Конспект лекций по дисциплине Электрические и электронные аппараты

вым 9 буферами. Верхние концы тяг 4 связаны с тросом 7, который перекатывается по блоку 6.

Рис. 19.11. Верхняя часть полюса выключателя ВМТ-110

163

Элегазoвые выключатели

В этих выключателях вместо воздуха используется газ, который обладает более высокой электрической прочностью и отключающей спо-

собностью, чем воздух, - шестифтористая сера SF6 (элегаз - электротех-

нический газ).

Дугогасящая способность элегаза наиболее эффективна при большой скорости его струи относительно горящей дуги.

Возможные исполнения ДУ с элегазом:

с автопневматическим дутьём. Необходимый для дутья перепад давления создаётся за счёт энергии перевода;

с охлаждением дуги элегазом при её движении, вызванном взаимодействием тока с магнитным полем;

с гашением дуги за счёт перетекания газа из резервуара с высоким давлением в резервуар с низким давлением.

Дугогасительное устройство с автопневматическим дутьём показано на рис. 19.13. Оно располагается в герметичном баке с давлением газа 0,2-0,28 МПа.

Рис. 19.13. Схема дугогасительного устройства элегазового выключателя с автопневматическим дутьем

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, омывает дугу и обеспечивает её эффективное гашение.

Для КРУ разработан элегазовый выключатель с номинальным напряжением 110 и 220 кВ, номинальным током 2 кА и номинальным током отключения 40 кА.

Камера ДУ элегазового выключателя на 220 кВ с двумя разрывами на полюс показана на рис. 19.14.

При включении выключается 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

165

4. Сопло из фторопласта 6 также перемещается вправо и надвигается на полый трубчатый контакт 4. В полость А засасывается элегаз, а из полости Б - вытесняется.

Рис. 19.14. Дугoгасительная камера элегазoвoгo выключателя

При отключении цилиндр 1 и труба 7 перемещаются влево. Сначала расходятся главные контакты 2 и 5, затем дугогасительные контакты 3, 4. При размыкании контактов 3 и 4 возникает дуга, которая подвергается обдуву газом. Поршень 10 остаётся 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. Большой перепад давлений позволяет получить необходимую скорость обдува дуги. При тяжелых условиях отключения (неудаленное К3) дуга гасится также за счёт её охлаждения в сопле 6 после выхода его с контакта 4.

На рис. 19.15 представлено устройство элегазового выключателя для КРУЭ-220 на напряжение 220 кВ.

Рис. 19.15. Устройство элегазового выключателя на напряжение 220кВ

166

Неподвижный контакт выключателя 1 прикреплён к баку выключателя на литом изоляторе 2. Выключатель имеет два ДУ 3 и 4, соединённых последовательно через корпус 11. Равномерное распределение напряжения по ДУ обеспечивается керамическими конденсаторами 6. Для устранения коронования ДУ закрыты экранами 5. Цилиндры 3 и 4 приводятся в движение изоляционной штангой 8 через рычажный механизм 7.

Включение и отключение выключателя производится пневматическим приводом. Неподвижные контакты 1 выведены из бака через проходной герметизированный изолятор 9 и 10 элегаз-элегаз, что означает переход из полости выключателя, наполненной элегазом, в полость комплектного распределительного устройства, также заполненного элегазом (КРУЭ). Здесь 9 - изоляционная перегородка, 10 - разъёмный контакт розеточного типа.

Элегазовые выключатели наиболее перспективны для напряжений выше 35 кВ.

Лекция № 20

Вакуумные и воздушные выключатели

В вакуумных выключателях контакты расходятся в среде с давлением 10-4 Па. При таком вакууме дугогасительный промежуток имеет высокую электрическую прочность - примерно 100 кВ/мм. Малая плотность воздуха создает возможность гашения дуги без ДУ за время 0,01 - 0,02 с.

Высокие значения напряжённости электрического поля являются причиной возникновения дуги в вакууме благодаря автоэлектронной эмиссии.

Малая плотность среды обусловливает высокую скорость диффузии зарядов из-за большой разности плотности частиц в разряде и вакууме. Быстрая диффузия частиц, высокая электрическая прочность вакуума позволяют эффективно гасить дугу в выключателе.

При работе выключателя распыленные материалы контактов осаждаются на поверхности изоляционного цилиндра, что создает возможность перекрытия изоляции. Для защиты цилиндра от паров металла электроды защищаются металлическими экранами 8 и 9 (рис. 20.1).

В вакуумной дугогасительной камере контактный стержень 4 с контактным наконечником 1-2 жестко укреплен в металлическом фланце 6 керамического корпуса 10. Контактный стержень подвижного контакта 5 связан с сильфоном 7, выполненным из нержавеющей стали. Сильфон представляет собой цилиндрическую эластичную гармошку. Поэтому

167

стержень 5 имеет возможность осевого перемещения. Внутренняя полость сильфона связана с атмосферой, поэтому контакт 3 верхнего контакта нажимает на контакт 3 нижнего контакта с силой, равной произве-

дению площади сильфона SС на атмосферное давление.

