Вакуумные и элегазовые выключатели

Вакуумные выключатели

Электрическая прочность вакуумного промежутка во много раз больше, чем воздушного при атмосферном давлении. Это свойство используется в вакуумных дутогасительных камерах КДВ (рис. 1). Рабочие контакты 1 имеют вид полных усеченных конусов с радиальными прорезями. Такая форма контактов при размыкании создает радиальное электродинамическое усилие, заставляющее перемещаться дугу через зазоры 3 на дугогасительные контакты 2. Материал контактов подобран так, чтобы уменьшить количество испаряющегося металла. Вследствие глубокого вакуума (10−4—10−6) происходит быстрая диффузия заряженных частиц в окружающее пространство, и при первом переходе тока через нуль дуга гаснет. вакуумный выключатель трансформатор Подвод тока к контактам осуществляется с помощью медных стержней 4 и 5. Подвижный контакт крепится к верхнему фланцу 6 с помощью сильфона 7 из нержавеющей стали. Металлические экраны 8 м 9 служат для выравнивания электрического поля и для защиты керамического корпуса 10 от напыления паров металла, образующихся при горении дуги. Экран 8 крепится к корпусу камеры с помощью кольца 11. Поступательное движение к верхнему контакту обеспечивается корпусом 12. Ход подвижного контакта составляет 12 мм.

На основе рассмотренной выше вакуумной дугогасительной камеры выпускаются выклю-чатели напряжением 6— 110 кВ с номинальным током до 3200 А и током отключения до 40 кА.

Вакуумные выключатели 6—10 кВ широко применяются для замены маломасляных и электромагнитных выключателей в комплектных распределительных устройствах, для чего они комплектуются на выкатных тележках (рис. 2).

Дугогасительная камера 7 укреплена на токовыводах в изоляционном каркасе б и системой рычагов связана с приводом. При включении сначала происходит заводка пружинно-моторного привода до положения «Готов». После этого подается сигнал на включение на ИДУУ (индукционно-динамическое устройство управления), которое, разряжаясь, сбивает удерживающую защелку на приводе, пружины поворачивают кулачковый вал 9, который воздействует на рычаг вала выключателя. Вал, поворачиваясь, через систему рычагов и изоляционные тяги 3 воздействует на подвижный контакт КДВ, выключатель включается. Отключение производится кнопкой отключения 10, которая выбивает удерживающую защелку, а отключающая пружина 13 через систему рычагов возвращает подвижный контакт камеры в отключенное состояние. Управление выключателем может осуществляться вручную или дистанционно. Рассмотренный выключатель может отключать и включать ток КЗ 31,5 кА, полное время отключения 0,04 с, время включения 0,03 с. Коммутационный ресурс: число циклов В —tп—О номинального тока равно 30 000, число циклов В и О тока отключения — 50. Срок службы до среднего ремонта составляет 15 лет.

Выключатель ВБП — быстродействующий, устанавливается в ячейках КРУ секционных и на вводах в совокупности с быстродействующим АВР и служит для замены маломасляных выключателей, отслуживших свой срок в ячейках КРУ: К-ХII, К-ХШ, K-XXVI, К-37, КВЭ, КВС и КСО всех типов.

Для этих же целей освоен выпуск выключателей вакуумных BB-TEL производственным объединением «Таврида-электрик». На рис. 4.46 показан разрез по одному полюсу и общий вид вакуумного выключателя BB-TEL-10/1000. Выключатель состоит из трех полюсов на одном основании (см. рис. 3, а). Якори 8 приводных электромагнитов соединены между собой валом.

Рис. 1. Вакуумная дугогасительная камера КДВ-10−1600−20:1 — рабочие контакты; 2 — дугогасительные контакты; 3 — зазоры; 4, 5 — токоведущие стержни; 6 — верхний фланец; 7 — сильфон; 8, 9 — экраны; 10 — керамический корпус; 11 — крепежное кольцо; 12 — корпус

В разомкнутом положении контакты выключателя удерживаются отключающей пружиной 9 через тяговый изолятор 5. При подаче сигнала «Вкл» подается питание в катушку электромагнита 10; якорь 8, сжимая отключающую пружину, перемещается вверх вместе стяговым изолятором и подвижным контактом 3, который замыкается. В это время кольцевой магнит 7 запасает магнитную энергию, необходимую для удержания выключателя во включенном положении, а катушка 10 постепенно обесточивается, после чего привод оказывается подготовленным к операции отключения.

