Генераторные выключатели и комплексы - Конструкция элегазовых генераторных выключателей

3. ЭЛЕГАЗОВЫЕ ГЕНЕРАТОРНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
Японская фирма «Мицубиси» выпускает генераторные выключатели типа 20-SFW-110, в которых элегаз используется как дугогасящая и как изолирующая среда. Эти выключатели предназначены для соединения с пофазно экранированными токопроводами. Номинальные напряжения указанных выключателей 24 и 36 кВ.
Номинальный ток этих выключателей 16 000 А при естественном охлаждении и 36 000 А при продольном воздушном обдуве выключателя и токопровода.
Номинальный ток отключения 110 кА; амплитуда тока включения 360 кА.
Двухсекундная термическая стойкость 144 кА, динамическая стойкость 360 кА.
Время отключения 0,1 с; время включения 0,15 с. Масса одного полюса 6000 кг, а масса элегаза 240 кг. Габаритные размеры (в мм): длина 3587, высота 2333, ширина 1500. Расстояние между осями полюсов 2000 мм.

Рис. 2-19. Схематическое устройство элегазового генераторного выключателя фирмы «Мицубиси»

Рис. 2-20. Схема дугогасительного устройства элегазового выключателя фирмы «Мицубиси»

На рис. 2-19 представлено схематическое устройство выключателя 20- SFW-110. В выключателе применено дугогасительное устройство с двумя ступенями давления. Номинальное давление элегаза в низшей ступени 0,3 МПа, а в высшей —1,5 МПа. Включение выключателя осуществляется пневматическим приводом при давлении 1,5 МПа, а отключение — пружинами, которые заводятся в процессе включения выключателя.
Главная токоведущая система выключателя состоит из двух медных трубчатых шин 2, которые соединяются с токоведущими трубчатыми шинами 8 экранированного токопровода гибкими связями 1. Между двумя шинами главной токоведущей системы выключателя расположено дугогасительное устройство 3. Снаружи выключатель закрыт кожухом 4. Кожух выключателя соединяется гибкими токоведущими связями 5 с оболочкой экранированного токопровода 7. Оболочка 7 соединяется с кожухом выключателя посредством сильфона 6. В резервуаре 9 находится элегаз низшей ступени давления, а в резервуаре 12— элегаз высшей ступени давления. Оба резервуара отделены от дугогасительного устройства полыми изоляторами 10, 11 и 13.
Главная токоведущая система дугогасительного устройства (рис. 2-20) состоит из трубчатых токопроводов 1 и 11, соединенных с ними главных неподвижных контактов 12 и 14 и перемыкающего их во включенном положении выключателя главного подвижного трубчатого контакта 13, приводимого в движение при отключении выключателя отключающими пружинами (на рисунке не показаны) в направлении стрелок А. Главная токоведущая система зашунтирована дугогасительной системой, состоящей из розеточного неподвижного контакта с контактными пальцами 2 и подвижного трубчатого контакта 3. С последним жестко связаны защелки 7, сцепляющиеся с кольцевым выступом на цилиндрическом клапане 6. Во включенном положении выключателя контактный мост 13 перемыкает контакты 12 и 14, подвижный трубчатый контакт 3 входит в пальцы 2 розеточного контакта, а торец клапана 6 упирается в уплотнение 5 и отделяет область В, в которой находится элегаз при высшем давлении (1,5 МПа) от внутреннего пространства дугогасительного устройства, в котором находится элегаз при низшем давлении (0,3 МПа). При отключении главный подвижный контакт 13 перемещается по направлению стрелок А, а подвижный дугогасительный контакт 3 — по направлению стрелки Б. Сначала размыкаются главные контакты 12 и 13 и ток полностью перебрасывается в дугогасительный контур. В это время дугогасительный подвижный контакт 3 перемещается в ламелях 2. Когда главные контакты 12 и 13 разойдутся на требуемое расстояние, защелки 7 на подвижном контакте 3 сцепляются с кольцевым выступом на внутренней поверхности цилиндра клапана 6. При дальнейшем движении подвижного контакта 3 вместе с ним перемещается клапан 6 и открывает выход элегазу из полости высшего давления В в дугогасительное устройство. Вслед за этим происходит размыкание контактов 2 и 3 и возникает дуга между ними, которая гасится потоком элегаза, вытекающим из области В. Этот поток элегаза через розеточный контакт 2 и подвижный контакт 3 поступает в резервуар выключателя, образующий объем ступени низшего давления. При дальнейшем движении подвижного дугогасительного контакта 3 ролики защелки 7 находят на упоры 9, защелки поворачиваются и освобождают цилиндр клапана 6, который под действием пружины 8 перемещается справа налево, садится на уплотнение 5 и прекращает поступление сжатого элегаза из полости В в дугогасительное устройство. На этом процесс отключения заканчивается.
По окончании процесса отключения автоматически включается компрессор, который перекачивает элегаз из ступени нижнего давления, в которой его давление поднялось до уровня, несколько большего 0,3 МПа (вследствие поступления элегаза из области В), в резервуар высшего давления. Когда давление в обоих резервуарах достигнет номинального (соответственно 0,3 и 1,5 МПа), компрессор отключается.
В процессе включения пневматический привод (на рисунке не показан) перемещает главный подвижный контакт 13 и подвижный дугогасительный контакт 3 в направлении, обратном стрелкам А и Б. Сначала замыкаются дугогасительные контакты 2 и 3, а затем главный подвижный контакт 13 перемыкает контакты 12 и 14. При передвижении контакта 3 защелки 7 отводятся кольцевым выступом на внутренней поверхности цилиндра клапана 6. При перемещении подвижного контакта 3 сжимаются отключающие пружины (на рис. 2-20 не показаны).
По данным фирмы выключатель допускает отключение номинального тока 16 кА 1000 раз. Для подтверждения механической стойкости было произведено 20000 операций включено— отключено без замены каких-либо частей.

