Многообъемные масляные выключатели это

Техническое описание высоковольтных выключателей ВМП-10

1.1 Общие сведения

Высоковольтные выключатели служат для отключения и включения электрических цепей под нагрузкой, а также отключения токов к. з. и выпускаются для наружной и внутренней установки на различные номинальные токи и напряжения. В зависимости от среды, в которой осуществляется процесс гашения электрической дуги, выключатели разделяют на жидкостные, газовые и вакуумные. Из жидкостных наиболее распространены масляные выключатели, а из газовых — воздушные. Вакуумные выключатели будут использоваться в новой серии КРУ.
Масляные выключатели бывают многообъемные и малообъемные. В многообъемных все токоведущие части, кроме выводов, помещены в бак, заполненный минеральным (трансформаторным) маслом, которое служит для гашения дуга и изоляции токоведущих частей. На напряжение до 10 кВ включительно изготовляют однобаковые выключатели (все три фазы размещены в одном баке), а на напряжение 35 кВ и выше — трехбаковые (каждая фаза размещена в отдельном баке). В простейших выключателях использован способ гашения дуги при ее свободном горении в масле.
Процесс гашения дуги при отключении тока нагрузки или к. з. происходит следующим образом. Электрическая дуга, обладая высокой температурой, разлагает и превращает окружающий ее слой масла в газ, давление которого достигает 0,5—1 МПа. Отдавая теплоту на испарение и разложение масла, ствол дуги интенсивно охлаждается. Охлаждение дуги, циркуляция масла, возникающая в зоне ее горения, и повышенное давление газа способствуют деионизации и гашению дуги. Для удаления газа и снижения давления внутри бака выключателя предусматривается газоотвод.
Многообъемные выключатели в РУ на напряжение до 10 кВ из-за возможности их разрушения (взрыва), сопровождаемого выбросом большого количества масла, и необходимости специальных помещений (камер) для установки применяют редко. Такие выключатели, снабженные дугогасительными камерами, широко применяются в открытых РУ на напряжение 35 кВ и выше.
В малообъемных выключателях на каждый полюс имеется отдельный бачок, в котором размещены контакты и дугогасительная камера. Так как бачки установлены на изоляторах, масло служит только для гашения дуги. Малообъемные масляные выключатели используются преимущественно в электроустановках напряжением до 10 кВ. Из-за малого объема масла и применения специальных дугогасительных камер они не могут быть повреждены при отключении токов к. з. вследствие взрыва и поэтому могут устанавливаться в любом помещении, без специальных камер и в ячейках КРУ.

1.2 Технические характеристики

Предназначены для коммутации цепей номинальным напряжением 10 кВ трехфазного переменного тока промышленной частоты в нормальном режиме работы установки, а также для автоматического отключения этих цепей при токах короткого замыкания и перегрузках. Используются для комплектации шкафов КРУ и КСО в электроустановках общепромышленного назначения. По роду установки выключатели разделяются на две группы: – для обычных распределительных устройств (например, ячеек типа КСО) – для комплектных распределительных устройств (КРУ) с ячейками выкатного типа. В этом случае к обозначению типа выключателя добавляется буква ‘К’. Технические характеристики представлены в таблице 1.

Структура условного обозначения:
– В выключатель
– М маломаслянный
– П подвесное исполнение полюсов
– Номинальное напряжение, кВ
– номинальный ток, А
– номинальный ток, отключения, кА
– К для КРУ

Таблица 1 – Технические характеристики

Электростанции

• Главная
• карта сайта
• статьи

Навигация

• Меню сайта
  • Организация эксплуатации
  • Электрические схемы
  • Турбогенераторы
  • Трансформаторы и автотрансформаторы
  • Распределительные устройства
  • Электродвигатели
  • Автоматика

