дутьевой клапан, контакты размыкаются и возникает дуга. Мощным потоком воздуха дуга с рабочих контактов перебрасывается на противоэлектрод 11 и концы стаканов неподвижного контакта 12. Время гашения дуги не превышает 0,02 с.

В конце хода поршня 5 шайба 7 закрывает выход в атмосферу из полости д. Начинается переток воздуха из полости в в полость д через регулируемое отверстие в поршне, закрытое иглой 4. Когда давление в полости д увеличится, поршень под действием своей пружины возвратится в исходное положение, а шайба останется прижатой в верхнем положении. Вместе с поршнем опускается тарелка 9, и дутьевой клапан закрывается.

 

 

Рисунок 2 - Электропневматическая и электрическая функциональная схема выключателя ВВБ-110.

 

Отключение вспомогательных контактов, разрывающих ток через шунтирующие сопротивления, происходит с запаздыванием по отношению к главным за счет подачи воздуха в клапан 22 после того как шайба 7 перекроет выход в атмосферу. Возникшая между контактами дуга гасится потоком воздуха, проходящего через полый подвижный контакт.

При подаче воздуха в импульсную трубу в процессе отключения часть воздуха попадает под поршень привода 23 и вспомогательные контакты переводятся в положение, соответствующее отключенному положению выключателя.

В настоящее время выключатели серии ВВБ модернизированы. Новые выключатели ВВБК (кpупномодульные) работают при давлении воздуха 4 МПа, а в камере гашения дуги кроме основною дутья, как и в серии ВВБ, имеется дополнительное дутье через неподвижные контакты с продувкой продуктов горения через полые токоведущие стержни вводов. Это позволило увеличить отключаемый ток до 50—56 кА, а количество модулей в полюсе снизить: на 330 кВ вместо четырех модулей (ВВБ) в серии ВВБК — два модуля, на 500 кВ вместо шести модулей — четыре, на 750 кВ вместо восьми — шесть.

На напряжение выше 750 кВ находят применение воздушные выключатели в подвесном исполнении.

Выключатели серии ВНВ имеют укрупненный двухразрывный дугогасительный модуль на напряжение 220—250 кВ. Все выключатели этой серии на 110—1150 кВ компонуются из резервуара со шкафом управления и опорной изоляционной колонки, на которой смонтирован дугогасительный модуль. Полюс выключателя на 220 кВ имеет одну опорную колонку с одним двухразрывным модулем (рисунок 3), на 500 кВ — две опорные колонки и два модуля, на 750 кВ — три колонки и три модуля, на 1150 кВ — пять колонок и пять модулей. Полюс выключателя на 110 кВимеет одноразрывный модуль.

 

 

Рисунок 3 - Полюс воздушного выключателя ВНВ-220: 1 – резервуар; 2 – изолятор; 3 – механизм привода; 4 – блок шунтирующих реакторов

 

Дугогасительный модуль — это двухразрывная дугогасительная камера, контактная система которой находится постоянно в среде сжатого воздуха (4 МПа) как во включенном, так и в отключенном положении. Контакты смонтированы в металлическом резервуаре, на котором установлены контейнеры с шунтирующими резисторами и коммутирующими их механизмами, также заполненные сжатым воздухом. Токоведущие части присоединены к контактной системе с помощью изолирующих вводов. Гашение дуги в камере осуществляется двусторонним дутьем, сжатым воздухом, выбрасываемым через внутренние полости контактов и выхлопные клапаны в атмосферу. Контакты имеют двухтактное движение: при гашении дуги разрыв между контактами имеет минимальное значение, чем обеспечивается интенсивное дутье, после окончания гашения дуги подвижный контакт перемещается па максимальное расстояние, обеспечивая необходимую электрическую прочность.

На рисунке 4 схематически показано устройство одного разрыва дугогасительного модуля выключателя ВНВ на 500 кВ во включенном положении.

