Малообъемные масляные выключатели 6-10 кВ
Малообъемные выключатели, у которых объем масла во много раз меньше, чем у многообъемных лишены недостатков последних – пожаро- и взрывоопасность, небыстродействие. Малообъемные выключатели имеют большую отключающую способность по сравнению с многообъемными.
В связи с этим в РУ 6—10 кВ в основном применяют малообъемные масляные выключатели. На рис. приведен общий вид выключателя типа ВМГ-10. Каждый полюс 1 выключателя помещен в отдельном цилиндре. Поскольку токоведущие шины присоединяют непосредственнно к крышкам цилиндров, последние оказываются под напряжением и поэтому все три полюса малообъемного выключателя крепят к общей раме с помощью изоляторов 2.
Рис. Выключатель типа ВМГ-10
Под действием электрической дуги медные контакты сильно обгорают. Для повышения стойкости контактов и увеличения срока их службы съемный наконечник подвижного контакта и верхние торцы ламелей неподвижного розеточного контакта облицовывают дугостойкой металлокерамикой.
В настоящее время отечественная промышленность выпускает для ЗРУ 6—10 кВ несколько типов малообъемных масляных выключателей. Для подстанций городского типа широко применяются выключатели ВМП-10 (выключатель масляный подвесной), ВМПП-10 (выключатель со встроенным пружинным приводом), ВМПЭ-10 (выключатель со встроенным электромагнитным приводом), ВМГ-10 (выключатель масляный горшковый), ВМГП-10 (выключатель с пружинным выносным приводом ППВ-10).
Выключатели предназначены для работы в ЗРУ переменного тока до 10 кВ при температуре не выше +40 °С (при среднесуточной не выше + 35 °С) и не ниже — 25 °С на высоте до 1000 м над уровнем моря.
Сравнительные технические данные выключателей приведены в сравнительные технические данные маломасляных выключателей 6,10 кВ.
Словарь специальных терминов
Выключатель масляный — электрический выключатель переменного тока высокого напряжения, главные контакты которого помещаются в объёме, заполненном минеральным (трансформаторным) маслом. При отключении электрической цепи между контактами выключателя возникает дуга электрическая. Под действием высокой температуры дуги масло быстро испаряется и его пары частично разлагаются с выделением водорода, этилена, метана и др. В зоне дуги образуется газовый пузырь, давление в котором может достигать нескольких десятков МН/м 2 . Дуга гаснет как вследствие её удлинения при расхождении контактов, так и от интенсивного охлаждения газом и парами масла. Продолжительность горения дуги в М. в. с простым разрывом под маслом составляет 0,02—0,05 сек. Для более эффективного гашения дуги применяют дугогасительные камеры (рис. 1). В камере продольного дутья образующиеся пары и газы устремляются вверх вдоль дуги, охлаждая её. Кроме того, дуга соприкасается с холодным маслом, заполняющим кольцевые щели камеры, что также ускоряет её охлаждение. В камере поперечного дутья вследствие резкого повышения давления в газовом пузыре образуется поток масла и газов поперёк дуги, который ускоряет процесс её охлаждения.
Рис. 1 Дугогасительные камеры
По конструкции различают баковые выключатели масляные и маломасляные, или малообъёмные, выключатели масляные, у которых соответственно гл. контакты и дугогасящие устройства размещаются в металлическом заземлённом баке либо в изоляционной или металлической незаземляемой оболочке, заполненной маслом. Баковые выключатели масляные. во многом уступают высоковольтным выключателям других типов, но благодаря относительно низкой стоимости и высокой надёжности в работе всё ещё применяются в России, США, Канаде и др. В СССР баковые выключатели масляные выпускались на напряжение от 6 до 220 кВ; сила наибольшего номинального тока 3,2 кА, сила тока отключения 50 кА. При напряжении U 10 кВ и токе отключения силой I 15 кА все три полюса выключателей масляных располагаются в одном баке. При больших напряжениях и силе тока отключения каждый полюс имеет отдельный бак. Маломасляные выключатели масляные (рис. 2) применялись в СССР, ФРГ, Франции и др.; они выпускались на напряжение от 3 до 420 кВ, а с конца 60-х годов и на более высокие напряжения.
Рис. 2 Маломасляный выключатель
9.2. Малообъемные масляные выключатели.
В малообъемных масляных выключателях масло используется только для гашения дуги, а изоляция токоведущих частей осуществляется при помощи воздуха и керамических или органических изоляционных материаллов. Во всех малообъемных масляных выключателях имеются дугогасительные камеры, наиболее часто с поперечным газовым дутьем. В зависимости от напряжения и мощности отключения выключатели имеют один или несколько разрывов на фазу. Малообъемные масляные выключатели изготавливаются как для наружной так и для внутренней установки. Относительно небольшое количество масла облегчает уход и ремонт.
