3.9. КОНСТРУКЦИЯ ВОЗДУШНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
Генераторные выключатели.
В цепях мощных генераторов устанавливаются воздушные выключатели ВВ-20, разработанные ВЭИ и изготовленные ЛенПО «Электроаппарат».
Ниже приводятся их данные.
Номинальное напряжение, кВ........................................................ 20
Номинальный ток, кА................................................................... 12 и 20
Номинальный ток отключения, кА............................................... до 160
Ток динамической стойкости, кА............................................................... 410
Время с момента подачи команды на отключение до момента погасания дуги с большим током, с, не более . . 0,14
Время до момента погасания дуги с током, ограниченным резистором, с, не более 0,17
Номинальное давление, МПа......................................................... 2,0
Падение давления в баке за одно отключение, МПа ...0,5
Электропневматическая схема выключателя представлена на рис. 3.42, а. В основании каждого полюса находится бак 4 со сжатым воздухом. На полых эпоксидных изоляторах расположены две главные дугогасительные камеры ДУ1 и ДУ2. Рядом с ДУ2 расположено вспомогательное ДУ3.
Схема цепи высокого напряжения выключателя показана на рис. 3.42, б. Во включенном положении выключателя замкнуты контакты 1—3, контакты разъединителя 5 и отделителя 6. Примерно 80 % номинального тока течет из точки А в точку Б через разъединитель 5.
При отключении сначала подается воздух в привод разъединителя 5, он отключается и весь ток перебрасывается в цепь ДУ. После этого одновременно подается воздух в камеры ДУ1—ДУ3. Расходятся контакты 1, 2, шунтированные малыми резисторами 7, 8 по 0,8 Ом. При подходе тока к нулю ток дуги перебрасывается в шунтирующий резистор и начинается апериодический процесс восстановления напряжения. Малое сопротивление резистора, наличие двух разрывов на полюс обеспечивают гашение дуги с током до 160 кА за 1—2 полупериода. После этого сжатый воздух подается на привод подвижного контакта 3 ДУЗ и контакты расходятся. Дуга тока резистора 7 около 11 кА гасится при первом прохождении тока через нуль, так как имеются также облегченные условия гашения дуги (§ 3.5).
Если отключается малый индуктивный ток (5—10 кА), то сопротивление цепи wL>2Rш (Rш=R1+R2), при этом угол сдвига между ЭДС сети и током шунта близок к 90 °C и ДУ3 не может погасить дугу.
Рис. 3.42. Электропневматическая схема выключателя ВВ-20
Рис. 3.43. Общий вид выключателя ВВ-20
Напряжение, восстанавливающееся на ДУЗ, пробивает промежуток 10, и включается резистор 9 (30 Ом). Теперь по цепи течет активный ток, определяемый резистором 9 (ωL<30 Ом) Воздушный поток, воздействующий на промежуток 10, гасит дугу с током около 500 А.
После погасания дуги в промежутке 10 подается команда на отключение отделителя 6, который разрывает цепь без тока и создает видимый разрыв высоковольтной цепи выключателя. Общий вид выключателя дан на рис. 3.43.
Рассмотрим работу механизма выключателя (см. рис. 3.42).
Включение. При подаче напряжения на электромагнит 11 открывается клапан 12 и сжатый воздух действует на клапан 13. Клапан 13 подает сжатый воздух на поршни приводов 14 и 15. Вначале включается отделитель 6, затем разъединитель 5. При этом переключаются сигнально-блокировочные контакты 16 и 17, сигнализируя о совершении операции «Включено».
Специальный электроконтактный манометр следит за давлением в баке и блокирует цепи питания электромагнитов 11, 18 при чрезмерном падении давления.
Отключение. При отключении подается команда на электромагнит 18 и открываются клапаны 19 и 20. Сжатый воздух поступает к поршню 14 и перемещает его влево, при этом разъединитель 5 отключается. Рычаг 21 кратковременно открывает клапан 22 и подает сжатый воздух к тарелке клапана 23. При этом открывается клапан 24 и полость А сообщается с атмосферой через отверстие Б. Главный дутьевой клапан 25 действует на дифференциальном принципе и открывает доступ сжатого воздуха к ДУ1—ДУ3. Принцип действия механизмов ДУ1—ДУ3 рассмотрен в § 37. В ДУ используется сопло с односторонним дутьем. Механизм ДУ3 снабжается сжатым воздухом через тонкую трубку 26, благодаря чему его контакт 27 расходится только после того, как дуга в ДУ 1 и ДУ2 погаснет. Следует отметить, что клапан 22 закрывается после того, как рычаг 21 сойдет с ролика 28. Это ограничивает при отключении расход воздуха, который достигает около 13 м3 (объем приведен К атмосферному давлению).
