Воздушные_выключатели

Важнейшей особенностью воздушных выключателей в сравнении с другими является гашение дуги посредством потока сжатого воздуха. Номинальное напряжение воздушных выключателей от 15 до 1150 кВ. Они подразделяются на генераторные, используемые для коммутации цепей генераторов на генерирующих станциях, и сетевые — для коммутации в электрических распределительных сетях высокого напряжения.  

Выключатели воздушные генераторные

В табл.1 приведены основные технические данные воздушных генераторных выключателей на напряжение от 15 до 24 кВ по каталогу ведущего отечественного предприятия «Электроаппарат». Принятые сокращения:
ВВОД — выключатель воздушный для выполнения коммутационных операций обратимых агрегатов ГАЭС (гидроаккумулирующих электростанций);
ВВЧП — выключатель воздушный для выполнения коммутационных операций частотного преобразователя;
КАГ — комплекс аппаратно-генераторный (каждый полюс включает в себя выключатель нагрузки, разъединитель, заземлитель и пять трансформаторов напряжения).

Выключатель воздушный генераторный ВВГ-20-160/12500 У3

Структура условного обозначения. ВВГ – 20 – 160/12500 У3
В – выключатель;
В – воздушный;
Г – генераторный;
20 – номинальное напряжение, кВ;
160 – номинальный ток отключения, кА;
12500 – номинальный ток, д;
У3 – климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69.

Рис. 1. Функциональная электрическая схема полюса (а) и общий вид (б) генераторного воздушного выключателя ВВГ с воздухонаполненным отделителем. Все устройства монтируются на баке и снабжаются соответствующими электропневматическими приводами. Выключатель состоит из трех одинаковых полюсов, связанных между собой воздуховодами, и распределительного шкафа.
Во включенном положении большая часть тока протекает через основной токоведущий контур. При отключении сначала размыкается основной контакт 2 и весь ток переходит в дугогасительный контур. Затем размыкаются основные дугогасительные контакты 7 и 10; ограниченный резисторами 8 и 11 ток протекает через вспомогательные дугогасительные контакты 6. После их размыкания и погасания дуги ток в цепи прекращается и размыкается отделитель 9, обеспечивая необходимый изоляционный промежуток. Разрядник служит для ограничения перенапряжений при отключении (в случае их возникновения). После прекращения подачи сжатого воздуха контакты б, 7 и 10 под действием пружин возвращаются во включенное положение.

                                                                                              Таблица 1

Воздушные выключатели сетевые

Воздушные сетевые выключатели подразделяют на:
— усиленные по скорости (частоте) восстанавливающегося напряжения (серия ВВУ);
— крупномодульные (серии ВВБ, ВВБК, ВВБМ, ВВБМ);
— сейсмостойкие (серии ВВС и ВВКС) и др.

Выключатель воздушный ВВБ-110

Выключатель воздушный баковый высокого напряжения трехполюсный ВВБ-110, наружной установки, предназначен для включений и отключений номинальных токов и токов кз присоединений электропередачи с электрооборудованием трехфазного переменного тока частотой 50 Гц.
Они выпускаются ПО «Электроаппарат», рассчитаны на работы с U от 110 до 750 кВ. Их ключевые элементы устанавливаются на колонны, сделанные из фарфоровых надёжных изоляторов. Рабочее давление, которое должен создать компрессор от 2 до 2, 6 МПа этот фактор зависит от того на какое напряжение будет эксплуатироваться аппарат.
Выключатели ВВБ классифицируются по конструктивному исполнению, номинальному напряжению, категории электрооборудования, номинальному току отключения, номинальному току и климатическому исполнению.
Структура условного обозначения ВВХ-ХХ-Х/ХХ1:
ВВ - выключатель воздушный;
Х - конструктивное исполнение (У - усиленный по скорости восстанавливающегося напряжения; Б - баковый; Д - с повышенным давлением; БМ - малогабаритный; С - сейсмостойкий);
Х - номинальное напряжение, кВ;
Х - категория электрообрудования по ГОСТ 9920-89;
Х - номинальный ток отключения, кА;
Х - номинальный ток, А;
Х1 - климатическое исполнение (У, ХЛ, УХЛ) и категория размещения (1) по ГОСТ 15150-69.

