Масляные выключатели - Выключатели переменного тока высокого напряжения

Масляные выключатели
Масляные выключатели приблизительно до 1930 г. являлись единственным видом отключающего аппарата в сетях высокого напряжения.
На напряжения 35, 110 и 220 кВ применялись в основном баковые выключатели.
Маломасляные выключатели являлись основными для напряжения 10 кВ.

2.1. Масляные выключатели с большим объемом масла

Масляный выключатель типа У-110-2000-40 показан на рис. 2.1.
В стальном баке 1 на маслонаполненных вводах 2 расположены дугогасительные устройства (камеры) 3. Маслонаполненный ввод в виде проходного изолятора служит для проведения токоведущей цепи, находящейся под высоким напряжением, через металлическую стенку или другие преграды. Горячие ионизированные выхлопные газы, выходящие из камер, могут вызвать перекрытие с камер на бак. Для предотвращения этого явления имеется баковая изоляция 5 (рис.2.1).
Перемещение траверсы 4 происходит под действием штанги 6. движущейся по направляющим 7 под действием пружин механизма и пружин камер 10

Рис.2.1. Баковый масляный выключатель: Uном =110 кВ; 1= 2000 А; 1отк= 40 кА

На выключателе   установлены   магнитопроводы   8      со вторичными обмотками трансформаторов тока (в данном случае их четыре). Первичной обмоткой трансформаторов являются токоведущие стержни вводов 2. Для сохранения вязкости трансформаторного    масла при низких температурах предусмотрен электрический подогрев масла устройством 9.
Наибольшая мощность отключения баковых выключателей 25000 MB* А.
Обычно бак выключателя заполняется маслом примерно на 2/3 объема. При отключении газ, выбрасываемый из камеры, заставляет слои масла, лежащие над камерами, двигаться с большой скоростью вверх. Воздух может свободно выходить в атмосферу. После отключения масло, двигаясь по инерции, ударяет в крышку выключателя. Этот удар может быть столь сильным, что деформируются крепления бака к фундаменту, который должен быть рассчитан на эти нагрузки.
Для предотвращения взрыва бака в его крышке расположены аварийные выхлопные трубы с калиброванными мембранами, которые при избыточном давлении разрушаются и из выключателя выливается масло, благодаря чему давление в баке снижается до безопасных пределов /3/.
Выключатель подлежит установке на бетонном основании высотой 0,5-0,8 м над уровнем земли. Три полюса управляются общим электромагнитным или пневматическим приводом.
При ремонте выключателя необходимо слить масло. С этой целью предусматривают соответствующие трубопроводы и емкости. Для доступа к контактной системе в стенках баков предусмотрены лазы достаточного размера, плотно закрывающиеся крышками на болтах.
Их достоинством являлось наличие встроенных трансформаторов тока. В связи с усовершенствованием конструкций дугогасительных устройств опасность взрыва и пожара практически была исключена. Однако большой
объем масла затрудняет доступ к контактной системе и увеличивает время, необходимое для ремонта. Время отключения выключателя составляет 4 периода.
Достоинства масляных баковых выключателей:

1. Высокая надежность.
2. Простота конструкции камер и механизма.
3.  Высокая механическая прочность элементов (камер,   бака, механизма, вводов).

1. Использование трансформаторов тока.
2. Не требовался высококвалифицированный персонал для обслуживания.
3. Среда для гашения дуги масло - оно не являлось дефицитным.

Недостатки масляных баковых выключателей: 1. Большие габариты и масса.
2. Необходимость периодической очистки масла.
3.  Сложность и   трудоемкость   ремонта   и   ревизии   выключателей   с напряжением 110 кВ и выше.
4. Взрыво- и пожароопасность.

