§ 11. СИЛОВЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ И ПРИВОДЫ К НИМ
Силовые выключатели предназначены для коммутации электрических цепей переменного тока, а также автоматического отключения этих цепей при к. з. и перегрузках, возникающих при аварийных режимах. К основным параметрам выключателей относятся: номинальное напряжение, наибольшее рабочее напряжение, номинальный ток, предельный ток и предельная мощность отключения при к. з., собственное время отключения. По роду дугогасящей среды силовые выключатели делятся на масляные и газовые, а по месту установки на выключатели для внутренних и наружных установок. Масляные выключатели с большим объемом масла называют многообъемными, или баковыми, с малым объемом масла — горшковыми, или колонковыми. У первых трансформаторное масло, заполняющее объем бака, выполняет две функции: гашение электрической дуги и изоляцию токоведущих частей друг от друга и от корпуса бака. У малообъемных масло только способствует гашению дуги. При напряжениях до 10 кВ многообъемные выключатели имеют на три фазы общий бак, а при высших напряжениях на каждую фазу отдельный бак. Малообъемные выключатели в основном выпускаются с одним горшком или колонкой на каждую фазу. К газовым выключателям относятся воздушные выключатели.
Большинство силовых выключателей общего назначения рассчитано на работу при установке на высоте до 1000 м над уровнем; моря, температуре окружающей среды от —40 до +40 °С, относительной влажности до 98%. Выключатели не рассчитаны на работу в среде, содержащей значительное количество агрессивных газов и паров, разрушающих металлы и изоляцию, насыщенной токопроводящей пылью и водяными парами, а также в пожаро- и взрывоопасной среде. Рабочее положение выключателей вертикальное, с максимальным отклонением от вертикали на 5°.
Обозначение выключателей расшифровывается следующим образом, Первая буква В — выключатель; вторая буква: М — масляный, В — воздушный; третья буква: Б — баковый, Г — горшковый, К — колонковый, П — подвесной, Н — наружной установки; четвертая буква: П — с пружинным, Э — с электромагнитным приводом. Первая цифра после букв — номинальное напряжение, кВ; вторая цифра — номинальный ток, А; третья цифра — номинальный ток отключения, кА; буквы после цифр: У — для умеренного климата; Т — тропическое исполнение. Последняя цифра — условное обозначение схемы защиты. Например, ВМПП-10-630-20-У-11460 расшифровывается так: выключатель масляный подвесной с пружинным приводом на номинальное напряжение 10 кВ, номинальный ток 630 А, номинальный ток отключения 20 кА, для умеренного климата, со схемой защиты с двумя реле максимального тока мгновенного действия РТМ, одним электромагнитом отключения с независимым питанием ЭОнн, одним реле минимального напряжения с выдержкой времени PH В, с блок-контактами положения привода БКП на четыре цепи и блок-контактами положения выключателя БКВ на восемь цепей.
Рассмотрим конструкцию данного выключателя. Три полюса выключателя и встроенный пружинный привод смонтированы на общей металлической раме. Каждый полюс подвешен к раме на опорных изоляторах и связан изоляционной тягой с валом выключателя. Полюса разделены между полюсными изоляционными перегородками. Для смягчения динамических ударов имеются масляный и пружинный демпферы (успокоители).
Рис. 74. Полюс силового выключателя ВМПП-10
Полюс (рис. 74) состоит из прочного влагостойкого изолятора 1 цилиндрической формы, закрытого металлическими фланцами 2 и 12. На верхнем фланце 2 укреплен корпус 5 из алюминиевого сплава, внутри которого расположен подвижный контакт 9, связанный с роликовым токосъемным устройством 3; механизм 6, приводящий в движение подвижный контакт; направляющие стержни 7. Под верхней крышкой 4, закрывающей корпус, находится маслоотделительная камера с отверстием для заливки масла, закрытым пробкой. В нижнем фланце, закрытом крышкой 14, укреплен неподвижный розеточный контакт 13, лепестки которого поддерживаются пружинами, и поэтому даже при некотором перекосе подвижный контакт всегда имеет плотное соединение с неподвижным. Подвижный контакт имеет съемный наконечник, который, как и верхние концы розеточного контакта, облицован дугостойкой керамикой. Контактная система соединяет верхний вывод 8 с нижним выводом 16. Для наблюдения за уровнем масла полюс снабжен маслоуказателем 10. В нижней части изолятора помещена дугогасительная камера поперечного дутья 11. Для спуска масла имеется отверстие, закрываемое пробкой 15. Дугогасительная камера собрана из перегородок, которые образуют три поперечных канала с раздельными выходами на поверхности камеры.
