Конструкции воздушных выключателей и их дугогасительных устройств

 

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ВОЗДУШНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

 

Характерной особенностью конструирования воздушных выключателей различными фирмами являлось достижение требуемых свойств и параметров принципиально одинаковыми методами, что привело к сближению принципов построения конструктивных схем выключателей. Это позволяет сформулировать основные принципы построения воздушных выключателей, которые положили начало принципам построения элегазовых выключателей.

1, Модульный принцип построения серий. Этот принцип позволяет строить серии в весьма большом диапазоне напряжений (от 35 до 1150 кВ) из одинаковых модулей, производить помодульные испытания и иметь максимально выгодные условия производства, эксплуатации и монтажа. Модульный принцип практически однозначно предопределяет размещение модулей на высоком напряжении с опорной или подвесной изоляцией. В последних конструкциях напряжение, приходящегося на один модуль (свыше 250 кВ).

2. Размещение дугогасительных устройств непосредственно в сжатом воздухе. При этом обеспечивается максимальная коммутационная способность, быстродействие, изоляционная прочность межконтактных промежутков и пропускная способность по номинальному току. Для увеличения отключающей способности требовалось повышение рабочего давления или к снабжение выключателей устройствами, создающими повышение давления в момент отключения. Наибольшее применяемое давление достигало уже 6,0—8,5 МПа.

3. Применение сверхбыстродействующих систем управления с малым разбросом времени оперирования. Основным назначением таких систем является создание выключателей на напряжения вплоть до сверхвысоких с временем отключения до одного полупериода, а также выключателей с синхронным отключением или включением.

4. Ограничение выключателями коммутационных перенапряжений. Эта тенденция становится обязательной для выключателей высших классов напряжения и воплощается в снабжении выключателей шунтирующими сопротивлениями (см. гл. 6) или в придании им способности синхронного включения.

5. Повышение надежности и увеличение межремонтных сроков. Первое диктуется все возрастающей ролью выключателей в обеспечении надежной работы энергосистем, а второе — возрастающей сложностью выключателей и необходимостью упрощения их эксплуатации.

Существуют выключатели, механический и коммутационный ресурс которых устраняет необходимость ремонтов в течение 15—20 лет.

6. Введение принудительного охлаждения для генераторных выключателей позволяет создать экономически приемлемые выключатели с номинальными токами свыше 20 кА.

 

Конструктивные схемы воздушных выключателей

 

 

В воздушных выключателях для открытой установки на напряжение 35 кВ (ВВ-35) достаточно иметь один разрыв на фазу.

В выключателях напряжением 110 кВ и выше после гашения дуги размыкаются контакты отделителя 5 и камера отделителя остается заполненной сжатым воздухом на все время отключенного положения. При этом в дугогасительную камеру сжатый воздух не подается и контакты в ней замыкаются.

По данной конструктивной схеме созданы выключатели серии ВВ на напряжение до 500 кВ. Чем выше номинальное напряжение и чем больше отключаемая мощность, тем больше должно быть разрывов в дугогасительной камере и в отделителе.

По конструктивной схеме рис, г выполняются воздухонаполненные выключатели серии ВВБ. Напряжение модуля ВВБ 110 кВ при давлении сжатого воздуха в гасительной камере 2 МПа. Номинальное напряжение модуля выключателя серии ВВБК (крупномодульного) составляет 220 кВ, а давление воздуха в гасительной камере 4 МПа. Аналогичную конструктивную схему имеют выключатели серии ВНВ: модуль напряжением 220 кВ при давлении 4 МПа.

