Изучение масленых выключателей, их конструкции и принцип работы

2. Программа работы

1. Изучить назначение, конструкцию и виды масленых выключателей

2. Ознакомится с принципом работы масленых выключателей

3. Краткие теоретические сведения

Выключатели высокого напряжения служат для коммутации электрических цепей во всех эксплуатационных режимах: включения и отключения токов нагрузки, токов намагничивания трансформаторов и зарядных токов линий и шин, отключения токов КЗ, а также при изменениях схем электрических установок.

Каждый режим работы имеет свои особенности, определяемые параметрами электрической цепи, в которой установлен выключатель. Тяжелым режимом работы является отключение тока КЗ, когда выключатель подвергается воздействию значительных электродинамических сил и высоких температур. Отключение сравнительно малых токов намагничивания и зарядных токов линий имеет свои особенности, связанные с возникновением опасных коммутационных перенапряжений, утяжеляющих работу выключателей.

Требования, предъявляемые к выключателям во всех режимах работы, следующие:

1) надежное отключение любых токов в пределах номинальных значений;

2) быстродействие при отключении, т.е. гашение дуги в возможно меньший промежуток времени, что вызывается необходимостью сохранения устойчивости параллельной работы станций при КЗ;

3) пригодность для автоматического повторного включения после отключения электрической цепи защитой;

4) взрыво- и пожаробезопасность;

5) удобство обслуживания.

Для оперативного обслуживания необходимо, чтобы каждый выключатель или его привод имел хорошо видимый и безотказно работающий указатель положения ("Включено", "Отключено"). Если выключатель не имеет открытых контактов и его привод отделен стенкой от выключателя, то указатель должен быть и на выключателе, и на приводе.

На подстанциях применяют выключатели разных типов и конструкций. В них заложены различные принципы гашения дуги и используются различные дугогасящие среды (трансформаторное масло, сжатый воздух, элегаз, твердые газогенерирующие материалы и т.д.). Однако преимущественное распространение получили масляные баковые выключатели с большим объемом масла, маломасляные выключатели с малым объемом масла и воздушные выключатели. Перспективны элегазовые и вакуумные выключатели.

Основными конструктивными частями выключателей всех типов являются токопроводящие и контактные системы с дугогасительными устройствами, изоляционные конструкции, корпуса и вспомогательные элементы (газоотводы, предохранительные клапаны, указатели положения и т.д.) передаточные механизмы и приводы.

Масляные выключатели. В баковых выключателях с большим объемом масла (серий МКП, У, С и др.) масло используется как для гашения дуги, так и для изоляции токопроводящих. частей от заземленных конструкций, в маломасляных выключателях серий ВМГ, ВМП, ВМПП, ВМПЭ, ВК, МГГ, ВМК и др. - для гашения дуги и не обязательно для изоляции от земли частей, находящихся под напряжением. Их баки специально изолируются от земли. Выключатели изготовляются с раздельными полюсами.

Промышленностью выпускаются маломасляные выключатели и на напря­жение 110 кВ серии ВМТ.Отличительной особенностью конструкций этой серии выключателей являются маслонаполненные фарфоровые колонны, каждая из которых состоит из опорного и камерного изоляторов. В камерных изоляторах размешены дугогасительные устройства и механизмы управления. Маслонаполненные колонны герметичны. Надмасляное пространство в них заполнено газом (азотом), находящимся под постоянным давлением (0,5-1 МПа). Давление создается перед вводом выключателя в работу и сохраняется без пополнения до очередного ремонта.

Гашение дуги в масляных выключателях обеспечивается воздействием на нее дугогасящей среды - масла. Процесс сопровождается сильным нагревом, разложением масла и образова­нием газа в виде газового пузыря (температура газовой смеси в камере выключателя Т ≈ 800-2500 К). В газовой смеси содержится до 70 % водорода, что и определяет высокую дугогасящую способность масла, так как в водороде дугой отдается в десятки раз больше энергии, чем в воздухе.Быстрое нарастание давления в газовом пузыре до значений, превышающих атмосферное (при отклонении тока КЗ давление может достичь 3-8 МПа), способствует эффективной деионизации межконтактного пространства в выключателе.

