Масляные выключатели. Типы, виды, устройство, работа маслянных выключателей.

Масляные выключатели - одни из первых коммутационных аппаратов в электроустановках высокого напряжения, применяются с конца прошлого столетия, не потеряли своего значения и широко используются в настоящее время. В СССР это основной вид выключателей на 6—220 кВ.

Различают выключатели масляные баковые — с большим объемом масла, масло служит и как дугогасящая среда, и как изоляция, и выключатели маломасляные — с малым объемом масла, масло служит только дугогасящей средой.

На напряжения 35-220 кВ применяются в основном баковые выключатели. Маломасляные выключатели являются основными на напряжение до 10 кВ. И это положение сохранится надолго, особенно если будут повышены их номинальные токи до 4 кА, а отключаемый ток - до 40— 50 кА. Начинают все более широко применяться маломасляные выключатели в наружных установках на 110 и 220 кВ при условии их достаточной отключающей способности (серия ВМТ).

Достоинства масляных выключателей — относительная простота конструкции, большая отключающая способность и независимость от атмосферных явлений. Недостатком, особенно баковых выключателей, является наличие большого количества масла, что приводит к большим габаритам и массам как самих выключателей, так и распределительных устройств, повышенной пожаро- и взрывоопасности, необходимости специального масляного хозяйства.

Риунок 1-1. Полюс масляного бакового выключателя на 220 кВ

1 — бак; 2 — дугогасительная камера; с неподвижными контактами и шунтирующим резистором; 3 — изоляция бака; 4 — ввод; 5 — приводной механизм;6 — трансформатор тока; 7 — направляющее устройство; 8 — шунтирующий резистор; 9 - изоляционная тяга; 10 -траверса с подвижными контактами;II — положение траверсы после отключения

Выключатели масляные баковые. Эти выключатели на напряжение до 20 кВ и относительно малые токи отключения выполняются большей частью однобаковыми (три полюса в одном баке), на напряжение 35 кВ и выше - трехбаковыми (каждая фаза в отдельном баке) с общим или индивидуальными приводами. Выключатели могут снабжаться электромагнитными или пневматическими приводами и работают с автоматическим повторным включением (АПВ).

Основой конструкции выключателя (рис. 1-1) является бак цилиндрической или эллипсоидальной формы, внутри которого и на нем монтируются контактная и дугогасительные системы, вводы и привод. Бак заливается до определенного уровня трансформаторным маслом. Между поверхностью масла и крышкой бака должен остаться некоторый свободный объем (обычно 20 — 30 % объема бака) — воздушная буферная подушка, сообщающаяся с окружающим пространством через газоотводную трубку. Воздушная подушка снижает давление, передаваемое на стенки бака при отключении, исключает выброс масла из бака и предохраняет выключатель от взрыва при чрезмерном давлении.

Высота уровня масла над местом разрыва контактов должна быть такой, чтобы исключить выброс в воздушную подушку горячих газов, выделяющихся при отключении вследствие разложения масла. Прорыв этих газов может при определенных их соотношениях привести к образованию взрывчатой смеси (гремучего газа) и взрыву выключателя. Высота уровня масла над местом разрыва контактов определяется номинальными напряжениями и током отключения и может составлять от 300—600 мм в выключателях на напряжение 6—10 кВ и до 2500 мм в выключателях на напряжение 220 кВ.

При напряжениях 3—6 кВ и малых отключаемых токах применяется простой разрыв в масле. При напряжениях 10, 35 кВ и выше в зависимости от значений напряжения и отключаемого тока используются как простые, так и более сложные дугогасительные устройства с продольным, поперечным, продольно-поперечным дутьем, с одно- и многократным разрывом.