 

1 – резервуар со сжатым воздухом; 2 – дугогасительная камера; 3 – шунтирующий резистор; 4 – главные контакты; 5 – отделитель; 6 – емкостный делитель напряжения на 110 кВ – два разрыва на фазу (г)

 

Классификация воздушных выключателей

По назначению воздушные выключатели разделяются на следующие группы:

сетевые выключатели на напряжение 6 кВ и выше, применяемые в электрических сетях и предназначенные для пропуска и коммутации тока в нормальных условиях работы цепи и в условиях КЗ;

генераторные выключатели на напряжение 6—24 кВ, применяемые для подключения генераторов и предназначенные для пропуска и коммутации токов в нормальных условиях, а также в пусковых режимах и при КЗ;

выключатели для электротермических установок с напряжениями 6—220 кВ, предназначенные для работы как в нормальных, так и в аварийных режимах;

выключатели специального назначения.

По виду установки воздушные выключатели можно разделить на следующие группы:

опорные;

подвесные (подвешиваются к портальным конструкциям на ОРУ);

выкатные (имеют приспособления для выкатки из РУ);

встраиваемые в комплектные распределительные устройства.

Рис. 9-5. Выключатель серии ВВБК на 1150 кВ в подвесном исполнении

 

Рис. 9-6. Выключатель типа ВВУ для особо тяжелых условий по СВН

Рассмотрим некоторые конструкции отечественных и зарубежных выключателей

Перспективным для выключателей свыше 750 кВ оказалось применение подвесной изоляции [1]. На рис. 9-5 приведен полюс выключателя серии ВВБК на напряжение 1150 кВ с подвесной изоляцией. В каждом из двух трехлучевых подвесов укреплено по три модуля, связанных трубчатыми токоведущими перемычками. Для стабилизации подвесок при ветровой нагрузке и отключениях модули свободно подвешены на треугольных платформах, являющихся промежуточными ярусами подвесов. В выключателе применена пневмо-световая система управления, принцип работы которой описан в гл. 8 (см. рис. 8-5).

В качестве световодов и защитных покрышек стеклопластиковых воздухопроводов использованы свободно подвешенные к порталу фарфоровые колонки с глазурованными внутренними поверхностями, связанные с нижней платформой при помощи специальных амортизаторов. Передатчики световых импульсов расположены на заземленном портале, а приемники с источником питания — на платформах.

Воспринимающие управляющий импульс фотодиоды расположены в световодах и связаны с приемниками экранированными проводами, а колонки воздухопроводов связаны с модулями гибкими трубопроводами. Как показали исследования, по такой конструктивной схеме могут быть созданы выключатели на напряжения вплоть до 2000 кВ.

Выключатели для особо тяжелых условий по скорости нарастания восстанавливающегося напряжения. Объединением выпускается серия таких выключателей типа ВВУ на напряжение 35, 110 и 220 кВ [20], максимально унифицированных с выключателями серии ВВБ. Основные характеристики выключателей серии ВВУ приведены в табл. 9-1. Серия выключателей ВВУ построена по схеме рис. 6-17, в без последовательного отделителя (принцип действия схемы описан в § 6-7), что позволило в качестве модуля описываемой серии использовать модуль серии ВВБ, один из контактов которого шунтирован внешним низкоомным сопротивлением (см. рис. 6-23), а второй внутренним высокоомным (см. рис. 6-20) со вспомогательным контактом. На рис. 9-6 приведен выключатель серии ВВУ на ПО кВ с двумя модулями. Пневмо-механический принцип действия этих выключателей тот же, что и выключателей серии ВВБ, и здесь не повторяется. Выключатели серии ВВУ рассчитаны на отключение токов к. з. вплоть до 40 кА при практически неограниченных СВН, причем применение низкоомных сопротивлений позволило достичь таких параметров при давлении всего 2 МПа.

 

Генераторные выключатели. Объединением изготавливаются генераторный воздушный выключатель на напряжение 20 кВ типа ВВГ-20 и комплекс аппаратный генераторный на напряжение 15,75 кВ типа КАГ-15.

Генераторный выключатель ВВГ-20 (рис. 9-7) рассчитан на отключение токов к. з. вплоть до 160 кА, на сквозной ток 410 кА и номинальный ток 12,5 и 20 кА с принудительным воздушным охлаждением. Номинальное давление сжатого воздуха выключателя 2 МПа.

