Nashidvery.ru

Наши Двери
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Выключатели переменного тока высокого напряжения

Выключатели переменного тока высокого напряжения

Высоковольтный выключатель — коммутационный аппарат, предназначенный для оперативных переключений и аварийных коммутаций в энергосистемах, для выполнения операций включения и отключения отдельных цепей или электрооборудования при ручном или автоматическом управлении.

Высоковольтный выключатель состоит из: контактной системы с дугогасительным устройством, токоведущих частей, корпуса, изоляционной конструкции и приводного механизма (например, электромагнитный привод, ручной привод).

Выключатели с очень большим номинальным напряжением (6 — 1150 киловольт) и очень большим током отключения (до полусотни кило Ампер) используются на электрических подстанциях. Эти выключатели представляют собой довольно сложную конструкцию, управляемую электромагнитным приводом. В зависимости от среды, в которой производят гашение дуги, различают воздушные выключатели, в которых дуга гасится сжатым воздухом, масляные выключатели, в которых контакты помещаются в ёмкость с маслом, а дуга гасится парами масла, элегазовые выключатели, в которых используется электропрочный газ SF6- «элегаз», и вакуумные выключатели, в которых дугогашение происходит в вакууме — в так называемой вакуумной дугогасительной камере (ВДК). Защитная среда одновременно с дугогашением обеспечивает и диэлектрическую прочность промежутка между контактами в отключенном положении, от чего зависит и величина хода контактов.
18.2. Баковые масляные выключатели

Баковый масляный выключатель показан на рис. 18.1. В стальном баке 1 на маслонаполненных вводах 2 расположены дугогасительные устройства (камеры) 3. Маслонаполненный ввод (проходной изолятор) служит для проведения токоведущей цепи, находящейся под высоким напряжением, через металлическую стенку или другие преграды. Траверса 4 перемыкает выходные контакты 11 камер (рис. 18.2). Горячие ионизированные выхлопные газы, выходящие из камер, могут вызвать перекрытие с камер на бак. Для предотвращения этого явления имеется баковая изоляция 5 (рис. 18.1).

Перемещение траверсы 4 происходит под действием штанги 6, движущейся по направляющим 7 под действием пружин механизма и пружин камер 10 (рис. 18.2),

Рис. 18.1 Баковый масляный выключатель

Дугогасительное устройство бакового масляного выключателя

Рис. 18.2. Дугогасительное устройство

На выключателе установлены магнитопроводы 8 (рис. 18.1) со вторичными обмотками трансформаторов тока (в данном случае их четыре). Первичной обмоткой трансформаторов являются токоведущие стержни вводов 2. Для сохранения вязкости трансформаторного масла при низких температурах предусмотрен электрический подогрев масла устройством 9.

Дугогасительное устройство выключателя показано на рис. 18.2. В прочном стеклоэпоксидном цилиндре 1 расположены неподвижные контакты 2 и 3. Неподвижные контакты 2 я 3 выполнены в виде многоламельного торцевого контакта. Промежуточный контакт 4 сделан в виде сквозной розетки. Для уменьшения износа контакты облицованы металлокерамикой. Камера имеет два разрыва. Первый образуется между контактом 2 и промежуточным подвижным контактом 5, второй — между контактом 3 я контактом 6. Дугогасительная решетка 7 имеет два следующих друг за другом дутьевых канала 8, 9. Во включенном положении эти каналы перекрыты телом подвижных контактов 5 и 6. Вся внутренняя полость камеры заполнена трансформаторным маслом. При отключении контакты движутся вниз под действием пружины камеры 10. В каждом разрыве образуется дуга. По действием энергии дуги масло разлагается на водород, метан и другие газы. В течение сотой доли секунды давление возрастает до 5—8 МПа. Необходимо отметить, что в момент прохождения тока через нуль дуга гаснет и подвод мощности к ней прекращается. Однако энергия, выделенная дугой на протяжении предыдущего полупериода, создает в камере объем газа, в котором запасена определенная энергия. Этот газ находится под высоким давлением. К. моменту нуля тока это давление уменьшается, однако остается еще достаточно большим, чтобы создать газовый поток, охлаждающий дугу и восстанавливающий электрическую прочность дугового промежутка. После того как тело подвижного контакта откроет дутьевую щель 8, создается поток газов и паров масла, охлаждающих и деионизирующих дугу. Следует отметить, что энергия, необходимая для гашения, выделяется самой дугой. Поэтому чем больше ток, тем больше давление в камере и интенсивнее гашение дуги. При токах, близких к номинальному току отключения, длительность дуги не более 0,02 с. Наибольшая длительность горения дуги наблюдается при небольших индуктивных токах (500—2000 А). На рис. 18.2, показано сечение решетки, повернутое на 99° относительно оси. Процесс деионизации начинается в дутьевой щели 8. Для обеспечения надежной работы камеры во всем возможном диапазоне токов предусмотрена вторая дутьевая щель 9. Выравнивание распределения напряжения между камерами и облегчение отключения емкостных токов обеспечиваются шунтирующими резисторами 10 (рис. 18.1). Отключение шунтирующих резисторов производится двумя разрывами, образующимися между выходными контактами камер и траверсой. В настоящее время баковые выключатели выпускаются на напряжение 35—220кВ. Наибольшая мощность отключения 25 000 MB-А.

