Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Кафедра электротехники и электромеханики

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ

АППАРАТЫ

Учебное пособие

для студентов всех форм обучения

Электрических специальностей

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

УДК 658.26:621.31(075.84)

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ АППАРАТЫ: Учебное пособие для студентов всех форм обучения электрических специальностей. / Санкт-Петербург­ский государственный горный ин-т. Сост.: В.П. Ганский, П.М. Каменев.

СПб, 2004. 43 c.

 

 

В пособии излагаются основы теории электрических аппаратов, конструктивные особенности электрических аппаратов, условия существования и гашения электрической дуги. Рассматриваются устройства и технические характеристики электрических аппаратов.

Пособие предназначено в качестве методических указаний для студентов всех форм обучения электрических специальностей:

 

 

Таблиц 6. Ил. 19. Библиогр. 3.

 

Научный редактор, заведующий кафедрой профессор А.Е. Козярук

 

© Санкт-Петербургский горный

институт им. Г.В. Плеханова, 2004

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Учебное пособие является обобщением материала лекций и практических занятий, читаемых в Санкт-Петербургском горном институте по курсу "Электрические аппараты" для электрических специальностей.

Базовыми дисциплинами являются: физика, высшая математика. В данном курсе изуча­ются способы гашения электрической дуги электрическими аппаратами, конструктивные особенности аппаратов, предназначенных для коммутации электрических цепей.

В результате изучения дисциплины студент должен:

· знать условия существования и гашения дуги, способы гашения дуги при коммутациях в силовых цепях;

· знать устройство электрических аппаратов и их технические характеристики.

В процессе изучения очередной темы студенты знакомятся с теоретическим материалом, изучают конструкцию аппарата с помощью плакатов и рисунков, отвечают на контрольные вопросы.

Трансформаторы тока

[ 1 ]

Многие высоковольтные аппараты снабжаются измерительными трансформаторами тока и напряжения.

Измерительный трансформатор напряжения (ТН) служит для преобразования высо­кого напряжения в пониженное напряжение стандартной величины, обычно 100 или 100/ В.

Использование ТН позволяет измерять любое высокое напряжение одними и теми же стандартными измерительными приборами, устанавливать реле защиты, реагирующие на стандартные напряжения независимо от напряжения электроустановки.

ТН изолирует измерительные приборы и реле от цепей высокого напряжения и делает безопасным их обслуживание.

Измерительный трансформатор тока (ТТ) предназначен для

преобразования первичного тока до значений, удобных для измерения или для питания цепей релейной защиты.

Трансформаторы тока обеспечивают безопасность при работе с измерительными приборами и реле.

Вторичный ток ТТ составляет 5 А (реже 1 или 2,5 А).

Вторичный ток, умноженный на коэффи­циент К_ном, должен соответствовать первичному току по модулю и по фазе I₁= I₂ К_ном.

К_ном = I_1ном/ I_2ном - номинальный коэффициент трансформации по току.

Шкалы измерительных приборов, присоединяемых к ТТ, надписываются в значениях первичного тока.

Первичная обмотка ТТ включается последовательно в цепь измеряемого тока, имеет небольшое число витков (вплоть до одного витка), выполняется из проводника большого сечения. Первичной обмоткой ТТ может быть кабель, токопровод или шинопровод, в которых производится измерение тока. Вторичная обмотка рассчитана на значительно меньший ток, имеет большое число витков.

Выводы первичной обмотки обозначаются буквами Л₁ и Л₂, вторичной - И₁ и И₂.

Токовые катушки измерительных приборов (амперметров, ваттметров, счетчиков), токовые обмотки элементов релейной защиты включаются последовательно во вторичную обмотку ТТ.

Сопротивление указанных приборов незначительно, поэтому ТТ практически работает в режиме КЗ.

 

R₁₀, X₁₀ - сопротивление ветви намагничивания,

r₂, x₂ - сопротивление вторичной обмотки,

R₂, X₂ - сопротивление нагрузки (амперметр, токовая обмотка ваттметра, счетчика электроэнергии, обмотки реле).

