Пневматические клапаны и механизмы управления.

Даже если отбросить громадное разнообразие пневматических клапанов, применяющихся в системе воздухоподготовки (запорные, контрольные, обратные, предохранительные и т. п.), оставшиеся клапаны, используемые в схемах управления воздушными выключателями, слишком разнообразны как по своему назначению (дутьевые, выхлопные), так и по характеру срабатывания, чтобы их можно было подразделить всего на несколько типов. Так, например, на воздушных выключателях вполне допустимы клапаны с механической, пневматической или гидравлической системой управления, которые в своем рабочем положении перекрывают один канал воздушного тракта, оставляют открытым другой канал и в то же время соединяют ряд каналов с атмосферой либо с системой воздушного давления. При срабатывании такого клапана переключение его каналов может произойти таким образом, что подходящие к нему воздухопроводы управления окажутся соединенными совершенно по-иному, чем первоначально, в результате чего такой клапан может одновременно выполнять не менее трех функций. В клапане могут быть предусмотрены устройства, обеспечивающие автоматический возврат подвижных элементов в первоначальное положение после снятия управляющей команды, либо таких устройств может и не быть, а возврат клапана в первоначальное положение происходит только после того, как снята предыдущая команда, а к его подвижным элементам приложено усилие, под действием которого происходит их обратное перемещение.

Таким образом, в общем случае один распределительный клапан может управлять работой множества других пневматических органов. С другой стороны, наиболее простая операция, которую клапан может выполнить, это подача сжатого воздуха в данный объем или выпуск из него в соответствии с той или иной управляющей командой от механических, пневматических или гидравлических органов, а также самовозврат в начальное положение движущихся частей клапана после снятия этой команды. Клапаны, выполняющие только одну такую функцию, обычно называются одноканальными. Подобные клапаны обычно применяются на воздушных выключателях в качестве дутьевых и выхлопных. Другим простейшим типом являются клапаны двухканальные. Эти клапаны осуществляют выпуск сжатого воздуха, поданного перед тем в данный объем, либо, наоборот, подают сжатый воздух в объем, который перед тем был опорожнен, — функции, выполняемые клапаном при автоматическом возврате его подвижных органов в первоначальное положение после снятия управляющей команды. Названия этих клапанов свидетельствуют о том, что они управляют как подачей, так и выпуском (стравкой) сжатого воздуха и должны поэтому иметь два отходящих канала. Клапаны этого типа обычно применяют для управления одноканальными клапанами (например, дутьевыми или выхлопными). Последовательное соединение двухканальных клапанов в пневматической схеме управления воздушным выключателем дает возможность многократно усиливать относительно маломощный командный импульс до уровня, необходимого для управления большими клапанами и приводными пневматическими механизмами. Самые маленькие из пневматических клапанов применяются в качестве пусковых, управление которыми осуществляется электромагнитными механизмами, срабатывающими при подаче на выключатель управляющих команд включения или отключения. Еще один тип клапана — одноканальный либо двухканальный — может применяться в схемах управления воздушным выключателем. Это клапаны, предназначенные для обеспечения заданной, точно контролируемой временной задержки при последовательном срабатывании определенных органов пневматической схемы управления. Достигается это тем, что под действием начального давления в заданной полости воздушного тракта клапан удерживается в закрытом положении, а затем, спустя заданное время, усилие изменяется на противоположное по направлению, что приводит к быстрому открытию клапана. Регулировка времени нахождения клапанов в закрытом положении осуществляется жестким дозированием подачи сжатого воздуха в камеру замкнутого объема, связанную с поршнем, управляющим работой данного клапана. Клапаны этого типа могут применяться для осуществления заданной последовательности срабатывания элементов пневматической схемы управления, например главных контактов выключателя и контактов дугогаситель-ного устройства, отключающего ток шунтирующего резистора,либо контактов последовательно включенного отделителя, что требуется в тех случаях, когда нарастание давления в воздушном тракте, управляющем работой данного органа, происходит слишком быстро или слишком медленно.

Из вышесказанного следует, что в воздушном выключателе всегда осуществимо срабатывание отдельных его элементов в определенной последовательности, однако выполнять это следует так, чтобы результирующее время срабатывания не превышало заданного нормированного значения для аппарата. Последнее у воздушного выключателя задается довольно жестко, и потому чисто пневматическое управление применяется обычно лишь на аппаратах, предназначенных для работы в сетях не слишком высокого класса напряжения, либо на выключателях, от которых не требуется особого быстродействия при оперировании. Применение в воздушных выключателях соединительных каналов большой протяженности приводит к недопустимо большой потере времени на передачу по ним управляющего командного импульса на своевременное срабатывание дугогасительных органов. Вследствие этого при создании быстродействующих воздушных выключателей, в особенности на высокие классы напряжения, от чисто пневматических систем управления приходится отказываться. Отдельные пневматические органы управления компонуются в функциональные блоки управления, располагающиеся в непосредственной близости к исполнительным механизмам выключателя, а передача командных сигналов на большие расстояния между этими блоками осуществляется посредством механических или гидравлических систем управления. Однако это не вносит принципиального отличия в конструктивное исполнение самих клапанов управления. Единственным различием является применение вместо управляющих поршневых механизмов приводных устройств, работающих непосредственно от механических или гидравлических органов управления.

