Сжатый воздух используется в воздушных выключателях для дугогашения путем направления его струй вдоль или поперек дуги, а также для включения и отключения системы разъемных контактов.
Сжатый воздух подается к выключателям от компрессорной установки распределительного устройства по системе воздухопроводов. Выключатели оснащены баллонами, содержащими достаточный запас сжатого воздуха давлением в 20 ата.
Включаются и отключаются выключатели открыванием электромагнитных клапанов, через которые сжатый воздух подается из баллонов выключателя в соответствующие его устройства.
По конструктивному устройству воздушные выключатели подразделяют на выключатели с отделителями и без них.
Выключатели с отделителями имеют дугогасящие контакты, расходящиеся только в момент подачи сжатого
воздуха в дугогасительные камеры на время, нужное для гашения дуги, после чего они снова замыкаются. После погасания дуги до замыкания дугогасящих контактов срабатывает отделитель (разъединяющее устройство), образуя необходимый промежуток в электрической цепи на все время, в течение которого выключатель остается отключенным. Включение выключателя и замыкание электрической цепи производит отделитель.
Рис. 104. Принцип устройства воздушного выключателя без отделителя:
1 — отделение пневматического привода; 2 — поршень; 3 — металлическое кольцо; 4 и 8 — контактные зажимы; 5 — дугогасительное отделение; 6 — подвижный контакт; 7 —неподвижный контакт; 9 — колпак; 10 — сопла; 11— металлическая крышка; 12 — скользящий контакт; КО — клапан отключения; РЗ — реле защиты; КВ — клапан включения; БК — блокировочный контакт
Отделители могут быть открытыми (ножевого типа), с видимым разрывом цепи, или закрытыми, в которых контакты помещены внутри полых изоляторов и создаваемый ими разрыв цепи невидим. Внутренние полости закрытых отделителей при отключенном положении выключателя заполнены сжатым воздухом и поэтому такие отделители называются воздухонаполненными.
В выключателях без отделителей контакты, разрывающие электрическую цепь при отключении, остаются разомкнутыми на все время отключенного положения выключателя.
Принцип устройства воздушного выключателя без отделителя показан на рис. 104.
Размыкание контактов 6 и 7 происходит в дугогасительном отделении (камере) 5. Поршень 2, связанный с подвижным контактом 6, помещен в отделении пневматического привода 1. Линию, в цепи которой установлен выключатель, присоединяют к контактному зажиму 8, расположенному на металлической крышке 11, и к контактному зажиму 4, расположенному на металлическом кольце 3, в скользящих контактах 12 которого находится стержень подвижного контакта 6.
Если открыть электромагнитный клапан отключения КО, то сжатый воздух из баллона выключателя будет поступать одновременно в дугогасительную камеру и привод. Поршень 2 под давлением воздуха будет перемещаться вниз вместе с подвижным контактом 6. При этом между контактами 6 и 7 возникнет дуга, вдоль которой будет продуваться сжатый воздух, направляющийся из камеры в открывшуюся полость трубчатого неподвижного контакта 7 и далее через сопла 10 в колпаке 9 — в атмосферу.
Потоком воздуха дуга растягивается и загоняется внутрь контакта 7, что предупреждает оплавление его торцовой части. Интенсивная деионизация промежутка воздуха и растягивание дуги приводят к тому, что она гаснет при первом-втором переходе тока через нулевое значение.
Клапан КО может быть открыт вручную, дистанционно нажатием кнопки О или автоматически — через контакты реле защиты РЗ при его срабатывании.
Включение выключателя производится электромагнитным клапаном включения КВ, который может быть открыт вручную или дистанционно нажатием кнопки В. В цепи катушек клапанов КО и КВ имеется специальный блок-контакт БК, связанный с механизмом выключателя. После отключения контакт БК переключается, размыкая цепь катушки клапана КО и подготавливая к включению цепь катушки клапана КВ. После конца включения контакт БК размыкает цепь катушки клапана КВ и подготавливает к отключению цепь катушки клапана КО.
По этому принципу устроен и работает воздушный выключатель ВВН-35 (выключатель воздушный для наружной установки на номинальное напряжение 35 кВ). Выключатель ВВН-35 изготовляют трехполюсным на номинальные токи до 1000 а и номинальную мощность отключения 1000 МВА.
На рис. 105, а приведен общий вид выключателя, а на рис. 105, б — разрез по фазе.
Основанием выключателя является тележка, внутри которой помещаются цилиндрический баллон 1 для сжатого воздуха и все элементы управления выключателем: рычажные механизмы, приводящие в действие подвижные контакты; пневматический привод 6', клапаны отключения 3 и включения 4, электромагниты управления 5; дутьевой клапан 13 и другие детали.
