Назначение, основные параметры и принцип действия высоковольтных масляных и вакуумных выключателей

Вакуумные выключатели

Рисунок 13 – Вакуумный выключатель

Электрическая прочность вакуумного промежутка во много раз больше, чем воздушного промежутка при атмосферном давлении.

Рассмотрим вакуумный выключатель BB/TEL–6. В отличие от большинства существующих выключателей, в основу устройства BB/TEL заложен принцип раздельного управления контактами вакуумных дугогасительных камер фаз аппарата. Данный принцип позволил существенно уменьшить количество движущихся частей привода.

Вакуумные дугогасительные камеры установлены внутри полых опорных изоляторов, закреплённых на общем основании (рисунок 13). Подвижные контакты дугогасительных камер жестко соединены со своими приводами посредством изоляционных тяг, которые также располагаются внутри опорных изоляторов. Таким образом, все элементы конструкции полюса имеют общую ось симметрии, вдоль которой совершают возвратно-поступательное движение детали механизма. Это позволяет существенно упростить кинематическую схему BB/TEL, отказаться от применения нагруженных шарнирных и рычажных звеньев, что, в свою очередь, делает возможным создание коммутационного аппарата с высоким механическим ресурсом, не требующего обслуживания и регулировки в течение всего срока службы.

Приводы фаз располагаются внутри основания выключателя. Они механически соединены между собой посредством общего вала, который выполняет следующие функции:

- обеспечивает синхронизацию фаз, предохраняя от неполнофазных режимов работы;

- приводит в действие вспомогательные контакты выключателя;

- обеспечивает механическую блокировку работы РУ, в котором установлен BB/TEL;

- управляет визуальными индикаторами положения BB/TEL.

На рисунке 14 представлен пример конструкции выключателя с номинальным током 1000 А. Конструкция выключателя с номинальным током 1600 А аналогична, но имеет отличия в части устройства элементов главной токоведущей цепи с целью обеспечения большей пропускной способности

Рисунок 14 – Вакуумный выключатель BB/TEL–6

Электромагнитный привод с магнитной защёлкой может находиться в двух устойчивых положениях – ОТКЛЮЧЕНО и ВКЛЮЧЕНО. Фиксация якоря в этих положениях производится без применения механических защёлок, и обеспечивается:

- силой упругости отключающей пружины в положении ОТКЛЮЧЕНО;

- силой, создаваемой остаточным магнитным потоком кольцевого постоянного магнита, в положении ВКЛЮЧЕНО.

Операция включения и отключения производится путём подачи управляющих импульсов напряжения разной полярности на однообмоточную катушку электромагнитного привода.

В момент размыкания контактов в вакуумном промежутке коммутируемый ток инициирует возникновение электрического разряда, называемого «вакуумная дуга». Существование «вакуумной дуги» поддерживается за счёт металла, испаряющегося с поверхности контактов в вакуумный промежуток. Плазма, образованная ионизированными парами металла, является проводником тока и поддерживает его протекание между контактами до момента перехода через ноль. В этот момент дуга гаснет, а оставшиеся пары металла мгновенно (за 7-10 микросекунд) конденсируются на поверхности контактов и других деталей дугогасительной камеры, восстанавливая электропрочность вакуумного промежутка. В это же время на разведенных контактах восстанавливается приложенное к ним напряжение. Если при восстановлении напряжения на поверхности контакта (как правило, анода) остаются перегретые участки, они могут служить источником эмиссии заряженных частиц, вызывающих пробой вакуумного промежутка, с последующим протеканием тока через него. Для избежания подобных отказов необходимо управлять вакуумной дугой, равномерно распределяя тепловой поток по всей поверхности контактов. Наиболее эффективным способом управления дугой является наложение на неё продольного (сонаправленного с направлением тока) магнитного поля, которое индуцируется самим током. Данный способ применён в вакуумных дугогасительных камерах, которые разработаны и производятся предприятием «Таврида Электрик».

Эта конструкция имеет явные преимущества:

- высокая отключающая способность;

- минимальные габариты и вес;

- малая величина тока среза (4-5 ампер), ограничивающая коммутационные перенапряжения до безопасных величин;

- продольное магнитное поле минимизирует коммутационный износ контактов (эрозию) и обеспечивает значительный коммутационный ресурс.

Для управления (включения и отключения) выключателями, а также для сопряжения с существующими цепями релейной защиты и управления предназначены блоки управления BU/TEL различных типов.

При выполнении операций ВКЛ/ОТКЛ на катушки электромагнитных приводов выключателя разряжаются предварительно заряженные конденсаторы блоков управления. Таким образом обеспечивается строгое дозирование электрической энергии, что позволяет снизить совокупное разрушительное воздействие на контактную систему ВДК электроэрозионных, тепловых и механических факторов, что в свою очередь способствует повышению коммутационного и механического ресурса всего вакуумного выключателя.

Масляные выключатели

Масляные выключатели (МВ) – коммутационные аппараты, которые предназначены для включения-отключения токов (нагрузки и короткого замыкания - к.з.).

Масляные выключатели бывают многообъемные и малообъемные.

