Конструкции масляных выключателей.

 

В зависимости от назначения масла можно выделить две основные группы масляных выключателей:

· баковые (многообъемные) масляные выключатели, в которых масло используется для гашения и изоляции токоведущих частей от заземленного бака;

· маломасляные (малообъемные) масляные выключатели, в которых масло используется только для гашения дуги и изоляции между разомкнутыми контактами одного полюса.

 

Масляные выключатели благодаря простоте конструкции явились первыми выключателями высокого напряжения. Но отмеченные выше технические сложности по их эксплуатации, а также повышенные взрыво- и пожароопасность, необходимость в сложном масляном хозяйстве привели к значительному вытеснению этих типов выключателей. В настоящее время можно встретить в эксплуатации баковые выключатели на напряжение 220 и 110 кВ.

 

Конструкция масляных баковых выключателей. Предмет исследования

Подстанционные баковые выключатели на 35, 110 и 220 кВ устанавливаются обычно на открытой части подстанций. Трехфазный комплект выключателя состоит из трех одинаковых полюсов. Включение и отключение производятся приводом (электромагнитным или пневматическим), установленным на одном из баков. При этом все три бака жестко соединены между собой в один агрегат, в котором усилие привода распределяется на все три полюса. В выключателях с пофазным управлением привод устанавливается на каждом баке (110 и 220 кВ).

Баковые масляные выключатели устроены следующим образом. Через крышку бака проходят два проходных изолятора 5, к нижним концам которых крепятся две дугогасительные камеры 8. На каждом вводе над камерой расположены два измерительных трансформатора тока 4. Стенки бака 2 от внутренней полости ограждены изоляционными барьерами 8, которые не позволяют выбрасываемым во время отключения из камер газам нарушить масляную изоляцию между барьером и стенкой бака. В выключателях напряжением 110 и 220 кВ каждая камера зашунтирована активным сопротивлением 7 для облегчения гашения дуги. Во включенном положении камеры соединяются между собой специальной траверсой, которая поднимается при

1- контактодержатель устройства для подогрева масла, 2- стальной бак, 3- приводной механизм, 4- измерительный трансформатор тока, 5- ввод, 6- ихоляционная тяга,7- сопротивление,8- дугогасительная камера, 9- изоляционные барьеры из электрокартона,10- электронагреватель.

 

включении и опускается при отключении выключателя посредством изоляционной тяги 6, связанной с приводным механизмом 3 выключателя. Во включенном положении ток протекает

 

через ввод, контакты одной камеры, траверсу, контакты второй камеры и второй вывод.

Для гашения электрической дуги применяют камеры газового дутья и камеры масляного дутья, причем в выключателях 110 и 220 кВ камеры многоразрывные. В баковом выключателе серии "У" используются камеры с газовым автодутьем. В них после расхождения контактов в каждом разрыве образуется дуга, под действием которой масло разлагается на газопаровую смесь. В течение сотых долей секунды давление в камерах возрастает до несколькихМПаскалей. При открытии телом подвижного контакта дутьевых щелей начинается интенсивный обдув дуги выходящими газами. Дуга интенсивно охлаждается и гаснет при переходе тока через нуль после открытия первой щели. Наличие второй щели обеспечивает надежную работу камер во всем диапазоне отключаемых токов.

Камеры масляного дутья, используемые в баковых выключателях, являются камерами многократного разрыва с генерирующими и гасимыми дугами. Гасимая дуга горит у выхлопных каналов, соединяющих внутренний объем камеры с баком выключателя. Под действием генерирующей дуги в камере за 0,01-0,02 с создается давление 4-6 МПА Поток масла с генерирующей дуги направляется к гасимой дуге, что способствует ее гашению. Для обеспечения надежного гашения емкостных токов и равномерной нагрузки камер они шунтированы активным сопротивлением 220 кОм. Для очистки камер от продуктов разложения масла после погасания дуги вверху делается поршневая приставка. В отключенном положении поршень опущен и внутренняя полость камеры соединена с объемом бака. На рис.Т изображена дугогасительная камера выключателя 110 кВ. Несущей конструкцией является гетинаксовый цилиндр 2 Два боковых выхлопных канала 5 прикрыты фибровыми накладками 6 с двумя овальными щелями 4. Над верхней щелью каждой из накладок расположено по неподвижному контакту 5, причем верхний контакт соединен с верхней крышкой 1 камеры 6 Против этих контактов на противоположной стенке цилиндра закреплена вторая пара неподвижных контактов 8. Промежуточные контакты 8 мостикового типа свободно посажены на изоляционную штангу 7 и во включенном положении прижимаются к неподвижным контактам с помощью контактных пружин 14. В отключенном положении штанга камеры прижимается отключающей пружиной 13 к крышке камеры 14 Гибкие связи 11 обеспечивают подвод тока к крышке от контакта 10.

