1.6. Масляные выключатели

Выключатель – основной коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока в сетях аварийных (при к.з.), нормальных (при нагрузке и без нее) и ненормальных (при перегрузке) режимах. Наиболее тяжелый режим работы для выключателя – отключение токов к.з.

К выключателям предъявляют следующие требования:

 надежное отключение токов при значениях от десятков ампер до номинального тока отключения;

 длительное выдерживание номинальных режимов по току и напряжению;

 устойчивость к термическому и динамическому воздействиям токов к. з.;

 эффективное и быстрое гашение электрической дуги, возникающей при размыкании контактов; малое время отключения; пригодность для автоматическою повторного включения;

 удобство при эксплуатации и не ревозках;

 взрыво- и пожаробезопасность.

Выключатели на напряжение 110 кВ и выше должны иметь пофазное управление. Основные конструктивные элементы выключателей – контактная система с дугогасительными устройствами, корпус, токоведущие части, изоляция и привод.

В электроустановках на напряжение выше 1 кВ, в том числе в системах электроснабжения сельских районов, применяют следующие выключатели: многообъемные (баковые), малообъемные (горшковые) и безмасляные.

Пo месту установки различают выключатели для внутренней и наружной установок, комплектных распределительных устройств.

М

асляные многообъемные (баковые) выключатели. Для выключателей на напряжение 10... 35 кВ для контактов обычно предусматривают один бак, на более высокие напряжения контакты каждой фазы помещают в свой бак. Выпускают выключатели в двух исполнениях: с разрывом дуги в масле без устройств дугогашения (рис. 9.21) и со специальными дугогасительными устройствами. Масло обеспечивает гашение дуги и изоляцию токоведущих частей (соседних фаз одна относительно другой, между фазами и заземленным баком, между контактами при их отключенном положении).

Бак, изолированный внутри электротехническим картоном, подвешен к литой чугунной крышке 3 с помощью болтов. Через нее проходят шесть фарфоровых изоляторов 4, на нижних концах токоведущих стержней которых закреплены неподвижные контакты 7 с металлокерамическими напайками. Под крышкой выключателя размещен приводной механизм с системой рычагов, обеспечивающих прямолинейное движение штанги 10, выполненной из изолирующего материала. Механизмы трех полюсов соединены тягами между собой и приводом управления выключателем. Подвижные контакты 8 находятся на траверсе, соединенной со штангой.

Во включенном положении траверса поднята и замыкает цепь между неподвижными и подвижными контактами. При этом отключающая пружина 5 сжата. Выключатель во включенном положении удерживается защелкой привода, с которым он связан валом 6. При автоматическом отключении или вручную освобождается защелка и под действием пружины траверса со скоростью 1,5... 2,7 м/с спускается вниз. Цепь разрывается в двух точках каждого полюса выключателя с образованием электрической дуги. От высокой температуры возникающих дуг масло 2 разлагается и испаряется с образованием вокруг контактов газомасляного пузыря, в состав которого входит до 70 % водорода. Давление внутри бака и пузыря повышается до 0,5... 1 МПа. При этом усиливается деионизационная способность газа. Дуга гаснет через 0,8... 0,1 с.

Масло наливается в бак выключателя не полностью. Под крышкой остается воздушная подушка, необходимая для смягчения удара в крышку выключателя при возникновении электрической дуги п повышении давления внутри бака. Если уровень масла будет слишком низок, то газы попадут под крышку чрезмерно нагретыми. Это может привести к взрыву смеси водорода с воздухом. Из-за отсутствия специальных дугогасительных устройств отключающая способность выключателей невелика. Их применяют в установках напряжением 6... 10 кВ. Используют выключатели ВМБ-10, ВМЭ-6, ВМЭ-10 и ВС-10. При эксплуатации их постепенно заменяют ма-ломасляными аппаратами.

