12752

Получение знаний о высоковольтных выключателях

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Целью работы является получение знаний о высоковольтных выключателях. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ: Ознакомиться с назначением и типами высоковольтных выключателей характеризующими их параметрами и условиями выбора. Условия выбора выключателей: В о...

Русский

2013-05-03

496.9 KB

37 чел.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Целью работы является получение знаний о высоковольтных выключателях.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ:

Ознакомиться с назначением и типами высоковольтных выключателей, характеризующими их параметрами и условиями выбора.

Условия выбора выключателей: 

В общих сведениях о выключателях рассмотрены те параметры, которые характеризуют выключатели по ГОСТ 687-78Е. При выборе выключателей необходимо учесть 12 различных параметров, но, так как заводами-изготовителями гарантируется определенная зависимость параметров, например:       допустимо производить выбор выключателей по важнейшим параметрам:

по напряжению установки                                                                        по длительному току                  

по отключающей способности.

В первую очередь производится проверка  на симметричный ток отключения по условию :                                                                                              Затем проверяется возможность отключения апериодической составляющей тока КЗ :                                  где:

- номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключаемом токе для времени τ ; - нормированное значение содержания апериодической составляющей в отключаемом токе, % ; - апериодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения контактов τ ;τ – наименьшее время от начала КЗ до момента расхождения дугогасительных контактов :

τ = где:

= 0,01 с – минимальное время действия релейной защиты ; - собственное время отключения выключателя.

Если условие соблюдается, а   , то допускается проверку по отключающей способности производить по полному току КЗ :                

По включающей способности проверка производится по условию :        где:

- ударный ток КЗ в цепи выключателя; - начальное значение периодической составляющей тока КЗ в цепи выключателя ; - номинальный ток включения (действующее значение периодической составляющей); - наибольший пик тока включения (по каталогу).

На электродинамическую стойкость выключатель проверяется по предельным сквозным токам КЗ:

где

- наибольший пик (ток электродинамической стойкости) по каталогу; - действующее значение периодической составляющей предельного сквозного тока КЗ. Проверка по двум условиям производится по тем же соображениям, которые указаны выше.

На термическую стойкость выключатель проверяется по тепловому импульсу тока КЗ :

где

- тепловой импульс тока КЗ по расчету; - среднеквадратичное значение тока за время его протекания (ток термической стойкости) по каталогу; - длительность протекания тока термической стойкости по каталогу, с.

Виды выключателей:

  1.  Вакуумный выключатель.

Основные части и узлы:

В отличие от большинства существующих выключателей, в основу устройства BB/TEL заложен принцип раздельного управления контактами вакуумных дугогасительных камер фаз аппарата. Данный принцип позволил существенно уменьшить количество движущихся частей привода.
Вакуумные дугогасительные камеры установлены внутри полых опорных изоляторов, закреплённых на общем основании Подвижные контакты дугогасительных камер жестко соединены со своими приводами посредством изоляционных тяг, которые также располагаются внутри опорных изоляторов. Таким образом, все элементы конструкции полюса имеют общую ось симметрии, вдоль которой совершают возвратно-поступательное движение детали механизма. Это позволяет существенно упростить кинематическую схему BB/TEL, отказаться от применения нагруженных шарнирных и рычажных звеньев, что, в свою очередь, делает возможным создание коммутационного аппарата с высоким 
механическим ресурсом, не требующего обслуживания и регулировки в течение всего срока службы. 
Приводы фаз располагаются внутри основания выключателя. Они механически соединены между собой посредством общего вала, который выполняет следующие функции:

  1.  обеспечивает синхронизацию фаз, предохраняя от неполнофазных режимов работы;
  2.  приводит в действие вспомогательные контакты выключателя;
  3.  обеспечивает механическую блокировку работы РУ, в котором установлен BB/TEL;
  4.  управляет визуальными индикаторами положения BB/TEL.

На рис. 4.1, 4.2 представлен пример конструкции выключателя с номинальным током 1000 А. Конструкция выключателя с номинальным током 1600 А аналогична, но имеет отличия в части устройства элементов главной токоведущей цепи с целью обеспечения большей пропускной способности.



