Высоковольтные масляные выключатели приводы

Типы высоковольтных выключателей

Выключатели среднего и высокого напряжения с большим током отключения используются на электрических станциях и подстанциях. Они представляют собой сложную конструкцию, управляемую электромагнитными, пружинными, пневматическими или гидравлическими приводами.

По способу гашения дуги выключатели делятся на:

• 1. Элегазовые выключатели
• 2. Вакуумные выключатели
• 3. Масляные выключатели
• 4. Воздушные выключатели
• 5. Выключатели нагрузки
• Заключение

1. Элегазовые выключатели

Рисунок 1 – Конструкция элегазового выключателя

Элегазовый выключатель работает за счет изоляции фаз между собой с помощью газа(обычно используется электропроточный газ SF6 – так называемый «элегаз»). При поступлении сигнала отключения оборудования контакты камер размыкаются. Они создают электрическую дугу, которая размещается в газовой среде. Дуга разделяет газ на отдельные компоненты, а высокое давление в резервуаре способствует ее гашению.

• Многофункциональность(может использоваться при любом напряжении)
• Высокая скорость срабатывания
• Возможность использования в критических ситуациях(пожар, землетрясение)
• Большой срок службы

• Большая цена конструкцииНевозможность работы при низких температурах
• Сложность обслуживания
• Необходимость установки специального фундамента для такой конструкции

2. Вакуумные выключатели

Рисунок 2 – Конструкция вакуумного выключателя

Принцип действия вакуумного выключателя основывается на высокой диэлектрической прочности вакуума и его диэлектрических свойствах. В момент размыкания контактов в промежутке между ними возникает дуга за счет испарения металла с их поверхности. При переходе тока через ноль вакуум восстанавливает диэлектрические свойства и дуга больше не возникает.

Рисунок 3 – Принцип работы вакуумного выключателя

• Простота конструкции и ремонта
• Возможность работы не только в горизонтальном положении
• Надежность и длительный срок эксплуатации
• Компактность
• Низкая пожароoпасность

• Небольшой ресурс при КЗ
• Опасность возникновения коммутационных перенапряжений
• Высокая стоимость

3. Масляные выключатели

Рисунок 4 – Конструкция масляного выключателя

В дугогасительных устройствах масляных выключателей гашение дуги происходит при помощи ее эффективного охлаждения в потоке газа и пара, вырабатываемого при разложении и испарении масла

• Надежность
• Простота конструкции и эксплуатации
• Прочность

• Большие габариты
• Пожароопасность
• Сложность при установке

4. Воздушные выключатели

Рисунок 5 – Конструкция воздушного выключателя

Принцип работы воздушного выключателя состоит в гашении дуги с помощью скоростного потока сжатого воздуха, направляемого в дутьевые каналы. Под действием воздушного потока дуга растягивается и направляется в дутьевые каналы, где окончательно гасится.

• Высокая скорость срабатывания
• Высокая пожаробезопасность
• Большой срок службы

• Высокая стоимость оборудования и установки(компрессоры, ресиверы и т.д.)
• Необходимость регулярного обслуживания

5. Выключатели нагрузки

Выключатель нагрузки — высоковольтный коммутационный аппарат, который занимает промежуточное положение между разъеденителем и выключателем по уровню допустимой нагрузки комутационных токов. Способен отключать без повреждения как номинальные нагрузочные токи, так и сверхтоки при аварийных режимах. Выключатель нагрузки допускает коммутацию номинального тока, но не рассчитан на разрыв токов КЗ.

По принципу гашения дуги выключатели нагрузки классифицируются:

• Автогазовые(самый распространенный тип)
• Вакуумные
• Элегазовые
• Воздушные
• Электромагнитные

В распределительных сетях наиболее распространены конструкции выключателей нагрузки (ВНР, ВНА, ВНБ) с гасительными устройствами газогенерирующего типа.

Рисунок 6 – Выключатель нагрузки с гасительными устройствами газогенерирующего типа (BH) а – общий вид выключателя; б – гасительная камера

Как видно по рисунку, устройство основано на элементах трехполюсного разъединителя для внутренней установки. На опорных изоляторах разъединителя укреплены гасительные камеры. Но привод разъеденителя изменен для того, чтобы обеспечить достаточную скорость срабатывания при включении и отключении.