Рис. 2-21. Схематическое устройство полюса элегазового генераторного  выключателя

На рис. 2-21 изображено схематическое устройство элегазового генераторного выключателя японской фирмы «Хитачи» на номинальное напряжение 24 кВ. Он изготавливается в двух исполнениях по номинальному току, а именно на 10 000 и 16 000 А. Номинальный ток отключения в обоих случаях 63 кА. Амплитуда тока включения и динамической стойкости 160 кА. Термическая стойкость в течение 2 с равна 125 кА. Время включения 0,15 с, а отключения 0,1 с. Давление элегаза 0,5 МПа. Масса трехполюсного выключателя на номинальный ток 10 000 А равна 10 000 кг, а на 16 000 А—12 000 кг. Габаритные размеры выключателя (в мм) на номинальный ток 10 000 А: высота 3785, длина 1790, ширина без привода 3400, ширина с приводом 4465. Эти же габаритные размеры выключателя на номинальный ток 16 000 А соответственно будут: 4000, 2040, 4150 и 5215 мм. Выключатель предназначен для установки в пофазно экранированные токопроводы.
В отличие от выключателя фирмы «Мицубиси», описанного выше, в рассматриваемом выключателе использовано автокомпрессионное дугогасительное устройство, которое существенно проще дугогасительного устройства с двумя ступенями давления.
Все три полюса выключателя фирмы «Хитачи» установлены на общей раме и управляются общим пневматическим приводом. Отключение выключателя производится сжатым воздухом при давлении 1,5 МПа, а включение — включающими пружинами, которые сжимаются в процессе отключения.
В металлическом кожухе 1 (рис. 2-21), который заполнен элегазом при давлении 0,5 МПа, находятся верхний 2 и нижний 18 цилиндрические токопроводы, которые изолированы от кожуха вводами 22. Нижний токопровод 18 закреплен на нижнем фланце кожуха 14 на нескольких опорных изоляторах 15. Верхний 2 и нижний 18 токопроводы соединены между собой изоляционным цилиндром 8, внутри которого находится дугогасительное устройство. Последнее состоит из неподвижного дугогасительного контакта 3, входящего в ламели подвижного контакта и электрически и механически соединенного с верхнем токопроводом; подвижного дугогасительного контакта 6 с ламелями, расположенного на дутьевом цилиндре 20. На этом же цилиндре закреплены изоляционные сопла 4 и 5. На наружной поверхности нижнего цилиндра 18 на нескольких ребрах закреплен главный подвижный контакт 7, выполненный в виде медного цилиндра. Во включенном положении выключателя контакт 7 входит в ламели 21 главных подвижных контактов.
Внутри дутьевого цилиндра 20 находится неподвижный поршень 19, удерживаемый на кронштейнах, закрепленных на внутренней поверхности нижнего токопровода. Главная и дугогасительная системы выключателя соединены с изоляционной тягой 16, которая при отключении выключателя перемещается сверху вниз. Тяга 16 посредством рычажной передачи 13 связана с пневматическим приводом (на рисунке не показан). Вал этого механизма выводится из кожуха 1, заполненного элегазом, через скользящее уплотнение, предотвращающее утечку элегаза из кожуха 1. Сверху и сбоку кожуха 1 имеются два люка, закрываемые крышками 17 и 23, которые позволяют производить ревизию дугогасительного устройства. На верхней крышке укреплен патрон 24 с поглотителем, предназначенный для поглощения продуктов разложения элегаза и влаги. Вокруг верхнего и нижнего выводов 22 расположены патрубки 12 для присоединения выключателя к оболочкам пофазно экранированных токопроводов 11 (последние показаны штрих-пунктирными линиями), а также выводы 9 для присоединения шины 10 токопровода.

