Конспект лекций по дисциплине Электрические и электронные аппараты

аб

в

Рис. 20.5. Баковый воздушный выключатель серии ВВБ-110

ВДУ (рис. 20.5,в) неподвижный контакт 9 укреплен на конце токоведущего стержня изолятора 10. Подвижный контакт 11 укреплен на траверсе 12, связанной с приводным штоком 13. Выступ 14 на штоке 13 служит для фиксации механизма ДУ во включенном положении с помощью защелок 15.

Во включенном положении полость бака отделена от атмосферы с помощью клапана, закрывающего выхлоп 1. При отключении в привод подается сжатый воздух, под действием которого шток 13 перемещается вверх и открывает клапан выхлопа 1, отделяющий полость бака от атмосферы. Дуга между контактами 11 и 9 потоком выходящего воздуха сдувается на точки а и б, где подвергается интенсивному продольному дутью сжатым воздухом. После отключения клапан закрывается и бак разобщается с атмосферой.

Всовременных выключателях используется модульный принцип. ДУ на рис. 20.5,в, рассчитанное на напряжение 110 кВ, может использоваться при напряжении 220 кВ при том же токе отключения, но два ДУ соединяются последовательно, а опорная изоляция соответственно усиливается. На напряжение 500 кВ соединяются пять ДУ. Выключатели, используемые для расширения номинального напряжения путем последовательного их соединения, называются модулями. Совершенствование модуля ВВБ позволило повысить номинальное напряжение со 110 до 220 кВ. При этом сокращается число разрывов выключателя в 2 раза, что дает большой технико-экономический эффект.

173

Развитием этой серии выключателей является выключатель ВВБК, в котором давление воздуха поднято до 4 МПа. В результате конструктивных усовершенствований при отключении создается двустороннее несимметричное дутье, повышающее эффективность гашения дуги. Для уменьшения времени отключения в выключателях на напряжение 220 кВ и выше пневматическая система управления заменена механической. Номинальное напряжение выключателя ВВБК достигает 1150 кВ.

Серия воздушных выключателей ВНВ предназначена для напряжений 220-1150 кB и тока отключения до 63 кА. Модуль на напряжение 250 кВ представлен на рис. 20.6, а.

При отключении контакты ДУ расходятся и открывается выхлопной клапан, соединяющий внутреннюю полость ДУ с атмосферой. После гашения дуги контакты остаются в разведенном состоянии, а выхлопной клапан закрывается, ДУ герметизируется.

Расположение трёх полюсов выключателя показано на рис. 20.6,б, где 1 - бак с сжатым воздухом; 2 - опорный изолятор; 3 - основной разрыв; 4 - конденсатор для выравнивания напряжения по разрывам; 5 - шунтирующий резистор с ДУ.

Выключатель на 500 кВ имеет два модуля, включенных последовательно, и три модуля при напряжении 750 кВ. Опорные изоляторы усиливаются соответственно классу напряжения.

а

б

Рис. 20.6. Воздушный выключатель серии ВНВ

174

В основании модуля выключателя расположен бак 1 с сжатым воздухом (рис. 20.7).

Сжатый воздух по трубопроводу подается в верхний бак, образованный металлическим цилиндром 9 и стеклоэпоксидным цилиндром 11 и содержащий ДУ. Главный контакт создается пальцами 19 неподвижного контакта и внешней поверхностью подвижного цилиндрического контакта 18. Пальцы дугогасительного контакта 20 расположены в прорезях дутьевого сопла неподвижного контакта и скользят по внутренней поверхности контакта 18. Во включенном положении (см. рис. 20.7) контакт 18 прижат к седлу 25. Внутренняя полость контакта 18 соединяется с атмосферой через открытый выхлопной клапан 24, а его внешняя поверхность и пальцы 19 находятся в среде сжатого воздуха. Сопло 17 подвижное. Начальное расстояние между контактом 20 и соплом 17 - оптимальное для данного сечения сопла.

Рис. 20.7. Пневмомеханическая схема полюса выключателя ВНВ-500 (А- к коммутирующему устройству шунтирующего резистора)

175

После гашения дуги подвижное сопло 17 перемещается под действием давления внутри ДУ вправо, садится на седло 26 и герметизирует камеру. Для уменьшения напряженности электрического поля между контактами в разведенном состоянии они окружены экранами 16, что позволяет поднять электрическую прочность промежутка и номинальное напряжение модуля.

