Тема: Управление приводами выключателей

Теоретическая часть

1.1 Общие сведения по электрическим аппаратам

Электрическими аппаратами называются электротехнические устройства для управления потоками энергии и информации, режимами работы, контроля и защиты технических систем. Электрические аппараты, в зависимости от элементной базы и принципа действия делятся на две группы: электромеханические и статические. Основным признаком электромеханических аппаратов является наличие в них подвижных частей. У многих типов электромеханических аппаратов одной из подвижных частей является контактная система, осуществляющая коммутацию электрической цепи. Статические аппараты выполняются на основе электронных компонентов (диодов, тиристоров, транзисторов), а так же управляемых электромагнитных устройств (магнитных усилителей, дросселей насыщения). Аппараты этого вида, как правило, относятся к силовым, электронным устройствам. Существуют также, гибридные электрические аппараты, представляющие собой комбинацию электромеханических и статических аппаратов. [Л]

В основе функционирования большинства видов электрических аппаратов лежат процессы коммутации (включения и отключения) электрических цепей. К таким электрическим аппаратам относятся: автоматические выключатели, контакторы, реле, кнопки управления, тумблеры и др.

Другую многочисленную группу электрических аппаратов, предназначенных для управления режимами работы и защиты электротехнических систем и компонентов, составляют регуляторы и стабилизаторы параметров электрической энергии (тока, напряжения, мощности, частоты), а так же ограничители перенапряжений и сверхтоков. Электрические аппараты этой группы функционируют на основе непрерывного или импульсного изменения проводимости. Обычно они выполняются на базе силовых полупроводниковых, электромагнитных и других видов нелинейных элементов.

В основу классификации электрических аппаратов могут быть положены различные принципы. Обычно, в качестве классификационных признаков и показателей, используются: значения рабочих напряжений и тока, род тока, принцип действия, конструктивное исполнение, особенности эксплуатации, назначение. Многообразие видов классификации определяется областями применения: в схемах автоматического и неавтоматического управления различного электротехнического оборудования; в устройствах автоматического регулирования, стабилизации, контроля и измерения систем распределения энергии и энергоснабжения предприятий различных отраслей промышленности.

1.2 Назначение и классификация электрических аппаратов высокого напряжения

По функциональному признаку электрические аппараты высокого напряжения делятся на следующие виды:

Коммутационные аппараты (выключатели, выключатели нагрузки, разъединители)

Измерительные аппараты (трансформаторы тока и напряжения, делители напряжения)

Ограничивающие аппараты (предохранители, реакторы, разрядники, нелинейные ограничители перенапряжений)

Компенсирующие аппараты (управляемые и неуправляемые шунтирующие реакторы)

Более подробно остановимся на коммутационных аппаратах - выключателях.

Коммутационные аппараты служат для распределения энергии, вырабатываемой электростанциями, и передачи ее на дальние расстояния. Они, также, являются неотъемлемой частью схем электроснабжения потребителей.

Выключатели служат для коммутации всех токов цепи, возможных в эксплуатации: номинальных, короткого замыкания, емкостных токов длинных линий, конденсаторных батарей и др.

Характерной особенностью выключателей является отключение поврежденного участка в течение единиц полупериодов промышленной частоты сети.

Выключатели должны осуществлять многократную коммутацию номинальных токов до 150000 циклов (включение-отключение) и многократную коммутацию токов короткого замыкания до 100 циклов В-О и более.

В настоящее время используются различные типы выключателей.

Масляные выключатели.

В этих аппаратах дугогасительное устройство заполнено трансформаторным маслом. Гашение электрической дуги осуществляется путем эффективного ее охлаждения потоками газа, возникающими при разложении масла дугой. Широкое применение получили маломасляные выключатели на напряжение 10-20 кВ и масляные на напряжение 35-220 кВ.

Электромагнитные выключатели.

На электрическую дугу, возникающую в процессе отключения, действует магнитное поле, которое загоняет дугу в керамическую гасительную камеру. Охлаждение дуги в камере создает условия для ее гашения. Электромагнитные выключатели выпускаются на напряжение 6-10 кВ.

