Реферат

РЕФЕРАТ

В данной работе рассматриваются сведения о конструк­циях выключателей нагрузки, а также их достоинства и недостатки по отношению к другому коммутационному обору­дованию. В работе показаны особенности конструкции выключателей нагрузки.

Рис. 5. Библ.: 3 назв.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………4

1.  ВЫКЛЮЧАТЕЛИ НАГРУЗКИ…………………………………………..5

1.1.  Конструктивные особенности выключателей нагрузки…………….5

1.2.  Приводы выключателей нагрузки…………………………………...10

1.3.  Предохранители выключателей нагрузки…………………………..12

1.4.  Выбор выключателей…………………………………………………16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………...20

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………….…………………………..21

ВВЕДЕНИЕ

Выключатель нагрузки - это простейший высоковольтный выключатель. Он используется для отключения и включения цепей, находящихся под нагруз­кой. Дугогасительные устройства выключателей рассчитаны на гашение мало­мощной дуги, возникающей при отключений тока нагрузки. Их нельзя применять для отключения токов разорвать цепь в случае возникновения К. З., последовательно с выключением нагрузки устанавливаются высоковольт­ные предохранители соответствующей способности. Выключатели нагрузки заменяли, дорогостоящие высоковольтные выключатели. Дорого стоит не только высоковольтный выключатель, но и привод к нему. Кроме того, чтобы управ­лять работой выключателя, необходима система релейной защиты, трансформаторы тока и напряжения. Если ток сети относительно небольшой, 400...600 А, целесообразно выключатель с релейной защитой заменить на выключатель на­грузки с предохранителями. В выключателях нагрузки для гашения дуги ис­пользуются камеры с автогазовым, автопневматическим, электромагнитным, элегазовым дутьём и вакуумными элементами. При автогазовом дутье гашение дуги осуществляется выделяющимися под действием температуры дуги из стенок камеры газами. В качестве материа­ла камер используется винипласт, оргстекло и другие газогенерующие материа­лы. Выключатель нагрузки с автопневматическим дутьём является небольшим воздушным выключателем. Для гашения дуги у таких выключателей образова­ние сжатого воздуха осуществляется за счёт энергии отключающей пружины. Принцип его действия аналогичен, принципу поддува электромагнитного вы­ключателя.

1. ВЫКЛЮЧАТЕЛИ НАГРУЗКИ

1.1.Конструктивные особенности выключателей нагрузки

Рассмотрим различные виды гашения дуги и особенности конструкций дугогасительных камер.

Когда используется в выключателях нагрузки элегазовое дутьё, то дугогасительная камера заполняется газом при давлении в две атмосферы. При от­ключениях дугу омывает поток газа, создаваемый поршневым устройством. Движение подвижного контакта поршневого устройства осуществляется энер­гией отключающей пружины. Серийно выпускаются выключатели нагрузки с элегазовым дутьём на напряжение до кВ,

До настоящего времени в основном использовались выключатели нагруз-ки с автодутьём. Общий вид такого выключателя типа ВН-16 показан на рис. 1, а. Полюса выключателя смонтированы на одной раме. Вводы полюсов размещены на нижнем опорном изоляторе. Там же расположен шарнир под­вижного контакта 1. Выводы полюсов выполнены на верхнем изоляторе. Верх­ний изолятор служит основанием для неподвижного основного контакта 2 и дугогасительной камеры 5. Для уменьшения контактного сопротивления подвиж­ный контакт 1 сдвоен. Дугогасительный контакт 4 расположен между пластинами подвижного контакта 1. Пластины выполнены из стали. Вал 3 с помощью тяги соединён с подвижными контактами, которым они приводятся в движение. Отключает выключатель пружина 6, которая взводится при включении аппара­та. Дугогасительная камера выключателя представлена на рис 1, б.

