Балаковская АЭС электрооборудование - Принцип работы выключателей 6 кВ типа ВЭС-6

Шкафы КРУ на Балаковской АЭС укомплектованы высоковольтными трехполюсными выключателями с электромагнитным гашением дуги серии ВЭС-6 (рис. 4.1.08.).
Выключатели предназначены для работы в операциях "0" (отключить) и "В" (включить), а также цикле "0-180-В0-180-В0". Для АПВ выключатели не предназначены.
Выключатель управляется двигательным выносным пружинным приводом косвенного действия (дистанционно или вручную). Включение осуществляется за счетэнер- гии, предварительно запасенной включающими пружинами привода, отключение - за счет энергии, запасенной отключающими пружинами выключателя при включении.
Принцип действия электромагнитных выключателей основан на гашении электрической дуги отключения в дугогасительной камере, содержащей пакет керамических пластин, в который дуга затягивается поперечным магнитным полем, возбуждающимся током дуги (рис. 4.1.09.).
Дуга, возникающая при размыкании дугогасительных контактов, под воздействием электродинамических сил контура тока и тепловых конвекционных потоков поднимается вверх и входит в дугогасительную камеру.

4.1.08. Конструктивные элементы выключателей

1. - распорка
2. - ручка
3. - привод
4. - основание
5. -устройство дутьевое
6. - трубка
7. - контакт
8. - полюс
9. - контакт розеточный втыкной
10. - камера
11. - скоба
12. - кожух
13. - разъем штепсельный
14. - лист
15. - шина
16. - тяга
17. - вал выключателя
18. - контакт
19. - болт

4.1.09. Камера дугогасительная
1,19 - щека боковая
2 - экран
3 - гребенка
4,18 - рог
5 - сердечник
6,17 - катушка
7 - шпилька
8,10 - колодка
9,21 - пластина
11 - пакет пластин
12,13 - распорка
14 - козырек
15,22 - плита
16 - эксцентрик
20 - выхлоп
23 - уплотнение

Один конец дуги задерживается на металлокерамической напайке неподвижного дугогасительного контакта, а второй бежит по верхней кромке подвижного дугогасительного контакта. Таким образом, дуга образует петлю между металлокерамическими напайками этих контактов (положение А).
Постепенно удлиняясь, петля дуги приближается клевому рогу и переходит на него. При этом часть дуги, находящаяся между металлокерамической напайкой неподвижного дугогасительного контакта и рогом (4), оказывается зашунтированной катушкой (6) магнитного дутья. Эта часть дуги, отдавая тепло керамической гребенке (3) быстро гаснет и через катушку (6) начинает проходить полный ток, протекающий через выключатель.
Второй конец дуги перебрасывается с подвижного дугогасительного контакта на первый рог (18) и дуга занимает положение Б. Вторая катушка (17) магнитного дутья, один конец которой соединен с рогом, а другой - с нижним выводом выключателя, при этом оказывается последовательно включенной в цепь дуги.

Между полюсными боковыми щеками (1,19) электромагнитов создается интенсивное магнитное поле, пронизывающее камеру перпендикулярно плоскости, в которой движется дуга. Это поле взаимодействует с полем дуги. Направление навивки катушки (6, 17) такое, что магнитное поле воздействует на дугу всегда в сторону затягивания дуги в камеру, где она занимает последовательно положение В, Г и т.д.
Поднимаясь в камере, дуга входит в вырезы керамических пластин пакета (11), приобретает зигзагообразную форму, длина ее увеличивается и одновременно отдается тепло керамическим пластинам. Благодаря этому сопротивление дуги увеличивается и при очередном переходе тока через "нуль" дуга гаснет.
Горячие газы, образующиеся при горении дуги, вытекают вверх по узким щелям между пластинами, охлаждаясь до такой степени, что выброса пламени из камеры не наблюдается.
При отключении малых сил тока (до 1000 А) напряженность магнитного поля, создаваемого катушками электромагнитов, весьма мала и не может обеспечить быстрое втягивание дуги в дугогасительную камеру. Дутьевое устройство (5) с трубкой (6) (рис. 4.1.08.) способствуют затягиванию дуги в камеру, чем улучшается гашение дуги.
Полюс выключателя на номинальную силу тока 1600 А состоит из (рис. 4.1.10.):
двух однотипных проходных изоляторов (3 и 6);
главных неподвижных (11) и подвижного (12) контактов; неподвижных (7) и подвижных (8) дугогасительных контактов.