Воздушные выключатели

Гашение дуги происходит потоком сжатого воздуха. Номинальное напряжение этих выключателей до 1150 кВ, включительно.

Элегазовые выключатели.

В качестве дугогасящей среды применяется элегаз. Гашение происходит потоком элегаза, либо повышением давления в камере, вследствие горения дуги в замкнутом объеме газа. Применяются на все классы напряжений.

Вакуумные выключатели

Дуга горит в вакууме, среде, не поддерживающей горение.

Выключатели нагрузки

Это электрические аппараты, предназначенные для коммутации нагрузочных токов цепей, вплоть до номинальных токов 10000А и напряжением до 20 кВ. Эти аппараты не способны отключать токи КЗ, которые отключаются либо предохранителями, либо другими выключателями, включенными последовательно.

1.3 Приводы выключателей и разъединителей

Надежная работа и безопасное обслуживание выключателей высокого напряжения невозможны без надежного привода, обеспечивающего безотказное выполнение операций включения и отключения вручную и автоматически. Монтаж привода должен быть по возможности простым и не требовать специальных знаний, он не должен требовать точных работ по установке и регулировке привода.

При выборе привода, прежде всего, необходимо определить, для автоматических или неавтоматических операций он предназначается. Неавтоматические выключатели с более простыми приводами требуются в относительно редких случаях, например для размыкания шлейфов в сетях высокого напряжения. Как правило, выключатели работают автоматически.

Многие конструкции выключателей требуют механизма свободного расцепления в их проводах. Который служит двоякой цели: обеспечивает быстрое отключение и при включении на неустраненное КЗ автоматически отключает выключатель, несмотря на то, что орган управления находится в положении «Включено».

В настоящее время существуют следующие типы приводов:

Ручные – с предварительным запасанием энергии включения и без него. Ручные приводы имеют простую и надежную конструкцию, удобны в эксплуатации, но нашли ограниченное применение. Главным и существенным их недостатком является невозможность включения выключателей дистанционно или автоматически.

Электрические – также, с запасанием энергии и без него. Они подразделяются на электромагнитные (соленоидные) и двигательные. Для двигательного привода можно использовать, как постоянный, так и переменный ток. Потребление мощности двигательными приводами примерно наполовину меньше, чем электромагнитными. Включение производится через червячную передачу, увеличивающую момент привода. В двигательных приводах, применяемых для выключателей, часть энергии запасается в маховике, так как в конце процесса включения требуется развивать большие моменты, чем в начале. Отключение выключателя производится пружиной, которая заводится при включении. В электромагнитных приводах применяют электромагниты с перемещением сердечника вверх или вниз, а так же с поворотными сердечниками. Для приведения в действие электрических приводов требуется достаточно мощный источник постоянного тока, например, аккумуляторная батарея, так как электромагниты переменного тока требуют слишком большой реактивной мощности. Электромагниты с линейным перемещением сердечника имеют то преимущество, что в конце хода сердечника тяговая сила электромагнита увеличивается и это способствует более сильному и быстрому прижатию контактов выключателя друг к другу.

Пневматические – работающие на сжатом воздухе. Состоят из преобразователя энергии сжатого воздуха в механическую и из системы рычагов, передающих включающее усилие приемному рычагу выключателя. Их преимущества, по сравнению с электрическими приводами, являются: простота конструкции, высокая скорость включения, мягкое (безударное) включение, легкость накопления энергии в простых, воздушных резервуарах. Поэтому в последнее время пневматический привод распространяется также в электроустановках, в которых нет воздушных выключателей. Для получения сжатого воздуха устанавливают малые компрессоры на 0,5-1,0 МПа и соответствующие резервуары сжатого воздуха.

Гидравлические – работающие на масле, под давлением. Благодаря практической несжимаемости жидкости импульсы на операцию передаются практически мгновенно. В России созданы только опытные образцы гидравлических приводов. Наиболее распространены пневмогидравлические приводы во Франции. Там они применяются с 1954 г, и работают под давлением масла до 30 МПа.