Нормальная работа ТТ предполагает наличие ампервитков первичной и вторичной обмоток, которые создают магнитные потоки, направленные встречно. Результирующий магнитный поток есть разность магнитных потоков первичной и вторичной обмоток.

Ф_рез = Ф₁ - Ф₂ или .

При наличии тока первичной цепи и разрыве вторичной , сталь магнитопровода ТТ будет переходить из одного насыщенного состояния в другое 50 раз в секунду, так как ампервитки I₂w₂ отсутствуют (рис. 2). При этом во вторичной обмотке наводятся значительные ЭДС (десятки кВ), смертельно опасные для обслуживающего персонала, способные пробить изоляцию обмотки, что вызывает образование короткозамкнутых витков вторичной обмотки, возникновение больших токов в этих витках, перегрев и выход из строя ТТ.

 

Погрешности ТТ

Согласно закону полного тока можно записать .

Для идеального ТТ I₀ = 0.

Если ток первичной обмотки привести к вторичной, то

,

Поскольку в магнитопроводе ТТ существуют потери в стали (потери на гистерезис + потери на вихревые токи), ток вторичной цепи, умноженный на номинальный коэффициент трансформации К_ном несколько меньше тока первичной цепи. Возникает токовая погрешность

.

Кроме того, вектор тока вторичной цепи не совпадает по фазе с вектором тока вторичной цепи - возникает угловая погрешность.

 

Номинальной нагрузкой ТТ называется такая нагрузка, при которой погрешность не выходит за пределы, установленные для данного класса точности.

Имеется 6 классов точности 0,2 0,5 1 3 5 10.

Характеристика классов точности представлена в табл. 1.

Таблица 1.

Класс	Загрузка ТТ %	Погрешность
Токовая %	Угловая
0,2		±0,75% 0,5 0,35 0,2	±30минут
0,5		±1,5% 0,75 0,5
		±3% 1,5
	50 - 120	+3	Не нормируется
	50 - 120	+5
	50 - 120	+10

Класс точности 0,2 - лабораторные ТТ

Класс точности 0,5 - для приборов учета (электросчетчики)

Класс точности 1 - для измерительных приборов

Классы точности 3, 5, 10 - для релейной защиты.

 

Контрольные вопросы

1. Назначение измерительного трансформатора тока.

2. Стандартное значение тока вторичной обмотки.

3. Номинальный коэффициент трансформации.

4. В каком режиме работают ТТ?

5. Может ли ТТ работать в режиме ХХ. Почему?

6. Буквенные обозначения на входе и выходе ТТ.

7. Что нужно сделать с ТТ, если во вторичных цепях изменения.

8. Какие проверки ТТ производятся перед установкой?

9. Как проверяется маркировка ТТ на постоянном токе?

10. Как проверяется маркировка ТТ на переменном токе?

11. Если снятая кривая намагничивания выше стандартной?

12. Если снятая кривая намагничивания ниже стандартной?

13. Номинальная нагрузка ТТ.

14. Классы точности.

15. Какой класс точности нужен для работы в лаборатории?

16. Какой класс точности нужен для счетчиков?

17. Какой класс точности нужен для щитовых приборов?

18. Какой класс точности нужен для РЗ?

Выключатели масляные

[ 1, 2 ]

Наибольшее распространение в системах электроснабжения получили масляные выключатели.

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

- баковые выключатели (многообъемные), в которых масло используется для гашения дуги, охлаждения образовавшихся газов и изоляции токоведущих частей между собой, между фазой и заземленным баком,

- малообъемные масляные выключатели, масло используется для гашения дуги и охлаждения образовавшихся газов.

По принципу действия дугогасительного устройства масляные выключатели делятся на 4 группы.

1. С открытой дугой.

2. С автодутьем - высокое давление и большая скорость потока газов в зоне горения дуги за счет энергии самой дуги.

3. С принудительным масляным дутьем - масло к месту разрыва контактов нагнетается принудительно с помощью специальных гидравлических механизмов.

4. С магнитным гашением дуги в масле - под действием переменного магнитного поля дуга перемещается в узкие, заполненные маслом каналы и щели из изоляционного материала.

