В зарубежной практике энергетического строительства часто применяются выключатели нагрузки, использование которых, как отмечается в ряде работ [66, 67, 70], оправдывается как экономическими, так и чисто техническими соображениями. Область применения этих аппаратов в сетях высокого и сверхвысокого напряжений чрезвычайно обширна.
Выключатели нагрузки используются для управления работой трансформаторов и подключения их к сборным шинам. В разветвленных электрических сетях их применяют вместо выключателей, которые остаются лишь в узловых точках и выполняют только функции защиты, для секционирования сборных шин и т. д.
Они применяются также для подключения компенсирующих реакторов и тормозных сопротивлений, необходимых для сохранения устойчивости при внезапных кратковременных сбросах нагрузки. Применение выключателей нагрузки в сочетании с короткозамыкателей аналогично использованию в отечественной практике отделителей и короткозамыкателей на подстанциях без выключателей на стороне высшего напряжения. Но выключатель нагрузки используется также и как оперативный аппарат. вследствие чего меньше изнашиваются выключатели. В [67] отмечается целесообразность применения выключателей нагрузки, объединенных с разъединителями, вместо простых разъединителей, так как ошибочные операции с ними приводят к авариям и несчастным случаям.
Рис. 39. Выключатель нагрузки на 115 Кв фирмы «Вестингауз»
Выключатели нагрузки могут осуществлять следующие операции: 1) отключать ненагруженные линии электропередачи, кабели и трансформаторы при номинальном напряжении системы; 2) отключать номинальный ток при номинальном напряжении системы и коэффициенте мощности, соответствующем рабочей нагрузке; 3) включаться на существующее в цепи короткое замыкание без повреждений, препятствующих дальнейшей исправной работе аппарата и пропускать ток короткого замыкания до отключения линии электропередачи выключателем.
Исторически первым элегазовый аппаратом, выпущенным фирмой «Вестингауз» в 1953 г., был выключатель нагрузки, изображенный на рис. 39. Этот аппарат представляет собой разъединитель с движением ножа в вертикальной плоскости, дополненный дугогасительной камерой 3, которая установлена на колонке с неподвижным контактом. Во включенном положении аппарата камера шунтирована главным токоведущим ножом разъединителя 4. При отключении сначала размыкаются главные контакты и ток начинает протекать через дугогасительную камеру и вспомогательный нож. При дальнейшем движении главного ножа он своим концом поворачивает рычаг 2, вызывая тем самым срабатывание автопневматического дугогасительного устройства, выполненного по рис. 36, б. Дальнейшее движение уже после погасания дуги нож 4 совершает совместно со вспомогательным ножом 1. В полностью отключенном положении между контактами аппарата образуется воздушный промежуток необходимой длины. При включении нож 4 поворачивает рычаг 2 вниз, осуществляя завод отключающий пружины.
Дугогасительная камера имеет объем порядка нескольких десятков литров и наполнена элегазом при риз = 2 кГ/см2. По данным фирмы, выключатель полностью сохраняет свою работоспособность при давлении до риз=1 кГ/см2. Добавление элегаза становится необходимым примерно в конце пятилетнего срока службы аппарата.
Выключатель способен отключать токи нагрузки до 600 а при коэффициенте мощности 0,5—1, а также емкостные и индуктивные токи (cos φ≤ 0,1) до 100 а при напряжении сети 138 Кв [68, 69].
Рис. 40. Дугогасительная камера выключателя нагрузки на 245 кв
1 — сопло; 2 — подвижный контакт; 3 — дугогасительные контакты; 4 - неподвижный контакт; 5 - покрышки камер; 6— зажим токоподводящий; 7 —неподвижный контакт заземлителя; 8 — конденсатор; 9 — поршень; 10 — стягивающий стержень; 11 — тяга изоляционная; 12 — опорный изолятор; 13 — неподвижный контакт разъединителя
Английской фирмой «Инглиш Электрик» разработана серия выключателей нагрузки, основным элементом которой является дугогасительная камера, смонтированная внутри фарфорового изолятора, заполненного элегазом при Раб=4,5 кГ/см2 [70].
В аппарате на 245кВсодержится две таких последовательно соединенных камеры, смонтированных в покрышках 5, взаимное расположение которых показано на рис. 40. В конструктивном отношении камеры идентичны. В них использован автопневматический принцип гашения дуги в исполнении, представляющем собой комбинацию изображенных на рис. 36 основных вариантов.
