Масляный выключатель предназначен для включения и отключения электрических цепей при рабочем режиме, коротких замыканиях и перегрузках.
Масляные выключатели могут включаться и отключаться как вручную, так и автоматически под действием аппаратов защиты и управления.
Основным элементом всякого масляного выключателя является контактная система, погруженная в трансформаторное масло, в которой происходит гашение электрической дуги, образующейся при разрыве цепи высокого напряжения.
Исследования показали, что в момент расхождения контактов между ними образуется электрическая дуга, которая держится несколько периодов. По мере увеличения расстояния между контактами дуга гаснет и ток в цепи прекращается. Физическая сущность этого явления сводится к следующему. При исчезновении тока магнитная энергия, запасенная в выключаемой цепи, превращается в электростатическую. Это может быть выражено следующей формулой:
Если отключение происходит в момент прохождения тока через максимум, то напряжение в цени может повыситься во много раз против номинального. Это особенно опасно для изоляции установки при отключении токов короткого замыкания. Но если отключение происходит в момент прохождения тока через нуль или близко к нулю, то напряжение оказывается весьма малым и не поддерживает горения электрической дуги. В этот именно момент масляный выключатель и должен обеспечить окончательный разрыв электрической дуги.
Процесс выключения тока в масле происходит при интенсивном образовании в области дуги паров масла вследствие высокой температуры дуги, порядка 6000 С.
При достижении определенного расстояния между размыкающимися контактами, в момент прохождения тока через нулевое значение, напряжение снижается и оказывается неспособным пробить газовый промежуток между контактами, дуга разрывается и процесс отключения закапчивается. Быстрому гашению дуги способствует высокое давление газов выделяющихся в результате частичного разложения масла в области образования электрической дуги.
Если величина тока не зависит от конструкции масляного выключателя, то напряжение на дуге и время ее разрыва зависят не только от электрических параметров цепи, но и от конструкции выключателя.
Таким образом, гашение электрической дуги в масляных выключателях основано на быстром расхождении контактов и интенсивном охлаждении электрической дуги.
Кроме того, в некоторых конструкциях выключателей применяется расщепление дуги на ряд параллельных дуг меньшего сечения и разделение дуги на ряд коротких дуг.
Быстрое расхождение контактов в выключателях достигается применением специальных пружин.
Энергичное охлаждение дуги осуществляется за счет высокой теплопроводности газов, образующихся при разложении масла а также при помощи газового дутья, направленного вдоль или поперек дуги в зависимости от типа и конструкции выключателя.
Высоковольтные выключатели подразделяются на масляные и воздушные. Масляные выключатели бывают баковые с большим объемом масла и горшковые с малым объемом масла. В баковых выключателях контакты всех трех фаз погружены в один закрытый бак, заполненный минеральным маслом.
В горшковых выключателях для каждой фазы имеется отдельный стальной цилиндр, заполненный маслом, в котором происходят разрыв контактов и гашение электрической дуги.
На рис. 11.2 показано устройство многообъемного масляного выключателя типа ВМБ-10 на 10 кВ 600 а, состоящего из следующих деталей. Круглый бак со сферическим днищем 1. Внутри бак изолируется электрокартоном. Перегородки между фазами также выполняются из картона. Неподвижные медные контакты 2 выполнены в виде массивных колодок, к которым присоединены концы токоведущих стержней проходных изоляторов 3. Подвижные контакты 4 сферические, привернуты к медной шине, прикрепленной к стальной траверсе 5. Надежный контакт при включении создается при помощи стальных пружин 6 Бак заполняется трансформаторным маслом.
Наиболее распространенным в сетях 6—10 кВ малообъемным масляным выключателем горшкового типа является выключатель ВМГ-133, приведенный на рис. 11.3. Этот выключатель выполняется на номинальный ток до 1000 а и характерен, как и все другие малообъемные выключатели, весьма незначительным количеством масла (около 10 кг против Г80 кг, заполняющего например, бак масляного выключателя ВМ-22, который в настоящее время снят с производства, но еще имеется на многих существующих подстанциях). Это делает их невзрыво- и непожароопасными и позволяет, в отличие от баковых выключателей, устанавливать в открытых камерах распределительных устройств высокого напряжения.
Масляный выключатель ВМГ-133 имеет следующее устройство (рис. 11.3). На сварной раме 1 укреплено шесть опорных изоляторов 2 (по два изолятора на каждую фазу). На изоляторах подношены три стальных бачка 3, в которых размещается контактная система.
Контактная система состоит из розеточного неподвижного контакта, находящегося на дне цилиндра, токоведущего подвижного контактного стержня, контактной колодки в месте выхода токоведущего стержня и гибкой токоведущей связи для соединения с выводами. Розеточный контакт состоит из 6 сегментов, сжимаемых к центру пружинами, что обеспечивает надежный контакт с токоведущим стержнем.
Рис. 11.2. Масляный выключатель ВМБ-10
В верхней части на двух чугунных подшипниках расположен вал 4 с приваренными к нему рычагами 5 для привода. При включении выключателя вал поворачивается на угол 54°. К коротким плечам крайних рычагов вала прикреплены отключающие пружины 6, работающие на сжатие при отключении. Привод соединен с механизмом выключателя валом 7.
Внутри стальных цилиндров выключателя помещаются бакелитовые изоляционные цилиндры. Дуга гасится в выключателе ВМГ-133 в специальной дугогасительной камере, находящейся в цилиндре в месте разрыва контактов. Камера изготовляется из фибры или гетинакса.
Рис. 11.3. Масляный выключатель ВМГ-133
Дугогасительные камеры набираются из изоляционных перегородок, образующих три дутьевые поперечные щели, соединенные отдельными выходами с верхней частью цилиндра. При отключении под нагрузкой, под действием электрической дуги часть
масла испаряется, причем давление в нижней части цилиндра быстро растет, пары масла устремляются в дутьевые щели и создают поперечное дутье, способствующее быстрой деионизации и гашению дуги.
В рассматриваемом выключателе масло уже не служит для изоляции токоведущих частей между фазами и от земли, а предназначено лишь для гашения электрической дуги и изоляции промежутка между разомкнутыми контактами данной фазы.
К той же группе, что и описанный выключатель ΒМΓ-133, относится и выключатель ВМП-10 (рис. 11.4), имеющий меньшие габариты и вес. Вес масла в нем составляет 4,5 кг. Выключатели ВМП-10 устанавливаются в комплектных ячейках типа КСО, а ВМП-10К — в малогабаритных комплектных распределительных устройствах с выкатными тележками типа КРУ.
Выключатель ВМП-10К имеет меньшую ширину, чем ВМП-10, что достигается сближением полюсов и установкой между ними изоляционных перегородок.
При использовании малообъемных выключателей значительно снижается стоимость распределительного устройства, повышается возможность индустриализации монтажа за счет применения комплектных ячеек с установленными в них горшковыми выключателями и прочим высоковольтным оборудованием.
Основные технические данные некоторых выключателей приведены в табл. 11.1.
Таблица 11.1
Технические данные некоторых типов выключателей на напряжение 6—10 кВ
