1 Лекция 9 Коммутационная аппаратура Выключатели

2 Назначение t Выключатели высокого напряжения (ВВН) предназначены для оперативной и аварийной коммутации в энергосистемах, для выполнения операций включения и отключения отдельных цепей при ручном или автоматическом управлении.

3 Общие требования t ГОСТ «Выключатели переменного тока на напряжение свыше 1000 В. Общие технические условия». t ГОСТ «Выключатели переменного тока на номинальные напряжения кВ для частых коммутационных напряжений. Общие технические условия». t ГОСТ «Выключатели переменного тока высокого напряжения. Отключение ненагруженных воздушных линий».

4 Номинальные параметры t Номинальные напряжения выключателей нормируются ГОСТ Поскольку номинальное напряжение должно быть обеспечено на шинах потребителя, для компенсации падения напряжения в электрической сети необходимо поддерживать на шинах питающих подстанций более высокое (на 5 20%) напряжение, при котором все аппараты должны надежно работать. Это напряжение называется наибольшим рабочим напряжением и оно также нормируется ГОСТ

5 t Важнейшим параметром для ВВН является ток нагрузки, определяющий площадь сечения токоведущих элементов и условия их охлаждения. Согласно ГОСТ устанавливаются номинальные токи электрических аппаратов: t 200; 400; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3150; 4000; 5000; 6300; 8000; 10000; 12500; 16000; 20000; 25000; А.

6 На сборных шинах РУ систем с номинальным напряжением 110 кВ номинальный ток достигает кА. На генераторном напряжении (16-27 кВ) номинальный ток достигает кА. Наибольшие токи характерны для атомных электростанций.

7 Следующая задача отключение тока к. з., который увеличивается по сравнению с номинальным током в раз. Ток, который выключатель должен отключать при к. з. называют номинальный ток отключения.

8 Наибольший ток к. з., на который создавались аппараты с номинальным напряжением 110 кВ, достигает 63 кА. На генераторном напряжении токи к. з. достигают 180 кА. При к. з. на стороне высокого напряжения ток на генераторном напряжении может достигать 380 кА. Ударный ток к. з. при этом может быть до 1000 кА.

9 Номинальный ток отключения ненагруженной линии это максимальный ток при отключении ненагруженной линии, который выключатель должен отключать. Обычно этот ток лежит в пределах А.

10 Коммутационная износостойкость характеризуется суммарным числом циклов «включение-отключение» при номинальных токах и номинальных токах отключения.

11 Механическая износостойкость, характеризуется числом циклов «включение произвольная пауза отключение» (В-tп-О) без тока, которое выключатель должен выдерживать без повреждений. Для выключателей на номинальные напряжения 6-35 кВ механическая износостойкость составляет 2000 циклов ВО. Для остальных выключателей 1000 циклов ВО.

12 Номинальные циклы операций, которые должен обеспечивать выключатель Включение (В). Различают собственное время включения tв.с интервал времени от момента подачи команды на включение до соприкосновения (замыкания) контактов в полюсе, который включился последним. Отключение (О). Под собственным временем отключения tо.с понимается интервал времени от момента подачи команды на отключение до момента прекращения соприкосновения (размыкания) дугогасительных контактов.

13 Время дуги выключателя tд интервал времени от момента появления дуги в полюсе, до момента погасания дуги во всех полюсах. Полное время отключения tо интервал времени от подачи команды на отключение до момента погасания дуги во всех полюсах.

14 Автоматическое повторное включение (АПВ) цикл операций, при котором включение производится вслед за отключением через установленный промежуток времени tбт (О-tбт-В). АПВ применяют для обеспечения бесперебойности электроснабжения в случае самоустраняющихся к. з. Практика показала, что вплоть до напряжений 750 кВ деионизация открытой дуги происходит за время не превышающее 0,3 с.

15 Различают: успешное АПВ к. з. самоликвидируется после первого отключения, выключатель обеспечивает цикл (О-tбт-В); неуспешное АПВ к. з. не ликвидировалось, выключатель после повторного включения снова отключается (О-tбт-ВО); двойное АПВ после неуспешного АПВ через длительную паузу делается повторная попытка включения выключателя (О-tбт-В0-t1-ВО, где t1 выдержка времени). ГОСТ нормирует t1=3 мин и 20 с. В редких случаях делается тройное АПВ.