Электромагнитный привод с магнитной защёлкой:

Электромагнитный привод может находиться в двух устойчивых положениях – ОТКЛЮЧЕНО и ВКЛЮЧЕНО. Фиксация якоря в этих положениях производится без применения механических защёлок, и обеспечивается:

  1.  силой упругости отключающей пружины в положении ОТКЛЮЧЕНО;
  2.  силой, создаваемой остаточным магнитным потоком кольцевого постоянного магнита, в положении ВКЛЮЧЕНО.

Операция включения и отключения производится путём подачи управляющих импульсов напряжения разной полярности на однообмоточную катушку электромагнитного привода.

Вакуумные дугогасительные камеры:

 


В момент размыкания контактов в вакуумном промежутке коммутируемый ток инициирует возникновение электрического разряда, называемого «вакуумная дуга». Существование «вакуумной дуги» поддерживается за счёт металла, испаряющегося с поверхности контактов в вакуумный промежуток. Плазма, образованная ионизированными парами металла, является проводником тока и поддерживает его протекание между контактами до момента перехода через ноль. В этот момент дуга гаснет, а оставшиеся пары металла мгновенно (за 7-10 микросекунд) конденсируются на поверхности контактов и других деталей дугогасительной камеры, восстанавливая электропрочность вакуумного промежутка. В это же время на разведенных контактах восстанавливается приложенное к ним напряжение. Если при восстановлении напряжения на поверхности контакта (как правило, анода) остаются перегретые участки, они могут служить источником эмиссии заряженных частиц, вызывающих пробой вакуумного промежутка, с последующим протеканием тока через него. Для избежания подобных отказов необходимо управлять вакуумной дугой, равномерно распределяя тепловой поток по всей поверхности контактов. Наиболее эффективным способом управления дугой является наложение на неё продольного (сонаправленного с направлением тока) магнитного поля, которое индуцируется самим током. Данный способ применён в вакуумных дугогасительных камерах, которые разработаны и производятся предприятием «Таврида Электрик».

Эта конструкция имеет явные преимущества:

  1.  высокая отключающая способность;
  2.  минимальные габариты и вес;
  3.  малая величина тока среза (4-5 ампер), ограничивающая коммутационные перенапряжения до безопасных величин;
  4.  продольное магнитное поле минимизирует коммутационный износ контактов (эрозию) и обеспечивает значительный коммутационный ресурс.
  5.  Масляные выключатели малообъемные

Газогенерирующая способность трансформаторного масла весьма велика: 1 г масла выделяет 1400 – 1500 см3 газа. Поэтому для гашения дуги требуется масла во много раз меньше того количества, которое заливается в баки многообъемных масляных выключателей, где определяющим является условие обеспечения необходимой изоляции аппарата. Малообъемные масляные включатели и являются теми выключателями, в которых масло используется только как среда для гашения дуги, а функции изоляции переданы твердым диэлектрикам и воздуху.

Малообъемные масляные выключатели на напряжении до 35 кВ включительно в одним или двумя разрывами цепи на фазу, а выключатели на 110 кВ и выше – с двумя и большим числом разрывов. Каждый разрыв помещают в отдельном  небольшом баке (горшке), выполненном из котельной стали или изоляционного материала высокой механической и электрической прочности. В баке размещено дугогасительное устройство, выполненное, как правило, на принципе поперечного дутья.

Вследствие небольшого объема масла оно быстро загрязняется (после нескольких отключений) и поэтому не может использоваться в качестве диэлектрика. Поэтому в отключенном положении выключателя конец подвижного контакта должен находиться выше уровня масла в баке, так чтобы образовавшийся воздушный промежуток обеспечивал необходимую электрическую прочность разрыва.

Бак, выполненный из изоляционного материала (выключатель типа ВМП), избавляет масло от функций основной изоляции (изоляции токоведущих частей от заземленного бака в многообъемных масляных выключателях).

В выключателях малообъемных с металлическими баками эту же задачу выполняют путем электрического соединения одного из контактов с баком. В результате бак оказывается под напряжением и поэтому его изолируют от несущей рамы с помощью фарфоровых изоляторов. Кроме того, присоединение одного ввода к баку исключает необходимость применения проходного изолятора.

