Электрическая часть электростанций - Выключатели нагрузки

Выключатели нагрузки появились около четырех десятилетий назад для установки на тупиковых подстанциях небольшой мощности, для размыкания кольцевых линий, а также для коммутации двигателей высокого напряжения и конденсаторных батарей, т. е. в таких условиях, когда применение обычных выключателей, требующих много места и относительно дорогих, оказалось неэкономичным.
Вначале они представляли собой комбинацию обычных разъединителей с плавкими предохранителями. Предохранители выполняли функции защиты от перегрузки и токов короткого замыкания, а разъединители — функции включения токов нагрузки и токов холостого хода и отключения только токов холостого хода.
Необходимость коммутировать все возрастающие токи холостого хода и токи нагрузки, а также устранять неприятные явления феррорезонанса при однополюсном отключении цепи тока привели к созданию разъединителя мощности на среднее напряжение. Он объединяет в одном аппарате выключатель небольшой отключающей способности и разъединитель. Его дугогасительный элемент является дугогасительной камерой обычного выключателя небольших размеров.
Но и этот разъединитель требовал при коммутации трансформаторов и конденсаторных батарей последовательного включения с ним плавких предохранителей для защиты от коротких замыканий. Сам же разъединитель мощности использовался только для коммутации токов нагрузки и отключения небольших перегрузочных токов.
Этот разъединитель мощности был уже надежнее, однако дороже, чем комбинация предохранитель — разъединитель, так как при его конструировании исходили из конструкции обычного выключателя.
Гораздо плодотворнее оказалась идея сочетания обычных разъединителей с простейшими дешевыми дугогасительными камерами. Эти аппараты, получившие название выключателей нагрузки, просты в обслуживании, надежны и дешевле разъединителей мощности.
Опыт показал, что выключатели нагрузки обладают способностью отключать довольно значительные емкостные токи. Поэтому оказывается возможным применять их для отключения холостых линий даже очень высокого напряжения и для коммутации конденсаторных батарей большой мощности.
Выключатель нагрузки может использоваться в качестве кольцевого выключателя для размыкания больших токов в шлейфе, поскольку воздействие напряжения при этом невелико.
Так как трудно избежать случаев включения на неустраненное к. з., выключатели нагрузки должны выдерживать такой режим и быть в состоянии включать мощность к. з., равную номинальной мощности отключения обычного выключателя, установленного в данной точке сети.
Отключающая способность выключателя нагрузки зависит от частоты и амплитуды восстанавливающегося напряжения так же, как у обычных выключателей.
В отечественной практике показали хорошие результаты и получили широкое распространение выключатели нагрузки на напряжения 6 и 10 кВ типа ВН: ВН-11, ВН-16, ВНП-16, ВНП-17, которые представляют собой сочетание трехполюсного разъединителя рубящего типа внутренней установки с автогазовыми гасительными камерами из органического стекла. Эти аппараты предназначены для включения и отключения токов нагрузки 200— 400 А. Такие выключатели не могут служить для защиты сети от токов к. з. При необходимости объединения функций нормальной коммутации и защиты от к. з. и перегрузок к выключателю нагрузки пристраиваются кварцевые предохранители (ПК).
Выключатели нагрузки типа ВН допускают коммутацию конденсаторных батарей мощностью до 400 кВ-А.
В последнее время выключатели нагрузки получили дальнейшее развитие и их стали применять в ответственных установках, например, в качестве генераторных выключателей в мощных блоках для коммутации рабочих токов (без защитных функций). На аппаратных заводах Советского Союза начался выпуск генераторных выключателей нагрузки для мощных блоков, допускающих синхронизацию (серия ВСНГ). Параметры такого выключателя: номинальное напряжение 15,75 кВ; номинальный ток 12,5 кА; предельный ток отключения 31,5 кА; динамическая стойкость 480 кА; полное время отключения 80 мс; полное время включения 120 мс; давление воздуха в гасительной камере 2 МПа.
Конструктивно ВСНГ представляет собою цилиндр диаметром 1 м и длиной 1,7 м, встраиваемый в экранированный токопровод.
По пути широкого внедрения выключателей нагрузки идут также многие зарубежные фирмы и энергосистемы, причем принципы гашения дуги, применяемые в выключателях нагрузки, и их конструкции так же многообразны, как у выключателей большой отключающей способности. В настоящее время в зарубежных выключателях нагрузки применяются следующие способы гашения дуги: быстрые коммутации в воздухе; коммутация в сжатом воздухе; дутье предварительно сжатым воздухом или азотом; коммутации в маслонаполненной гасительной камере; магнитное дутье; гашение дуги в элегазе; гашение дуги в вакууме; гашение дуги многоступенчатым отключением.