Монтаж электрических установок - Силовые выключатели на 6—10 кВ

*  Цифры в скобках указывают номинальный ток при установке в КРУ **Цифры в скобках указывают предельно отключаемую мощность при 6 кВ *** Тип распределительною шкафа

Основные технические данные выключателей, применяемых в РУ напряжением до 10 кВ включительно, приведены в табл. 8.1. В настоящее время выключатели с вакуумными и элегазовыми дугогасящими устройствами (ДУ) начинают все больше вытеснять масляные, электромагнитные и воздушные выключатели. Дело в том, что ДУ вакуумные и элегазовые не требуют ремонта по крайней мере в течение 20 лет, в то время как в масляных выключателях масло при отключениях загрязняется частицами свободного углерода и, кроме того, изоляционные свойства масла снижаются из-за попадания в него влаги и воздуха. Это приводит к необходимости смены масла не реже 1 раза в 4 года. Дугогасящие устройства электромагнитных выключателей примерно в эти же сроки требуют очистки от копоти, пыли и влаги; ДУ вакуумных и элегазовых выключателей заключены в герметичные оболочки, и их внутренняя изоляция не подвергается воздействию внешней среды. Электрическая дуга при отключениях в вакууме или в элегазе также практически не снижает свойств дугогасящей и изолирующей среды.
Современные выключатели должны обладать коммутационными и механическими ресурсами, обеспечивающими межремонтный период в эксплуатации 15—20 лет. Эти условия трудно выполнимы при традиционных методах гашения дуги в масле или воздухе. Возможности дальнейшего существенного совершенствования выключателей с традиционными способами гашения дуги практически исчерпаны. Однако выпуск этих выключателей пока будет продолжаться из-за того, что технология их изготовления проста и цена их ниже вновь осваиваемых воздушных и элегазовых выключателей.
У нас в стране разработаны и с 1980 г. серийно изготовляются вакуумные выключатели на напряжение 10 кВ с номинальными токами отключения до 80 кА.
Конструкция вакуумных выключателей (ВВ) типа ВВЭ разработана применительно к конструкции шкафов КРУ с маломасляным выключателем. Шкафы КРУ с ВВ могут использоваться совместно со шкафами КРУ с масломасляными выключателями. При питании вспомогательных цепей на выпрямленном токе (встроенный электромагнитный привод зависимого действия, непосредственно использующий электрическую энергию выпрямленного тока) для обеспечения полного включения ВВ необходимо использовать устройства комплектного питания типа УКП2 (см. описание рис. 8 15). Вакуумные выключатели типа ВВЭ предназначены для использования в промышленных и сетевых установках с частыми коммутационными операциями. Модернизация ВВЭ предусматривает верхнюю компоновку встроенного привода ВВ, улучшающую условия технического обслуживания.
Вакуумные выключатели типа ВВТЭ и ВВТП предназначены для использования в экскаваторах, передвижных электростанциях на автомобильном ходу, буровых установках, роторных комплексах, насосных станциях и других электроустановках. Они выполнены в виде выдвижного элемента шкафа КРУ, содержат выпрямительный мост для питания отключающего электромагнита, включающий контактор, цепи заряда конденсатора отключения, блокировку от многократных повторных включений и элементы блокировок от ошибочных операций с выкатным элементом. Выключатели имеют фиксированный расцепитель, который обеспечивает возможность отключения выключателя только из полностью включенного положения в отличие от свободного расцепителя у выключателей типа ВВЭ (свободный расцепитель обеспечивает возвращение главных контактов выключателя в отключенное положение и фиксацию их в этом положении в случае, даже если при этом удерживается команда на включение). Достоинством выключателей типа ВВТЭ и ВВТП является верхняя компоновка встроенного электромагнитного привода, которая обеспечивает удобство технического обслуживания в эксплуатации.
На напряжение 10 кВ разработаны вакуумные дугогасительные камеры (ВДК) с токами отключения 40 и 50 кА. На рис. 8.11 показан схематический разрез вакуумной дугогасительной камеры с поперечным магнитным дутьем с серповидными контактами, применяемой в вакуумных выключателях на номинальные напряжения 10 кВ с номинальным током 1600 А и током отключения до 31,5 к А. Поперечное магнитное поле быстро перемещает дугу, что позволяет уменьшить износ контактов и улучшает процесс гашения Дуги.
Маломасляные выключатели с встроенным пружинным или электромагнитным приводом (ВК-10 и ВКЭ-10) имеют конструкцию, которая сочетает кинематическую систему силовой части выключателя и привода, что обеспечивает надежность и безотказность их действия.