В ней расположен неподвижный дугогасительный контакт точечного ти­па. Он соединён с главным неподвижным контактом 2. Корпус камеры выпол­нен из пластмассы. Он представляет две половины, скрепленные винтами. Внутри корпуса имеются вкладыши 8, выполненные из газогенерирующего ма­териала. При включении дугогасительный контакт 4, выполненный в виде ножа, входит в щель дугогасительной камеры и соединяется с дугогасительиыми кон­тактами 7. Главные контакты 7 и 2 замыкаются после дугогасительных 4 и 7. Когда наступает процесс отключения, сначала размыкаются рабочие контакты, а после дугогасительные. Дуга, горящая между вкладышами 8, втягивается внутрь щели дугогасительной камеры. Под действием температуры дуги из вкладышей 8 выделяются газы. В результате давление внутри Камеры повыша­ется. Если подвижный дугогасительный контакт 4 находится в камере, то газы из камеры выходят только через зазор между подвижным контактом и вклады­шами 8. Происходит продольный обдув дуги. Сопротивление дуги возрастает, дуга гаснет. Когда на одной общей раме смонтирован выключатель типа ВН-16 и высоковольтный предохранитель ПК, то образованной установке приписыва­

ется тип ВНП-16. Аналогичный комбинированный электроаппарат, но имею­щий дополнительно приспособление для автоматического отключения выключателя нагрузки, позволяет отказаться от разъединителя. Выпускаются выклю­чатели с заземляющими ножами. Их тип ВНПЗ-16(17). Ножи заземления снабжаются валом, приваренными контактами в виде медных пластин, блокирующим устройством. Ножи могут заземлять только верхние или нижние контактные стойки выключателя, поэтому устанавливаются сверху или снизу, вы­ключателя. Вал заземляющих ножей через блокировку связан с валом выключателя. Блокировка не позволяет включить ножи заземления при включённом вы­ключателе и включить выключатель при включённых ножах заземления. Ножи заземления можно включать и отключать только при отключённом выключате­ле. Чтобы осуществлять управление ножами заземления, используется отдель­ный привод типа ПР-2. Может применяться ручной привод. Привод ножей ус­танавливают со стороны, противоположной приводу выключателя.

Выключатели нагрузки с автогазовым дутьём при напряжении 10 кВ мо­гут отключать токи 200 А 75 раз, а в случае тока 400 А - только 3 раза. Невысо­кая надёжность выключателей, малое число отключений номинального тока, ограниченная включающая способность и электродинамическая стойкость по­требовали разработки новых видов выключателей нагрузки. Одним из них служит выключатель нагрузки электромагнитного типа ( рис. 2 ).

Рис. 1. Автогазовый выключатель нагрузки,

где 1 – шарнир подвижного контакта;

2 – основной неподвижный контакт;

3 – вал;

4, 7 – дугогасительный контакт;

5 – дугогасительная камера;

6 – пружина;

8 – вкладыши

Он применяется при номинальных токах 630; 400 А и соответственно но­минальных напряжениях 6, 10 кВ. У таких выключателей повышенные токи от­ключения больше номинальных в 1,5 раза, а предельные сквозные токи состав­ляют амплитудное значение 51 кА, действующее значение периодической со­ставляющей 20 кА. Выключатель оборудован пружинным приводом с ручным заводом и дистанционным управлением.

