Особливості виконання контактної системи вакуумного вимикача

Серйозним недоліком вакуумної дугогасної камери є зріз (обрив) струму при підході до нульового значення. Виникнення зрізу струму пояснюється тим, що при зменшенні струму в дузі падає тиск парів металу, дуга стає хитливою й обривається ще до того коли струм зменшиться до нуля. При цьому виникають перенапруги, що можуть вивести з ладу обладнання, встановлене в мережі. Величина струму зрізу залежить як від параметрів кола, що вимикається, так і від властивостей матеріалу контактів.

Вольфрам найбільш стій­кий проти зварювання, має також високу температуру плавління і зносостійкість. Однак він дає високі значення струму зрізу і перенапруг, тому що має низький тиск парів металу.

Мідні контакти дозво­ляють знизити перенапруги в 2,5 рази, але мідь дуже схильна до зварювання і зносу. Вітчизняною проми­словістю в останнє десяти­ліття створені контакти, що мають високу зносо­стій­кість і низьки значення перенапруг. Наприклад, частина контактної поверхні виконується з дугостійкого матеріалу (молібден), а частина з матеріалу з високим тиском паров (сурма).

Контактна система вакуумного вимикача працює в тяжких умо­вах. Наявність вакууму, що оточує контакти, значно погіршує охолод­ження, яке відбувається в основному за рахунок тепло­про­відності тіла контактів і випромінювання.

Область застосування

За рахунок удосконалення конструкції камери і застосування нових контактних матеріалів розроблені, побудовані і випробувані вакуумні камери для вимикачів навантаження і силових вимикачів на напругу 10 кВ з номінальним струмом до 2000 А и струмом вимкння до 40 кА, а також камера для напруги 35 кВ із номінальним струмом 1000 А и струмом вимкння 12,5 кА.

Слід зазначити, що створення вакуумних вимикачів на струми вимкння вище 20кА зв'язано з великими труднощями.

Звичайно камери випускаються на напруги до 20-35 кВ. При більш високих напругах необхідно послідовно з'єднувати велике число камер.

Досвід експлуатації і розробки вакуумних вимикачів показав, що основною перевагою їх є велике число припустимих операцій. В даний час механічна зносостійкість досягає 10х10⁶, електрична - 2х10⁶ операцій.

Вакуумні вимикачі знаходять широке застосування в системах електропостачання як високовольтні контактори.

 

Питання для самоконтролю

1. Що є дугогасним середовищем в електромагнітних вимикачах?

2. За рахунок чого створюється умова гасіння дуги в електромагнітних вимикачах?

3. Перелічіть основні конструктивні елементи електромагнітних вимикачів на прикладі ВЕМ-6. (На рис. не правильно вказано позиції: 8 – рухомий контакт, 4 – котушка, 3 – дугогасна решітка)

4. Чи завжди обтикається струмом котушка магнітного дуття, як відбувається її живлення?

5. Призначення повітряного поршневого пристрою.

6. Розкажіть порядок вимкнення електромагнітного вимикача.

7. Переваги та недоліки електромагнітних вимикачів.

8. Що є дугогасним середовищем в вакуумних вимикачах?

9. Які фізичні властивості вакууму використовуються для гасінні дуги?

10. Що є причиною виникнення та існування дугового розряду в вакуумі?

11. За рахунок чого створюється умова гасіння дуги в вакуумних вимикачах?

12. Перелічіть основні конструктивні елементи вакуумних вимикачів. Поясніть призначення сильфону та металевих екранів.

13. Охарактеризуйте явище зрізу струму. Чому виникає і до яких наслідків може призвести?

14. Які особливості виконання контактної системи вакуумних вимикачів.

15. Переваги, недоліки та особливості використання вакуумних вимикачів.

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №6

РОЗ'ЄДНУВАЧІ, ВИМИКАЧІ НАВАНТАЖЕННЯ, ВІДДІЛЬНИКИ, КОРОТКОЗАМИКАЧІ

Роз'єднувачі

Роз'єднувачами називають апарати, призначені для зняття напруги зі знеструмлених окремих ділянок електричної мережі високої напруги відділенням їх від частин установки, що знаходяться під напругою, а також для створення видимого повітряного проміжку (розриву).