Выключатель имеет два главных дугогасительных контакта 3 и 5 и вспомогательный контакт 6. Последний разрывает ток, проходящий через сопротивления 4 и 9 (0,8 Ома каждое), шунтирующие главные контакты. Вспомогательный контакт 6 в свою очередь шунтирован сопротивлением 8 (14 Ом), подключаемым через искровой промежуток 7 таким образом, что на обоих вспомогательных контактах дуга гасится в одной камере общим потоком воздуха. Цепь главных дугогасительных контактов выключателя шунтирована разъединителем 2 с выводными концами /. (Разъединитель включается последним.) Изоляционный промежуток в отключенном положении выключателя создается отделителем 10, который отключается последним, а включается первым. (Принципиальная схема выключателя ВВГ-20 изображена на рис. 8-4).

При возрастании мощностей турбо- и гидрогенераторов иногда становится экономически целесообразным превращать генераторные выключатели в выключатели нагрузки, способные многократно коммутировать нагрузочные токи и отключать к. з. за силовыми трансформаторами, в то же время объединяя в аппаратные комплексы с целью удобства встраивания в закрытые шинопроводы весь необходимый набор генераторных аппаратов (выключатели, разъединители, трансформаторы тока и напряжения, заземлители).

-

Рис. 9-7. Генераторный выключатель типа ВВГ-20

Напряжение, восстанавливающееся на ДУЗ, пробивает промежуток 10, и включается резистор 9 (30 Ом). Теперь по цепи течет активный ток, определяемый резистором 9 (a)L<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—ДУЗ. Принцип действия механизмов ДУЛ—ДУЗ рассмотрен в § 3.7. В ДУ используется сопло с односторонним дутьем. Механизм ДУЗ снабжается сжатым воздухом через тонкую трубку 26, благодаря чему его контакт 27 расходится только после того, как дуга в ДУ1 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 1.3 м3 (объем приведен к атмосферному давлению).

Одновременно с подачей воздуха в ДУ производится его подача к поршню 15 по трубке 29 через объем 30.

Рис. 3.43. Общий вид выключателя ВВ-20

На рис. 9-8 представлен аппаратный генераторный комплекс на напряжение 15,75 кВ и номинальный ток 30 кА. Комплекс состоит из выключателя нагрузки (в центре) с коммутационной способностью до 31,5 кА и устойчивостью к сквозным токам 650 кА, разъединителя со встроенным заземлителем (слева) и трансформатора тока со встроенными трансформаторами напряжения (справа). Все аппараты комплекса имеют водяное охлаждение (при номинальных токах свыше 12,5 кА).

 

На рис. 9-9 изображен воздушный выключатель нагрузки аппаратного комплекса. Металлический немагнитный кожух 15, образованный двумя концентрическими цилиндрами с кольцевой полостью для водяного охлаждения по торцам, закрыт двумя стеклопластиковыми вводами 28, на которых укреплено дугогасительное устройство с выводами 20 и 29. Основная токоведущая система выключателя состоит из двенадцати коробчатых ножей 5, размыкающихся в виде зонта и прижимающихся во включенном положении выключателя к кольцевым контактам 7 и 25 посредством мощных пружин растяжения 9, закрепленных в центре каждого ножа. Движение ножей и растяжение контактных пружин осуществляется конусами 6 и 17, связанными штоками 21 и 26 с приводом 18 и масляным демпфером 22. Главное дугогасительное устройство выключателя состоит из разрезного контакта 5, дугогасительного контакта 2, жестко связанных с конусами 6 и 17 и с поршнем привода 18, неподвижного сопла с конфузором 3 и дутьевого клапана 30. Параллельно главным контактам включены шунтирующее сопротивление 10 и подвижный контакт 14, который введен в кожух 15 через эпоксидный ввод 13. Номинальное давление сжатого воздуха в системе управления 2 МПа, а в кожухе выключателя 0,6 МПа; воздух поступает в кожух по трубе 11.

