Аппараты высокого напряжения
Выключатели высоковольтные
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Аппараты высокого напряжения, являясь в основном аппаратами распределительных устройств, служат для распределения мощных потоков электроэнергии и управления ими, обеспечения надежной работы энергоустановок и систем при аварийных режимах. ГОСТ 687—78 регламентирует для них напряжения от 3 кВ и выше. В настоящее время широко используется напряжение до 750 кВ. Разработаны и внедряются аппараты для систем напряжением 1150 кВ.
В современных мощных энергосистемах номинальные токи на шинах (Uном>110 кВ) достигают 8—12 кА, а на ответвлениях — до 4—5 кА. На шинах генераторного напряжения (Uном= 16...27 кВ) номинальные токи достигают 7—50 кА в зависимости от мощности генератора. Для обеспечения наиболее ответственного режима работы — режима короткого замыкания (КЗ) наибольший ток КЗ, на который создавались аппараты высокого напряжения, достиг 63 кА. В системах напряжением до 420 кВ ожидается возрастание токов КЗ до 80 кА, а при генераторных напряжениях токи КЗ достигают 180 кА.
Быстрый рост номинальных напряжений энергосистем, возрастание токов короткого замыкания и номинальных токов ставят задачи по созданию аппаратов высокого напряжения, удовлетворяющих повышенным требованиям.
Выключатели осуществляют оперативные включения и отключения, а главное, защиту от токов КЗ. Кроме номинальных значений тока и напряжения основными показателями для них являются номинальные токи отключения, включения и электродинамической стойкости, т. е. наибольшие токи КЗ, которые выключатель способен отключить, включить и пропустить через себя не разрушаясь.
Отключение больших токов короткого замыкания — сложнейшая задача. По способу гашения дуги высоковольтные выключатели могут быть масляные, воздушные, элегазовые, вакуумные, электромагнитные и др. Отдельные типы выключателей с ограниченной отключающей способностью называют выключателями нагрузки.
По конструкции выключатели каждого типа в зависимости от выполняемых функций (назначения) в схемах распределительных устройств подразделяются на генераторные, сетевые или подстанционные. Генераторные выключатели характеризуются большими значениями номинальных токов и большими токами отключения при меньших напряжениях, сетевые — меньшими номинальными токами и более высокими напряжениями, подстанционные — наивысшими номинальными напряжениями, наиболее высокой отключающей способностью, быстродействием и наличием автоматического повторного включения (АПВ). Аппараты различаются еще по другим характеристикам — быстродействию, наличию АПВ, исполнению - для наружной или внутренней установки, по числу фаз, по роду привода и т. д
ВЫКЛЮЧАТЕЛИ МАСЛЯНЫЕ
Масляные выключатели — одни из первых коммутационных аппаратов в электроустановках высокого напряжения 6-220 кВ.
Рисунок 1 – Полюс масляного бакового выключателя на 220 кВ
1 – бак; 2 – дугогасительная камера с неподвижными контактами и шунтирующим резистором; 3 – изоляция бака; 4 – ввод; 5 – приводной механизм; 6 – трансформатор тока; 7 – направляющее устройство; 8 – шунтирующий резистор; 9 – изоляционная тяга; 10 – траверса с подвижными контактами; 11 – положение траверсы после отключения.
Различают выключатели масляные баковые — с большим объемом масла, масло служит и как дугогасящая среда, и как изоляция, и выключатели маломасляные — с малым объемом масла, масло служит только дугогасящей средой.
На напряжения 35—220 кВ применяются в основном баковые выключатели. Маломасляные выключатели являются основными на напряжение до 10 кВ. Начинают все более широко применяться маломасляные выключатели в наружных установках на 110 и 220 кВ при условии их достаточной отключающей способности (серия ВМТ).
Достоинства масляных выключателей — относительная простота конструкции, большая отключающая способность и независимость от атмосферных явлений. Недостатком, особенно баковых выключателей, является наличие большого количества масла, что приводит к большим габаритам и массам как самих выключателей, так и распределительных устройств, повышенной пожаро- и взрывоопасности, необходимости специального масляного хозяйства.
Выключатели масляные баковые
Эти выключатели на напряжение до 20 кВ и относительно малые токи отключения выполняются большей частью однобаковыми (три полюса в одном баке), на напряжение 35 кВ и выше — трехбаковыми (каждая фаза в отдельном баке) с общим или индивидуальными приводами. Выключатели могут снабжаться электромагнитными или пневматическими приводами и работают с автоматическим повторным включением (АПВ).
Масляные баковые выключатели на напряжение 35 кВ и выше имеют встроенные трансформаторы тока. На внутреннюю часть проходного изолятора надеты и укреплены под крышкой выключателя сердечники со вторичными обмотками (один или два на изолятор). Токоведущий стержень проходного изолятора служит первичной обмоткой. Выключатели на напряжение 110 кВ и выше могуг иметь емкостные трансформаторы напряжения, для выполнения которых используются обкладки маслонаполненных вводов конденсаторного типа, и трансформаторы напряжения с индуктивной катушкой.
Выключатели маломасляные
В отличие от масляных баковых выключателей масло служит здесь только дугогасящей средой, а изоляция токоведущих частей и дугогасительного устройства относительно земли осуществляется с помощью твердых изоляционных материалов (керамика, текстолит, эпоксидные смолы и т. п.).
Маломасляные выключатели имеют существенно меньшие габариты и массу, меньшую взрыво- и пожароопасность и требуют меньших и более дешевых распределительных устройств по сравнению с масляными баковы выключателями. Наличие в маломасляных выключателях встроенных трансфоматоров тока и емкостных трансформаторов напряжения значительно усложняет конструкцию выключателей и увеличивает их габариты, поэтому маломасляные выключатели выполняются без органической связи с такими трансформаторами.
Выключатели по компоновке выполняются с дугогасительными камерами внизу (ход подвижного контакта сверху вниз) и с камерами, расположенны сверху (ход подвижного контакта снизу вверх). Последние более перспективны в отношении повышения отключающей способности. Применяются выключатели внутренней установки как распределительные и генераторные и для внешней установки как распределительные и подстанционные. Типы таких выключателей, например, – ВМП-10 с пружинным приводом, ВМПЭ-10 – с электромагнитным приводом.
Выключатель серии ВМПЭ-10 может иметь встроенные элементы защиты и управления, такие, как реле максимального тока мгновенного действия и с выдержкой времени, реле минимального напряжения, отключающие электромагниты, вспомогательные контакты и т. п.
Особенностью конструкций маломасляных генераторных выключателей является токопровод, имеющий два параллельных контура: основной, контакты которого расположены открыто, и дугогасительный, контакты которого находятся в дугогасительных камерах внутри бака.
Для увеличения номинального тока применяется искусственный обдув контактной системы и подводящих шин. В последние годы находит применение жидкостное (водяное) охлаждение контактов и шин.
Выключатель маломасляный для внешней установки состоит из трех основных частей: гасительных устройств, помещенных в фарфоровые рубашки; фарфоровых опорных колонок и основания (рамы). Изоляционный цилиндр, охватывающий дугогасительное устройство, защищает фарфоровую рубашку от больших давлений, возникающих при отключении. Число разрывов на фазу может быть один, два и больше. Расположение камеры сверху более перспективно для повышения отключающей способности.