Оскільки роз'єднувачі не мають дугогасних пристроїв, їхнє можливе увімкнення і вимикнення під струмом супроводжується утворенням між контактами стійких електричних дуг, які взаємодіючи між собою, приводять до міжфазних коротких замикань.

Оперативні переключення роз'єднувачами допускаються тільки при вимкному вимикачі відповідного ланцюга (крім операцій переходу з однієї системи шин на іншу). Для запобігання можливості виконання операцій роз'єднувачем при увімкненому вимикачі застосовують систему механічного чи електричного блокування, що не допускає увімкнеея або вимкнення роз'єднувача при увімкненому вимикачі. Як виняток "Правилами технічної експлуатації електричних станцій і мереж" з метою спрощення схем допускається використання роз'єднувачів для проведення деяких операцій, які супроводжуються вимкненям або вимкнням струмів невеликих сил.

У закритих розподільних пристроях трьохполюсними роз'єд­нува­чами на напруги 6, 10, 35 кВ зі стандартними відстанями між по­лю­сами дозволяється відключати струм замикання на землю відповідно силою 7,5; 3,1; 5 А і зарядний струм силою 2,5; 1,0; 0,5 А на фазу.

Роз'єднувачами дозволяється також включати і відключати нейтралі трансформаторів і дугогасні котушки (при відсутності в ме­режі замикань на землю), зарядний струм шин і обладнання (крім кон­денсаторних батарей), а також включати і відключати обхідні роз'єд­нувачі, якщо увімкний шунтуючий ними вимикач. Допускається вимкння і вимкненя трьохполюсними роз'єднувачами при напрузі 10 кВ і нижче навантажувального струму ліній силою до 15 А.

У відкритих розподільчих установках роз'єднувачами гори­зонтально-поворотного типу і віддільниками дозволяється відключати намагнічуючих струмів трансформаторів і зарядних струмів ліній, сили яких не перевищують значення приведені у табл. 6-1.

Основні параметри роз'єднувача: значення номінальної напруги, сила номінального струму, сила п’ятисекундного струму термічної стійкості, максимально допустимого струму (амплітудне значення).

По місцю розташування розрізняють роз'єднувачі для внутрішніх і для зовнішніх установок.

По конструкції розрізняють роз'єднувачі наступних типів: рубильникового, ножі якого обертаються в площині осей ізоляторів; поворотного з обертанням ножів у площині, перпендикулярної до осей ізоляторів; штепсельного, з ізоляторами, що рухаються уздовж своєї осі (застосовуються в КРУ); з рубильниковими, обертовими навколо своєї осі ножами; з падаючими руховими контактами (при увімкнені); пантограного типу.

 

Таблиця 6-1

Напруга, кВ	Відстань між полюсами, м	Сила струму, А
Намагнічування	Зарядного
20...35	1,0	2,3	1,0
	2,0	11,0	3,5
	2,5	8,0	3,0
	3,5	14,5	5,0
	3,0	2,3	―
	6,0	17,0	—
	5,0	8,0	—
	6,8	17,0	—

Крім робочих ножів, роз'єднувачі можуть забезпечуватися додатково заземлюючими ножами, призначеними для закорочування і заземлення фаз частин установок при ремонтах (після повного їхнього вимкння від інших частин, що знаходяться під напругою).

Роз'єднувачі для внутрішньої установки виконуються одно- і триполюсними рубильникового типу. Основні частини роз'єднувача: металева рама; нерухомі ізолятори; рухомі ізолятори; нерухомий контакт; ніж (рухомий контакт); вал із приводним важелем для шарнірного приєднання рухливих ізоляторів із шарнірно–приєднаними з іншої сторони ножами.

Керування роз'єднувачем здійснюється поворотом його вала. На роз'єднувачах, призначених для вимкння струмів малих сил, передбачаються роги, що грають роль дугогасних контактів, на яких відбувається розрив дуги.