                                                               Рис. 1
Разрез полюса воздушного выключателя ВВБ-110: 1 — основание-ресивер; 2 — клапан; 3 — опорный изолятор; 4 — игла; 5 — поршень; 6 — золотник; 7 — запирающая шайба; 8 — полый шток; 9 — тарелка дутьевого клапана; 10 — поршень; 11 — противоэлектрод; 12 — фиксатор; 13 — шток; 14 — ножи подвижных контактов; 15 — неподвижные контакты; 16 — шунтирующее сопротивление; 17 — емкостной делитель; 18 — ввод; 19 — эпоксидная втулка; 20 — металлический конфузор; 21 — вспомогательные контакты; 22 — клапан; 23 — поршень привода СБК; 24, 25 — пусковые клапаны; 26 — обратный клапан; 27 — промежуточный клапан.

Выключатель установлен на раме . В основании аппарата расположены шкаф управления и вспомогательный бак со сжатым воздухом. На опорном изоляторе 2 укреплен основной стальной бак 3 (дугогасительная камера), в котором находятся два разрыва полюса. Выводы аппарата сделаны с помощью эпоксидных проходных изоляторов, защищенных снаружи фарфоровыми покрышками 4. Равномерное распределение напряжения по разрывам осуществляется с помощью конденсаторов 5,рис. 2 а.
Электрическая схема цепи высокого напряжения представлена на рис. 2 б,

Рис.2.

Здесь 6 — главные контакты, пропускающие номинальный ток и токи КЗ. Параллельно этим контактам включены вспомогательные контакты 7 вместе с шунтирующими резисторами 8 сопротивлением 100 Ом, предназначенные для облегчения гашения дуги в главных контактах за счет снижения скорости восстановления напряжения. При отключении вначале расходятся контакты 6 и дуга, образовавшаяся на них, быстро гаснет, так как она подвергается интенсивному обдуву воздухом и разрыв шунтирован малым сопротивлением (100 Ом), переводящим колебательный процесс восстановления напряжения в апериодический. Через время 0,03—0,035 с после размыкания главных контактов размыкаются контакты 7 и гасится дуга с током, определяющимся сопротивлением резисторов 8. Ток гасится при первом прохождении через нуль, так как цепь чисто активная. Такое двухступенчатое гашение дуги делает работу выключателя практически не зависящей от условий восстановления напряжения отключаемой цепи.
На рис. 2 в, показаны главная контактная система и дугогасительное устройство. К токоведущей части ввода 3 прикреплен неподвижный контакт 2 пальцевого типа (пять пар контактных пальцев). Подвижный контакт 4 в виде ножа входит между пальцами неподвижного контакта 2. Подвижные контакты 4 укреплены на траверсе 5, которая связана со стержнем 6, движущимся по вертикали и связанным с механизмом привода выключателя. Каждый разрыв имеет ДУ одностороннего дутья, формируемого соплом 9. Сопла сообщаются с атмосферой через патрубок 1, который открывается при гашении дуги.
Внутри фарфорового опорного изолятора и в промежуточном изоляторе проходят два воздуховода из стеклопластика. Один служит для постоянной подачи сжатого воздуха в дугогасительные камеры, другой – для импульсной подачи воздуха в систему управления. Камеры снабжены люками для проведения ревизии и ремонта контактной и дугогасительной систем.
Конструктивной особенностью выключателя является расположение основного бака с воздухом под высоким потенциалом. Дугогасительное устройство находится внутри бака. Такая прогрессивная компоновка была впервые предложена советским инженером Ф. Ф. Бабурским еще в 1944 г. При такой конструкции отсутствует длинный воздуховод, по которому воздух подается к ДУ, и тем самым сокращается время отключения. Расположение контактов ДУ непосредственно в баке делает процесс гашения весьма эффективным. При отключении стержень 6 перемещается вверх, контакты 2 и 4 размыкаются и между ними загорается дуга. Поток воздуха, текущий через сопло 9 в патрубок 1, быстро сдувает дугу на точки а и б, где она подвергается интенсивному продольному дутью. После гашения дуги патрубок 1 закрывается и между контактами создается высокая электрическая прочность, так как давление воздуха равно давлению в баке. Фиксация стержня 6 в положении «Отключено» осуществляется с помощью выступа 7 на стержне 6 и роликового механизма 8 (выступ 7 выше роликового механизма). Во включенном положении траверса также фиксируется с помощью этого механизма (выступ 7 ниже роликового механизма, как показано на рис. 2.). Внутренние полости имеют незначительный перепад давления по отношению к окружающей среде для достижения необходимой электрической прочности по внутренней поверхности фарфоровых элементов, не имеющих прочного глазурованного покрытия. Для поддержания избыточного давления на вентиляцию внутренних полостей расходуется до 1500 л/ч воздуха, что требует наличия компрессорного хозяйства.

