2 Технологический раздел

Исследование современных высоковольтных выключателей

Электромагнитные выключатели занимают особое место среди других выключателей переменного тока. Область их применения ограничена напря­жением 10—15 кВ. Действие выключателя основано не на газовом дутье. Действие электромагнитных выключателей основано на гашении электрической дуги отключения в дугогасительной камере, содержащей па­кет керамических пластин, в который дуга затягивается поперечным маг­нитным полем, возбуждаемым током дуги. При отключении выключателя размыкаются сначала главные, а затем дугогасительные контакты.

Возника­ющая при этом дуга под действием электродинамических сил токоведущего контура и тепловых конвекционных потоков выдувается вверх в дугогасительную камеру. Расширяясь, петля дуги приближается к медному рогу, расположенному над неподвижным контактом и касается его, при этом ка­тушка электромагнита, создающего магнитное дутье, включается параллель­но участку дуги между контактом и рогом. Шунтированная часть дуги гас­нет, и через катушку начинает проходить полный ток отключаемой цепи.

Второе основание дуги перебрасывается с подвижного дугогасительного контакта на другой рог, при этом последовательно в цепь дуги включается вторая катушка магнитного дутья, создается магнитное поле, взаимодей­ствующее с током дуги и вызывающее перемещение дуги в пакет керами­ческих пластин, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Пластины снабжены вырезами, сужающимися кверху и смещенными в сто­рону от середины пластины. Попадая в пакет пластин, дуга приобретает зигзагообразную форму, интенсивно охлаждается и при переходе через нуль гаснет.

Классификация высоковольтных выключателей:

По способу гашения дуги:

• Элегазовые выключатели (баковые и колонковые);

• Вакуумные выключатели;

• Масляные выключатели (баковые и маломасляные);

• Воздушные выключатели;

• Автогазовые выключатели;

• Электромагнитные выключатели;

• Автопневматические выключатели.

Технические данные электромагнитных выключателей приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 – Основные данные электромагнитных выключателей

Тип	Iном, кА	Iд, кА	Время,	с	Масса, т	Размеры, м
			отключения	вклю­чения		вы­сота	ши­рина	глубина
ВЭ-6-40	1,6; 2,0; 3,2	128	0,06/0,075	0,075	0,57...0,61	1 60	0 58	1,0
ВЭМ-6-40	2,0; 3,2	125	0,06/0,08	0,25	1,0...1,2	1,60	0,75	0,97
ВЭС-6-40	1,6; 2,0; 3,2	128	0,06/0,075	0,075	0,57...0,61	1,61	0,63	0,98...1,01
ВЭМ-10Э-20	1,0; 1,25	52	0,05/0,07	0,25	0,60...0,62	1,60	0,75	0,97
ВЭ-10-20	1,25; 1,6; 2,5; 3,6	51	0,06/0,075	0,075	0,52...0,57	1,60	0,63	1,0
ВЭ-10-31,5	1,25; 1,6; 2,5; 3,6	80	0,06/0,075	0,075	0,56...0,61	1,60	0,63	1,0
ВЭ-10-40	1,6; 2,5; 3,15	100	0,06/0,08	0,08	0,65.. .0,69	1,61	0,63	0,98...1,01
ВЭВ-10Э-16	1,6	16	0,06/0,08	—	0,25	1,60	0,58	1,0

Типичная осциллограмма тока и напряжения при отключении коротко-замкнутой цепи электромагнитным выключателем приведена на рисунке 2.1, а. Она существенно отличается от соответствующих диаграмм для масляных и воздушных выключателей. Падение напряжения в дуге здесь значительно больше. В масляных и воздушных выключателях сопротивление дугового промежутка и его влияние на ток проявляются лишь в течение последних нескольких десятков микросекунд, предшествующих угасанию дуги. В элек­тромагнитных выключателях резкое сопротивление дуги вследствие ее зна­чительной дуги является основным условием успешного отключения. Ток стремится к нулю. При этом сдвиг фазы тока по отношению к напряжению уменьшается.

Рисунок 2.1 – Принцип действия электромагнитного выключателя:

а — изменение тока и напряжения в процессе отключения.

Движение дуги в электромагнитном выключателе и ее удлинение про­исходят под действием магнитного поля, направленного перпендикулярно направлению тока.

