Конспект лекций по предмету электрические аппараты (стр. 20 )

В выключателях с открытым отделителем размыкание дугогасительных контактов и га­шение дуги осуществляются одним и тем же потоком сжатого воздуха, посту­пающего из отдельного резервуара. Контакты (один или оба) выполнены в виде контактно-поршневых механизмов. Во включенном положении выключателя в ду­гогасительном устройстве и в отделителе все контакты замкнуты. При подаче команды на отключение сжатый воздух из резервуара подается в дугогасительную камеру, размыкает контакты и гасит дугу. Обычно параллельно контактам вклю­чается шунтирующий резистор, облегчающий гашение дуги. После погасания дуги на основных дугогасительных контактах размыкается отделитель, который отклю­чает оставшийся ток. Отделитель может выполняться открытым (до 35 кВ) или в виде воздухонаполняемых камер. После погасания дуги на отделителе подача воздуха в дугогасительные камеры прекращается и контакты под действием пру­жин замыкаются. Контакты же отделителя остаются разомкнутыми, обеспечивая необходимое изоляционное расстояние для разомкнутой цепи.

В выключателях без отделителя широко применяются воздухонаполненные металлические камеры (резервуары), в которых размещены дугогасительные устройства. Привод контактов отделен от гасящей среды. При размыкании контак­тов открываются выхлопные клапаны камер и сжатый воздух, вытекая из камер через соответствующие сопла контак­тов, гасит дугу. Контакты могут выполняться одно - и двухступенчаты­ми. Число последовательно включен­ных дугогасительных устройств опре­деляется номинальным напряжением выключателя. Изоляционный проме­жуток в отключенном положении обеспечивается расхождением этих же контактов на соответствующее рас­стояние. Ниже приведены примеры исполнения выключателей.

Выключатель с открытым отделителем.

На рис. 18.16 упрощен­но показан воздушный выключатель типа ВВП-35 для электротермичес­ких установок. Параметры выключателя: номинальное напряжение 35 кВ, номинальный ток 1250 А, номинальный ток отключения 20 кА, время отключения 0,08 с, номинальное давление 2 МПа. Особенностью вы­ключателя является возможность многократной коммутации номиналь­ного тока. Принципиальной особенностью ВВП-35 является наличие отделителя 1, включенного последовательно с ДУ 3. В ДУ продольного дутья ток отключения зависит от отношения l/d, где l — расстояние между контактами, d — диаметр сопла ДУ. Для одностороннего сопла наибольшее значение тока отключения достигается при l/d = 0,33. Диа­метр сопла d определяется значением тока отключения. После отклю­чения обычно в ДУ устанавливается атмосферное давление и расстоя­ние

l =0,33d  может пробиваться восстанавливающимся напряжением, Поэтому последовательно с ДУ включается отделитель, назначение которого создавать надежный изоляционный промежуток после гашения дуги и смыкания контактов ДУ. При отключении сначала расходятся контакты в ДУ и дуга гаснет, затем расходятся контакты разъедините­ля. После этого подача сжатого воздуха в ДУ прекращается и контакты ДУ смыкаются. Включение выключателя производится замыканием контактов отделителя 1 и 2. Работа узлов выключателя описывается ниже.

Сжатый воздух находится в стальном баке 4. На стеклоэпоксидной трубе 5 расположено ДУ 3. Цепь высокого напряжения присоединяет­ся к выводам 9 и 7. Последовательно с ДУ включены контакты 1, 2. Неподвижный контакт отделителя 2 укреплен на стеклопластиковом цилиндре 8. Привод ножа отделителя осуществляется через изоляцион­ную штангу 6. Для ограничения перенапряжений, возникающих при отключении ненагруженных трансформаторов, дуговой промежуток шунтирован нелинейным резистором 16.

Рис.  Выключатель типа ВВП-35 и его дугогасительное устройство.

При отключении электромагнит воздействует на пусковой клапан 18 и сообщает с атмосферой полость справа от поршня 10. Под действием сжатого воздуха поршень 10 пере­мещается вправо вниз и открывает главный клапан 11. Сжатый воздух из бака 4 поступает по трубе 5 в ДУ. В ДУ (рис. 18.17) под действием сжатого воздуха поршень 12 вместе с подвижным трубчатым контак­том 13 поднимается вверх. Дуга между контактами 13 и 14 интенсивно охлаждается сжатым воздухом. Предельная длина дуги ограничивается электродом 15. Длительность горения дуги составляет 0,5—1,5 полупериода.

Во время работы ДУ сжатый воздух подается в привод отделителя. После погасания дуги привод переводит нож отделителя 1 в положе­ние, обозначенное пунктиром. После отключения клапан И закрывается и под действием пружины 17 контакты ДУ замыкаются. Для включения выключателя изменяется направление потока сжатого воздуха, посту­пающего в привод отделителя, благодаря чему нож 1 и контакт 2 замы­каются. Из-за невысокой надежности отделителей такие выключатели не применяются в открытых распределительных устройствах (ОРУ). В ОРУ применяются выключатели с газонаполненным отделителем (се­рии ВВН), в которых контакты отделителя защищены от воздействия окружающей среды. В электротермических установках на напряжение 110 и 220 кВ используются выключатели серии ВВБ.