Во включенном положении выключатель удерживается силой магнитного притяжения якоря 8 к кольцевому магниту 7 так называемой «магнитной защелкой», при этом энергии из внешней цепи не потребляется.

Рис. 3. Вакуумный выключатель BB-TEL-10−1000: а — конструктивная схема полюса: / — неподвижный контакт ВДК; 2 — вакуумная камера (ВДК); 3 — подвижный контакт ВДК; 4 — гибкий токосъем; 5 — тяговый изолятор; 6 — пружина поджатая; 7 — кольцевой магнит; 8 — якорь; 9— отключающая пружина; 10 — катушка; 11 — вал; 12 — постоянный магнит; 13 — герконы (контакты для внешних вспомогательных цепей); 6 — общий вид выключателя: 1,2— подключение главных цепей; 3 — кнопка ручного отключения; 4 — заземление; 5 — подключение вторичных цепей (см. также с. 263)

При подаче сигнала «Откл» блок управления подает импульс противоположного направления в катушку 10, размагничивая магнит и снимая привод с магнитной защелки. Под действием пружин 6 и 9 якорь 8 перемещается вниз вместе с тяговым изолятором и подвижным контактом 3, выключатель отключается. Возможно ручное отключение кнопкой 3 (см. рис3, б).

Выключатели данной серии применяются для замены выключателей в ячейках КРУ, а также для вновь разрабатываемых камер КСО и КРН.

Вакуумные выключатели напряжением 110 кВ в каждом полюсе имеют четыре последовательно соединенные дугогасительные камеры КДВ, установленные на опорных изоляторах. Для равномерного распределения напряжения по разрывам применяются емкостные делители напряжения. Электромагнитный привод обеспечивает дистанционное управление выключателем.

Вакуумные выключатели устанавливаются для управления трансформаторами сталеплавильных печей, тяговых подстанций, насосных, на мощных экскаваторах. Отключение мощных синхронных двигателей вызывает срез тока при быстром разрыве цепи, отключение малых индуктивных токов может привести к перенапряжению, поэтому вакуумные выключатели снабжаются встроенными ограничителями перенапряжений или предусматривается установка ОПН (ограничитель перенапряжения).

Для замены выключателей, выработавших коммутационный ресурс, фирма АББ поставляет вакуумный выключатель VM2GT, который может устанавливаться на выкатных тележках КРУ (К-104, КМВ, КРУ2−10, К-ХШ).

Рис. 4. Окончание

Достоинства вакуумных выключателей: простота конструкции, высокая степень надежности, высокая коммутационная износостойкость, малые размеры, пожарои взрывобезопасность, отсутствие загрязнения окружающей среды, малые эксплуатационные расходы.

Недостатки вакуумных выключателей: сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения, возможность коммутационных перенапряжений.

Элегазовые выключатели Элегаз SF6 представляет собой инертный газ, плотность которого в 5 раз превышает плотность воздуха. Электрическая прочность элегаза в 2 — 3 раза выше прочности воздуха.

В элегазовых выключателях применяются автокомпрессионные дугогасительные устройства (рис. 4). При отключении цилиндр 4 вместе с контактом 3 перемещается вниз, образуется разрыв между подвижным 3 и неподвижным 1 контактами и загорается дуга. Поршень 5 остается неподвижным, поэтому При движении цилиндра вниз элегаз над поршнем сжимается, создается дутье в объем камеры и полый контакт 1, столб дуги интенсивно охлаждается, и она гаснет. При включении цилиндр 4 перемещается вверх, контакт / оказывается в верхней камере цилиндра и цепь замыкается.

Элегазовый выключатель представляет собой замкнутую систему без выброса газа наружу.

Более эффективным является двустороннее дутье, именно такие дугогасительные камеры применяются в современных элегазовых выключателях, построенных на модульном принципе. Так, в выключателях на ПОкВ— один дугогасительный модуль, на 220 кВ — два, на 500 кВ — четыре. Соответственно меняется изоляция относительно земли.