Рис. 105. Воздушный выключатель ВВН-35:
а — общий вид; б — разрез среднего полюса; 1 —баллон; 2 — указатель продувки; 3 — клапан отключения; 4—клапан включения; 5—электромагнит управления; 6—пневматический привод; 7 —опорный изолятор; 8 — средний фланец; 9 и 12 — сопла; 10 — дугогасительная камера; 11 — головка; 13 — дутьевой клапан; 14 —тяга; 15 и 21 — контактные зажимы; 16 и19 — скользящие контакты; 17 — нижний трубчатый контакт; 18 — верхний трубчатый контакт; 20 — механизм верхнего трубчатого контакта
Сверху к тележке прикреплены отдельные полюса выключателя, каждый из которых состоит из опорного изолятора 7 и фарфоровой дугогасительной камеры 10, разделенных средним чугунным фланцем 8 с соплами 9, через которые сжатый воздух после продувки выбрасывается в атмосферу. Дугогасительная камера имеет чугунную головку 11 с соплами 12. Внутри опорного изолятора проходит изоляционная тяга 14, связывающая механизм выключателя с нижним трубчатым подвижным контактом 17, который скользит в контактах 16, размещенных в теле среднего фланца 8. Последний снабжен контактным зажимом 15 для присоединения шин. В головке 11 камеры размещены верхний трубчатый контакт 18 и его механизм 20, состоящий из контактной пружины и поршня. Головка снабжена контактным зажимом 21 для присоединения шин, с которых ток передается на верхний контакт 18 выключателя через скользящие контакты 19, размещенные в теле головки.
При отключении выключателя открывается дутьевой клапан 13 и сжатый воздух из баллона 1 устремляется через внутреннюю полость изолятора 7 и каналы среднего фланца 8 во внутреннюю полость дугогасительной камеры 10. Давя на поршень верхнего контакта 18, сжатый воздух поднимает его на 30 мм вверх, отрывая от нижнего контакта и сжимая контактную пружину. Между разомкнувшимися контактами образуется дуга, вдоль которой будет продуваться сжатый воздух, устремляющийся из камеры 10 через зазор между контактами 18 и 17 в их внутреннюю полость и далее в атмосферу через сопла 9 и 12 (внутренняя полость контактов 17 и 18 сообщается с соплами через отверстия). После того как дуга погаснет, пневматический привод 6 через тягу 14 отведет нижний контакт 17 от контакта 18 вниз. Между контактами возникнет достаточный изоляционный промежуток. Одновременно дутьевой клапан 13 закрывается и дутье прекращается, что соответствует отключенному положению выключателя.
При включении выключателя пневматический привод поднимает контакт 17 вверх до соприкосновения с контактом 18. Пружина механизма 20 контакта 18 при этом несколько сжимается, обеспечивая необходимое давление в торцовом соприкосновении контактов 17 и 18.
Внутренние полости опорного изолятора 7 и камеры 10 непрерывно продуваются (вентилируются) сжатым воздухом, поступление которого контролируется по указателю продувки 2, установленному на тележке выключателя. Непрерывная продувка предупреждает конденсацию влаги внутри полюсов выключателя.
Принцип устройства воздушного выключателя с открытым отделителем показан на рис. 106.
Разъемные полые трубчатые контакты 1 и 3 помещены в дугогасительной фарфоровой камере 2. Неподвижный контакт 3 закреплен в крышке 7 камеры. Крышка снабжена контактным зажимом 4 для присоединения шин и колпаком 6 с соплами 5.
Подвижный контакт 1 внизу снабжен поршнем и пружиной, помещающимися в цилиндре 14, который отделен от камеры 2 промежуточным фланцем 16. Контакт 1 скользит между контактами 17 (скользящими), помещающимися во фланце 16, на консоли которого слева находятся подвижный контакт (нож) отделителя 8 и его пневматический привод 13 с двусторонним поршнем. На отдельном опорном изоляторе 11 установлен неподвижный контакт 9 отделителя с контактным зажимом 10 для присоединения шин.
При отключении выключателя сжатый воздух через клапан 18 устремляется в дугогасительную камеру 2 и в надпоршневую часть цилиндра 14. Поршень подвижного контакта под давлением сжатого воздуха перемещается вниз, сжимая пружину. При этом в образовавшемся между контактами 1 и 3 зазоре возникает дуга, которая подвергается интенсивному дутью сжатого воздуха, устремляющегося в открывшиеся полости трубчатых контактов 1 и 3 и далее в атмосферу через сопла 5 и 15. Из камеры сжатый воздух, кроме того, поступает по тонкой трубке 12 в правую часть цилиндра пневматического привода 13.