В положении «включено» ножи входят в гасительные камеры. Контакты разъединителя и скользящие контакты гасительных камер замкнуты. При отключении тока сначала отключаются контакты разъединителя, затем ток смещается через вспомогательные ножи в гасительные камеры. После этого размыкаются контакты в камере. Зажигаются дуги, которые гасятся в потоке газов, являющихся продуктами разложения вкладышей из оргстекла, находящихся в камере.
В положении «отключено» вспомогательные ножи находятся вне гасительных камер, обеспечивая достаточные изоляционные разрывы.

Заключение

Учитывая современные тенденции развития коммутационного оборудования, наиболее выгодными для использования являются элегазовые выключатели. Их основные достоинства обусловлены свойствами элегазов, т.к. при атмосферном давлении их диэлектрическая прочность в 3 раза больше, чем у воздуха, а при повышенном давлении больше, чем у трнасформаторного масла.

Также большими перспективами обладают и вакуумные аппараты благодаря большой скорости коммутации токов, малому весу и габаритам.
В современных условиях крайне важно уделять внимание вопросам модернизации оборудования или его замены. Для того, чтобы обеспечивать достаточную безопасность и стабильность работы систем необходимо своевременно обслуживать и заменять высоковольтное оборудование.

1. Л.Д.Рожкова;В.С.Козулин «Электрооборудование станций и подстанций »;второе издание,1980 г.
2. Б.Н.Неклепаев «Электрическая часть электростанций и подстанций »; 2-е издание, переработанное и дополненное
3. ГОСТ 19431-84 «Энергетика и электрификация. Термины и определения»

Высоковольтные масляные выключатели: краткое описание

Высоковольтные масляные выключатели (ВМВ) – вид высоковольтных выключателей, в которых в качестве изолирующей и дугогасящей среды используется специальное трансформаторное масло. По принципу работы масляный выключатель имеет существенное отличие от воздушного и элегазового, однако процесс гашения дуги несколько схож с процессами, происходящими в газовой среде. Основное отличие заключается в том, что гашение дуги происходит не самой средой выключателя, а продуктами распада, выделяющимися при нагреве масла до высокой температуры от столба дуги. Процесс образования газа, состоящего до 60% из водорода, и приводит к повышению давления в области горения дуги и расхождения контактов. У масляных выключателей в дугогасительных камерах предусмотрены специальные отверстия для выхода таких газов – дугогасительные щели. В зависимости от их расположения поток газов может проходить параллельно продольной оси столба дуги – продольное дутье, поперечно или под углом в одном направлении — поперечное дутье, либо перпендикулярно продольной оси дуги симметрично во встречных направлениях – встречное дутье.

По конструкции масляные выключатели можно разделить на два типа: баковые и маломасляные, отличающиеся по объему используемого масла и способу изоляции токоведущих частей. В баковых выключателях контактная система находится в резервуаре специальной формы (эллипсоидальной или цилиндрической), заполненном маслом на 70-80%, которое помимо функции гашения дуги является еще и основным изолирующим материалом. Поверх масла находится воздушная подушка, которая посредством газоотводной трубки с подпружиненной крышкой (обратный клапан), предохраняющей от попадания внутрь бака пыли и влаги, соединена с окружающей средой. При гашении дуги выделившийся газ поднимается через толщу масла, охлаждается и скапливается в воздушной подушке. При избыточном давлении (обычно возникает из-за скопления большого количества газа, выделяющегося при повторных отключениях и неуспевающего охладиться) срабатывает обратный клапан и избытки газа выходят в атмосферу.

В маломасляном выключателе основной изоляцией являются твердые диэлектрики (фарфор, керамика, текстолит, эпоксидные смолы). В связи с этим прочность корпуса у маломасляных выключателей меньше, чем у баковых, что приводит к снижению значений отключаемых токов. Выделяющийся при гашении дуги газ выходит через отводной канал, снабженный специальным маслоотделителем, в верхней части выключателя.

К достоинствам баковых выключателей можно отнести высокую надежность, довольно простую конструкцию корпуса и механизма отключения, возможность применения в условиях тяжелой эксплуатации, обусловленную прочностью корпуса. Кроме того в баковых выключателях применяют встроенные измерительные трансформаторы тока и измерители напряжения. К основному недостатку бакового выключателя можно отнести большой объем используемого масла, требующего периодического инструментального контроля за его физическим состоянием и химическим составом, трудоемкость работ по замене, а также повышенная пожароопасность.