Малый объем масла в баке заставляет принимать специальные меры для предотвращения уноса масла с газами – продуктами разложения масла при гашении дуги. Для этой цели в конструкции выключателя предусмотрены маслоотделители.

На рисунках показан внешний вид и поперечный разрез бака одной фазы выключателя с одним разрывом цепи на фазу типа ВМГ-133:

В – выключатель;

М – масляный;

Г – горшковый.

Цилиндрические стальные баки 5 всех фаз укреплены с помощью опорных фарфоровых изоляторов на общей раме. При одном разрыве на фазу выключатель имеет одну фазу контактов. Неподвижный розеточный контакт 9 укреплен непосредственно на дне бака, к которому присоединяется шина нижнего ввода.

Подвижный контакт, выполненный в виде стержня 1, изолирован от бака с помощью проходного фарфорового изолятора 2, а от заземленной рамы – посредством фарфоровой серьги. Верхний неподвижный ввод соединяют с неподвижным стержнем токоведущей гибкой связью.

В средней части бака с помощью распорных бакелитовых цилиндров 4 закреплена дугогасительная камера 6 с тремя поперечными щелями. К передней части цилиндра приварен дополнительный резервуар 11, который сообщается с баком через обратный клапан 10. В верхней части резервуара расположен маслоотделитель 15.

При отключении подвижный контакт движется вверх, выходит из неподвижного контакта, и между ними возникает дуга. Давление в нижней части камеры быстро нарастает. Обратный клапан перекрывает отверстие между цилиндром и резервуаром. Продолжая двигаться вверх, стержень открывает по очереди поперечные щели. Дуга, подвергается воздействию поперечного дутья, быстро гаснет. Газообразные продукты разложения масла удаляются через щели 14, проходя предварительно через лабиринтный маслоотделитель 15. Масло, удержанное в маслоотделителе, стекает в резервуар. После выравнивания давления в баке и резервуаре обратный клапан открывается, превращая их снова в сообщающиеся сосуды.


Продольный разрез бака одной фазы выключателя ВМГ-133:

1 – контактный стержень

2 – проходной изолятор

3 – бакелитовая трубка

4 – бакелитовый цилиндр

5 – бак

6 – дугогасительная камера

7 – цилиндр

8 – пробка

9 – розеточный неподвижный контакт

10 – клапан

11 – дополнительный резервуар

12 – стальная камера

13, 14 – отверстия

15 – лабиринтный маслоотделитель

16 – пробка

17 – отверстие

Электрические характеристики выключателя ВМГ-133:

Uном = 10 кВ

Uмакс = 12 кВ

Iотк = 20 кА

Iвкл = 20 кА

tс.в. = 0,12 с

tо.в. = 0,14 с

Iном = 630, 1000 А

iвкл.max = 52 кА

iдин.max = 52 кА

Iтер = 20 кА (при tтер = 4 сек)

tв = 0,3 с

Минимальная безтоковая пауза
при АПВ – 0,5 сек

Вес выключателя без масла:

  1.  на 630 А – 140 кг
  2.  на 1000 А – 145 кг

Вес масла – 4,5 кг

  1.  Выключатели нагрузки.

       Стоимость выключателей с приводами довольно велика. С учетом необходимых для управления выключателем трансформаторов тока и устройств релейной защиты стоимость современного распределительного устройства получается очень высокой.

Если длительный ток установки невелик (400—600 А при напряжении 10 кВ), вместо выключателя с релейной защитой целесообразно использовать выключатель нагрузки и предохранители.

Выключатель нагрузки имеет ДУ небольшой мощности для отключения номинальных токов. В случае КЗ используется высоковольтный предохранитель. В выключателях нагрузки для гашения дуги применяются камеры с автогазовым, электромагнитным, элегазовым дутьем и вакуумными элементами.