Рис. 8.11 Вакуумная дугогасительная камера вакуумного выключателя на 10 кВ, 1600 А:
а — схематический разрез камеры; б — контактная система камеры; 1 — контакты; 2 — дугогасящие электроды; 3 — зазор между контактами и дугогасящими электродами; 4 — медный неподвижный ввод; 5 — то же подвижный; 6 — концевые фланцы; 7 — сильфон из нержавеющей стали; 8 — экран, изолированный от вводов; 9 — концевые экраны, находящиеся под потенциалом соответствующего ввода; 10 — керамические изоляторы; 11 — металлическая прокладка; 12— направляющая из силумина
Выключатель МГТ-10 (рис. 8.12) горшкового типа предназначен для работы в электроустановках большой мощности, имеет раму для установки на полу. Эти выключатели на каждую фазу имеют по два бачка (горшка), разрыв дуги в каждой фазе производится одновременно в двух бачках. В выключателе применены многощелевые дугогасительные камеры поперечно-продольного дутья.
В дальнейшем выключатели серии МГТ будут все больше вытесняться вакуумными и элегазовыми выключателями.
Выключатель ВГ-10 является автогазовым; принцип действия его сходен с описанным ниже принципом действия выключателя нагрузки. По сравнению с выключателем нагрузки он имеет более мощные контактную и дугогасительную системы, рассчитанные на отклонение не только токов нагрузки, но и токов КЗ. Воздушные выключатели будут также постепенно заменяться вакуумными выключателями.
Выключатели ВЭМ-6 и ВЭМ-10 — электромагнитные. Они представляют собой выкатную часть КРУ, но могут устанавливаться также в сборных металлических камерах КСО и в бетонных ячейках.

Рис 8 12 Выключатель МГГ 10
1 — рама 2 — изолятор 3 - баллон с дугогасительными контактами и камерой 4 — маслоотделитель 5 — маслоуказатель 6 — шинный вывод на 3200 4000 и 5000 А 7 — междуполюсная перегородка, 8 охладитель газов 9 — направление выхлопных га зов 10 — траверса с рабочими контактами 11 — болт заземления 12 — привод  выключателя 13 — опорный изолятор 14 — тяга, 15 — распорки

Рис. 8 13. Выключатель электромагнитный ВЭ-10
Электромагнитные выключатели серии ВЭ-10 (рис. 8.13) — общего назначения и для частых коммутационных операций, предназначены для работы в шкафах КРУ внутренней установки, имеющих встроенный пружинный привод.
Электромагнитные выключатели не требуют ни масла, ни сжатого воздуха, обеспечивают до 5000 отключений без ревизии дугогасительных камер и зачистки контактов, имеют простую конструкцию, позволяющую легко и быстро производить осмотр и ревизию контактов. Они обеспечивают отключение малых токов без появления опасных перенапряжений. Недостатками их являются относительно большие габариты и стоимость. Эти выключатели успешно применяют в цепях с тяжелыми режимами — для дуговых сталеплавильных печей, в РУ собственных нужд крупных электростанций с турбогенераторами 300, 500 и 800 МВт. Однако и они будут постепенно все больше заменяться вакуумными и элегазовыми выключателями.
Выключатели воздушные ВВ-10, ВВ-10к, ВВ-20с предназначены для внутренней установки.

Выключатели ВВ-10 и ВВ-10к работают при избыточном давлении воздуха 0,6 МПа (6 кгс/см²), а ВВ-20с — при 2 МПа (20 кгс/см²). Выключатели ВВ-10 предназначены для установки в открытых камерах (КСО или бетонных ячейках); выключатели ВВ-20с рассчитаны на 8000 А, их устанавливают на присоединениях генераторов.

Приводы к силовым выключателям.

Управление силовыми выключателями, т. е. включение их и отключение, осуществляется с помощью привода. Оно может производиться непосредственным механическим воздействием на привод — вручную, дистанционно — замыканием цепи включения или отключения ключом управления и автоматически при срабатывании системы автоматики (АПВ и АВР) или релейной защиты. Надежность работы электроустановок в значительной степени определяется тщательностью (в соответствии с инструкцией предприятия-изготовителя) регулировки механической части привода и выключателя и наладки работы электрической схемы управления приводом.
Привод — механизм для включения и отключения коммутационного аппарата, состоит из включающего и отключающего устройств, запирающего механизма (защелки) и механизма свободного расцепления, освобождающего защелку. Механизм свободного расцепления позволяет отключить выключатель в любой момент, в том числе и во время его включения. В случае включения силового выключателя на КЗ в цепи нагрузки релейная защита воздействует на защелку и отключает выключатель.
В настоящее время к выключателям 6—10 кВ применяются приводы: пружинные (грузовые), пружинные встроенные, электромагнитные (соленоидные), электромагнитные встроенные. Опыт эксплуатации показывает, что электромагнитные приводы обеспечивают большую надежность и безотказность работы выключателей. Для дистанционного и автоматического управления приводами необходимо применение источников оперативного тока.

Для получения оперативного тока используют трансформаторы тока защиты, трансформаторы собственных нужд или специальные комплектные блоки питания БПТ или БПН. Блоки питания дают возможность осуществлять почти все схемы защиты, применяемые на постоянном оперативном токе. Для обеспечения питания защиты минимального напряжения двигателей применяют конденсаторные устройства УЗ-400А с кремниевыми выпрямителями. В момент исчезновения напряжения или недопустимого снижения напряжения конденсаторы разряжаются на отключающую катушку и обеспечивают срабатывание привода выключателя.

