Токоведущие системы аппаратов высокого напряжения

Токоведущая система является весьма ответственной частью конструкции аппарата высокого напряжения, так как в значительной мере определяет надежность его работы как коммутационного элемента РУ. Так, доля отказов при управлении разъединителями вследствие повреждений элементов токоведущей системы составляет около 40%.
Токоведущая система (ТВС) разъединителя горизонтально-поворотного типа (рис. 1) состоит из следующих элементов: контактных выводов 1 для подключения ошиновки РУ, подвижных полуножей 3, на конце одного из которых укреплены ламели 4 с пружинами. Контактные выводы с полуножами соединены посредством гибких связей 2.

Рис. 1. Токоведущая система горизонтально-поворотного разъединителя на напряжение 35 кВ и номинальный ток 2000 А

Конструктивное выполнение выводов аппарата зависит от типа ошиновки РУ. В РУ 10-35 кВ выводы имеют вид плоских шин, в ОРУ на 110 кВ и выше применяется гибкая ошиновка с использованием сталеалюминиевых и алюминиевых полых проводов. Кроме того, в ОРУ 330-5-750 кВ часто применяется жесткая ошиновка на основе алюминиевых труб, диаметр которых выбран по условию ограничения коронного разряда.
Гибкие связи изготавливаются из ленточной меди толщиной 0,1--0,2 мм или из тонкого многожильного сплетенного провода. Концы гибкой связи пропаиваются оловом или свариваются.
В табл. 1 приведены номинальные токи, токи динамической и термической стойкости для разъединителей наружной установки, выпускаемых Великолукским заводом высоковольтной аппаратуры.
Разъединители наружной установки допускают длительную перегрузку током 1,2 /ном при температуре окружающей среды
Таблица 1

Примечание. Длительность предельного тока термической стойкости для разъединителей при Uном = 10-=-35 кВ составляет 4 с, при Uном = 110 + 220 кВ — 3 с, п при Uном = 330 + 750 кВ — 2 с.
+ 20 °С.
У разъединителей горизонтально-поворотного типа, а также у некоторых вертикально-поворотных коммутирующий контакт состоит из одной или более пар ламелей. Ламели закрепляются на пластине ножа посредством стальных фиксирующих стержней 7 и шпилек 6 (рис. 1). Поверх ламелей наложены стальные пластины 5, образующие магнитный замок. Ламели прижимаются к пластинам ножа с помощью пружин. При больших номинальных токах (/ном > 1000 А) на ламели напаиваются серебряные пластины, используется и гальваническое серебряное покрытие. При отключении разъединителя оба полуножа поворачиваются в горизонтальной плоскости в одном направлении и один из них выходит из контактных ламелей. После выхода этого полуножа из ламелей последние сближаются, однако их сближение ограничивается дистанционными шайбами, что исключает поломку контакта при включении. У вертикально-поворотного разъединителя на 750 кВ, 4000 А ножи смещены от продольной оси полюса (рис. 2). При включении ножи, вращаясь в вертикальной плоскости, накладываются друг на друга так, что контакт одного из ножей входит в клиповый вырез другого ножа. Контактное давление в разъемном контакте определяется собственной массой контактных ножей 1 и расстоянием между клинообразными контактами 2 во включенном положении разъединителя (рис. 2). Контактирующие поверхности ножа и клинового контакта снабжены напаянными серебряными пластинами 3, 4. Наклонные плоскости клина 2 обеспечивают улавливание ножа в процессе включения при возможном поперечном его смещении.

