Электрические аппараты и оборудование выше 1000В - Силовые выключатели

Рисунок 7 - Гашение дуги в масле при размыкании контактов.

При этом водород, обладающий наивысшими среди всех газов дугогасящими свойствами, наиболее тесно соприкасаются со стволом дуги. Выделяемые с большой скоростью газы проникают непосредственно в зону ствола дуги, вызывают перемешивание холодного и горячего газа в пузыре, создают интенсивное охлаждение и деионизацию дугового промежутка, особенно в момент прохождения тока через естественный нуль.

Быстрое (взрывное) разложение масла приводит к повышению давления внутри пузыря, что также способствует гашению дуги. В обычных инструкциях масляных выключателей давление в газовом пузыре повышается до 0,5-1 МПа, а в выключателях с дугогасительными камерами - еще больше.

Следует отметить, что сам процесс разложения масла с образованием газопаровой смеси с отбором от дуги большого количества энергии (30 - 35 %), что также благоприятно влияет на гашение дуги.

Процесс гашения в масле происходит тем интенсивнее, чем ближе соприкасается дуга с маслом и чем быстрее движется масло по отношению к дуге. При простом разрыве дуги в масле дуга окружена пузырем, заполненным парами масла и газа, находящимися в относительно спокойном состоянии. Воздействие самого масла на дугу относительно мало. Воздействие масла на дугу существенно увеличивается, если дуговой разрыв ограничить каким-либо замкнутым изоляционным устройством, так называемым дугогасительным устройством (камерой). В дугогасительных камерах создается более тесное соприкосновение масла с дугой, а также интенсивное обдувание дуги потоками газов, паров масла и самим маслом, в результате чего значительно возрастает продольный градиент напряжения, ускоряется процесс деионизации, сокращается время горения дуги, уменьшается ход контактов по сравнению с простым разрывом в масле.

В случае когда дуга горит в газовом пузыре, объем которого не ограничивается стенками, средняя температура газопаровой смеси находится в пределах 800-1000 К, а в случае горения дуги в узком, ограниченном объеме при больших токах средняя температура газопаровой смеси достигает 2000 - 2500 К, т.е. отвод энергии от дуги здесь значительно больший.

Дугогасительные устройства масляных выключателей по принципу действия могут быть разделены на три основные группы:

1.Дугогасительные устройства с автодутьем, в которых дутье газопаровой смеси и масла в зону гашения дуги создается за счет энергии, выделяющейся в самой дуге.

2.Дугогасительные устройства с принудительным (импульсным) масляным дутьем, у которых масло в зону гашения дуги (к месту разрыва) подается с помощью специальных нагнетающих гидравлических механизмов за счет постороннего источника энергии.

3.Дугогасительные устройства с магнитным гашением дуги в масле, у которых столб дуги под влиянием поперечного магнитного поля перемещается в узкие, заполненные маслом каналы и щели, образованные стенками из изоляционного материала.

Наибольшее распространение находят дугогасительные устройства первой группы, так как обеспечивают большую эффективность гашения при сравнительно несложных конструкциях.

1-масло, 2-неподвижный контакт, 3-клапан, 4-дуга, 5-газовый пузырь, 6-камера,7-подвижный контакт

Рисунок 8 – Гашение дуги в масляной среде с продольным (а) и поперечным (б) дутьем

Принципиальные схемы работы простейших дугогасительных камер с автодутьем основаны на следующем. Газовый пузырь, образующийся вокруг дуги при размыкании контактов, приводит к существенному повышению давлении в ограниченном объеме камеры. Масло и продукты его разложения, стремясь выйти через отверстия в камере, создают интенсивное обдувание дуги потоками газопаровой смеси и масла.

Масляный баковый выключатель состоит из контактной и дугогасительной систем; расположенных в баке с маслом, и привода, расположенного снаружи бака.

Баки могут выполняться с круговым. эллиптическим или прямоугольным сечением. Первые два обладают более высокой прочностью, но и большим объемом, последний — меньшей прочностью, но и меньшим объемом. В последнее время находит применение так называемая чечевицеобразная форма бака, обладающая повышенной прочностью при небольшом объеме.

Бак заливается до определенного уровня трансформаторным маслом. Между поверхностью масла и крышкой бака должен остаться некоторый свободный объем (обычно 20 — 30% объема бака) — «воздушная буферная подушка», сообщающаяся с окружающим пространством через газоотводную трубку. Воздушная полушка снижает давление, передаваемое на стенки бака при отключении, исключает выброс масла из бака и предохраняет выключатель от взрыва при чрезмерном давлении.

Высота уровня масла над местом разрыва контактов должна быть такой, чтобы исключить выброс горячих газов, выделяющихся при разложении масла, в воздушную, подушку при отключении. Прорыв этих газов может при определенных соотношениях привести к образованию взрывчатой смеси (гремучего газа) и взрыву выключателя. Высота уровня масла над местом разрыва контактов определяется номинальным напряжением и отключаемой мощностью. Например, в выключателях 6—10 кВ с отключаемой мощностью 200 — 400 MBА она составляет 300 — 600 мм, а в выключателе на 220 кВ, 3500 MB-А она равна 2300- 2500 мм.

Наиболее широко применяются торцовые и розеточные контакты.

При напряжениях 3 — 6 кВ и малых отключаемых мощностях применяется простой разрыв в масле, при напряжениях до 10 кВ и мощности отключения до 100 MB • А — простейшие дугогасительные камеры.