Все три полюса выключателя размещаются на одной раме 1. Главный не­подвижный контакт 3 и главный подвижный контакт в виде ножа 4 крепятся на фарфоровых изоляторах 2. Над неподвижными контактами устанавливаются дугогасительные камеры 5. Камера (рис. 2, а) представляет собой две изолированные стенки 6, скреплённые болтами. Между стенками размещены две пло­ские шины 7. Они выполнены из керамики и разделены фибровой прокладкой 8. Прокладка имеет разновысокие зубья, которые образуют перегородки в дутогасительной камере. На задней стенке 10 камеры закреплён неподвижный дуго-гасительный контакт 9. К контакту подсоединён электрод 11. Для обеспечения магнитного дутья используется П - образный электромагнит. Катушка электро­магнита расположена на цилиндрическом магнитопроводе 13. Магнитопровод проходит сквозь стенки камеры, что позволяет полюсным наконечникам 14 ох­ватить камеру с двух сторон. Катушка включена между неподвижным главным 3 и дугогасительным 9 контактами. На оси 15 подвижного контакта 4 размеще­ны подвижные дугогасительныё контакты 16. Они снабжены пружинами 17. Вал 18 через изоляционные тяги 19 приводит в движение подвижные контакты 20. Первыми размыкаются главные контакты. Ток протекает через дугогасительныё контакты и катушку электромагнита. При соответствующем растворе главных контактов дугогасительный подвижный контакт с достаточно большой скоростью выдёргивается из неподвижного контакта. Возникает дуга. Под дей­ствием электромагнитных сил за счёт перегородок дуга удлиняется. Сопротив­ление её увеличивается, достигая критического значения при переходе тока че­рез нуль, она гаснет. Время горения дуги не более 0,02 с. Износ контактов не­значителен. В отключённом состоянии выключателя между контактами дости­­

Рис. 2. Электромагнитный выключатель нагрузки:

а -конструктивная схема выключателя;

б - дугогасительная камера

гается видимый разрыв.

Вакуумные выключатели, имеющие малые габариты и вес, обладающие высокими эксплутационными возможностями, успешно применяются в качестве выключателей нагрузки. Так выключатель серии ВНВЛ-10/400 рассчитан на напряжение 10 кВ и номинальный ток 400 А.

Элегазовые выключатели нагрузки применяются на напряжение 110 кВ и выше. На напряжение 110...220 кВ они имеют гасительные камеры, в которых полем постоянных магнитов дуга приводится во вращение. Конструктивная схема выключателя представлена на рис. 3. Его полюса состоят из полых опорных изоляторов 1 и гасительных камер 2. В них расположена контактная система. Внутренние полости камер и изоляторов заполнены элегазом. Давле­ние газа составляет 0,3 МПа. Контакт 3 приводится в движение штангой 4. Штанга соединяется со стержнем 5. Сильфон 6 предназначен для уплотнения при переходе стержня через фланец опорного изолятора. Основание 7 полюсов выключателя общее. Ход контактов 100 мм. Полюса между собой связаны приводным механизмом. Выключатель может быть использован в качестве от­делителя. Тогда предусматривается короткозамыкатель 8. Отделитель и короткозамыкатель снабжены приводом 9 и 10. Камера выключателя на 110кВ раз­работана в виде модуля для выключателей более высокого напряжения. В выключателе на 220 кВ двекамеры. Они включены последовательно.

1.2. Приводы выключателей нагрузки

При ручном управлении выключателями в основном используются при­воды ПР-17. Когда необходимо дистанционное отключение, то применяют при­вод ПРА-17, в случае дистанционного, управления включением и отключени­ем электромагнитный привод ПЭ-11С. Наибольшее распространение получил привод для включения выключателей нагрузки ПРА-12 (рис. 4). Он состоит из корпуса 11 и включающего рычага 18. Рычаг устанавлива­ется в муфте и соединя

Рис. 3. Элегазовый выключатель нагрузки,

где 1 – полые опорные изоляторы;

2 – гасительные камеры;

3 – подвижный контакт;

4 – штанга;

5 – стержень;

6 – сильфон;

7 – основание полюсов;

8 – короткозамыкатель;

9, 10 – приводы отделителя и короткозамыкателя

ется механизмом свободного расцепления 14. Под рыча­гом 13 расположен секторный рычаг 12. К этому рычагу крепится тяга для со­единения механизма привода с валом выключателя. На конце вала расположен указатель. Он показывает, включен или отключен выключатель. Другой конец вала используется для рычага, соединяющего тягу вспомогательных контактов. Отключающий электромагнит 20 установлен в нижней части корпуса привода. Приводная тяга 17 через вилку 16 соединяется с секционным рычагом 12. Бла­годаря наличию электромагнита и механизма свободного расцепления в вы­ключателях, оказывается возможным применение привода ПРА. Этот привод позволяет осуществлять как ручное включение, так и дистанционное. Он может использоваться и при автоматическом отключении нагрузки выключателем.