При отключении малых токов (до 1000 А) для улучшения гашения дуги применяется устройство воздушного поддува. На рисунке 2.2 показан вык­лючатель серии ВЭ-10. У выключателей серии ВЭ-10 в зависимости от но­минального тока и номинального отключаемого тока несколько меняется конструктивное исполнение.

Выключатели различаются:

С дугогасительными камерами (на номинальный ток отключения 20 кА камера имеет меньшие габаритные размеры и массу по сравнению с выклю­чателями на большие токи; выключатели на номинальный ток 3600 А про­ходных изоляторов не имеют);

Приводами (выключатели с номинальным током отключения 20 кА снаб­жены пружинными приводами, имеющими две включающие пружины; вык­лючатели с номинальным током отключения 31,5 кА снабжены пружинны­ми приводами с тремя включающими пружинами);

Проходными изоляторами (выключатели с номинальным током 2500 А имеют проходные изоляторы с большей площадью поперечного сечения токоведущего стержня по сравнению с проходными изоляторами выключа­телей с меньшим номинальным током)

Рисунок 2.2 – Выключатель электромагнитный ВЭ-10 на токи 1250, 1600 и 2500 А

До 20 кА при напряжении 11,5 кВ (рисунок 2.3). Они получили при­менение в системах собственных нужд мощных электростанций, а также в промышленных установках, где необходимы частые операции включения и отключения. Стоимость их относительно высока.

Электромагнитные выключатели выпускаются на напряжение 6—10 кВ, номинальный ток до 3200 А и ток отключения до 40 кА. Для гашения в них дуги не требуются масло или сжатый воздух, что является большим преиму­ществом по сравнению с другими выключателями.

Достоинствами электромагнитных выключателей являются пол­ная пожаробезопасность и взрывобезопасность, малый износ контактов, большое коли­чество отключений без ревизий, высокая отключающая способность, а их недостатками — сложная конструкция, ограниченный верхний предел но­минального напряжения.

Рисунок 2.3 – Электромагнитный выключатель типа ВЭМ-10Э-1000/12,5УЗ

Рисунок 2.4 – Выключатель с электромагнитным гашением дуги ВЭМ-6-2000/40-125

Рисунок 2.5 – Выключатель с электромагнитным гашением дуги ВЭМ-6-3200/40-125

Технологическая карта № 3.3.

Текущий ремонт электромагнитного выключателя типа ВЭМ-10 производят через каждые 10000 отключений, но не реже 1 раза в год.

При текущем ремонте производится внешний осмотр контактной и дугогасительной систем, зачистка дугогасительных контактов, переборка дугогасительных камер и устройств воздушного поддува, пропитка и смазка прокладок, протирка и промывка изоляторов и изоляционных тяг, наладка выключателя и измерение его параметров. При необходимости производится замена изношенных деталей.

После снятия защитного кожуха производится демонтаж дугогасительных камер. Перед их снятием с полюсов целесообразно проверить интенсивность воздушного дутья. Для этого в верхнюю часть камеры между передним торцом и козырьком кладут прессшпановую пластину размером 125X80X2 мм с грузом 50 г. Если интенсивность дутья нормальная, то при отключении выключателя воздушный поток поднимет пластину с грузом на несколько миллиметров.

При осмотре рамы выключателя проверяют отсутствие трещин в местах сварки и крепления колес тележки. Фарфоровые изоляторы не должны иметь сколов, трещин, нарушения армировки. Допускаются сколы площадью не более 1,5 см2 и легкие царапины глубиной не более 0,5 и длиной до 25 мм. Эти сколы и царапины следует покрыть бакелитовым лаком.

Проверяется износ контактов. Главные контакты выключателя практически не изнашиваются. При наличии небольших оплавлений дугогасительных контактов их следует зачистить мелким напильником. Запиливание киритовых наконечников контактов следует производить весьма осторожно, так как это уменьшает срок их службы. Во время осмотра контактов проверяется состояние изоляционной пластины 8 (см. рисунок 2.6), закрывающей дугогасительный контакт сверху. Пластина должна полностью закрывать контакт за исключением его дугостойких наконечников, зазор между киритовым наконечником и торцом изоляционной пластины должен быть не более 2 мм. Изоляционную пластину заменяют новой, если вырез ее расширился настолько, что начинают выступать металлические детали.