  Масляные выключатели

  В распределительных устройствах электростанций применяются два типа масляных выключателей: много объемные баковые выключатели и маломасляные выключатели. В обоих типах выключателей гашение дуги производится маслом.
  У масляных выключателей при расхождении контактов под действием высокой температуры дуги (до б 000° С) происходит бурное разложение масла и образование газопарового пузыря, с поверхности контактов при этом испаряется металл. В газопаровом объеме, окружающем дуговой промежуток, происходит термическая ионизация образовавшихся газов (водород, ацетилен, метан и др.) и масляных паров, повышающая проводимость дугового промежутка. Процесс гашения дуги и восстановления электрической прочности промежутка определяется присутствием и давлением газов в газопаровом объеме, деионизацией и смешением ионизированных частиц со свежим маслом. Давление газов в камере масляного выключателя может достигать десятков атмосфер, что увеличивает электрическую прочность меж контактного промежутка.
  Дугогасительные устройства масляных выключателей создают направленное на дугу дутье масла под действием возникшего давления в газопаровом объеме. В камере продольного дутья поток масла и газов направлен в процессе гашения дуги вдоль ствола дуги, а в камере поперечного дутья — поперек ствола дуги. В последнем случае условия для деионизации дугового промежутка получаются более благоприятными, поскольку дуга при поперечном дутье расщепляется и втягивается в щели камеры, где происходит интенсивный отвод тепла за счет турбулентного характера движения охлаждающей среды.
  Простейшая камера поперечного дутья применена только в конструкциях баковых выключателей 6—10 кв., у остальных выключателей применены дугогасительные устройства более сложных конструкций. Восстановление напряжения на разомкнутых контактах выключателя может привести к повторному зажиганию дуги, поэтому полное гашение дуги в масляных выключателях происходит в течение 2—4 полупериодов.
  Дугогасительная камера продольного дутья с промежуточным контактом у выключателей МКП 110 и 220 кв. обеспечивает предельно отключаемые мощности до 2 500 МВт. У мощных многообъемных выключателей МКП-110М применяется дугогасительное устройство многократного разрыва (4 разрыва или 8 разрывов на фазу) с поперечным дутьем, а у МКП-220—МКП-500— дугогасительное устройство многократного разрыва с генерирующими вспомогательными дугами и продувом камеры. У МКП-220 имеется 6 разрывов (12 на фазу), а у МКП-500—8 разрывов (16 на фазу). Для принудительного выравнивания восстанавливающегося напряжения параллельно каждому разрыву подключаются шунтирующие активные или емкостные сопротивления (делители).
  Шунтирующие сопротивления понижают скорость восстановления напряжения на расходящихся контактах выключателя, что, собственно, и ускоряет процесс гашения дуги. Нарастание напряжения на контактах после погасании дуги происходит строго по экспоненциальному закону при оптимальной величине R, удовлетворяющей условию: где L и С — индуктивность и емкость цепи.
  Выключатель с гасительными камерами многократного разрыва с шунтирующими сопротивлениями работает в следующей последовательности: сначала размыкаются контакты гасительных камер и гаснет дуга между ними, после чего траверса отходит вниз, разрываются контакты 2 и ток, ограниченный шунтирующими сопротивлениями, отключается простым разрывом в масле.
  Баки выключателей имеют цилиндрическую, овальную или эллиптическую форму, изготовлены сварными из листовой стали. На крышке бака смонтированы проходные маслонаполненные вводы, коробки приводных механизмов с газоотводами, встроенные внутрь бака трансформаторы тока, предохранительные клапаны, масло указатели и патрубки для заливки масла. Газоотводы предназначены для отвода продуктов разложения масла и выполнены в виде коленчатой трубки, конец которой направлен вниз, трубка заполнена фарфоровыми шариками. холодильный шкаф тут
  Трансформаторное масло в много объемных масляных выключателях выполняет роль изоляции и дугогасящей среды. Для предохранения баков масляных выключателей от повреждений при аварийном увеличении внутреннего давления в крышке бака предусмотрен клапан-мембрана. Внешним признаком работы предохранительного клапана является выброшенный диск, а также следы выброса масла на фундаменте и стенках бака. Внутренняя поверхность баков покрыта обшивкой из изоляционного материала во избежание перекрытия дуги через газовый пузырь на заземленный бак.
  Для предварительного торможения подвижной части контактного аппарата выключателя в конце операции включения и отключения предусматриваются буферные устройства, встроенные в коробку приводного механизма и поглощающие кинетическую энергию, запасенную подвижными частями в процессе движения. Они выполняются эластичными, пружинными, масляными или пневматическими.
  Во избежание увеличения вязкости масла при температурах окружающего воздуха ниже —20° С и отказов выключателей в действии все много объемные масляные выключатели, устанавливаемые в северных районах, должны иметь устройства подогрева масла (обычно трубчатые электронагреватели), расположенные под дном баков.
  Выключатели напряжением 110 кв. могут иметь по фазное или трехфазное управление, выключатели напряжением 220 кв. и выше выполняются только с по фазным управлением от электромагнитных или пневматических приводов. Для пневматических приводов можно использовать сжатый воздух или азот (от баллонов).