Гашение дуги происходит в масле, налитом в заземленный бак. Выключатель предназначен для наружной установки. Каждому полюсу соответствует особый бак (выключатели в сети 35, 110, 220 и т.д. кВ) или все полюса находятся в одном баке (6 - 10 кВ).

В верхней части бака расположены проходные изоляторы.

Подвижные контакты укреплены на траверсе, приводимой в движение приводом с помощью изоляционной штанги и системы рычагов. В положении включено траверса находится в верхнем положении, контакты замкнуты, механизм выключателя заперт, пружина сжата. В процессе отключения подвижная система рычагов выводится из мертвой точки, пружина освобождается и перемещает подвижные контакты вниз.

При расхождении контактов между ними возникает дуга (по две на фазу), которая испаряет и разлагает масло (70% водород - в среде водорода дуга гаснет в 17 раз лучше, т.к. при температуре выше 3000⁰ водород из молекулярного состояния переходит в атомарное, 30% ацетилен, доли % уголь), образуя вокруг себя газовый пузырь. Отдавая тепло на испарение и разложение масла, ствол дуги интенсивно охлаждается (плюс циркуляция масла и повышенное давление). Восстанавливающаяся прочность остаточного ствола повышается и при достижении напряжения на дуге напряжения сети дуга гаснет.

Газовый пузырь передает давление на масло и через него на стенки бака, что определяет отключающую способность. При несоответствии отключающей способности выключателя отключаемой мощности может произойти разрушение стенок бака и взрыв, пожар.

Взрыв может произойти при переливе масла - закупорка газоотводного канала, при недоливе масла - не успевший охладиться газовый пузырь, содержащий водород, соприкасается с воздухом в верхней части бака, образуя взрывоопасную гремучую смесь с кислородом воздуха.

В масляных выключателях возможны вторичные взрывы, причиной которых являются газы, образующиеся в выключателе в процессе отключения. Смесь водорода и ацетилена может достигнуть взрывоопасной концентрации. Другой причиной может быть карбид меди - Cu₂C₂, образующийся из ацетилена выхлопных газов и меди элементов выключателя и взрывающийся от небольшого сотрясения даже при транспортировке.

Требуются регулярные планово-предупредительные ремонты, слив масла и зачистка всех медных частей.

Между фазами устанавливаются барьеры из твердых изоляционных перегородок с тем, чтобы взвеси примесей не могли образовывать длинные цепочки, резко уменьшающие электрическую прочность масла.

Кроме трансформаторного масла существуют жидкие синтетические диэлектрики (совол, совтол, пиронол), у которых электрическая прочность выше, чем у масла, но их применение в выключателях категорически запрещено, т.к. при высоких температурах образуются отравляющие вещества.

Отключающая способность масляных выключателей с открытой дугой не зависит от длины межконтактного расстояния - раствора, а определяется главным образом значением восстанавливающегося напряжения.

Необходимый раствор контактов для надежного гашения дуги определяется по следующей зависимости

,

где Р_КЗ - отключаемая мощность КЗ (Вт),

w₀ - удельная мощность, отводимая от дуги,

w - угловая частота (w = 2p f = 314 при f = 50 Гц),

t - постоянная времени дуги,

w_в - восстанавливающаяся частота (w_в = 2p f_{в ,} f_в до десятков кГц)

Выключатели вакуумные

[ 1, 2 ]

В последние годы отмечается интенсивное использование вакуумных коммутаторов в области напряжений 6-35 кВ для создания вакуумных контакторов, выключателей нагрузки, вакуумных выключателей для КРУ. Это объясняется рядом бесспорных достоинств: высокое быстродействие, полная взрыво- и пожаробезопасность, экологическая чистота, широкий диапазон температуры (от +200 до - 70 ⁰С), надежность, минимальные эксплуатационные затраты, минимальные габариты, повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам, высокая износостойкость при коммутации номинальных токов и токов нагрузки, произвольное рабочее положение вакуумного дугогасительного устройства.

Давление в вакуумной камере 10^-4 П гарантируется на 25 лет.

Размеры камеры 28 см (рис. 8). Длина свободного пробега ионов до 30 м, электронов 300 м

Напряжение пробоя идеального вакуума 100 кВ/мм, реально - 35 кВ/мм. Поэтому вакуумные выключатели используются в сетях до 35 кВ. Если нужно больше, то соединяют несколько камер последовательно.

