Высоковольтные выключатели переменного тока - Выбор типа выключателя

1-4. НЕКОТОРЫЕ СООБРАЖЕНИЯ ПО ВЫБОРУ ТИПА ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ
Выбор типа и варианта конструкции выключателя с заданными параметрами, принимаемого для проектирования и производства, является весьма сложной и ответственной задачей, для успешного решения которой необходимо знание характерных особенностей отдельных типов и конструкций современных выключателей переменного тока высокого напряжения, их технико-эксплуатационных и технико-экономических показателей. При решении данной задачи должны учитываться не только заданные предполагаемые  (нормированные) условия работы, но также современные тенденции в развитии научного и технического прогресса как в области выключателестроения, так и в области проектирования и строительства современных электроэнергетических сооружений (1]. Весьма важное значение эти вопросы имеют при выборе типа и конструкции выключателя, предназначенного для массового или крупносерийного производства  Особенно важное значение они имеют также при. разработке новых уникальных конструкций выключателей па сверхвысокие параметры (номинальное напряжение 500 кВ и выше, номинальный ток 16 кА и выше и др.).
Во всех случаях выбор должен основываться, во-первых, на сопоставлении всех показателей существующих типов выключателей на данные, параметры, а во-вторых, на оценке принципиальной и практической возможностей получения от конструкции выбранного типа требуемых исходных характеристик.
Ниже приводятся краткая классификация и некоторые ориентировочные соображения по сравнительной оценке отдельных типов выключателей переменного тока высокого напряжения-
С точки зрения выбора типа целесообразно классифицировать выключатели по следующим признакам:
а)       по роду дугогасящей среды;
б)      по способу гашения дуги;
в)       по способу электрической изоляции находящихся под высоким напряжением токоведущих и других частей;
г) по номинальному напряжению;  
д) по номинальному току; : е) по коммутационной (отключающей и включающей) способности;        
ж)      по степени быстродействия;
з)       по пригодности для мгновенных АПВ;
и)      по конструктивной связи приводного механизма выключателей с приводом;        
к) по роду установки.
В табл. 1-2 дается классификация выключателей по роду дугогасящей среды й по. способу гашения дуги. В табл. 1-3 приводятся характерные преимущества и недостатки основных типов выключателей на различные классы номинального напряжения: На рис. 1-5—1-11 представлены конструкции некоторых типов выключателей.
По номинальному напряжению выключатели можно разбить на две основные группы: выключатели на напряжение 35 кВ и выше, к этой группе относятся так называемые подстанционные выключатели; выключатели на номинальное напряжение 20 кВ и ниже, к ним относятся генераторные и так называемые фидерные выключатели.
К подстанционным относится большая группа выключателей, обычно на номинальные токи до 4000 а. К ним предъявляются весьма высокие требования в отношении их отключающей способности (номинальные токи отключения до 50—60 кА)., быстродействия, пригодности для мгновенного АПВ и ряда других характеристик.
В качестве подстанционных [2, 3, 4] применяются преимущественно выключатели: а) воздушные (воздухонапорные); б) масляные малообъемные; в) масляные баковые.
В последнее время появился новый тип выключателей, в  котором в качестве дугогасящей среды используется элегаз (шестифтористая сера SF6), обладающий исключительно высокой дугогасящей способностью. Этот тип выключателя имеет весьма высокие технико-эксплуатационные и технико-экономические характеристики [10, 11, 14].         
Из сопоставления данных табл. 1-3 и по имеющимся сведениям об освоенных в настоящее время выключателях можно сделать вывод о существенных преимуществах воздушных выключателей перед другими. Особенно очевидны эти преимущества для выключателей на номинальные напряжения 110 кВ и выше. Следует отметить, что в воздушных (и вообще в газонапорных) выключателях в отличие от других типов может, быть применено и конструктивно осуществлено синхронное сверхбыстрое размыкание дугогасительных контактов непосредственно в конце полупериода тока (за 2—3 мсек до перехода тока через нуль). Это позволяет существенно увеличить коммутационную отключающую способность выключателя данного типа при сохранении ограниченного расход воздуха (газа), необходимого для гашения дуги,

Классификация выключателей по роду дугогасящей среды  

Таблица 1-3
Сравнительная качественная оценка различных типов выключателей

Продолжение табл.