При подаче команды на включение срабатывает электромагнит включения и система управления (не показанная на рисунке) подает сжатый воздух по воздухопроводу 23 под поршень 19 привода 18. Поршень вместе с конусами 6 и 17 передвигается влево; при этом рычаги 27, упираясь правыми роликами в конус 17, поворачиваются вокруг оси и посредством контактных пружин 9 включают ножи. Во включенном положении выключателя конус фиксируется пружинным роликовым фиксатором 12. Прежде чем ножи сомкнутся с контактом 7, разрезной контакт 5 входит в кольцевой контакт 4. После прихода контактной системы во включенное положение срабатывают связанные с ней контакты цепи управления, снимается команда с электромагнита включения и воздух сбрасывается из воздухопровода 23 и привода 18 в атмосферу.

При отключении выключателя сжатый воздух подается по воздухопроводам 24 и 31, поршень 19 переходит в правое положение, при этом рычаги 27, поворачиваясь по часовой стрелке, вначале снимают натяжение с пружин, а затем, упираясь в конус в, левыми роликами через толкатели внутри пружин отводят ножи 8. В отключенном положении выключателя конусы удерживаются фиксатором 12. При перемещении конуса 6 на 40 мм размыкаются контакты 4 и 5 и дуга сбрасывается потоком воздуха на дугогасительный контакт 2 и дуго-улавливатель, где и гасится. Выхлоп воздуха осуществляется через ввод /, проходящий сквозь кожух шинопровода. Дутьевой клапан 30 к моменту размыкания контактов находится в полностью открытом положении под действием сжатого воздуха, поступившего под его поршень. Через несколько сотых долей секунды после открытия клапана 30 срабатывает клапан отсечки 32, воздух сбрасывается из-под поршня дутьевого клапана и последний закрывается. Одновременно с подачей в главный дутьевой клапан сжатый воздух подается в механизм подвижного вспомогательного контакта 14, опускает его до соприкосновения с контактом 16 и открывает через вспомогательный дутьевой клапан (не показанный на чертеже) выход воздуху через сопло в атмосферу. Спустя 0,03—0,04 с подвижный контакт 14 размыкается с контактом 16 и дуга, возникшая между ними, гасится потоком воздуха через сопло контакта 14. Шунтирующее сопротивление подключено согласно рис. 6-17, а.

Как упоминалось, при номинальных токах свыше 12,5 кА в выключателе, разъединителе и трансформаторе тока комплекса применено водяное охлаждение главного токоведущего контура и кожуха. Водяное охлаждение выключателя и разъединителя аналогично. Водой с высоким электрическим сопротивлением охлаждается каждая из двенадцати частей неподвижных выводов 20 и 29 при помощи впаянных по их периметру и затем соединенных последовательно медных трубок; технической водой охлаждается и полость кожуха выключателя.

Выключатели для коммутации электротермических установок на напряжения 35, ПО и 220 кВ используются в основном в цепях мощных дуговых, сталеплавильных и рудно-фосфорных печей. Основные характеристики этих выключателей приведены в табл. 9-1.

 

Рис. 9-9. Выключатель нагрузки аппаратного генераторного комплекса

 

Рис. 9-10. Выключатель ВВП-35 для отключения электротермических установок Рис. 9-11. Дугогасительная камера выключателя ВВП-35

 

 