Рисунок 9 – Полюс масляного выключателя

На напряжения 35 кВ и выше используются дугогасительные устройства с продольным, поперечным или продольно-поперечным дутьем с многократным разрывом дуги.

Рисунок 10 – Схема устройства малообъемного масляного выключателя ВМП – 10 (три полюса)

5.2. Малообъемные масляные выключатели. У них, в отличие от многообъемных, масло предназначено только для гашения дуги. Дуга гасится потоком масла, или газомасляной смеси, которая образуется в результате разложения масла от действия высокой температуры дуги. Движение потока масла происходиит при отключении выключателя за счет поршневого эффекта подвижных элементов.

Достоинством этих выключателей является меньшая пожароопасность,
взрыврбезопасность, меньшее время срабатывания (меньше 0,1 с), меньшие габариты и масса. Конструктивно выключатель выполнен в виде
трех отдельных полюсов, горшков или колонок, связанных общей рамой и общим приводом.

Типы выключателей:
- ВМПЭ, ВМПП — выключатель масляный подвесной с электрическим (Э), пружинным (П) приводом. Uном до 10 кВ; Iном до 3200 А; Iоткл. до 31,З кА; t откл=0.07 – 0.1 с; масса 200 - 225 кг, применяется в КРУ внутри помещений. Пример: ВМПЭ-10-630-31,5 У3.

-ВМГ-133; ВПМ-10; ВМК-27; ВТ-35 - старые типы выключателей, сняты с производства;

-МГ-10 - горшковый, мощный генераторный выключатель, Uном. до 10 кВ; Iном до 5000 A, Iоткл. до 45 кА; то же МГГ.

-МГУ-10 - выключатель с усиленным гашением дуги за счет встречно-поперечного дутья.

-ВГМ-10 — маломасляный до 10 кВ, 630 А.

-ВК-10 — колонковый до 10 кВ, 1600 А; до 31,5 кА, притменяется для КРУ наружной и внутренней установки t откл, = 0,05 с., масса 160 - 190 кг.

5.3. Воздушные выключатели. Действие этих выключателей основано на гашении электрической дуги за счет мощного потока воздуха,
выдувающего дугу из зоны действия основных контактов. Масла эти
выключатели не содержат.

Выключатели применяются при напряжении 35 кВ и выше. Эти выключатели имеют большую массу и габариты, специальную компрессорную установку и ресивер, что приводит к большей стоимости, однако в связи с пожаробезопасностью и малым временем отключения (0,04- 0,08 с) они применяются на ответственных электростанциях и подстанциях. При отключении такого выключателя расходуется до 40 м³ воздуха при давлении до 2 - 3 МПа.

Типы выключателей:

ВВГ-20-2000-160 У1 — выключатель воздушный генераторный на 20 кВ, 2000 А и ток отключения 160 кА, масса 10 т.

ВВУ-35-2000-40 XЛI - усиленный по восстановлению электрических характеристик, для холодного климата, наружной установки, масса 7,5 т.
ВВБМ-330-2000-31, 5 ХЛI — воздушный, баковый, малогабаритный, масса 18 т.
ВВД — с повышенным давлением воздуха. (ВВД-220-40-3200 ХЛI)

Рисунок 11 – полюс воздушного выключателя ВНВ –220-10. 1-дутьевой клапан, 2-опорная колонка камеры, 3-гасительная камера, 4-аппаратные выводы, 5-отделитель, 6-опорная колонка отделителя, 7-дутьевой клапан отделителя, 8-ресивер, 9-обратный клапан, 10-шкаф управления, 11-трубопровод, 12-токоведущая шина

Рисунок 12 - Схемы воздушного дутья:

По отношению к стволу дуги поток воздуха может быть поперечным -поперечное воздушное дутье, продольным - продольное воздушное дутье и продольно - поперечное дутье. Продольное и продольно-поперечное дутье может быть односторонним и двусторонним.

По эффективности воздействия на дугу лучшие характеристики дают камеры поперечного дутья, но их работа связана с большим расходом воздуха. Поэтому они находят преимущественное применение в выключателях на большие номинальные и отключаемые токи при напряжении до 20 кВ.

Достоинствами камер продольного и продольно-поперечною дутья являются возможность создания простых устройств с многократным разрывом дуги, простое регулирование дутья формой контактов и выхлопных отверстий и сравнительно небольшой расход воздуха.

В последние годы для гашения дуги начинает применяться элегаз (шестифтористая сера SF₆), полученный впервые в Советском Союзе. Элегаз очень устойчивый инертный газ, имеющий высокие электроизоляционные свойства, что позволяет использовать его в качестве дугогасительной среды в коммутационных аппаратах.

Рисунок 13 - Схемы дугогасительных устройств с магнитным и газовым дутьем

5.4. Элегазовые и вакуумные силовые выключатели. В настоящее время в США, Европе , Японии широко применяются, а в нашей стране начинают применяться элегазовые и вакуумные силовые выключатели на напряжение 10, 35, 110 кВ и выше. На их основе изготавливаются КРУ с элегазовыми выключателями (КРУЭ или ЯЭ), или с вакуумными (КВ) выключателями.