Пример дугогасительной камеры с промежуточным контактом и продольным дутьем, применяемой в выключателях на 110 и 220 кВ, приведен на рис. 9-2. При отключении сначала размыкаются контакты 2 и 1, а затем контакты 1 и 8. Дуга между контактами 2 и 1 (генерирующая) создает повышенное давление в верхней полукамере. Газопаровая смесь и частички масла устремляются в сообщающийся с объемом бака полый контакт 8, создавая интенсивное продольное дутье и гася дугу. При отключении больших токов давление в камере к моменту расхождения контактов 1 и 8 достигает 4-5 МПа. После отключения камера заполняется свежим маслом через нижнее отверстие полукамеры 7.

Масляные баковые выключатели на напряжение 35 кВ и выше имеют встроенные трансформаторы тока. На внутреннюю часть проходного изолятора надеты, и укреплены под крышкой выключателя сердечники со вторичными обмотками (один или два на изолятор). Токоведущий стержень проходного изолятора служит первичной обмоткой. Выключатели на напряжение 110 кВ и выше могут иметь емкостные трансформаторы напряжения, для выполнения которых используются обкладки маслонаполненных вводов конденсаторного типа, и трансформаторы напряжения с индуктивной катушкой.

Выключателя маломасляные. В отличие от масляных баковых выключателей масло служит здесь только дугогасящей средой, а изоляция токоведущих частей и дугогасительного устройства относительно земли осуществляется с помощью твердых изоляционных материалов (керамика, текстолит, эпоксидные смолы и т.п.). Диаметры цилиндров у этих выключателей значительно меньше по сравнению с диаметрами баков масляных баковых выключателей, соответственно намного меньше объем и масса заливаемого в цилиндры масла. Меньшая, чем у бакового выключателя, прочность корпуса по отношению к давлениям, создаваемым при отключении предельных токов короткого замыкания, ограничивает отключающую способность маломасляного выключателя.

Рис. 1-2. Дугогасительная камера с промежуточным контактом и продольным дутьем.

1—промежуточный контакт с пружиной; 2— неподвижный контакт с пружиной; 3 — верхняя полукамера, металлическая; 4 — детали соединения с токоподводящим стержнем; 5 — гибкая связь; б — перегородка; 7 — нижняя полукамера, изоляционная; 8 — подвижный контакт.

Маломасляные выключатели имеют существенно меньшие габариты и массу, меньшую взрыво- и пожароопасность и требуют меньших и более дешевых распределительных устройств по сравнению с масляными баковыми выключателями. Наличие в маломасляных выключателях встроенных трансформаторов тока и емкостных трансформаторов напряжения значительно усложняет конструкцию выключателей и увеличивает их габариты, поэтому маломасляные выключатели выполняются без органической связи с такими трансформаторами.

Выключатели по компоновке выполняются с дугогасительными камерами внизу (ход подвижного контакта сверху вниз) и с камерами, расположенными сверху (ход подвижного контакта снизу вверх). Последние более перспективны в отношении повышения отключающей способности. Применяются выключатели для внутренней установки как распределительные и генераторные и для внешней установки как распределительные и подстанционные.

На рис. 1-3 приведен общий вид выключателя типа ВМПЭ-10 на 10 кВ и токи 630, 1000, 1600 А (в зависимости от сечения токопровода и контактов), номинальный ток отключения 20 и 31,5 кА, время отключения выключателя с приводом 0,12 с, время горения дуги при номинальных токах отключения не более, 0,02 с. Выключатель смонтирован на сварной раме 3. Внутри рамы расположен приводной механизм, который передает движение от привода к подвижным контактам и состоит из приводного вала 5 с рычагами, изоляционной тяги 4, отключающих пружин, масляного б и пружинного демпферов. К раме с помощью изоляторов 2 подвешены три полюса 1 выключателя.

Каждый полюс (рис. 1-4) состоит из прочного влагостойкого изоляционного цилиндра 5, армированного на концах металлическими фланцами 3 и 6. На верхнем фланце укреплен корпус 9 из алюминиевого сплава. Внутри корпуса расположены приводной механизм 13 и подвижная контакт-деталь 14 с роликовым токосъемным устройством с роликовым токосъемным устройством 8 и маслоуловителем 12. Корпус закрывается крышкой 10, имеющей отверстие для выхода газов и пробку 11 маслоналивного отверстия.