На главном подвижном контакте 2 закреплен поршень 9. При отключении сжатый газ через внутреннюю полость трубчатого контакта поступает в промежуточный объем, из которого вытекает через изоляционное сопло 1, обдувая и гася дугу, горящую между дугогасительными наконечниками 3, подвижного контакта 2 и неподвижного 4. Коммутационная способность и требуемый уровень изоляции дугогасительных камер обеспечиваются при снижении давления раб=3,5 кГ/см2. На выводе 6 установлен неподвижный контакт 7 заземлителя, а на выводе второй камеры установлен неподвижный контакт 13 ножа разъединителя. Камеры установлены на опорной изоляционной колонке 12, собранной из полых изоляторов.
Рис. 41. Серия выключателей нагрузки: а — 245 кв; б —300 Кв; в — 420 кв
1 — шкаф управления; 2 — конденсатор: 3 — вывод; 4 — дугогасительные камеры
Управление подвижными контактами осуществляется посредством тяги 11, одна из которых работает на отключение, а другая на включение. Внутренние полости дугогасительных камер сообщаются с внутренним объемом опорной колонки через фильтры, поглощающие продукты разложения элегаза дугой.
Для повышения механической прочности верхний и нижний фланцы опорной колонки стянуты изоляционными стержнями 10. Благоприятное распределение напряжения по камерам обеспечивается шунтирующими конденсаторами 8.
Изоляционные тяги и стержни выполнены из пропитанной специальным компаундом стеклоткани. Изоляция относительно земли остается вполне удовлетворительной при снижении давления газа до атмосферного. Предполагается, что утечка газа будет весьма незначительной и выразится в падении давления менее чем на 1 кГ/см2 за три года. Именно через этот период и рекомендуется производить ревизию аппарата.
На рис. 41 схематически изображена серия выключателей нагрузки, комплектуемых из вышеописанных элементов с указанием габаритных размеров, а на рис. 42 — компоновка выключателя нагрузки на 400кВс разъединителем. На средней поворотной колонке закреплен нож разъединителя, приводимый в движение гидравлическим приводом 1. Подвижные контакты дугогасительной камеры управляются пневматическим приводом 2, а для заземлителя предусмотрен привод 3.
Рис. 42. Компоновка выключателя нагрузки на 400кВ с разъединителем
Таблица 9
Наименование | Показатели | ||||
Выключатели | Выключатели нагрузки | ||||
Номинальное напряжение,кВ. . | 400 | 275 | 380—420 | 275—300 | 220—245 |
Номинальный ток, а | 4 000 | 2 000 | 1250 | 1250 | 1250 |
Число разрывов на полюс . . . | 4 | 3 | 4 | 3 | 2 |
Импульсное выдерживаемое напряжение опорной изоляции, кв | 1 425 | 1050 | 1550 | 1050 | 1050 |
Выдерживаемое под дождем напряжение промышленной частоты,кВ | 630 | 460 | 680 | 460 | 460 |
Трехсекундный ток термической устойчивости, ка | 50 | 31,5 | 22,8 | 21 | 26,2 |
Амплитуда тока включения, ка | 129 | 80 | 58,2 | 53,5 | 67 |
Эквивалентная симметричная мощность короткого замыкания, Мва | 35 000 | 15 000 | 15 000 | 10 000 | 10 000 |
Ток отключения при cos φ = -0,75, а | 4 000 | 2 000 | 1625 | 1 625 | 1 625 |
Ток отключения при cos φ =-0,05, а | 3 000 | 1 000 | 630 | 630 | 630 |
Ток отключения холостой линии (кабеля), а | 400 | 400 | 400 | 400 | 400 |
Основные параметры выключателей нагрузки и выключателей нагрузки в комбинации с разъединителями даны в табл. 9.
Рис. 43. Взрывобезопасный шахтный выключатель фирмы «Делль»
Для оперативных включений и отключений крупных генераторов мощностью до 250 Мвт и напряжением до 24кВфирмой «Делль» сконструирован специальный генераторный выключатель нагрузки на номинальное напряжение 24 кв, номинальный ток 10000 а и амплитудное значение тока включения 165000 а. Аппарат содержит две параллельно включенные контактные системы— токоведущую и дугогасительную. Обе системы помещены в герметический объем, заполненный элегазом, и приводятся в действие маслопневматическим приводом. При отключении сначала размыкаются контакты токоведущей системы, затем контакты дугогасительной.
Дугогасящее устройство обеспечивает отключение номинального тока при частоте восстанавливающего напряжения до 50 кгц.
При испытаниях этот аппарат, заполненный элегазом при 3 кГ/см2; отключал ток 14 500 а при напряжении 22,3кВи частоте собственных колебаний 45 кгц.