Зарубежные и отечественные производители выпускают элегазовые выключатели на напряжение 10, 55, 110, 220 кВ, встроенные в КРУЭ или ЯЭ, и вакуумные выключатели ВВ-10, ВВТ-10, ВВЛ-35 для внутренней установки и ВВК-35 и ВВК-110 - для наружной установки.

Элегазовые выключатели применяются при изготовлении КРУ на напряжение выше 10 кВ, что невозможно было при использовании масляных выключателей. Элегазовые КРУ применяются при напряжении 35, 110, 150, 220 кВ и выше. В связи с их уменьшенными габаритами имеется возможность применять на подстанциях закрытые (ЗРУ) вместо открытых (ОРУ) распредустройства.

Основными достоинствами элегазовых и вакуумных выключателей являются: повышенный уровень безопасности, большой срок службы без ремонтов, меньшие габариты и масса, пожаро- и взрывобезопасность, быстродействие. Недостатком можно считать высокую стоимость при единичном производстве и повышенный уровень
коммутационных перенапряжений, что требует применение специальных
ограничителей перенапряжений (например: ОПН - ограничитель перенапряжения нелинейный).

Выбор типа выключателя для КРУ (вакуумного или элегазового) производится исходя из следующего. При необходимости частой коммутации (например: электропечных трансформаторов) и активно-индуктивном характере нагрузки коммутируемой цепи следует применять вакуумные
выключатели . Для коммутации цепей с емкостным характером(конденсаторные батареи, статические тиристорные компенсаторы, фильтро-компенсирующие устройства) следует использовать элегазовые выключатели. Элегазовые выключатели используются чаще при напряжении до 500 кВ, а вакуумные – до 35 кВ. Применение элегазовых и вакуумных выключателей и КРУ на их основе является одним из путей повышения надежности схем электроснабжения ответственных потребителей, уменьшение эксплуатационных расходов и улучшения условий труда и окружающей среды.

5.4.1 Элегазовые выключатели. В этих выключателях гашение дуги
происходит за счет действия электротехнического газа (элегаза), дугогасящие свойства которого в 4-5 раз лучше, чем у воздуха. Химическая формула элегаза — SF₆ . Среди типов выключателей при напряжении 6 – 10 кВ часто применяюится выключатели серий FV и LF.

Рисунок 14 - Общий вид выключателя серии LF для напряжения 6—10 кВ

В элегазовых силовых выключателях и выключателях нагрузки и контакторах используется шестифтористая сера (SF₆, элегаз) для изоляции и дугогашения. Рабочие части имеют оболочку из изоляционного материала, которая служит для герметизации систем, находящихся под давлением, в соответствии со стандартом МЭК. В России применяются элегазовые КРУ различных фирм, например Schneider серии МС -set.

Аппараты, составляющие основу ячеек MC-set, имеют следующие отличительные характеристики:

• длительный срок службы, отсутствие необходимости технического обслуживания рабочих элементов, повышенная электрическая прочность, низкий уровень коммутационных перенапряжений, безопасность эксплуатации, нечувствительность к условиям окружающей среды, сохранение возможностей отключения и диэлектрической прочности независимо от атмосферного давления, низкое давление элегаза.

Элегазовые силовые выключатели серии LF могут устанавливаться в приемных и линейных ячейках AD и CL.

Принцип действия силового выключателя LF. Выключатели серии LF приводятся в действие приводом аккумуляторного типа RI. Гашение дуги основано на явлении автокомпрессии в элегазе. Три главных полюса находятся в изолирующей оболочке, заполненной элегазом под сравнительно низким давлением в 0,15 МПа (1,5 бар). Использование элегаза под низким давлением обеспечивает высокую надёжность герметизации. При размыкании цепи сначала размыкаются главные, затем вспомогательные контакты. Принцип гашения дуги основан на автокомпрессии с использованием техники вращения дуги и эффекте температурного расширения. Вспомогательные (дугогасительные) контакты помещаются в камеру, служащую объёмом расширения.

Рисунок 15. 2 - Начало процесса отключения. Глав ные контакты размыкаются, вспомогательные еще замкнуты.

При отключении сначала размыкаются главные контакты, затем – дугогасительные. При размыкании главных контактов ток проходит только через дугогасительные контакты и начинает работать дугогасительная катушка, вызывающая вращение дуги.

Рисунок 15. 3 - Гашение дуги. Главные и вспомогательные контакты разомкнуты.

Разделение дугогасительных контактов. Главные контакты разомкнуты. Дугогасительные контакты начинают размыкаться, начинает работать катушка. Дуга вращается под действием магнитного поля, порождённого катушкой и при этом охлаждается. Избыточное давление в камере расширения, обусловленное повышенной температурой из-за дуги, сдвигает дугу перпендикулярно оси дугогасительных контактов.

Рисунок 15.4 - Выключатель отключен. Главные и вспомогательные контакты разомкнуты.

На этом процесс отключения выключателя завершен.

Кроме силовых выключателей элегаз используется в других аппаратах, например, в выключателях нагрузки, отличающихся от первых меньшими величинами номинальных и максимальных токов. Принципиальная схема конструкции такого аппарата представлена на рисунке . Следует иметь ввиду, что выключатели нагрузки отечественного производства должны иметь видимый разрыв цепи в отключенном состоянии, что невозможно при наличии элегазовой камеры, поэтому эти выключатели должны устанавливаться совместно с разъединителями.