Рисунок 2.6 – Контактная система электромагнитного выключателя: 

1 — шарнирный контакт; 2 — шина; 3 — главный подвижный контакт; 4 — главный неподвижный контакт; 5, 13, 17 —пружина; 6 — корпус контакта; 7 — винт; в — пластина; 9 — дугогасительный неподвижный контакт; 10 — дугогасительный подвижный контакт; 11 — цилиндр воздушного дутья; 12 — прокладка (поршень); 14 — гайка: 15 — стойка шарнирного контакта; 16 — стакан; 18 — шайба

При осмотре шарнирного контакта 1 (см. рисунок 2.6) обращают внимание на положение пружины в стакане 16. Зазор между бортиком стакана и шайбой 18 должен быть 0,5—1 мм. Шарнирный контакт обильно смазывается.

Во время ремонта устройства воздушного дутья в случае ослабления его интенсивности из цилиндра 11 извлекают поршень 12. Манжета поршня должна быть эластичной, пропитанной трансформаторным маслом, не должна иметь разрывов по краям. В случае небольшого нарушения уплотнения поджимается уплотняющий диск. Внутренняя полость цилиндра смазывается смазкой ЦИАТИМ-203.

Состояние дугогасительных камер определяется внешним осмотром. Если в межремонтный период выключатель не отключал токов КЗ, то достаточно продуть пылесосом внутреннюю полость камер. При обнаружении поврежденных пластин производят их полную разборку. Керамические и изоляционные детали очищают от продуктов горения дуги сухой тряпкой и стеклянной шкуркой. Применять наждачную шкурку и металлические щетки не разрешается во избежание образования проводящих следов на поверхности керамики. Сломанные пластины, а также пластины, у которых ширина верхушек вырезов в результате многократного оплавления при отключении токов КЗ увеличилась до 3,5 мм, заменяют новыми.

Пластины укладывают в камеры при строгом соблюдении чередования правая — левая, т. е., если вырез одной пластины находится справа, то следующая за ней пластина должна иметь вырез слева. Между соседними пластинами должен быть зазор.

Во время ремонта проверяются все крепления. Трущиеся части механизма и выводы выключателя смазываются смазкой ЦИАТИМ-203 (кроме дугогасительных и главных подвижных и неподвижных контактов). Выводы выключателя имеют защитное гальваническое покрытие, поэтому зачистка их напильником или наждачной шкуркой недопустима. При необходимости очистки следует пользоваться растворителем. После окончания ремонта производится регулировка выключателя и измерение его параметров.

Измеряются с помощью динамометра контактные нажатия. Нажатие пальца главного неподвижного контакта должно быть 100 Н при рабочем ходе 4—5 мм (см. рисунок 2.6), нажатие пальца дугогасительного неподвижного контакта—200 Н. На собранном выключателе расстояние между главными контактами в момент размыкания дугогасительных должно быть 10—12 мм. Если это расстояние уменьшилось до 5 мм и менее, износившиеся дугогасительные контакты следует заменить. Заход подвижного дугогасительного контакта в неподвижный должен составлять 30—35 мм.

Разновременность замыкания и размыкания дугогасительных контактов определяется визуально или с помощью ламповой схемы.

Ход главных контактов регулируют, уменьшая или увеличивая длину изоляционных тяг каждого полюса выключателя.

После окончания ремонта и регулировки определяются переходные сопротивления токоведущего контура и скорости размыкания и замыкания контактов. Скорости движения контактов регулируются с помощью отключающих пружин.

В заключение производится испытание выключателя многократным включением и отключением при номинальном напряжении оперативного тока, при пониженном (85 % Uном) и повышенном (110% Uном) напряжениях.

В соответствии с требованиями завода-изготовителя капитальный ремонт выключателя должен проводиться после 75 000 отключений, но не реже 1 раза в 5 лет. При капитальном ремонте выключателя помимо работ, предусмотренных объемом текущего ремонта, должна производиться полная разборка выключателя с заменой изношенных деталей и исправлением всех выявленных дефектов. По окончании ремонта и регулировки измеряются параметры, производится опробование выключателя и испытывается высоковольтная изоляция, повышенным напряжением переменного тока.

Описание схемы управления