Системы управления выключателем Рис.3.
Выключатель показан в положении «Отключено». Следует отметить, что в системе используются клапаны дифференциального типа. Точками обозначено наличие сжатого воздуха в элементах системы. Сжатый воздух в верхний бак подается из нижнего бака 1 с помощью трубопровода 2.

Рис.3.

Включение.
При подаче напряжения на электромагнит ЭВ открывается клапан 25 и полость Б клапана 30 сообщается с атмосферой через отверстие Оз. При этом клапан 30 открывается и через отверстие Oi сообщает с атмосферой полость А клапана 31. Он открывается и сообщает с атмосферой воздухопровод 22 через отверстие Oz. При этом закрывается отверстие О2 . Следует указать, что нижняя тарелка клапана 30 тоже закрывается (область В). После сообщения с атмосферой трубки 22 открывается клапан 21. При этом отверстие 03 закрывается, а отверстие О3/ открывается. Трубка 20 соединяет с атмосферой полости Г, Д и Е дутьевого клапана 3. Полость Е освобождается от сжатого воздуха, и под действием поршня 7, на который воздух действует сверху, перемещается траверса, происходит замыкание главных контактов 9 и 10. По мере выхода воздуха из полости Д через дроссели 19 и 4 давление в этой области падает и тарелка 5 под действием пружины опускается, пока не коснется поршня 3. При этом открывается отверстие О4 и сообщается с атмосферой трубка. Поршень 16 имеет трубчатый шток, на который действует пружина. В исходном положении объем Ж через отверстие О7 соединяется с атмосферой. Подвижный вспомогательный контакт 14 своим нижним торцом закрывает отверстие 06. В результате на контакте 14 действует сила, направленная вниз. При сообщении трубки 17 с атмосферой действием пружины поршень 16 уходит вправо. Тарелка этого поршня разобщает объем Ж с атмосферой, и этот объем заполняется сжатым воздухом из бака 11. На нижний торец контакта 14 действует сжатый воздух. Действие пневматических сил на контакт 14 уравновешивается и он перемещается вверх до замыкания с неподвижным контактом, к которому присоединен один конец шунтирующего резистора 12. Второй конец соединен с контактом 10. Таким образом, главный разрыв шунтируется малым резистором. Пневматическое блокировочное устройство 15 предотвращает самопроизвольное смыкание контактов 13 14 при падении давления в баке ниже допустимого. В этом случае пружина перемещает подвижный плунжер влево и его левый конец входит в выточку подвижного контакта, надежно фиксируя контакт 14. По мере спада давления в трубке 28 под действием пружины поднимается поршень 29 привода переключающих контактов в электрической цепи управления и электромагнит ЭВ обесточивается. Время переключения вспомогательных контактов регулируется дросселем 27. Под действием пружины клапан 25 закрывается. На этом процесс отключения заканчивается.