При отключении пневматический привод приводит в движение все три рычажных механизма 13 и изоляционные тяги 16 опускаются вниз. Вместе с тягами 16 опускаются дутьевые цилиндры 20, которые надвигаются на поршень 19, и элегаз в цилиндрах 20 начинает сжиматься. Одновременно с дутьевыми цилиндрами 20 начинают перемещаться вниз и главные подвижные контакты 7, которые размыкаются несколько ранее дугогасительных контактов 3 и 6. Размыкание главных контактов 7 и 21 происходит практически без образования длительной дуги, так как главные контакты зашунтированы дугогасительными контактами. Когда главные контакты разойдутся на требуемое расстояние, происходит размыкание дугогасительных контактов. При размыкании их образуется дуга, которая гасится потоком сжатого элегаза, вытесняемого поршнем 19 из дутьевого цилиндра через сопло в изоляционном корпусе 4, после того как неподвижный дугогасительный контакт 3 выйдет за пределы сопла.
По данным фирмы «Хитачи» выключатель допускает без ревизии отключение тока 63 кА 7 раз, или тока 38 кА—10 раз, или тока 1 кА — 8000 раз. Сейсмостойкость выключателя проверена при ускорении 0,3g.
Достоинством элегазовых выключателей является относительная бесшумность в работе и допустимость большого числа отключений под нагрузкой.
К недостаткам элегазовых выключателей можно отнести сложность ревизии, необходимость в откачке элегаза при разборе аппарата и в последующей осушке кожуха при повторном заполнении его элегазом, а также усложнение конструкции продольно продуваемого, пофазно экранированного токопровода в некоторых случаях. Так, при включении элегазового выключателя фирмы «Хитачи» в рассечку экранированного токопровода, он, по существу, представляет собой заслонку в токопроводе. Следовательно, если токопровод продувается, то приходится устраивать «обводы» выключателя. Однако необходимо отметить, что в токопроводах на номинальные токи менее 20 кА редко применяется принудительная вентиляция. Выключатель фирмы «Мицубиси» допускает непосредственное встраивание в обдуваемые пофазно экранированные токопроводы.
Фирма АВВ выпускает генераторные выключатели серии НЕ, в которой элегаз также используется как дугогасящая и как изолирующая среда. Номинальное напряжение указанных выключателей 24 кВ. Эти выключатели разработаны для электростанций мощностью от 60 до 400 МВт и являются дополнением на меньшие токи к серии мощных воздушных выключателей DR этой же фирмы (см. § 2-2). Для станций большей мощности (до 1500 МВ-А) фирма рекомендует воздушные выключатели серии DR.
Выключатели серии НЕ имеют четыре типоисполнения, а именно НЕ1, НЕ2, НЕ3 и НЕ4. Основными типами являются выключатели типа НЕ1 и НЕ3, рассчитанные соответственно на номинальные токи 6300 и 10 000 А. Выключатели типа НЕ2 и НЕ4 рассчитаны соответственно на номинальные токи 8000 и 12 000 А. Это, по существу, те же выключатели НЕ1 и НЕ3, но с улучшенными условиями теплоотдачи с токоведущих частей за счет охлаждающих ребер.