2.2. Масляные выключатели с малым объемом масла

В маломасляных выключателях масло является только газогенерирующим веществом. Для изоляции токоведущих частей используют фарфор, стеклопластик, текстолит и другие изоляционные материалы. Отечественные заводы выпускали маломасляные выключатели для номинальных напряжений от 6 до 220 кВ для внутренней и наружной установки. Они имеют малые размеры и массу по сравнению с баковыми выключателями. Например, в баковом выключателе на 10 кВ и номинальную мощность отключения 250 MB*А
А вес масла 250 кГ, в то время как в маломасляных выключателях на те же параметры вес масла составляет всего 10 кГ. Относительно небольшое количество масла облегчает уход и ремонт.
Меньшие габаритные размеры, а также худшие механические свойства материалов, применяемых для изготовления корпусов маломасляных выключателей, приводят к тому, что механическая прочность корпуса по отношению к давлениям, создаваемым при отключении предельных токов КЗ, у маломасляного выключателя ниже, чем у бакового. Это является основной причиной ограничения отключающей способности маломасляного выключателя. Второй причиной является трудность создания малогабаритного ДУ, обеспечивающего надежное гашение дуги всего диапазона отключаемых токов от малых до предельных.
В выключателях для номинальных напряжений до 35 кВ контактная система и дугогасительные устройства заключены в небольшие бачки, изолированные от заземленного основания фарфоровыми изоляторами. Бачки могут быть металлическими (в ранних конструкциях) или из стеклопластика.
Малообъемные масляные выключатели на напряжение до 20 кВ включительно имеют один или два разрыва в фазе. Каждый разрыв выключателя снабжается отдельным баком со встроенным дугогасительным устройством. Таким образом, выключатель с одним разрывом в фазе имеет три бака, а выключатель с двумя разрывами в фазе шесть баков (по две на фазу).
Эксплуатируемые в настоящее время маломасляные выключатели можно разделить на две группы. Первая, более многочисленная с установкой ДУ в нижней части полюса и движением контакта на включение сверху вниз. Вторая с движением подвижного контакта на включение снизу вверх и установкой ДУ в верхней части полюса. Выключатели второй группы более предпочтительны с точки зрения повышения отключаемого тока 121.
Средний срок службы выключателей до первого среднего ремонта, если до этого срока не исчерпан ресурс по коммутационной износостойкости, 8 лет.
Срок службы выключателя до списания составляет не менее 25 лет.
В настоящее время еще есть в эксплуатации маломасляные выключатели типов ВМУЭ-35, ВМТ-110, -220 кВ и КРУ (комплектные распределительные устройства) с выключателями типов ВМПЭ-10, ВК-10, ВКЭ-10, ВКЭ-Ю-М.
На рис.2.2 показан общий вид подвесного маломасляного выключателя серии ВМПЭ-10-1600-20УЗ (выключатель масляный подвесного типа со встроеннным электромагнитным приводом) на номинальное напряжение 10 кВ, номинальный ток до 1600 А, номинальный ток отключения 20 кА, относящийся к первой группе. Выключатель имеет две разновидности: одна -это выключатель с полюсом и рамой, унифицированный с ранее изготавливаемым выключателем типа ВМПП-10, и другая - это выключатель, отличный от первого рамой и полюсом и в целом имеющий незначительно меньшие габариты по высоте и глубине.
Номинальное напряжение выключателя 10 кВ, номинальный ток в зависимости от сечения токоведущего контура и контактов - от 630 до 1600 А, номинальный ток отключения 20 и 31,5 кА, время отключения включателя с приводом - не более 0,12 с. (6 периодов), время горения дуги при отключении номинальных токов - не более 0,02 с. Масса выключателя без масла 200 ± 10 кГ, масса масла 5,5 ± 0,5 кГ.
При работе выключателей в сетях переменного тока частотой 60 Гц номинальный ток отключения уменьшается на 20%.

Рис. 2.2. Маломасляный выключатель серии ВМПЭ-1

Выключатели рассчитаны на эксплуатацию при температуре окружающего воздуха в условиях умеренного климата от -25 до + 50° С. При наличии подогрева в КРУ допускается эксплуатация выключателей при температуре окружающего воздуха до минус 40° С /4/.

Оперативное включение выключателя происходит за счет энергии включающего электромагнита, а отключение - за счет энергии отключающих пружин и пружинного буфера, которые срабатывают при воздействии отключающего электромагнита или кнопки ручного отключения на защелку привода, удерживающую выключатель во включенном положении.
Выключатель состоит из рамы 1, к которой с помощью опорных изоляторов 3 крепятся полюсы выключателя 2. Полюсы с помощью изоляционных тяг 4 связываются с валом 5, общим для трех полюсов и установленным в раме выключателя. Включение выключателя осуществляется подачей напряжения на встроенный электромагнитный привод через контактор.
Со стороны привода рама закрыта металлической крышкой, в которой имеются окна для наблюдения за уровнем масла в полюсах и для указателя, который фиксирует включенное и отключенное положения выключателя.
Маломасляные выключатели с номинальным напряжением 110 и 220 кВ серии ВМТ.
Выключатель типа ВМТ-110-25/1250У1 с номинальным напряжением 110 кВ, номинальным током 1250 А и номинальным током отключения 25 кА состоит из стального основания, на котором установлены три фарфоровые колонны, рис.2.3. Нижняя часть каждой колонны 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.
Гашение дуги происходит в камере встречно-поперечного дутья. Чтобы обеспечить отключение емкостных токов, контакты размыкаются с большой скоростью. Высокие скорости включения и отключения выключателя обеспечиваются за счет снижения массы его подвижных частей. Воздушная

Рис. 2.3. Маломасляный выключатель серии ВМТ:
а)- на напряжение 110 кВ;
б)  - на напряжение 220 кВ
полость ДУ выключателя заполнена 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.
Выключатель снабжен пружинным приводом, время отключения составляет 3 периода. У выключателей предусмотрено устройство для подогрева масла в зимних условиях. С обычным трансформаторным маслом выключатели могут работать при температуре до -45° С, а с низкотемпературным маслом при температуре до -60° С.

Достоинства маломасляных выключателей по сравнению с баковыми:
1. Имеют меньшую массу и габаритные размеры.
2. ДУ всегда готово к работе независимо от наличия сжатого воздуха. 2. Осмотр и ремонт дугогасительных камер и контактов возможен без слива масла, что обеспечивает удобство эксплуатации.

Недостатки маломасляных выключателей по сравнению с баковыми:
1. Менее надежны в работе, чем баковые.

1. Ограниченное количество операций из-за быстрого загрязнения масла.
2. Номинальный ток отключения ниже, чем у баковых.
3. Не допускают установки встроенных трансформаторов тока.
4. Трудность осуществления подогрева масла.

Благодаря своим преимуществам маломасляные выключатели нашли широкое распространение в установках с напряжением 6-10 кВ.
При   напряжении   10-220   кВ   масляные   выключатели   вытесняются вакуумными и элегазовыми.