1.3. Предохранители выключателей нагрузки

Конструктивное исполнение предохранителей, применяемых с выключа­телями нагрузки, показано на рис. 5. Патрон предохранителя выполнен из фарфоровой трубки 5. Трубка по концам заполнена контактными колпачками 8. Плавкая вставка представляет собой один или несколько мед­ных проводников, покрытых серебром. Количество, провод­ников в предохранителе зави­сит от величины номинального тока. Для снижения перена­пряжения на защищаемом электрооборудовании при сра­батывании предохранителя ис­пользуются вставки переменно­го сечения. Чтобы отключить плавкой вставкой токи пере­грузки, соответствующие про­водникам меньшего сечения, на них напаиваются оловянные шарики. Средняя температура плавления проводника снижа­ется от температуры плавления меди 1080 °С до температуры, немного превышающей температуру плавления олова, 230 °С. Происходит это вслед­ствие растворения меди в расплавленном олове после того, как расплавится медная проволока. ­

Рис. 4. Привод типа ПРА-12 к выключателям нагрузки

где 11- корпус;

12 – секторный рычаг;

13 – рычаг;

14 – механизм свободного расцепления;

16 – вилка привода тяги;

17 – привод тяги;

18 – включающий рычаг

В месте расположения оловянной напайки возникает дуга. Дуга расплавляет прово­локу по всей длине. Фарфоро­вая трубка заполнена кварце­вым песком 7. Для того чтобы не высыпался песок из трубки, отверстие в колпачке закрывается крышкой 9.

Крышка 9 наплавляется на колпачок 8. В крышке 1 уста­новлен указатель срабатывания предохранителя 2. Указатель 2 с помощью проводника 10 сжимает пружину 3, которая расположена в стакане 4. Когда перегорают основные плавкие встав­ки 6, сгорает плавкая вставка 10. В результате пружиной 3 указатель выбрасы­вается наружу из стакана 4. Когда выключатель совместно с предохранителем подвержен вибрации или ударам, а также, при номинальных токах ниже 8 А и номинальных напряжениях 2кВ, плавкие вставки наматываются на ребри­стый керамический сердечник. Наличие сердечника увеличивает длину плавкой вставки. Увеличивается эффект токоограничения. В таких предохранителях при небольших перегрузках нагрев плавкой вставки может вызвать образование проводящего канала по поверхности каркаса, что приведёт к расплавлению предохранителя, Применение кварцевого песка в нормальном режиме работы установки эффектно для отвода тепла от плавкой вставки. Расчётное значение плавкой вставки можно уменьшить по сечению. Песок интенсивно отводит теп­ло от дугового столба, что способствует гашению дуги. Однако надо учитывать, что свойства кварцевого песка нарушаются в случае попадания в него влаги. Поэтому при изготовлении предохранителей следует особое внимание уделять герметизации патрона. Места пайки и цементирующей замазки, используемой для крепления колпаков, следует окрашивать специальной краской. Обычно для этой цели применяется эмаль. Если в процессе эксплуатации происходит пере­горание плавкой вставки предохранителя, то его перезарядка в производствен­ных условиях практически исключена. Увеличение напряжения электроустано­вок усложняет применение плавких предохранителей в первую очередь из-за увеличения их габаритов. Особенно трудно обеспечить надежную работу пре­дохранителей установок работающих на открытом воздухе. Присутствие влаги в атмосфере способствует увлажнению наполните

Рис. 5. Патрон предохранителя с кварцевым наполнителем,

где 1 - крышка;

2 - указатель;

3 – пружина;

4 – стакан;

5 – фарфоровая трубка;

6 – основные плавкие вставки;

7 – кварцевый песок;

8 – колпачок;

9 – крышка;

10 - плавкая вставка

ля. С попаданием в предохра­нитель влаги теряется его способность гасить дугу.