На рис. 5 показан выключатель ВГУ-220−45/3150У1 (UH0M = = 220кВ, Iоткл. ном=45 кА, IНОМ=3150 А, климат — умеренный, установка— открытая). Полюс имеет Y-образную компоновку. Емкостные делители обеспечивают равномерное распределение напряжения между разрывами полюса. Отключение осуществляется пневматическим приводом, включение — пружинами, которые заводятся при отключении. Механический ресурс выключателя 3000 циклов ВО; ресурс коммутационной способности: при токе 45 кА число операций О/В — 15/17; при токе 27 кА — 22/11, при рабочем токе 3150 А- 3000/3000.

Распределительный шкаф 4 предназначен для пневматической и электрической связи трех полюсов выключателя.

Новая серия баковых выключателей на 35 кВ позволяет иметь встроенные трансформаторы тока (рис. 6), что упрощает конструкцию распределительных устройств. Вводы и трансформаторы тока укреплены на баке, внутри которого находятся контактная и дугогасительная системы. Номинальное давление элегаза 0,45 МПа, при снижении давления до 0,33 МПа срабатывает сигнализация, а при.

0,3 МПа выключатель отключается автоматически. Гашение дуги осуществляется за счет вращения электрической дуги в элегазе с помощью магнитного поля, созданного отключаемым током.

Привод выключателя электромагнитный. По сравнению с масляными выключателями С-35 и ВТ-35 элегазовый выключатель имеет значительные преимущества и более совершенные трансформаторы тока. Рассмотренный выключатель ВГБЭ-35−12,5/630 рассчитан на ток отключения 12,5 кА, полное время отключения 0,07 с, электродинамическую стойкость 35 кА. Выключатель пригоден для АПВ.

Баковые выключатели с элегазом на ПО кВ выпускаются фирмой АББ типа 145РМ40, номинальный ток 3000 А, ток динамической устойчивости 100 кА, tmKJl = 0,05 с. Дугогасительное устройство подобно рассмотренному выше. На наружной части ввода располагаются трансформаторы тока.

Колонковые выключатели этой же фирмы типа LTB145D1/B рассчитаны на напряжение 110 кВ, номинальный ток 3150 А, ток отключения 40 кА. В этой серии выпускаются выключатели напряжением до 800 кВ. Особенностью серии LTB являются: высокая сейсмостойкость, возможность работы в экстремальных условиях окружающей среды.

Колонковые выключатели с элегазом выпускаются ОАО «Урал-электротяжмаш» на напряжение 110 — 500 кВ.

Для замены устаревших выключателей в КРУ типов К-Х, К-ХII, K-XXV, K-XXVI фирмой АББ производятся выкатные элементы с элегазовыми выключателями серий VF и HD2GT.

Достоинства элегазовых выключателей: пожарои взрывобезопасность, быстрота действия, высокая отключающая способность, малый износ дугогасительных контактов, возможность создания серий с унифицированными узлами (модулями), пригодность для наружной и внутренней установки.

Недостатки: необходимость специальных устройств для наполнения, перекачки и очистки SF6, относительно высокая стоимость SF6.

Рис. 5. Выключатель элегазовый ВГУ-220−45/3150: / — модуль дугогасительный; 2 — колонка опорная; 3 — шкаф управления с приводом; 4 — шкаф распределительный; 5 — конденсаторы (емкостные делители)

Рис. 6. Выключатель элегазовый баковый ВГБЭ-35: / — ввод; 2 — трансформатор тока; 3 — бак с контактной и дугогасительной системами; 4 — коробка механизма; 5 — клапан; 6 — сигнализатор давления; 7— клеммная коробка; 8 — подогрев; 9 — шкаф с приводом

Контрольные вопросы.

• 1. Какие выключатели переменного тока напряжением выше 1 кВ в настоящее время должны использоваться в электроэнергетике России?
• 2. Конструкция вакуумного выключателя.
• 3. Конструкция элегазового выключателя.
• 4. Достоинства и недостатки вакуумного выключателя.
• 5. Достоинства и недостатки элегазового выключателя.
• 6. Что такое модульная конструкция выключателя и сколько модулей имеют элегазовые выключатели напряжением 110 — 500 кВ?
• 7. Почему элегазовые выключателя снабжают датчикаами контроля утечки элегаза?
• 8. Почему выключатели часто оснащают устройствами для вращения электрической дуги? На каком принципе действия основано вращение электрической дуги?