1 - корпус,

2 - подвижный контакт,

3 - неподвижный контакт,

4 - наконечники вольфрамовые,

5 - сильфон латунный,

6, 7, 8- экраны

 

В керамическом цилиндре 1 с ребристой поверхностью размещены торцевые контакты 2 и 3 с вольфрамовыми наконечниками. Контакт 3 неподвижный, контакт 2 может перемещаться благодаря сильфону 5. Нажатие контактов обеспечивается за счет атмосферного давления, действующего на сильфоны (на 1 см² действует 1 кГ). Сила нажатия - 120 Н.

Расстояние между контактами 3-5 мм (до 10 мм). Скорость перемещения подвижного контакта при размыкании до 2 м/с.

При размыкании контакта в последний момент касания ток проходит через небольшие площадки, сопротивление резко увеличивается, что ведет к выделению большого количества тепла и плавлению металла электродов. Зажигается, так называемая, вакуумная дуга, которая горит в среде паров металла электродов.

Малая плотность газов в камере обуславливает высокую скорость диффузии зарядов. Быстрая диффузия и высокая электрическая прочность вакуума позволяют эффективно гасить дугу в первый же момент прохождения тока через 0.

При работе выключателя распыленный материал контактов будет осаждаться на поверхности изоляционного цилиндра, что создает условия для пробоя. Для защиты изоляции цилиндра от паров металла электроды защищают специальными металлическими экранами 6, 7, 8, которыми электрическое поле разбивается на 2 небольших участка 6-7 и 7-8. Возможность перекрытия при этом резко снижается.

При прохождении переменного тока через 0 происходит быстрое рассасывание зарядов и через 10 мкс между контактами восстанавливается электрическая прочность вакуума, что является несомненным достоинством выключателя.

Но слишком быстрое изменение тока в схеме с индуктивностью вызывает появление перенапряжений e = -Ldi/dt, которые могут привести к пробою изоляции отключаемого оборудования (батареи конденсаторов). Для недопущения перенапряжений в первое время параллельно выключателю устанавливались разрядники. Сейчас материал наконечников содержит сурьму, в парах которой срез тока происходит медленнее и ток мал.

Недостатки - контактная система работает в тяжелых условиях, т.к. теплоотдача производится только через металл и лучеиспускание.

Параметры выключателя ВВТЭ-10-400-31,5 - выключатель вакуумный тропического исполнения электрический, 10 кВ, рабочий ток - 400 А, ток отключения в режиме КЗ - 31,5 кА.

Есть выключатели до 1000 А рабочий ток, КЗ до 40 кА.

Износ контактов , где l - мм, I - kA.

Ресурс по износу , мм - допустимый износ.

Ресурс отключений токов КЗ - до 100.

Ресурс отключений номинального тока до 50000.

Одновременное размыкание контактов в любой момент времени по отношению к кривой тока - в одной из фаз условия размыкания благоприятные, в других - нет. Отключаемая мощность возрастает, что ведет к увеличению габаритов.

Синхронизированные выключатели позволяют существенно облегчить процесс отключения, т.к. размыкание контактов в момент прохождения тока через 0 во всех фазах уменьшает энергию дуги.

Синхронизированный привод вакуумного выключателя ИГД Скочинского изображен на рис. 9.

 

 

1- синхронизатор

2- блок релейной защиты

3- логическая схема И

4- фотовспышка

5- световой волновод

6- фотосемистор

7- катушка электромагнита

8- диск тяги

9- вакуумная камера

10 - конденсатор (запас энергии)

11 - диод

 

ТТ питает синхронизатор 1, который выдает импульсы за 1,5 - 2 мс до прохождения тока через 0. Импульсы поступают на схему сравнения И (3). Блок релейной защиты 2 дает разрешение на отключение. Срабатывает фотовспышка 4. Импульс света через световой волновод 5 подается на фотосемистор 6, котрый подключает конденсатор 10 к катушке 7 электромагнита тяги 8. Создается колебательный контур R, L, C с частотой собственных колебаний до 5 кГц. В диске 8 наводятся вихревые токи, создается тяговое усилие, подвижный контакт размыкает соединение в нужное время. Такая схема во всех фазах.