Рис. 2 Контактная система вертикально-поворотного разъединителя
При сквозных токах КЗ наиболее уязвимым местом ТВС разъединителей, отделителей и заземлителей являются их размыкаемые контакты. Воздействие электродинамических усилий сужения  в значительной мере может уменьшить контактное нажатие, создаваемое пружинами, что, в свою очередь, приводит к росту переходного сопротивления контакта, а следовательно, и к его нагреву, вплоть до расплавления материала контактов. Эти же усилия могут отбросить замыкающиеся контакты короткозамыкателей. С целью ограничения воздействия усилий сужения широко используются конструкции размыкаемых контактов (состоящих из параллельно включенных элементов), магнитные замки.
Компенсация усилий сужения в результате увеличения контактного нажатия, осуществляемого одними лишь пружинами, приводит к необходимости усиления мощности привода, усложнению управления аппаратами и к увеличению износа контактов за счет усилий трения.
При больших токах в аппаратах генераторного напряжения с целью увеличения ресурса работы защитных серебряных покрытий рабочих контактных поверхностей используются кинематические схемы, которые обеспечивают сам процесс включения и отключения с предварительным снятием контактного нажатия. Этот метод нашел применение в разъединителях с поступательным движением ножа и даже в разъединителях рубящего типа.
Наличие серебряного покрытия контактных поверхностей или использование пластинок из серебра дает возможность поднять температуру нагрева в зоне контактов до 120 °С при отсутствии трения в контактах, а следовательно увеличить плотность тока и в результате снизить расход дорогостоящего проводникового материала и уменьшить отключающий и включающий моменты на приводных валах разъединителей, т.е. уменьшить мощность привода.
Силы трения можно также снизить за счет применения металлокерамики на основе пары серебро-графит, или же с использованием смазки — порошок серебра с графитом.
Последовательность расчета размыкаемых контактов рассмотрим на примере токоведущей системы разъединителя вертикально-поворотного типа на 5000 А, подвижный контакт которого состоит из четырех швеллерообразных шин, расположенных попарно в два яруса. Со стороны разъемного контакта концы шин имеют продольный разрез для повышения гибкости ножа, чем обеспечивается большое число точек касания каждой из шин с неподвижным контактом.
Разъединитель имеет магнитный замок, который образован при помощи стальных пластин, закрепленных на шинах ножа, и массивного чугунного контактодержателя, расположенного внутри обоих неподвижных контактов. При прохождении тока по шинам ножа ферромагнитные детали магнитного замка намагничиваются и стремятся притянуться одна к другой, благодаря чему создаются дополнительные усилия, прижимающие шины ножа к неподвижным контактам, и эти усилия могут быть достаточно большими. Однако при больших токах вследствие насыщения стали усилия, развиваемые магнитным замком, несколько снижаются.
Механические напряжения, возникающие в элементах ТВС аппарата под воздействием электродинамических усилий, могут быть определены согласно работе. Как правило, электродинамические усилия в результате воздействия других фаз (при двухфазном или трехфазном КЗ) рассчитываются с целью определения механических напряжений в теле опорных изоляторов.
Необходимо отметить, что при уточненных расчетах электродинамических усилий и механических напряжений следует учитывать неравномерное распределение тока по параллельно включенным элементам вследствие эффекта близости, а следовательно, усилия сужения и контурные силы должны определяться для наиболее нагруженных током элементов.
С целью повышения электродинамической стойкости размыкаемых контактов короткозамыкателей, включаемых на ток КЗ, целесообразно при конструировании принимать минимально допустимые расстояния между ламелями и пластинами магнитного замка, что способствует увеличению контурного усилия FKOH и усилия, развиваемого магнитным замком. В случае торцевых контактов единственным средством повышения электродинамической стойкости следует признать увеличение контактного нажатия, создаваемого контактной пружиной, что приводит к необходимости использования привода с повышенной мощностью.
Следует отметить, что выполнение ТВС разъединителей, размещенных внутри как сплошных по металлу, так и в расщепленных на отдельные элементы электромагнитных экранах, включенных в рассечку пофазно экранированных токопроводов, ведет к существенному увеличению контурных сил и, следовательно, к увеличению контактных нажатий. При этом устраняется и влияние соседних фаз, так как каждый полюс аппарата представляет собой коаксиальную токоведущую систему. Однако размещение аппарата в сплошной оболочке утяжеляет его тепловой режим.