16 Нормированное переходное восстанавливающееся напряжение (ПВН) напряжение, которое восстанавливается на контактах выключателя после погасания дуги. В сетях с напряжением ниже 100 кВ при относительно небольших токах к. з. ПВН согласно ГОСТ определяется двумя параметрами Uc и t3. Некоторые значения Uc и tз: для 10 кВ Uc=20,6 кВ, tз=50 мкс; 35 кВ Uc=69,6 кВ, tз=100 мкс. Нормированная характеристика ПВН, определяемого двумя параметрами

17 В системах с напряжением свыше 100 кВ при больших токах к. з. ПВН содержит начальный участок с высокой скоростью нарастания, за которым следует участок меньшей скорости. Этот тип волны достаточно хорошо изображается огибающей из трех прямолинейных отрезков, определяемой методом четырех параметров U1, Uc, t1 и t2. Нормированная характеристика ПВН, определяемая четырьмя параметрами Некоторые значения Uc и tз: для 110 кВ Uc=187 кВ, tз=336 мкс; 750 кВ Uc=1170 кВ, tз=1473 мкс.

18 Классификация выключателей По роду установки: а) внутренней установки (категория размещения 3 и 4); б) наружной установки (категория размещения 1); в) для работы в металлических оболочках КРУ (категория 2 для КРУ устанавливаемых на открытом воздухе и категории 3, 4 для КРУ устанавливаемых в помещениях).

19 По виду дугогасящей среды: а) масляные; б) воздушные; в) элегазовые; г) автогазовые; д) электромагнитные; е) вакуумные. По конструктивной связи между полюсами: а) однополюсное исполнение; б) трехполюсное исполнение (три полюса в общем кожухе или с тремя полюсами, каждый из которых находится в отдельном кожухе).

20 По конструктивной связи выключателя с приводом: а) с отдельным приводом, связанным с выключателем механической передачей; б) со встроенным приводом, являющимся неотъемлемой частью выключателя. По наличию или отсутствию резисторов, шунтирующих разрывы ДУ: а) без шунтирующих резисторов; б) с шунтирующими резисторами, которые используются при включении; в) с шунтирующими резисторами, которые используются в процессе отключения; г) с шунтирующими резисторами, которые используются как в процессе включения, так и в процессе отключения.

21 По наличию или отсутствию конденсаторов, шунтирующих разрывы ДУ. По пригодности для работы при АПВ: а) предназначенные для работы при АПВ1; б) предназначенные для работы при АПВ2; в) не предназначенные для работы в цихлах АПВ.

22 Масляные выключатели В зависимости от назначения масла можно выделить две основные группы МВ: а) баковые МВ выключатели с большим объемом масла, которое используется для гашения дуги и изоляции токоведущих частей от заземленного бака; б) малообъемные (маломасляные) МВ, в которых масло используется или только для гашения дуги, или одновременно для гашения дуги и изоляции между разомкнутыми контактами одного полюса.

23 В масляных выключателях дуга, образующаяся между контактами, горит в трансформаторном масле. Под действием энергии, выделяющейся в дуге, масло разлагается и образующиеся газы и пары используются для его гашения.

24 В баковых выключателях изоляция токоведущих частей осуществляется с помощью масла. Это масло располагается в стальном баке, соединенном с землей В маломасляных выключателях изоляция токоведущих частей от земли и между собой производится с помощью твердых диэлектриков и масла. Баковые масляные выключатели

Баковые масляные выключатели Общая компоновка всех баковых выключателей примерно одинакова

26

27

28 В стальном баке на маслонаполненных вводах расположены дугогасительные камеры. Траверса перемыкает внешние контакты. Горячие и ионизированные выхлопные газы, выходящие из камер, могут вызвать перекрытие с камер на бак. Для предотвращения этого явления имеется баковая изоляция

29 На высоковольтных вводах выключателя установлены встроенные трансформаторы тока, как правило по четыре трансформатора. Для сохранения вязкости трансформаторного масла при низких температурах предусмотрен электрический подогрев масла.

30 Первые дугогасительные камеры баковых выключателей имели простую конструкцию

31 Однако у них была низкая отключающая способность токов короткого замыкания. Баковые МВ надежно отключают при токах кА и напряжениях 3-10 кВ. С повышением напряжения до кВ, а затем и до 110 кВ, работа МВ с простым разрывом под маслом становилась ненадежной.