 

Контрольные вопросы

1. Условия возникновения дуги в вакууме

2. Достоинства вакуумных выключателей

3. Недостатки вакуумных выключателей

4. Как устраняются недостатки?

5. Что такое - срез тока- и от чего он зависит?

6. Какова роль экранов?

7. На каких напряжениях работают вакуумные выключатели?

8. На какие токи?

9. Синхронизация фаз при отключении.

10. Схема синхронизации.

11. Чем обеспечивается поджатие контактов?

12. Из каких материалов изготовляются контакты?

Выключатели воздушные

[ 1, 2 ]

Энергия сжатого воздуха используется и как движущая сила, перемещающая контакт, и как дугогасящая среда.

Принцип действия заключается в том, что дуга, образующаяся между контактами, подвергается интенсивному охлаждению потоком сжатого воздуха, который подается под давлением до 4*10⁶ П и выбрасывается в атмосферу.

При прохождении тока через 0 температура дуги уменьшается, сопротивление увеличивается. Одновременно происходит механическое разрушение дугового столба и вынос заряженных частиц и паров металла контактов в атмосферу.

Различают камеры продольного и поперечного дутья.

Продольное дутье - воздух подается вдоль дуги.

Поперечное - воздух подается поперек дуги.

Воздух осушают, очищают и хранят в баке под давлением 4*10⁶ П. В нужный момент мощная струя воздуха подается в область горения дуги.

 

1 - неподвижный контакт

2 - струя воздуха

3 - подвижный контакт

4 - отделитель

Подвижный контакт закрывет своим телом отверстие. Дугогасительная камера только для гашения дуги. Размыкание контактов обеспечивет отделитель в бестоковую паузу.

 

КВ

 

1 - неподвижный контакт

2 - струя воздуха

3 - подвижный контакт

4 - отделитель

5 - труба

Неподвижный контакт трубчатый. Процесс гашения дуги происходит с сильным грохотом.

 

 

110 кВ

Если требуется выключатель на 220 кВ, то два модуля соединяют последовательно, 330 - три и т.д.

 

1 - неподвижный контакт

2 - подвижный контакт

3 - поршень

4 - дуга в камере

5 - пружина

6 - выброс наружу

 

При отключении сжатый воздух воздействует на поршень 3 и отводит подвижный контакт 2 со средней скоростью 2 м/с. Между контактами 1 и 2 возникает дуга 4. Сжатый воздух поступает дуге навстречу и через внутренние полости контактов 1 и 2 выходит наружу 6. Такая камера называется камерой с двухсторонним дутьем.

Пружина 5 замыкает контакты и перекрывает путь воздуху при исчезновении давления (электропневмоклапан открывает и закрывает путь воздуху). В бестоковую паузу отделитель размыкает контакты.

Энергия, выделяемая в дуге, нагревает воздух и в зоне горения дуги создается противодавление. В результате скорость потока воздуха уменьшается, а при некотором значении разрываемого тока образуется закупорка - скорость воздуха = 0. Выключатель в таких условиях сгорит.

Исследования показали, что в рационально сконструированном выключателе при максимальных токах скорость истечения воздуха не должна падать менее 10 м/с.

Эффект закупорки зависит от давления сжатого воздуха, сечения отверстия в месте контакта и мощности, выделяемой в дуге.

С ростом давления сжатого воздуха эффект закупорки будет уменьшаться а отключаемый ток увеличиваться. Однако при большом сечении возрастает расход воздуха и объем бака.

Существует оптимальное расстояние между контактами, при котором ток отключения наибольший.

У многих выключателей после гашения дуги сжатый воздух в камеру не подается, а оптимальное расстояние недостаточно, чтобы выдержать напряжение на контактах при атмосферном давлении. Поэтому совместно с воздушными выключателями создается дополнительный промежуток. Эту роль выполняет отделитель, если его контакты расходятся на достаточное расстояние (70% хода). Подача воздуха прекращается при достижении 70% хода ножей. Пружина 5 возвращает подвижный контакт в прежнее положение.