При отключении траверса движется вниз. Вместе с ней под действием пружин 13 и 14 движется изоляционная штанга с контактом 12 Через 8 мм хода штанги (ход в контактах) размыкаются контакты 5-9 и 8-9. Между ними возникают генерирующие и гасимые дуги.

После того, как дуга в камере погашена, выключатель должен еще разомкнуть цепь тока через шунтирующее сопротивление. Этот ток поддерживаетjгорение дуги между контактами l2 камеры и контактами траверсы. Эта дуга легко гаснет, так как через нее течет небольшой активный ток, примерно 0,5 А.

 

 

Маломасляные выключатели

 

Маломасляные выключатели (горшковые) получили широкое распространение в закрытых и открытых распределительных устройствах всех напряжений. Масло в этих выключателях в основном служит дугогасящей средой и только частично изоляцией между разомкнутыми контактами.

 

Изоляция токоведущих частей друг от друга и от заземленных конструкций осуществляется фарфором или другими твердыми изолирующими материалами. Контакты выключателей для внутренней установки находятся в стальном бачке (горшке), отсюда сохранилось наименование выключателей "горшковые".

 

Маломасляные выключатели напряжением 35 кВ и выше имеют фарфоровый корпус. Самое широкое применение получили выключатели 6-10 кВ подвесного типа (ВМГ-10, ВМП-10). В этих выключателях корпус крепится на фарфоровых изоляторах к общей раме для всех трех полюсов. В каждом полюсе предусмотрен один разрыв контактов и дугогасительная камера.

 

При больших номинальных токах обойтись одной парой контактов (которые выполняют роль рабочих и дугогасительных) трудно, поэтому предусматривают рабочие контакты снаружи выключателя, а дугогасительные – внутри металлического бачка. При больших отключаемых токах на каждый полюс имеется два дугогасительных разрыва. По такой схеме выполняются выключатели серий МГГ и МГ на напряжение до 20 кВ включительно. Массивные внешние рабочие контакты 4 позволяют рассчитать выключатель на большие номинальные токи (до 9500 А). При напряжениях 35 кВ и выше корпус выключателя выполняется фарфоровым, серия ВМК – выключатель маломасляный колонковый). В выключателях 35, 110 кВ предусмотрен один разрыв на полюс, при больших напряжениях – два разрыва и более.

 

Недостатки маломасляных выключателей: взрыво- и пожароопасность, хотя и значительно меньшая, чем у баковых выключателей; невозможность осуществления быстродействующего АПВ; необходимость периодического контроля, доливки, относительно частой замены масла в дугогасительных бачках; трудность установки встроенных трансформаторов тока; относительно малая отключающая способность.

 

Область применения маломасляных выключателей – закрытые распределительные устройства электростанций и подстанций 6, 10, 20, 35 и 110 кВ, комплектные распределительные устройства 6, 10 и 35 кВ и открытые распределительные устройства 35 и 110 кВ.

ВМП-10

 

Высоковольтные выключатели предназначены для коммутации электрических цепей высокого напряжения как в нормальных, так и в аварийных режимах В данной работе исследуется маломасляный выключатель ВМП –10 (В- выключатель, М- маломасляный, П—подвесной), в котором трансформаторное масло служит только для гашения электрической дуги (функции изоляции выполняют в основном детали из твердых диэлектриков). Это трехполюсный аппарат, рассчитанный на работу в закрытом помещении с общим отдельно расположенным приводом, соединенным с выключателем передаточным механизмом.

На рис 1 показан общий вид выключателя ВМП - 10. Выключатель смонтирован на сварной заземленной раме 3. Внутри рамы установлены отключающие пружины, масляный буфер "отключения" 9 и пружинный буфер "включения", а также приводной механизм, передающий движение от привода к выпрямляющим механизмам полюсов. Приводной механизм состоит из вала с рычагами 5 и изоляционных тяг 4, на валу закреплены указатели положения. Три полюса выключателя подвешены к раме с помощью изоляторов 2. Подвод тока осуществляется через выводы 8.

Разрез полюса показан на рис. 2. Каждый полюс состоит из стеклоэпоксидного цилиндра 6, армированного на концах фланцами 4 и 13. На верхнем фланце укреплен средний вывод 4 и корпус 1 из алюминиевого сплава, закрытый пластмассовой крышкой 20. Нижний фланец 13 закрыт крышкой 10. Токоподвод осуществляется к нижней крышке 10 и среднему выводу 4. Контактная система состоит из неподвижного розеточного контакта 9, установленного на нижней крышке, подвижного контакта 5, расположенного в корпусе 1 и роликового токосъемного устройства 16, которое перемещается по направляющим 17, закрепленным на среднем выводе. Контакты облицованы металлокерамикой 7.

