Классификация воздушных выключателей

По назначению воздушные выключатели разделяются на следующие группы:

1. 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;

2. 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;

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

4. выключатели специального назначения.

По виду установки воздушные выключатели можно разделить на следующие группы:

1. опорные;

2. подвесные (подвешиваются к портальным конструкциям на ОРУ);

3. выкатные (имеют приспособления для выкатки из РУ);

4. 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.

-