На рис. 9-10 приведен полюс выключателя типа ВВП-35. Выключатель имеет трехполюсное исполнение. Три импульсные дугогасительные камеры 2 смонтированы на стеклопластиковых изоляторах /, в свою очередь установленных на горизонтальном резервуаре 10. Камеры зашунтированы нелинейными сопротивлениями 3 (см. рис. 6-27). Последовательно с контактами камер включены ножевые отделители 4, приводимые в действие через изоляционные штанги 6 общим приводом. Неподвижные ножевые контакты отделителей 5 также установлены на стеклопластиковых цилиндрах 7. При отключении пневматическое устройство 9 сбрасывает воздух из-под поршня дутьевого клапана 8 и последний подает сжатый воздух в дугогасительные камеры. Под действием сжатого воздуха контакты камеры расходятся и дуга, возникшая между ними, гасится. Через несколько сотых долей секунды срабатывает клапан отсечки (не показанный на рисунке). Он отделяет полость под поршнем дутьевого клапана от атмосферы. Дутьевой клапан закрывается, после чего контакты камер смыкаются. До их смыкания отключается отделитель 4, в привод которого сжатый воздух подается непосредственно из полости опорного изолятора 1 одной из камер. Включение выключателя осуществляется отделителем 4.

Устройство дугогасительных камер ясно из рис. 9-11. Под действием сжатого воздуха, поступившего в изолятор /, поршень 4 поднимается, сжимая пружину 5. Дуга, возникшая между наконечником неподвижного контакта 2 и дугоулавливателем 6, гасится в соплах 3. Выход воздуха из камеры происходит через глушитель 7.

Выключатели для отключения электротермических установок на 110 и 220 кВ созданы на базе описанных выше сетевых выключателей серии ВВБ и принципиально от них не отличаются, за исключением отсутствия шунтирующих сопротивлений, существенного облегчения контактной траверсы, применения во всех клапанах полиуретановых литых уплотнений и несколько облегченной конструкции сигнально-блокировочных контактов и их привода.

-

Воздушные выключатели бакового типа ВВБ.

 

Общий вид такого выключателя на напряжение 100 кВ, I_o,ном=31,5 кА и I_ном=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. Разработчик и изготовитель — ПО «Электроаппарат» Ленинград

Для выключателей серии ВВБ количество дугогасительных камер (модулей) зависит от напряжения (110 кВ – одна; 220 кВ – две; 330 кВ – четыре; 500 кВ – шесть; 750 кВ – восемь), а для крупномодульных выключателей (ВВБК, ВНВ) количество модулей соответственно в два раза меньше.

 

 

Рис. 3.44, Общий вид выключателя и ДУ ВВБ-110

 

 

 

Рассмотрим устройство и работу выключателя на напряжение 110 кВ.

Выключатель установлен на раме. В основании аппарата расположены шкаф управления и вспомогательный бак со сжатым воздухом. На опорном изоляторе 2 укреплен основной стальной бак 3 (дугогасительная камера), 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 сопротивлением 100 Ом, предназначенные для облегчения гашения дуги в главных контактах за счет снижения скорости восстановления напряжения. 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.

Внутри фарфорового опорного изолятора и в промежуточном изоляторепроходят два воздуховода из стеклопластика. Один служит для постоянной подачи сжатого воздуха в дугогасительные камеры, другой – для импульсной подачи воздуха в систему управления. Камеры снабжены люками для проведения ревизии и ремонта контактной и дугогасительной систем.

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. 3.44,0).

Внутренние полости имеют незначительный перепад давления по отношению к окружающей среде для достижения необходимой электрической прочности по внутренней поверхности фарфоровых элементов, не имеющих прочного глазурованного покрытия. Для поддержания избыточного давления на вентиляцию внутренних полостей расходуется до 1500 л/ч воздуха, что требует наличия компрессорного хозяйства.