 

 

Рисунок 4 - Дугогасительный модуль выключателя ВНВ, пневмомеханическая схема

 

Отключение происходит при срабатывании электромагнита отключения, который, воздействуя на клапан пневматической системы, связанной с резервуаром 1, создает движение изолированной тяги 2 и рычагов 3, в результате чего подвижный контакт б перемещается вправо.

Вначале размыкаются главные рабочие контакты 7, а затем дугогасительные 8. Дуга возникает между внутренней дугостойкой поверхностью подвижного контакта б и ламелями дугогасительного контакта и потоком сжатого воздуха из камеры сдувается на подвижное сопло 5. Так как внутренние полости контактов связаны с выхлопной полостью 11 и через нее с атмосферой, создается мощное дутье и дуга гаснет. После окончания гашения дуги подвижный контакт перемещается на максимальное расстояние и прячется за электростатический экран 4. Одновременно при движении тяги 2 вниз перемещается шток 12 и, воздействуя выступом на рычаг, открывает оперативный клапан 14. Воздух над поршнем 15 выбрасывается в атмосферу, сам поршень перемещается, и подвижное сопло 5 движется вправо до упора, прекращая выхлоп воздуха в атмосферу. Истечение воздуха из неподвижного контакта также прекращается, так как выхлопной клапан 9, приводимый тягой 10, перекрывает отверстие контакта 8.

При включении срабатывает электромагнит включения, он открывает пусковой клапан, и шток 12 под действием включающей пружины 13 перемещается вверх. Со штоком 12 связана тяга 2 (на рисунке 3.13, а не видно), которая через рычаги 3 передает движение подвижному контакту 6. Он перемещается влево и замыкает цепь.

Пневмомеханическсе устройство, примененное в выключателе ВНВ, уменьшает собственное время отключения до 0.02-0,025 с.

Распределение напряжения между дугогаситсльными разрывами осуществляется с помощью параллельно включенных конденсаторов. При необходимости (большие скорости восстанавливающегося напряжения) выключатели могут оснащаться шунтирующими резисторами 1. В этом случае после гашения дуги в главной цепи на контактах 2 отключаются вспомогательные контакты 4 в среде сжатого воздуха разрывая небольшой ток.

Все фарфоровые покрышки разгружены от воздействия сжатого воздуха и динамических нагрузок стеклоэпоксидными цилиндрами.

Кроме выключателей на опорных изоляторах разработаны конструкции подвесных выключателей с модулями серии ВНВ на 1150 кВ, которые обеспечивают значительную экономию площади ОРУ.

Выключатели серии ВНВ рассчитаны на ток отключения 40—63 кА. По сравнению с выключателями ВВБ эти выключатели имеют меньшую массу и меньшие габариты.

Воздушные выключатели имеют следующие достоинства: взрыво- и пожаробезопасность, быстродействие и возможность осуществления быстродействующего АПВ, высокую отключающую способность, надежное отключение емкостных токов линий, малый износ дугогасительных контактов, легкий доступ к дугогасительным камерам, возможность создания серий из крупных узлов, пригодность для наружной и внутренней установки.

Недостатками воздушных выключателей являются необходимость компрессорной установка, сложная конструкция ряда деталей и узлов, относительно высокая стоимость, трудность установки встроенных трансформаторов тока.

Рекомендуемая литература:

Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.: ил.

Чунихин А.А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 720 с.: ил.

Самостоятельная работа студентов:

1. Изучение конструкции воздушных выключателей

 

cyberpedia.su

Воздушные выключатели. Коммутационная аппаратура высокого напряжения. Высоковольтные выключатели

Работа добавлена: 2017-11-19

Коммутационная аппаратура высокого напряжения. Высоковольтные выключатели. Воздушные выключатели

План лекции

1 Конструктивные схемы воздушных выключателей

2 Устройство выключателя ВВБ-110

3 Устройство воздушного выключателя ВНВ-220

В воздушных выключателях гашение дуги происходит сжатым воздухом, а изоляция токоведущих частей и дугогасительного устройства осуществляется фарфором или другими твердыми изолирующими материалами.

