Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Высоковольтные выключатели переменного тока

Выбор типа выключателя - Высоковольтные выключатели переменного тока

Оглавление
Высоковольтные выключатели переменного тока
Технические характеристики выключателей
Выбор типа выключателя
Конструктивные схемы выключателей
Уровень изоляции выключателей
Расчет размыкающих контактов
Электрическая дуга в дугогасителях
Расчет дугогасителей выключателей
Характеристика процесса гашения дуги в дугогасителях с продольным воздушным дутьем
Характеристики процесса гашения электрической дуги в области перехода тока через нуль при продольном воздушном дутье
Конструкции дугогасительных устройств с продольным воздушным дутьем
Характеристики процессов гашения электрической дуги в элегазовых выключателях
Состав и свойства плазмы ствола дуги в элегазе
Ствол электрической дуги в продольном потоке элегаза
Конструкции и характеристики элегазовых дугогасителей
Вопросы проектирования дугогасительных устройств масляных выключателей
Последовательность расчета камер с масляным автодутьем
Характеристика процесса гашения дуги в автогазовом дугогасителе
Характеристика процесса гашения дуги в дугогасителях с магнитным гашением
Конструкции дугогасительных устройств с магнитным гашением дуги
Кинематические схемы приводных механизмов

1-4. НЕКОТОРЫЕ СООБРАЖЕНИЯ ПО ВЫБОРУ ТИПА ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ
Выбор типа и варианта конструкции выключателя с заданными параметрами, принимаемого для проектирования и производства, является весьма сложной и ответственной задачей, для успешного решения которой необходимо знание характерных особенностей отдельных типов и конструкций современных выключателей переменного тока высокого напряжения, их технико-эксплуатационных и технико-экономических показателей. При решении данной задачи должны учитываться не только заданные предполагаемые  (нормированные) условия работы, но также современные тенденции в развитии научного и технического прогресса как в области выключателестроения, так и в области проектирования и строительства современных электроэнергетических сооружений (1]. Весьма важное значение эти вопросы имеют при выборе типа и конструкции выключателя, предназначенного для массового или крупносерийного производства  Особенно важное значение они имеют также при. разработке новых уникальных конструкций выключателей па сверхвысокие параметры (номинальное напряжение 500 кВ и выше, номинальный ток 16 кА и выше и др.).
Во всех случаях выбор должен основываться, во-первых, на сопоставлении всех показателей существующих типов выключателей на данные, параметры, а во-вторых, на оценке принципиальной и практической возможностей получения от конструкции выбранного типа требуемых исходных характеристик.
Ниже приводятся краткая классификация и некоторые ориентировочные соображения по сравнительной оценке отдельных типов выключателей переменного тока высокого напряжения-
С точки зрения выбора типа целесообразно классифицировать выключатели по следующим признакам:
а)       по роду дугогасящей среды;
б)      по способу гашения дуги;
в)       по способу электрической изоляции находящихся под высоким напряжением токоведущих и других частей;
г) по номинальному напряжению;  
д) по номинальному току; : е) по коммутационной (отключающей и включающей) способности;        
ж)      по степени быстродействия;
з)       по пригодности для мгновенных АПВ;
и)      по конструктивной связи приводного механизма выключателей с приводом;        
к) по роду установки.
В табл. 1-2 дается классификация выключателей по роду дугогасящей среды й по. способу гашения дуги. В табл. 1-3 приводятся характерные преимущества и недостатки основных типов выключателей на различные классы номинального напряжения: На рис. 1-5—1-11 представлены конструкции некоторых типов выключателей.
По номинальному напряжению выключатели можно разбить на две основные группы: выключатели на напряжение 35 кВ и выше, к этой группе относятся так называемые подстанционные выключатели; выключатели на номинальное напряжение 20 кВ и ниже, к ним относятся генераторные и так называемые фидерные выключатели.
К подстанционным относится большая группа выключателей, обычно на номинальные токи до 4000 а. К ним предъявляются весьма высокие требования в отношении их отключающей способности (номинальные токи отключения до 50—60 кА)., быстродействия, пригодности для мгновенного АПВ и ряда других характеристик.
В качестве подстанционных [2, 3, 4] применяются преимущественно выключатели: а) воздушные (воздухонапорные); б) масляные малообъемные; в) масляные баковые.
В последнее время появился новый тип выключателей, в  котором в качестве дугогасящей среды используется элегаз (шестифтористая сера SF6), обладающий исключительно высокой дугогасящей способностью. Этот тип выключателя имеет весьма высокие технико-эксплуатационные и технико-экономические характеристики [10, 11, 14].         
Из сопоставления данных табл. 1-3 и по имеющимся сведениям об освоенных в настоящее время выключателях можно сделать вывод о существенных преимуществах воздушных выключателей перед другими. Особенно очевидны эти преимущества для выключателей на номинальные напряжения 110 кВ и выше. Следует отметить, что в воздушных (и вообще в газонапорных) выключателях в отличие от других типов может, быть применено и конструктивно осуществлено синхронное сверхбыстрое размыкание дугогасительных контактов непосредственно в конце полупериода тока (за 2—3 мсек до перехода тока через нуль). Это позволяет существенно увеличить коммутационную отключающую способность выключателя данного типа при сохранении ограниченного расход воздуха (газа), необходимого для гашения дуги,