У маломасляных выключателей основным преимуществом является малые габариты и вес, а также относительно низкая пожароопасность, обусловленная отсутствием области скопления газов, содержащих водород. Недостатки – невозможность совершения многочисленных повторных коммутаций, невысокая отключающая способность, необходимость частой смены и доливки масла.

СОЛЕНОИДНЫЙ ПРИВОД ДЛЯ МАСЛЯНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Соленоидный привод для масляных выключателей со свободным расцеплением, собачка которого установлена на рычаге сердечника главного соленоида, отличающийся тем, что, с целью уменьшения длительности цикла автоматического повторного включения, привод снабжен, кроме соленоида 7 свободного расцепления, дополнительным отключающим соленоидом 12, непосредственно воздействующим на собачку 9 главного соленоида, а у вилки 5 ручного привода установлена закрывающая доступ к приводу дверца 14, снабженная блок-контактами 15 с тем, чтобы во время ручного включения при открывании дверцы 14 блок-контакты 15 включали соленоид 7 и тем самым вводили в действие свободное расцепление, при отключениях же с автоматическим повторным включением оставался включенным только соленоид 12 и выключение происходило помимо свободного расцепления, т.е. при сцепленных между собой рычаге 2 тяги масляного выключателя и рычаге 1 сердечника главного соле-ноида.

Уменьшение времени срабатывания соленоидного привода масляного выключателя при автоматическом повторном включении (АПВ) имеет большое значение. Чем меньше длительность цикла АПВ («масляный выключатель включен — масляный выключатель отключился от защиты — масляный выключатель автоматически включился повторно»), тем большее число электродвигателей остается в работе и тем более реальной становится возможность осуществления АПВ без нарушения устойчивости работы системы и без производства синхронизации.

Время срабатывания современных соленоидных приводов в значительной степени возрастает благодаря наличию в них механизма свободного расцепления, назначение которого, как известно, сводится к следующему. При включении привода от руки штангой на короткое в линии, свободное расцепление не допускает затяжки отключения масляного выключателя, которая при отсутствии свободного расцепления имела бы место, вследствие усилий, приложенных к приводу лицом, осуществляющим включение. В мощных масляных выключателях свободное расцепление предупреждает возможность несчастных случаев с персоналом, которые могли бы произойти при включении от руки на короткое в линии, так как включающая штанга под действием веса подвижных частей и отключающих пружин могла бы резко подскочить вверх.

Из изложенного следует, что свободное расцепление необходимо лишь для случаев ручного отключения масляного выключателя: при автоматическом отключении в нем надобности нет.

На основании этого предлагается реконструировать соленоидный привод так, чтобы свободное расцепление вводилось в действие лишь при оперировании с приводом вручную, а работа привода при автоматическом отключении происходила помимо свободного расцепления.

Конструктивное разрешение этой задачи и составляет предмет предлагаемого изобретения.

На фиг. 1 и 2 дан общий вид обычного привода во включенном и отключающемся положении, на фиг. 3 — общий вид предлагаемого привода в состоянии, соответствующем включенному положению масляного выключателя.

Во включенном положении привода (фиг. 1) рычаг 2 тяги 3 масляного выключателя удерживается собачкой 4 расцепления. Сердечник 11 главного соленоида удерживается собачкой 9. Отключение происходит следующим образом (фиг. 2): срабатывает соленоид 7 отключения, вследствие чего ударник 6 поднимает собачку 4 и происходит расцепление рычага 2 тяги 3 с рычагом 1 сердечника 11 главного соленоида; под действием отключающих пружин и веса своих подвижных частей масляный выключатель отключается (рычаг 2 тяги 3 поднимается вверх).

При окончании отключения тяга 10 поднимает собачку 9; под действием пружины 8 рычаг 1 начинает двигаться вверх и через некоторое время догоняет рычаг 2 и сцепляется с ним, после чего привод готов к операции включения.

Таким образом, благодаря наличию механизма свободного расцепления привод приходит в состояние готовности для операции включения лишь через некоторый промежуток времени, в течение которого рычаг 1, перемещаясь вслед за рычагом 2, настигает его и сцепляется с ним.

При ручном включении на короткое (вилка для ручного включения обозначена цифрой 5) рычаг 1 под действием выключающей штанги останется в положении, соответствующем включенному масляному выключателю. Однако отключение последнего в результате свободного расцепления (расцепление рычагов 1 и 2) произойдет независимо от этого.