Проходные изоляторы представляют собой отливку из эпоксидной смолы, внутри которой находится токоведущий стержень и металлическая арматура для крепления изолятора к боковым стойкам. На выступающих частях токоведущих стержней устанавливаются втычные розеточные контакты.
Главные неподвижные контакты представляют собой самоустанавливающиеся пальцевые контакты с изоляционными экранами (25) на концах. Контактное давление всех пар пальцев создается пружинами (23),устанавливаемыми по одной штуке на каждую пару пальцев.
Продольное перемещение пальцев ограничивается пружинным штифтом (22).
У выключателей на номинальную силу тока 2000 и 3200 А установлены пальцы с серебряными напайками (26).
Неподвижные дугогасительные контакты (7) состоят из одной пары пальцев, прижатых к корпусу контакта пружинами (28). Верхняя часть пальцев облицована контактами (30) из дугогасительной металлокерамики.
Главные подвижные контакты (12) изготовлены из двух соединенных между собой шин, имеющих специальные прорези в зоне касания с неподвижными контактами. Дополнительно главные неподвижные контакты соединяются с корпусом (15) гибкой связью (14).
В верхней части главных подвижных контактов крепится дугогасительный подвижный контакт (8), который имеет облицовку из металлокерамики. В выключателях на номинальную силу тока 2000 и 3200 А применяются главные подвижные контакты, снабженные серебряными напайками (24). Контактное давление в корпусе (15) создается пружиной (19). Пружины (16 и 20), работая на кручение, служат в качестве дополнительных пружин отключения. На шинах главного подвижного контакта имеются отверстия для подсоединения с изоляционной тяги, соединяющей контакт с валом выключателя. Полюс выключателя на номинальную силу тока 3200 А, в отличие от полюса выключателя на номинальную силу тока 2000 А имеет только конструктивные отличия главных неподвижных контактов.
Привод выключателя подвесной пружинный с электродвигателем постоянного тока расположен спереди в нижней части выключателя и состоит из следующих основных элементов:
электродвигателя с редуктором;
пружин включения;
блок-контактов положения привода; блок-контактов положения выключателя;
электромагнита дистанционного отключения; электромагнита дистанционного включения;
кнопок ручного включения и ручного отключения;
счетчика количества операций;
указателя положения рабочих пружин привода с табличками "Готов" и "Не готов";

Рабочие пружины можно заводить и вручную - вращением съемной рукоятки по часовой стрелке.
указателем включенного и отключенного положений выключателя с надписями "Вкл" и "Откл"; рычагов, тяг и валов кинематической схемы.

 Принцип действия привода состоит в следующем. При подаче питания на электродвигатель вращательное движение вала через редуктор приводит в движение механизм заводки пружин привода.
В процессе заводки рабочих пружин диск механического указателя положений привода поворачивается и при полностью заведенных пружинах в окошке крышки привода появляется надпись "готов". Одновременно, в процессе заводки рабочих пружин, блок-контакты положения привода выключателя переключаются и разрывают цепь питания электродвигателя мотор-редуктора.
a - на номинальную силу тока 1600А в - на номинальную силу тока 2000А
1,14 - связь гибкая
2,4 - стойка
3,6 - изолятор проходной
5 - корпус
7 - контакт дугогасительный неподвижный
8 - контакт дугогасительный подвижный
9,27 - гайка
10 - болт
11 - контакт главный неподвижный
12 - контакт главный подвижный
13 - ограничитель
16,19,20,23,28 - пружина
17 - стойка шарнирная
18,25-экран
21 - втулка
22 - штифт пружинный
24,26 - напайка

27 - шпилька

29- контакт

31 - буфер

Включение выключателя происходит при подаче импульса на катушку электромагнита включения привода или при нажатии на кнопку ручного включения. В этом случае растянутые рабочие пружины привода поворачивают первичный вал, соединенный с помощью тяг и рычагов с подвижными контактами полюсов и включают выключатель. В окошке крышки привода появляется надписью "Вкл".