Конструктивные схемы воздушных выключателей различны и зависят от их номинального напряжения, способа создания изоляционного промежутка между контактами в отключенном положении, способа подачи сжатого воздуха в дугогасительное устройство.

В выключателях на большие номинальные токи (рисунок 1, а, б) имеются главный и дугогасительный контуры, как и в маломасляных выключателях МГ и ВГМ. Основная часть тока во включенном положении выключателя проходит по главным контактам 4, расположенным открыто. При отключении выключателя главные контакты размыкаются первыми, после чего весь ток проходит по дугогасительным контактам, заключенным в камере 2. К моменту размыкания этих контактов в камеру подается сжатый воздух из резервуара 1, создается мощное дутье, гасящее лугу. Дутье может быть продольным (рисунок 1, а) или поперечным (рисунок 1, б). Необходимый изоляционный промежуток между контактами в отключенном положении создается в дугогасительной камере путем разведения контактов на достаточное расстояние (рисунок 1, б) или специальным отделителем 5, расположенным открыто (рисунок 1, а). После отключения отделителя 5 прекращается подача сжатого воздуха в камеры и дугогасительные контакты замыкаются. Выключатели, выполненные по такой конструктивной схеме, изготовляются для внутренней установки на напряжение 15 и 20 кВ и ток до 20000 А (серия ВВП, а также на 35 кВ (ВВЭ-35-20/1600УЗ).

Рисунок 1 - Конструктивные схемы воздушных выключателей

В выключателях для открытой установки дугогасительная камера расположена внутри фарфорового изолятора, причем на напряжение 35 кВ достаточно иметь один разрыв на фазу (рисунок 1, б), на 110 кВ — два разрыва на фазу (рисунок 1, г). Различие между этими конструкциями состоит в том, что в выключателе 35 кВ изоляционный промежуток создается в дугогасительной камере 2, а в выключателях напряжением 110 кВ и выше после гашения дуги размыкаются контакты отделителя 5, и камера отделителя остается заполненной сжатым воздухом на все время отключенного положения, при этом в дутогасительную камеру сжатый воздух не подается и контакты в ней замыкаются. По конструктивной схеме (рисунок 1,г) созданы выключатели серии ВВ на напряжение до 500 кВ. Чем выше номинальное напряжение и чем больше отключаемая мощность, тем больше разрывов необходимо иметь в дугогасительной камере и в отделителе (на 330 кВ - восемь; на 500 кВ - десять).

В рассмотренных конструкциях воздух подается в дугогасительные камеры из резервуара, расположенного около основания выключателя. Если контактную систему поместить в резервуар сжатого воздуха, изолированный от земли, то скорость гашения дуги значительно увеличится. Такой принцип заложен в основу серии выключателей ВВБ (рисунок 1, д). В этих выключателях нет отделителя. При отключении выключателя дугогасительная камера 2, являющаяся одновременно резервуаром сжатого воздуха, сообщается с атмосферой через дутьевые клапаны, благодаря чему создается дутье, гасящее дугу. В отключенном положении контакты находятся в среде сжатого воздуха. По такой конструктивной схеме созданы выключатели до 750 кВ. Количество дугогасительных камер (модулей) зависит от напряжения: 110 кВ — одна: 220, 330 кВ — две; 500 кВ — четыре;750 кВ - шесть (в серии ВВБК).

Для равномерного распределения напряжения по разрывам используют омические 3 и емкостные 6 делители напряжения. Рассмотрим более подробно конструкции некоторых воздушных выключателей.

В цепях генераторов находят применение специальные выключатели нагрузки (ВНСГ) Uном=15 кВ, рассчитанные на включение генераторов при самосинхронизации (iвкл=115 кА) и выдерживающие большие сквозные токи КЗ (iпр,с=480 кА). Таким выключателем можно включать и отключать генератор под нагрузкой (Iном=12000 А), а также отключать токи КЗ до 31,5 кА. Выключатель ВНСГ компактно встраивается в комплектный токопровод. Гашение дуги осуществляется сжатым воздухом, имеющим давление 0,6 МПа.

