Типы выключателей.
Оперативное, включение и отключение под нагрузкой электрооборудования или отдельных аппаратов распределительных устройств, подстанций или электрических сетей, а также их автоматическое отключение при нарушении установленного режима работы (короткие замыкания, перегрузки) осуществляются выключателями.
На напряжение 6 и 10 кВ применяют масляные, электромагнитные, автогазовые и воздушные выключатели, а в последние годы — вакуумные и элегазовые. Однако пока наиболее распространены в закрытых распределительных устройствах масляные выключатели, в которых средством гашения дуги является минеральное масло.
Различают два вида масляных выключателей (по количеству масла для их заполнения): баковые (многообъемные) и горшковые (малообъемные).
Баковый масляный выключатель имеет один общий для всех трех фаз бак, заполненный маслом, которое занимает 70—80 % его объема. Масло служит не только для гашения электрической дуги, возникающей между контактами при отключении, но и изоляцией токоведущих частей друг от друга и от заземленного бака.
Баковые выключатели, действующие на принципе простого разрыва дуги в масле, ранее широко применявшиеся, в настоящее время не используются, поэтому здесь не рассматриваются. Они обладают малой отключающей способностью, взрыво- и пожароопасны.
На промышленных предприятиях в распределительных устройствах напряжением 6—10 кВ применяют исключительно горшковые выключатели. Масло в них используют только для гашения дуги, поэтому его значительно меньше— 3—4 % объема горшка (полюса).
Принцип действия выключателя основан на гашении электрической дуги, возникающей при размыкании контактов, потоком газомасляной смеси, которая образуется в результате интенсивного разложения трансформаторного масла (им заполнен выключатель) под действием высокой температуры дуги. Этот поток получает определенное направление в дугогасительном устройстве, размещенном в зоне горения дуги. Гашение электрической дуги при переменном токе облегчается тем, что ток в течение одного периода дважды проходит через нуль.
Выключатель имеет следующие особенности: его контакты облицованы дугостойкой металлокерамикой, что значительно увеличивает срок их службы; дугогасительные устройства доступны для осмотра и ревизии; после осмотра не требуется повторной регулировки; выводы допускают непосредственное присоединение алюминиевых шин. Каждый полюс выключателя размещен в отдельном цилиндре (горшке), и после присоединения токопроводящих шин к крышкам цилиндров последние оказываются под напряжением. Поэтому на поверхности цилиндров наносят предостерегающие знаки в виде стрелы и все три полюса закрепляют на изоляторах на общей раме.
Масляные выключатели характеризуются: номинальным напряжением (в киловольтах), номинальным током (в амперах), отключающей способностью — мощностью отключения (в мегавольт-амперах), номинальным током отключения (в килоамперах) и другими параметрами. Отключающая способность масляного выключателя определяется той предельной мощностью короткого замыкания, которую он под действием защиты способен отключить без каких-либо разрушений выключателя. Выключатели не должны подвергаться действию тока, превышающего предельный сквозной ток короткого замыкания.
Выключатели различают по климатическому исполнению (например, У — умеренный климат, Т — тропический) и по категории размещения. Климатические исполнения У и Т отличаются друг от друга изоляцией и характером покрытий. Кроме того, выключатели различают также по характеру применяемых для управления ими приводов.
На промышленных предприятиях в закрытых распределительных устройствах используют малообъемные масляные выключатели серий ВМП-10, ВМПП-10, ВМПЭ-10 и др. Для комплектования КРУ все больше выпускается выключателей со встроенными приводами, которые не подлежат наладке и регулировке, поскольку они полностью собраны и отрегулированы на заводе-изготовителе. Все выключатели серии ВМП максимально унифицированы и в качестве базовой модели служит ВМП-10.
За последние годы стали использовать чаще выключатели с электромагнитным гашением дуги. Перспективны новые вакуумные выключатели, особенно для применения в установках, где требуется большое число циклов отключения, а также элегазовые.
Выключатели ВМП-10 (масляные подвесные) предназначены для работы в закрытых установках переменного тока высокого напряжения (10 кВ) частотой 50 Гц и изготовляются двух видов: обычные — для работы в нормальных климатических условиях и тропические (Т). Кроме того, их выполняют с усиленной механической стойкостью (У).
В зависимости от типа распределительных устройств выключатели выпускаются по габаритам двух исполнений: для комплектных стационарных распредустройств КСО (ВМП-10, ВМП-10У, ВМП-10Т) и для малогабаритных комплектных распредустройств КРУ с выкатными ячейками (ВМП-10К, ВМП-10КУ, ВМП-10КТ).