аппарат включён аппарат отключен аппарат заземлён

Рисунок 16 - Принципиальная схема элегазового выключателя нагрузки

5.5. Электромагнитные выключатели. По конструкции и принципу действия похожи на контакторы трехфазного тока. Применяются при напряжении 6-20 кВ. Гашение дуги происходит за счет магнитного дутья, т.е. взаимодействия магнитных полей электрической дуги и катушки магнитного дутья. Выключатели не требуют масла и сжатого воздуха, имеют большой срок службы и малое время срабатывания (0,06 c). Контактная система состоит из основных (1 и 2) и дугогасительных (3 и 10) контактов. Дугогасительная система состоит из изоляционной камеры 4 и П-образного магнитопровода 5 с дугогасительной катушкой 6. Гашение дуги происходит в дугогасительной камере. При размы-
кании электрической цепи первыми размыкаются главные контакты, затем дугогасительные контакты (зоны А и Б). При этом между дугогасительными контактами возникает дуга, которая под действием теплового потока и электродинамических сил поднимается вверх.
Участок дуги шунтируется катушкой магнитного дутья и дуга на этом участке гаснет. Магнитное поле катушки из зоны дугогасительных контактов втягивает остаток дуги в керамическую камеру и далее в зоны , где дуга гаснет. В некоторых выключателях дополнительно применяется автовоздушное дутье.

Дуга гасится в дугогасительной камере. При размыкании электрической цепи первыми размыкаются главные контакты, затем дугогасительные контакты. При этом между дугогасительны-
ми контактами возникает дуга, которая под действием теплового потока и электродинамических сил поднимается вверх.
Участок дуги шунтируется катушкой магнитного дутья и дуга на этом участке гаснет. Магнитное поле катушки из зоны дугогасительных контактов втягивает остаток дуги в керамическую камеру и далее в зоны В, Г А, где дуга гаснет за счет охлаждения и воздушного дутья..

Применяются электромагнитные выключатели в КРУ 6-10 кВ. По сравнению с выключателямиВМП-10 и ВК-10 они имеют большую массу и габариты.

Типы выключетелей:

- ВЭ-6(10) — выключатель электромагнитный на 6(10) кВ; Iном — до 3150 А; Iоткл. до 40 кA; масса 500- 700 кг; t откл.=0,06c., трехполюсный, для КРУ типа КЭ.

- ЗЭС-6 сейсмостойкий, остальные параметры те же.

-ВЭВ-6-630-16 У5 - электромагнитный воздушный для КРУ на подземных работах, имеет уменьшенные габариты и массу ( 240 кг ).

-ВЭМ-6-3200-40 - выключатель электромагнитный для КРУ общепромышленого применения.

Все выключатели имеют выкатное исполнение и втычные пальцевые или
розеточные контакты, выполняющие функции линейного и шинного разъединителей.

5.6 Вакуумные выключатели. Современные выключатели, использующие для гашения дуги вакуумную камеру. Разработаны конструкции для напряжения 6-35 кВ, позволяющие постепенно вытеснять масляные и электромагнитные выключатели. Вакуумные выключатели имеют небольшие габариты и массу, пожаро- и взрывобезопасны, надежны и не требуют ремонта. Недостатки - высокая стоимость и коммутационные перенапряжения.. Основнойэлемент- вакуумная камера. Давление в камере - 1,33*10^-6Па, при этом давлении электрическая дуга практически не возникает. Ход контактов 10- 20 мм (для сравнения - у ВМП -10 - около 200 мм), время отключения — 0,02 с. Камера может занимать любое положение в пространстве. Данные камеры КДВ-10-3200-3I,5 — камера дугогасительная вакуумная, на 10 кВ, Iном — 3200 А; Iоткл.- 31,5 кА; Imax = 80 кА, ход подвижного контакта — 14 мм, масса 14,5 кг.Число отключений зависит от тока отключения: При токе 1, 6кА - 20000 циклов, при токе - 2,0 кА - 10000 циклов, 3, 2 кА - 3000 ц., при токе 31,5 кА - 25 циклов.

Рисунок 18 - Выключатели ВПМ-10, ВМП-10 и ВВТЭ-10.

Типы вакуумных выключателей:

- ВВТ (Э, П) - 10 - 630-20 У2 - выключатель вакуумный, трехполюсный, для экскаваторов или передвижных объектов. Uном = 10 кВ, Iном=630 А; Iоткл.=20 кА, для наружной установки, применяется в КРУ экскаваторов, ПРП, могут быть стационарные и выдвижные.

- ВВЭ-10 - выключатель для КРУ общепромышленных установок при частой коммутации. Iном до 3,15 кА, Iоткл. до 3I,5 кА исполнение У или Т, выдвижные. Рабочее напряжение - до 11 кВ. ВВВ-10 - выключатель для встраивания в КРУ потребителей небольшой мощности, стационарные, на 10 кВ, Iном=320 А; Iоткл.=2 кА.

- Эволис 6(10) кВ (фирмы Шнейдер-Электрик)- выключатель вакуумный, рабочее напряжение 6 или 10 кВ, номинальный ток 630, 1250, 1600 и 2500 А.

- ВВ -тел- выключатель на напряжение 6-10 кВ фирмы Таврида-Электрик.