Хотя размеры различных пневматических клапанов, применяемых на воздушных выключателях, колеблются в очень широких пределах (от диаметра клапанов 3 мм до эквивалентных диаметров проходного сечения 200 мм), тем не менее большинство их имеет один или два отходящих канала. Примеры конструктивного выполнения подобных клапанов приведены на рис. 6-15, где клапаны показаны в закрытом и в открытом положении. Клапан, изображенный на рис. 6-15, а, носит название дискового или тарельчатого. Тарелка 1 этого клапана полностью перекрывает сечение проходного канала в седле 2. Начальное усилие, необходимое для отрыва тарелки от седла, равно произведению разности давлений по обе стороны тарелки и площади проходного сечения, считая по эффективному диаметру седта Клапан, показанный на рис. 6-15, б, образован полым цилиндром /, перемещающимся относительно неподвижного центрального поршня 4, снабженного кольцевым герметизирующим уплотнением 3. Начальное усилие, необходимое для открытия такого клапана, равно произведению разности давлений и площади кольца, наружный диаметр которого равняется эффективному диаметру седла 2, а внутренний равен внутреннему диаметру подвижного цилиндра. Сравнивая это усилие с усилием, необходимым для открытия тарельчатого клапана такого же проходного сечения, можно видеть, что для открытия цилиндрического клапана требуется гораздо меньшее усилие и соответственно значительно меньший расход энергии на оперирование.

Седла, применяемые на этих и им подобных пневматических клапанах, могут образовывать с подвижным элементом клапана пары металл—металл, металл—пластик либо пластик—пластик, что отражено нарис. 6-15, а и б. Материалы, используемые для этих целей, должны обладать высокой механической прочностью и сопротивляемостью ударным нагрузкам, причем свойства эти должны сохраняться во всем диапазоне рабочих температур выключателя. Кроме того, эти материалы должны быть химически инертны и иметь небольшие коэффициенты линейного расширения. Металлические элементы клапанов чаще всего изготовляют из нержавеющих сталей и бронз разных марок, а также из термообработанных сплавов, содержащих железо и алюминий. Седла обычно выполняют из высококачественных эластомеров, полиамидов (нейлонов) либо поликарбонатов. Последние могут быть также использованы для изготовления самих клапанов, если те механически не очень сильно нагружены.

Упрощенно показанные на рис. 6-15,6 скользящие герметизирующие уплотнения 3 содержат фторопластовые кольца или тороидальную прокладку из упругого эластомера, выполненную таким образом, что радиальные и аксиальные усилия, возникающие при деформации в рабочем состоянии ее поперечного сечения, обеспечивают герметизацию узла уплотнения. Внутренние поверхности подвижного цилиндра, оказывающиеся в зоне работы кольцевого уплотнения, должны быть совершенно гладкими, появление на них царапин и иных дефектов недопустимо.

Типы клапанов

Тарельчатые

Дроссельные

Золотниковые

Клапаны прямого действия

Клапаны дифференциальные

-

КОНСТРУКЦИИ ВОЗДУШНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ И ИХ ДУГОГАСИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ВОЗДУШНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Характерной особенностью конструирования воздушных выключателей различными фирмами являлось достижение требуемых свойств и параметров принципиально одинаковыми методами, что привело к сближению принципов построения конструктивных схем выключателей. Это позволяет сформулировать основные принципы построения воздушных выключателей, которые положили начало принципам построения элегазовых выключателей.

1, Модульный принцип построения серий. Этот принцип позволяет строить серии в весьма большом диапазоне напряжений (от 35 до 1150 кВ) из одинаковых модулей, производить помодульные испытания и иметь максимально выгодные условия производства, эксплуатации и монтажа. Модульный принцип практически однозначно предопределяет размещение модулей на высоком напряжении с опорной или подвесной изоляцией. В последних конструкциях напряжение, приходящегося на один модуль (свыше 250 кВ).

2. Размещение дугогасительных устройств непосредственно в сжатом воздухе. При этом обеспечивается максимальная коммутационная способность, быстродействие, изоляционная прочность межконтактных промежутков и пропускная способность по номинальному току. Для увеличения отключающей способности требовалось повышение рабочего давления или к снабжение выключателей устройствами, создающими повышение давления в момент отключения. Наибольшее применяемое давление достигало уже 6,0—8,5 МПа.

3. Применение сверхбыстродействующих систем управления с малым разбросом времени оперирования. Основным назначением таких систем является создание выключателей на напряжения вплоть до сверхвысоких с временем отключения до одного полупериода, а также выключателей с синхронным отключением или включением.

4. Ограничение выключателями коммутационных перенапряжений. Эта тенденция становится обязательной для выключателей высших классов напряжения и воплощается в снабжении выключателей шунтирующими сопротивлениями (см. гл. 6) или в придании им способности синхронного включения.

5. Повышение надежности и увеличение межремонтных сроков. Первое диктуется все возрастающей ролью выключателей в обеспечении надежной работы энергосистем, а второе — возрастающей сложностью выключателей и необходимостью упрощения их эксплуатации.

Существуют выключатели, механический и коммутационный ресурс которых устраняет необходимость ремонтов в течение 15—20 лет.

6. Введение принудительного охлаждения для генераторных выключателей позволяет создать экономически приемлемые выключатели с номинальными токами свыше 20 кА.