Рис. 1. Выключатель ВМП-10:
1 — полюс, 2— изолятор, 3— рама, 4 — изоляционная тяга, 5 — приводной вал, 6 — масляный буфер, 7 — болт заземления
Выключатель ВМП-10 (рис. 1) изготовляют трехполюсным, рассчитанным на номинальное напряжение 10 кВ и токи 600, 1000 и 1500 А. Он смонтирован на общей сварной раме 3, на которой укреплены полюсы 1 на шести изоляторах 2 (по два на полюс) с эластичным креплением арматуры для повышения механической прочности выключателя. Внутри рамы расположен приводной механизм, который через изоляционную тягу 4 передает движение от привода подвижным контактам выключателя и состоит из приводного вала 5 с рычагами, отключающих пружин и масляного буфера 6.
Каждый полюс представляет собой прочный влагостойкий изоляционный распорный цилиндр, на концах которого армированы металлические фланцы. На верхнем и нижнем фланцах имеются контактные поверхности для присоединения к выключателю ответвительных шин. На верхнем фланце укреплен корпус из алюминиевого сплава, внутри которого расположены рычажный механизм, подвижный контактный стержень, роликовое токосъемное устройство и маслоотделитель. Корпус закрывается крышкой, имеющей отверстия для выхода газов и маслоналивное с пробкой. Нижний фланец закрывается съемной крышкой, внутри которой расположен неподвижный розеточный контакт, а снаружи — пробка отверстия для спуска масла. Для наблюдения за уровнем масла на выключателе установлен маслоуказатель. Внутри цилиндра над розеточным контактом имеется гасительная камера, работающая на принципе масляного дутья.
Выключатель включается за счет энергии привода, а отключается пружинами. Для смягчения удара при включении служит пружинный буфер, увеличивающий усилия отключения и ускоряющий размыкание контактов, а при отключении — масляный буфер.
Для повышения стойкости контактов против действия электрической дуги и увеличения срока их службы съемный наконечник подвижного контакта и верхние торцы ламелей розеточного контакта облицованы дугостойкой металлокерамикой.
Рис. 2. Полюс выключателя ВМП-10:
1 а 10 — верхняя и нижняя (ввод) крышки, 2,9 — пробки, 3 — маслоотделитель, 4,6 — направляющие колодка и стержни, 5—механизм, 7, 11 — подвижный и неподвижный контакты, 8 — маслоуказатель, 12, 15 — нижний и верхний фланцы, 13 — дугогасительная камера, 14 — цилиндр, 16 — контактный вывод, 17 — роликовый токосъем, 18 — корпус
Детали устройства полюса выключателя ВМП-10 показаны на рис. 2. Корпус 18 полюса выключателя закрыт крышкой 1, снабженной отверстием для выхода газов
и пробкой 2. Между крышкой и корпусом установлен маслоотделитель 3 для разобщения газов и масла при выхлопе в процессе гашения дуги. Электрическая цепь подводится к подвижному контакту 7 от верхнего вывода 16 через направляющие стержни 6 и роликовый токосъем 17. Центрирование хода подвижного контакта по конструктивной оси полюса осуществляется капроновой колодкой 4 и роликами токосъема. С выводом 16 жестко соединены стеклоэпоксидный цилиндр 14, армированный фланцами 12 и 15, и корпус 18 с механизмом подвижного контакта.
В нижней части цилиндра 14 расположена дугогасительная камера 13, собранная из пластин фибры, гетинакса и электрокартона на стяжных шпильках. Пластины имеют фигурные вырезы. После сборки камеры вырезы в пластинах образуют две-три радиальные щели поперечного дутья с раздельными вертикальными выходами вверх. Над щелями располагается несколько масляных карманов. Камера опирается на изоляционный цилиндр, установленный на нижнем вводе 10. Здесь же смонтирован розеточный контакт 11 и предусмотрена пробка 9 масловыпускного отверстия.
Нижний фланец 12 имеет карман для воздушного буфера и маслоуказатель 8, снабженный обратным клапаном, который размещен в основании маслоуказателя. Обратный клапан предотвращает прорыв дугогасительной среды через маслоуказатель при возрастании давления внутри полюса. Воздух, всегда имеющийся в кармане, при гашении дуги сжимается, аккумулируя энергию в момент пика давления. Впоследствии эта энергия освобождается, обеспечивая в зоне дуги давление, необходимое для ее гашения.
Для смягчения ударов подвижной части на границах ее хода установлены масляный и пружинный буфера. Для отключения выключателей служат специальные пружины. Буфера и пружины расположены на раме.