Отключение.
Подается напряжение на электромагнит отключения ЭО и клапан 24 открывается. Сжатый воздух по трубке 23 подается к обратному клапану, который также открывается. Сжатый воздух заполняет объем Б и клапан 30 закрывается (приходит в положение, указанное на рис. 3.). Отверстие 01 закрывается. Сжатый воздух через объем В подается в объем А и клапан 31 закрывается. Сжатый воздух подается из бака 1 к поршню клапана 21 и он закрывается. При этом отверстие 03 закрывается, а отверстие 03 открывается. Сжатый воздух по трубке 20 подается к поршню 3 дутьевого клапана. Под действием сжатого воздуха поднимаются вверх поршень 3, тарелка 5, тарелка 6 дутьевого клапана, поршень 7, а с ним и подвижный контакт 9. Происходит размыкание главных контактов 9 и 10 и образование дуги, а несколько раньше открывается отверстие 05 и сжатый воздух, охлаждая дугу, вытекает из резервуара 11 в атмосферу. Через некоторое время, определяемое дросселем 19, давление в полостях Г и Д выравнивается и поршень 3 под действием пружины опускается вниз, при этом закрывается дутьевой клапан 6 (отверстие 05). Дутье прекращается. Подвижные контакты 9 будут удерживаться в верхнем положений" механизмом фиксации 8. По мере заполнения объема Д сжатым воздухом давление подается через трубку 17 на поршень 16. Он закрывается и объем Ж сообщается с атмосферой через отверстие От. При этом на нижний торец контакта 14 давление уменьшается и под действием пневматических сил он размыкается с контактом 13. Возникшая дуга с малым током быстро гасится. Момент размыкания контактов 13 и 14 относительно размыкания главных контактов регулируется с помощью дросселя 18. Обычно эта разница составляет 0,035 с. После закрытия клапана 31 сжатый воздух через трубку 28 подается к приводу переключения контактов управления 29. Контакты в цепи ЭО размыкаются, клапан 24 закрывается и воздух из трубки 23 вытекает в атмосферу. Под действием сжатого воздуха в объеме Б обратный клапан 26 закрывается и не позволяет воздуху выйти из объема Б. Как видно из описания работы пневматической схемы управления, значительное время тратится на работу последовательно соединенных клапанов. С целью сокращения времени отключения там, где это возможно, пневматические элементы схемы заменяются механическими (выключатель ВВБК). Следует отметить, что серия выключателей ВВБ изменялась,и в результате номинальное напряжение удалось поднять до 1150 кВ (12 разрывов на полюс), номинальный ток отключения увеличить до 50 кА, а время отключения сократить до 0,04 с; давление в выключателе увеличено до 4 МПа.

В табл.1. приведены основные технические данные воздушных сетевых усиленных выключателей на напряжения 35 и 110 кВ. В табл.2. приведены основные технические данные воздушных сетевых крупномодульных выключателей на напряжения 110...500 кВ типа ВВБ и модификаций: ВВБК — выключатель воздушный крупномодульный с металлической гасительной камерой; ВВБМ — выключатель воздушный крупномодульный модернизированный; ВВБТ — выключатель воздушный крупномодульный в тропическом исполнении.

Таблица 1.
Таблица 2.
 

В табл.3. приведены основные технические данные воздушных сетевых сейсмостойких выключателей серии ВВС и их модификаций — воздушных крупномодульных сейсмостойких выключателей с металлической гасительной камерой серии ВВКС.
К числу сетевых относятся также элегазовые выключатели. Особенностью их является гашение дуги в среде инертного газа. Технические данные элегазового выключателя ВГБ на 220 кВ приведены в той же таблице.

Таблица 3.