Элегазовые выключатели

Свойства элегаза. Дальнейшее повышение номиналь­ного напряжения и номинального тока в воздушных вы­ключателях наталкивается на большие трудности (давле­ние воздуха в ДУ достигает 4 МПа, что требует больших затрат на создание механически прочной и работоспособной конструкции выключателя). Решение задачи может быть получено путем использования вместо воздуха газа, кото­рый обладал бы более высокой электрической прочностью и отключающей способностью. Таким газом является ше­стифтористая сера SF6 — элегаз (электротехнический газ) По сравнению с воздухом этот газ обладает следую­щими преимуществами:

  1. Электрическая прочность в 2,5 раза выше, чем у воз­духа. При давлении 0,2МПа электрическая прочность эле­газа приближается к прочности трансформаторного масла.

2. Высокая удельная объемная теплоемкость (почти в 4 раза выше, чем у воздуха) позволяет увеличить нагрузку токоведущих частей и уменьшить массу меди в выклю­чателе.

3. Номинальный ток отключения камеры продольного дутья с элегазом в 5 раз выше, чем с воздухом.

4. Малая напряженность электрического поля в столбе дуги. Благодаря этому резко сокращается износ контактов, уменьшается эффект термодинамической закупорки сопла. Это позволяет увеличить расстояние между контактами, повысить напряжение на каждом контактном промежутке и допустимую скорость восстановления напряжения.

За рубежом опубликованы данные по одноразрывному выключателю на номинальное напряжение 750 кВ.

5. Элегаз является инертным газом, не вступающим в реакцию с кислородом и водородом, слабо разлагается дугой. Элегаз нетоксичен, хотя некоторые продукты разло­жения опасны.

Недостатком элегаза является высокая температура сжижения. Так, например, при давлении 1,31 МПа переход элегаза из газообразного состояния в жидкое происходит при температуре 0°С. Это заставляет использовать его либо с подогревающим устройством, либо при низком давлении. При давлении 0,35 МПа температура сжижения равна —40°С. Для электрических аппаратов применяется газ с высокой степенью очистки от примесей, что усложняет и удорожает его получение.

Конструкция элегазовых выключателей.

Дугогасящая способность элегаза наиболее эффективна при большой скорости его струи относительно горящей дуги. Возможны следующие исполнения ДУ с элегазом:

с автопневматическим дутьем. Необходимый для ду­тья перепад давления создается за счет энергии привода; с охлаждением дуги элегазом при её движении, вы­званном взаимодействием тока с магнитным полем; с гашением дуги за счет перетекания газа из резер­вуара с высоким давлением в резервуар с низким давлени­ем (выключатели с двойным давлением).

В настоящее время широко применяется первый спо­соб. Дугогасительное устройство с автопневматическим при­нудительным дутьем показано на рис. 18.22. Оно распола­гается в герметичном баке с давлением элегаза 0,2— 0,28 МПа. При этом удается получить необходимую элек­трическую прочность внутренней изоляции. При отключе­нии дуга возникает между неподвижным 1 и подвижным 2 контактами. Вместе с подвижным контактом 2 при отключении перемещаются сопло 3 из фторопласта, перегородка 5 и цилиндр 6. Так как поршень 4 при этом неподвижен, элегаз сжимается и его поток, проходя через сопло, про­дольно омывает дугу и обеспечивает её эффективное гаше­ние.

Рис. 18.22, Схема дугога­сительного устройства элегазового выключателя с ав­топневматическим дутьем

Рис.  Дугогасительная камера элегазового выключателя

Для КРУ разработан элегазовый выключатель с номи­нальным напряжением 110 и 220 кВ, номинальным током 2 кА и номинальным током отключения 40 кА. Время от­ключения 0,065с, время включения 0,08 с, номинальное дав­ление элегаза 0,55 МПа, привод пневматический с давле­нием воздуха 2 МПа.

Камера ДУ элегазового выключателя на 220 кВ с двумя разрывами на полюс показана на рис. 18.23. При включе­нии выключателя цилиндр 1 вместе со связанными с ним главным 2 и дугогасительным 3 контактами перемещается вправо. При этом труба 2 входит в розетку 5, а розетка 3 соединяется с контактом 4. Сопло из фторопласта 6 также перемещается вправо и надвигается на полый трубчатый контакт 4. В полость А засасывается элегаз, а из полости Б элегаз вытесняется.

При отключении цилиндр 1 и труба 7 перемещаются влево. Сначала расходятся главные контакты (2, 5), потом дугогасительные (3, 4). В момент размыкания контактов 3 и 4 возникает дуга, которая подвергается обдуву газом. Поршень 10 остается неподвижным. В области А образует­ся сжатый газ, а в области Б — разреженный. В результа­те газ перетекает из области А через полый контакт 7 в об­ласть Б через отверстия 8 и 9 под действием разности дав­лений рА—(—рБ)- Большой перепад давлений позволяет получить необходимую (критическую) скорость обдува ду­ги. При тяжелых условиях отключения (неудаленное КЗ) дуга гасится также за счет ее охлаждения в сопле 6 после выхода его с контакта 4.