В последнее время на энергоблоках 800, 1000 МВт АЭС применяется комплектный аппарат КАГ-24, основной частью которого является выключатель нагрузки, рассчитанный на напряжение 24 кВ, ток 30 кА. Выключатель нагрузки при номинальном давлении воздуха 2 МПа может отключать ток 30 кА и включать ток 75 кА (амплитудное значение). Возможна одна операция включения аварийного тока не более 310 кА (амплитудное значение). При такой операции допускается частичное сваривание контактов. Выключатель нагрузки не предназначен для АПВ и выполнения полного цикла отключение — включение О—180—ВО—1 80-ВО.

Устройство КАГ-24 встраивается в комплектный токопровод генераторного напряжения.

В состав каждого полюса входят выключатель нагрузки QW, разъединитель QS с одним встроенным заземлителем главной цепи QSG, четыре трансформатора напряжения TV.

Комплектное устройство КАГ-24 предназначено для оперативных коммутаций и измерений напряжения в цепи главных выводов генераторов 800 и 1000 МВт при нормальном режиме, а также для создания необходимого изоляционного промежутка в отключенном положении и заземления отсоединенного участка. Комплектное устройство имеет блокировки, запрещающие отключение и включение разъединителя QS при включенном выключателе нагрузки QW, отключение и включение заземляющего разъединителя QSG при включенном выключателе QW или разъединителе QS. КАГ-24-30/30000 УЗ имеет принудительный обдув.

Выключатели нагрузки генераторные значительно увеличивают гибкость и надежность схем блочных ТЭС и АЭС.

Воздушные выключатели ВВ нашли широкое применение в установках 110—500 кВ. Их конструкция соответствует схеме 1 и отличается при разном напряжении количеством дугогасительных камер и камер воздухонаполненного отделителя. Для отключения и гашения дуги в них используется воздух давлением 2 МПа.

В настоящее время выключатели этой серии постепенно вытесняются более совершенными и быстродействующими выключателями.

Во всех рассмотренных выключателях сжатый воздух из заземленного резервуара подается в дугогасительную камеру по изолированному воздухопроводу или внутренней полости изолятора, длина которых зависит от номинального напряжения выключателя. Время заполнения камеры сжатым воздухом зависит от давления воздуха в резервуаре и от длины воздухопровода. В выключателях 35 и 110 кВ это время составляет 0,003-0,005 с, в выключателях 150-220 кВ - 0,007 - 0,01 с, в выключателях 330—500 кВ — 0,013 — 0,014 с. Увеличение времени заполнения камеры увеличивает собственное время отключения выключателя, при этом ухудшается основной показатель воздушного выключателя — быстродействие.

Выключатели серии ВВБ (см. рисунок 1, д) имеют изолированный от земли резервуар сжатого воздуха, внутри которого находится контактная система. Поэтому собственное время отключения этих выключателей сверхвысокого напряжения меньше, чем у выключателей серии ВВ. Давление воздуха в гасительной камере в выключателях ВВ из-за постепенной его подачи к моменту гашения дуги равно примерно половине номинального. В выключателях ВВБ давление воздуха к моменту гашения равно номинальному, поэтому эти выключатели имеют большую мощность отключения.

Основным элементом выключателей серии ВВБ является дугогасительный модуль с двумя разрывами в металлическом резервуаре со сжатым воздухом (2 МПа). При номинальном напряжении 110 кВ на каждый полюс имеется один модуль (рисунок 2). Основанием выключателя служит вертикальный резервуар 1 со сжатым воздухом, на котором сбоку закреплен шкаф управления с элементами электрического и пневматического управления. Запаса воздуха, содержащегося в дугогасительном модуле объемом 1500 л. достаточно для двух отключений. Дополнительный вертикальный резервуар вместимостью 2300 л, предусмотренный в последних конструкциях ВВБ-110, обеспечивает цикл О - Гдт - ВО без подпитки сжатым воздухом из магистрали.