Преимущества: малый износ контактов, вынос паров металла из дугового промежутка, что увеличивает его электрическую прочность, долговечность (в среднем 75000 отключений).

Выключатель с такой камерой легко развивается по напряжению (220 - 2 камеры последовательно, 330 - 3 камеры и т.д.).

Если номинальное напряжение менее 20 кВ а отключаемый ток более 50 кА - (генераторный конец), то применяются камеры поперечного дутья (рис. 13).

 

1- дугогасительные

перегородки

2 - неподвижный контакт

3 - подвижный контакт

4 - дуга

5 - сжатый воздух

 

Подвижный контакт 3 в нижнем положении перекрывает своим телом канал подачи сжатого воздуха. Дуга 4, образующаяся при премещении подвижного контакта 3 относительно неподвижного контакта 2, подвергается интенсивному воздействию

сжатого воздуха 5, котрый прижимает дугу к дугогасительным перегородкам 1, выполненных из фибры.

Поперечный поток воздуха производит эффективное охлаждение и деионизацию дуги. Этому способствует также выделение большого количества газов фибровыми перегородками, котрые охлаждают и деионизируют прилегающие участки дуги, что позволяет создать выключатели на ток отключения до 100 кА.

 

 

Контрольные вопросы

1. Достоинства воздушных выключателей.

2. Недостатки воздушных выключателей.

3. В чем заключается модульность воздушных выключателей?

4. Чем ограничивается предельный ток отключения?

5. На каких напряжениях работают воздушные выключатели?

6. На какие токи они рассчитаны?

7. Камера продольного дутья

8. Камера поперечного дутья.

9. Эффект закупорки воздуха.

10. Для чего служит отделитель?

Выключатели элегазовые

[ 1, 2 ]

Предназначены для оперативной и аварийной коммутации в энергосистемах, выполнения операций включения и выключения отдельных цепей при управлении в сетях трехфазного переменного тока напряжением 6 и 10 кВ.

С целью повышения эффективности гашения дуги в качестве дугогасящей среды применяется шестифтористая сера (элегаз SF₆).

По сравнению с воздухом этот газ обладает следующими преимуществами:

· электрическая прочность в 2,5 раза выше, чем у воздуха,

· высокая удельная объемная теплоемкость (почти в 4 раза выше, чем у воздуха) позволяет увеличить нагрузку токоведущих частей, уменьшить массу меди,

· дугогасящая способность камеры продольного дутья с элегазом в 5 раз выше, чем с воздухом,

· малая напряженность электрического поля в столбе дуги, благодаря чему резко сокращается износ контактов,

· элегаз является инертным газом, не вступающим в реакцию с кислородом, водородом, слабо разлагается дугой, не токсичен.

Недостатком элегаза является высокая температура сжижения. Так, например, при давлении 1,31 МПа он из газообразного состояния переходит в жидкое при температуре 0⁰ С. Это заставляет прибегать либо к использованию подогревающих устройств, либо использовать газ при низком давлении. При давлении 0,35 МПа температура сжижения составляет минус 40⁰ С.

Другим недостатком является необходимость в наличии устройств для наполнения, перекачивания и очистки шестифтористой серы. Кроме того, необходимость применения высоконадежных уплотнителей и относительная сложность конструкции ряда деталей и узлов обуславливают относительно высокую стоимость выключателя в целом.

Наиболее эффективно используется дугогасящая способность элегаза в том случае, когда струя газа с большой скоростью омывает горящую дугу.

В настоящее время применяются следующие конструктивные исполнения:

· с автопневматическим принудительным дутьем, которое создается за счет энергии отключающих пружин,

· с движением дуги в элегазе за счет взаимодействия дуги с магнитным полем,

· система с двойным давлением (имеется резервуар с высоким давлением).

Принципиальная схема дугогасительного устройства с автопневматическим принудительным дутьем показана на рис. 16.