 

Рассмотрим теперь работу системы управления (рис. 3.45). Выключатель показан в положении «Отключено». Следует отметить, что в системе используются клапаны дифференциального типа, которые р смотрены в предыдущих лекциях. 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 Оз. При этом клапан 30 открывается и через отверстие Oi сообщает с атмосферой полость А клапана 31. Он открывается и сообщает с атмосферой воздухопровод 22 через отверстие Oz. 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 0₃ 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 О₄ и сообщается с атмосферой трубка. Поршень 16 имеет трубчатый шток, на который действует пружина. В исходном положении объем Ж через отверстие О₇ соединяется с атмосферой. Подвижный вспомогательный контакт 14 своим нижним торцом закрывает отверстие 0₆. В результате на контакте 14 действует сила, направленная вниз. При сообщении трубки 17 с атмосферой 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, 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 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 01 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 03 закрывается, а отверстие 03 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 05 и сжатый воздух, охлаждая дугу, вытекает из резервуара 11 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 05). Дутье прекращается. Подвижные контакты 9 будут удерживаться в верхнем положений" 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 От. 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 и 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 изменялась,и 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.

 

Воздушные выключатели серии ВНВ.

 

Основные характеристики выключателей серии ВНВ приведены в табл. 9-1. Как и все современные выключатели, серия ВНВ построена на модульном принципе и во всех классах напряжения имеет опорное исполнение, причем на каждой опорной колонке установлено по одному двухразрывному модулю. На рис. 9-12 приведены три полюса выключателя серии ВНВ на напряжение 750 кВ с тремя дугогасительными модулями на полюс. Опорные изоляционные колонки полюса выключателя укрепленные подпружиненными растяжками, установлены на горизонтальном резервуаре со сжатым воздухом; к нижней части резервуара подвешен шкаф управления с элементами пневматического управления. Фарфоровые изоляторы опорных колонок так же, как изоляторы модулей, защищены от воздействия сжатого воздуха стеклопластиковыми цилиндрами, причем конструкция опорных колонок такова, что защитные стеклопла

Серия предназначена для напряжений от 110 до 1150 кВ. Номинальный ток — до 4000 А, номинальный ток отключения — до 63 кА, время отключения — не более 0,04 с, время включения — не более с, номинальное давление 4 МПа. Разработана в ВЭИ и выпускалась ПО «Уралэлектротяжмаш»

Общий вид выключателя дан на рис. 3.46.

Пневмомеханическая схема выключателя на напряжение 500 кВ представлена на рис. 3.47.

Основа серии — модуль имеет два контакта (разрыва) на полюс и рассчитан на напряжение 250 кВ.

В основании модуля расположен бак со сжатым воздухом 1. Сжатый воздух по трубопроводу подается в верхний бак, образованный металлическим цилиндром 9 и стеклоэпоксидным цилиндром 11. ДУ находится в верхнем баке со сжатым воздухом.

Отличительной особенностью выключателя является управление контактной системой и клапанами с помощью передачи усилия легкими изоляционными тягами. Это дает возможность сократить время отключения до 0,04 с (оно в 2 раза меньше, чем у выключателя ВВБ). На рис. 3.47 выключатель показан во включенном положении. Главный контакт создается пальцами 19 и внешней поверхностью подвижного контакта 18. Пальцы дугогасительного контакта 20 скользят по внутренней поверхности контакта 18. Пальцы 20 расположены в прорезях дутьевого сопла неподвижного контакта. В указанном положении контакт 15 садится на седло 25 и тем самым внутренняя полость контакта 18 соединяется с атмосферой (через открытый выхлопной клапан 24), внешняя поверхность контакта 18 и пальцы 19 остаются в среде сжатого воздуха. Сопло 17 подвижное. Начальное расстояние между контактом 20 и соплом 17 — оптимальное для данного сечения сопла. После гашения дуги подвижное сопло 17 перемещается под действием давления внутри ДУ. В конечном положении сопло садится на седло 26 и герметизирует камеру.

Высокая электрическая прочность междуконтактного промежутка достигается экранами 16, которые выравнивают электрическое поле между контактами.

 

Отключение.