Рис. 2-22. Элегазовый выключатель серии НЕ

Все выключатели серии НЕ рассчитаны на естественное охлаждение. Номинальный ток отключения у выключателей НЕ1 и НЕ2 составляет 63 кА, а у выключателей НЕ3 и НЕ4—100 кА. Амплитуда предельного сквозного тока у выключателей НЕ1 и НЕ2 равна 190 кА, а у выключателей НЕ3 и НЕ4 — 300 кА.
Выключатели серии НЕ не предназначены для встраивания в экранированные токопроводы. Они могут устанавливаться в обычных ячейках распределительного устройства. Общий вид выключателя серии НЕ представлен на рис. 2-22. Три полюса 5 выключателя установлены на общей металлической раме 6.

Рис. 2-23. Принципиальное устройство полюса выключателя серии НЕ

Слева к раме крепится стойка, на которой размещены пневматический привод 1, шкаф управления 2, компрессор 3, который автоматически поддерживает в резервуаре 4 требуемое давление сжатого воздуха, используемого для приведения в действие пневматического привода 1. Привод 1 и механизмы трех полюсов соединены между собой металлическими тягами. Расстояния между полюсами А по желанию заказчика могут быть увеличены.
На рис. 2-23 представлено принципиальное устройство одного полюса выключателей серии НЕ. На металлической раме 1 установлен фарфоровый изолятор 2, на котором закреплен корпус дугогасительного устройства 3, заполненный элегазом при атмосферном давлении. Подвижная контактная система состоит из главных 16 и дугогасительных 12 контактов, жестко соединенных между собой. Она соединяется с изоляционным валом 5 посредством рычажного механизма 6. При отключении выключателя вал 17, соединенный механической передачей с пневматическим приводом, поворачивается против часовой стрелки. Вместе с валом 17 поворачивается изолирующий вал 5 и посредством рычажной передачи 6 перемещает подвижные контакты справа налево. Сначала происходит размыкание главных контактов 14 и 16, и ток переходит на дугогасительные контакты. Когда главный контакт 16 отойдет на некоторое расстояние от главного неподвижного контакта 14, произойдет размыкание дугогасительных контактов 11 и 12 и между ними возникнет дуга. Для облегчения и ускорения процесса гашения дуги внутри неподвижного дугогасительного контакта 11 встроена катушка 10. Один конец катушки 10 соединен с корпусом 13, а другой — с неподвижным дугогасительным контактом 11. После перехода тока в дугогасительный контур катушка 10 обтекается током, который создает магнитное поле.
Когда произойдет размыкание дугогасительных контактов 11 и 12, между ними возникнет дуга, вокруг которой расположится магнитное поле. Взаимодействие магнитных полей, создаваемых катушкой и дугой, приводит дугу в равномерное вращение по торцам дугогасительных контактов. Вращение дуги предохраняет контакты от сильного износа, способствует нагреву элегаза и соответственно это повышает давление в области дуги. В результате возникает двусторонний поток элегаза через сопло неподвижного контакта 11 внутрь контакта 12, который охлаждает дугу и ускоряет ее гашение. При отключении небольших токов мощность дуги недостаточна для ее быстрого гашения. Для облегчения гашения дуги небольших токов используется дополнительный поток элегаза в зону дуги. Он образуется при перемещении главного подвижного контакта 16 справа налево. При перемещении подвижного контакта он вытесняет элегаз из, пространства А, который через отверстие а в изоляционной перегородке 15 поступает в зону дуги б. Под крышкой монтируется сорбер 8, поглощающий газообразные продукты разложения элегаза и предохраняющий элегаз от увлажнения. Подвод и отвод тока производится через зажимы 4 и 9, имеющие форму восьмигранника.
Выключатели рассмотренной серии должны подвергаться осмотру лишь после 500 коммутационных операций включено — отключено и после 1000—2000 отключений нагрузочного тока. Если не исчерпан один из указанных ресурсов, то ревизия выключателя производится раз в 10 лет.