При отключении срабатывает отключающий электромагнит 3, открывающий клапан 6. Сжатый воздух подаётся на поршень 7, воздействующий на тягу 8. Через звенья 5, 4, 2 усилие передается на изоляционные тяги 13, которые перемещаются вниз. Звенья 15 и 37 соединяются с тягой 13, трубкой 14 и перемещают горизонтальную тягу 36, которая связана с подвижным контактом 18. Контакт 18 сначала размыкается с пальцами 19, а затем с пальцами 20. Между последними и внутренней поверхностью контакта 18 загорается дуга, которая быстро перемещается воздушным потоком, вытекающим в атмосферу через дутьевое сопло неподвижного контакта и подвижное сопло 17. Гашение дуги происходит за счёт двустороннего дутья. Шток 31 связан с тягой 13 и при движении тяги вниз действует на рычаг 30 и открывает клапан 34. При этом сжатый воздух, находящийся под поршнем 35, через змеевик 29 выходит в атмосферу. Поршень 35 освобождает рычаги 27 и 28 и с помощью тяг 22, 23 и коромысла 21 закрывает клапан 24. Одновременно подвижное сопло 17 вместе с ограничивающим электродом 41 перемещается вправо, пока не сядет на седло 26. Таким образом, внутренний объем ДУ герметизируется и отделяется от атмосферы. Электрод 41 ограничивает длину дуги, горящий между ним и неподвижным дугогасительным контактом 20, что уменьшает энергию, выделяемую дугой.

При включении срабатывает электромагнит 12. Kлaпан 10 открывается и соединяет полость над поршнем 7 с атмосферой. Одновременно подается сжатый воздух на поршень 38, который отделяет полость бака от поршня 7. Под действием заранее заведенной пружины 33 шток 32 опускается и клапан 34 закрывается. Сжатый воздух подаётся к поршню 35, и он опускается, воздействуя на рычаги 28,27. Клапан 24 открывается, а подвижное сопло 17 устанавливается в положение, показанное на рис. 20.7. При этом внутренняя полость контакта 18 и сопла 17 соединяется с атмосферой. При закрытии клапана 34 сжатый воздух подаётся в контейнер со вспомогательным контактным блоком, который включает резистор. При движении тяги 13 вверх подвижный контакт 18 замыкается с неподвижным, одновременно поршень 7 переходит в положение, указанное на рис. 20.7. После выхода воздуха из полости над поршнем 7 закрываются клапаны 10, 6 и поршень 38 устанавливается в исходное положение соответствующими пружинами.

В выключателе на напряжение 1150 кВ при включении замыкаются вспомогательные контакты и в цепь вводится резистор, сопротивление

176

которого равно волновому сопротивлению коммутируемой линии. Затем, примерно через 10 мс, включается контакт 18, который шунтирует этот резистор. Это ограничивает перенапряжение при включении холостых линий электропередачи.

Конструктивные особенности данного выключателя:

ДУ расположены внутри прочных стеклоэпоксидных труб, являющихся баком сжатого воздуха выключатeля, что позволяет снять с фарфора воздействие высокого давления воздуха;

давление сжатого воздуха в ДУ достигает 4 МПа, что обеспечивает ток отключения до 63 кА при напряжении на разрыве

125 кВ;

ДУ имеет два разрыва. После помещения дуги дугогасительный контакт отходит на расстояние, обеспечивающее необходимую электрическую прочность промежутка, и в своем крайнем положении воздействует на выхлопной клапан ДУ. Камера ДУ герметизируется, и разведенные контакты находятся при давлении 4 МПа;

Привод контактов расположен на заземленном баке выключателя. Передача силы от привода к механизму контактов осуществляется механически через легкую изоляционную стеклопластиковую тягу, что позволяет получать полное время отключения 0,04 с;

при тяжелых условиях восстановления напряжения параллельно каждому разрыву включается низкоомный шунтирующий резистор. Ток резистора отключается двухступенчатой контактной системой, расположенной в одном из контейнеров.

Стоимость выключателей с приводами довольно велика. С учетом необходимых для управления выключателем трансформаторов тока и устройств релейной защиты стоимость современного распределительного устройства получается очень высокой.

Если длительный ток установки невелик (400 – 600 А при напряжении 10 кВ) вместо выключателя с релейной защитой целесообразно использовать выключатель нагрузки и предохранители.

Выключатель нагрузки имеет ДУ небольшой мощности для отключения номинальных токов. В случае КЗ используется высоковольтный предохранитель. В выключателях нагрузки для гашения дуги применяются камеры с автогазовым, электромагнитным, элегазовым дутьем и вакуумными элементами.

