Выключатели высокого напряжения

Занятие 22

Тема 3.2 Основное электрооборудование подстанций

Выключатель является основным аппаратом в электрических установок, он служит для отключения и включения цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов короткого замыкания и включение на существующее короткое замыкание. Четкая работа выключателя ограничивает распространение аварии в электрической установке. Отказ выключателя может привести к развитию аварии.

Одной из основных характеристик выключателя является его отключающая способность, т.е. наибольший ток к.з. который выключатель способен отключить при наибольшем рабочем напряжении в заданном цикле операций.

По конструктивным особенностям и способу гашения дуги различают масляные баковые, масломаслянные, воздушные, элегазовые, электромагнитные, автогазовые, вакуумные выключатели.

К основной группе относятся выключатели нагрузки, рассчитанные на отключение токов нормального режима. Кроме того по роду установки различают выключатели для внутренней, наружной установки и для комплектных распределительных устройств.

Масляные баковые выключатели находят применение в открытых распределительных устройствах подстанций.

Уровень масла в баке выключателя строго контролируется по маслоуказателю если уровень масла низок, то газы попадут в буферное пространство сильно нагретыми, ионизированными и произойдет взрыв смеси водорода с воздухом. Если уровень масла высок, то возможен сильный удар в крышку, повреждение выключателя, выброс горячего масла и его загорание. Таким образом, масляные баковые выключатели взрыво- и пожароопасны, размещать их можно только в специальных камерах или на открытом распределительном устройстве. Это особенность баковых выключателей привела к тому, что в установках 6 кВ они применяются редко.

Баковые выключатели содержат большой объем масла. В выключатели МКП-35-1000-25 -800 кг, У-110-2000-8000 кг.

Масло в баковых выключателях служит изоляцией между контактной системой и заземленными стенками бака, а также является дугогасящей средой. В процессе эксплуатации необходим постоянный контроль за качеством масла.

Недостатки масленых баковых выключателей: большой объем масла, пожаро- и взрывоопасность.

Достоинства: простота конструкции, достаточно высокая надежность работы и наличие встроенных трансформаторов тока.

Маломасляные выключатели получили широкое распространение в закрытых и комплектных распределительных устройствах. Масло в этих выключателях в основном служит дугогасящей средой и только частично изоляцией между разомкнутыми контактами. Токоведущие части изолируются друг от друга и от заземленных частей фарфором, стеклопластиком или другими твердыми изолирующими материалами.

Достоинства: небольшое количество масла; более удобный, чем у баковых выключателей, доступ к дугогасительным контактам; возможность создания серии выключателей на разное напряжение с применением унифицированных узлов. Недостатки: взрыво- и пожароопасность, хотя значительно меньшая, чем у баковых выключателей; необходимость периодического контроля, доливки, замены масла; трудность установки трансформаторов тока; относительно малая отключающая способность.

Воздушные выключатели получили широкое распространение в установках высокого напряжения. В воздушных выключателях для гашения дуги используется сжатый воздух который создается дутье в продольном или поперечном направлении, охлаждает дугу, удаляет продукты горения и быстро гасит ее. Для получения сжатого воздуха необходима компрессорная установка, а для его очистки и сушки – специальные устройства.

В электроустановках 10-35 кВ находят применение воздушные выключатели с отделителем. Такие выключатели имеют гасительные камеры шунтированные резисторами, которые служат для облегчения условий гашения дуги и равномерного распределения напряжения между двумя разрывами цепи, и нож отделителя 2. во включенном положении ток проходит по контактам гасительных камер и включенному отделителю. При отключении подается воздух с давлением 0,8-2 МПа в гасительные камеры, размыкают контакты и возникающая дуга гасится потоком холодного воздуха. После гашения дуги в цепи проходит небольшой ток, ограниченный двумя шунтирующими резисторами. Этот ток разрывается отделителем, в привод которого подается воздух после отключения контактов в камерах. Выключатели на большие номинальные токи снабжаются разъединителем, который отключается последним. После завершения операции отключения прекращается подача воздуха в дугогасительные камеры и контакты в них замыкаются под действием пружин.