В камерах с автогазовым дутьем гашение дуги осуществляется газами, которые выделяются под действием высокой температуры дуги стенками из газогенерирующего материала (органического стекла, винипласта и др.). Общий вид автогазового выключателя нагрузки типа ВН-16 на номинальное напряжение 10 кВ и отключаемый ток 200 А показан на рис. 18.31. Все три полюса размещаются на сварной раме. На нижнем опорном изоляторе полюса расположены вывод полюса и шарнир подвижного контакта 1. На верхнем изоляторе укреплены неподвижный главный контакт 2, дугогасительная камера 5 и второй вывод полюса. Подвижный главный контакт  выполнен из двух стальных пластин. В середине укреплен дугогасительный контакт 4 в виде изогнутой тонкой медной шины. Подвижные контакты приводятся в движение валом выключателя 3, который соединен с контактами фарфоровой тягой. Отключение выключателя происходит под действием пружин 6, которые заводятся при включении. В дугогасительной камере (рис. 18.31,6) расположен неподвижный дугогасительный контакт точечного типа 7, соединенный с главным неподвижным контактом 2. Корпус камеры выполнен из пластмассы и состоит из двух половин, стянутых винтами. Внутри корпуса размещены два вкладыша 5 из газогенерирующего материала — органического стекла.

Управление выключателем осуществляется ручным рычажным приводом со встроенным электромагнитом для дистанционного отключения. Если необходимо дистанционное включение, то может быть использован дополнительный электромагнитный привод.

Во включенном положении выключателя ток проходит через контур главных и дугогасительных контактов. Во время отключения сначала размыкаются главные

контакты и весь ток перебрасывается в цепь дугогасительных контактов. После расхождения дугогасительных контактов между вкладышами 8 загорается дуга. Малая толщина подвижного дугогасительного контакта 4 и узкая щель, в которой он перемещается, обеспечивают хороший контакт дуги со стенками вкладышей. Благодаря высокой температуре дуги вкладыши интенсивно выделяют газ, который стремится выйти из камеры через зазор между подвижным контактом и вкладышами. При этом возникает продольный обдув дуги, в результате чего она гаснет. Зона выброса газов из камеры 200—500 мм. Контакт 4 выходит из камеры тогда, когда дуга погаснет. В отключенном положении дугогасительный контакт отходит от камеры на расстояние, обеспечивающее достаточную электрическую прочность для данного класса напряжения. Последовательно с выключателем нагрузки включаются мощные предохранители типа ПК, которые защищают установку от КЗ.

Выключатель может снабжаться дополнительным устройством, которое автоматически отключает его после срабатывания предохранители.

  1.  Элегазовые выключатели.

Свойства элегаза:

Дальнейшее повышение номинального напряжения и номинального тока в воздушных выключателях наталкивается на большие трудности (давление воздуха в ДУ достигает 4 МПа, что требует больших затрат на создание механически прочной и работоспособной конструкции выключателя). Решение задачи может быть получено путем использования вместо воздуха газа, который обладал бы более высокой электрической прочностью и отключающей способностью. Таким газом является шестифтористая сера SF6 — элегаз (электротехнический газ) [6]. По сравнению с воздухом этот газ обладает следующими преимуществами:
1. Электрическая прочность в 2,5 раза выше, чем у воздуха. При давлении 0,2 МПа электрическая прочность элегаза приближается к прочности трансформаторного масла.
2. Высокая удельная объемная теплоемкость (почти в 4 раза выше, чем у воздуха) позволяет увеличить нагрузку токоведущих частей и уменьшить массу меди в выключателе.
3. Номинальный ток отключения камеры продольного дутья с элегазом в 5 раз выше, чем с воздухом.
4. Малая напряженность электрического поля в столбе дуги. Благодаря этому резко сокращается износ контактов, уменьшается эффект термодинамической закупорки сопла. Это позволяет увеличить расстояние между контактами, повысить напряжение на каждом контактном промежутке и допустимую скорость восстановления напряжения.
За рубежом опубликованы данные по одноразрывному выключателю на номинальное напряжение 750 кВ.
5. Элегаз является инертным газом, не вступающим в реакцию с кислородом и водородом, слабо разлагается дугой. Элегаз нетоксичен, хотя некоторые продукты разложения опасны.
Недостатком элегаза является высокая температура сжижения. Так, например, при давлении 1,31 МПа переход элегаза из газообразного состояния в жидкое происходит при температуре 0°С. Это заставляет использовать его либо с подогревающим устройством, либо при низком давлении. При давлении 0,35 МПа температура сжижения равна — 40°С. Для электрических аппаратов применяется газ с высокой степенью очистки от примесей, что усложняет и удорожает его получение.