Рисунок 19 - Устройство и внешний вид вакуумных дугогасительных камер КДВ-10 и Эволис

б

в

а

Рисунок 20 - Общий вид (а), вид на вакуумные камеры (б), и расположение выключателя выключателя Эволис на выкатном элементе КРУ- 10 кВ (в)

Ток отключения большинства выключателей - 25 кА, 31,5 кА или 40 кА, масса - около 100 кг.

5.6 Приводы силовых выключателей. Выключатели высокого напряжения нельзя включать и отключать вручную по условиям безопасности и недопустимости медленного замыкания и размыкания контактов. Поэтому все выключатели имеют специальные приводы, позволяющие производить коммутацию дистанционно и быстро. Приводы бывают: ПЭ-
электромагнитный, ПП - пружинный, ПД - моторный (двигательный), ПГ – грузовой .

Большинство приводов устроены таким образом, что при включении выключателя приводом взводятся пружины и выключатель "встает на защелку”, а привод отключается. Для отключения выключателя необходимо выбить защелку с помощью отключающего электромагнита и за счет действия пружин произойдет отключение.

Привод ПЭ-11 часто применяется для управления выключателями при напряжении 6-10 кВ. Он имеет электромагнит включения УАС напряжением 110 или 220 В, механизм свободного расцепления, отключающую катушку (электромагнит отключения) УАТ переменного или постоянного тока и вспомогательные контакты сигнализации положения выключателя (КСА).

Некоторые приводы используют вместо механизма свободного расцепления систему с электромагнитным удержанием якоря (например у выключателей ВНВЛ, ВВТЭ), однако при этом расходуется энергия на работу электромагнита для удержания якоря в притянутом состоянии.

Привод выключателя Эволис (МСН) работает по принципу мотор-редуктор, который предназначен для взвода и повторного автоматического взвода пружин привода включения. Это позволяет включить аппарат после его отключения, так как пружины остаются во взведенном состоянии после срабатывания мотора привода, который отключается с помощью концевого выключателя. Привод имеет катушки включения (XF) и отключения (MX). Катушки позволяют производить операции ВКЛ. и ОТКЛ., если взведены пружины привода. Имеется также ручной привод на случай выхода из строя механического. Выключатель может блокироваться в положении ОТКЛЮЧЕНО путем фиксации кнопки навесным замком или специальными невыпадающими ключами.

Выключатели серии LF также имеют моторный пружинный привод RI энергосберегающего действия, аналогичный приводу Эволис.

Рисунок 21 - Принципиальная схема устойства вакуумного выключателя ВВ-тел «Таврида-электрик»

6 СОВРЕМЕННЫЕ СИЛОВЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ И КРУ НА НАПРЯЖЕНИЕ СВЫШЕ 10 кВ.

6.1 Элегазовые КРУ. Элегаз ( SF₆ -шестифтористая сера) - обладает высокими изоляционными и дугогасящими свойствами, что определяет возможности его широкого применения в компллектных распределительных устройствах (КРУ) и коммутационных аппаратах. Практическое применение элегаз получил в конце пятидесятых годов сначала в США, а затем в Европе и Японии, а с1980-х годов –в СССР.

Основные достоинства элегаза: высокое напряжение пробоя (в 2,5 - 3 раза выше, чем в воздухе); пожаро- и взрывобсзопасность (не горит и не поддерживает горение); высокая химическая стабильность; быстрое гашение дуги в коммутационных аппаратах, низкое давление.

КРУ с элегазовой изоляцией (КРУЭ) имеют существеннные преимущества перед КРУ традиционных исполнений, важнейшим из которых являются малые габариты. Это определило основные области применения КРУЭ - промышленные предприятия, особенно при необходимости расширения в условиях ограниченной территории, крупные города, горные области и т. д. Другим важным достоинством КРУЭ является возможность их работы в загрязненных средах (металлургические, химические предприятия и т. д.), что резко сокращает расходы на эксплуатацию. Повышается и безопасность обслуживания, так как токоведущие элементы находятся в заземленной металлической оболочке, заполненной элегазом, что исключает возможность прикосновения к токоведушнм частям, а также возникновения открытой электрической дуги. В зарубежной практике КРУЭ напряжением 110-500 кВ получили широкое распространение, причем с ростом номинального напряжения увеличивается доля КРУЭ в общем объеме сооружаемых распределительных устройств. Используются КРУЭ и на напряжения выше 500 кВ.

Серийно выпускаются и отдельные коммутационные аппараты, прежде всего выключатели напряжением 10 кВ и выше, процесс дугогашения в которых происходит в элегазе. Такие выключатели могут встраиваться в КРУ традиционных исполнении с воздушной или комбинированной изоляцией токоведущих элементов, а также устанавливаться в распределительных устройствах внутренней и наружной установки.

В России освоено производство элегазовых КРУ напряжением 110 и 220 кВ, а также отдельно стоящих выключателей на эти напряжения. Кроме отечественных, на практике используются аналогичные аппараты зарубежного производства.

