Конспект лекций по предмету электрические аппараты (стр. 18 )

Расцепитель напряжения независимый (рис. 13-6, в) представляет собой электро­магнит, который притягивает свой якорь при включении катушки на соответствую­щее напряжение. Своим концом якорь воздействует на расцепляющее устройство и отключает выключатель.

Пример исполнения комбинированного (электротеплового и электромагнит­ного) расцепителя приведен на рис. 13-7. При перегрузках срабатывает электротепловой расцепитель: биметаллическая пластинка 2 вследствие нагрева изгибается и винтом 3 поворачивает отключающий валик 4. При коротком замыкании сра­батывает электромагнитный расцепитель, состоя­щий из сердечника 7 и якоря 5, охватывающих токопровод 6. Электромагнитный расцепитель воздействует на тот же отключающий валик. Для ограничения тока через биметаллическую пластинку служит шунт 1.

Вспомогательные контакты. Вспомогатель­ные контакты служат для производства переклю­чений в цепях управления, блокировки и сигнали зации в зависимости от коммутационного положения выключателя. Они выпол­няются обычно в виде отдельного блока, связанного с подвижной системой выключателя.

Рис. 21. Общий вид выключателя серии ВА51 и устройство расцепителей автоматического выключателя.        1

а - эл. магнитного расцепителя; б - теплового расцепителя; в - минимального напряжения.

1- управляющий орган; (сердечник а), (биметаллическая пластина б), (якорь в);

2- рычаг, 3 - защелка; 4 - рычаг защелки; 5 - пружина растяжения.

Аппараты высокого напряжения

Выключатели высоковольтные

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Аппараты высокого напряжения, являясь в основном аппаратами распредели­тельных устройств, служат для распределения мощных потоков электроэнергии и управления ими, обеспечения надежной работы энергоустановок и систем при аварийных режимах. ГОСТ 687 — 78 регламентирует для них напряжения от 3 кВ и выше. В настоящее время широко используется напряжение до 750 к разработаны и внедряются аппараты для систем напряжением 1150 кВ.

В современных мощных энергосистемах номинальные токи на шинах (Uном>110 кВ) достигают 8 — 12 кА, а на ответвлениях — до 4 — 5 кА. На шинах генераторного напряжения (Uном = 16...27 кВ) номинальные токи достигают 7 — 50 кА в зависимости от мощности генератора. Для обеспечения наиболее ответ­ственного режима работы — режима короткого замыкания (КЗ) наибольший ток КЗ, на который создавались аппараты высокого напряжения, достиг 63 кА. В систе­мах напряжением до 420 кВ ожидается возрастание токов КЗ до 80 кА, а при генераторных напряжениях токи КЗ достигают 180 кА.

Быстрый рост номинальных напряжений энергосистем, возрастание токов ко­роткого замыкания и номинальных токов ставят задачи по созданию аппаратов высокого напряжения, удовлетворяющих повышенным требованиям.

К основным аппаратам распределительных устройств (не только высокого на­пряжения) относятся выключатели, разъединители и построенные на их базе реак­торы и разрядники, а также измерительные трансформаторы тока и напряжения, предохранители. Главными являются выключатели, определяющие развитие всей этой области аппаратов.. Предохранители рассматриваются совместно с низковольтными предохранителями.

Выключатели осуществляют оперативные включения и отключения, а главное, защиту от токов КЗ. Кроме номинальных значений тока и напряжения основными показателями для них являются номинальные токи отключе­ния, включения и электродинамической стойкости, т. е. наибольшие токи КЗ, которые выключатель способен отключить, включить и пропустить через себя не разрушаясь.

Отключение больших токов короткого замыкания — сложнейшая задача. По способу гашения дуги высоковольтные выключатели могут быть масляные, воз­душные, элегазовые, вакуумные, электромагнитные и др. Отдельные типы выключа­телей с ограниченной отключающей способностью называют выключателями на­грузки. По конструкции выключатели каждого типа в зависимости, от выполняемых функций (назначения) в схемах распределительных устройств подразделяются на ге­нераторные, сетевые или подстанционные. Генераторные выключатели характери­зуются большими значениями номинальных токов и большими токами отключения при меньших напряжениях, сетевые — меньшими номинальными токами и более высокими напряжениями, подстанционные — наивысшими номинальными напряже­ниями, наиболее высокой отключающей способностью, быстродействием и нали­чием автоматического повторного включения (АПВ). Аппараты различаются еще по другим характеристикам — быстродействию, наличию АПВ, исполнению — для наружной или внутренней установки, по числу фаз, по роду привода и т. д.

Требования к выключателям.

Выключатель является наиболее ответственным аппаратом высоковольтной систе­мы. При отказе выключателя авария развивается, что ведет к тяжелым разрушениям и большим материальным поте­рям, связанным с недоотпуском электроэнергии, прекраще­нием работы крупных предприятий.

В связи с этим основным требованием к выключателям является особо высокая надежность их работы во всех экс­плуатационных режимах. Отключение выключателем лю­бых нагрузок не должно сопровождаться перенапряжения­ми, опасными для изоляции элементов установки. Отключе­ние цепи при КЗ должно происходить за минимально воз­можное время.

