ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
МАСЛЯНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
4.1. ОБЩАЯ КОМПОНОВКА БАКОВОГО И МАЛОМАСЛЯНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
Масляные выключатели явились одними из первых коммутационных аппаратов в электроустановках высокого напряжения. Они начали применяться с конца XIX в. и несмотря на значительный прогресс в развитии других видов выключателей широко применяются в настоящее время.
В нашей стране масляные выключатели являются основным видом выключателей на напряжение от 6 до 220 кВ, на более высокие напряжения они не выпускаются.
Масляные выключатели можно разделить на две большие группы: баковые, в которых трансформаторное масло используется и для гашения дуги, и для создания необходимой изоляции, и маломасляные, в которых масло используется в основном для дугогашения
На напряжения 35, 110 и 220 кВ применяются в основном баковые выключатели; эти выключатели имеются и в более низких классах напряжения.
Работы, проведенные в первой половине 70-х годов, позволили значительно уменьшить металлоемкость баковых выключателей за счет уменьшения диаметра бака, сократить объем масла. Одновременно за счет усовершенствования дугогасительных устройств значительно увеличился их номинальный ток отключения.
Маломасляные выключатели являются основными для напряжения 10 кВ, и, вероятно, это положение сохранится еще долгое время, особенно если удастся увеличить их номинальный ток до 4 кА, а ток отключения — до 40—50 кА.
Отключаемые токи маломасляных выключателей наружной установки на напряжения 35, 110 и 220 кВ ниже, чем баковых, но в силу меньшей стоимости, меньших расходов материалов, а также меньшей пожароопасности эти выключатели в значительной степени могут заменить масляные баковые и конкурировать с воздушными выключателями [4.1].
В СССР для электрических сетей с токами КЗ до 20 кА, что имеет место приблизительно в 75 % точек сетей, намечается переход на маломасляные выключатели серии ВМТ напряжением 110 и 220 кВ [4.1].
Рис. 4.1. Полюс выключателя серии У-110-2000-40
Компоновка полюса современного бакового выключателя показана на рис. 4.1.
Несущим элементом каждого полюса является стальной бак 2 цилиндрической или эллипсоидальной формы, на крышке которого установлены вводы, 5, приводной механизм 3, предохранительный клапан, магнитопроводы со вторичными обмотками встроенных трансформаторов тока 4 и патрубки для заливки масла.
На каждом баке имеются лазы для доступа внутрь бака и к конта кто держателю 1 устройства для электроподогрева масла 10, включаемого при низких температурах, когда сильно повышается вязкость масла.
Рис. 4.2. Выключатель серии У-110-2000-40
Приводной механизм соединен с изоляционной штангой 6, движущейся в вертикальном направлении и перемещающей контактную траверсу.
На нижних концах вводов каждого полюса закреплены ДУ 8, к каждому из которых крепится шунтирующий резистор 7, облегчающий условия отключения емкостных и малых индуктивных токов и улучшающий распределение напряжения. Внутренняя стенка бака изолирована листами из электрокартона 9.
Управление выключателем осуществляется электромагнитным или пневматическим приводом, который крепится на одном из полюсов. В выключателях 110 кВ приводные механизмы всех трех полюсов обычно соединяются между собой с помощью тяги и присоединяются к приводу 1 (рис. 4.2). В выключателях 220 кВ на каждом полюсе устанавливается индивидуальный привод.
Рис. 4.3. Маломасляный выключатель серии ВМПЭ-10
В маломасляном выключателе (рис. 4.3) в отличие от бакового изоляция в основном обеспечивается твердыми диэлектриками. Меньшие габаритные размеры, а также худшие механические свойства материалов, применяемых для изготовления корпусов маломасляных выключателей, приводят к тому, что механическая прочность корпуса по отношению к давлениям, создаваемым при отключении предельных токов КЗ, у маломасляного выключателя ниже, чем у бакового. Это является основной причиной ограничения отключающей способности маломасляного выключателя. Второй причиной является трудность создания малогабаритного ДУ, обеспечивающего надежное гашение дуги всего диапазона отключаемых токов — от малых до предельных.
Выпускаемые в настоящее время маломасляные выключатели можно разделить на две группы. Первая, более многочисленная — с установкой ДУ в нижней части полюса и движением подвижного контакта на включение сверху вниз. Вторая — с движением подвижного контакта на включение снизу вверх и установкой ДУ в верхней части полюса. Выключатели второй группы более перспективны с точки зрения повышения отключаемого тока.
На рис. 4.3 показан общий вид подвесного маломасляного выключателя серии ВМПЭ-10 со встроенным электромагнитным приводом, относящейся к первой группе.