Рисунок 22 - Электрическая схема привода МСН выключателя Эволис

Рисунок 23 - Схема устройства и электрическая схема привода ПЭ - 11

 

Рисунок 24 - Устройство и общий вид КРУ МС-set на напряжение 6 - 10 кВ

Рисунок 25 - Общий вид и разрезы КРУ стационарного типа (КСО), выкатного КРУ-2-10 и наружной установки КРУН-6

В настоящее время в промышленных и городских сетях применяются КРУ различного типа производства отечественных и зарубежных производителей. На рисунках показано устройство некоторых широко применяемых моделей. Из рисунов видно, стационарные КРУ конструктивно отличаются от выкатных, КРУ наружной установки имеют защиту от влияния климатических условий и салазки для передвижения. Отличие современных КРУ заключается в использовании вакуумных или элегазовых силовых выключателей или выключателей нагрузки, что позволяет уменьшить габариты и массу оборудования. В целях повышения надежности и безопасности применяются элементы микропроцессорной техники в системах защиты и автоматики электроснабжения. 

6. 2 Ячейки элегазовые трехполюсные ЯЭ-110, ЯЭ-220 Предназначены для работы в КРУ на номинальное напряжение 110 кВ с номинальной частотой 50 Гц в нормальном и аварийном режимах в сетях переменного тока с заземленной нейтралью. Климатическое исполнение У, категория размещения - 4. Выпускаются линейные ячейки (с трехполюсными сборными шинами с одной или двумя системами сборных шин), секционные, шиносоединительные и ячейки трансформатора напряжения, а также элементы элегаэового токопровода.

Ячейки состоят из трех полюсов и шкафа (шкафов). Полюс ячейки состоит из унифицированных для данного класса напряжения элементов: сборных шин, полюсов выключателей, разъединителей и заземлителей, а также промежуточных и соединительных элементов, трансформаторов тока и напряжения. Виды и количество элементов и шкафов, входящих в ячейку, определяются ее типом.

Принципиальные электрические схемы ячеек приведены на рисунке 12. Каждый полюс выключателя снабжен пневматическим приводом, каждый полюс разъединителя - электродвигательным или пневматическим приводом, а каждый полюс заземлителя - ручным приводом. В конструкция полюса разъединителя предусмотрена возможность ручного управления: при электродвигательном приводе с помощью специальной рукоятки, при пневматическом приводе с помощью специального устройства. Линейные ячейки допускают присоединение к ним кабельных вводов для одного или двух кабелей низкого давления сечением 150 - 625 мм² в свинцовой алюминиевой оболочке или токопроводов.

Ячейки ЯЭ-220 предназначены для работы в КРУ в сетях с номинальным напряжением 220 кВ. Климатическое исполнение У. категория 4 по ГОСТ 15150-69*. Условия применения, состав ячеек и схемы электрических соединений КРУЭ-220 аналогичны КРУЭ-110. Отличие заключается в том, что сборные шины у КРУЭ-220 - однополюсные, что определяет компоновку ячеек КРУЭ-220, отличающуюся от компоновки КРУЭ-110.

Рисунок 25 - Принципиальные электрические схемы линейной элегазовой ячейки КРУЭ (ЯЭ)-110.

6. 3 Элегазовые выключатели напряжением 35 кВ для КРУ. Элегазовые выключатели на напряжение 35 кВ применяют в КРУ, используемых для электроснабжения предприятий с мощными дуговыми сталеплавильными печами, прокатными станами. Основное назначение выключателей - коммутация и защита фильтрокомпенсирующих цепей (ФКЦ), в том числе статических тиристорных компенсаторов. Они могут использоваться и в цепях других потребителей.

Климатическое исполнение выключателя У, категория размещения 3 по ГОСТ 15150-69*. Тип привода - электромагнитный.

Отличительная особенность выключателя - отсутствие повторных пробоев между контактами в процессе отключения ФКЦ при напряжении больше 0,2 Uф ( номинального фазного напряжения). Это обеспечивает возможность коммутации емкостного тока в цепях конденсаторных батарей и фильтрокомпенсирующих устройств без возникновения опасных для оборудования коммутационных перенапряжений.

По габаритам и установочным размерам, а так же конструктивным решениям установки механизма перемещения, блокировочных устройств, скользящих контактов, соединении вспомогательных цепей выключатель унифицирован с вакуумным выключателем ВВЛ-35, а также взаимозаменяем с ним.

6.4 Элегазовые выключатели типа ВЭК-110Б. Элегаэовые выключатели тина ВЭК-110Б предназначены для коммутации в нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока при номинальном напряжении 110 кВ и номинальной частоте 50 Гц. Климатическое исполнение У, категория размещения 1 или 3. Привод выключателя -- пневматический. Габариты (ширина, глубина, высота) -- 4,02 х 1,1 х 5,04 м. Условное обозначение выключателя - ВЭК-110Б-40/2000У1(УЗ).

Разработан элегазовый выключатель ВЭК-220Б-40/2000У1 на номинальное напряжение 220 кВ.

6.5 Вакуумные выключатели на напряжение выше 10 кВ. В последние годы широкое распространение в мировой практике получили вакуумные коммутационные аппараты. В них гашение дуги при коммутации электрической цепи осуществляется в вакуумной дугогасительной камере (ВДК), которая состоит из изоляционной цилиндрической оболочки, снабженной по концам металлическими фланцами, внутри которой помещаются подвижный и неподвижный контакты и электростатические экраны. Неподвижный контакт жестко крепится к одному фланцу, а подвижный соединяется с другим фланцем сильфоном из нержавеющей стали, обеспечивающим возможность перемещения контакта без нарушения герметичности ВДК. Экраны предназначены для защиты оболочки от брызг и паров металла, образующихся при горении дуги, и также для выравнивания распределения напряжения по камере. Оболочка ВДК изготовляется из специальной газоплотной керамики (в некоторых конструкциях - из стекла). Внутри оболочки создается вакуум. В ВДК применяют контакты торцового типа достаточно сложной конфигурации, выполненные из специальных сплавов. В выключателях напряжением до 35 кВ, предназначенных для работы в сетях трехфазного переменного тока промышленной частоты, используются три ВДК (по одной на полюс выключателя), снабженные общим приводом - пружинным или электромагнитным. При напряжении выше 35 кВ в каждом полюсе выключателя используются несколько ВДК, соединенных последовательно.