Выключатель ВМПП-10 (маломасляный подвесной с пружинным приводом) имеет такие же принцип действия и назначение, что и выключатель ВМП-10. Он состоит из рамы 1 (рис. 3) с тремя подвешенными на опорных изоляторах 3 полюсами 2, встроенного пружинного привода и блока релейной защиты.
Рис. 3. Выключатель ВМПП-10 (ВМПП-10Т):
1 — рама со встроенным пружинным приводом и блоком релейной защиты, 2 — полюс, 3 — опорный изолятор, 4 — изоляционная тяга, 5 — междуполюсная перегородка, 6 — болт заземления, 7 — крышка
Встроенный привод состоит из рамы, валов привода и выключателя, заводного устройства рабочих пружин, двух запорных устройств, блоков контактов положения привода, аварийной сигнализации и положения выключателя, электромагнитов дистанционного отключения и включения, релейного вала и пульта ручного управления выключателем. Привод снабжен электрической и механической блокировкой.
Оперативное включение или отключение, а также автоматическое отключение выключателя при токах короткого замыкания или перегрузках осуществляется рабочими пружинами, которые срабатывают при воздействии электромагнитов или защитных реле.
Рама 1 является основанием выключателя; в ней имеется четыре отверстия для крепления выключателя к выдвижному элементу камеры КРУ. На металлической крышке 7, закрывающей раму выключателя, размещены окна для его обслуживания и наблюдения за показателями. Дугогасительная камера полюсов выключателя может быть двух исполнений: поперечного масляного дутья (для выключателей с номинальным током отключением 20 к А) и встречно-поперечного масляного дутья (для выключателей с током отключения 31,5 кА). В каждом полюсе на нижнем фланце цилиндра имеется маслоуказатель (стеклянная трубка с двумя предельными дисками).
Выключатель ВМПЭ-10 (трехполюсный маломасляный с встроенным электромагнитным приводом) выпускается на номинальные токи 630, 1000 и 1600 А двух исполнений: для работы в нормальных климатических условиях и в условиях тропического климата (индексы У и Т). Принципы действия и гашения дуги выключателя ВМПЭ-10 такие же, как и в выключатеде ВМП-10, а конструкция и размеры полюсов аналогичны конструкции и размерам полюсов выключателя ВМПП-10.
Управление выключателем ВМПЭ-10 (рис. 4) осуществляется электромагнитным приводом (рис. 5) постоянного тока: оперативное включение происходит за счет энергии включающего электромагнита, а отключение — за счет энергии отключающих пружин самого выключателя и пружинного буфера, которые срабатывают под воздействием отключающего электромагнита (или кнопки ручного отключения) на защелку привода, удерживающую выключатель во включенном положении.
Выключатель ВМПЭ-10 собран на сварной раме 3 (рис. 4), внутри которой размещен приводной механизм, состоящий из электромагнитного привода, главного вала 5 выключателя с рычагами, кинематической связи и тяги 4, соединяющей валы выключателя и привода. На раме установлены шесть фарфоровых изоляторов 2 (по два на полюс), на которых подвешены три полюса /, связанные изоляционными тягами 4 с валом 5 выключателя. Между полюсами размещены изоляционные перегородки. Внутри рамы расположены также отключающие пружины, буферная пружина и масляный буфер. Приводной механизм отделен от высоковольтной части изоляционной и металлической (заземленной) перегородками (на последней имеется предупредительная надпись «Осторожно! Высокое напряжение»).
Рис. 4. Полюс выключателя ВМПЭ-10 на номинальный ток до 1600 А:
1 — полюс, 2 — изолятор, 3 — рама, 4 — изоляционная тяга, 5 — вал переключателя, 6 — болт заземления
Рис. 5. Электромагнитный привод выключателя ВМПЭ-10:
1 — корпус механизма, 2 — регулировочный винт, 3,8 — отключающая и удерживающая собачки, 4 — кнопка ручного отключения, 5 — болт упора, 6 — включающая катушка, 7 — основание магнитопровода с буфером, 9 — механизм свободного расцепления, 10 — вал, 11 — стопорящий стержень против случайных отключений при регулировке, 12 — отключающий электромагнит
С внешней стороны рама закрыта металлической крышкой с окнами для наблюдения. Рама имеет отверстия для крепления к тележке выкатной части КРУ и на боковых стенках болты для присоединения заземляющих шин.
Для комплектования КРУ начат выпуск выключателей высокого напряжения новых серий (например, трехполюсный выключатель ВК). Вместо ранее широко применявшегося выключателя ВМГ-10 для комплектования камер КСО применяют новые выключатели ВП-10 (ВПМ-10) и другие с теми же приводами управления: электромагнитным ПЭ-11 на постоянном оперативном токе; пружинном ПП-67 или Г1ПВ-10 на переменном оперативном токе.