При включении выключателя сначала замыкаются дугогасительные контакты, затем - главные. Одновременно, при включении, сжимаются отключающие пружины.
Отключение выключателя происходит при подаче импульса на катушку электромагнита отключения или нажатием на кнопку отключения, которые воздействуют на рычаг отключения. Рычаг выходит из зацепления и под действием сжатых пружин отключения поворачивает вал привода, связанный с подвижными контактами выключателя, происходит отключение выключателя (соответственно и привода). В окошке крышки привода появляется надпись "Откл".
Внимание! Механизм привода с заведенными пружинами очень опасен! Пружины включения привода никогда не следует заводить до установки привода на выключатель. Не следует оставлять на валу привода рычаг для ручного включения выключателя.
Выключатель имеет противоразрядное устройство рабочих пружин привода, благодаря которому невозможно выполнить операции, отмеченные в пункте, а именно: выкатить включенный выключатель из рабочего положения в контрольное; вкатить включенный выключатель из контрольного положения в рабочее; включить выключатель в промежуточном положении между рабочим и контрольным.
При нажатии педали через систему рычагов происходит запирание включающего устройства выключателя или его отключения, если выключатель был включен.
С 1997 года на Балаковской АЭС в КРУ-6 кВ идет замена выключателей ВЭС-6 с электромагнитным гашением дуги на элегазовые типа TB3-6-40/LF2 производства фирмы Шнейдер Электрик.

Основные характеристики тележек элегазовых выключателей всех типов приведены в таблице.
*) Для тележек на номинальный ток 2000 А при температурах окружающего воздуха более 25°С ток продолжительного режима должен быть снижен: до 1930 А при 30°С; до 1870 А при 35°С; до 1800 А при 40°С.
Электродвигатель привода выключателя тележки рассчитан на напряжение постоянного тока (U п.ном) 220 В. Электродвигатель обеспечивает работу при напряжении в пределах 85-110% от U П.НОМ. Потребляемая мощность электродвигателя привода при номинальном напряжении не более 380 Вт. При этом пусковой ток не более 5,4 А, а номинальный - не более 1,8 А. Привод выключателя тележки имеет электромагниты включения и отключения на напряжение постоянного тока (Uп.ном) 220 В. Время взвода пружин привода выключателя на цикл О-В-О при номинальном напряжении не более 15с.
Конструктивное исполнение элегазового выключателя - с единой для трех фаз коммутационной камерой, с приводом, расположенным впереди.
Тележка по показателям назначения и по присоединительным размерам, устройству блокировок полностью адаптирована к КРУ-6 кВ серий КЭ-6С и КЭ-6. Отличительной особенностью тележки является возможность установки автономной оптической дуговой защиты высокой чувствительности и быстродействия.
Для контроля и сигнализации о состоянии элегазового выключателя в процессе эксплуатации он имеет следующие приборы и приспособления:
счетчик числа срабатываний, предназначенный для подсчета количества операций включений и отключений выключателя в процессе эксплуатации, МАХ 99999 операций;
кнопки "0" и "I", предназначенные для выполнения операций "ОТКЛЮЧИТЬ" и "ВКЛЮЧИТЬ", соответственно;
указатель положения выключателя, предназначенный для визуального контроля положения главных контактов; положение указателя "0" соответствует отключенному состоянию главных контактов, положение "I" - включенному состоянию главных контактов;
указатель положения привода, предназначенный для визуального контроля состояния пружин привода;
положениесоответствует взведенному состоянию пружин, положениеразряженному;
реле давления, предназначенное для сигнализации падения давления элегаза в камере выключателя ниже предельно допустимого значения 0,1 МПа при 20°С.
Выключатели этого типа имеют высокую степень надежности и ряд отличий и преимуществ, которые заключаются в следующем:
суммарное число отключений токов короткого замыкания вплоть до Ι ο.ηομ без ревизии выключателя - не менее 20;
закрытая дугогасящая система имеет отдельную токовую цепь для номинального и отключаемого тока;
гашение дуги обеспечивает минимальное обгорание контактов; изоляционный и гасящий газ SF6 не горюч и не токсичен; полностью взведенный привод обеспечивает цикл 0-В-0;
блокировка от включения при недостаточной энергии пружин привода для последующего отключения;
возможность ручного или электромеханического подзавода пружин привода.
Выключатель типа LF2 содержит изолирующую и дугогасящую камеру единую для трех фаз, соединенную шарнирными рычагами с механизмом привода, расположенным в щкафу управления выключателя.
Камера выключателя неразборная, герметичная, заполненная элегазом под низким избыточным давлением (0,15 Мпа), не требующая подпитки элегазом в течение всего срока службы.
Пружинный привод, расположенный в шкафу управления, с помощью кривошипа соединен с валом подвижных контактов камеры. Привод имеет две пружины сжатия, одна из которых используется для включения, а другая для отключения.
В выключателе LF2 применен принцип вращения дуги в элегазовой среде и метод автокомпрессии, что в комплексе позволяет создать наилучшие условия для гашения дуги. Это обеспечивает снижение необходимости мощности привода выключателя, снижения износа дугогасящих контактов и, таким образом, повышает механический и электрический ресурс.
Основные этапы процесса гашения дуги показаны на рисунке 4.1.11.
При размыкании главных контактов (1), ток проходит через дугогасительные контакты (2). При расхождении дугогасительных контактов в дугогасительной камере происходит зажигание дуги. Воздействие магнитного поля, создаваемого, создаваемого катушкой (3), вызывает закручивание дуги и ее охлаждение. Избыточное давление в расширительном объеме (4), обусловленное повышением температуры, вызывает охлаждение дуги потоком элегаза, направленным из зоны с высоким давлением в зону с более низким давлением, что приводит к удлинению дуги и ее затягиванию в полость цилиндрического контакта (5). При прохождении тока через 0 дуга гарантировано гаснет.
Выключатель LF2 приводится в действие энергонакапливающим приводом тип R1, который обеспечивает независимость скорости включения и отключения от оператора.
Сочетание привода типа R1 и стандартного мотор-редуктора обеспечивает возможность дистанционного управления и осуществления цикла 0-В-0 на одном взводе.
Привод включает в себя:
энергонакапливающий механизм пружинного типа, обеспечивающий запас энергии, необходимой для включения и последующего отключения выключателя;
встроенный рычаг ручного взвода привода;
устройство автоматического взвода пружин с электродвигателем, осуществляющим взвод привода сразу же после включения выключателя (в течение не более 15 с);
кнопку включения "I"; кнопку отключения "0"; счетчик числа срабатываний;
подвижный указатель положения выключателя (положение указателя "0" соответствует отключенному положению выключателя, положение -"I" соответствует включенному положению выключателя);
указатель положения привода (положение указателя соответствует взведенному положению привода, положение указателясоответствует разряженному положению привода);
электромагнит включения; электромагнит отключения контакт сигнализации "Привод взведен"; контакт сигнализации об окончании процесса взвода привода; многоконтактный разъем для подключения вторичных цепей сигнализации и управления.