Читайте так же:
Выключатели нагрузки выбрать лучший

Обычно бак выключателя заполняется маслом примерно на 2/3 объема. При отключении газ, выбрасываемый из камеры, заставляет слои масла, лежащие над камерами, двигаться с большой скоростью вверх. Воздух, находящийся над маслом, может свободно выходить в атмосферу. Таким образом удается ограничить давление в баке. После отключения масло, двигаясь по инерции, ударяет в крышку выключателя. Этот удар может быть столь сильным, что деформируются крепления бака к фундаменту. Фундамент выключателя должен быть рассчитан на эти нагрузки.

В случаях повреждения механизма или камер выключателя образуется длительно горящая «стоячая» дуга, при этом давление в баке может подняться до опасной величины. Взрыв бака является тяжелой аварией, так как выливающееся из него масло может воспламениться и вызвать пожар в распределительном устройстве. Для предотвращения взрыва бака в его крышке расположены аварийные выхлопные трубы с калиброванными мембранами. При определенном давлении мембраны разрушаются и из выключателя выливается масло, благодаря чему давление в баке снижается до безопасных пределов.

На протяжении многих десятков лет конструкция баковых выключателей улучшалась в направлении уменьшения массы, объема, увеличения отключающей способности. Основными достоинствами этих выключателей являются высокая надежность, простота конструкции камер и механизма, высокая механическая прочность элементов (камер, бака, механизма, вводов), что позволяет использовать эти аппараты в самых тяжелых условиях эксплуатации (при низких температурах необходим подогрев масла для уменьшения его вязкости). По отечественной статистике надежность баковых выключателей выше надежности воздушных и маломасляных выключателей. Большим достоинством их является возможность использования встроенных трансформаторов тока и емкостных делителей напряжения. Простота конструкции не требует высокой квалификации обслуживающего персонала и сложного оборудования. При напряжениях до 220кВ баковые выключатели по номинальному току отключения не уступают воздушным.

К недостаткам выключателей следует отнести: большие габариты и масса, необходимость периодической очистки масла, что требует наличия специализированного масляного хозяйства; сложность и трудоемкость ремонта и ревизии выключателей с напряжением 110кВ и выше. Большим недостатком является взрыво- и пожароопасность баковых выключателей. В перспективе они будут заменяться маломасляными и элегазовыми.

Читайте так же:
Выключатель с регулятором яркости монтаж

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.002 с) .

2. Выключатели высокого напряжения Общие сведения

Выключатель — это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока. Выключатель является основным аппаратом в электрических установ­ках, он служит для отключения и включения в цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, не­синхронная работа. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание.

К выключателям высокого напряжения предъявляют следующие требо­вания:

надежное отключение любых токов (от десятков ампер до номинально­го тока отключения);

быстрота действия, т. е. наименьшее время отключения;

пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения, т. е. быстрое включение выключателя сразу же после отключе­ния;

возможность пофазного (пополюсного) управления для выключателей 110кВ и выше;

легкость ревизии и осмотра контактов;

взрыво- и пожаробезопасность;

удобство транспортировки и эксплуатации.

Выключатели высокого напряжения должны длительно выдерживать номинальный ток и номинальное напряжение.

Выбор выключателей

В общих сведениях о выключателях рассмотрены те параметры, ко­торые характеризуют выключатели по ГОСТ. При выборе вы­ключателей необходимо учесть 12 различных параметров, но, так как заводами-изготовителями гарантируется определенная зависимость парамет­ров, например:

,

допустимо производить выбор выключателей по важнейшим параметрам:

по напряжению установки:

по длительному току

по отключающей способности.