Выключатели с электромагнитным гашением дуги ВЭМ-6 и ВЭМ-10 имеют преимущества перед масляными выключателями: пожаро- и взрывобезопасны; не требуют дугогасящей среды; обеспечивают низкий уровень коммутационных перенапряжений в коммутируемых аппаратах; незначительное обгорание контактов; менее трудоемка эксплуатация (отсутствие масла). Повышенная износостойкость дугогасящей части выключателей обеспечивает большое число коммутационных операций без ревизии и ремонта.
В дугогасительных устройствах электромагнитных выключателей ВЭМ дуга в процессе отключения выдувается магнитным полем и гаснет в результате постепенного увеличения ее сопротивления растягиванием в узкой щели между изоляционными стенками из термодугостойкого материала.
Вакуумные выключатели имеют хорошие коммутационные характеристики. Вследствие простого способа гашения (в вакуумной камере практически отсутствует среда, которая могла бы проводить электрический ток) быстро гаснет электрическая дуга и также быстро восстанавливается при размыкании межэлектродный изоляционный промежуток.
В вакуумных выключателях достигаются высокие скорости срабатывания, поскольку вакуум стабилен в течение длительного времени и срок службы выключателей практически не ограничен.
В настоящее время выпускают элегазовые выключатели, в которых гашение электрической дуги происходит в среде элегаза, обладающего высокой диэлектрической прочностью, хорошей дугогасительной способностью и теплотворностью. Элегаз практически не разлагается под воздействием электрической дуги.
Установка выключателей.
Выключатели серий на базе ВМП-10 поставляют в собранном и отрегулированном виде без масла. Установка выключателей заключается в подвеске рамы и креплении ее болтами к основанию, проверке вертикальности рамы и цилиндров, ревизии цилиндров, соединении выключателя с приводом и их регулировке. Однако, учитывая время транспортировки и хранения до монтажа, допускается проверка внутренних частей выключателя.
При монтаже выключателя сначала требуется подвесить его раму на два верхних болта крепления. На болты надо навернуть, не туго затягивая, гайки, затем проверить вертикальность подвески рамы по отвесу, а также плотность ее прилегания к основанию. Болты крепления следует применять с шайбами для устранения зазоров между рамой и основанием. После выверки необходимо туго затянуть и законтрить гайки всех болтов. Проворачивая от руки, проверяют легкость вращения вала в подшипниках: заедание вала может возникнуть при перекосе рамы в процессе установки выключателя.
Вертикальность установки цилиндров проверяют также по отвесу. Одновременно проверяют и расстояние между осями цилиндров: отклонение от заводских размеров допускается в пределах ± 1 мм. Если обнаруживают перекос цилиндров или отклонение в расстоянии между ними более допустимого, дефект устраняют перемещением цилиндров вместе с опорными изоляторами относительно рамы. Все болты крепления изоляторов после регулировки туго затягивают.
При ревизии выключателя осматривают и проверяют состояние его внутренних частей. У масляных выключателей ВМП-10 и других снимают с каждого полюса нижнюю крышку с неподвижным контактом, удаляют распорный, изоляционный цилиндр и гасительную камеру, затем, проверив состояние внутренних частей, вновь устанавливают снятые детали. Нижняя крышка должна плотно прилегать к цилиндру.
По окончании крепления рамы на вал выключателя насаживают рычаг в соответствии с установочными чертежами завода-изготовителя. После соединения привода с выключателем производят их совместную регулировку, которую выполняют при ручном управлении приводом. При регулировке выключателей не допускаются любые переделки механизма выключателя и привода, а также подпиливание упоров и собачек, изменение силы натяжения пружин и т. д.
Масляные выключатели, поставляемые с камерами КРУ, обычно проходят ревизию и регулировку совместно с приводом при изготовлении камер. Регулировка этих выключателей на месте монтажа не требуется, если она не нарушалась при монтажных работах или по другим причинам. Проверяют лишь работу масляного выключателя совместно с приводом.
Токопроводящие шины присоединяют к масляным выключателям так, чтобы полюсы выключателей не испытывали от шин механических напряжений. Контактные выводы выключателей должны быть чистыми и покрыты тонким слоем смазки. Выводы выключателей имеют защитное гальваническое покрытие, поэтому зачистка контактных поверхностей напильником или наждачной шкуркой недопустима. Выключатели заливают чистым сухим трансформаторным маслом до уровня по меткам, нанесенным на маслоуказателе.