Номинальное напряжение выключателя 10 кВ, номинальный ток в зависимости от сечения токоведущего контура и контактов — от 630 до 1600 А, номинальный ток отключения 20 и 31,5 кА, время отключения выключателя с приводом — не более 0,12, с, время горения дуги при отключении номинальных токов отключения — не более 0,02 с.
Выключатель состоит из рамы 1, к которой с помощью опорных изоляторов 3 крепятся полюсы выключателя 2. Полюсы выключателя с помощью изоляционных тяг 4 связываются с валом 5, общим для трех полюсов и установленным в раме выключателя. Включение выключателя осуществляется подачей напряжения на встроенный электромагнитный привод через контактор. Электромагнитный привод, преодолевая силу отключающих пружин, а в конце хода на включение и буферной пружины, поворачивает вал выключателя и через изоляционные тяги обеспечивает замыкание подвижных и неподвижных контактов, расположенных внутри полюсов, а также блокирует механизм выключателя во включенном положении. При этом взводятся отключающие и буферная пружины. При отключении механизм выключателя расцепляется и под действием отключающих пружин и буферной пружины, работающей на небольшом ходе, происходит перемещение подвижных контактов. Торможение подвижных частей в конце хода на отключение происходит за счет маcляного буфера, устраняющего вибрации подвижных контактов. Полюсы разделяются междуполюсными изоляционными перегородками, позволяющими сократить междуполюсные расстояния. Рама выключателя заземляется с помощью болта заземления.
Со стороны привода рама закрыта металлической крышкой, в которой имеются окна для наблюдения за уровнем масла в полюсах и для указателя, который фиксирует включенное и отключенное положения выключателя.
Полюс выключателя· (рис. 4.4) состоит из изоляционного цилиндра 3, на концах которого заармированы металлические фланцы 2 и 4. Нижний фланец изоляционного цилиндра закрывается крышкой 1, на которой расположен не. подвижный контакт розеточного типа. На верхнем фланце 4 укреплен корпус 5, к которому крепится головка полюса 6. Внутри корпуса расположен механизм перемещения подвижного стержня, состоящий из двух рычагов — наружного 16 и внутреннего 12, жестко закрепленных на общем валу 14. Наружный рычаг с помощью изоляционной тяги связан с валом выключателя, а внутренний двумя серьгами 25 шарнирно соединен с подвижным контактом 24. Вал 14 установлен на подшипниках скольжения 10 и имеет уплотнения 13 для предотвращения выброса газомасляной смеси при отключениях. Изоляционная тяга крепится к рычагу 16 механизма 15.
В головке полюса имеются четыре отверстия для выхода газомасляной смеси при отключениях и обратный клапан 9.
Рис. 4.4. Полюс выключателя серии ВМПЭ-10
Головка закрыта изоляционной крышкой 7 с пробкой 8 маслоналивного отверстия и двумя отверстиями для выхода газов.
К головке полюса крепятся два направляющих стержня 17. Нижние концы стержней связаны планкой 20, в которую установлена втулка 19 для направления подвижного контакта. Для смягчения ударов при отключениях на каждом стержне установлены буферы 11. Между направляющими стержнями и подвижным контактом установлены роликовые токосъемные устройства 18, выполненные из медных роликов с поджимающими их пружинами.
Рис. 4.5. Неподвижный контакт розеточного типа
Количество этих роликов в зависимости от номинального тока и номинального тока отключения меняется от 4 до 10. Подвижный контакт имеет диаметр 22 мм для номинальных токов 630 и 1000 А и 24 мм для тока 1600 А.
Неподвижный контакт розеточного типа (рис. 4.5) установлен на крышке 1. К граням основания на гибких связях 8 крепятся ламели 5, верхние торцы которых имеют напайки из дугостойкой металлокерамики. С внешней стороны в каждой ламели имеется гнездо 6 для установки изоляционной прокладки пружины 7, упирающейся в кольцо 4. Ламели опираются на опорное кольцо 3. Фиксатор 2 фиксирует распорный цилиндр и ДУ. Розеточный контакт на номинальные токи 630 и 1000 А имеет пять ламелей, на ток 1600 А — шесть ламелей.
Внутри цилиндра 3 (см. рис. 4.4) над розеточным контактом на распорном цилиндре 23 установлена дугогасительная камера 21, имеющая два исполнения: поперечного масляного дутья для выключателей с номинальным током отключения 20 кА или встречно-поперечного масляного дутья для выключателей с номинальным током отключения 31,5 кА. Камера верхней частью упирается в пружину 26. Для наблюдения за уровнем масла в полюсе на нижнем фланце цилиндра установлен маслоуказатель 22 в виде стеклянной трубки с двумя рисками предельных уровней масла.
Колонковые маломасляные выключатели серии ВК-10 разработаны на те же параметры, что и выключатель ВМПЭ-10, за исключением времени отключения, которое на 0,02 с меньше. Общий вид выключателя на номинальные токи 630 и 1000 А и номинальный ток отключения 31,5 кА показан на рис. 4.6, а полюс выключателя — на рис. 4.7.
Рис. 4.6. Выключатель ВК-10
Три полюса выключателя устанавливаются на литое основание, в котором расположены рычаги механизма, связанные со встроенным пружинным приводом. Полюс выключателя образован изоляционным цилиндром 1, внутри которого проходят токоведущие элементы, соединяемые с верхним неподвижным розеточным контактом, закрытым цилиндром 2 и обоймой 3, присоединенной к направляющим стержням 4. Токосъем с подвижного контакта 5 осуществляется с помощью роликового устройства 6. Подвижный контакт присоединен к рычагу механизма с помощью изоляционной тяги 7. На обойме 3 устанавливается распорный цилиндр 8, а на него ДУ 9. Маслоуказатели 10 расположены наверху полюсов выключателя.
Колонковые выключатели позволяют значительно уменьшить металлоемкость выключателей, легко компонуются КРУ.
Предполагается, что такие выключатели смогут в дальнейшем заменить выключатели подвесного типа.
Маломасляные выключатели на напряжения 110 и 220 кВ серии ВМТ выполняются в трехполюсном исполнении на напряжение 110 кВ и в однополюсном исполнении на напряжения 220 кВ (рис. 4.8).
Выключатели на 110 кВ имеют ДУ с одним разрывом с камерой встречно-поперечного дутья. Воздушная полость ДУ выключателя заполнена сжатым газом, создающим избыточное давление.
Рис. 4.7. Полюс выключателя ВК-10
Высокие скорости включения и отключения выключателя обеспечиваются за счет снижения массы его подвижных частей. Вместо массивных изоляционных тяг, применяемых в других отечественных и зарубежных выключателях наружной установки, в этом выключателе используется тросовый механизм. Передача движения на высокий потенциал осуществляется высокопрочными стеклопластиковыми тягами диаметром 12 мм, работающими только на растяжение.
Конструкция полюса позволяет установить электронагревательные устройства, в результате чего выключатели с с обычным трансформаторным маслом могут работать при температуре окружающей среды до —45 °C.
Выключатели на 220 кВ в одном полюсе используют два последовательно соединенных ДУ на 110 кВ. Управление выключателями такого типа производится мощными пружинными приводами.
Маломасляные выключатели применяются и в качестве генераторных выключателей. Так например, в выключателе типа В ГМ-20-90/11200 на номинальное напряжение 20 кВ, номинальный ток 11 200 А и номинальный ток отключения 90 кА три полюса выключателя (рис. 4.9) установлены на общем основании 1, в которое встроен приводной механизм, связанный с приводом 12 тягой 13. В каждый полюс входят два изолированных от земли бака 3, установленных на изоляторах 2. На крышках баков смонтированы неподвижные контакты главного токоведущего контура. Магнитопровод 9 выравнивает распределение тока в контуре. Подвижные контакты расположены на траверсах 10, связанных с приводным механизмом изоляционными штангами 11. На крышках баков установлены распорная труба 5, маслоотделители 6 и газоотвод 8.
Рис. 4.8. Маломасляный выключатель серии ВМТ на напряжение 220 кВ
Для предохранения от пробоя промежутка между баками каждого полюса на штанге укреплены изоляционные перегородки 4. Изоляционные перегородки 7 предохраняют от пробоя промежутки между полюсами.
В каждом полюсе выключателя имеются два контура тока — главный и дугогасительный, показанный на рис. 4.10.
Рис. 4.9. Маломасляный генераторный выключатель ВГМ-20-90/11200
Главный контур включает в себя контакты первого и второго баков 1 и ножи 2. Дугогасительный контур образован крышкой 3, медными скобами 4, соединяющими крышку с баком, стенкой бака 5, неподвижным дугогасительным контактом 7 и стержнем дугогасительного контакта 6 первого бака, ножом 2 и теми же элементами второго бака.
Во включенном положении оба контура включены параллельно, при этом большая часть тока проходит через главный контур, имеющий значительно меньшее сопротивление, чем дугогасительный.
При отключении первыми размыкаются контакты главного токоведущего контура и происходит переброс тока в дугогасительный контур, контакты которого размыкаются позднее в масле. Возникающие электрические дуги гасятся в ДУ встречно-поперечного дутья. Образующиеся горячие газы вместе с каплями масла попадают в маслоотделители.
Рис. 4.10. Токоведущие контуры маломасляного генераторного выключателя ВГМ-20-90/11200
Здесь газы соприкасаются с фарфоровыми шариками, масло конденсируется и стекает обратно в баки, а газы проходят между шариками, охлаждаются и, попадая в газоотводные трубы, выходят в атмосферу.