 

 

При отключении дуга возникает между неподвижным 1 и подвижным 2 контактами. Вместе с контактом 2 движутся сопло из изоляционного материала 3 (фторопласт), перегородка 5 и цилиндр 6. Поршень 4 неподвижен. Элегаз сжимается, и его поток, проходя через сопло, продольно омывает дугу и обеспечивает условия для эффективного гашения. Дугогасительное устройство располагается в герметичном баке с давлением газа 0,2 - 0,28 Мпа.

Фирма Merlin Gerin разработала элегазовый выключатель Fluarc FB4 на напряжение U = 7,2 - 36 кВ, номинальный ток отключения 25 кА, номинальный ток 630-1250 А.

Давление внутри корпуса 1,5 МПа, время гашения дуги 15 мс, полное время отключения 60 - 80 мс, срок службы - 20 лет.

Допускаемое для каждого полюса выключателя без осмотра и ремонта дугогасительных устройств, контактов и замены элегаза число операций отключения токов КЗ

- при токах в диапазоне свыше 60 до 100 % - 33 операции,

- при токах в диапазоне от 30 до 60 % - 70 операций.

Число операций отключения номинального тока - 2000.

Ресурс по механической прочности до капитального ремонта - 5000 циклов. Срок службы до капитального ремонта - 15 лет. Срок службы до списания - 25 лет.

 

Контрольные вопросы

1. Преимущества элегазовых выключателей.

2. Недостатки элегазовых выключателей.

3. Есть ли доступ к контактной системе?

4. Через какое число операций производится капитальный ремонт?

5. Через какое число операций производится ревизия?

6. Принцип гашения дуги в элегазовом выключателе.

7. Допустимое число операций без осмотра и ремонта?

8. Число операций отключения номинального тока.

9. Срок службы до капитального ремонта.

10. Срок службы до списания.

 

 

Разрядники

[ 1, ]

Разрядники предназначены для ограничения перенапряжений. Включаются между потенциальным выводом оборудования и землей. Основной элемент разрядника - искровой промежуток, который пробивается при перенапряжениях, возникающую дугу гасит специальное устройство.

 

Требования к разрядникам

1. ВСХ разрядника должна быть ниже ВСХ объекта.

2. Искровой промежуток должен иметь гарантированную электрическую прочность. Защита от атмосферных перенапряжений не должна срабатывать от внутренних.

3. Остающееся напряжение не должно быть опасным для изоляции устройства.

4. Сопровождающий ток должен отключаться за малое время.

5. Разрядник должен допускать большое число срабатываний без осмотра и ремонта.

Схема дугогасительного устройства трубчатого разрядника представлена на рис. 18.

 

 

Разрядник в нормальном режиме отделен от ЛЭП воздушным промежутком S₂. Второй электрод 4 заземлен. При появлении перенапряжений пробиваются воздушные промежутки S₁ и S₂, импульсный ток отводится в землю. Возникает КЗ, через разряд­ник протекает сопровождающий ток. В промежутке S₁ между электродами 2 и 3 загорается дуга в узком канале обоймы 1, выполненной из газогенерирующего материала (фибры или винипласта). Образующиеся газы устремляются в отверстие электрода 3, отнимая энергию дуги. Ток проходит через 0, дуга гаснет.

Буферный объем 5 предназначен для накопления энергии сжатого воздуха, что облегчает условия гашения дуги.

Предельная величина отключаемого тока (фибра) - 10 кА.

Предельная величина отключаемого тока (винипласт) - 20 кА.

Механическая прочность фибровых разрядников хуже вилитовых.

Маркировка разрядник трубчатый фибровый U = 35 кВ, отключаемый ток 800-5000 А.

РТВ - винипластовый (механическая прочность гораздо лучше, защищен от атмосферных воздействий эпоксидными смолами).

Разряд сопровождается выстрелом, хлопком, выброс газов.

РТВ- 110 зона выброса - высота 2,2 м диаметр - 3,5 м.

В зоне выброса не должно быть оборудования и людей.

 

Вентильные разрядники

РВС -10 - разрядник вилитовый станционный на 10 кВ.

Основными элементами являются вилитовые кольца, искровые промежутки и рабочие резисторы. Эти элементы расположены внутри фарфорового кожуха, который с торцов имеет фланцы для крепления и присоединения.

Внутренняя полость должна быть герметично закрыта (пластины, резиновые прокладки).