Важливо вдало розташувати підведені шини стосовно ножа роз'єд­нувача (під кутом). Невдале розташування може стати причиною виникнення значних зусиль через електродинамічну взаємодію струмів шини і ножа. Особливо великі ці зусилля при струмах короткого замикання. Для запобігання само­вимкння роз'єднувачів потрібно прагнути розташовувати шини стосов­но ножів роз'єднувача так, щоб зусилля звести до мінімуму. На одно­полюсних роз'єднувачах, керованих за допомогою штанги, перед­бачені спеціальні запірні пристрої. Роз'єднувачі старих конструкцій ви­пуска­лися з плоскими пружними контактами. Роз'єднувачі, що ви­пуска­ються вітчизняними заводами, мають лінійні (рідше плоскі з пружинними притисками) контакти, що мають значно більшу динамічну і терміч­ну стійкість при протіканні струмів короткого замикання. Ліній­ний контакт утворюється за рахунок плоскої, загнутої під кутом 90°, шинки (нерухомий контакт), яку по обидва боки охоплюють смуги рухомого ножа, що притискаються до неї сталевою спіральною пружиною. При такій конструкції контактів струм, що проходить по ножам роз'єдну­вача, протікає по двох його рівнобіжних смугах, які притягуються з силою, пропорційною величині струму, що протікає по них.

Роз'єднувачі для внутрішньої установки розміщуютья на стіні чи на металевій конструкції. Рама роз'єднувача заземлюється.При наявно­сті на роз'єднувачі заземлючих ножів, передбачається механічне блокування, яке не допускає вмикання ножів, що заземлюють, при увімкних робочих ножах і навпаки.

Роз'єднувачі для зовнішньої установки розміщаються на спеціаль­них металевих чи залізобетонних конструкціях. На напругу 35 кВ і ви­ще роз'єднувачі виконуються у виді трьох окремих полюсів, що на місці установки з'єднуються трубчастими тягами чи валами в один трьохполюсний апарат, керований одним приводом.

Роз'єднувачі – це неавтоматичні комутаційні апарати, тому приводи їх неавтоматичні - безпосередні, або дистанційні.

Розрізняють ручні, електричні і пневматичні приводи роз'єднувачів.

Застосування електропривідних і пневматичних приводів дає можливість здійснювати дистанційне керування роз'єднувачами.

Ручні приводи підрозділяються на важельні, штурвальні і черв'ячні. Важельні найбільш прості по своїй конструкції і широко застосовуються для керування роз'єднувачами.

На рис.6.1 зображений привід типу ПР-2, призначений для керування роз'єднувачами для внутрішньої установки на 6...10 кВ, 400...600 А. Привід виконують у двох варіантах; I) для приєднання тяги від роз'єднувача до заднього підшипника (рис.6.1,а); 2) для приєднання тяги від роз'єднувача до лицьової сторони (рис.6.1,б). Привід, виконаний по першому варіанту, складається з переднього комплектного підшипника 6 з рукояткою 3 і заднього комплектного підшипника 8 із сектором 2 і важелем I. Для зручності проведення операцій на кінець рукоятки привода нагвинчується пластмасова кулька. При монтажі передній комплектний підшипник встанов­лю­ється в коридорі (чи на пункті керування), а задній - на іншій сто­роні стінки (усередині розподільного пристрою). Обидва підшипники скріп­люються за допомогою шпильок 7 і гайок. Проти­леж­ний кінець рукоятки 3 зв'язується із сектором 2 за допомогою шатуна 9. З'єднання привода з роз'єднувачем здійснюється газовою трубою діаметром 20 мм із двома вилками на кінцях (показано пунк­тиром на рис. 6.1,б). Отвори в секторі 2 допускають підбір потрібного положення важеля I заднього підшипника.

Лицьова частина привода, виконаного по другому варіанту, така ж, як і розглянута раніше. Тяга від роз'єднувача приєднується звареною вилкою 4 безпосередньо до рукоятки привода.

На передньому підшипнику є фіксатор (засувка),яка автоматично фіксує ручку в положенні "Увімкно" і "Вимкно". Привод допускає установку блоку-замка замість фіксатора для електро­магніт­ного блокування роз'єднувача з вимикачем. Передбачена також можливість приєднання до приводу від двох до восьми пар блок-контактів. Механізм приводу фіксує важелі в мертве положення при вимкнені, чим забезпечуються надійне запирання роз'єднувача і неможливість самовимкння його ножів при протіканні струмів короткого замикання.

Для керування важкими роз'єднувачами для внутрішньої установки застосовуються черв'ячні приводи типу ПЧ. Для вимкненя чи вимкання роз'єднувача необхідно зробити дванадцять оборотів ручкою привода в одну чи в іншу сторону.