Достоинства воздушных выключателей их взрыо- и пожаробезопасность, возможность создания серий из крупных узлов, пригодность для наружной и внутренней установки. Недостатки: сложность конструкции, высокая стоимость, необходимость компрессорной установки, отсутствие встроенных трансформаторов тока.

Электромагнитные выключатели. Выключатели с электромагнитным гашением дуги имеют ряд преимуществ по сравнению с малообъемными выключателями: не требуют масла для гашения дуги, пожаро- и взрывобезорасны, создают низкий уровень коммутационных перенапряжений и имеют повышенную износоустойчивость дугогасящих частей выключателя. Эти преимущества предопределяют их использование в установках с частыми отключениями.

Гашение дуги в электромагнитных выключателях производится в специальных камерах, в которых дуга постепенно растягивается в узкой щели между изоляционными стенками из термодугостойкого материала. Этим увеличивается сопротивление дуги и создаются благоприятные условия ее гашения.

Достоинства электромагнитных выключателей: полная взрыво- и пожаробезопасность; малый износ дугогасительных контактов пригодность для работы в условиях частых включений и отключений; относительно высокая отключающая способность.

Недостатки: сложность конструкции дугогасителя с системой магнитного дутья; ограниченный верхний предел номинального напряжения (15-20 кВ); ограниченная пригодность для наружной установки.

Вакуумные выключатели. Их изготавливают на напряжение 10 кВ, номинальные токи 320 А. основным элементом вакуумного выключателя является вакуумная дугогасительная камера, в которой происходит гашение дуги.

Трехполюсные вакуумные выключатели нагрузки ВНВП-10/320 и ВВТЭ-10/630 нормального и тропического исполнений устанавливают в шкафах КРУ для открытых горных разработок.

Преимущества вакуумных включателей: высокая электрическая прочность вакуума, что обеспечивает быстрое восстановление электрической прочности между контактами при разрыве дуги; быстродействие и большой срок службы при большом числе отключений; малые габариты и удобство обслуживания; наиболее пригодны в электропечных и конденсаторных установках при частых операциях включения и отключения.

Элегазовые выключатели. Их изготавливают на напряжение 35,110,220,330 кВ. контактная система таких выключателей состоит из подвижного и неподвижного контактов с встроенными герметически закрытого корпуса, заполненного элегазом давления 0,30 МПа. Образовавшаяся дуга при разрыве контактов вращается за счет взаимодействия тока дуги с магнитным полем ферромагнитов. При этом происходит интенсивное гашение дуги.

Достоинством элегазовых выключателей нагрузки является их пожаро- и взрывобезопасность быстрота действия и высокая отключающая способность. К недостаткам относятся их большая стоимость и необходимость устанавливать дополнительные приборы для получения элегаза.

Отделитель – это коммутационный аппарат, предназначенный для автоматического отключения поврежденного участка линии или трансформатора после искусственного КЗ, а также для отключения и включения участков схемы, находящихся без напряжения, отключения и включения индукционных токов холостого хода трансформаторов и емкостных токов ненагруженных линий. Внешне отделитель не отличается от двухколонкового разъединителя, но у него для отключения имеется пружинный привод, который обеспечивает автоматическое или дистанционное со щита управления отключение за 0,4-0,5 с.

Включение отделителя производится в ручную. Отделители могут иметь заземляющие ножи с одной или двух сторон. Отделители не могут отключать ток нагрузки и тем более ток КЗ, возникающий при создании искусственного КЗ короткозамыкателем, поэтому в схемах управления отделителями и короткозамыкателями имеется блокировка, которая запрещает отключение отделителя QR, если через трансформаторы тока ТА проходит ток.

Отделители и короткозамыкатели открытой конструкции недостаточно надежно работают в неблагоприятных погодных условиях. Для повышения надежности работы возможно применение закрытых отделителей и короткозамыкателей. Контактная система их расположена внутри фарфорового корпуса, заполненного элегазом с избыточным давлением 0,3 МПа. Высокая электрическая прочность элегаза обеспечивает небольшие габориты и надежную работу аппаратов.

Короткозамыкатель – это коммутационный аппарат предназначенный для создания искусственного КЗ в электрической цепи.