Дуга между расходящимися контактами гаснет в момент прохождения тока через нулевое значение, так как в это время к ней практически не подводится мощность, температура дул падает, и дуговой промежуток почти теряет проводимость. Однако первое погасание дуги не исключает ее повторного зажигания. Все зависит от двух принципиально отличных друг от друга обстоятельств: скорости нарастания так называемого восстанавливающегося напряжения, стремящегося пробить промежуток между контактами, и скорое ти нарастания изолирующих свойств промежутка, препятствующих пробою. Если скорость восстановления напряжения на контактах полюса выключателя окажется выше скорости восстановления изолирующих свойств среды, дуга загорится, и процесс ее гашения повторится. Прекращение процесса зажигания дуги наступит лишь тогда, когда восстанавливающееся напряжение станет недостаточным для пробоя всёувеличивающегося промежутка вследствие движения подвижных контактов.

В современных масляных выключателях применяются, эффективна дугогасящие устройства, ускоряющие восстановление электрической прочности промежутка. Помогают снизить скорость восстановления напряжения выключателях некоторых типов шунтирующие резисторы, присоединяемые параллельно главным контактам дугогасительных камер.

Кроме скорости восстановления напряжения на длительность горения дуги в масляных выключателях влияют следующие факторы: сила тока, отключаемого выключателем; высота слоя масла над контактами; скорость расхождения контактов.

Чем больше значение отключаемого тока, тем интенсивнее газообразование и тем успешнее гашение дуги.

При отключении небольших токов гашение дуги может затянуться, так как энергии, выделяемой при этом дугой, бывает недостаточно для ее гашения. При отключении токов намагничивания процесс гашения сопровождается возникновением перенапряжений, связанных с обрывом (срезом) тока до момента его естественного прохождения через нуль. Перенапряжения приводят к повторным пробоям. Упомянутые выше шунтирующие резисторы позволяют снизить кратность перенапряжений. Положительную роль они играют и при отключении зарядных токов линий электропередачи. Через шунтирующие резисторы разряжается емкость отключаемой линии, благодаря чему напряжение на проводах, созданное остаточным зарядом, понижается. При сниженной амплитуде напряжения, воздействующего на каждый полюс выключателя, уменьшается вероятность повторных пробоев.

Высота слоя масла над контактами имеет существенное значение при гашении дуги. Чем больше слой масла, тем больше давление в газовом пузыре, тем интенсивнее процесс деионизации. Вместе с тем высокий уровень масла в баке снижает объем воздушной подушки, что может привести к опасному повышению давления внутри бака и сильному удару масла в крышку.

При небольшом слое масла над контактами горючие газы, проходя через него, не успевают охладиться и в результате смешения с кислородом воздуха могут образовать гремучую смесь.

Скорость расхождения контактов в выключателе играет важную роль. При высокой скорости движения контактов дуга быстро достигает своей критической длины, при которой восстанавливающееся напряжение оказывается недостаточным для пробоя большого промежутка. Одним из способов увеличения скорости удлинения дуги является увеличение числа последовательных разрывов в каждом полюсе выключателя.

Вязкость масла в выключателе отрицательно сказывается на скорости движения контактов. Вязкость увеличивается с понижением температуры масла.

Загустение и загрязнение смазки трущихся частей передаточных механизмов и приводов в значительной степени отражаются на скоростных характеристиках выключателей. В ряде случаев движение контактов может оказаться замедленным или вообще прекратиться, контакты зависнут. При ремонтах необходимо удалять старую смазку в узлах трения и заменять ее новой консистентной незамерзающей смазкой марок ЦИАТИМ-221, ЦИАТИМ-201, ГОИ-54.