Классификация выключателей по роду дугогасящей среды  


Род дугогасящей среды

Способ гашения дуги

Тип дугогасительиого устройства

Тип выклюя

Масло

Гашение открытой дуги в масле

Простой разрыв контактов в масле

Масляные

Интенсивное охлаждение ствола дуги в потоках газообразных продуктов разложения масла (газопаровой смеси)

Камеры с продольным или поперечным автодутьем в масле

Масляные с дугогасительными камерами

Масляные объемные

Масляные объемные горшковые

Негорючая жидкость (вода)

Интенсивное охлаждение дуги в потоках водяного пара

Камеры с автодутьем в воде

Водяные масляные

Водяные 

Род дугогасящей среды

Способ гашения дуги

Тип дугогасительного устройства

Тип выключателя

Твердое газогене- рирующее вещество

Интенсивное охлаждение ствола дуги в потоках газообразных продуктов разложения твердого газогенери- рующего вещества

Камеры с продольным или поперечным автодутьем

Автогазовые

 

 

 

Воздушные (воздухонапорные)

Сжатый воздух

Интенсивное охлаждение ствола дуги в потоках сжатого воздуха

Камеры продольного или поперечного воздушного дутья

 

 

Автопневматические

 

 

Камеры продольного дутья с шунтирующими низкоомными сопротивлениями

Воздушные с изолирующими сопротивлениями

Род дугогасящей среды

Способ гашения дуги

Тип дугогасительного , устройства

Тип выключателя

Воздух и охлаждающие поверхности стенок камеры

Перемещение поперечным магнитным полем и охлаждение ствола дуги в узких щелях камеры

Камеры щелевого типа с системой магнитного дутья

Воздушные с магнитными камерами

Воздух и охлаждающие поверхности электродов

Деление ствола дуги на большое число последовательных дуг с перемещением магнитным полем

Камеры с охлаждающими решетками, с системой магнитного дутья

Воздушные с магнитной дуговой решеткой

Элегаз (шестифтористая сера SFe)

Охлаждение ствола дуги в потоке элегаза

Камеры элегазового продольного или поперечного дутья

Элегазовые выключатели

Вакуум

, Распад ствола дуги в вакууме при простом размыканий контактов

Вакуумные дугогасители

Вакуумые выключатели

Таблица 1-3
Сравнительная качественная оценка различных типов выключателей


Тип выключателя и номинальное напряжение

Основные преимущества

Основные недостатки

Баковый масляный с дугогасящими камера* ми на 110 кВ и выше

Относительная простота конструкции
Возможность установки встроенных трансформаторов тока
Высокая отключающая способность
Пригодность для наружной установки
V

Взрыво- и пожароопас- ность
Необходимость периодического контроля состояния и уровня масла в баке и в высоковольтных вводах
Большой объем масла и связанная с этим большая затрата времени на ревизию дугогасительных камер и контактных систем. Большая затрата времени на замену масла
Необходимость наличия на подстанциях больших запасов масла и более мощных маслоочистительных установок
Практическая непригодность для установки внутри помещений
Ограниченная пригодность для работы в цикле многократных  мгновенных АПВ
Относительно большой износ дугогасительных контактов
Большая затрата металла на изготовление баков
Большой общий вес, неудобство перевозки, монтажа и наладки
Невозможность создания единой серии с применением унифицированных крупных узлов