Для наружных установок напряжением 35 кВ и выше применяют баковые выключатели со специальными дугогасительными устройствами. По принципу действия дугогасительные устройства делят на три вида: с автодутьем (высокое давление и значительная скорость движения газа в зоне дуги обеспечиваются за счет энергии, выделяющейся в дуге); принудительным масляным дутьем (масло нагнетается к месту разрыва с помощью специальных механизмов); магнитным гашением в масле (дуга под воздействием магнитного поля перемещается в узкие каналы и щели).

Наиболее простым и эффективным считают гашение дуги автодутьем. Устройство масляного бакового выключателя с гашением электрических дуг в специальных дугогасительных устройствах принципиально не отличается от рассмотренного ранее. Отличие заключается в том, что к нижней части штанги прикреплена дуго-гасительная камера, состоящая из двух корпусов, соединенных болтами. В камере помещен подвижный контакт в виде перемычки с закрепленными на ней в местах соприкосновения с неподвижными контактами металлокерамическими пластинами. При включении выключателя штанга 10 (см. рис. 9.21) вместе с камерой перемещается в верхнее положение. Подвижный контакт замыкает цепь между неподвижными контактами, а отключающие пружины 5 сжимаются. При размыкании контактов цепь разрывается в дугогасительной камере в двух точках. В камере загораются две последовательные дуги. Давление сильно возрастает. Создается поперечное дутье. Дуга перемещается в камеру, делится на ряд мелких дуг и в процессе деионизации гасится. При отключении малых токов создается также продольное дутье.

После гашения дуги продукты разложения масла выходят из камеры, охлаждаются, проходя через масло, и выбрасываются наружу через специальные газоотводы в крышках. Камера заполняется маслом, и выключатель готов к следующим коммутациям.

Преимущества баковых выключателей: простота конструкции, высокая отключающая способность, возможность наружной установки и наличие встроенных трансформаторов тока.

Недостатки этих выключателей: пожаро- и взрывоопасность; большой объем масла, что требует больших запасов и времени на его замену; непригодность для установки внутри помещений; необходимость контроля уровня масла в баке; большой расход металла; неудобство перевозки, монтажа и наладки из-за большой массы; невозможность выполнения быстродействующих АПВ.

В открытых распределительных устройствах на напряжение 35 кВ и выше такие выключатели применяют благодаря простоте конструкции. На трансформаторных подстанциях используют выключатели ВМ-35 и ВБ-35.

Малообъемные масляные выключатели. В отличие от многообъемных масляных выключателей у малообъемных разрыв цепи и дальнейшее гашение дуги происходят отдельно для каждой фазы в своем баке (горшке), выполненном из стали, фарфора, а для больших токов – из цветного металла. Масло используется только для гашения электрической дуги, а токоведущие элементы выключателя изолируют твердыми материалами, чаще всего фарфором.

Из-за малого объема масла выключатели взрыво- и пожаробезопасны. Их применяют без специальных взрывозащитных камер в закрытых распределительных устройствах и для внутренней установки. Дуга гасится за счет газомасляного дутья в специальных ду-гогасительных камерах, прикрепленных на неподвижных контактах розеточного типа.

Корпус полюса выключателя на напряжение 35 кВ изготовляют из фарфора, а на напряжение 10 кВ  из стали с немагнитным швом или цветного металла.

В распределительных устройствах на напряжение 10 кВ сельских трансформаторных подстанций напряжением 110... 35/10 кВ применяют выключатели ВПМ-10 (выключатель подвесной масляный, прежнее название ВМГ-10 – масляный, горшковый), ВМП-10 (подвесной) и ВМ-10 (прежняя марка ВММ-10  мало объемный). Металлический корпус прикреплен на фарфоровых изоляторах к общей раме для всех трех полюсов.

Рассмотрим конструкцию выключателя ВМП-10. На стальной сварной раме 3 (рис. 9.22) смонтировано три полюса выключателя. Вал выключателя 8, отключающая пружина и буфер 5 также размещены на сварной раме. Бачки (полюса) опираются на два опорных фарфоровых изолятора 2, прикрепленных к раме. Вал выключателя соединен с валами полюсов изоляционными тягами 4.