Гашение дуги в камере происходит за счет ее эффективного охлаждения в потоке газопаровой смеси, образующейся в результате разложения и испарения трансформаторного масла под действием высокой температуры дуги, т.е. для гашения используется энергия самой дуги. Этот поток получает определенное направление в специальном дугогасительном устройстве, размещенном в зоне горения дуги. Дугогасительная камера продольно-поперечного дутья 8 расположена в нижней части изоляционного цилиндра. Она представляет собой набор изоляционных пластин, стянутых в пакет изоляционными шпильками. Камера имеет три поперечных дутьевых канала с раздельными выходами вверх и масляные карманы. Литой нижний фланец 13 снабжен воздушной полостью 23, так называемой "воздушной подушкой". "Воздушная подушка" является аккумулятором энергии и одновременно выравнивает давление в подкамерном пространстве, предохраняя тем самым выключатель от возникновения в нем чрезмерных давлений. После погасания дуги за счет избыточного давления в воздушной подушке в дугогасительной камере создается поток масла, который, вымывая из каналов продукты разложения, тем самым повышает восстанавливающуюся прочность межконтактного промежутка.

Выпрямляющий механизм смешанного типа 18, преобразующий вращательное движение вала в поступательное движение подвижного контакта, расположен в корпусе 1. В верхней части корпуса установлен центробежный маслоотделитель 2. Верхняя крышка снабжена газоотводом и маслоналивным отверстием с пробкой 21. В нижней крышке имеется маслоспускная пробка 11. На фланце установлен маслоуказатель с обратным клапаном 14.

 

 

Маломасляные выключатели можно разделить на две группы. Первая, более многочисленная, — с установкой ДУ в нижней части фазы и перемещением подвижного контакта на включение сверху вниз (см. рис. 5.8, в). Вторая — с перемещением подвижного контакта на включение снизу вверх и установкой ДУ в верхней части полюса. Выключатели второй группы более эффективны, так как в них повышаются отключаемые токи и улучшаются динамические процессы при отключении.

 

На рис. 5.10 представлена одна фаза (полюс) колонкового маломасляного выключателя ВК-10. Он выпускается на напряжение 10 кВ, номинальные токи 630, 1000 и 1600 А, номинальные токи отключения 20; 31,5 кА. Выключатели ВК-10 с пружинным приводом предназначены для работы в шкафах КРУ внутренней и наружной установки, а также в режиме АПВ.

 

Три полюса выключателя устанавливаются на литое основание, в котором расположены рычаги механизма, связанные со встроенным пружинным приводом. Полюс выключателя (рис. 5.10, а) образован изоляционным цилиндром 1, внутри которого проходят токоведущие элементы, соединенные с верхним неподвижным розеточным контактом 2 и обоймой 3, присоединенной к направляющим стержням 4. Токоподвод к подвижному контакту 5 от направляющих стержней осуществляется роликовым устройством 6. Подвижный контакт 5 присоединен к рычагу механизма управления 11 посредством изоляционной тяги 7. На обойму 3 сверху устанавливается распорный цилиндр 8, а на него дугогасительное устройство 9. Маслоуказатели 10 поплавкового типа расположены наверху полюса.

На рис. 5.10, б представлена конструкция дугогасительной камеры комбинированного масляного дутья, состоящей из пакета изоляционных пластин разной конфигурации, стянутых шпильками. Верхняя перегородка имеет кольцо 12, изготовленное из дугостойкого материала (фторопласта). Камера имеет центральное отверстие для прохода подвижного стержня. В верхней части камеры изоляционные пластины образуют три поперечные, расположенные одна под другой, дутьевые щели 13 для больших токов, связанные вертикальным каналом 14 с под камерным и надкамерным пространствами.

 

В нижней части камеры имеются два глухих масляных кармана 15 для гашения малых токов. При гашении малых токов ввиду недостаточности давления газопаровой смеси, создаваемого в течение первого этапа, дуга не гаснет при движении стержня вдоль дутьевых щелей 13 и достигает глухих карманов 15. В этом случае вследствие незначительности объемов этих полостей масло, содержащееся в них, даже при незначительном токе отключения испаряется взрывообразно. Это приводит к попытке отрыва столба дуги за счет импульсного повышения давления от токоведущего стержня, так как выброс газопаровой смеси будет происходить вверх в зону, свободную от контактной свечи. Конусная втулка, установленная в средней части камеры, служит для предотвращения чрезмерного разгона подвижного стержня под воздействием высокого давления, возникающего в камере при отключении токов КЗ.

 

В настоящее время масляные выключатели за рубежом практически не выпускаются, но в отечественных сетях все еще встречаются.