При срабатывании электромагнита отключения 3 открывается клапан 6 и сжатый воздух подается на поршень 7, который воздействует на тягу 8. Через звенья 5, 4, 2 усилие передается на изоляционные тяги 13. Они перемещаются вниз. Через звенья 57 и 15 перемещение передается горизонтальной тяге 36, которая связана с контактом 18. Соединение звеньев 15 и 37 с тягой 13 осуществляется трубкой 14. Этот контакт сначала размыкается с пальцами 19, а затем с пальцами 20. Между последними и внутренней поверхностью контакта /8 загорается дуга, которая быстро перемещается воздушным пото ком, вытекающим в атмосферу через сопло неподвижного контакта и подвижное сопло 17. Гашение дуги происходит за счет двустороннего дутья. Шток 31 связан с тягой 13. При движении тяги 13 вниз шток 31 действует на рычаг 30 и открывает клапан 34, при этом сжатый воздух, находящийся над поршнем, через змеевик 29 выходит в атмосферу. Поршень 35 освобождает рычаги 27 и 28 и дает возможность закрыться клапану 24. Управление клапаном 24 осуществляется с помощью металлических тяг 22 и 23 и коромысла 21. Одновременно подвижное сопло 17 вместе с ограничивающим электродом 41 перемещается вправо; пока сопло не сядет на седло 26. Таким образом внутренний объем ДУ герметизируется и отделяется от атмосферы.

При токах отключения до 40 кА выключатель не имеет шунтирующих резисторов. При токах 63 кА или тяжелых условиях восстановления напряжения используются низкоомный резистор и вспомогательный контактный блок, отключающий ток резистора. Резистор вместе с контактами находится в специальном контейнере, расположенном рядом с ДУ. Управление блоком вспомогательных контактов осуществляется от клапана 34.

 

Включение.

При срабатывании электромагнита 12 клапан 10 открывается и соединяет полость над поршнем 7 с атмосферой. Одновременно подается сжатый воздух на поршень 38, который отсекает бак от поршня 7.

Под действием заведенной пружины 33 шток 32 отпускается и клапан 34 закрывается. Сжатый воздух подается к поршню 35, он опускается и воздействует на рычаги 28 и 27. При этом клапан 24 открывается, а подвижное сопло 17 устанавливается в положение, указанное на рисунке. Поскольку сопло смещается влево, оно покидает седло 26 и внутренняя полость контакта 18 и сопла 17 соединяется с атмосферой. При закрытии клапана 34 сжатый воздух подается в контейнер вспомогательного контакта и он включает резистор. При движении тяги 13 вверх подвижный контакт./5 устанавливается в положение «включено», одновременно поршень 7 переходит в положение, указанное на рисунке. После выхода воздуха из полости над поршнем 7 закрываются клапаны 10, 6 и поршень 38 устанавливается в исходное положение соответствующими пружинами.

В выключателе на напряжение 1150 кВ при включении вначале замыкаются вспомогательные контакты и в цепь вводится резистор, сопротивление которого на полюс примерно равно волновому сопротивлению линии. Затем через время примерно 10 мс включается контакт /S, который шунтирует резистор.

С целью уменьшения массы и габаритных размеров можно перейти на подвесной вариант выключателей. На рис. 3.48 представлен один из вариантов. Рама 1 крепится к порталу. На раме установлен бак со сжатым воздухом 2. Модули 7, 7а и 76 на напряжение 250 кВ каждый укреплены на гирляндах подвесных изоляторов 4. Сжатый воздух подается в ДУ через воздуховоды 3 и 9. Для улучшения распределения напряжения на подвесной изоляции установлено экранное кольцо 5. Равномерное распределение напряжения по разрывам обеспечивается конденсаторами 6. Выключатель имеет контейнеры с резисторами и вспомогательными контактами 8. По предварительным расчетам подвесной вариант выключателя 750 В позволяет уменьшить массу примерно на 25 %.

-

 

 

Рис. 3.46. Общий вид выключателя серии ВНВ на напряжение 750 кВ

 

Рие. 3.47. Пневмомеханическая схема полюса выключателя ВНВ-500