В первую очередь производится проверка на симметричный ток отключения по условию :

Затем проверяется возможность отключения апериодиче­ской составляющей тока КЗ:

,

где — номинальное допускаемое значение апериодической составляю­щей в отключаемом токе для времени; — нормированное значение со­держания апериодической составляющей в отключаемом токе, % (по рис 3); — апериодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения контактов;— наименьшее время от начала КЗ до момента расхождения дугогасительных контактов:

;

где c- минимальное время действия релейной защиты;

— собственное время отключения выключателя.

Если условие соблюдается, а, то допускается проверку по отключающей способности производить по полно­му току КЗ:

.

По включающей способности проверка производится по условию:

где — ударный ток КЗ в цепи выключателя;-начальное значение пе­риодической составляющей тока КЗ в цепи выключателя; — номи­нальный ток включения (действующее значение периодической составляю­щей);— наибольший пик тока включения (по каталогу). Заводами-изго­товителями соблюдается условие , гдеky= 1,8 — ударный коэффициент, нормированный для выключателей. Проверка по двум усло­виям необходима потому, что для конкретной системыkyможет быть бо­лее 1.8.

На электродинамическую стойкость выключатель прове­ряется по предельным сквозным токам КЗ:

где — наибольший пик (ток электродинамической стойкости) по катало­гу— действующее значение периодической составляющей предельного сквозного тока КЗ. Проверка по двум условиям производится по тем же соображениям, которые указаны выше.

На термическую стойкость выключатель проверяется по теп­ловому импульсу тока КЗ:

где Вк— тепловой импульс тока КЗ по расчету; — среднеквадратичное значение тока за время его протекания (ток термической стойкости) по ка­талогу;— Длительность протекания тока термической стойкости по ка­талогу.

Методика расчета удаленного и неудаленного КЗ изложена в [3].

Проверка выключателей по параметрам восстанавливающегося напря­жения на контактах выключателя в учебном проектировании обычно не производится, так как в большинстве энергосистем реальные условия вос­становления напряжения соответствуют условиям испытания выключателя.

Читайте так же:
Выключатели hella 354 103

ПримерЗадание: Выбрать выключательQ1и разъединительQS1в цепи ге­нератора ТВФ-63-2, работающего на шины 10,5 кВ, и выключательQ2и разъединительQS2в цепи блока с генератором ТВФ-120-2 (рис, 4). Расчетные токи КЗ даны в табл. 4.

Выбор Q1, QS1.Расчетные токи продолжительного режима определяем, А:

Аппараты высокого напряжения — Электромагнитные выключатели

Электромагнитный выключатель ВЭМ-6

Рассмотренные масляные и воздушные выключатели имеют ряд недостатков. Баковые масляные выключатели имеют большую массу и габаритные размеры, требуют ухода за маслом, взрыво- и пожароопасны. Маломасляные выключатели имеют значительно меньший объем масла, чем баковые, но обладают другим недостатком: количество операций ограничено, так как при частых отключениях небольшое количество масла быстро загрязняется частицами сажи, образующимися при горении дуги. Для работы воздушного выключателя необходим источник сжатого воздуха. Однако они применяются при больших номинальных токах отключения, больших номинальных напряжениях и в случаях, не требующих частых коммутаций электрической цепи.
Электромагнитный выключатель для своей работы не требует масла или сжатого воздуха, может совершать большое количество включений и отключений без ревизии и находит применение при ПНОм=6^-20 кВ при частых коммутациях электрической цепи.
Эскиз контактной и дугогасительной систем электромагнитного выключателя ВЭМ.-6 представлен на рис. 5.1, а и б. На стальной раме 1 с помощью изоляторов 2 укреплены ДУ 3 и катушка магнитного дутья 4 с полюсами 6. Подвижный контакт 5 вращается на опорном изоляторе 10 с помощью изоляционной тяги. Выключатель имеет основную 7 и дугогасительную 8 системы контактов. При размыкании дугогасительных контактов 8 между ними возникает дуга, которая под действием электродинамических сил контура и тепловых потоков перемещается вверх и занимает положение, обозначенное сплошной линией АЕЖ. При этом участок дуги АЕ шунтируется дугогасительной катушкой 4. Так как сопротивление катушки мало, то дуга на участке АЕ гаснет и катушка включается последовательно в цепь. Теперь дуга горит между рогом 9 и рогом подвижного контакта 8 (положение Б). Под действием магнитного поля, создаваемого катушкой 4 и полюсами 6, дуга затягивается в керамическое ДУ 3.
Дуга, втягиваясь в камеру, принимает форму зигзага и длина ее значительно увеличивается.