Одновременно с подачей воздуха в ДУ производится его подача к поршню 15 по трубке 29 через объем 30.
Воздушные выключатели бакового типа ВВБ. Общий вид такого выключателя на напряжение 110 кВ, Iном=31,5 кА и Iном=2000 А показан на рис. 3.44, а. Полное время отключения 0,06 с, полное время включения 0,2 с, номинальное давление 2,0 МПа. Серия разработана на классы напряжений до 1150 кВ, ток отключения 40 кА, номинальный ток до 4000 А.
Рис. 3.44. Общий вид выключателя и ДУ ВВБ-110
Разработчик и изготовитель — ПО «Электроаппарат» [3.7]. Рассмотрим устройство и работу выключателя на напряжение 110 кВ. В основании аппарата расположены шкаф управления и вспомогательный бак со сжатым воздухом. На опорном изоляторе 2 укреплен основной стальной бак 3, в котором находятся два разрыва полюса. Выводы аппарата сделаны с помощью эпоксидных проходных изоляторов, защищенных снаружи фарфоровыми покрышками 4. Равномерное распределение напряжения по разрывам осуществляется с помощью конденсаторов 5. Электрическая схема цепи высокого напряжения представлена на рис. 3.44, б. Здесь 6 — главные контакты, пропускающие номинальный ток и токи КЗ. Параллельно этим контактам включены вспомогательные контакты 7 вместе с шунтирующими резисторами 8. При отключении вначале расходятся контакты 6 и дуга, образовавшаяся на них, быстро гаснет, так как она подвергается интенсивному обдуву воздухом и разрыв шунтирован малым сопротивлением (100 Ом), переводящим колебательный процесс восстановления напряжения в апериодический. Через время 0,03—0,035 с после размыкания главных контактов размыкаются контакты 7 и гасится дуга с током, определяющимся сопротивлением резисторов 8. Ток гасится при первом прохождении через нуль, так как цепь чисто активная. Такое двухступенчатое гашение дуги делает работу выключателя практически не зависящей от условий восстановления напряжения отключаемой цепи. На рис 3.44, в показаны главная контактная система и дугогасительное устройство. К токоведущей части ввода 3 прикреплен неподвижный контакт 2 пальцевого типа (пять пар контактных пальцев). Подвижный контакт 4 в виде ножа входит между пальцами неподвижного контакта 2. Подвижные контакты 4 укреплены на траверсе 5, которая связана со стержнем 6, движущимся по вертикали и связанным с механизмом привода выключателя. Каждый разрыв имеет ДУ одностороннего дутья, формируемого соплом 9. Сопла сообщаются с атмосферой через патрубок 1, который открывается при гашении дуги.
Конструктивной особенностью выключателя является расположение основного бака с. воздухом под высоким потенциалом. Дугогасительное устройство находится внутри бака. Такая прогрессивная компоновка была впервые предложена советским инженером Ф. Ф. Бабурским еще в 1944 г. При такой конструкции отсутствует длинный воздуховод, по которому воздух подается к ДУ, и тем самым сокращается время отключения. Расположение контактов ДУ непосредственно в баке делает процесс гашения весьма эффективным. При отключении стержень 6 перемещается вверх, контакты 2 и 4 размыкаются и между ними загорается дуга. Поток воздуха, текущий через сопло 9 в патрубок 1, быстро сдувает дугу на точки а и б, где она подвергается интенсивному продольному дутью. После гашения дуги патрубок 1 закрывается и между контактами создается высокая электрическая прочность, так как давление воздуха равно давлению в баке. Фиксация стержня 6 в положении «Отключено» осуществляется с помощью выступа 7 на стержне 6 и роликового механизма 8 (выступ 7 выше роликового механизма). Во включенном положении траверса также фиксируется с помощью этого механизма (выступ 7 ниже роликового механизма, как показано на рис. 3.44, в).
Рассмотрим теперь работу системы управления (рис. 3.45). Выключатель показан в положении «Отключено». Следует отметить, что в системе используются клапаны дифференциального типа, которые рассмотрены в § 3.8. Точками обозначено наличие сжатого воздуха в элементах системы. Сжатый воздух в верхний бак подается из нижнего бака 1 с помощью трубопровода 2.