а - выключатель включен
4.1.11. Гашение дуги в выключателе типа LF2

б - главные контакты разомкнуты

в - гашение дуги

г - выключатель выключен

 Для осуществления ручного взвода выключателя необходимо поочередным движением рычага вниз-вверх взвести привод до характерного щелчка, который свидетельствует об окончании взвода. При этом подвижный указатель положения привода устанавливается напротив знакаУказатель положения выключателя сигнализирует отключенное положение выключателя "0".
Неоперативное включение выключателя осуществляется путем нажатия кнопки "I". После включения выключателя указатель положения выключателя соответствует включенному положению "I", а указатель положения привода сигнализирует о разряженном состоянии привода и устанавливается напротив знака
Неоперативное отключение выключателя осуществляется путем нажатия кнопки "0". При этом указатель положения выключателя и указатель состояния привода сигнализируют о включенном положении выключателя и разряженном состоянии привода, соответственно.
При дистанционном управлении выключателем с пульта электрический взвод привода осуществляется автоматически после каждого включения или отключения выключателя с помощью редукторного двигателя взвода пружин. Включение и отключение выключателя также осуществляется дистанционно с пульта управления.
Эксплуатационные ограничения элегазового выключателя:
Не допускается использование тележки по назначению при давлении элегаза в выключателе ниже 0,1 МПа, при котором происходит срабатывание реле давления. В аварийных условиях, даже при полной разгерметизации коммутационной камеры выключателя тележки, допускается 12 раз отключить номинальный ток и два раза ток короткого замыкания, равный 0,8 Ι ο.ηομ.
Не допускается использование тележки по назначению при превышении значений сопротивления главной электрической цепи более чем на 40% по сравнению с значениями, указанными в п.11 таблицы.
Не допускается использование кнопки для ручного неоперативного включения выключателя тележки в ее рабочем положении при наличии напряжения на вводе шкафа КРУ.
Выключатель тележки допускает не более 120 операций включения или отключения в час при отсутствии тока в его главной цепи.