1.4. Выбор выключателей

Многие задачи, связанные с проектированием систем электроснабжения, сводятся к выбору и проверке электрооборудования по соответствующим пара­метрам и характеристикам. Параметры и характеристики выключателей сравни­ваются с однотипными параметрами и характеристиками сети. При этом номи­нальное напряжение Uн. в. выключателя должно быть не меньше номинального напряжения Uс сети, т. е.

Номинальный ток Iн. в выключателя, аналогично его напряжению, дол­жен быть больше большего тока Iс. сети

Отключающий ток, Iотк. в иногда его называют номинальный ток отклю­чения выключателя, должен быть больше действующего значения тока корот­кого замыкания сети IК. З. , отнесённого к моменту расхождения дугогасителных контактов выключателей

Наибольшее значение тока короткого замыкания наблюдается при трехфазных коротких замыканиях. Отключающая (номинальная) мощность выключателя определяется из условия

Не сразу выключатель отключает токи короткого замыкания, возникшие в сети. Дугогасительные контакты выключателя разойдутся спустя некоторое время t после возникновения К. З.

где tз. - время действия релейной защиты;

tв. – собственное время действия выключателя.

Возможны случаи, когда выключатель до двух – трёх раз включается на короткое замыкание сети с последующим автоматическим отключением. Согласно ГОСТу номинальный ток отключения выключателя без использования АПВ должен гарантироваться при цикле

О - 180 - ВО -180 - ВО,

где О - обозначает отключение выключателем тока К. З. при наличии ре­лейной защиты без выдержки времени;

180 - промежуток времени в 180с между последовательными опера­циями выключателя;

ВО - операция включения на К. З. выключателя из отключённого положения и немедленно следующей за ней, без выдержки времени, операции отключения.

Когда выключатель работает в циклах повторного АВП, возможно уменьшение номинального тока отключения. Выбранный выключатель следует проверять на электродинамическую и термическую устойчивость. Электроди­намическая стойкость определяется по току, который должен быть больше наи­большего значения ударного тока цепи

Проверка выключателя на термическую устойчивость состоит в сравнении допустимого количества тепла, которое может быть выделено в выключа­теле без опасения изменения его электротехнических параметров и характери­стик, с количеством тепла, выделяемого током К. З. за время протекания этого тока. Поэтому условие термической устойчивости состоит в том, что

где It - ток термической устойчивости, задаётся заводом изготовителем;

t - расчётное время;

I¥ - значение установившегося тока К. З.;

tq - фактическое время действия тока К. З.

Заводами-изготовителями проводятся проверочные испытания выключателей с учётом скорости восстановления напряжения. В зависимости от места установки выключателя в системе в некоторых случаях целесообразно рассчи­тать скорость восстановления напряжения в рассматриваемой сети и получен­ные результаты сравнить со значениями заводских испытаний. Вызвано это тя­жёлыми условиями работы выключателей, особенно когда их используют для отключения коротких замыканий, возникших на шинах мощных генераторов, трансформаторов или при неудалённых токах снизить скорость вос­становления напряжения, устанавливаются специальные шунтирующие рези­сторы. Определяющими параметрами выбора выключателя могут оказаться время отключения и время повторного включения системы. Особенно это нуж­но учитывать для мощных системных выключателей, от работы которых зави­сит устойчивость параллельно работающих сетей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основными аппаратами распределительных устройств служит выключатель. От его надёжной работы зависит нормальное функционирование системы электроснабжения. В зависимости от технических параметров выключателей осуществляется построение остальных аппаратов высокого напряжения, таких как разрядники, отделители, короткозамыкатели, трансформаторы тока и напряжения. Особое место занимают выключатели нагрузки, предназначенные для отключения нагрузки, но не токов короткого замыкания.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Александров аппараты высокого напряжения. Л. :

Энергоатомиздат, 19с.

2. , Жаворонков высокого напряжения. Учебное пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 19с.

3. , , Высоковольтное электрооборудование распределительных устройств Часть 2: Учебное пособие /Липецкий государственный технический университет. Липецк, 19с.