Малообъемный масляный выключатель на 35 кВ и выше

Небольшое количество масла
Относительно малый общий вес
Более простая по сравнению с воздушными выключателями конструкция
Относительно низкая стоимость

 

Взрыво- и пожароопасность, хотя и значительно меньшая, чем у выключателей, указанных выше
Сложность осуществления многократных мгновенных АПВ
Трудность осуществления подогрева масла
Необходимость в периодическом контроле, доливке и относительно частой замене масла в дугогасительных бачках

Продолжение табл.


Тип выключателя и номинальное напряжение

Основные преимущества

Основные недостатки

Малообъемный масляный выключатель на 35 кВ и выше

Пригодность как для внутренней, так и для наружной установки
Более легкий, чем у баковых выключателей на 35 кВ и выше, доступ к дугогасительным контактным системам
Возможность создания серии с применением унифицированных узлов

Относительно большой износ дугогасительных контактов
Непригодность для работы с частыми отключениями
-        Трудность установки встроенных трансформаторов тока
Относительно малая предельная  отключающая способность  

Воздушный выключатель на 35 кВ и выше

Взрыво- и пожаробезопасность
Быстродействие и пригодность для работы в любом цикле АПВ
Высокая отключающая способность
Надежное отключение емкостных токов холостых линий
Возможность осуществления синхронного размыкания контактов непосредственно перед переходом тока через нуль, а также и синхронного замыкания контактов при переходе напряжения на линии через нуль
Малый износ дугогасительных контактов
Легкий доступ к дугогасителям и простота их ревизии
8. Отсутствие расходов, связанных с эксплуатацией маслонаполненных выключателей
Относительно малый вес. (по сравнению с баковым масляным выключателем)
Возможность создания серии с унификацией крупных узлов
Пригодность для наружной и внутренней установки

Необходимость наличия на подстанции компрессорной и воздухоочистительной установок
Относительно сложная конструкция ряда деталей и узлов и высокий класс точности их изготовления
Относительно высокая стоимость
Трудность установки встроенных трансформаторов тока

Продолжение табл. 1-3


Тип выключателя и номинальное напряжение

Основные преимущества

Основные недостатки

Автогазовые выключатели

Полная взрыво- и пожаробезопасность
Отсутствие масла  и связанная с этим простота, эксплуатации

Относительно малый вес

Ограниченный верхний предел номинального напряжения (до 15 кВ)
Изменение характеристик дугогасителя с износом газогенерирующих элементов камеры и связанная с этих необходимость в систематическом контроле состояния дугогасителя
Относительно большой износ дугогасительных контактов
Непригодность для наружной установки

Электромагнитные выключатели

Полная взрыво- и пожаробезопасность
Весьма малый износ дугогасительных контактов и рабочих элементов дугогасителя
Пригодность для работы в условиях весьма частых отключений
Относительно высокая отключающая способность

Относительно сложная конструкция дугогасителя с системой магнитного дутья
Ограниченный верхний. предел номинального напряжения (не. более 20—35 кВ)
Ограниченная пригодность для наружной установки

Элегазовые выключатели

Взрыво- и пожаробез- опасность
Быстродействие и пригодность для работы в любом цикле АПВ
Возможность осуществления синхронного размыкания контактов непосредственно перед переходом тока через нуль
Высокая отключающая способность при особо тяжелых условиях отключения (отключение неудаленных к. з. и др.)
Надежное отключение емкостных токов холостых линий
Малый износ дугогасительных контактов
Легкий доступ к дугогасителям и простота их ревизии

1; Необходимость в наличии устройств для наполнения, перекачивания и очистки шестифтористой серы (SFe)
Относительно высокая стоимость дугогасящей среды
Относительная сложность конструкции ряда деталей и узлов, а также необходимость применения высоконадежных уплотнений
Относительно высокая стоимость