Короткозамыкатели применяются в упрощенных схемах подстанций для того чтобы обеспечить отключение поврежденного трансформатора подстанции релейной защитой питающей линии 35-220 кВ.

Короткозамыкатели типа КЗ-35 на напряжение 35 кВ выполняются в виде двух отдельных полюсов, соединенных при монтаже в один двухполюсный аппарат. Короткозамыкатели типа КЗ-110 и КЗ-220 изготавливаются в виде однополюсных аппаратов. При включении короткозамыкателя КЗ-35 происходит двухфазное к.з. на землю.

Короткозамыкатель включается автоматически под действием пружинного механизма при срабатывании привода от релейной защиты. Отключается в ручную.

Разъединитель – это коммутационный аппарат предназначенный для коммутации цепи без тока.

Основное назначение разъединителя – создание надежного видимого разрыва цепи для обеспечения безопасного проведения ремонтных работ на оборудовании и токоведущих частях электроустановки.

Используют их в системах электроснабжения напряжением выше 1000 В для разъединения и переключения участков сети, находящихся под напряжением. Разъединители создают необходимый видимый разрыв электрической цепи, требуемый условиями эксплуатации электроустановок.

Разъединители не имеют специальных устройств для гашения дуги. Отключение разъединителем больших токов может вызвать опасное короткое замыкание между фазами из –за возникшей электрической дуги. Поэтому разъединители снабжают блокировкой, предохраняющей от отключения тока нагрузки. Разъединителями допускается отключать ток холостого хода трансформаторов, ток заземления нейтралей трансформаторов и дугогасящих катушек; уравнительный ток линий, ток замыкания на землю.

Разъединители подразделяются на разъединители внутренней и наружной установки. Разъединители внутренней установки выполняют одно – и трехполюсными. Разъединители наружной установки с одним заземляющим ножом, изготавливают повышенной механической прочности, с отдельными полюсами горизонтально – поворотного типа, которые управляются вращением одного или двух изоляторов, связанных с тягами.

Разрядники – это аппараты предназначенные для защиты электроустановок от перенапряжений. Разрядники выполняются вентильными и трубчатыми.

Вентильные разрядники. Такие разрядники представляют собой колонки искровых промежутков и нелинейных сопротивлений. В качестве последних наиболее распространен велит, основным компонентом которого является карборунд, обработанный дугой; при этом на поверхности кристаллов карборунда образуется запорный слой.

Основные рабочие узлы вентильного разрядника – многократные искровые промежутки и нелинейные рабочие резисторы, размещаемые внутри фарфоровой герметизированной покрышки.

Вентильные разрядники изготавливают различной конструкции и назначения: РВС – вентильный стационарный на 10-220 кВ для защиты от атмосферных перенапряжений; РВМ, РВМГ, РВМА - вентильные с магнитным гашением дуги; модификации Г и А предназначены для защиты от атмосферных и кратковременных внутренних перенапряжений возникающих в изоляции электрооборудования станций и подстанций при номинальном напряжении 15-500 кВ.

Трубчатые разрядники представляют собой гасительную трубку изготовленную из фибробакелита или винипласта, внутри которой находятся стержневой и кольцевой электроды, причем между ними в момент перенапряжения образуется пробой разрядного промежутка и гашение дуги сопровождающего ее тока.

Трубчатые разрядники выполняют фибробакелитовыми типа РТФ на напряжение 3-110 кВ, винипластовыми типа РТВ на 6-35 кВ. в маркировке трубчатых разрядников в числители указывается номинальное напряжение (кВ), в знаменатели пределы отключаемых токов например РТВ 35/2-10.

Изоляторы для вл применяют следующие типы изоляторов:

При напряжении 6-10 кВ – штыревые фарфоровые и стеклянные типов ШФ6-А и ШФ10-А;

При напряжении 20-35 кВ- штыревые фарфоровые типов ШФ20-А, ШФ20-Б, ШФ-35А ШФ-35Б

При напряжении от 35 кВ и выше - подвесные фарфоровые изоляторы типов ПФ-6А, ПФ-6Б (цифры указывают нагрузку).