Продолжение табл. 1-3

Продолжение табл. 1-3

Необходимость в установках для получения сжатого воздуха нельзя считать недостатком воздушных выключателей, так как в современных распределительных устройствах высокого напряжения система пневматического управления выключателями  и разъединителями является наиболее рациональной, совершенной и удобной для автоматизации. Наряду с этим из-за наличия в конструкции воздушных выключателей сложных узлов, требующих точного изготовления, относительная стоимость таких выключателей выше, чем масляных малообъемных, при сравнительно одинаковых весовых показателях.
Применение малообъемных масляных выключателей технически и экономически целесообразно в менее ответственных точках систем, где -к выключателю могут быть предъявлены меньшие требования по величине отключаемой мощности и ряду других эксплуатационных характеристик (сверхбыстродействие, мгновенные многократные АПВ, надежное отключение малых емкостных токов, возможность частых осмотров контактных систем и их замены и др.).
Подстанционные масляные баковые выключатели ро своим основным параметрам (номинальное напряжение, ток, мощность отключения) равноценны воздушным. Особенно это стало очевидным после внесения в конструкцию баковых выключателей ряда усовершенствований [9].

Несмотря на это, однако, по своим эксплуатационным характеристикам масляный выключатель во многом уступает воздушному, в частности в отношении взрыво- и пожароопасности. Поэтому едва ли можно ожидать более широкого, чем в настоящее время, развития производства и внедрения в эксплуатацию этого типа выключателя, особенно на напряжения 110 кВ и выше.



Рис. 1-5. Воздушные выключатели: а — внутренней установки на номинальное напряжение 10 кВ, поминальный ток 1000 а; б — внутренней установки на номинальное напряжение 20 кВ, номинальный ток 5000 а: в — наружной установки на номинальное напряжение 110 кВ (один полюс) большими значениями номинальных токов (до 20 000 а) и номинального тока отключения (до 200 кА).
В качестве генераторных находят преимущественное применение малообъемные масляные выключатели горшкового типа и воздушные (воздухонапорные).

Рис. 1-6. Воздушный выключатель на номинальное напряжение 750 кВ (один полюс)
Можно считать принципиально возможным также создание генераторного выключателя на средние параметры, основанного на электромагнитном принципе гашения дуги (со щелевой камерой или с пластинчатой решеткой).
Баковые масляные выключатели в настоящее время в качестве генераторных не применяются.
Малообъемные масляные выключатели горшкового типа принципиально могут быть построены на верхний диапазон номинальных

Рис. 1-7. Малообъемные масляные выключатели: а — внутренней установки на номинальное напряжение 35 кВ, номинальный ток 1000 а; б — наружной установки на номинальное напряжение 110 кВ, номинальный ток 600 а

Рис. 1-8. Баковый масляный выключатель на номинальное напряжение 110 кВ

Рис. 1-9. Электромагнитный выключатель на номинальное напряжение 6 кВ
токов и номинальных токов отключения. Однако такой выключатель по своим конструктивным и технико-эксплуатационным данным уступает воздушному.

Рис. 1-10. Элегазовый выключатель на номинальное напряжение 220 кВ
Особую трудность представляет задача создания генераторного выключателя на сверхвысокие параметры (например, на номинальный ток 20 кА и поминальный ток отключения 200 кА). Наиболее рациональным в этом случае является воздушный выключатель со встроенным низкоомным дугогасительным сопротивлением.