Конструкция элегазовых выключателей

Дугогасящая способность элегаза наиболее эффективна при большой скорости его струи относительно горящей дуги. Возможны следующие исполнения ДУ с элегазом:
1) с автопневматическим дутьем. Необходимый для дутья перепад давления создается за счет энергии привода;
2) с охлаждением дуги элегазом при ее движении, вызванном взаимодействием тока с магнитным полем.
3) с гашением дуги за счет перетекания газа из резервуара с высоким давлением в резервуар с низким давлением (выключатели с двойным давлением).
В настоящее время широко применяется первый способ. Дугогасительное устройство с автопневматическим принудительным дутьем показано на рис. 22. Оно располагается в герметичном баке с давлением элегаза 0,2— 0,28 МПа. При этом удается получить необходимую электрическую прочность внутренней изоляции. При отключении дуга возникает между неподвижным 1 и подвижным 2 контактами. Вместе с подвижным контактом 2 при отключении перемещаются сопло 3 из фторопласта, перегородка 5 и цилиндр 6. Так как поршень 4 при этом неподвижен, элегаз сжимается и его поток, проходя через сопло, продольно омывает дугу и обеспечивает ее эффективное гашение.

 


Схема дугогасительного устройства элегазового выключателя с автопневматическим дутьем

Дугогасительная камера элегазового выключателя

Для КРУ разработан элегазовый выключатель с номинальным напряжением 110 и 220 кВ, номинальным током 2 кА и номинальным током отключения 40 кА. Время отключения 0,065, время включения 0,08 с, номинальное давление элегаза 0,55 МПа, привод пневматический с давлением воздуха 2 МПа.
Камера ДУ элегазового выключателя на 220 кВ с двумя разрывами на полюс показана на рис. При включении выключателя цилиндр 1 вместе со связанными с ним главным 2 и дугогасительным 3 контактами перемещается вправо. При этом труба 2 входит в розетку 5, а розетка 3 соединяется с контактом 4. Сопло из фторопласта 6 также перемещается вправо и надвигается на полый трубчатый контакт 4. В полость А засасывается элегаз, а из полости Б элегаз вытесняется.

При отключении   цилиндр 1 и труба 7 перемещаются влево. Сначала расходятся главные контакты (2, 5), потом дугогасительные (3, 4). В момент размыкания контактов 3 и 4 возникает дуга, которая подвергается обдуву газом. Поршень 10 остается неподвижным. В области А образуется сжатый газ, а в области Б— разреженный. В результате газ перетекает из области А через полый контакт 7 в область Б через отверстия 8 и 9 под действием разности давлений рл—(—Рб). Большой перепад давлений позволяет получить необходимую (критическую) скорость обдува дуги. При тяжелых условиях отключения (неудаленное КЗ) дуга гасится также за счет ее охлаждения в сопле 6 после выхода его с контакта 4.

Устройство элегазового выключателя на напряжение 220 кВ

На рис.  представлено принципиальное устройство элегазового выключателя для КРУЭ-220 на напряжение 220 кВ. Неподвижный контакт выключателя 1 прикреплен к баку выключателя на литом изоляторе 2. Выключатель имеет два ДУ 3 и 4, соединенных последовательно через корпус 11. Равномерное распределение напряжения по ДУ обеспечивается керамическими конденсаторами 6. Для устранения коронирования ДУ закрыты экранами 5. Цилиндры 3 и 4 приводятся в движение изоляционной штангой 8 Через рычажный механизм 7. Включение и отключение выключателя производится пневматическим приводом. Выключатель заполнен элегазом при давлении 0,55 МПа. Неподвижные контакты выключателя 1 выведены из бака через проходной герметизированный изолятор 9 и 10 элегаз— элегаз, что означает переход из полости выключателя, наполненной элегазом, в полость комплектного распределительного устройства, также заполненную элегазом ПРУЭ). Здесь 9 — изоляционная перегородка, 10—разъемный контакт розеточного типа. Такой изолятор позволяет сохранить в выключателе элегаз при отсоединении его от КРУЭ.
Описанный элегазовый выключатель имеет высокие технические показатели и допускает 20-кратное отключение тока КЗ предельного значения 40 кА без ревизий. Утечка элегаза из бака не превышает 1 % в год. Срок службы выключателя до капитального ремонта составляет 10 лет. Разработаны ДУ с номинальным напряжением 220 кВ на один разрыв и током отключения 40 кА при высокой скорости восстановления напряжения. Опытные образцы элегазовых выключателей допускают ток отключения до 100 кА при напряжении на разрыве 245 кВ и ток 40 к А при напряжении на разрыве до 362 кВ. Элегазовые выключатели наиболее перспективны для напряжений выше 35 кВ и могут быть созданы на напряжение 800 кВ и выше.