32 Одной из попыток улучшения работы таких выключателей было размыкание от 4 до 12 контактов, соединенных последовательно. Однако эта попытка не дала существенного эффекта и от него пришлось отказаться.

33 Для улучшения дугогашения были предложены специальные дугогасительные камеры. Затем была предложена и разработана конструкция дугогасительной камеры с дутьем.

34 t Недостаток этого метода в том, что момент выхода подвижной контакт-детали из гасительной камеры может не совпадать с нулем тока в цепи. t Во-вторых, при малых токах гашение происходит как в МВ с большим объемом масла.

35 В настоящее время используются двухразрывные межконтактные промежутки.

36 t При отключении сначала образуется разрыв в одном промежутке и в камере, в которой он располагается, создается высокое давление, которое вызывает истечение масла во вторую камеру. Дуга во второй камере гасится потоком масла исходящего от дуги в первом промежутке. Чем больше ток, тем больше давление в камере и интенсивнее гашение дуги. При токах, близких к номинальному току отключения, длительность горения дуги не более 0,02 с. t Наибольшая длительность горения дуги наблюдается при токах близких к номинальным А.

37 t В настоящее время баковые выключатели выпускаются на напряжение кВ, номинальные токи от 200 до А и номинальные токи отключения до 90 кА.

38 Обычно бак выключателя заполняется маслом не полностью, а 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.

39 t В случае повреждения механизма выключателя или камеры в выключателе образуется длительно горящая дуга, при этом давление в баке может подняться до опасной величины. Для того чтобы предотвратить взрыв бака, вверху на крыше расположены аварийные выхлопные трубы с мембранами. При определенном давлении мембраны разрушаются, и из выключателя выливается масло, благодаря чему давление в баке снижается до безопасных пределов. Взрыв бака является тяжелой аварией, так как масло вне бака может воспламениться и вызвать пожар в распредустройстве.

40 Основные достоинства баковых выключателей: t простота конструкции, t высокой надежности, t высокая механическая прочность элементов, что позволяет использовать эти аппараты в самых тяжелых режимах работы.

41 По данным отечественной статистики надежность баковых выключателей выше надежности воздушных и маломасляных выключателей. Большим достоинством является возможность встраивания трансформаторов тока и емкостных делителей напряжения. Простора конструкции не требует высокой квалификации обслуживающего персонала и сложного оборудования.

42 К недостаткам баковых выключателей следует отнести: большие размеры и масса, необходимость периодической очистки масла, что требует наличия масляного хозяйства. Большим недостатком является взрыво- пожароопасность выключателя.

Маломасляные выключатели В маломасляном выключателе с целью уменьшения габаритов и массы изоляции в основном осуществляется твердыми диэлектриками. Объем масла в них незначительный по сравнению с баковыми выключателями, поэтому они и получили название маломасляных. В маломасляных выключателях масло используется только для гашения дуги.

44 t Для ускорения гашения дуги в маломасляных выключателях используется принцип поперечного дутья.

45 t Однако и здесь имеет место недостаток, проявляющийся при отключении малых токов. Это низкое давление в дугогасительной камере. Именно поэтому в ГОСТ Р 687 предусматривается испытание выключателей на отключение малых токов.

46 t Придумано несколько способов борьбы с этим отрицательным свойством: t введение в дугогасительную камеру воздушной подушки, t изменение длины генерирующей дуги, t введение дополнительного пружинно-поршневого механизма,

47 t применение камер встречно- поперечного дутья.

48 t При напряжении 220 кВ и выше в маломасляных выключателях используется несколько разрывов включаемых последовательно. В настоящее время маломасляные выключатели с несколькими разрывами разработаны, изготавливаются и используются на номинальное напряжение до 500 кВ.

49 Маломасляные выключатели обладают следующими преимуществами: 1) Малая масса, небольшие размеры, малая масса масла. 2) Дугогасительное устройство всегда готово к работе. Нет зависимости от наличия сжатого воздуха, как это имеет место в воздушных выключателях. 3) Удобство эксплуатации. Осмотр и ремонт дугогасительных камер и контактов возможен без слива масла (выключатели типа ВМК-35, ВМК-110, ВМК-220).

50 Недостатки маломасляных выключателей: 1) В работе менее надежны, чем баковые. 2) Не допускают установки встроенных трансформаторов тока. 3) В условиях эксплуатации при низких температурах трудно обеспечить подогрев масла.