Каналы расположены на различной высоте, но все они пересекают центральное сквозное отверстие, которое при включенном положении закрыто подвижным токонесущим контактом.
Принцип работы выключателя основан на гашении электрической дуги, возникающей при размыкании контактов, потоком газомасляной смеси, которая образуется в результате интенсивного разложения трансформаторного масла под действием высокой температуры дуги. Гашение происходит в дугогасительной камере, размещенной в зоне горения дуги. Аналогичный принцип действия имеют выключатели ВМПП-35, ВМГ-10 и выпускавшиеся ранее ВМГ-133. Собственное время отключения малообъемных выключателей не превышает величин 0,1—0,12 с, поэтому их относят к быстродействующим.
У выключателей серии ВМК три колонки, состоящие из опорных и дугогасительных частей, и остальные узлы и механизмы монтируются на специальном шкафу-раме. Внутри шкафа установлен электромагнитный привод со всеми пусковыми и вспомогательными элементами. Привод связан с выключателем тягой, которая через систему рычагов передает движение на главный вал выключателя и сжимает пружины отключающего устройства. Изоляторы опорной и дугогасительной частей полые, с механическим креплением. Внутри опорных изоляторов проходят изоляционные тяги, которые связаны с контактными стержнями. На них же закреплены нижние выводы. Верхние выводы закреплены на изоляторах дугогасительных частей вместе с дугогасительными камерами, выполненными из стеклоэпоксида. В цилиндре камеры фигурными дисками и дистанционными кольцами образованы четыре кармана и дутьевая щель.
Многообъемные выключатели отдельных серий, например МКП, ВМЭ, могут выпускаться также со специальными средствами для гашения дуги, что позволяет повысить величину предельно отключаемого тока.
У выключателей серии МКП (масляный, камерный, подстанционный), предназначенных для наружной установки (рис. 75), в каждом полюсе установлены камеры поперечного дутья с одним разрывом дуги при напряжении до 35 кВ и с многократными разрывами дуги при высших напряжениях, Камеры выполнены в виде цилиндров из бакелита и прикреплены при помощи кольца и бронзового держателя к нижней части проходных изоляторов. Через проходные изоляторы пропущены токонесущие стержни, а остальное пространство залито маслом. В верхней части изоляторов имеются расширители, а на уровне крышки бака встраивают трансформаторы тока (по 6—12 на выключатель). Для работы в зимних условиях под баком устанавливают электроподогреватели масла. Аналогично устроены силовые выключатели серии «Урал» (У-110).
К достоинствам воздушных выключателей относятся быстрота гашения дуги и отсутствие масла. Но для них необходимо устанавливать компрессоры, подающие сжатый воздух для выполнения операций «Включение», «Отключение» и для гашения дуги. Давление воздуха у различных типов выключателей составляет 6—20 Па, а расход воздуха при отключении превышает 25000 л. В процессе работы воздух расходуется на вентиляцию внутренних полостей выключателя, например, у выключателя ВВН-220 — до 3000 л/ч. При включении у некоторых типов выключателей расход воздуха практически отсутствует, а у некоторых достигает 300—900 л.
Рис. 75. Разрез полюса силового выключателя МКП- 110М:
1 — бак; 2 — приводной механизм; 3 — маслонаполненный ввод с расширителем; 4 — трансформатор тока; 5 — дугогасительная камера; 6 — шунтирующий резистор; 7 — изолирующая тяга; 8 — траверса подвижных контактов; 9 — электроподогреватель; 10 — кран для спуска масла
Рассмотрим устройство выключателя ВВУ-110/У — усиленный по скорости (частоте) восстанавливающегося напряжения. Выключатель представляет собой трехполюсный аппарат с распределительным шкафом. Полюс выключателя (рис. 76) состоит из двух дугогасительных камер 8 и 15, разделенных промежуточным изолятором 16 и расположенных одна над другой на опорном изоляторе 3. Основанием полюса служит сварная конструкция 1 с прикрепленным к ней шкафом управления 2, в котором расположены элементы электрического и пневматического управления выключателем. Внутри изоляторов 16 и 3 проходят два изолирующих воздухопровода 4, один из которых служит ДЛЯ ПОСТОЯННОЙ подачи воздуха в камеры 8 или 15 из шкафа управления, а второй для импульсной подачи воздуха из шкафа в клапаны управления камер.
