Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности

Кафедра эксплуатации электрических станций

«УТВЕРЖДАЮ»

Заведующий кафедрой ЭЭС

____________ Углов А.В.

« » _____________ 20 г.

Лекция № 5 по дисциплине «Электрооборудование электрических станций и подстанций»

для специальности «Нетрадиционные источники электроэнергии»

Тема: Выключатели переменного тока высокого напряжения.

Цель: Сформировать у слушателей знания в части конструкции и принципа действия выключателей высокого напряжения.

ПЛАН

1. Назначение, классификация и требования, предъявляемые к высоковольтным выключателям.

2. Основные элементы конструкции высоковольтных выключателей.

3. Высоковольтные воздушные выключатели.

Литература:

1. А.А. Чунихин Электрические аппараты, М.:Энергоатомиздат, 1998, учебник для ВУЗов. 718 с.

2. Л.А. Родштейн. Электрические аппараты, Л.:Энергоиздат, 1981, учебник для техникумов. 304 с.

3. В.М.Яшутин, О.Ю.Анисимов "Электрические аппараты СИЯиП, Учебное пособие, 200.

4. В.М.Яшутин, "Альбом рисунков к учебному пособию", "Электри­ческие аппа­раты", СИЯиП, 1997.

5. Б.К. Буль и др. Основы теории электрических аппаратов. М.: Высшая школа 1990. 230 с

г. Севастополь

20. г.

1. Назначение, классификация и требования, предъявляемые к высоковольтным выключателям

Выключатель — это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения электрической цепи с током.

Выключатель является основным аппаратом в электрических установках переменного тока с напряжением выше 1000 В и пред­назначен для включения и отключения электрической цени с то­ком во всех режимах, возможных в эксплуатации: включение и отключение номинальных токов, токов холостого тока силовых трансформаторов и емкостных токов конденсаторных батарей и длинных линий, токов перегрузки, токов КЗ. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение выключателя на существующее в цепи короткое замыкание.

Выполняются выключатели на номинальные токи от несколь­ких сотен ампер до 30 кА и номинальное напряжение от 3 до 750 кВ.

Основным фактором, определяющим конструкцию выключате­ля, является способ гашения, электрической дуги при отключении выключателя. Исходя из этого, современные выключатели можно разделить на следующие основные группы:

• воздушные выключатели — гашение электрической дуги осуществляется потоком сжатого воздуxa под давлением 2...4 МПа, получаемого от специального источника;

• воздушные автопневматические выключатели — гашение электрической дуги осуществляется сжатым воздухом, создавае­мым за счет энергии отключающей пружины;

• масляные выключатели – гашение электрической дуги осуществляется в трансформаторном масле. Масляные выключатели подразделяются на баковые (масляные) — с боль­шим объемом масла. Масло служит дугогасящей средой и изоляцией дугогасительных камер и вводов относительно земли: маломасляные выключатели — выключатели с малым объе­мом масла. Масло служит только дугогасящей средой;

• автогазовые выключатели — гашение дуги осуществляется газами, которые выделяются из стенок камеры под действием вы­сокой температуры электрической дуги;

• элегазовые выключатели — гашение электрической дуги происходит в среде инертного газа (элегаза — электротехнического газа) под давлением 0,2...0,55 Мпа;

• электромагнитные выключатели — гашение электрической дуги осуществляется в дугогасительных камерах. В таких выключателях для увеличения длины дуги используются дугогасительные рога, для увеличения скорости передвижения электри­ческой дуги в дугогасительной камере используется магнитное поле (магнитное дутье) и автопневматическое воздушное дутье;

• вакуумные выключатели — гашение электрической дуги осуществляется в вакууме.

Каждая группа выключателей может подразделяться:

• по времени действия — быстродействующие, ускоренного действия и небыстродействующие;

• по числу фаз — однофазные и трехфазные. В зависимости от числа разрывов цепи на фазу выключатели могут быть с од­ним разрывом, двумя разрывами и многократными разрывами;

• по конструктивной связи с приводом — с отдельным при­водом и со встроенным приводом, каждый из которых может вы­полняться либо с ручным, либо с двигательным включением;

• по роду установки — для внутренней и наружной устано­вок и для взрывоопасной среды;

• по наличию автоматического повторного включения (АПВ) — однократные, многократные, пофазного и быстродействующего включения;

• по назначению — генераторные, подстанционные, фидерные. Генераторные выключатели предназначены для подключения и отключения генераторов к блочному трансформатору. Они характеризуются большими значениями токов и мощностей отключе­ния и сравнительно небольшими значениями напряжений (6...24кВ).

Подстанционные выключатели предназначены для подключе­ния и отключения линий электропередачи. Они характеризуются вы­сокими номинальными напряжениями (110...1150кВ), большой мощностью отключения, быстродействием и наличием АПВ одно­кратного, многократного и пофазного действия.