В связи с ростом мощности в единице оборудования (генераторах, трансформаторах) растет частота собствен­ных колебаний цепи, а следовательно, и скорость восстанов­ления напряжений. Выключатель должен обеспечивать на­дежное отключение цепи при условиях восстановления на­пряжения, определяемых ГОСТ 687—78.

Вывод выключателя из рабочего состояния для реви­зии и ремонта связан с большими трудностями, так как приходится либо переходить на другую схему распредустройства, либо просто отключать потребителя. В связи с этим выключатель должен допускать возможно большее число отключений КЗ без ревизии и ремонта. Современные выключатели могут отключать без ревизии до десяти КЗ при токе отключения, равном номинальному I0,ном..

Отключение выключателем КЗ не должно сопровож­даться выбросом из него пламени и раскаленных газов, что может привести к перекрытию изоляции в распределитель­ном устройстве.

       Классификация выключателей. Выключатели могут быть классифицированы по методу гашения дуги, виду изо­ляции токоведущих частей между собой и на землю, прин­ципам, заложенным в конструкцию дугогасительного уст­ройства.

В масляных выключателях дуга, образующаяся между контактами, горит в трансформаторном масле. Под дейст­вием энергии дуги масло разлагается и образующиеся га­зы и пары используются для ее гашения. В зависимости от способа изоляции токоведущих частей различают баковые выключатели и маломасляные. В первых токоведущие ча­сти изолируются между собой и от земли с помощью масла, находящегося в стальном баке, соединенном с землей. В ма­ломасляных выключателях изоляция токоведущих частей от земли и между собой производится с помощью твердых диэлектриков и масла.

В воздушном выключателе в качестве гасящей среды ис­пользуется сжатый воздух, находящийся в баке под дав­лением 1—5 МПа. При отключении сжатый воздух из бака подается в дугогасительное устройство. Дуга, образующая­ся в камере дугогасительного устройства (ДУ), обдувается интенсивным потоком воздуха, выходящим в атмосферу. Изоляция токоведущих частей между собой осуществляет­ся с помощью твердых диэлектриков и воздуха. В элегазовых выключателях гашение дуги осуществляется за счет охлаждения её двигающимся с большой скоростью элегазом (шестифтористой серой SF6), который используется и как изолирующая среда.

Электромагнитные выключатели по своему принципу аналогичны контакторам постоянного тока с лабиринтно - ­щелевой камерой. Гашение дуги происходит за счет увеличения сопротивления дуги вследствие её ин­тенсивного удлинения и охлаждения.

В вакуумных выключателях контакты расходятся под вакуумом (давление равно 10-4 Па). Возникающая при расхождении контактов дуга быстро гаснет благодаря ин­тенсивной диффузии зарядов в вакууме.

БАКОВЫЕ МАСЛЯНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Баковый масляный выключатель показан на рис. 18.2. В стальном баке  на маслонаполненных вводах распо­ложены дугогасительные устройства (камеры). Маслона­полненный ввод (проходной изолятор) служит для проведе­ния токоведущей цепи, находящейся под высоким напряже­нием, через металлическую стенку или другие преграды. Траверса перемыкает выходные контакты  камер (рис. 18.3). Горячие ионизированные выхлопные газы, выходя­щие из камер, могут вызвать перекрытие с камер на бак. Для предотвращения этого явления имеется баковая изо­ляция  (рис. 18.2).

Перемещение траверсы  происходит под действием штанги, движущейся по направляющим  под действием пружин механизма и пружин камер. На выключателе установлены магнитопроводы (рис. 18.2) со вторичными обмотками трансформаторов тока (в данном случае их четыре). Первичной обмоткой транс­форматоров являются токоведущие стержни вводов. Для сохранения вязкости трансформаторного масла при низких температурах предусмотрен электрический подогрев масла устройством (сопротивлением).

Вся внутренняя полость камеры заполнена тран­сформаторным маслом. При отключении контакты движутся вниз под действием пружины камеры. В каждом раз­рыве образуется дуга. Под действием энергии дуги масло разлагается на водород, метан и другие газы. В течение сотой доли секунды давление возрастает до 5—8 МПа. Не­обходимо отметить, что в момент прохождения тока через нуль дуга гаснет и подвод мощности к ней прекращается. Однако энергия, выделенная дугой на протяжении преды­дущего полупериода, создает в камере объем газа, в кото­ром запасена определенная энергия. Этот газ находится под высоким давлением. К моменту нуля тока это давление уменьшается, однако остается еще достаточно большим, чтобы создать газовый поток, охлаждающий дугу и восста­навливающий электрическую прочность дугового промежут­ка. После того как тело подвижного контакта откроет дуть­евую щель, создается поток газов и паров масла, охлаж­дающих и деионизирующих дугу. Следует отметить, что энергия, необходимая для гашения, выделяется самой ду­гой. Поэтому чем больше ток, тем больше давление в ка­мере и интенсивнее гашение дуги. При токах, близких к но­минальному току отключения, длительность дуги не более 0,02 с. Наибольшая длительность горения дуги наблюдает­ся при небольших индуктивных токах (500—2000 А).