При появлении перенапряжения пробивается искровой промежуток и ток через рабочие резисторы уходит в землю. Рабочие резисторы ограничивают сопровождающий ток и создают условия для гашения дуги.

Сопротивление разрядника нелинейное.

Разрядники получили название вентильных, потому что при импульсных токах их сопротивление резко падает, что дает возможность пропустить большой ток при относительно небольшом падении напряжения на сопротивлении.

Нелинейное сопротивление - вилит - зерна карборунда SiC. На поверхности зерен образуется пленка окиси кремния SiO₂. Сопротивление этой пленки зависит от приложенного напряжения

 

Контрольные вопросы

1. Назначение разрядников.

2. Принцип действия разрядников.

3. Соотношение между ВСХ искрового промежутка и защищаемого объекта.

4. Способы гашения дуги в разрядниках.

5. Требования к разрядникам.

6. Назначение буферного объема в трубчатом разряднике.

7. Предельная величина отключаемого тока.

8. Маркировка разрядников.

9. Зона выброса разрядника.

10. Принцип действия вилитового разрядника.

Корпус

Ячейка КСО-6(10)-Э1 представляет собой металлоконструкцию, изготовленную из оцинкованной стали толщиной 2 мм. Все несущие соединения выполнены на усиленных стальных вытяжных заклепках.

С целью обеспечения безопасности ячейка разделена на три отсека: отсек сборных шин, отсек аппаратов и присоединений кабеля, отсек релейной защиты и вторичной коммутации.

Ячейка имеет отдельные двери: в отсек аппаратов и присоединений кабеля, в отсек релейной защиты и вторичной коммутации

Внешний вид схематично показан на рис. 30

Приводы выключателей нагрузки, разъединителей, заземляющих разъединителей и аппаратов управления расположены с фасадной стороны ячейки.

 

Отсек сборных шин

Сборные шины изготовлены из электротехнической меди и установлены внутри отсека сборных шин. Шины расположены в горизонтальной плоскости, предусмотрены возможности для дальнейшего расширения распределительного устройства подстанции.

При двухрядном расположении ячеек в помещении распределительного устройства между рядами ячеек устанавливается шинный мост. Шинный мост представляет собой металлоконструкцию, собранную из закрытых коробов, с установленными в них изоляторами и шинами.

 

Аппараты

Выключатели нагрузки (разъединители) устанавливаются на границе отсека сборных шин и отсека аппаратов и присоединений кабелей. Конструктивно верхние контакты выключателей нагрузки (разъединителей) являются опорными изоляторами для сборных шин.

На задней стенке ячейки находятся разгрузочные клапаны.

Для обзора внутреннего пространства ячейки на дверях отсеков расположены смотровые окна.

Для внутреннего освещения применяются светильники с лампами накаливания напряжением 36 В, обеспечивающие возможность замены ламп без открывания дверей.

Между отсеками установлены предохранительные перегородки из прозрачного пластика.

Все аппараты и приборы, установленные в ячейке и подлежащие заземлению, заземлены.

Для осуществления функций защиты применяются микропроцессорные блоки релейной защиты (МБРЗ). Оперативные цепи управления выключателями выполнены на переменном и постоянном токе напряжением 110, 220 В.

Для обеспечение надежности управления и защиты в схему оперативного тока включен источник гарантированного питания, обеспечивающий надежную работу блоков релейной защиты и привода выключателя после пропадания напряжения.

Механический и коммутационный ресурсы устройств в ячейке представлены в таблице 5.

Таблица 5

Вакуумный выключатель BB/TEL	50 000 циклов включений – отключений	50 000 циклов включений – отключений номинального тока 100 отключений тока (60-100)% от номинального тока отключения
Выключатель нагрузки IML	2000 циклов включений – отключений	100 цикловвключений – отключений номинального тока Cos j = 0.7
Разъединитель РТ, SVR/ti	2000 циклов включений – отключений	-
Заземляющий разъединитель ЗР	2000 циклов включений – отключений	-

Коммутационные аппараты

Серия воздушных выключателей нагрузки, разъединителей и заземляющих разъединителей представлена следующими аппаратами:

Таблица 6