Привод придет в действие и отключит нож отделителя лишь после того, как контакты 1 и 3 разойдутся на максимальное расстояние. После отключения отделителя подача сжатого воздуха прекращается, и дугогасящие контакты / и <3 под действием пружины подвижного контакта 1 смыкаются, однако линия остается разомкнутой отделителем.
Рис. 106. Устройство воздушного выключателя с открытым отделителем:
1 и 3 — трубчатые контакты; 2 — дугогасительная камера; 4 и 10 — контактные зажимы; 5 и 15 — сопла; 6 — колпак; 7 — крышка; 8 — отделитель; 9 — неподвижный контакт; 11 — опорный изолятор; 12 — трубка; 13 — пневматический привод; 14 — цилиндр; 16 — промежуточный фланец; 17 —скользящие контакты; 18 — клапан отключения; 19 — клапан включения
При включении выключателя сжатый воздух через клапан 19 поступает в левую часть цилиндра пневматического привода 13, толкая его двусторонний поршень вправо, в результате чего нож отделителя опускается и замыкает электрическую цепь присоединенной линии.
Принципиальная электрическая схема управления выключателем такая же, как и на рис. 104. По этому принципу устроены и работают воздушные выключатели для наружной установки типов ВВН-110, ВВН-154, ВВН-220 и ВВ-500 на напряжения 110, 154, 220 и 500 кВ, номинальные токи до 2000 а и большие мощности отключения (номинальная мощность отключения выключателя ВВН-220 может быть до 10 000 МВА, а выключателя ВВ-500 — до 15 000 МВА).
Эти выключатели представляют собой комплект из трех полюсов без механической связи между ними. Каждый полюс имеет самостоятельное управление, что дает возможность пофазного и трехфазного управления.
Дистанционное управление осуществляется при помощи электромагнитов, воздействующих на пневматические клапаны, через которые подается сжатый воздух для приведения в действие всех механизмов выключателя.
Местное (ручное) управление выключателем осуществляют кнопками специального пневматического устройства, объединяющего все три полюса и расположенного в распределительном шкафу выключателя. Пофазные операции при ручном управлении осуществить невозможно, так как питание сжатым воздухом через распределительный шкаф всех трех полюсов происходит одновременно.
На рис. 107, а приведен общий вид выключателя ВВН-110, а на рис. 107, б — разрез по одной фазе.
Основанием каждого полюса служит сварная тележка, состоящая из двух резервуаров для сжатого воздуха. Днища резервуаров имеют люки, которыми пользуются при очистке и окраске резервуаров изнутри.
Выключатель имеет две дугогасительные камеры 1, установленные на пневматическом приводе 3 отделителя, который закреплен на полом фарфоровом опорном изоляторе 4. Изолятор установлен на шкафу управления 7, помещающемся на тележке выключателя между двумя баллонами сжатого воздуха 6. В шкафу управления размещены электромагниты, пневматические клапаны и другие элементы пневматического управления, направляющие сжатый воздух из баллонов по керамическим воздухопроводам 8 и 15. По большому воздухопроводу 15 воздух поступает в дугогасительные камеры, а по малому 8— в привод отделителя. В каждой дугогасительной камере имеются неподвижный и подвижный трубчатые контакты. Трубчатый контакт снабжен пружиной и поршнем, работающим по такому же принципу, как и поршень выключателя ВВН-35.
При отключении выключателя одновременно образуются два разрыва в электрической цепи: один — между контактами верхней камеры, другой — между контактами нижней камеры. Так же как в выключателе ВВН-35, сжатый воздух продувается вдоль по дуге, проникает затем во внутреннюю полость разомкнувшихся контактов и выбрасывается в атмосферу через три яруса сопел, расположенных на крышке верхней камеры, между камерами и в основании нижней камеры. Внутренние полости опорного изолятора и дугогасительных камер для предупреждения конденсации влаги непрерывно продуваются.
Опорой для неподвижного контакта отделителя является колонка, состоящая из трех изоляторов ИШД-35.
Аналогичное устройство имеют воздушные выключатели и на большее напряжение.
Описанная конструкция воздушных выключателей с открытым наружным отделителем имеет ряд существенных недостатков, одним из которых является ненадежность работы отделителя, особенно при гололеде.
Более совершенными являются воздушные выключатели с закрытыми воздухонаполненными отделителями.
Принцип, устройства выключателя с закрытым воздухонаполненным отделителем. Исключение из конструкции выключателя рычажных и рубящих механизмов и помещение контактов отделителя в закрытую среду со сжатым воздухом существенно упрощают, облегчают и делают более надежными устройство и работу воздушного выключателя.