Рис. 9.3. Контактная система и устройство маломасляного выключателя.
Основными элементами малообъемных масляных выключателях являются корпус (изготавливается металлический, частично металлический и неметаллический), опорные изоляторы, проходные изоляторы, дугогасительная камера, неподвижный контакт (розеточного типа), подвижный контакт, масло отделитель (для выведения продуктов горения дуги). Контактная система и дугогасительные устройства заключены в небольшие бачки, изолированные от заземленного основания фарфоровыми изоляторами. Бачки могут быть металлическими или из стеклопластика. Выпускаются выключатели с одним баком на фазу и с двумя баками на фазу (рис.9.3). Выключатель с двумя баками на фазу рассчитан на большой номинальный ток и имеет на каждом разрыве две пары контактов главные 1 (пальцевого типа), помещенные в воздухе и дугогасительные 2 (розеточного типа), помещенные в баках с дугогасительными камерами 4, залитых маслом. Вся контактная система крепится на штанге 3. Во включенном состоянии ток протекает через главные контакты 1 по сплошной линии. При отключении штанга перемещается вверх, при этом размыкаются главные контакты 1 на обоих разрывах и весь отключаемый ток устремляется через дугогасительный контур, прерывистая линия. Затем размыкаются дугогасительные контакты 2, между которыми зажигается дуга, которая гасится в дугогасительных камерах 4 каждого бака.
К маломасляным выключателям относятся: ВМП (выключатель масляный подвесной), ВМГ (выключатель масляный горшковый), МГГ (масляный генераторный, горшковый), МГ (масляный горшковый), ВГМ (выключатель генераторный, масляный.
Достоинства малообъемных масляных выключателей: меньшие габариты, взрыво- и пожаробезопасны вследствие малого объема масла, а недостатками являются отсутствие встроенных ТТ и более сложная конструкция.
Рис. 9.4. Масляный выключатель типа ВК.
К малообъемным выключателям также относятся выключатели типа ВК (выключатель колонковый) рис. 9.4 и ВМТ (выключатель масляный трехфазный). Выключатель состоит из стального основания, на котором установлены три фарфоровые колонны. Нижняя часть каждой колоны представляет собой полый фарфоровый изолятор, внутри которого размещены стеклопластиковые тяги для передачи движения от привода к контактам. Верхняя часть колонны заполнена маслом. Здесь расположено Дугогасительное устройство в эпоксидном цилиндре, воспринимающем механические напряжения при работе выключателя. Дугогасительное устройство заполнено сжатым азотом, который обеспечивает избыточное давление, способствующее поддержанию высокой электрической прочности межконтактного промежутка, повышению износостойкости контактов и сохранению высокого уровня внутренней изоляции вне зависимости от внешних атмосферных условий.
Малообъемные (маломасляные) выключатели
В выключателях этого вида масло служит только газогенерирующим (дугогасительным) веществом. Для изоляции токоведущих частей используют фарфор, стеклопластик, текстолит. Контактная система и дугогасительные устройства заключены в небольшие бачки, изолированные от заземленного основания фарфоровыми изоляторами. Малообъемные выключатели имеют меньшие размеры и массу по сравнению с баковыми выключателями. Относительно небольшое количество масла облегчает уход и ремонт.
На рисунке 5.6 показан малообъемный масляный выключатель типа ВМП-10 (выключатель маломасляный подвесной) для номинального напряжения 10 кВ и внутренней установки.
Рисунок 5.6 Малообъемный масляный выключатель типа ВМП-10
Основание выключателя выполнено в виде стальной рамы 1, которая крепится вертикально на стене или каркасе распределительного устройства (РУ). В раме размещены вал выключателя 2, отключающая пружина и буферное устройство 3, содержащее масляный демпфер и пружинный буфер. Масляный демпфер предназначен для смягчения удара при отключении выключателя. Пружинный буфер предназначен для смягчения удара при включении выключателя, кроме того его пружина увеличивает усилие при отключении выключателя и повышает скорость размыкания контактов.
К раме пристроен электромагнитный или пружинный привод. Бачки прикреплены к раме с помощью фарфоровых изоляторов 4. Вал 6 каждого бачка соединен с валом 2 выключателя изолирующей тягой 5. Количество масла составляет всего 4,5 кг. Номинальный ток отключения выключателя ВМП-10 составляет в зависимости от исполнения от 20 до 31,5 кА, номинальный ток от 630 до 3200 А. Время отключения составляет 0,12 с.