51 t Благодаря своим преимуществам маломасляные выключатели получили наибольшее распространение в сетях до 35 кВ. При напряжения кВ более предпочтительны баковые выключатели. t При напряжения 330 кВ и выше преимущество имеют маломасляные выключатели колонкового типа.

Приводы масляных выключателей Наибольшее распространение получили электромагнитные приводы, однако известны ручные, пружинные, пневматические, пневмогидравлические.

53 t Между приводом и валом выключателя, как правило, располагается механизм свободного расцепления, который позволяет произвести отключение выключателя не только при полностью включенном положении выключателя, но и при практически любом промежуточном положении выключателя при включении.

54 t Кроме этого схема включения привода выключателя снабжается специальной блокировкой от "прыгания". t При включении выключателя оператором на существующее короткое замыкание привод должен включить выключатель только один раз, так как следующие друг за другом включения не позволяют дугогасительному устройству подготовиться к последующему отключению.

Конструкции маломасляных выключателей Общий вид маломасляного выключателя типа ВМП-10

56 t В выключатель; t М маломасляный; t П подвесного типа; t Э встроенный электромагнитный привод; t П пружинный привод.

57 t Выключатель применяется в комплектных распределительных устройствах. t Дугогасительная камера продольно- поперечного дутья. t Изоляция между нижним токоведущим фланцем, на котором установлен неподвижный розеточный контакт, и верхним токоведущим фланцем осуществляется стеклоэпоксидным цилиндром.

58 t Подвижный контакт стержневой. Наконечники стержня и сегментов розеточного контакта облицованы дугостойкой металлокерамикой. Токосъем со стержня подвижного контакта на верхний токоведущий фланец роликовый. t Места контактирования подвижного и неподвижного контактов покрываются серебром.

59 Полюс выключателя ВМП-35

60 t Выключатели серии МГГ выключатель масляный генераторный. Дугогасительным устройством является камера продольно- поперечного дутья.

61 t Маломасляные выключатели класса 10 кВ серии МГГ предназначены для коммутации электрических цепей в нормальном и аварийном режимах работы.

62 Выключатели предназначены для работы в следующих номинальных условиях: t высота над уровнем моря - до 1000 м; t температура окружающего воздуха: исполнение УЗ от минус 25 до +40°С, исполнение ТЗ - от минус 10 до +40°С, исполнение КТЗ - от минус 10 до +45°С. t относительная влажность воздуха не должна превышать: для исполнения УЗ 80% при температуре +20°С, для исполнений ТЗ и КТЗ 80% при температуре +27°С;

63 окружающая среда - взрыво- и пожаробезопасная, не содержащая агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металл и изоляцию, не насыщенная токопроводящей пылью и водяными парами.

64 t Выключатели в зависимости от условий эксплуатации и рода установки имеют типоисполнения: МГГ УЗ для районов с умеренным климатом, МГГ ТЗ - для районов с тропическим климатом, МГГ КТЗ - для районов с тропическим климатом при установке в шкафах КРУ.

65 t По номинальному току выключатели имеют следующие типоисполнения: t МГГ УЗ, t МГГ УЗ, t МГГ УЗ, t МГГ ТЗ, t МГГ ТЗ, t МГГ ТЗ, t МГГ КТЗ.

66 t Выключатель предназначен для больших номинальных токов, поэтому имеют два разрыва на полюс и два параллельных подвижных токоведущих контура: главный и дугогасительный. При включенном положении выключателя оба контура работают параллельно, при этом преобладающая часть тока проходит через главный контур, имеющий значительно меньшее переходное сопротивление, чем дугогасительный. При отключении выключателя контакты главного контура размыкаются раньше контактов дугогасительного.

67 Маломасляные выключатели класса 10 кВ серии ВПМ-10 t предназначены для коммутации электрических цепей в нормальном режиме работы и для автоматического отключения этих цепей при токах короткого замыкания и перегрузках, возникающих при ненормальном и аварийном режимах работы установок. Выключатели пригодны для работы при однократном повторном включении (АПВ).

68

69 t Тип выключателя определяется применяемым в его управлении приводом: для выключателей типа ВПМ-10 применяются электромагнитные приводы постоянного тока типа ПЭ-11 или пружинные приводы типа ПП-67;- для выключателей типа ВПМП-10 применяются пружинные приводы ППО-10. Каждый тип выключателей имеет несколько типоисполнений в зависимости от величины номинального тока, места присоединения привода.