  Масляные баковые выключатели

  В масляных баковых выключателях масло служит для гашения дуги и изоляции токоведущих частей. При напряжении до 10 кВ (в некоторых типах выключателей до 35 кВ) выключатель имеет один бак, в котором находятся контакты всех трех фаз, при большем напряжении для каждой фразы предусматривается свой бак. В установках 6 – 10 кВ применяли масляные выключатели ВМБ-10, ВМЭ-6, ВМЭ-10, ВС-10, им на смену пришли выключатели маломасляные и элегазовые.

  Баковые масляные выключатели использовались в наружных установках напряжением 35 кВ и выше. Они отличались простотой конструкции, что определило их широкое применение и в настоящее время. В отличие от простейшего выключателя они имеют специальные устройства — гасительные камеры.

  По принципу действия дугогасительные устройства можно разделить на три группы:
  1) с автодутьем, в которых высокое давление и большая скорость движения газа в зоне дуги создаются за счет выделяющейся в дуге энергии;
  2) с принудительным масляным дутьем, у которых к месту разрыва масло нагнетается с помощью специальных гидравлических механизмов;
  3) с магнитным гашением в масле, в которых дуга под действием магнитного поля перемещается в узкие каналы и щели.

  Наиболее эффективным и простым являются дугогасительные устройства с автодутьем. Следует отметить, что устройства с автодутьем работают тем эффективнее, чем больше ток в дуге. При отключении малых токов давление газов может оказаться незначительным, вследствие чего дутье будет неэнергичным, что приведет к затягиванию гашения дуги. По этой причине некоторые гасительные устройства с автодутьем дополнены принудительным масляным дутьем, которое обеспечивает гашение малых токов.

  Чем выше напряжение, тем больше необходимо разрывов. Для равномерного распределения напряжения между основными разрывами параллельно им включается шунтирующее сопротивление. После гашения дуги на основных разрывах ток, проходящий через шунтирующее сопротивление, гасится на вспомогательных разрывах, обычно вне камеры. В дугогасительных устройствах с помощью изоляционных пластин и выхлопных отверстий создаются рабочие каналы, по которым происходит движение масла и газов (дутье). В зависимости от расположения каналов различают камеры с поперечным, продольным и встречно-поперечным дутьем.

  Выключатель работает по двухступенчатому циклу: сначала размыкаются контакты дугогасительных камер, происходит гашение дуг и прерывается цепь основного тока, затем в открытом разрыве контактов траверсы и контактов дугогасительных камер прерывается ток, протекающий через шунты. Траверса приводится в движение изолирующей тягой, связанной с приводным механизмом. На днище бака установлено льдоулавливающее устройство, предотвращающее всплытие замерзшего конденсата. Для подогрева масла при низких температурах к днищу крепится устройство электроподогрева, которое включается при температурах воздуха ниже – 150С. Это необходимо чтобы не снижалась скорость перемещения подвижных частей выключателя при увеличении вязкости масла. Например, в выключателе У-220 на три полюса необходимо 27000 кг масла.

  Основные преимущества баковых выключателей:

  1. простота конструкции,
  2. высокая отключающая способность,
  3. пригодность для наружной установки,
  4. возможность установки встроенных трансформаторов тока.

  Недостатки баковых выключателей:

  1. взрыво- и пожароопасность;
  2. необходимость периодического контроля за состоянием и уровнем масла в баке и на вводах;
  3. большой объем масла, что обусловливает большую затрату времени на его замену,
  4. необходимость больших запасов масла;
  5. непригодность для установки внутри помещений;
  6. непригодность для выполнения быстродействующего АПВ;
  7. большая затрата металла, большая масса, неудобство перевозки, монтажа и наладки.

  Почему вакуумный выключатель — это лучшее решение для распределительных сетей 6-10 кВ?

  

  Развитие городской инфраструктуры, постройка новых мощных промышленных комплексов, уплотнительные застройки в центре городов-миллионников ставят перед энергетиками непростые задачи по обеспечению электроэнергией потребителей без снижения качества и надежности электроснабжения. В связи со столь высоким ростом объёмов потребления Стратегия ПАО «Россети» направлена на увеличение объёма генерации не менее чем на 13,3% в периоде 2016-2020 гг.

  Помимо роста объёмов потребления и генерации электроэнергии не менее важно её распределение, за которое отвечают, как правило, тупиковые подстанции на классы напряжения 6, 10, 20 и 35кВ. Однако более половины таких подстанций находятся в эксплуатации не менее 30 лет. Оборудование данных подстанций сильно изношено, морально устарело и нуждается в замене.

  Стоит отметить, что на каждой электрической подстанции основным элементом защиты цепей являются силовые выключатели. Исходя из этих факторов, а также статистических данных ФСК и МРСК можно сделать вывод о том, что в России ежегодно потребляется не менее 20000 силовых выключателей с классами напряжения 6 и 10кВ. Очевидно, что на столь массовый и ответственный элемент системы электроснабжения налагаются жёсткие требования, как со стороны потребителя, так и со стороны надзорных органов. Основными требованиями, предъявляемыми к силовым выключателям, можно выделить:

  • Соответствие техническим параметрам электросети (Наибольшее рабочее напряжение, отключающая способность, и т.п.)
  • Безопасность персонала при эксплуатации
  • Высокий уровень надёжности
  • Компактность
  • Минимальная необходимость в обслуживании
  • Энергоэффективность

  Достичь всех этих качеств в одном аппарате – задача нетривиальная, и далее мы рассмотрим тот путь, который пришлось пройти выключателям для достижения современного уровня их технического развития.

  Виды выключателей 6-10 кВ

  Первыми выключателями, которые защищали отходящие линии 6-10 кВ в комплектных распределительных устройствах, были баковые многообъёмные масляные выключатели, такие как ВМБ-10. Данный выключатель представляет собой металлический бак, массой 170 кг, который вмещает в себя 50 килограммов трансформаторного масла. Трансформаторное масло выступает в качестве изолирующей контакты разных полюсов среды, также в ней происходит разрыв контактов и гашение электрической дуги. При таком способе гашения дуги масло разлагается, образуя газопаровую смесь, состоящую из 70% водорода и паров испаряющегося трансформаторного масла. Данная смесь охлаждает и расщепляет дугу, а также деионизирует место её возникновения, что способствует скорейшему восстановлению электрической прочности масла. Этот процесс протекает достаточно бурно, давление в газовом пузыре может достигать 12 атмосфер. Именно присутствие масла в конструкции данного типа выключателей и определило их основные недостатки. Таким аппаратам требуется постоянный контроль уровня масла, его доливка, замена после относительного небольшого количества отключений. Выделение водорода, вкупе с высоким давлением внутри выключателя делает данный способ дугогашения достаточно опасным, нередки случаи взрывов и пожаров при применении таких выключателей. Для исключения разлива масла в случае аварии также необходимо строительство маслоприёмников, способных вместить полный объём масла, находящегося в выключателе.

  Очевидно, что данный конструктив выключателей был далёк от идеала и не удовлетворял большинству требований, названных ранее. Именно поэтому следующим этапом развития этого класса аппаратов стали маломасляные выключатели.

  

  Масляный малообъемный выключатель (крупно: указатель уровня масла)

  В маломасляных выключателях масло уже не несёт в себе изоляционные свойства, а лишь служит газогенерирующей средой. Это позволило снизить общую массу аппарата, и, что особенно важно, объём заливаемого трансформаторного масла. Так, например, выключатель ВМП-10 требует заливки лишь 5кг масла. Помимо этого значительно выросли номинальный ток и отключающая способность, с 1000А до 1500А и с 5,7кА до 20кА соответственно (относительно выключателя ВМБ-10). Обновлённый конструктив масляных выключателей также позволил отказаться от необходимости возведения маслоприёмников. Вместе с тем недостатки, характерные для маслонаполненных выключателей, всё же сохранялись. К тому же на базе масляных малообъемных выключателей было невозможно реализовать быстродействующее АПВ (автоматическое повторное включение). Кроме того, само масло представляло опасность для экологии, и поэтому нельзя было допустить утечку и попадание масла в грунтовые воды.

  Трансформаторное масло, как дугогасящая среда, исчерпало себя, поэтому дальнейшее улучшение конструктива не несло в себе каких либо существенных плюсов для характеристик выключателя. Именно поэтому возникла необходимость в поиске более эффективной среды дугогашения. В СССР подобные исследования велись уже в 30-х годах. В ЛФТИ, под руководством известного учёного Б. М. Гохберга, были исследованы электрические свойства ряда газов. Данная работа позволила выявить некоторые полезные свойства шестифтористой серы (SF6), которая получила название «элегаз». Данный газ характеризуется высочайшей электрической прочностью – 89кВ на 1 см. Но промышленное производство элегаза удалось освоить только в конце 1980-х годов.

  

  Масляные малообъемные выключатели серии ВК

  Следующим поколением выключателей, которое пришло на смену масляным, стали элегазовые. В отличие от масляных малообъемных выключателей они являются взрыво- и пожаробезопасными, имеют более высокую коммутационную способность (до 40кА), гораздо больший коммутационный ресурс, а также сниженные массогабаритные характеристики. Однако при эксплуатации элегазового оборудования есть несколько важных моментов. После первого гашения дуги в элегазовой среде образуются химически активные и вредные для человека примеси. Вредны они настолько, что, при замене отработавшего элегаза следует быть особо осторожным: использовать респираторы, обеспечить защиту глаз, а внутреннюю поверхность газовых корпусов нужно обязательно нейтрализовать при помощи раствора гашеной извести. Помимо этого, в закрытых распредустройствах требуется установка специальных датчиков, осуществляющих контроль утечек элегаза. К тому же гексафторид серы был признан вредным для атмосферы, как разрушающий озоновый слой. В связи с этим во всех европейских странах, в том числе и в России, стараются избегать применения элегазового оборудования в сетях 6-10 кВ.

  С развитием коммутационной электротехники, в сетях 6-10 кВ на смену элегазовым пришли вакуумные выключатели, которые в настоящее время заняли доминирующее положение в структуре распределительных сетей. Особенности конструкции вакуумных выключателей заключаются в использовании вакуумных камер сравнительно небольших размеров и применении глубокого вакуума (давление в камере составляет порядка 5×10-5 мм.рт.ст.) в качестве среды для гашения дуги, что позволило добиться следующих преимуществ по сравнению с выключателями предыдущих поколений:

  • высокая надежность
  • не требуют обслуживания
  • сниженные массогабаритные характеристики
  • широкий диапазон рабочих температур
  • отсутствие вредных выбросов
  • малая потребляемая мощность в цепях оперативного тока
  • возможность любого расположения в пространстве

  Несмотря на высочайшие показатели электрической прочности вакуума, долгое время использование данной технологии было ограничено техническим развитием. Однако с момента первых промышленных образцов технические характеристики вакуумных выключателей заметно улучшились. В частности, можно отметить возросшие значения отключаемых токов короткого замыкания (до 50кА). Это стало возможным благодаря особенной геометрии контактов.