Неполадки в работе масляных выключателей и их устранение. Неполадки (отказы и повреждения) в работе масляных выключателей, как правило, приводят к крупным авариям с образованием пожаров в распределительных устройствах. Наиболее часто повторяющимися неполадками являются отказы выключателей в отключении токов короткого замыкания, неисправности контактных систем, перекрытия элементов внутренней и внешней изоляции, поломки изолирующих частей, а также отказы передаточных механизмов и приводов.

Случаи отказов в отключении токов КЗ объясняются главным образом несоответствием фактической отключающей способности выключателей условиям их эксплуатации. В результате развития энергосистем токи КЗ возрастают до значений, недопустимых для отключения ранее установленными на подстанциях выключателями. В связи с этим в эксплуатации необходимо систематически проверять соответствие параметров выключателей реальным условиям их работы. Кроме того, на практике не должны создаваться такие схемы работы подстанций, при которых мощность короткого замыкания превышает отключающую способность выключателей. В аварийных и ремонтных ситуациях при необходимости соединения на параллельную работу двух систем шин и более (например, включением секционных выключателей) эта операция должна сопровождаться проведением мероприятий, приводящих к ограничению токов КЗ.

К неполадкам контактных систем относят недовключения подвижных контактов, зависания контактов в промежуточном положении, разрушения металлокерамики, поломки розеточных контактов. Неполадки в контактных системах, как правило, препятствуют отключениям и включениям выключателей и заканчиваются образованием дуги с последующим взрывом выключателя.

Перекрытия изоляции являются самым массовым видом повреждений выключателей. Они происходят при коммутационных и грозовых перенапряжениях, а также в результате загрязнения изоляции уносами промышленных предприятий, расположенных вблизи подстанции.

У выключателей серий ВМГ и ВМП нередки случаи перекрытий опорной изоляции по загрязненной и увлажненной поверхности.

Внутрибаковые перекрытия в выключателях наружной установки наблюдались при попадании в них влаги, всплытии льда при наступлении положительных температур, снижении диэлектрических свойств масла, вытекании масла из бака. В эксплуатации необходимо тщательно следить за целостью сварных соединений баков, уп­лотнением крышек, появлением неплотностей под болтами и заглушка­ми, исправностью кранов и масловыпускателей.

К поломкам изолирующих деталей относят прежде всего разрушения фарфоровых тяг выключателей серий ВМГ, изоляционных тяг выключателей ВМПП-10. Разрушения фарфоровых тяг неоднократно приводили к перекрытию выключателей.

Отказы в работе передаточных и операционных механизм о в приводов происходят в результате поломок отдельных деталей и нарушений регулировки. Это приводит к заеданию валов, застреванию тяг и ненормальной работе контактных систем, что являлось источником серьезных аварий.

Распространенными причинами отказа приводов являются некачественная регулировка, затирания в механизме расцепления и сердечников электромагнитов, дефекты пружин, нарушения связей между частями механизма привода из-за выпадения осей, пальцев.

Часты отказы в работе выключателей с пружинными приводами, например типа ВМП-10П. Отмечены случаи самопроизвольного включения выключателей этого типа во время завода пружин.

4. Порядок выполнения работы

1. Рассмотреть вид масленых выключателей и определить достоинства и недостатки

2. Рассмотреть неполадки каждого вида выключателей

 

Выводы

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Для чего предназначены выключатели высокого напряжения.

2. Требования предъявляемые к выключателям во всех режимах работы.

3. Особенности масляных выключателей.

4. Неполадки в работе масляных выключателей.

5. Когда происходит гашение дуги в выключателях?

6. Пояснить процесс гашения дуги в масленых выключателях.

7. Отказ в отключении токов КЗ.

8. Что относится к неполадкам контактных систем?

9. Объяснить процесс перекрытия изоляции.

10. Что относят к поломкам изолирующих деталей?

Лабораторная работа №9