Включение. При подаче напряжения на электромагнит ЭВ открывается клапан 25 и полость Б клапана 30 сообщается с атмосферой через отверстие О8. При этом клапан 30 открывается и через отверстие Ο1 сообщает с атмосферой полость А клапана 31. Он открывается и сообщает с атмосферой воздухопровод 22 через отверстие О2. При этом закрывается отверстие О2. Следует указать, что нижняя тарелка клапана 30 тоже закрывается (область В). После сообщения с атмосферой трубки 22 открывается клапан 21. При этом отверстие О3 закрывается, а отверстие О3 открывается. Трубка 20 соединяет с атмосферой полости Г, Д и Е дутьевого клапана 3. Полость Е освобождается от сжатого воздуха, и под действием поршня 7, на который воздух действует сверху, перемещается траверса, происходит замыкание главных контактов 9 и 10. По мере выхода воздуха из полости Д через дроссели 19 и 4 давление в этой области падает и тарелка 5 под действием пружины опускается, пока не коснется поршня 3. При этом открывается отверстие O4 и сообщается с атмосферой трубка 17. Поршень 16 имеет трубчатый шток, на который действует пружина. В исходном положении объем Ж через отверстие О7 соединяется о атмосферой. Подвижный вспомогательный контакт 14 своим нижним торцом закрывает отверстие О6 В результате на контакте 14 действует сила, направленная вниз. При сообщении трубки 17 с атмосферой под действием пружины поршень 16 уходит вправо. Тарелка этого поршня разобщает объем Ж с атмосферой, и этот объем заполняется сжатым воздухом из бака 11. На нижний торец контакта 14 действует сжатый воздух. Действие пневматических сил на контакт 14 уравновешивается и он перемещается вверх до замыкания с неподвижным контактом 13, к которому присоединен один конец шунтирующего резистора 12. Второй конец соединен с контактом 10. Таким образом главный разрыв шунтируется малым резистором. Пневматическое блокировочное устройство 15 предотвращает самопроизвольное смыкание контактов 13 и 14 при падении давления в баке ниже допустимого. В этом случае пружина перемещает подвижный плунжер влево и его левый конец входит в выточку подвижного контакта, надежно фиксируя контакт 14.
Рис. 3.45. Электропневматическая схема выключателя ВВБ-110
По мере спада давления в трубке 28 под действием пружины поднимается поршень 29 привода переключающих контактов в электрической цепи управления и электромагнит ЭВ обесточивается. Время переключения вспомогательных контактов регулируется дросселем 27. Под действием пружины клапан 25 закрывается На этом процесс отключения заканчивается
Отключение. Подается напряжение на электромагнит отключения ЭО и клапан 24 открывается Сжатый воздух по трубке 23 подается к обратному клапану, который также открывается Сжатый воздух заполняет объем Б и клапан 30 закрывается (приходит в положение, указанное на рис 3 45). Отверстие О1 закрывается. Сжатый воздух через объем В подается в объем А и клапан 31 закрывается Сжатый воздух подается из бака 1 к поршню клапана 21 и он закрывается. При этом отверстие О3 закрывается, а отверстие О3 открывается. Сжатый воздух по трубке 20 подается к поршню 3 дутьевого клапана. Под действием сжатого воздуха поднимаются вверх поршень 3, тарелка 5, тарелка 6 дутьевого клапана, поршень 7, а с ним и подвижный контакт 9 Происходит размыкание главных контактов 9 и 10 и образование дуги, а несколько раньше открывается отверстие О5 и сжатый воздух, охлаждая дугу, вытекает из резервуара И в атмосферу. Через некоторое время, определяемое дросселем 19, давление в полостях Г и Д выравнивается и поршень 3 под действием пружины опускается вниз, при этом закрывается дутьевой клапан 6 (отверстие О5). Дутье прекращается Подвижные контакты 9 будут удерживаться в верхнем положении механизмом фиксации 8. По мере заполнения объема Д сжатым воздухом давление подается через трубку 17 на поршень 16. Он закрывается и объем Ж сообщается с атмосферой через отверстие О7 При этом на нижний торец контакта 14 давление уменьшается и под действием пневматических сил он размыкается с контактом 13. Возникшая дуга с малым током быстро гасится Момент размыкания контактов 13 к 14 относительно размыкания главных контактов регулируется с помощью дросселя 18 Обычно эта разница составляет 0,035 с После закрытия клапана 31 сжатый воздух через трубку 28 подается к приводу переключения контактов управления 29 Контакты в цепи ЭО размыкаются, клапан 24 закрывается и воздух из трубки 23 вытекает в атмосферу Под действием сжатого воздуха в объеме Б обратный клапан 26 закрывается и не позволяет воздуху выйти из объема Б Как видно из описания работы пневматической схемы управления, значительное время тратится на работу последовательно соединенных клапанов С целью сокращения времени отключения там, где это возможно, пневматические элементы схемы заменяются механическими (выключатель ВВБК). Следует отметить, что серия выключателей ВВБ непрерывно совершенствуется, в результате номинальное напряжение удалось поднять до 1150 кВ (12 разрывов на полюс), номинальный ток отключения увеличить до 50 кА; а время отключения сократить до 0,04 с, давление в выключателе увеличено до 4 МПа