Рис. 5.1. Электромагнитный выключатель ВЭМ-6 на напряжение 6 кВ, номинальный ток 1600 А и номинальный ток отключения 38,5 кА

Диаметр столба дуги dc больше, чем ширина щели δ. В результате после вхождения дуги в камеру ее сечение расплющивается, осуществляется хороший тепловой контакт с пластинами 11 керамической камеры ДУ. Высокая теплопроводность керамики обусловливает эффективное охлаждение дуги и повышение градиента Е. Падение напряжения на дуге
Принципиальное отличие условий работы электромагнитного выключателя от воздушного заключается в том, что в первом напряжение на дуге соизмеримо с напряжением источника питания, в результате чего форма кривой тока резко искажается из-за нелинейности ВАХ дуги и ток значительно уменьшается. Поскольку активное сопротивление дуги соизмеримо с реактивным сопротивлением цепи высокого напряжения, уменьшается угол сдвига фаз между током и ЭДС системы. Все это создает условия для эффективного гашения дуги.
В воздушном выключателе мощность, выделяемая в дуге, пропорциональна ее длине и равна

где х — индуктивное сопротивление цепи.

Читайте так же:
Автоматический выключатель ва53 41 344710

ОСТАТОЧНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ДУ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ

В ДУ электромагнитного выключателя после перехода тока через нуль между контактами аппарата наблюдаются две остаточные электрические проводимости: первая — по пути тока через газовый плазменный остаток, как и у других типов выключателей, вторая обусловлена накаленными до высокой температуры стенками камеры.

На рис. 5.9 представлена зависимость остаточной проводимости от времени, снятая для одного из образцов выключателя [3.1]. Кривая 1 — проводимость области остаточного ствола дуги. Эта проводимость спадает во времени с постоянной времени τ

35-38 мкс, причем к моменту времени t=100 мкс она равна нулю. Кривая 2 — проводимость, обусловленная раскаленным следом дуги на поверхности стенок камеры.

Рис. 5 9. Изменение остаточной проводимости после прохода тока через нуль в ДУ электромагнитного выключателя

Эта составляющая проводимости спадает с большой постоянной времени (τст=200 мкс) и медленно уменьшается во времени. Суммарная проводимость изображена кривой 3. Остаточный ток определяется суммарной проводимостью.
Повторное зажигание дуги может возникнуть либо в результате теплового пробоя газового промежутка, либо в результате развития разряда по нагретой поверхности керамики. Для снижения постоянной времени газового промежутка τ может быть рекомендовано уменьшение ширины щели δ. Снижение проводимости накаленных стенок наталкивается на большие трудности, особенно при больших токах отключения. Процессу отключения помогает относительно низкое возвращающееся напряжение из-за малого фазового угла. Кроме того, остаточная проводимость демпфирует процесс восстановления напряжения.
Описанный выше процесс изменения остаточной проводимости межконтактного промежутка в значительной степени ограничивает номинальное напряжение электромагнитных выключателей, особенно при больших номинальных токах отключения.

1. Общие сведения

Основным аппаратом, от работы которого в большинстве случаев зависят бесперебойность и надежность электроснабжения потребителей из всего оборудования, применяемого на любой подстанции, является выключатель. Он служит для включения и отключения токов любых режимов: номинальных, токов короткого замыкания (КЗ), токов холостого хода (хх) силовых трансформаторов, токов холостых линий и кабелей. Характерной особенностью этого аппарата является наличие дугогасительного устройства (ДУ), которое обеспечивает гашение дуги, возникающей в цепи высокого напряжения при ее размыкании.

Выключатель высокого напряжения является основным коммутационным аппаратом в электрических установках. Он служит для отключения и включения цепи в разных режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание.

К выключателям высокого напряжения предъявляют следующие требования:

- надежное отключение расчетных токов и токов короткого замыкания;

- быстрота действия, т.е. наименьшее время отключения;

- пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения;

- возможность пофазного управления для выключателей 110 кВ и выше;

- легкость ревизии и осмотра контактов;

- взрыво- и пожаробезопасность;

- удобство транспортировки и эксплуатации.