В камерах с автогазовым дутьем гашение дуги осуществляется газами, которые выделяются под действием высокой температуры дуги стенками из газогенерирующего материала (органического стекла, винипласта и др.). Общий вид автогазового выключателя нагрузки типа ВН-16 на напряжение 10 кВ и отключаемый ток 200 А показан на рис. 20.8.

177

а

б

Рис. 20.8. Выключатель нагрузки ВН-16

Все три полюса размещаются на сварной раме. На нижнем опорном изоляторе полюса расположены вывод полюса и шарнир подвижного контакта 1. На верхнем изоляторе укреплены неподвижный главный контакт 2, дугогасительная камера 5 и второй вывод полюса. Подвижный главный контакт 1 выполнен из двух стальных пластин. В середине укреплен дугогасительный контакт 4 в виде изогнутой медной шины. Подвижные контакты приводятся в движение валом выключателя 3, который соединен с контактами фарфоровой тягой. Отключение выключателя происходит под действием пружин 6, которые заводятся при включении. В дугогасительной камере (рис. 20.8, б) расположен неподвижный дугогасительный контакт точечного типа 7, соединенный с главным неподвижным контактом 2. Корпус камеры выполнен из пластмассы и состоит

178

из двух половин, стянутых винтами. Внутри корпуса размещены два вкладыша 8 из органического стекла.

Управление выключателем осуществляется ручным рычажным приводом со встроенным электромагнитом для дистанционного отключения.

Во время отключения сначала размыкаются главные контакты и весь ток перебрасывается в цепь дугогасительных контактов, после расхождения которых между вкладышами 8 загорается дуга. Малая толщина подвижного дугогасительного контакта 4 и узкая щель, в которой он перемещается, обеспечивают хороший контакт дуги со стенками вкладышей. Благодаря высокой температуре дуги вкладыши интенсивно выделяют газ, который стремится выйти из камеры через зазор между подвижным контактом и вкладышами. При этом возникает продольный обдув дуги, в результате чего она гаснет. Зона выброса газов из камеры – 200–500 мм. Контакт 4 выходит из камеры тогда, когда дуга погаснет. В отключенном положении дугогасительный контакт отходит от камеры на расстояние, обеспечивающее достаточную электрическую прочность для данного класса напряжения. Последовательно с выключателем нагрузки включаются мощные предохранители типа ПК, которые защищают установку от КЗ.

Bыбoр выключателей

При выборе выключателя его номинальные параметры сравниваются с параметрами сети в месте его установки.

Номинальное напряжение выключателя должно быть равно или больше номинального напряжения защищаемой сети.

Номинальный длительный ток выключателя должен быть больше номинального тока установки.

Номинальный ток отключения выключателя должен быть больше максимального расчетного тока КЗ к моменту расхождения контактов.

При выборе выключателя в момент размыкания контактов выключателя апериодическая составляющая тока КЗ не должна превышать апериодический ток, гарантированный заводом-изготовителем.

Расчетное время размыкания берется равным минимально возможному.

Термическая стойкость проверяется из условия протекания через выключатель тока КЗ в течение максимального времени, обусловленного срабатыванием защиты.

Номинальный ток электродинамической стойкости выключателя должен превышать максимально возможное значение ударного тока КЗ, которое может быть в установке.

При выборе типа выключателя следует учитывать следующие обстоятельства:

179

при номинальном напряжении 6 – 10 кВ и редких коммутациях целесообразно применение маломасляных выключателей. При частых коммутациях рекомендуется применять вакуумные и элегазовые, обладающие большим сроком службы.

при номинальном напряжении 35-110 кВ и номинальных токах отключения до 20 кА целесообразно применять маломасляные выключатели. При больших номинальных напряжениях и больших токах применяются воздушные и элегазовые выключатели.

Лекция № 21

Трансформаторы тока и напряжения

Для удобства измерения тока в установках высокого напряжения и для изоляции измерительных приборов и устройств релейной защиты от высокого напряжения служат трансформаторы тока (ТТ). ТТ имеет замкнутый магнитопровод с двумя обмотками. Через первичную обмотку пропускается измеряемый ток, вторичная подключается к измерительным приборам или реле. Первичная обмотка изолирована от вторичной в соответствии с классом изоляции аппарата. Один вывод вторичной обмотки обязательно заземляется.

Основными параметрами ТТ являются:

Номинальное напряжение - это линейное напряжение энергосистемы, в которой ТТ должен работать, которое определяет изоляцию между первичной обмоткой, находящейся под высоким потенциалом, и вторичной обмоткой, один конец которой заземляется.

Номинальный первичный I1ном и вторичный I2ном токи - это

длительные токи, которые аппарат может пропускать. ТТ обычно имеют запас по нагреву и позволяют длительно пропускать токи, которые примерно на 20 % выше номинального значения. Номинальный вторичный

Действительный коэффициент трансформации не равен номинальному вследствие погрешности, вызываемой потерями в трансформаторе. Различают токовую погрешность и угловую.

Токовая погрешность в процентах определяется выражением:

180

В соответствии с ГОСТ 7746-78 приняты следующие условные положительные направления токов: первичного тока - ток втекает в начало первичной обмотки, вторичного - ток вытекает из начала вторичной обмотки. Обе обмотки намотаны в одну сторону. При таком положитель-

ном направлении токов в ТТ без погрешностей векторы вторичного I2 и

первичного I1 токов совпадают по фазе. В реальном ТТ между вектора-

ми I1 и I2 существует угол, который называется угловой погрешностью

и измеряется в минутах. Если вторичный ток опережает первичный, то погрешность по углу положительная. Угловую погрешность необходимо учитывать при измерении активной мощности цепи P UIcos( ) ( - угол сдвига между током и напряжением), а также при измерениях энергии и в ряде релейных защит, работа которых зависит от угла .

Класс точности трансформатора определяется его погрешностью по току (в процентах) при первичном токе, равном(1,0 1,2)I1ном.

В зависимости от погрешности по ГОСТ 774678 различают клас-

сы точности 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10.

Наряду с токовой и угловой погрешностью ГОСТ 7746-78 предусмотрена полная погрешность ε, %, которая характеризует относительный намагничивающий ток:

где I1 - действующее значение первичного тока; i2 - мгновенное значение вторичного тока; i1 - мгновенное значение первичного тока;

Т - период частоты переменного тока (0,02 с).

Номинальная нагрузка ТТ – это сопротивление нагрузки

Z2ном,Ом, при котором он работает с заданным классом точности при номинальном значении cosφ2ном 0,8. Иногда применяется понятие номинальной мощности ТТ:

181

Поскольку значение тока I2ном стандартизовано, то номинальное

сопротивление нагрузки однозначно определяет номинальную мощность трансформатора.

Номинальная предельная кратность первичного тока по отношению к его номинальному значению, при которой полная погрешность достигает 5 или 10 %. Соответственно ТТ имеют класс точности 5Р и 10Р, при этом нагрузка и ее коэффициент мощности должны быть номинальными.

Максимальная кратность вторичного тока - это отношение наибольшего вторичного тока к его номинальному значению при номинальной вторичной нагрузке. Максимальная кратность вторичного тока определяется насыщением магнитопровода, когда дальнейшее возрастание первичного тока не ведет к возрастанию потока.

В аварийном режиме ТТ обтекаются током КЗ и их обмотки подвергаются воздействию больших токов.

Динамическая стойкость ТТ (кратность) – определяется отношением допустимого тока ударного КЗ к амплитуде номинального первичного тока.

Термическая стойкость ТТ (кратность) - задается отношением допустимого в течение 1 с тока КЗ к номинальному значению первичного тока.

Так как ток первичной обмотки задается сетью, то большим термическим и динамическим воздействиям подвергается первичная обмотка. Вторичный ток часто ограничивается насыщением магнитопровода, и поэтому вторичная обмотка работает в облегченных условиях.

Различают одно- и многовитковые трансформаторы тока. В одновитковом ТТ первичная обмотка может быть выполнена в виде стержня, шины или пакета шин. Примером такого исполнения является трансформатор типа ТПOЛ-I0 с номинальным напряжением 10 кВ (рис. 21.1), который используется, как проходной изолятор при переходе линии из одного помещения в другое.

Первичная обмотка-стержень 4, магнитопроводы 1, крепежное кольцо 3 устанавливаются в специальную форму и заливаются жидкой смесью эпоксидной смолы, пылевидного кварцевого песка и отвердителя. После затвердения и полимеризации эта смесь приобретает высокие электрические и механические свойства.

Магнитопроводы трансформатора выполняются в виде двух тороидальных сердечников 1, навитых лентой из текстурованного материала, например марки 3413. Если вторичная обмотка 2 равномерно распределена на тороидальном магнитопроводе, то ее индуктивное сопротивление X2 схеме замещения равно нулю, что позволяет снизить погрешность измерения ТТ. Конструкция допускает установку нескольких ТТ с разными параметрами на одной стержневой первичной обмотке.

182