При больших номинальных токах и для получения необходимой динамической стойкости ставится дополнительная пружина, создающая необходимое нажатие контактов. Металлические экраны 8 и 9 служат для выравнивания электрического поля между контактами с целью повышения электрической прочности. Экран 8 защищает также керамику 10 от напыления паров металла, образующихся при гашении дуги. Касание контактов 1 происходит в шести точках, что позволяет снизить переходное сопротивление и уменьшить температуру контактов. Тепло, выделяемое в контактах 1, 1' и контактных стержнях 4, 5, отводится в основном теплопроводностью к нижнему фланцу 6 и шинам, соединяемым с контактом 5. Из-за высокого вакуума отдача тепла в радиальном направлении идет только за счет излучения.

Рис. 20.1. Вакуумная дугoгасительная камера

Поперечное магнитное поле в месте перехода тока из контакта 1 в контакт 1' быстро перебрасывает дугу на криволинейные сегменты 2. Перемещение дуги по контактам с большой скоростью позволяет уменьшить эрозию контактов и снизить количество паров металла в вакуумной

168

дуге. Однако при больших токах отключения напряжение на дуге начинает расти с увеличением тока (до 100 В и выше). При этом энергия дуги увеличивается, процесс гашения затрудняется.

Общий вид выключателя, использующего ДУ по схеме рис. 20.1, показан на рис. 20.2.

Рис. 20.2. Вакуумный выключатель

Дугогасительные камеры 1, залитые в эпоксидный компаунд, имеют выходные контакты 2 в виде розеток. ДУ укреплены на тележке 3, в которой расположены механизм и привод выключателя.

Преимущества вакуумных выключателей:

отсутствие специальной дугогасящей среды, требующей замены;

высокая износостойкость;

быстрое восстановление электрической прочности междуконтактного промежутка;

высокое быстродействие, обусловленное малой массой контактов и их малым ходом;

широкий диапазон рабочих температур: от –70 до +200°С.

Кнедостаткам можно отнести:

возникновение больших перенапряжений при отключении индуктивной нагрузки, что может приводить к повреждению изоляции;

большие трудности при создании выключателей на номинальное напряжение 100 кВ и выше, когда приходится соединять несколько разрывов последовательно;

169

сложность разработки и изготовления;

большие затраты для организации производства.

Ввоздушном выключателе в качестве гасящей среды используется сжатый воздух, находящийся в баке под давлением 1 – 5 МПа. При отключении сжатый воздух из бака подается в ДУ. Дуга, образующаяся в камере ДУ, обдувается интенсивным потоком воздуха, выходящим в атмосферу.

На рис. 20.3 показан воздушный выключатель типа ВВП-35 для электротермических установок.

Рис. 20.3. Выключатель типа ВВП-35

Принципиальной особенностью выключателя является наличие отделителя 1, включенного последовательно с ДУ3. 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. После отключе-

170

ния обычно в ДУ устанавливается атмосферное давление и расстояние l=0,33d может пробиваться восстанавливающимся напряжением. Поэтому последовательно с ДУ включается отделитель, который создает надёжный 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 и 2. Неподвижный контакт отделителя 2 укреплен на стеклопластиковом цилиндре 8. Привод ножа отделителя осуществляется через изоляционную штангу 6. Для ограничения перенапряжений дуговой промежуток шунтирован нелинейным резистором 16. 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. 20.4) под действием сжатого воздуха поршень 12 вместе с 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.

После погасания дуги привод приводит нож отделителя 1 в положение, обозначенное пунктиром. После отключения клапан 11 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 используются 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, в которых дугогасительная камера размещается непосредственно в баке с сжатым воздухом.

На рис. 20.5, а показан полюс выключателя серии ВВБ на напряжение 110 кB. Бак с сжатым воздухом 1 располагается на опорном изоляторе 2, в этом же изоляторе проходят управляющие воздухопроводы, воздух в которых находится под давлением 2,6 МПа. Шкаф управления 3 расположен в основании выключателя. ДУ соединяется с внешней цепью токоведущими частями проходных изоляторов 4. Равномерное распреде-

171

ление напряжения между двумя разрывами устройства обеспечивается с помощью конденсаторов 5.

Рис. 20.4. Дугогасительное устройство выключателя ВВП-35

Схема устройства представлена на рис. 20.5,б, где 5 - шунтирующие конденсаторы, обеспечивающие равенство напряжений на двух разрывах устройства; 6 - основные контакты; 7 вспомогательные; 8 - шунтирующие резисторы, служащие для снижения скорости восстановления напряжения. Ток через шунтирующие резисторы отключается контактами 7 после гашения дуги в основных разрывах 6.

172