70 t Выключатели предназначены для работы в следующих номинальных условиях: t высота над уровнем моря - до 1000 м, t температура окружающего воздуха: исполнение УЗ от минус 25 до +35, исполнение У2 от минус 25 до +40°С. При более низкой температуре необходимы подогревательные элементы в КРУ или помещении РУ.

71 t относительная влажность окружающего воздуха не должна превышать 80% при температуре +20°С; окружающая среда взрыво- и пожаробезопасная, содержание пыли и газов не должно превышать норм для атмосферы типа II по ГОСТ t Выключатели должны встраиваться в металлические негерметичные оболочки (камеры) КРУ.

72 МАЛОМАСЛЯНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ КЛАССА 10 кВ СЕРИИ ВКЭ-М-10

73 t Маломасляные выключатели класса 10 кВ серии ВКЭ-М-10 предназначены для коммутации электрических цепей в нормальном и аварийном режимах работы с номинальными токами отключения 20 и 31,5 кА.

74 t Выключатели используются в шкафах КРУ внутренней и наружной установки. Выключатели предназначены для работы в следующих номинальных условиях: высота над уровнем моря до 1000 м, температура окружающего воздуха от минус 25 до +40°С. При более низкой температуре необходимы подогревательные элементы в КРУ или помещении РУ

75 t Относительная влажность окружающего воздуха не должна превышать 80% при температуре +20°С, верхнее значение 100% при температуре +25°С (с конденсацией влаги), окружающая среда взрыво- и пожаробезопасная, содержание пыли и газов не должно превышать норм для атмосферы типа II по ГОСТ

76 t Рабочее положение в пространстве вертикальнее, допускается отклонение от вертикального положения до 5 градусов в любую сторону. Выключатели предназначены для работы в операциях ВО и обеспечивают выполнение циклов О- Зс-ВО-180с-ВО, О-180с-ВО-180с-ВО, О-0,Зс-ВО-20с-ВО.

77 t Выключатели в зависимости от номинального тока, тока отключения и конструктивных особенностей имеют следующие типоисполнения t ВКЭ-М У2, t ВКЭ-М У2, t ВКЭ-М У2, t ВКЭ-М ,5 У2, t ВКЭ-М ,5 У2, t ВКЭ-М ,5 У2.

78 t Типоисполнения выключателей имеют следующие основные конструктивные отличия: полюсы выключателей на номинальный ток 630 и 1000 А (номинальный ток отключения 20 кА) выполнены в цельном изоляционном цилиндре, t полюсы выключателей на номинальный ток 630, 1000 (номинальный ток отключения - 31,5 кА) и 1600 А имеют в верхней части металлические ребристые корпуса, а выключатели имеют изоляционные кожухи.

79 Технические характеристики t Номинальное напряжение, кВ 10 t Номинальный ток, А - 630; 1000; 1600 t Номинальный ток отключение, кА - 20; 31,55 t Параметры тока короткого замыкания, кА t амплитуда - 52; 80 t ток термической стойкости (время протекания 3с) - 20; 31,5 t Минимальная бестоковая пауза при АПВ, с, не более - 0,3

80 t Собственное время отключения выключателя, с, не более - 0,05 t Полное время отключения выключателя, с, не более - 0,07 t Собственное время включения выключателя, с, не более - 0,25 Габариты, мм, t высота t ширина t глубина – 626 t Масса выключателя без масла, кг t Масса масла, кг - 12

81 Высоковольтные трехполюсные выключатели маломасляные типа ВМУЭ-35Б t предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока частоты 50 (60) Гц для открытых и закрытых распределительных устройств.

82

83 t Высоковольтные трехполюсные выключатели маломасляные типа ВМУЭ-35Б могут быть установлены в районах умеренного, холодного и тропического климата, на высоте не более 1000 м над уровнем моря, с температурой окружающего воздуха от плюс 40 до минус 60°С.

84

85 Маломасляные выключатели типа ВМК-35 Маломасляный выключатель колонкового типа (разработчик ВЭИ им. В. И. Лен ина)

86 t На раме 1 в виде колонки смонтированы два полых фарфоровых изолятора 6 и 7, внутри которых размещены дугогасительные камеры. t При напряжении 220 кВ и более целесообразно применение нескольких разрывов, соединенных последовательно. Есть конструкции маломасляных выключателей колонкового типа на класс напряжения 500 кВ.