Основные требования к выключателям высокого напряжения:

  1.  надежное отключение любых токов (от десятков ампер до номинально - отключения);
  2.  быстрота действия, т. е. наименьшее время отключения;
  3.  пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения, т. е. быстрое включение выключателя сразу же после отключения;
  4.  возможность пофазного (пополюсного) управления для выключателей;
  5.  легкость ревизии и осмотра контактов;
  6.  взрыво- и пожаробезопасность;
  7.  удобство транспортировки и эксплуатации.

Кроме общих требований, которым должны удовлетворять все электрические аппараты, выключатели должны обладать достаточной отключающей способностью и возможно меньшим временем отключения. Последнее особенно важно в районных сетях напряжением выше 110 В и выше в целях сохранения устойчивости параллельной работы станций при авариях. Полное время отключения современных быстродействующих выключателей не превышает 0,03 – 0,08 сек.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

55400. Пишаюся своєю професією 167 KB
  Метою даної методичної розробки є удосконалення досвіду проведення поззаудиторних заходів. На сучасному етапі перед професійною освітою багато завдань, але найголовніше – виховувати гідних громадян...
55401. ВИБІР ПРОФЕСІЙНОЇ КАР’ЄРИ БУХГАЛТЕРА 5.35 MB
  Ідеї проектів належали викладачам, але студентам було запропоновано розповісти про своє бачення розв’язання проблеми або висунути ідею для нового проекту. Для того, щоб досягти реалізації проекту, важливо створити дружню атмосферу, заохотити студентів до спілкування англійською мовою під час обговорення і здійснення проекту.
55402. What are you? Professions 52 KB
  We must all work together to create a better place. A. Barry Explain the expression. (Pupils try to say their opinion, e.g. everyone has to work hard on our lesson, we have to study good to build our future...) Well, we use this idiom in our lesson: we’ll work hard together today and that’s why it will be one more step to understand what you would like to be in future.
55403. MY FUTURE PROFESSION 7.13 MB
  All professions are important, All professions are necessary. Do you want to choose any profession? What will you be? What will your friend be?
55404. My future profession 97 KB
  I offer you to do an exercise from the theory of solving research tasks (TSRT-pedagogics) called “the tree of assosiations”. You have an algoritm of doing this exercise. Let us start. Write the starting word “profession”.What assosiations do you have with the word “profession”? Write in column as many words as you can and do it very quickly.
55405. PROFESSIONS 122.5 KB
  Nick is a little boy from Oxford. He is 6. He is a pupil. His family is big. His mother`s name is Helen. She is 43. She is a teacher and works at school. His mother teaches children. His father`s name is Bill. He is 44 and he is a businessman. He works at the office. He works with papers. His brother Sam is 22.
55406. The Professions We Choose 114 KB
  It is not who you are, but what you do. These words are closely connected with your topic The Professions we choose. There is great variety of professions. Some of them may seem to be interesting to you, some of them boring.
55407. Буду професіоналом 35.5 KB
  Кожного дня ми, педагоги, маємо змогу працювати з самими ніжними, довірливими, беззахисними, тендітними маленькими особистостями, за розвиток, виховання та навчання яких ми відповідаємо перед батьками, перед державою та насамперед перед самими собою.
55408. Профільна освіта – вимога часу 112 KB
  Допрофільна підготовка це система педагогічної психологічної інформаційної організаційної діяльності яка сприяє самовизначенню учнів старших класів основної школи щодо обраних ними профілюючих напрямків майбутнього навчання та широкої сфери подальшої професійної діяльності.