Продолжение табл. 1-3


Тип выключателя и номинальное напряжение

Основные преимущества

Основные недостатки

Элегазовые выключатели

Относительно малый вес (по сравнению с баковыми масляными выключателями)
Возможность создания серии с унификацией крупных узлов
Пригодность для наружной и внутренней установки

 

Вакуумные выключатели

Полная взрыво- и пожаробезопасность
Возможность осуществления сверхбыстродействия и применения для работы в любых циклах АПВ
Надежное отключение емкостных токов холостых линий
Относительно малый вес (по сравнению со всеми другими типами выключателей)
Относительно малая мощность привода
Легкая замена дугогасителей
Простота эксплуатации

Относительно ограниченный верхний предел величины отключаемого тока
Возможные- коммутационные перенапряжения при отключении малых индуктивных токов

Необходимость в установках для получения сжатого воздуха нельзя считать недостатком воздушных выключателей, так как в современных распределительных устройствах высокого напряжения система пневматического управления выключателями  и разъединителями является наиболее рациональной, совершенной и удобной для автоматизации. Наряду с этим из-за наличия в конструкции воздушных выключателей сложных узлов, требующих точного изготовления, относительная стоимость таких выключателей выше, чем масляных малообъемных, при сравнительно одинаковых весовых показателях.
Применение малообъемных масляных выключателей технически и экономически целесообразно в менее ответственных точках систем, где -к выключателю могут быть предъявлены меньшие требования по величине отключаемой мощности и ряду других эксплуатационных характеристик (сверхбыстродействие, мгновенные многократные АПВ, надежное отключение малых емкостных токов, возможность частых осмотров контактных систем и их замены и др.).
Подстанционные масляные баковые выключатели ро своим основным параметрам (номинальное напряжение, ток, мощность отключения) равноценны воздушным. Особенно это стало очевидным после внесения в конструкцию баковых выключателей ряда усовершенствований [9].

Несмотря на это, однако, по своим эксплуатационным характеристикам масляный выключатель во многом уступает воздушному, в частности в отношении взрыво- и пожароопасности. Поэтому едва ли можно ожидать более широкого, чем в настоящее время, развития производства и внедрения в эксплуатацию этого типа выключателя, особенно на напряжения 110 кВ и выше.



Рис. 1-5. Воздушные выключатели: а — внутренней установки на номинальное напряжение 10 кВ, поминальный ток 1000 а; б — внутренней установки на номинальное напряжение 20 кВ, номинальный ток 5000 а: в — наружной установки на номинальное напряжение 110 кВ (один полюс) большими значениями номинальных токов (до 20 000 а) и номинального тока отключения (до 200 кА).
В качестве генераторных находят преимущественное применение малообъемные масляные выключатели горшкового типа и воздушные (воздухонапорные).
воздушные выключатели 750 кВ
Рис. 1-6. Воздушный выключатель на номинальное напряжение 750 кВ (один полюс)
Можно считать принципиально возможным также создание генераторного выключателя на средние параметры, основанного на электромагнитном принципе гашения дуги (со щелевой камерой или с пластинчатой решеткой).
Баковые масляные выключатели в настоящее время в качестве генераторных не применяются.
Малообъемные масляные выключатели горшкового типа принципиально могут быть построены на верхний диапазон номинальных

Рис. 1-7. Малообъемные масляные выключатели: а — внутренней установки на номинальное напряжение 35 кВ, номинальный ток 1000 а; б — наружной установки на номинальное напряжение 110 кВ, номинальный ток 600 а

масляный выключатель
Рис. 1-8. Баковый масляный выключатель на номинальное напряжение 110 кВ
Электромагнитный выключатель
Рис. 1-9. Электромагнитный выключатель на номинальное напряжение 6 кВ
токов и номинальных токов отключения. Однако такой выключатель по своим конструктивным и технико-эксплуатационным данным уступает воздушному.
Элегазовый выключатель
Рис. 1-10. Элегазовый выключатель на номинальное напряжение 220 кВ
Особую трудность представляет задача создания генераторного выключателя на сверхвысокие параметры (например, на номинальный ток 20 кА и поминальный ток отключения 200 кА). Наиболее рациональным в этом случае является воздушный выключатель со встроенным низкоомным дугогасительным сопротивлением.
Вакуумный выключатель
Рис. 1-11. Вакуумный выключатель на номинальное напряжение 10 кВ
Как будет видно из дальнейшего, благодаря применению низкоомного сопротивления, которым шунтируется в процессе отключения часть дугогасительных разрывов, в выключателе может, легко происходить гашение мощной дуги, несмотря на весьма высокую частоту восстанавливающегося напряжения, присущую генераторным точкам электрических систем.
При создании генераторных выключателей на столь значительные номинальные токи отключения, как 200 кА и выше, встречаются значительные трудности, в связи с чем встает необходимость поисков и применения качественно новых решений, например таких, как:
- а) применение более эффективных дугогасящих сред;
б)      применение принципа деления дуги на параллельные одновременно гасимые дуги [8];
в)       применение синхронного сверхбыстрого размыкания контактов непосредственно в конце полупериода тока.
Под фидерными понимают выключатели с номинальным напряжением до 15 кВ на номинальные токи до 1500 а и номинальные токи отключения до 30—40 кА.
В эту группу входят все перечисленные выше типы выключателей, а именно: а) баковые масляные с простым разрывом; б) баковые масляные с дугогасительными камерами; в) малообъемные масляные (в том числе и горшковые);, г) малообъемные с использованием жидких негорючих сред; д) автогазовые; е) "воздушные; ж) автопневматические; з) воздушные с электромагнитным гашением дуги.
Успехи, достигнутые в области исследования и разработок вакуумных выключателей, позволяют осуществлять конструкции фидерных выключателей этого типа на напряжение до 15 кВ (12, 13], достаточно надежные и весьма компактные. Во многих специальных случаях могут быть рациональными конструкции элегазовых фидерных выключателей.
-Большое разнообразие типов фидерных выключателей может вызвать затруднения при относительной их оценке и выборе. При решении этой задачи надо учесть ряд соображений.
Прежде всего следует руководствоваться тем, что относящиеся к этой группе выключатели могут предназначаться для использования. не только на электрических станциях и подстанциях крупных систем, но главным образом в промышленных энергетических установках заводов, рудников, шахт, карьеров, торфоразработок, нефтепромыслов, а также в сельских сетях. Поэтому конструкция таких выключателей должна быть предельно простой, надежной в эксплуатации, удобной в монтаже. Наряду с этим, если иметь в виду массовое производство таких выключателей, они должны быть предельно дешевы.
Не менее важную роль при выборе типа должен играть учет предполагаемого места установки проектируемого выключателя. В самом деле, фидерные выключатели могут устанавливаться в ячейках закрытых распределительных устройств станций и подстанций, в ячейках комплектных распределительных устройств, в моторных пусковых ящиках, в помещениях сетевых трансформаторных подстанций небольшой мощности, на сельских подстанциях открытого типа, подземных подстанциях шахт и т. д.
В ряде случаев выключатель должен обеспечивать большое число включений и отключений в течение суток (например, выключатель для электропечных установок).
Такое разнообразие условий работы приводит к необходимости применять все перечисленные типы выключателей. Однако, как показал опыт, наиболее универсальными и совершенными в настоящее время следует признать малообъемные масляные выключатели и выключатели с электромагнитным гашением дуги. По мере усовершенствования конструкции и изыскания новых, более надежных электроизоляционных материалов электромагнитный выключатель получит в будущем, по-видимому, преимущественное применение. То же самое можно сказать и в отношении вакуумных выключателей.
В особую группу следует выделить выключатели нагрузки. Они отличаются от описанных выше обычных высоковольтных выключателей тем, что рассчитаны на малую мощность отключения, благодаря чему конструкция их более проста, а вес и стоимость намного ниже по сравнению с обычными выключателями. Как известно, сочетание выключателя нагрузки с плавкими предохранителями в коммутационном отношении равноценно фидерному выключателю. В связи с этим благодаря экономической целесообразности выключатели нагрузки, находят широкое применение.
В качестве выключателей нагрузки преимущественно применяются: а) автогазовые; б) автопневматические; в) электромагнитные.
С успехом могут использоваться также вакуумные и элегазовые выключатели, о которых говорилось выше.



 
« Высоковольтные вводы и их ремонт   Высоконагревостойкая электрическая изоляция »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.