В реконструированном, согласно изобретению, приводе (фиг. 3) расцепление рычагов 1 и 2 при автоматическом отключении вообще не происходит, благодаря установке дополнительного отключающего соленоида 12, воздействующего непосредственно на собачку 9 главного соленоида.

Вилка 5 ручного включения в реконструированном приводе закрывается дверцей 14, удерживаемой нормально при посредстве пружины 13 в закрытом положении, при котором доступ к вилке закрыт. При этом переключающие блок-контакты 15 размыкают цепь соленоида 7 и замыкают цепь соленоида 12.

При подаче импульса на отключение соленоид 12 срабатывает, собачка 9 освобождает сердечник главного соленоида и масляный включатель отключается. Как уже указывалось, расцепление рычагов 1 и 2 при этом не происходит, вследствие чего привод все время будет готов к включению.

Для ручного включения необходимо открыть дверцу 14, которая открыта до тех пор, пока не будет снята и убрана с вилки 5 штанга ручного включения.

При открытой дверце контакты 15 размыкают цепь соленоида 12 и замыкают цепь соленоида 7, т.е. при включении от руки на короткое свободное расцепление будет работать нормально, как в обычных приводах.

Для устранения лишних контакторов цепь соленоида 12 может быть выполнена постоянно замкнутой, а для свободного расцепления при ручном включении соленоид 7 может включаться параллельно соленоиду 12.

Блокирующая дверца может быть пристроена не к корпусу привода, а к вилке 5 привода, так что если дверца не открыта, на вилку 5 нельзя надеть штангу ручного включения.

Возможен также такой вариант конструктивного выполнения привода, при котором перевод отключения с собачки 4 на собачку 9 будет производиться механической передачей от блокирующей дверцы при наличии только одного отключающего соленоида.

УСТРОЙСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Высоковольтные выключатели относятся к классу коммутационных устройств, использующихся в электрических сетях напряжением выше 1000 В.

Главным их отличием от других коммутационных аппаратов – разъединителей, отделителей, высоковольтных выключателей нагрузки, является способность разрывать электрические цепи при протекании аварийных сверхтоков.

Основу выключателя составляет его контактная система, особая конструкция которой и обеспечивает возможность коммутации токов большой величины вплоть до аварийных при номинальном напряжении сети, достигающем 1000 кВ и выше.

В 80-х годах прошлого века в рамках создания сверхмощного энергетического моста «Сибирь – Центр», а именно, для ЛЭП – 1150 кВ переменного тока «Экибастуз – Кокшетау» в Казахстане, НПО «Уралэлектротяжмаш» разработало и изготовило уникальные воздушные коммутаторы ВНВ-1150.

Проект в целом не оказался успешным, в настоящее время линия работает под напряжением 500 кВ, но, тем не менее, такое оборудование существует. Что касается электрических сетей постоянного тока, самая высоковольтная линия, соответственно и аппаратура, работающая на ней, имеет напряжение 1330 кВ. Линия находится в США и работает в сети «Pacific Intertie».

Назначение высоковольтных выключателей заключается в выполнения следующих функций:

• производство оперативных переключений с целью изменения схемы электрической сети;
• автоматическая коммутация в результате работы устройств релейной защиты и системной автоматики.

К основным техническим параметрам коммутационный приборов относятся:

• время его отключения;
• отключающая способность, выраженная максимальным значением разрываемого тока;
• время восстановления готовности привода высоковольтного выключателя к повторному включению.

Для проверки рабочих параметров коммутационных аппаратов осуществляются испытания высоковольтных выключателей с использованием специальных приборов контроля.

ТИПЫ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Основной задачей высоковольтного прибора коммутации является гашение электрической дуги при отключении электрической нагрузки. Для успешного выполнения этой функции применяются различные технологические решения. Базовый принцип классификации высоковольтной коммутационной аппаратуры основан на применяемых способах решения этой задачи.

В соответствии с этим принципом приборы коммутации могут относиться к одному из следующих типов:

• масляные, главная контактная группа которых погружена в масло;
• воздушные, осуществляющие гашение дуги воздушным потоком;
• вакуумные, использующие электрическую прочность разрежённого газа;
• элегазовые, в которых применяется специальный электропрочный газ SF6.

МАСЛЯНЫЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Существуют конструктивные разновидности аппаратов данного типа. Так, устройства, коммутация всех трёх фаз которых происходит в одном общем объёме, заполненном маслом, называются однобаковыми.

Такие конструкции характерны для масляных коммутаторов напряжением до 20 кВ. В другом, трёхбаковом варианте исполнения контакт каждой фазы находится в отдельной ёмкости с маслом.

Гашение дуги осуществляется благодаря изоляционным свойствам применяемого трансформаторного масла и особой конструкции контактов, создающих несколько разрывов в каждой фазе.

Баковые конструкции характеризуются внушительными размерами масляных баков и большим объёмом заливаемого масла, которое кроме дугогашения играет роль основной изоляции.

Другая разновидность высоковольтных масляных аппаратов, представлена маломасляными или горшковыми моделями. Они более компактны и требуют значительно меньше масла, выполняющего исключительно дугогасительные функции. Роль основной изоляции играют твердотельные материалы – фарфор или полимеры.

Кроме этого, масло обладает гигроскопичностью, абсорбируя влагу из воздуха. В процессе эксплуатации требуется осуществление регулярного контроля качества масла путём проведения лабораторных анализов.

При отклонении рабочих характеристик масла от нормы необходимо производить процедуры его осушки, очистки и регенерации с использованием специализированного оборудования.

ВОЗДУШНЫЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Применяются воздушные аппараты преимущественно в открытых распределительных устройствах (ОРУ) электрических подстанций. Связано это с их внушительными габаритами и необходимостью наличия компрессорного хозяйства с сетью воздуховодов высокого давления.

Воздушные приборы коммутации разделяются на два подтипа – аппараты с отделителем и без отделителя. В дугогасительной камере воздушных аппаратов первого подтипа располагаются основные контакты, разрывающие электрическую дугу.

В каждом из полюсов последовательно с дугогасительными контактами располагается отделитель – контакт, обеспечивающий разрыв полюса в отключенном положении.

При отключении привода воздушного аппарата открывается пневмоклапан, подающий воздух на приводные поршни дугогасительных контактов. Перемещение поршня вызывает их размыкание, а также открывает клапан, обеспечивающий поступление сжатой воздушной струи в дугогасительные камеры.

Создаваемое воздушное дутьё гасит дугу, после чего происходит разъединение контактов отделителя. После прекращения воздушной подачи дугогасительные контакты возвращаются в замкнутое состояние, и разрыв полюсов в отключенном положении обеспечивается только контактной группой отделителей.

В воздушных моделях без отделителей главная контактная группа выполняет функции как дугогашения, так и создания разрыва при отключении.

ВАКУУМНЫЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

В основе конструкции вакуумных высоковольтных коммутаторов лежит идея использования разрежённой воздушной среды не склонной к ионизации, для гашения электрической дуги, которая возникает при разрыве токовой цепи.

При высокой степени разрежения количество вещества, находящегося в вакуумной камере выключателя настолько мало, что горение электрической дуги может поддерживаться только за счёт эмиссии электронов с поверхности металлических контактов.

В результате гашение дуги в вакуумной камере происходит в течение первого полупериода при прохождении значения переменного тока через ноль.

Ключевыми элементами вакуумных коммутационных аппаратов являются вакуумные камеры, представляющие собой неразборные узлы.

Необходимый уровень разрежения воздуха внутри вакуумной камеры создаётся на заводе при её изготовлении и не требует корректировки в процессе эксплуатации. Это обстоятельство делает вакуумный вид коммутационной аппаратуры привлекательным с точки зрения удобства в эксплуатации.

Вакуумная коммутационная аппаратура обладает целым рядом преимуществ, среди которых:

• малые габаритные размеры, позволяющие встраивать вакуумные выключатели в ячейки различного типа;
• низкие затраты на проведение технического обслуживания;
• высокая надёжность вакуумного оборудования;
• низкая степень пожароопасности.

ЭЛЕГАЗОВЫЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Применение шестифтористой серы SF6, именуемой элегазом в качестве среды для гашения дуги позволило существенно уменьшить габариты дугогасительных камер и упростить конструкцию контактных групп элегазовых выключателей. Элегазовые коммутационные аппараты имеют баковую или колонковую конструкцию.

Элегазовая аппаратура наряду с вакуумной постоянно наращивает своё присутствие на рынке электротехнических устройств и относится к одному из самых перспективных направлений развития отрасли.

© 2012-2021 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов