Поиск по сайту
Начало >> Выключатели >> Справка выключатели >> Группы, действие и конструкция воздушных выключателей

Группы, действие и конструкция воздушных выключателей

Оглавление
Группы, действие и конструкция воздушных выключателей
Конструкции воздушных выключателей

воздушный выключатель

Широкое применение воздушных выключателей в энергосистемах обуславливается их высокими техническими характеристиками. Конструктивно воздушные выключатели оказались хорошо приспособленными для различных условий работы современных распределительных устройств высокого напряжения при внутренней и наружной установке. Недостаточно высокая электрическая прочность воздуха (Епр = 20 кВ/см) не позволяет получать модули с напряжением 350-500 кВ, что и приводит в последнее время к интенсивному развитию выключателей с использованием другой дугогасящей среды - элегаза. В настоящее время воздушные выключатели превосходят все остальные по своим параметрам.
По назначению воздушные выключатели разделяются на следующие группы:
сетевые выключатели на напряжение 6 кВ и выше, применяемые в электрических сетях и предназначенные для пропуска и коммутации тока в нормальных условиях работы цепи и в условиях КЗ;
генераторные выключатели на напряжение 6-27 кВ, предназначенные для пропуска и коммутации токов в нормальных условиях, а также в пусковых режимах и при КЗ;
выключатели для электротермических установок с напряжениями 6-220 кВ, предназначенные для работы как в нормальных, так и в аварийных режимах;
выключатели специального назначения.
По виду установки воздушные выключатели можно разделить на следующие группы:
опорные (основная изоляция относительно земли опорного типа); подвесные (подвешиваются к портальным конструкциям на ОРУ); выкатные (имеют приспособления для выкатки из РУ); встраиваемые в комплектные разъединительные устройства. К достоинствам воздушных выключателей можно отнести следующие показатели:
высокую отключающую способность; пожаробезопасность; высокое быстродействие; способность коммутации токов КЗ с большим процентом апериодической составляющей (вплоть до коммутации цепей постоянного тока).
Недостатками воздушных выключателей являются: наличие дорогостоящего постоянно действующего компрессорного оборудования; высокая чувствительность к скорости восстанавливающегося напряжения при неудаленном КЗ; возможность „среза" тока при отключении малых индуктивных токов (отключение ненагруженных силовых трансформаторов).

Принцип действия воздушных выключателей и дугогасительные устройства

Сжатый воздух является эффективной средой, обеспечивающей надежное гашение электрической дуги. Это достигается интенсивным воздействием с максимально возможными скоростями потока воздуха на дуговой канал. В дугогасительных устройствах воздушных выключателей гашение электрической дуги происходит в дутьевых каналах (соплах), которые конструктивно в совокупности с оконечной частью контактов дугогасителя образуют дутьевую систему. Столб дуги, образовавшейся на размыкающихся контактах, под действием воздушного потока растягивается и быстро перемещается в сопла, где происходит ее гашение.
В зависимости от формы и взаимного расположения контактов и сопел гашение дуги в таких устройствах может происходить при: одностороннем дутье - через металлическое сопло (рис. 1,а); одностороннем дутье через изоляционное сопло (рис. 1,б); двустороннем симметричном дутье через соплообразные полые контакты (рис. 1,в);
двустороннем несимметричном дутье через соплообразные полые контакты (рис. 1,г).
Наилучшие показатели получены в выключателях с дугогасительными системами, использующими двустороннее асимметричное дутье.
В механизме гашения электрической дуги тесно переплетаются как электрические процессы в столбе дуги, так и газотермодинамические процессы истечения газовой струи. Газодинамические процессы устанавливает два отличающихся друг от друга закона истечения воздуха, обусловленные разницей между абсолютным давлением среды Р, из которой происходит истечение, и противодавлением среды Р„, в которую происходит истечение. При небольшой разнице давлений скорость истечения воздуха зависит от противодавления. Если разница давлений достаточно велика, то скорость истечения газовой струи является только функцией параметров вытекающего воздуха и не зависит от противодавления окружающей среды.
Схемы продольного воздушного дутья
Рис. 1. Схемы продольного воздушного дутья
Отношение давления воздуха к противодавлению, определяющее переход от одного закона истечения к другому, называется критическим и определяется соотношением

Отношение давления воздуха к противодавлению
где к = 1,4 - показатель адиабаты воздуха; Р„ - абсолютное противодавление среды; Р - абсолютное давление среды.
Давление в опоражниваемом резервуаре достигает критического значения, если PKp = 1,89 Р„ при адиабатном истечении воздуха.
В современных выключателях используются дугогасительные устройства с давлением до 6-8 МПа. При этом если Р > РКр, непосредственно в дугогасительных соплах скорость истечения газовой среды приблизительно равна скорости звука. Для воздуха при нормальных условиях (давление 105 Па и температура 20°С) скорость звука Скр = 330 м/с.
Своеобразие истечения газа из дугогасительного устройства заключается в том, что его поток встречает на своем пути мощный источник тепла, каким является дуга и который тормозит воздушный поток, т.е. уменьшается расход воздуха, протекающего через сопло с дугой. Это явление, называемое „термодинамический эффект", может приводить к полной закупорке сопла электрической дугой, что вызывает разрушение дугогасительной системы. Таким образом, размеры (диаметр сопла dc рис. 1,г) дутьевой системы определяют максимально возможный ток отключения выключателя.
Схема течения холодного газа и плазмы столба дуги в системе продольного дутья воздушного выключателя
Рис. 2. Схема течения холодного газа и плазмы столба дуги в системе продольного дутья дугогасительного устройства:
1 - область потока холодного газа; 2 - область столба дуги; 3 - граничная турбулентная область
Высокая эффективность охлаждения канала столба дуги аксиальным потоком газа объясняется возникновением интенсивной турбулентной конвекции на границе двух потоков (рис. 2). При этом соотношение скоростей (Сх/Сг = 50) потоков и их плотностей сильно различаются. Это приводит к интенсивному отбору тепла единицы объема плазмы столба дуги, возрастающему в 104 раз по сравнению со свободно горящей дугой. Вместе с тем, очевидно, что чем выше ток отключения, тем больше энергии запасено в плазме дуги, тем дольше будет продолжаться процесс ее отвода. Кроме того, теплофизические свойства газа воздуха таковы, что значения удельной теплоемкости и коэффициент теплопроводности, зависящие от температуры, достигают своих максимальных значений при температуре (6-8) • 103 К (рис. 3). Канал столба дуги обладает высоким теплосодержанием, а окружающие дугу горячие слои газа соответственно обладают минимальными значениями этих величин. Этим обстоятельством объясняется значительная величина тепловой постоянной времени столба дуги Т — 100 мкс, что оказывает большое влияние на процесс охлаждения столба дуги после перехода тока через нуль. Увеличение сопротивления дугового промежутка, определяющего электрическую прочность в воздушных выключателях, в большой степени зависит от отключаемого тока.
Увеличение электрической прочности промежутка не является процессом, начинающимся с момента достижения током его нулевого значения, а процессом, начинающимся задолго до перехода тока через нуль.
Быстрое удаление продуктов горения дуги (раскаленные газы и пары) из зоны промежутка позволяет подвести канал дуги с весьма малым сечением к моменту перехода тока через нуль и, следовательно, с малой постоянной времени. Чем выше значение отключаемого тока, тем больше теплосодержание и постоянная времени столба дуги и тем большее время потребуется для деионизации остаточного столба дуги.

Зависимости удельной теплоемкости   и теплопроводности   от температуры
Рис. 3. Зависимости удельной теплоемкости (а) и теплопроводности (б) от температуры: 1 - элегаз; 2 - воздух

Рис. 4. Соотношение между восстанавливающимся напряжением (2) и восстанавливающейся прочностью (1) при различных удалениях от места КЗ
Разрушение остаточного столба дуги может происходить как термодинамически, так и механически: в начальной стадии нарастания электрической прочности после перехода тока через нуль происходит снижение температуры остаточного столба дуги. В дальнейшем поток газа, направленный вдоль столба дуги за счет интенсивных турбулентных процессов, может вызвать механическое разрушение канала и обеспечить последующее увеличение прочности в результате внедрения в межэлектродное пространство прослойки холодного газа. Эта прослойка возрастает со временем и увеличивает прочность. Особенность нарастания электрической прочности воздушных выключателей с увеличением тока отключения вызывает большие трудности при отключении воздушными выключателями токов неудаленных КЗ (на расстояниях 2-5 км). При этих условиях создается тяжелый режим работы выключателя, так как достигается сочетание высокой скорости восстановления напряжения с большой мощностью КЗ. На рис. 3 показано соотношение между восстанавливающимся напряжением/и восстанавливающейся прочностью 2 по мере удаления места КЗ на линии за выключателем. Как видно из рисунка, при удалении КЗ от выключателя частота колебаний восстанавливающегося напряжения падает, а первый пик его возрастает. Восстанавливающаяся прочность увеличивается все быстрее из-за уменьшения тока КЗ, ограничиваемого все возрастающим сопротивлением участка линии до точки КЗ. В этом трудности отключения неудаленного КЗ воздушным и элегазовым выключателями.



 
« Генераторный комплекс УКВ-24   Длительность дуги выключателя »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.