1.1. Общие требования
Основным аппаратом, от работы которого в большинстве случаев зависят бесперебойность и надежность электроснабжения потребителей из всего оборудования, применяемого на любой подстанции, является выключатель. Он служит для включения и отключения токов любых режимов: номинальных, токов КЗ, токов холостого хода (хх) силовых трансформаторов, токов холостых линий и кабелей. Характерной особенностью этого аппарата является наличие дугогасительного устройства (ДУ), которое обеспечивает гашение дуги, возникающей в цепи высокого напряжения при ее размыкании.
1.2. Требования, предъявляемые к выключателям
Требования, предъявляемые к выключателям, заключаются в следующем:
1. Высокая надежность. При аварийных режимах протекают токи до 300 кА, поэтому ликвидация аварийных режимов должна происходить за минимальное время с целью исключения разрушений оборудования.
Получение высокой надежности связано с большими трудностями, так как процессы, протекающие в выключателях, сложны, не поддаются полному математическому описанию.
Требование надежности является одним из важнейших требований, поскольку от надежности выключателей зависит надежность работы энергосистемы, следовательно, и надежность электроснабжения потребителей. Срок службы выключателя не менее 20 лет. Надежность регламентируется
ГОСТ 13377-75. Количественно надежность выключателя может выражаться вероятностью безотказной работы или интенсивностью отказа.
Анализ большого статистического материала показал, что 70% отказов выключателей наступает из-за поломок в механизме аппарата, 10% - из-за повреждения изоляции, 20% - вызвано другими причинами.
Выключатели по механической износостойкости должны выдерживать 2000 операций без тока при Uhom <35 кВ, с напряжением Uhom > 110 кВ -1000 операций. При этом не должно возникать ни одной неполадки. После 1000 или 2000 циклов допускается строго ограниченное число отказов (ГОСТ 687-78).
Отказ - неисправность, которая не дает возможности выключателю выполнять свою основную функцию. К ним относятся невыполнение команд включения (В) или отключения (О), перекрытие изоляции аппарата, повреждение токоведущей цепи, отказы в гашении дуги.
- Возможно малое время отключения. Требование быстродействия
следует понимать как возможно малое время отключения цепи при КЗ. Время
отключения исчисляется от момента подачи команды на отключение до
погасания дуги во всех полюсах. Приблизительно до 1940 г. время отключения
выключателей напряжением 110 кВ и выше составляло 8-10 периодов. В
настоящее время большая часть выключателей 110 кВ имеют время
отключения 2 периода /1/. - Увеличение между ревизионных сроков. Вывод выключателя из
эксплуатации для ремонта и ревизии связан с большими трудностями
технического порядка, часто является причиной аварий и обходится очень
дорого. Не так давно междуревизионный срок для выключателя был 1 год. За
счет совершенствования конструкции и технологии этот срок увеличен до 3
лет. В настоящее время созданы вакуумные и элегазовые выключатели, у
которых срок между ревизиями достигает 25 лет 121.
4. Стойкость к большим тепловым, механическим и электрическим
перегрузкам.
- Стойкость к атмосферным воздействиям. Выключатели, рассчитанные
для работы в ОРУ (открытое распределительное устройство), должны
противостоять всем воздействиям атмосферы: повышенной влажности, дождю,
снегу, гололеду, загрязнению внешней изоляции, высокой ветровой нагрузке.
Кроме того, выключатели должны быть устойчивы к землетрясению. - Удобство при производстве, транспортировке и эксплуатации. Масса,
габаритные размеры аппаратов должны быть минимальными.
1.3. Основные параметры
Основные параметры выключателей: номинальное напряжение, номинальный (длительный) ток, номинальный ток термической стойкости, номинальный ток электродинамической стойкости, номинальный ток отключения, номинальная мощность отключения, номинальный ток включения, собственное время включения и отключения выключателя, полное время включения и отключения.
1.4. Классификация выключателей
Основная классификация выключателей по способу гашения дуги:
1. Масляные выключатели. В этих выключателях дуга, образующаяся между контактами, горит в трансформаторном масле. Под действием энергии дуги масло разлагается, и образующиеся газы и пары используются для ее гашения. В зависимости от способа изоляции токоведущих частей различают баковые выключатели и маломасляные. В первых токоведущие части изолируются между собой и от земли с помощью масла, находящегося в стальном баке, соединенном с землей. В маломасляных выключателях изоляция токоведущих частей от земли и между собой производится с помощью твердых диэлектриков и масла.
В нашей стране масляные выключатели являлись основным видом выключателей на напряжение от 6 до 220 кВ. В настоящее время масляные выключатели не выпускаются.
2. Электромагнитные выключатели. По своему принципу эти выключатели аналогичны контакторам постоянного тока с лабиринтно-щелевой камерой. Гашение дуги происходит за счет увеличения сопротивления
дуги вследствие ее интенсивного удлинения и охлаждения.
Выпускаются на номинальные напряжения не выше 10 кВ.
3. Воздушные выключатели. В качестве гасящей среды используется
сжатый воздух, находящийся в баке под давлением 1-5 МПа. При
отключении сжатый воздух из бака подается в дугогасительное устройство.
Дуга, образующаяся в камере дугогасительного устройства (ДУ), обдувается
интенсивным потоком воздуха, выходящим в атмосферу. Изоляция
токоведущих частей между собой осуществляется с помощью твердых
диэлектриков и воздуха.
Выпускаются для номинальных напряжений от 110 до 1150 кВ.
4. Элегазовые выключатели. В этих выключателях гашение дуги
осуществляется за счет охлаждения ее двигающимся с большой скоростью
элегазом (шестифтористая сера SF6), который используется и как изолирующая
среда.
Выпускаются на напряжения от 35 до 500 кВ.
5. Вакуумные выключатели. В этих выключателях контакты
расходятся под вакуумом (давление равно 10-4 Па). Возникающая при
расхождении контактов дуга быстро гаснет благодаря интенсивной диффузии
зарядов в вакууме.
Выпускаются на напряжения 10 и 35 кВ.