Рис. 76. Полюс воздушного выключателя ВВУ-110
Верхняя камера имеет два главных и два вспомогательных разрыва, нижняя — два главных разрыва. В камере 15 главные разрывы шунтированы резисторами, встроенными в камеру, и конденсаторами 14, расположенными снаружи камеры. Разрывы камеры 8 зашунтированы резисторами 6, размещенными в кожухе 5. Электрическое соединение камер выполнено токоведущими перемычками 11 с экраном 17. Подача воздуха для продувки внутренних полостей осуществляется через трубы 9, 10, 12 и 13, а контроль — с помощью указателя продувки 7.
Приводы к силовым выключателям. Для управления выключателями применяют приводные устройства ручного, дистанционного или автоматического включения.
Наиболее простыми по устройству являются рычажные приводы ручного включения и ручного или автоматического отключения при срабатывании релейной защиты.
Рис. 77. Электромагнитный привод ПЭ-11
К ним относятся приводы типа ПРА и ПРБА (привод ручной, блинкерный, с автоматическим отключением). Для удержания контактов выключателя во включенном положении в привод встраивают механизм свободного расцепления, который состоит из системы взаимосвязанных рычагов и защелок. Для переключения вспомогательных цепей в приводе устанавливают блок-контакты контрольно-сигнализационной аппаратуры (КСА). В нижней части корпуса устанавливают реле минимального напряжения и реле максимального тока мгновенного действия или с выдержкой времени.
Для дистанционного и автоматического управления применяют электромагнитные серии ПЭ, пружинные серим ПП и пружинно-грузовые серии ПГП приводы. Рассмотрим устройство электромагнитного привода (рис. 77). Магнитопровод включающего электромагнита образован плитами 1 и 2 и боковыми стенками 3. Внутри магнитопровода помещены обмотка 4 и сердечник 5, к которому стопорным винтом 6 прикреплен шток 7. Для смягчения динамических ударов поставлен пружинный успокоитель St, а чтобы сердечник не прилипал к верхней плите /, поставлена латунная шайба 9. В приводе установлена аппаратура КСА 10, 11, 12, блок-контакты которой связаны тягами 13, 14 и 15 с валом привода 16. Включение привода происходит следующим образом. При подаче питания в обмотку 4 сердечник 5 притягивается и поднимается вверх. Шток сердечника доходит до ролика 17, поднимает его и через серьгу 18 и рычаг 19 поворачивает вал привода 16 на включение. Происходит включение контактов выключателя, За счет взаимодействия защелки 20, пружины 21, серьги 22, рычага 23, ролика 24 и защелки 25 механизм привода будет удерживаться во включенном положении. Для отключения привода необходимо защелку 25 освободить от соединения с роликом 24. Для этого достаточно нажать на рукоятку 26 или подать питание в: катушку отключающего электромагнита, чтобы на защелку воздействовал боек 27. Тогда ролик 24 скатится с защелки 25, рычаг 23 повернется на оси 28 и освободит через серьгу 22 ролик 17, который скатится с защелки 20, что приведет к отключению выключателя. Для регулирования глубины захвата ролика 24 с защелкой 25 установлен винт 29. Возвратные пружины 30, 31, 32 помогают установить привод в исходное для включения положение. Для цепей управления в приводе установлена сборка зажимов 33.
У пружинных приводов ППМ и универсальных пружинногрузовых приводов УПГГТ создание необходимого усилия для включения контактов выключателя происходит за счет энергии пружин, которые заводятся при помощи электродвигателя с редуктором, установленных на корпусе привода.
В зависимости от типа привода и варианта исполнения в привод может быть встроено до четырех реле максимального тока мгновенного действия, два-три реле максимального тока с выдержкой времени, нулевое реле мгновенного действия или с выдержкой времени. На корпус привода могут быть выведены кнопки местного управления, указатели срабатывания защиты, указатели положения привода. Кроме пружинных, могут быть поставлены масляные успокоители (демпферы).
Выбор типа привода зависит от типа и мощности выключателя, вида управления, удобства монтажа и эксплуатации, места установки, наличия устройств АПВ и АВР.