Рис. 107. Трехфазный воздушный выключатель ВВН-110: а —общий вид (включенное положение); б — разрез фазы;
1 и 4 — опорный изолятор; 2— отделитель; 3 —привод отделителя; 5 — колонка из трех изоляторов; 6 — баллон воздуха; 7 — шкаф управления; 8— малый воздухопровод; 9 — зажим для присоединения шин; 10 — неподвижный контакт верхней камеры с соплами; 11 — дугогасящие контакты; 12 — сопло отделителя; 13— крышка соединения шин; 14 — зажим; 15 — большой воздухопровод
Выключатели с воздухонаполненными отделителями наша промышленность выпускает на напряжения от 110 до 500 кВ.
На рис. 108 показан полюс воздушного выключателя с воздухонаполненным отделителем ВВН-110.6. Основанием полюса выключателя служит цилиндрический стальной резервуар 1 для сжатого воздуха, на котором размещены шкаф управления 10, дутьевой
Рис. 108. Полюс выключателя ВВН-110.6: 1 — резервуар сжатого воздуха; 2 — дутьевой клапан отделителя; 3 и 8 — фарфоровые опорные колонки; 4 — отделитель; 5 — зажимы; 6 — дугогасительные камеры; 7 — трубчатая токоведущая шина; 9 — дутьевой клапан дугогасительных камер; 10 — шкаф управления; 11 — обратный клапан
Клапан дугогасительных камер 6, дутьевой клапан 2 отделителя 4. На клапанах установлены фарфоровые опорные колонки 8 и 3, изолирующие выключатель от токоведущих частей и являющиеся воздухопроводами для дугогасительных камер и корпуса отделителя. Камеры и корпус отделителя соединены трубчатой токоведущей шиной 7. Выключатель снабжен аппаратными зажимами 5 для присоединения линии. В трехфазный комплект выключателя входит также агрегатный (распределительный) шкаф, в котором находятся устройства для заполнения резервуаров выключателя воздухом, а также кнопки для местного управления выключателем. Шкафы управления и агрегатный шкаф оборудованы электроподогревателями, исключающими образование инея и конденсата в холодное время года.
Выключатели имеют систему воздушной вентиляции внутренних полостей опорных колонок, дугогасительных камер и корпусов отделителей. Во включенном положении сжатый воздух заполняет только резервуары полюсов, все остальные части, в том числе гасительные камеры и корпус отделителя, находятся под атмосферным давлением, поэтому контакты отделителя и дугогасящие контакты замкнуты.
При отключении выключателя сжатый воздух поступает как в гасительные камеры, так и в корпус отделителя. Под действием сжатого воздуха сначала размыкаются контакты в гасительных камерах, а затем (после того как погаснет дуга) контакты отделителя. После размыкания контактов отделителя давление воздуха в гасительных камерах становится равным атмосферному и их контакты замыкаются.
Отделитель остается под давлением все время, пока выключатель отключен, благодаря чему его контакты удерживаются разомкнутыми.
Важным дополнением ОРУ с воздушными выключателями являются компрессорные установки и воздухопроводы, по которым сжатый воздух подается к выключателям.
Компрессоры помещают в отдельностоящих зданиях, снаружи которых устанавливают воздухосборники (ресиверы) — стальные баллоны большой емкости. Производимый компрессорами сжатый воздух запасается при давлении до 40 ата в ресиверах и по мере необходимости поступает в магистральные воздухопроводы, а по ним — к распределительным шкафам выключателей. Вся система производства, накопления и распределения сжатого воздуха полностью автоматизирована. Сжатый воздух, прежде чем попасть в резервуары выключателей, подвергается в специальных устройствах осушению и фильтрации от механических частиц и пыли.
На рис. 109 показано распределение сжатого воздуха в ОРУ с воздушными выключателями.
Рис. 109. Распределение сжатого воздуха в ОРУ с воздушными выключателями:
1 — ресиверы; 2 — воздухоосушители; 3 — распределительные шкафы; 4 — резервуары выключателей; 5 — вентили; 6 — магистральные воздухопроводы
Через линейные воздухоосушители 2 отходят два магистральных воздухопровода 6. По обе стороны от каждого выключателя устанавливают вентили, которыми любой выключатель может быть отделен от системы сжатого воздуха.
В распределительном шкафу выключателя помещены контактные манометры, а также узел разводки воздуха по отдельным фазам. На воздухопроводах отдельных фаз устанавливают вентили для перекрывания подачи воздуха к соответствующей фазе.