Основной принцип работы каждого выключателя является наличие дугогасительной камеры с токонепроводящей средой, в которой происходит гашение электрической дуги высокого напряжения в момент размыкания электрической сети и расхождения токопроводящих элементов выключателя.

Теоретически и практически доказано, что самый простой способ гашения электрической дуги — в вакуумных выключателях, так как в вакуумных камерах практически отсутствует среда, проводящая электрический ток. В этих выключателях контакты расходятся под вакуумом (давление равно 10-4 Па). Возникающая при расхождении контактов дуга быстро гаснет благодаря интенсивной диффузии зарядов в вакууме.

Читайте так же:
Выключатель веревочка схема подключения

Поскольку разрежённый газ (10 ?6 …10 ?8 Н/смІ) обладает электрической прочностью, в десятки раз превышающей прочность газа при атмосферном давлении, то это свойство широко используется в высоковольтных выключателях: в них при размыкании контактов в вакууме сразу же после первого прохождения тока в дуге через ноль изоляция восстанавливается, и дуга вновь не загорается.

В момент размыкания контактов в вакуумном промежутке коммутируемый ток инициирует возникновение электрического разряда — вакуумной дуги, существование которой поддерживается за счет металла, испаряющегося с поверхности контактов в вакуумный промежуток. Плазма, образованная ионизированными парами металла, проводит электрический ток, поэтому ток протекает между контактами до момента его перехода через ноль. В момент перехода тока через ноль дуга гаснет, а оставшиеся пары металла мгновенно (за 7—10 микросекунд) конденсируются на поверхности контактов и других деталей дугогасящей камеры, восстанавливая электрическую прочность вакуумного промежутка. В то же время на разведенных контактах восстанавливается приложенное к ним напряжение (см. иллюстрацию процесса отключения).

В эксплуатации вакуумный выключатель также более прост, чем маломасляный и электромагнитный. Прекрасные дугогасящие свойства глубокого вакуума позволили создать выключатели на напряжение 10 кВ, которые благодаря своим преимуществам вытесняют маломасляные и электромагнитные выключатели. В вакуумных дугогасительных камерах реализуется два очень важных свойства вакуумных промежутков: высокая электрическая прочность (выше, чем у трансформаторного масла, не говоря о воздухе,) и высокая дугогасительная способность.

Вакуумные ДУ могут успешно отключать постоянный ток. При токе 1000 А и напряжении 10 кВ отключение происходит путем расхождения контактов в вакууме. При больших значениях тока постоянный ток с помощью конденсатора превращается в переменный и ДУ отключает его при первом прохождении через нуль. При двух последовательно соединенных ДУ отключался ток 5 к А при напряжении 60 кВ. Вспомогательный конденсатор имел емкость 3 мкФ.

Достоинства вакуумных выключателей: 1. Отсутствие необходимости в замене и пополнении дугогасящей среды и масляного хозяйства.

1. Высокая износостойкость при коммутации номинальных токов и токов КЗ.

2. Снижение эксплуатационных затрат, простота эксплуатации.

3. Быстрое восстановление электрической прочности.

4. Полная взрыво- и пожаробезопасность.

5. Повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам.

6. Произвольное рабочее положение вакуумной дугогасительной камеры (ВДК) в конструкции выключателя.

7. Широкий диапазон температур окружающей среды, в котором может работать ВДК (от -70° до + 200° С).

8. Безшумность, чистота, удобство обслуживания, обусловленные малым выделением энергии в дуге и отсутствием внешних эффектов при отключении токов КЗ.

9. Отсутствие загрязнения окружающей среды.

10. Высокое быстродействие, применение для работы в любых циклах АПВ.

11. Сравнительно малые массы и габариты, небольшие динамические на грузки на конструкцию при работе из-за относительно малой мощности привода.

12. Легкая замена ВДК.

К недостаткам можно отнести: 1. Возможные коммутационные перенапряжения при отключении малых индуктивных токов.

1. Трудности при создании и изготовлении, связанные с созданием контактных материалов, сложностью вакуумного производства, склонностью материалов контактов к сварке в условиях вакуума.

2. Большие вложения, необходимые для осуществления технологии производства, и поэтому большая стоимость.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector