Справочник строителя | Оборудование РП и ТП

СИЛОВЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Силовые выключатели предназначены для включения и отключения рабочих токов и автоматического отключения (и включения) токов КЗ.

По используемой гасящей электрическую дугу среде различают воздушные, масляные, электромагнитные, вакуумные и элегазовые силовые выключатели.

К выключателям предъявляют следующие требования.

1.  Должны многократно (тысячи раз) надежно включать и отключать токи нагрузочного режима, не превышающие их номинальный ток.

2.  Во включенном состоянии должны неограниченно долго выдерживать прохождение токов нагрузочных режимов при номинальном напряжении.

3.  Должны быстро (в доли секунды) включать и отключать токи КЗ, уровень которых не превышает включающую и отключающую способность выключателя, соответственно.

4.  Во включенном состоянии должны выдерживать воздействие ударного тока КЗ, не превышающего значения предельно-сквозного тока и значений тока с длительностями, соответствующими термической стойкости выключателя.

5.  Во многих случаях, выключатель должен обладать способностью, осуществлять автоматическое повторное включение АПВ спустя короткий промежуток времени после отключения (1-2 с). Указанный промежуток времени называют бестоковой паузой при АПВ. 6.

6.  Кроме выполнения всех указанных требований, выключатель должен обладать свойством высокой готовности к автоматическому отключению под действием средств релейной защиты. Выключатель составляет законченное целое вместе с его приводом.

В городских сетях используются малообъемные масляные выключатели серий ВМГ, ВМП, ВК и вакуумные различных серий. Эти названия выключатели получили по виду среды, осуществляющей гашение электрической дуги при отключении тока. В масляных выключателях для этой цели используют трансформаторное масло, а в вакуумных - диэлектрические свойства вакуума (разреженное состояние воздуха с остаточным давлением в несколько тысяч раз меньшим атмосферного).

Выключатели размещают в ячейках, которые конструктивно выполняют стационарными или с выкатными тележками. При выкатном исполнении выключатели монтируют на тележках с колесами, что удобно при ремонтах и техническом обслуживании (ячейки КРУ - внутренней установки и КРУН - наружной установки). При стационарном исполнении используются ячейки КСО. В городских электрических сетях чаще всего встречаются ячейки КСО с малообъемными масляными выключателями ВМП-10 (выключатель масляный подвесной).

Выключатель ВМП-10 (рис. 1) с массой масла 4,5 кг предназначен для установки в обычных распределительных устройствах - камерах КСО; выключатели ВМП-10К, ВМП-10П и ВМПП-10 - для малогабаритных комплектных распределительных устройств с выкатными тележками КРУ. Последние отличаются от выключателя ВМП-10 меньшей шириной, что достигается сближением полюсов путем установки между ними изоляционных перегородок. Выключатели ВМП-10 и ВМПП-10 имеют встроенные пружинные приводы.

Выключатель ВМП-10

Рисунок 1. Выключатель ВМП-10

Выключатель ВМП-10 на напряжение 10 кВ рассчитан на мощность отключения 350 MB · А, изготовляется на номинальные токи 630,1000 и 1500 А. Под мощностью
отключения Sном.откл понимают произведение

мощность отключения

где Iном.откл - номинальный ток отключения (действующее значение периодической составляющей).
Для Sном.откл = 350 MB · А, Iном.откл = 20 кА.

Выключатель состоит из стальной рамы 3, на опорных изоляторах 2 которой смонтированы полюсы 1. Внутри рамы расположены вал выключателя 5 с рычагами 4, отключающими пружинами, а также масляный и пружинный буферы 6.

Каждый полюс выключателя (рис. 2) состоит из прочного влагостойкого изоляционного цилиндра 4, на концах которого заармированы металлические фланцы. На верхнем фланце укреплен корпус из алюминиевого сплава, внутри него расположены выпрямляющий механизм 13, подвижный контакт 16, роликовое токосъемное устройство 7 и маслоотделитель. Нижний фланец закрывается съемным силуминовым дном, внутри которого находится неподвижный розеточный контакт 2, а снаружи - пробка для спуска масла 20. Для наблюдения за уровнем масла в выключателе имеется маслоуказатель 18. Внутри цилиндра, над розеточным контактом, расположена дугогасительная камера 17, представляющая собой набор круглых пластин из электрокартона, фибры и гетинакса.

Разрез полюса выключателя ВМПП-10

Рисунок 2. Разрез полюса выключателя ВМПП-10

Для повышения стойкости контактов к действию электрической дуги и увеличения срока их службы съемные наконечники подвижных контактов и верхние концы ламелей розеточных контактов облицованы дугостойкой металлокерамикой.

В процессе эксплуатации выключателя выявлено, что направляющие стержня, на котором скользит капроновая направляющая колодка, могут проворачиваться вокруг своей оси. Стержни имеют металлические упоры для ограничения хода токосъемных роликов. В нормальном положении упоры проходят в прорези капроновой колодки. При проворачивании направляющих стержней упоры смещаются в сторону относительно прорезей, и в момент включения или отключения выключателя капроновая колодка ударяется об упоры и ломается. Для устранения этого дефекта перед вводом выключателя в работу устанавливают стопорные винты, закрепляющие положение направляющих стержней.

Приводы выключателей служат для ручного и автоматического включения и отключения выключателя и удерживания его во включенном положении. В любом приводе имеется механизм свободного расцепления, отсоединяющий механизм привода от механизма выключателя при его отключении. Выключатели ВМП-10 могут работать с пружинными приводами ПП-61, ПП-67 и электромагнитным приводом ПЭ-11. У выключателей ВМП-10 П и ВМПП-10 используются пружинные приводы, встроенные в выключатели. В пружинных приводах имеются включающие пружины, которые заводятся либо вручную, либо с помощью электродвигателя переменного тока через моторный редуктор. В электромагнитных приводах используют электромагниты включения на напряжение 110 или 220 В. Отключение выключателей со всеми типами приводов производится отключающими пружинами, входящими в состав выключателя.

Наиболее удобным является электромагнитный привод ПЭ-11, который обеспечивает возможность дистанционного управления выключателем. Для работы такого привода необходимо иметь источник постоянного тока (аккумуляторную батарею, мощный выпрямитель).

Вакуумные выключатели. Основу принципа действия вакуумных выключателей составляет гашение в глубоком вакууме электрической дуги, возникающей при размыкании контактов. В городских электрических сетях широко используются выключатели серии BB/TEL, разработанные и выпускаемые предприятием «Таврида электрик». В системах электроснабжения мощных промышленных предприятий целесообразно использовать выключатели Минусинского электроаппаратного завода, имеющие более высокие значения номинальных токов (длительного режима и тока отключения). В настоящее время производство вакуумных выключателей освоено и другими заводами (в частности, г. Саратова).

Основные достоинства вакуумных выключателей:

высокий механический и коммутационный ресурс (50 000 операций отключения номинального тока);

малые габариты и вес (масса в зависимости от использования находится в пределах 32-35,5 кг);

небольшое потребление энергии по цепям управления (наибольший ток электромагнитов управления 10 А при напряжении 220 В);

возможность управления по цепям постоянного, выпрямленного и переменного оперативного тока;

простота встраивания в ячейки КРУ и КСО с осуществлением необходимых блокировок;

отсутствие необходимости ремонта в течение всего срока службы (25 лет).

Отличительной особенностью вакуумных выключателей серии BB/TEL является использование не механической (как в приводах малообъемных масляных выключателей), а магнитной защелки. Это означает, что контакты выключателя находятся в замкнутом состоянии за счет остаточной магнитной индукции электромагнитов, которые устанавливаются в каждой фазе (полюсе) выключателя, причем между полюсами имеется механическая связь в виде общего вала.

Устройство и работа выключателя поясняется с помощью рис. 3.

Устройство вакуумного выключателя BB/TEL

Рисунок 3. Устройство вакуумного выключателя BB/TEL: 1 - неподвижный контакт ВДК; 2 - вакуумная дугогасительная камера (ВДК); 3 - подвижный контакт ВДК; 4 - гибкий токосъем; 5 - тяговый изолятор; 6 - пружина поджатия; 7 - отключающая пружина; 8 - верхняя крышка; 9 - катушка; 10 - кольцевой магнит; 11 - якорь; 12 - нижняя крышка; 13 - пластина; 14 - вал; 15 - постоянный магнит; 16 - герконы (контакты для внешних вспомогательных цепей)

Выключатель вакуумный серии BB/TEL состоит из трех полюсов, установленных на общем основании. Все три полюса имеют одинаковую конструкцию. Привод этого выключателя состоит из электромагнитов (по одному на каждую фазу), электрически соединенных между собой параллельно, и блока управления БУ.

Механически якоря 11 приводных электромагнитов выключателя соединены между собой общим валом 14, который в процессе включения и отключения поворачивается вокруг своей продольной оси и обеспечивает выполнение следующих функций:

управление указателем положения выключателя «ВКЛ. - ОТКЛ.»;

ручное отключение выключателя при аварийных ситуациях;

управление контактами для внешних вспомогательных цепей с помощью постоянного магнита; предотвращение срабатывания выключателя в не полнофазном режиме.

Включение выключателя. Исходное разомкнутое состояние контактов 1, 3 вакуумной дугогасительной камеры выключателя обеспечивается за счет воздействия на подвижный контакт 3 отключающей пружины 7 через тяговый изолятор 5. При подаче сигнала «ВКЛ» блок управления выключателя формирует импульс напряжения положительной полярности, который прикладывается к катушкам 9 электромагнитов. При этом в зазоре магнитной системы появляется электромагнитная сила притяжения, по мере своего возрастания преодолевающая усилие пружин отключения 7 и поджатия 6, в результате чего под действием разности указанных сил якорь электромагнита 11 вместе с тяговым изолятором 5 и подвижным контактом 3 вакуумной камеры 2 (в момент времени 1 на осциллограмме рис. 4) начинает движение в направлении неподвижного контакта 1, сжимая при этом пружину отключения 7.

После замыкания основных контактов (момент времени 2 на осциллограмме рис. 4) якорь электромагнита продолжает двигаться вверх, дополнительно сжимая пружину поджатия 6. Движение якоря продолжается до тех пор, пока рабочий зазор в магнитной системе электромагнита не станет равным нулю (момент времени 2а на осциллограмме). Далее кольцевой магнит 10 продолжает запасать магнитную энергию, необходимую для удержания выключателя во включенном положении, а катушка 9 по достижении момента времени 5 начинает обесточиваться, после чего привод оказывается подготовленным к операции отключения. Таким образом, выключатель становится на магнитную защелку, т. е. энергия управления для удержания контактов 7 и 3 в замкнутом положении не потребляется.

Характерные осциллограммы процессов в приводе ВВ/TEL при включении и отключении

Рисунок 4. Характерные осциллограммы процессов в приводе ВВ/TEL при включении и отключении: 1 - начало движения главных контактов; 2 - замыкание главных контактов; 2а - замыкание магнитной системы; 3 - окончание процесса включения; 4 - начало процесса отключения; 5 - размыкание главных контактов; 6 - окончание процесса отключения; iг.к - ток, проходящий через главные контакты

В процессе включения выключателя пластина 13, входящая в прорезь вала 14, поворачивает этот вал, перемещая установленный на нем постоянный магнит 15 и обеспечивая срабатывание герконов 16, коммутирующих внешние вспомогательные цепи.

Отключение выключателя. При подаче сигнала «ОТКЛ» блок управления формирует импульс тока (нижняя кривая на осциллограмме рис. 4), который имеет противоположное направление по отношению к току включения и меньшее амплитудное значение (интервал времени 4- 5 на осциллограммах). Магнит 10 при этом размагничивается, привод снимается с магнитной защелки и под действием энергии, накопленной в пружинах отключения 7 и поджатая 6, якорь 11 перемещается вниз, в процессе движения ударяя по тяговому изолятору 5, связанному с подвижным контактом 3. Контакты In 3размыкаются (момент времени 5 на осциллограммах), и выключатель отключает нагрузку.

Ручное отключение выключателя. Ручное оперативное отключение выключателя осуществляется путем механического воздействия на кнопку ручного отключения, которая в свою очередь через толкатель, шарнирно связанный с валом 14 выключателя, воздействует через этот вал на якоря 11 электромагнитов привода. При этом разрывается магнитная система привода, ее магнитная энергия уменьшается, после чего механической энергии пружины отключения 7 оказывается достаточно для размыкания контактов 1 и 3 выключателя.

Кнопка ручного отключения одновременно выполняет функцию указателя положения выключателя «ВКЛ - ОТКЛ».

Ручное отключение вакуумного выключателя

Рисунок 5. Ручное отключение вакуумного выключателя BB/TEL

Ручное включение выключателя не предусмотрено. Для первого включения выключателя, когда на подстанции отсутствует питание цепей оперативного тока, разработан способ включения выключателя электрическим путем от автономного источника питания.

Выключатели имеют два конструктивных исполнения:

с межполюсным расстоянием 200 мм (для замены в ячейках КРУ выключателей типа ВМП-10, ВМПЭ-10, ВМПП-10, ВК-10, ВКЭ-10 и др.);

с межполюсным расстоянием 250 мм (для замены в камерах КСО и КРН выключателей ВМГ-133 и др.).

На рис. 6 показан общий вид выключателя с межполюсным расстоянием 250 мм.

Общий вид вакуумного выключателя BB/TEL

Рисунок 6. Общий вид вакуумного выключателя BB/TEL

Технические характеристики:

   

Номинальное напряжение, кВ

10

 

Наибольшее рабочее напряжение, кВ

12

 

Номинальный ток, А

630

1000

Номинальный ток отключения, кА

12,5

20

Предельно-сквозной ток короткого замыкания, амплитуда, кА

32

52

Нормированное процентное содержание апериодической составляющей, %, не более

40

40

Время отключения полное, мс, не более

25

25

Время отключения собственное, мс, не более

15

15

Время включения собственное, мс, не более

70

70

Допустимое число отключений:

   

номинального тока, операции «ВО»

50000

50000

(60-100)% от номинального тока отключения

100

100

Номинальное напряжение электромагнитов управления, В

220

220

Диапазон напряжений электромагнитов при 1 включении, % от номинального значения

85-110

80-110

Диапазон напряжений электромагнитов при i отключении, % от номинального значения

65-120

65-120

Наибольший ток электромагнитов управления при номинальном напряжении, А

10

10

Срок службы до списания, лет

25

25

Масса, кг:

   

исполнение с межполюсным расстоянием 200 мм

32

32

исполнение с межполюсным расстоянием 250 мм

35,5

35,5

 

Пояснения к техническим характеристикам:

амплитуда предельно-сквозного тока КЗ (iп.с) - наибольшее мгновенное значение тока, который выключатель выдерживает во включенном состоянии без повреждения. Должно выполняться условие

где iy(з) - ударный ток трехфазного КЗ на выводах выключателя;

номинальный ток отключения (Iном.откл) - действующее значение периодической составляющей тока, который выключатель способен отключить без последствий для него (повреждений). Должно выполняться условие

где I’’ - действующее значение периодической составляющей тока КЗ на первом его периоде (Т = 0,02 с);

нормированное процентное содержание апериодической составляющей (βном.τ%) - установленное ГОСТ на выключатели относительное содержание по отношению к Iном.откл апериодической составляющей в отключаемом токе в момент т начала расхождения его дугогасительных контактов. Должно выполняться условие

где βд.τ% - действительное относительное содержание апериодической составляющей в конкретных условиях работы;

«ВО» - включение - отключение; собственное время отключения - время с момента подачи команды на отключение до начала расхождения дугогасительных контактов выключателя; полное время отключения - сумма собственного времени отключения и времени гашения электрической дуги в выключателе.

Устройство управления выключателей является неотъемлемой частью их приводов. Конструктивно указанные устройства обычно выполняют в виде отдельных модулей: например, блок управления BB/TEL-220-05. Для обеспечения работы указанного блока управления при различных видах оперативного тока и различных схемах вторичных соединений ячеек и шкафов КРУ используются дополнительные блоки (разделения и размножения сигналов, питания, фильтров и автономного включения).

Поделитесь ссылкой в социальных сетях