Для ручного керування роз'єднувачами зовнішньої установки служать приводи типів ПРЗ (привід підйом для зовнішньої установки) і ПЗЧ (привод длязовнішньої установки, черв'ячний).

 

Вимикач навантаження

Вимикач навантаження – це комутаційний апарат з малопотуж­ним дугогасильним пристроєм який призначений для неавтоматичного вимкння струмів, що не перевищує номінальні значення

Для вимкння струмів короткого за­микання потрібно послідовно з ним уста­новити комплект плавких запобіж­ників (рис.6.2).

У вимкненому положенні вимикач навантаження забезпечує види­мий розрив між контактами як звичайний роз'єднувач.

Вимикачі навантаження ха­рак­тери­зуються такими ж па­раметрами, як і високо­вольтні вимикачі. Як видно на рис.6.3 вимикач на­ван­таження типу ВН-16 скла­дається з роз'єднувача з деяки­ми допов­нен­нями і ду­гогасної камери. На сталевій рамі 1 укріплені опорні ізолятори 2 і вал 8 з порцеляновими тягами 7.

Додатково до робочих нерухомих контактів 4 у камері розташовані дугогасні нерухомі контакти. У увімкному положенні апарата вони з’єдну­ють­ся з руховими дугогасними контактами, укріпленими на ножах 6 роз'єд­нувача 5. Постійна швидкість розходження контактів при вимкненні забезпечується вимикаючими пружинами, які розташовані з обох кінців вала.

Гасіння елект­рич­ної ду­ги здійсню­ється по­то­ком газів, які ге­не­руються стін­ками ка­ме­ри під впли­вом високої тем­пера­тури дуги.

Розріз дугогасної ка­ме­ри і її кріплення до опорного ізоля­тору по­ка­зані на (рис.6.3,б). Покриш­ки ка­ме­ри 3 виго­товлені з пласт­маси, а ду­го­гасний канал 2 - з органічного скла. Вхід­ний у камеру дугогасний контакт вико­наний із плоскої мідної пластини, вигнутої злегка на ребро. Вона закріплена між двома ме­талевими боковинками, прикріп­леними іншими кінця­ми до головних ножів. У нор­маль­ному поло­женні го­лов­ні ножі шунтують ду­го­гасні кон­­такти. При вимкнні розми­ка­ють­ся спочатку робо­чі кон­так­ти, а по­тім дугогасні - рухомий 1 і нерухомий 4, між якими й утво­рюється дуга.

Привід для керу­вання вимикачем наван­таження може бути як ручний - для керування з місця установки, так елект­ромагнітний - для дистанційного керування.

У малопотужних уста­новках напругою 6...10 кВ (цехових під­стан­ціях, сільськогосподарських установках і т.д.) застосування вимикачів навантаження дуже ефективно, тому що вони заміняють дорогі висо­ко­вольтні вимикачі, с додатковою установкою роз'єд­нувачів, трансфор­маторів струму і релейного захисту.

 

Короткозамикачі і віддільники.

 

Короткозамикачі

Короткозамикачі призначені для створення штучного КЗ: двофазного в мережах з ізольованою нейтраллю, або однофазного – в мережах з зазамленею нейтраллю.

Конструкція коротко­зами­кача типу КЗ-110 із приводом показана на рис.6.5. На опорних ізоляторах 3 установлена зварена основа 4 з поміщеним на неї механізмом вимикання. На основі встановлений ізоляційний стовпчик 5, що складається з трьох опорних ізоляторів. Лінію приєднують до затиску 6, при­кріп­леному до нерухомого кон­такту 7. Шина 8 служить для приєд­нан­ня рухомого ножа 9 до зазем­лен­ня через ТТ типу ТШЛО-0,5. Ві­ні­­пластова вставка 10 вбу­дована в тя­гу 11, що з'єднує коротко­зами­кач з його приводом.

 

Віддільники

Віддільники призначені для автоматичного віключення знеструмленої ділянки електричного ланцюга.

Віддільник являє собою триполюсний роз'єднувач, обладнаний відключаючими пружинами і приводом типу ШПО (привод віддільника в шафі), виконаним на базі привода ПВ-10.