Дугогасительная камера связана с дополнительным резервуаром трубой из изолирующего материала, по которой происходит постоянная подпитка воздухом. Кроме того, в изоляторе проходит вторая труба меньшего диаметра, по которой подается или сбрасывается воздух в процессе включения и отключения. Эта труба называется импульсной.

На электропневматической схеме выключателя ВВБ-110 (рисунок 2) условно показан горизонтальный разрез (кроме вспомогательных контактов). Расположение емкостного делителя 17 также показано условно. На опорном изоляторе 3 укреплен металлический резервуар — дугогасительный модуль, внутри которого находятся подвижные контакты в виде ножей 14, закрепленных на траверсе, и неподвижные контакты 15 внутри металлических стаканов с прорезями для входа ножей. Неподвижные контакты находятся внутри металлических конфузоров 20, экранирующих ножи в отключенном положении и создающих направленный поток воздуха при отключении.

На вводах 18, изолированных эпоксидными втулками 19 и фарфоровой рубашкой, внутри камеры расположены шунтирующие резисторы 16 и вспомогательные контакты 21.

На рисунке 2 выключатель показан в отключенном положении. Для включения подается командный импульс на электромагнит включения YAC. который открывает пусковой клапан 25. Воздух из полости обратного клапана 25 и объема а промежуточного клапана 27 сбрасывается в атмосферу. Промежуточный клапан перемещается вверх и обеспечивает сброс воздуха из объема б клапана управления, который перекрывает доступ сжатому воздуху из резервуара 1 и обеспечивает сброс воздуха из объема в под поршнем дутьевого клапана и из полости г через полый шток 8. При этом за счет разности давлений под поршнем 10 и над ним контактная система идет на включение. Ролики фиксатора 12 переходят через выступ на штоке 13. Контактные ножи 14 входят в пальцевый неподвижный контакт 15. Одновременно через золотники 6 сжатый воздух сбрасывается из полости д и запирающая шайба 7 под действием своей пружины перемещается к поршню 5. При закрытии клапана 2 обеспечивается сброс воздуха из-под поршня привода 23 вспомогательных контактов SQ, которые переводятся в положение «включено».

Вспомогательные контакты 21 включаются с некоторым запаздыванием но отношению к главным с помощью клапана 22.

Во включенном положении ток проходит по токоведущему стержню ввода через неподвижный контакт 18, нож 14, траверсу, нож и контакт второю разрыва во второй ввод.

Для отключения выключателя подается командный импульс на электромагнит отключения YAT, который открывает пусковой клапан 24.Сжатый воздух из резервуара через обратный клапан 26 заполняет объем а. Клапан 27 открывается, обеспечивая доступ сжатому воздуху в объем б, при этом клапан 2 соединяет импульсную трубу с резервуаром 1. Сжатый воздух поступает в полость в, поршень 5 вместе с шайбой 7 перемещаются вверх. Движение поршня через полый шток 8 передается тарелке дутьевого клапана, поршню механической траверсы 10 и через шток 13 траверсе с контактными ножами. Открывается дутьевой клапан, контакты размыкаются и возникает дуга. Мощным потоком воздуха дуга с рабочих контактов перебрасывается на противоэлектрод 11 и концы стаканов неподвижного контакта 12. Время гашения дуги не превышает 0,02 с.

В конце хода поршня 5 шайба 7 закрывает выход в атмосферу из полости д. Начинается переток воздуха из полости в в полость д через регулируемое отверстие в поршне, закрытое иглой 4. Когда давление в полости д увеличится, поршень под действием своей пружины возвратится в исходное положение, а шайба останется прижатой в верхнем положении. Вместе с поршнем опускается тарелка 9, и дутьевой клапан закрывается.

