2 Основные элементы конструкции высоковольтных выключателей

Несмотря на широкий диапазон напряжения высоковольтных выключателей и различие их в конструктивном исполнении, все они имеют следующие основные элементы конструкции:

— контактную систему;

— дугогасительное устройство;

— механизм управления выключателем;

— корпус;

— изоляционную конструкцию.

Контактная система предназначена для включения и отклю­чения участка цепи в нормальных и аварийных режимах эксплуа­тации.

Контактная система состоит, как правило, из главных и дугогасительных контактов.

Главные контакты обеспечивают прохождение тока в цепи в нормальных режимах эксплуатации. Дугогасительные контакты предназначены для разрыва электрической цени при отключении выключателя в нормальных режимах ц при КЗ и защищают глав­ные контакты от воздействия электрической дуги. Поэтому при включении сначала замыкаются дугогасительные контакты, за­тем главные. При отключении сначала размыкаются главные контакты, затем дугогасительные.

Наиболее тяжелым режимом для всех типов выключателей является режим отключения участка цепи, особенно отключение при токах КЗ, значения которых могут достигать десятков килоампер. При этом токи КЗ оказывают очень большое термическое н электродинамическое воздействие на выключатель. Поэтому раз­рыв пени и гашение возникающей при этом электрической дуги до сих пор является очень важным и актуальным вопросом в аппаратостроении. Для гашения дуги при разрыве электрической це­пи и применяются дугогасительные устройства, которые как по конструктивным особенностям, так и по средам, применяемым для гашения дуги, отличаются друг от друга в различных типах выключателей.

Для включения и отключения контактной системы применяют­ся различные приводы, которые могут быть пневматическими, электрическими н пружинными. Кроме того, все типы выключате­лей имеют ручной привод. Приводы выполняются как неотъемле­мая часть конструкции выключателя. В некоторых типах выклю­чателей привод может выполняться отдельным блоком.

Все элементы конструкции выключателей располагаются в кор­пусе. Для защиты обслуживающего персонала от воздействия сильного электрического поля в высоковольтных выключателях применяются специальные защитные экраны.

Все выключатели высокого напряжения имеют сложную изоляционную конструкцию как токоведущих частей друг от друга, так и изоляции относительно земли. В качестве изоляционных материалов применяются различные виды диэлектриков. Наиболь­шее распространение получили фарфоровые изоляторы.

В некоторых типах высоковольтных выключателей в качестве изоляторов применяется трансформаторное масло.

3 Высоковольтные воздушные выключатели

Рисунок 5.1 - Полюс высоковольтного выключателя ВНВ – 750

Выключатели типа ВНВ-750А-40/3150У1 предназначены для коммутации электрических сетей в нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока частоты 50 Гц с номинальным напряжением 750 кВ.

Выключатель состоит из трех полюсов, механически не связанных друг с другом, и общего распределительного шкафа, обеспечивающего электрическую и пневматическую связь между полюсами.

Полюс выключателя состоит из трех одинаковых модулей, резервуара со шкафом управления и рам. Основные узлы модуля полюса: колонка опорных изоляторов с растяжками, дугогасительное устройство с конденсаторами и экранами (рисунок 5.1).

Рисунок 5.2 -. Пневмомеханическая схема полюса выключателя ВНВ-750

На основании модуля выключателя 750 кВ расположен бак со сжатым воздухом. Сжатый воздух по трубопроводу подается в верхний бак, образованный металлическим цилиндром 9 и стеклоэпоксидным цилиндром 11 и содержащий ДУ (рисунок 5.2. 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. В показанном на рисунке 41.7 включенном положении 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. После гашения дуги подвижное сопло 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. Это позволяет поднять электрическую прочность промежутка и номинальное напряжение модуля.

При отключении срабатывает отключающий электромагнит 3, открывающий клапан 6. После этого сжатый воздух подается на поршень 7, воздействующий на тягу 8. Через звенья 5, 4, 2 усилие передается на изоляционные 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 счет двустороннего дутья. Шток 31 связан с тягой 13. При движении тяги 13 вниз связанный с ней шток 31 действует на рычаг 30 и открывает клапан 34. При этом сжатый воздух, находящийся над 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, горя­щей между ним и неподвижным дугогасительным контактом 20, что уменьшает энергию, выделяемую дугой.

При токах отключения до 40 кА выключатель не имеет шунтирую­щих резисторов. При токах 63 кА или тяжелых условиях восстановления напряжения используются низкоомный шунтирующий резистор и вспо­могательный контактный блок для отключения резистора (рис. 18.20, поз. 5). Контейнер с этим блоком и резистором располагается рядом с ДУ. Управление вспомогательным блоком осуществляется от клапана 34 (стрелка А).

При включении срабатывает электромагнит 12. Клапан 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 подается к порш­ню 35, и он опускается, воздействуя на рычаги 28, 27. Клапан 24 открывается, а подвижное сопло 17 устанавливается в положение, указанное на рисунке. При этом внутренняя полость контакта 18 и сопла 17 соединяется с атмосферой. При закрытии клапана 34 сжатый воздух подается 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 рисунке. 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 вначале замыкаются вспомогательные контакты и в цепь вводится резистор, сопротивление которого равно волновому сопротивлению коммутируемой линии. Затем примерно через 10 мс включается контакт 18, который шунтирует этот резистор. Это ограничивает перенапряжения при включении холостых линий электропередачи.

Выключатель имеет следующие конструктивные особенности:

1. ДУ расположены внутри прочных стеклоэпоксидных труб, являющихся баком сжатого воздуха выключателя. Такая конструкция позволяет снять с фарфора воздействие высокого давления воздуха. Фарфоровая рубашка защищает стеклоэпоксидную трубу от воздействия атмосферы.

2. Давление сжатого воздуха в ДУ достигает 4 МПа, что наряду с другими мероприятиями обеспечивает ток отключения до 63 кА при напряжении на разрыве 125 кВ.

3. ДУ имеет два разрыва. После гашения 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.

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

5. При тяжелых условиях восстановления напряжения параллельно каждому разрыву включается низкоомный шунтирующий резистор (40 Ом). Из конструктивных соображений резистор разбит на две части два контейнера). Ток резистора отключается двухступенчатой контактной системой, расположенной в одном из контейнеров.

Дугогасительное устройство (рисунок 5.3) предназначено для пропускания тока во включенном положении выключателя, гашения электрической дуги при размыкании контактов и создания изоляционного промежутка в отключенном положении выключателя.

Дугогасительное устройство состоит из корпуса, внутри которого расположены: подвижные контакты, неподвижные контакты, механизм управления подвижными контактами, привод сопел, фильтр для очистки воздуха. В его состав входят так же оперативный клапан с включающей пружиной, вводы, выхлопные клапана, трубки, запитывающие привод сопел, обеспечивающие вентиляцию внутренних полостей, выхлопные.

Конденсаторы предназначены для равномерного распределения напряжения по разрывам дугогасительного устройства при расхождении главных контактов в процессе отключения и в отключенном положении.

Экраны предназначены для выравнивания напряжения по изоляторам колонки, выравнивания электрического поля вводов, защиты персонала от действия электрического поля в зоне обслуживания шкафов управления и распределительного шкафа.