Рис. 1-3. Выключатель маломасленый на 10 кВ для внутренней установки (тип ВМПЭ-10) – общий вид.

Рис. 1-4. Полюс выключателя, изображенного на рисунке 1-3.

Нижний фланец закрывается крышкой 1, внутри которой расположена неподвижная розеточная контакт-деталь 2, над которой установлена дугогасительная камера 4 поперечного масляного дутья. Снизу крышки помещена маслоспусковая пробка 16, на фланце установлен маслоуказатель 15.

Для повышения стойкости контактов к действию электрической дуги и увеличения срока их службы съемный наконечник подвижной контакт-детали и верхние торцы ламелей розеточного контакта облицованы дугостойкой металлокерамикой. Токоподвод осуществляется к нижней крышке и к верхней крышке или среднему выводу 7. Выключатель может иметь встроенные элементы защиты и управления, такие, как реле максимального тока мгновенного действия и с выдержкой времени, реле минимального напряжения, отключающие электромагниты, вспомогательные контакты и т. п.

Общий вид маломасляного генераторного выключателя приведен на рис. 1-5. Особенностью конструкций этих выключателей является токопровод, имеющий два параллельных контура: основной, контакты которого расположены открыто, и дугогасительный, контакты которого находятся в дугогасительных камерах внутри бака. На рис. 1-6 представлена функциональная электри ческая схема выключателя, изображенного на рис. 1-5. Основной контур образуют токоподвод 11, токоведущая шина 70, основные контакты 9, основная шина траверсы 8 и соответствующие позиции 9, 10 я 11 второго бака. Дугогасительный контур — основная шина 10, медные скобы 12, соединяющие основную шину с баком, стенки бака 3, неподвижный дугогасительный контакт 13, дуга (в момент отключения) 14, подвижный дугогасительный контакт 15 и соответствующие позиции 15, 14, 13, 3. 12, 10 второго бака. При включенном положении выключателя оба контура работают параллельно. Преобладающая часть тока проходит через основной контур, имеющий по сравнению с дугогасительным значительно меньшее сопротивление. При отключении сначала размыкаются основные контакты, дуга на них не возникает, весь ток переходит в дугогасительный контур. Затем размыкаются дугогасительные контакты, отключая цепь. Выключатели выполняются с двукратным разрывом на фазу, с камерами различной конструкции.

Рис. 1-5. Выключатель маломасляный генераторный (тип МГУ-20)

1—основание; 2 — опорный изолятор; 3, 5—бак; 4 — внутриполюсная перегородка; б — междуполюсная перегородка; 7 — газоотвод; 8 - траверса с шинами основного и дугогасительного контуров; 9-основные контакты; 10 — токоведущая шина; 11 — токоподвод

Рис. 1-6. Функциональная электрическая схема выключателя, изображенного на рис. 1-5:

а—включенное положение; б—момент отключения

Рис. 1-7. Выключатель маломасляный колонковый для внешней установки

1 - основание; 2 и 9 - неподвижные контакты; 3 — опорная изоляционная колодка; 4 - роликовый токоподвод; 5 — фарфоровая рубашка; 6 — подвижный контакт; 7 — дугогасительное устройство; 8 — промежуточный контакт; 10 — изоляционный цилиндр

Для увеличения номинального тока применяется искусственный обдув контактной системы и подводящих шин. В последние годы находит применение жидкостное (водяное) охлаждение контактов и шин.

Выключатель маломасляный для внешней установки (распределительный, подстанционный) показан на рис. 1-7. Выключатель состоит из трех основных частей:

гасительных устройств, помещенных в фарфоровые рубашки; фарфоровых опорных колонок и основания (рамы). Изоляционный цилиндр, охватывающий дугогасительное устройство, защищает фарфоровую рубашку от больших давлений, возникающих при отключении. Число разрывов на фазу может быть один, два и больше. Расположение камеры сверху более перспективно для повышения отключающей способности.