Рисунок 2 - Электропневматическая и электрическая функциональная схема выключателя ВВБ-110.

Отключение вспомогательных контактов, разрывающих ток через шунтирующие сопротивления, происходит с запаздыванием по отношению к главным за счет подачи воздуха в клапан 22 после того как шайба 7 перекроет выход в атмосферу. Возникшая между контактами дуга гасится потоком воздуха, проходящего через полый подвижный контакт.

При подаче воздуха в импульсную трубу в процессе отключения часть воздуха попадает под поршень привода 23 и вспомогательные контакты переводятся в положение, соответствующее отключенному положению выключателя.

В настоящее время выключатели серии ВВБ модернизированы. Новые выключатели ВВБК (кpупномодульные) работают при давлении воздуха 4 МПа, а в камере гашения дуги кроме основною дутья, как и в серии ВВБ, имеется дополнительное дутье через неподвижные контакты с продувкой продуктов горения через полые токоведущие стержни вводов. Это позволило увеличить отключаемый ток до 50—56 кА, а количество модулей в полюсе снизить: на 330 кВ вместо четырех модулей (ВВБ) в серии ВВБК — два модуля, на 500 кВ вместо шести модулей — четыре, на 750 кВ вместо восьми — шесть.

На напряжение выше 750 кВ находят применение воздушные выключатели в подвесном исполнении.

Выключатели серии ВНВ имеют укрупненный двухразрывный дугогасительный модуль на напряжение 220—250 кВ. Все выключатели этой серии на 110—1150 кВ компонуются из резервуара со шкафом управления и опорной изоляционной колонки, на которой смонтирован дугогасительный модуль. Полюс выключателя на 220 кВ имеет одну опорную колонку с одним двухразрывным модулем (рисунок 3), на 500 кВ — две опорные колонки и два модуля, на 750 кВ — три колонки и три модуля, на 1150 кВ — пять колонок и пять модулей. Полюс выключателя на 110 кВ имеет одноразрывный модуль.

Рисунок 3 - Полюс воздушного выключателя ВНВ-220: 1 – резервуар; 2 – изолятор; 3 – механизм привода; 4 – блок шунтирующих реакторов

Дугогасительный модуль — это двухразрывная дугогасительная камера, контактная система которой находится постоянно в среде сжатого воздуха (4 МПа) как во включенном, так и в отключенном положении. Контакты смонтированы в металлическом резервуаре, на котором установлены контейнеры с шунтирующими резисторами и коммутирующими их механизмами, также заполненные сжатым воздухом. Токоведущие части присоединены к контактной системе с помощью изолирующих вводов. Гашение дуги в камере осуществляется двусторонним дутьем, сжатым воздухом, выбрасываемым через внутренние полости контактов и выхлопные клапаны в атмосферу. Контакты имеют двухтактное движение: при гашении дуги разрыв между контактами имеет минимальное значение, чем обеспечивается интенсивное дутье, после окончания гашения дуги подвижный контакт перемещается па максимальное расстояние, обеспечивая необходимую электрическую прочность.

На рисунке 4 схематически показано устройство одного разрыва дугогасительного модуля выключателя ВНВ на 500 кВ во включенном положении.

Рисунок 4 - Дугогасительный модуль выключателя ВНВ, пневмомеханическая схема

Отключение происходит при срабатывании электромагнита отключения, который, воздействуя на клапан пневматической системы, связанной с резервуаром 1, создает движение изолированной тяги 2 и рычагов 3, в результате чего подвижный контакт б перемещается вправо.