Основные достоинства вакуумных выключателей, определяющие их широкое применение:

1. Высокая износостойкость при коммутации номинальных токов и номинальных токов отключения. Число отключений номинальных токов вакуумным выключателем (ВВ) без замены ВДК составляет 10-20 тыс., число отключений номинальною тока отключения 20--200, что в 10-20 раз превышает соответствующие параметры масляных выключателей.

2. Резкое снижение эксплуатационных затрат по сравнению с другими выключателями. Обслуживание ВВ сводится к смазке механизма и привода, проверке износа контактов по меткам 1 раз в 5 лет или через 5-10 тыс. циклов «включение-отключение».

3. Полная взрыво- и пожаробезопасность и возможность работы в агрессивных средах.

4. Широкий диапазон температур окружающей среды, в котором возможна работа ВДК.

5. Повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам вследствие малой массы и компактной конструкции аппарата.

6. Произвольное рабочее положение и малые габариты, что позволяет создавать различные компоновки распределительных устройств, в том числе и шкафы с несколькими выключателями при двух-трехъярусном их расположении.

7. Бесшумность, чистота, удобство обслуживания, обусловленные малым выделением энергии в дуге и отсутствием выброса масла, газов при отключении токов КЗ.

8. Отсутствие загрязнения окружающей среды.

9. Высокая надежность и безопасность эксплуатации, сокращение времени на монтаж.

К недостаткам ВВ следует отнести повышенный уровень коммутационных перенапряжении, что в ряде случаев вызывает необходимость принятия специальных мер по защите оборудования, в том числе применение специальных ограничителей перенапряжения.

В России разработаны и выпускаются различные ВВ и ВДК, в электроустановках используются также аппараты зарубежного производства.

6.6 Вакуумные аппараты и КРУ для установок с частыми коммутациями. Вакуумные выключатели типа ВВЭ - 10 используются в серийных КРУ общепромышленного назначения (типа КМ-1, КМ-1Ф, К-104 и др.).

Разработаны вакуумные выключатели с пружинным и электромагнитным приводом для КРУ общепромышленного исполнения типа ВВ-10-20 / 1600 и ВВ-10-31.5 / 3150 на токи отключения 20 и 31,5 кА соответственно. Отличие этих выключателей от ВВЭ-10 в типе привода.

ВВТЭ-10-10/630У2 - для экскаваторов (номинальный ток 630 А, ток отключения 10 кА); ВВТЭ(11)-10-20/630-1000 УХЛ2 - для экскаваторов (номинальный ток 630 и 1000 А, ток отключения 20 кА): ВВТШ-10-20/630 ХЛ5 - для электроснабжения шахт (номинальный ток- 630 А, ток отключения 20 кА).

Кроме перечисленных выключателей выпускаются также вакуумные выключатели для номинального напряжения выше 10 кВ

Вакуумные выключатели ВВЛ-35 выкатного типа разработаны для КРУ напряжением 35 кВ. Климатическое исполнение У, категория размещения - 3. Выключатели предназначены для коммутации электрических цепей дуговых сталеплавильных печей и. других установок с частыми коммутациями в трехфазных сетях переменного тока. Управление выключателем осуществляется электромагнитным приводом (общий на три полюса).

Условное обозначение выключателя - ВВЛ-35-31,5/1600 УЗ и ВВЛ-35-31,5/2500 УЗ.

Разработаны вакуумные выключатели наружной установки типа ВВК-35Б-20/1000У1. Они представляют собой коммутационные аппараты, состоящие из трех полюсов, установленных на общей раме и управляемых электромагнитным приводом. Отличие этих выключателей от ВВЛ-35 по параметрам: номинальный ток- 1000 А: номинальный ток отключения - 20 кА; механическии ресурс - 40 000 циклов «В-О» с заменой камер через 20000 циклов. Для повышения уровня изоляции наружной поверхности ВДК она помещена в фарфоровую покрышку, залитую трансформаторным маслом. Габариты выключателя с приводом (ширина, глубина, высота) - 2,23 х 0,575 х 2,09 м. Масса выключателя с маслом - 880 кг.

Вакуумные выключатели типа ВВК- 110Б-20/1000У 1 предназначены для выполнения коммутационных операций в нормальных и аварийных режимах электроустановок с частыми коммутациями.

Вакуумный выключатель типа ВВК-110Б-20/1000У 1, климатическое исполнение У, категория размещения 1 по ГОСТ 15160-69*, состоит из трех полюсов, установленных на общей раме и управляемых пружинным приводом типа ППК-1000.

В состав каждого полюса входят четыре камеры типа КВД-35-20/1250УХЛ2, соединенные последовательно, опорная изоляция и механизм.

В конструкции выключателя предусмотрено устройство для выравнивания напряжения по камерам полюса.