  В конструкции вакуумных выключателей OptiMat V от КЭАЗ применены спиралевидные контакты . Такая форма контактов вакуумной камеры создаёт радиальное магнитное поле по всей области дуги, что вызывает её быстрое вращение по поверхности контактов и скорейшее затухание, а также минимизирует тепловую нагрузку, позволяет избегать локальных перегревов, выгорания металла контактов, что уменьшает их износ, а также исключает возможность повторного зажигания дуги после прохождения тока через ноль.

  Такие разработки позволяют увеличивать общий коммутационный ресурс выключателя.

  

  Контактная система с радиальным магнитным полем вакуумных выключателей OptiMat V

  Кроме того, сниженные весо-габаритные параметры вакуумных выключателей (особенно заметно по сравнению с распространенными в России масляными малообъемными выключателями), позволяют специалистам электросетевых компаний производить монтажные и ремонтные работы значительно проще. Сравните: масса вакуумного выключателя OptiMat V — 56 кг, масляного малообъемного серии ВК от 160 до 200 кг + 12 кг масла, а элегазового выключателя ВГП — 120 кг (разница в массе составляет от 2 до 5 раз).

  Также большое значение имеет широкий температурный диапазон. Ведь при эксплуатации в зимний период нужно учитывать дополнительные траты на подогрев масла в выключателях предыдущих поколений (масло густеет и препятствует скорейшему расхождению контактов). Здесь же стоит упомянуть и разные токи для катушек включения приводов: 3,9 А при 220 В у вакуумных выключателей OptiMat V и 100 А при 220 В у масляных малообъемных выключателей серии ВК.

  Таким образом, вакуумные выключатели, на сегодняшний день, являются самыми современными, технологичными, надежными и экономичными коммутационными аппаратами в распределительных сетях напряжением 6-10 кВ.

  Основное оборудование электрических станций и подстанций — Выключатели высокого напряжения

  Зміст статті

  • Основное оборудование электрических станций и подстанций
  • Выключатели высокого напряжения
  • Измерительные трансформаторы тока
  • Измерительные трансформаторы напряжения
  • Силовые трансформаторы

  2. ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

  2.1. Общие сведения

  Выключатель — это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока.
  Выключатель является основным аппаратом в электрических установках и служит для отключения и включения в цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание. К выключателям высокого напряжения предъявляют следующие требования:
  1) Надежное отключение любых токов (от десятков ампер до номинального тока отключения);
  2) быстрота действия, т. е. наименьшее время отключения;
  3) пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения, т.е. быстрое включение выключателя сразу же после отключения;
  4) возможность пофазного (пополюсного) управления для выключателей 110 кВ и выше;
  5) легкость ревизии и осмотра контактов;
  6) взрыво- и пожаробезопасность;
  7) удобство транспортировки и эксплуатации.
  Выключатели высокого напряжения должны длительно выдерживать номинальный ток -Iном и номинальное напряжение Uном.
  В соответствии с ГОСТ 687—78Е, выключатели характеризуются следующими параметрами:
  1. Номинальный ток отключения Iотк.ном — наибольший ток КЗ (действующее значение), который выключатель способен отключите при напряжении, равном наибольшему рабочему напряжению при заданных условиях восстанавливающегося напряжения и заданном цикле операций. Ток КЗ состоит из периодическое и апериодической составляющих. Номинальный ток отключения определяется действующим значением периодической составляющей в момент расхождения контактов.
  2. Допустимое относительное содержание апериодической составляющей тока в токе отключения βном, которое определяется по кривой рис. 5:
  
  Нормированное значение βном определяется для момента расхождения контактов
  
  Если τ > 0,09 с, то принимают βном =0.
  3. Цикл операций — выполняемая выключателем последовательность коммутационных операций с заданными интервалами между ними.
  В эксплуатации выключатель может неоднократно включаться на существующее КЗ с последующим отключением, поэтому ГОСТ 687- 78Е предусматривает для выключателей определенный цикл операций.
  Если выключатели предназначены для автоматического повторного включения (АПВ), то должны быть обеспечены циклы: О – 180 с – ВО – 180 с – ВО
  О – tбт – ВО – 180 с — ВО
  Выключатели с Uном Попередня

• Наступна