Вначале размыкаются главные рабочие контакты 7, а затем дугогасительные 8. Дуга возникает между внутренней дугостойкой поверхностью подвижного контакта б и ламелями дугогасительного контакта и потоком сжатого воздуха из камеры сдувается на подвижное сопло 5. Так как внутренние полости контактов связаны с выхлопной полостью 11 и через нее с атмосферой, создается мощное дутье и дуга гаснет. После окончания гашения дуги подвижный контакт перемещается на максимальное расстояние и прячется за электростатический экран 4. Одновременно при движении тяги 2 вниз перемещается шток 12 и, воздействуя выступом на рычаг, открывает оперативный клапан 14. Воздух над поршнем 15 выбрасывается в атмосферу, сам поршень перемещается, и подвижное сопло 5 движется вправо до упора, прекращая выхлоп воздуха в атмосферу. Истечение воздуха из неподвижного контакта также прекращается, так как выхлопной клапан 9, приводимый тягой 10, перекрывает отверстие контакта 8.

При включении срабатывает электромагнит включения, он открывает пусковой клапан, и шток 12 под действием включающей пружины 13 перемещается вверх. Со штоком 12 связана тяга 2 (на рисунке 3.13, а не видно), которая через рычаги 3 передает движение подвижному контакту 6. Он перемещается влево и замыкает цепь.

Пневмомеханическсе устройство, примененное в выключателе ВНВ, уменьшает собственное время отключения до 0.02-0,025 с.

Распределение напряжения между дугогаситсльными разрывами осуществляется с помощью параллельно включенных конденсаторов. При необходимости (большие скорости восстанавливающегося напряжения) выключатели могут оснащаться шунтирующими резисторами 1. В этом случае после гашения дуги в главной цепи на контактах 2 отключаются вспомогательные контакты 4 в среде сжатого воздуха разрывая небольшой ток.

Все фарфоровые покрышки разгружены от воздействия сжатого воздуха и динамических нагрузок стеклоэпоксидными цилиндрами.

Кроме выключателей на опорных изоляторах разработаны конструкции подвесных выключателей с модулями серии ВНВ на 1150 кВ, которые обеспечивают значительную экономию площади ОРУ.

Выключатели серии ВНВ рассчитаны на ток отключения 40—63 кА. По сравнению с выключателями ВВБ эти выключатели имеют меньшую массу и меньшие габариты.

Воздушные выключатели имеют следующие достоинства: взрыво- и пожаробезопасность, быстродействие и возможность осуществления быстродействующего АПВ, высокую отключающую способность, надежное отключение емкостных токов линий, малый износ дугогасительных контактов, легкий доступ к дугогасительным камерам, возможность создания серий из крупных узлов, пригодность для наружной и внутренней установки.

Недостатками воздушных выключателей являются необходимость компрессорной установка, сложная конструкция ряда деталей и узлов, относительно высокая стоимость, трудность установки встроенных трансформаторов тока.

Рекомендуемая литература:

Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.: ил.

Чунихин А.А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 720 с.: ил.

Самостоятельная работа студентов:

1. Изучение конструкции воздушных выключателей

Возможно эти работы будут Вам интересны.

1. Коммутационная аппаратура высокого напряжения. Высоковольтные выключатели. Масляные баковые выключатели

2. Высоковольтные выключатели. Элегазовые выключатели. Коммутационная аппаратура высокого напряжения

3. Вакуумные выключатели. Коммутационная аппаратура высокого напряжения. Высоковольтные выключатели

4. Маломасляные выключатели. Коммутационная аппаратура высокого напряжения. Высоковольтные выключатели

5. Короткозамыкатели и отделители. Коммутационная аппаратура высокого напряжения

6. Защитные аппараты: плавкие предохранители, автоматические выключатели, разрядники, ограничители напряжения, варисторы - назначение, характеристики, принцип работы

7. БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

8. Коммутационные аппараты низкого и высокого напряжения: рубильники, переключатели, разъединители, отделители, короткозамыкатели - назначение, кинематические схемы, принцип работы

9. Пускорегулирующие аппараты низкого и высокого напряжения:контроллеры, командоаппараты, реостаты, реакторы, электрические муфты управления (электромагнитные, фрикционные, гистерезисные) - назначение, характеристики, принцип работы

10. АППАРАТУРА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

heref.ru


Каталог товаров
    .