На рисунке 5.7 приведен разрез бачка выключателя типа ВМП-10. Рисунок 5.7.а соответствует положению выключателя «ОТКЛЮЧЕНО». Бачок состоит из трех частей: нижней металлической с зажимом 1 и встроенным розеточным контактом 2, средней 3 из стеклопластика с встроенным гасительным устройством 4 (последнее имеет центральное отверстие для подвижного контактного стержня и поперечные щели на разной высоте для выхода газов), верхней металлической части, в которой размещены подвижный контактный стержень 5 с направляющими 6 и роликовыми контактами 7 для токосъема, рычажная система 8 для передачи движения подвижному контакту от вала 9, а также маслоотделитель 10. Бачок закрыт крышкой 11 с отверстием для выхода газов, образующихся в процессе отключения. Уровень масла находится несколько выше гасительного устройства.
В положении «ВКЛЮЧЕНО» конец контактного стержня находится в розетке неподвижного контакта (рисунок 5.7,б). В процессе отключения контактный стержень перемещается вверх и в нижней части бачка зажигается дуга, разлагающая масло. В начале движения контактный стержень продолжает закрывать поперечные каналы и давление в камере быстро увеличивается. Как только стержень откроет первую поперечную щель, создается газовое дутье сквозь дуговой столб. При этом газы и пары масла выбрасываются в верхнюю часть бачка (рисунок 5.7,в). При дальнейшем движении контактного стержня длина дуги увеличивается. Открываются вторая и третья поперечные щели и дуга гаснет. Пары масла в верхней части бачка конденсируются, и масло стекает вниз. Часть масла доходит до маслоотделителя, ударяется об него и также стекает вниз. Газы проходят через отверстия в маслоотделителе и далее через канал в крышке наружу. В отключенном положении конец стержня находится выше уровня масла.
На рисунке 5.8 показан выключатель маломасляный ВК-10-31,5/3150У2 (выключатель колонкового типа со встроенным пружинным приводом, для номинального напряжения 10 кВ, предельный ток отключения 31,5 кА, номинальный ток 3150 А, климатическое исполнение У2). Аналогичный выключатель с электромагнитным приводом имеет обозначение ВКЭ-10-31,5/3150У2.
а положение «отключено»
б положение «включено»
в процесс отключения
Рисунок 5.7 Разрез бачка масляного выключателя типа ВМП-10
1 разъем штепсельный; 2 перегородка фасадная; 3 кожух изоляционный; 4 полюс; 5 привод; 6 основание; 7, 8 контакт рабочий подвижный и неподвижный; 9 контакт подвижный выдвижного элемента
Рисунок 5.8 Выключатель маломасляный ВК-10-31,5/3150У2
Полюс выключателя маломасляного ВК-10-31,5/3150У2 показан на рисунке 5.9.
Достоинства маломасляных выключателей: небольшое количество масла; относительно малая масса; более удобный, чем у баковых выключателей, доступ к дугогасительным контактам; возможность создания серии выключателей на разные напряжения с применением унифицированных узлов.
1 корпус механизма; 2 рычаг механизма наружный; 3, 24 прокладки; 4,5 тяги изоляционные; 6, 11 цилиндры нижний и верхний; 7, 14 пластины нижняя и верхняя; 8 токопровод; 9, 10 стержни подвижные; 12 контакт неподвижный; 13 контакт подвижный выдвижного элемента КРУ; 15 контакт розеточный; 16 стекло маслоуказателя; 17 обойма; 18 корпус; 19 токоотвод; 20, 21 стержни направляющие; 22 ролик; 23 камера дугогасительная; 25 цилиндр распорный; 26, 27 фланцы; 28 рычаг механизма внутренний
Рисунок 5.9 Полюс выключателя маломасляного ВК-10-31,5/3150У2
Недостатки маломасляных выключателей: взрыво- и пожаро-опасность, хотя и значительно меньшая, чем у баковых выключателей; невозможность осуществления быстродействующего АПВ; необходимость периодического контроля, доливки, относительно частой замены масла в дугогасительных бачках; трудность установки встроенных трансформаторов тока; относительно малая отключающая способность.
Выключатели серии ВК более надежны и менее взрыво- и пожаро-опасны, чем выключатели серии ВМП.
Область применения маломасляных выключателей закрытые распределительные устройства электростанций и подстанций 6, 10, 20, 35 и 110 кВ, комплектные распределительные устройства 6, 10 и 35 кВ и открытые распределительные устройства 35, 110, 220 кВ.
В настоящее время масляные выключатели заменяются на вакууумные или элегазовые.