В нижней металлической части бачка 1 (рис. 9.23) размещен неподвижный розеточный контакт 2. Средняя часть бачка выполнена из стеклопластика с гасительным устройством (камерой) 3. Верхняя металлическая часть представляет собой подвижный контакт 11, направляющие 10, роликовые контакты 5 для токосъема, рычажную систему 8 для передачи движения подвижному контакту от вала 9. Маслоотделитель 6 находится вверху бачка. Крышка 7 с отверстием для выхода газов, образующихся при разложении масла, закрывает бачок сверху.

Гасительное устройство 3 состоит из изоляционных пластин с отверстиями, образующими поперечные щели (каналы). На разной высоте для выхода газов предусмотрены так называемые «масляные карманы». В бачке залито масло немного выше уровня дугогасительного устройства. Масса залитого масла 4,5 кг. Его уровень контролируют по маслоуказателю. Подвижный контактный стержень движется внутри цилиндра из стеклопластика.

П

Рис. 9.23.

ри включенном положении конец контактного стержня находится в розетке неподвижного контакта. При отключении привод выключателя освобождает отключающую пружину, под действием которой главный вал поворачивается, и через тяги и рычаги приводного устройства движение передается подвижному контактному стержню. Последний перемещается вверх, и в нижней части полюса возникает электрическая дуга, разлагающая масло. В самом начале движения контактный стержень закрывает поперечные каналы гасительной камеры, поэтому давление в ней сильно возрастает. Через некоторое время подвижный контактный стержень открывает первый поперечный канал, создается газовое дутье сквозь дуговой столб. Газы выбрасываются в верхнюю часть бачка.

По мере движения контактного стержня дуга растягивается, и одновременно с этим открываются второй и третий поперечные каналы. При переходе тока через нуль дуга гаснет, давление в газопаровом пузыре снижается и сжатый воздух, действуя подобно поршню, нагнетает масло в зону дуги. В результате она гаснет. В зависимости от значений отключаемых токов возможны различные ситуации. Если отключаются большие токи, то из-за сильного поперечного дутья дуга может погаснуть уже в нижней части камеры. При отключении меньших токов дуга в нижней части камеры может не погаснуть и гасится дутьем в масляных карманах. При гашении дуги (0,02... 0,025 с) газы выходят из полюса через отверстие в верхней крышке, а масло, конденсируясь, стекает вниз.

В комплектных распределительных устройствах (КРУ) более удобно обслуживать электрооборудование, размещенное на выкатных тележках, которое для осмотров, ревизий и ремонтов отъединяют от токоведущих частей и выкатывают на тележках в коридор для обслуживания.

В

ыключатель ВК-10 (колонковый) (рис. 9.24) в сборе представляет собой выкатной элемент ячейки КРУ. На основании выключателя расположены устройства для вкатывания и выкатывания, подъема шторочного механизма в КРУ и установки электромагнитных блок-замков, осуществляющих необходимые оперативные блокировки и переключения блок-контактов в КРУ. На каждом из трех полюсов установлены штыревые выводы с розеточными контактами для соединений первичной цепи при вкатывании выключателя в ячейку КРУ. Выключатель оснащен гасительной камерой для гашения дуги путем газомасляного дутья.

В выключателях ВК-10 верхняя часть подвижного контактного стержня и торцы ламелей розеточного контакта облицованы дугостойкой керамикой для увеличения срока его службы.

Масса масла 4, 5 кг, время гашения дуги 0,02... 0,025 с.

Выключатель ВМ-10 в отличие от выключателя ВМП-10 имеет встроенный пружинный привод, который включает и отключает выключатель в пяти циклах за счет энергии предварительно сжатой спиральной пружины без дополнительного ее подзавода.

Преимущества малообъемных выключателей по сравнению с многообъемными: небольшое количество масла, меньшая масса, более удобный доступ к контактам.

Недостатки таких выключателей: необходимость периодического контроля, доливки и замены масла в бачках, трудность установки встроенных трансформаторов тока, относительно малая отключающая способность.