Рис. 1-11. Вакуумный выключатель на номинальное напряжение 10 кВ
Как будет видно из дальнейшего, благодаря применению низкоомного сопротивления, которым шунтируется в процессе отключения часть дугогасительных разрывов, в выключателе может, легко происходить гашение мощной дуги, несмотря на весьма высокую частоту восстанавливающегося напряжения, присущую генераторным точкам электрических систем.
При создании генераторных выключателей на столь значительные номинальные токи отключения, как 200 кА и выше, встречаются значительные трудности, в связи с чем встает необходимость поисков и применения качественно новых решений, например таких, как:
- а) применение более эффективных дугогасящих сред;
б)      применение принципа деления дуги на параллельные одновременно гасимые дуги [8];
в)       применение синхронного сверхбыстрого размыкания контактов непосредственно в конце полупериода тока.
Под фидерными понимают выключатели с номинальным напряжением до 15 кВ на номинальные токи до 1500 а и номинальные токи отключения до 30—40 кА.
В эту группу входят все перечисленные выше типы выключателей, а именно: а) баковые масляные с простым разрывом; б) баковые масляные с дугогасительными камерами; в) малообъемные масляные (в том числе и горшковые);, г) малообъемные с использованием жидких негорючих сред; д) автогазовые; е) "воздушные; ж) автопневматические; з) воздушные с электромагнитным гашением дуги.
Успехи, достигнутые в области исследования и разработок вакуумных выключателей, позволяют осуществлять конструкции фидерных выключателей этого типа на напряжение до 15 кВ (12, 13], достаточно надежные и весьма компактные. Во многих специальных случаях могут быть рациональными конструкции элегазовых фидерных выключателей.
-Большое разнообразие типов фидерных выключателей может вызвать затруднения при относительной их оценке и выборе. При решении этой задачи надо учесть ряд соображений.
Прежде всего следует руководствоваться тем, что относящиеся к этой группе выключатели могут предназначаться для использования. не только на электрических станциях и подстанциях крупных систем, но главным образом в промышленных энергетических установках заводов, рудников, шахт, карьеров, торфоразработок, нефтепромыслов, а также в сельских сетях. Поэтому конструкция таких выключателей должна быть предельно простой, надежной в эксплуатации, удобной в монтаже. Наряду с этим, если иметь в виду массовое производство таких выключателей, они должны быть предельно дешевы.
Не менее важную роль при выборе типа должен играть учет предполагаемого места установки проектируемого выключателя. В самом деле, фидерные выключатели могут устанавливаться в ячейках закрытых распределительных устройств станций и подстанций, в ячейках комплектных распределительных устройств, в моторных пусковых ящиках, в помещениях сетевых трансформаторных подстанций небольшой мощности, на сельских подстанциях открытого типа, подземных подстанциях шахт и т. д.
В ряде случаев выключатель должен обеспечивать большое число включений и отключений в течение суток (например, выключатель для электропечных установок).
Такое разнообразие условий работы приводит к необходимости применять все перечисленные типы выключателей. Однако, как показал опыт, наиболее универсальными и совершенными в настоящее время следует признать малообъемные масляные выключатели и выключатели с электромагнитным гашением дуги. По мере усовершенствования конструкции и изыскания новых, более надежных электроизоляционных материалов электромагнитный выключатель получит в будущем, по-видимому, преимущественное применение. То же самое можно сказать и в отношении вакуумных выключателей.
В особую группу следует выделить выключатели нагрузки. Они отличаются от описанных выше обычных высоковольтных выключателей тем, что рассчитаны на малую мощность отключения, благодаря чему конструкция их более проста, а вес и стоимость намного ниже по сравнению с обычными выключателями. Как известно, сочетание выключателя нагрузки с плавкими предохранителями в коммутационном отношении равноценно фидерному выключателю. В связи с этим благодаря экономической целесообразности выключатели нагрузки, находят широкое применение.
В качестве выключателей нагрузки преимущественно применяются: а) автогазовые; б) автопневматические; в) электромагнитные.
С успехом могут использоваться также вакуумные и элегазовые выключатели, о которых говорилось выше.