Блоки питания токовые БПТ включают на трансформаторы тока, блоки питания напряжения БПИ—на трансформаторы напряжения или трансформаторы собственных нужд. Надежное действие любых видов защит при любых видах повреждений обеспечивают комбинированные блоки питания, включаемые на трансформаторы тока и на трансформаторы напряжения (рис. 8.14).

Ряс. 8.14. Схема включения комбинированного блока питания: БПТ — блок питания токовый; БПН — блок питания напряжения

Рис. 8.15. Устройство комплектного питания УКП
Более совершенными являются блоки питания со стабилизированным напряжением БПНС-2.
Питание оперативным переменным током цепей реле давления, газовой защиты, защиты от замыкания на землю и от перегрузок, а также цепей температурных указателей силовых трансформаторов осуществляют от трансформаторов напряжения.

Электромагнитные приводы обеспечивают дистанционное включение и отключение выключателей и работу различных схем автоматического действия: АПВ, АВР и др. Дистанционное управление приводом производится путем поворота  рукоятки ключа управления, обычно устанавливаемого на щите или пульте управления, в положение «Включено» или «Отключено». При этом замыкается цепь тока включающего (через промежуточный контактор) или отключающего электромагнита привода, а привод соответственно включает или отключает выключатель. Автоматическое включение или отключение выключателя производится при замыкании цепей включающего или отключающего электромагнита при срабатывании соответствующего реле.
Для питания электромагнитных приводов необходим постоянный ток. На больших подстанциях и станциях питание постоянным током осуществляют от аккумуляторных батарей. На распределительных подстанциях аккумуляторные батареи не устанавливают. Все питание цепей управления осуществляют на переменном оперативном токе. В этом случае питание электромагнитных приводов осуществляют от сети оперативного переменного тока через полупроводниковые выпрямительные устройства, блоки питания или через комплектные групповые выпрямительные устройства с селеновыми выпрямителями. В настоящее время для питания электромагнитов включения выключателей с током потребления до 320 А применяют комплектные устройства типа УКП (рис. 8.15). Устройства УКП обеспечивают высокую надежность питания приводов выключателей при снижениях напряжения в питающей сети, что позволяет в большинстве случаев отказаться от установки аккумуляторной батареи. Устройства комплектуются из двух блоков: ящика 1 — УКП-1 (выпрямитель с распределительным устройством) и ящика 2 — УКП-2 (накопитель). Накопитель устройства УК.П-2 представляет собой катушку индуктивности для накопления электромагнитной энергии в момент подачи напряжения на электромагнит включения выключателя. Коммутационное устройство, входящее в УКП-2, обеспечивает быстрое подключение накопителя к электромагниту включения при включении выключателя на КЗ. Тем самым обеспечивается надежность включения выключателя при снижении напряжения до 50 % и предотвращается его разрушение, обычно приводящее к серьезной аварии.
На больших цеховых подстанциях и на ГПП и ПГВ средней мощности применяют шкафы управления оперативным током (ШУОТ). В комплект ШУОТ входят аккумуляторная батарея на 110 В, предназначенная для питания цепей защиты и управления, и комплектное выпрямительное устройство (КВУ) на кремниевых выпрямителях для питания напряжением 220 В включающих электромагнитов приводов выключателей.
Пружинные приводы применяют для дистанционного или ручного управления выключателей, для АПВ, АВР, а также для осуществления других схем автоматического действия. При включении привода вручную происходит автоматическая подготовка привода для повторного автоматического включения (при срабатывании системы АПВ или АВР). Подготовка привода осуществляется с помощью завода специальным электродвигателем небольшой мощности сильной пружины, которая при срабатывании системы автоматически производит включение выключателя.
Пружинные приводы могут снабжаться следующими отключающими устройствами: реле максимального тока мгновенного действия с регулировкой уставки отключающего тока от 5 до 120 А; реле максимального тока с выдержкой времени, с регулировкой начальной уставки тока от 5 до 35 А, с плавной регулировкой выдержки времени срабатывания реле от 0 до 4 с; реле минимального напряжения с выдержкой времени, срабатывающим при исчезновении напряжения на обмотке или при падении напряжения от 50 до 35 % номинального значения, с регулировкой выдержки времени от 0 до 4 с; отключающим электромагнитом, действующим мгновенно от вторичного тока трансформатора тока в схеме с дешунтированием обмоток этого электромагнита, рассчитанным на номинальный отключающий ток 3,5 А; отключающим электромагнитом мгновенного действия с питанием от независимого источника оперативного тока; отключающим и включающим электромагнитами управления.
Пружинные приводы не обеспечивают должной скорости включения выключателя, поэтому на ответственных электроустановках, питающих электроприемники I и II категорий [3], их заменяют электромагнитными приводами.
Приводы устанавливают на фасаде камеры выключателя. Крепление ручных и пружинных приводов осуществляется на стене, а электромагнитных — на стене или на полу (для выключателей МГ, МГГ). Пневматические приводы ПВ для выключателей МГ также устанавливаются на полу. Приводы с помощью системы рычажной передачи соединяют с рычагом, установленным на валу выключателя. Встраиваемые пружинные или электромагнитные приводы устанавливают на общей с выключателем раме.