Фидерные выключатели предназначены для распределения электроэнергии по отдельным мощным потребителям либо группам потребителей. Они характеризуются сравнительно малыми зна­чениями номинальных токов (300...600 А) и мощностей отключе­ния (100...300мВА) и наличием АПВ;

• по выполняемым функциям в системах распределения элек­троэнергии — высоковольтные выключатели, выключатели нагруз­ки, разъединители, отделители и короткозамыкатели.

Высоковольтные выключатели производят коммутацию, как номинальных токов, так и токов КЗ и осуществляют функции за­щиты в аварийных режимах в системах распределения электро­энергии.

Выключатели нагрузки производят только коммутацию номинальных токов, они не предназначены для коммутации токов КЗ и не осуще­ствляют защитных функций.

Разъединители производят коммутацию электрических цепей без тока или с незначительным током, не приводящим к образо­ванию электрической дуги. Разъединителями нельзя отключать но­минальные токи. так как контактная система не имеет дугогасительного устройства. Они выполняют функцию защиты обслужи­вающего персонала от поражения электрическим током и выво­дят выключатели и выключатели нагрузки из-под действия высо­кого напряжения в отключенном их положении.

Отделители производят коммутацию электрических цепей без тока. В высоковольтных выключателях они выполняют функции разъединителей в дугогасительных контурах. Отделители при сов­местной работе с короткозамыкателями могут выполнять функции выключателей со стороны высокого напряжения в некоторых схе­мах подключения трансформаторных групп.

Короткозамыкатели (заземлители) в высоковольтных выклю­чателях выполняют функции защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим током.

Кроме того, короткозамыкатели предназначены для создания искусственного КЗ на землю для отключения поврежденного трансформатора со стороны высокого напряжения действием ре­лейной защиты выключателя питающего фидера и отделителя.

Все высоковольтные выключатели характеризуются основными параметрами: номинальное напряжение, номинальный (длитель­ный) ток I_н, номинальный ток отключения I_он, номинальный ток термической стойкости, номинальный ток электродинамической стойкости, номинальный ток включения, собственное время вклю­чения и отключения, полное время включения и отключения.

Номинальное напряжение выключателя должно соответство­вать номинальному напряжению сети, в которой он устанавли­вается.

Номинальный (длительный) ток I_н выключателя должен быть больше или равным номинальному току нагрузки, протекающей в сети, в которой он устанавливается.

Номинальный ток отключения I_н - наибольший ток КЗ (дейст­вующее значение), который выключатель способен отключить при возвращающемся напряжении между фазами, равном наиболь­шему рабочему напряжению сети. Номинальный ток отключения определяется действующим значением периодической составляющей в момент расхождения контактов.

Допустимое относительное содержание апериодической сос­тавляющей в номинальном токе отключения

,

где - значение апериодической составляющей тока в момент расхождения контактов:

,

где - время действия релейной защиты;

- собственное время отключения выключателя, представ­ляющее coбoй время с момента подачи команды на отключение до начала расхождения контактов.

Если t₁>0,09 с, то =0. При t₁<0,09 с определяется по кривой =f(t₁).

В большинстве случаев причина, вызывающая КЗ, носит вре­менный характер. Например, в результате перенапряжения про­изошло перекрытие фарфорового изолятора и возникло КЗ на землю. Если причина быстро исчезла и изолятор не был повреж­ден, то при новом включении удается возобновить подачу элект­роэнергии потребителю. Этот процесс называется автоматическим повторным включением выключателя. Применение АПВ позволя­ет повысить надежность энергоснабжения.

Если к моменту повторного включения КЗ в цепи не исчезло, тогда выключатель включается па существующее КЗ, после че­го вновь следует отключение. Отключение второго КЗ происхо­дит в более тяжелых условиях, так как после первого отключе­ния дугогасительное устройство еще не полностью очистилось от продуктов горения электрической дуги. Поэтому номинальное зна­чение тока отключения зависит от цикла работы выключателя.

Номинальный ток включения - ток КЗ, который выключатель способен включить без сваривания контактов и других поврежде­ний при и заданном цикле. В каталогах приводится действую­щее значение тока I_{вкл н} и его амплитудное значение i_{вкл н}.

Для выключателей должно выполняться условие

Собственное время отключения выключателя - это время от момента подачи команды на отключение (подачи напряжения на электромагнит отключения) до момента прекращения сопри­косновения дугогасительных контактов.

Время отключения выключателя представляется в виде суммы

,

где — время действия релейной защиты.

Полное время отключения выключателя — это время от мо­мента подачи команды на отключение до момента погасания дуги:

Время включения — интервал времени от момента подачи команды на включение до завершения операции включения (включения главных и дутогасительных контактов).