Габариты выключателя с приводом (ширина х глубина х высота) - 4,38 х 0,75 х 4,58 м. Масса выключателя 2270 кг.

6.7 Вакуумные и элегазовые КРУ напряжением 35 кВ. Для приема и распределения электроэнергии трехфазного тока номинальным напряжением 35 кВ в установках металлургических предприятий (дуговые сталеплавильные печи, прокатные станы и др.) разработаны КРУ, оборудованные вакуумными или элегазовыми выключателями выкатного типа. Применение этих КРУ резко сокращает габариты распределительных устройств (по сравнению с РУ, оборудованными воздушными выключателями), повышает их монтажную готовность, надежность работы и удобство эксплуатации.

6.8 Особенности эксплуатации вакуумных и элегазовых выключателей. Особенностью дуги в вакууме является ее нестабильность при малых токах. Прекращение разряда в вакууме приводит к срезу тока до его естественного перехода через нуль. Ток среза зависит от свойств применяемых контактных материалов, а также от параметров контура тока.

Камеры современных вакуумных выключателей, благодаря специальному подбору контактных материалов, имеют относительно малые токи среза, вполне сопоставимые с токами среза выключателей, имеющих другую дугогасительную среду. С другой стороны, для ВДК характерны большие скорости восстановления электрической прочности межконтакгного промежутка, что поэволяет им отключать высокочастотные токи с большими скоростями изменения тока вблизи нулевого значения. Последнее обстоятельство приводит к многократным повторным зажиганиям и отключениям высокочастотного тока в процессе одной коммутации включения - отключения индуктивной нагрузки, которые могут существенно влиять на уровень коммутационных перенапряжений.

При коммутациях индуктивных токов вакуумных выключателей могут возникать перенапряжения, обусловленные: срезом тока, многократными повторными зажиганиями и трехфазным одновременным отключением. Перенапряжения эти, вследствие вероятностного характера процессов в выключателе, определяются статистическими соотношениями, зависящими от схемы и параметров коммутируемой сети.

Силовые трансформаторы с облегченным уровнем изоляции по ГОСТ 1516.1-76* (сухие, с литой изоляцией) рассчитаны на импульсные перенапряжения с максимальным значением 23 и 34 кВ, соответственно для классов напряжения 6 и 10 кВ, что без применения защиты может оказаться недостаточным для выдерживания максимальных перенапряжений при коммутации.

Наибольшею опасность представляют собой коммутационные перенапряжения для электородвигателей, имеющих пониженные, по сравнению с трансформаторами, уровни изоляции и в особенности пониженную импульсную прочносгь обмотки при воздействии волн с крутым фронтом.

Волновые сопротивления двигателей примерно на 2 порядка ниже, чем у трансформаторов, поэтому уровни перенапряжений при обычном срезе тока также значительно ниже. Однако включение двигателя или отключение его пускового тока, как правило, сопровождается многократными повторными зажиганиями и воздействиями волн перенапряжений с крутым фронтом. При определенном сочетании параметров схемы и начальных условий наблюдается постепенное нарастание максимумов волн (эскалация напряжений), при котором они могут достигать пятикратных значений по отношению к фазному напряжению двигателя.

Могут быть предложены следующие технические решения по схемам защиты от перенапряжений электрооборудования напряжением 6-10 кВ, коммутируемого вакуумными выключателями, в установках промышленных предприятий:

1. Для защиты трансформаторов общего назначения с облегченной изоляцией по ГОСТ 1516.1-76* (сухие, литые) у вводов трансформатора между каждой фазой и землей должен быть подсоединен разрядник I группы по ГОСТ 16357- 83* для соответствующего класса напряжения.

2. Для защиты электродвигателей между зажимами каждой фазы двигателя и землей должны устанавливаться последовательные RС-цепочки с параметрами R. = 50 Ом и С = 0,25 мкФ. Ниже приведены требования к основным электрическим .характеристикам RC-цепочек:

Класс напряжения, кВ ..................................................................................................... 6 10

Номинальное напряжение конденсатора, кВ ............................................................... 6,6 11

Мощность, рассеиваемая резистором, Вт ..................................................................... 15 40

Импульсная прочность между зажимами резистора на волне 1,2/ 50 мкс, кВ.....…..40 60

Между зажимами и землей у электродвигателей мощностью выше !000 кВт дополнительно к RC- цепочке должны устанавливаться разрядники I группы по ГОСТ 16357-83* для соответствующего класса напряжения.

3. Для электрооборудования напряжением 6-10 кВ с нормальной изоляцией по ГОСТ 1516.1-76* (маслонаполненные трансформаторы) никаких дополнительных средств защиты не требуется.

При локализации дуговых повреждений в шкафу КРУ предусмотрена дуговая защита, выполненная с помощью клапанов разгрузки давления, соединенных с блок-контактами, обеспечивающими подачу команды на отключение защитного выключателя.

Выбор типа выключателя в КРУ (вакуумный или элегазовый) производится исходя из следующего. При необходимости частых коммутационных операций (например, для коммутации злектропечных трансформаторов) и активно-индуктивном характере нагрузки коммутируемой цепи следует использовать вакуумные выключатели. Для коммутации цепей с емкостным характером нагрузки (конденсаторные батареи, фильтрокопенсирующие устройства, статические тиристорные преобразователи) следует использовать элегазовые выключатели,

• Назад
• Вперёд