Малообъемным масляным выключателем называют отключающий аппарат, в котором содержится небольшое количество масла только для гашения электрической дуги в выключателе.

Одним из наиболее конструктивно совершенных и широко распространенных высоковольтных отключающих аппаратов является малообъемный масляный подвесной выключатель ВМП-10.

Выключатели этого типа изготавливаются на напряжение 10кВ двух типоразмеров:

- - для ячеек типа КСО и наборных ячеек ЗРУ – ВМП-10, ВМП-10У (У-усиленные, предназначенные для работы при частых коммутационных операциях – до 50 тыс. операций без нагрузки)

- - для КРУ – ВМП-10К, ВМП-10КУ с номинальными токами 600, 1000 и 1500А и током отключения 20 кА.

Интервал предельных температур «-40» – «+40» град.С. Выключатель может сочленяться с приводами: ПЭ-11, ППМ-10, ПП-67. Коммутационный ресурс - 6 отключений коротких замыканий. Механический ресурс – 1500 операций «Вкл.-Откл.».

Маломасляный выключатель ВМП-10К. Полюсы выключателя смонтированы на сварной раме (рисунок 15).

Рисунок 15 - Устройство масляного выключателя ВМП-10К а - внешний вид выключателя; б - разрез фазы выключателя; 1 - стальная рама; 2 - отключающая пружина; 3 - двуплечный рычаг; 4 - вал выключателя; 5 - пружинный демпфер; 6 - болт заземления; 7 - опорный изолятор; 8 - бачок фазы; 9 - масляный демпфер; 10 - маслоуказатель; 11 - изолирующая тяга; 12 - рычаг; 13 - выпрямляющий механизм; 14 - маслоотделитель; 15 - канал для выхода газа; 16 - крышка; 17 - пробка маслоналивного отверстия; 18 - отверстия маслоотделителя; 19 - корпус; 20 - рычаг; 21 - контактный стержень; 22 - стеклоэпоксидный цилиндр; 23 - центральный канал камеры; 24 - боковой выхлопной канал; 25 - дугогасительная камера; 26 - нижняя крышка фазы; 27 - маслоспускная пробка; 28 - отводящая шина; 29 - неподвижный контакт; 30 - нижний фланец; 31 - буферное пространство; 32 - масляный карман; 33 - подвижный контакт; 34 - верхний вывод; 35 - подводящая шина; 36 - токосъемные ролики;

Внутри рамы расположены общий приводной вал с рычагами, отключающие пружины, пружинный и масляные демпферы.

На раме установлены опорные изоляторы, на которых установлены полюсы. У масляного выключателя типоисполнения ВМП-10К в целях уменьшения габаритов ячеек КРУ ширина рамы и всего МВ снижена до 666 мм, из-за чего расстояние между осями полюсов уменьшено до 230 мм, а между полюсами установлены изоляционные перегородки. Полюс выполнен в виде изолирующего цилиндра, на концах которого заармированы металлические фланцы.

На верхнем фланце укреплён корпус с подвижным механизмом, токоведущим стержнем, роликовым токосъёмным устройством и маслоотделителем. К нижнему фланцу крепится крышка с розеточным контактом и указателем уровня масла.
Токоведущая цепь выключателя состоит из верхнего контактного вывода, направляющих стержней, токосъёмных роликов, токоведущего стержня (свечи), розеточного контакта и нижнего контактного вывода.

Переход тока от подвижного контакта (свечи) к направляющим стержням происходит через подвижные конические ролики. Они собраны попарно и прижимаются пружинами к свечам и направляющим стержням. Величина контактного давления не регулируется. Поверхности направляющих стержней, роликов, свечей и ламелей розеточных контактов для уменьшения переходного сопротивления посеребрены. Для повышения стойкости контактов к действию электрической дуги и увеличения срока службы съёмный наконечник свечи и концы ламелей розеточного контакта облицованы дугостойкой металлокерамикой.
Ламели розеточного контакта через гибкие связи подсоединены к нижней крышке, служащей одновременно и контактным выводом. Нажатие ламелей на токоведущий стержень создаётся пружинами, опирающимися на общее кольцо из латуни.
Масляный демпфер предназначен для смягчения удара при отключении выключателя. Пружинный буфер предназначен для смягчения удара при включении МВ, кроме того его пружина увеличивает усилие при отключении выключателя и повышает скорость размыкания контактов. Внутри изолирующего цилиндра над розеточным контактом установлена дугогасительная камера.

При гашении электрической дуги трансформаторное масло, выбрасываемое из дугогасительной камеры устремляется вверх. Часть масла доходит до маслоотделителя ударяется об него и стекает вниз. Газы проходят через отверстия в маслоотделителе и далее через канал в крышке наружу. Крышка изготавливается из изоляционного материала, в ней имеется маслоналивное отверстие закрытое резьбовой пробкой.

На нижнем фланце полюса ВМП-10 имеется маслоуказатель, предназначенный для контроля за уровнем масла в полюсе. На стеклянной трубке две отметки в пределах между которыми должен находиться уровень масла.

Текущий ремонт масляного выключателя выполняется 1 раз в год. Капитальный ремонт 1 раз в 6 лет.