Учебное пособие для студентов направления 551700, специальностей 100400, 100500, 100700 Саратов 2005 удк 621. 316. 542 icon

Учебное пособие для студентов направления 551700, специальностей 100400, 100500, 100700 Саратов 2005 удк 621. 316. 542


НазваниеУчебное пособие для студентов направления 551700, специальностей 100400, 100500, 100700 Саратов 2005 удк 621. 316. 542
страница1/9
Размер0.5 Mb.
ТипУчебное пособие
  1   2   3   4   5   6   7   8   9

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет


И.И.Артюхов, В.Д.Куликов, В.В.Тютьманова


ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ


Учебное пособие

для студентов направления 551700,

специальностей 100400, 100500, 100700





Саратов 2005

УДК 621.316.542

ББК 31.277.1

А86


Рецензенты:

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

Камышинского технологического института (филиала)

Волгоградского государственного технического университета

Доктор технических наук, профессор

Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И.Вавилова

Г.П.Ерошенко


Одобрено

редакционно-издательским советом

Саратовского государственного технического университета


^ Артюхов И.И.

А86 Электрооборудование электрических станций и подстанций:

учеб. пособие / И.И.Артюхов, В.Д.Куликов, В.В.Тютьманова.

Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2005. 136 с.

ISBN 5-7433-1571-Х


Приведены основные сведения о высоковольтных выключателях, разъединителях, отделителях, короткозамыкателях, измерительных трансформаторах тока и напряжения, приводах для управления высоковольтными коммутационными аппаратами, комплектных распределительных устройствах. При написании пособия использованы материалы, опубликованные в учебной и справочной литературе, а также каталоги и рекламно-информационные документы предприятий-изготовителей электрооборудования.

Предназначается для студентов всех форм обучения направления 551700 «Электроэнергетика», специальностей 100400 «Электроснабжение», 100500 «Тепловые электрические станции» и 100700 «Промышленная теплоэнергетика». Может быть полезным специалистам предприятий электроэнергетической отрасли в процессе обучения в центрах повышения квалификации.


УДК 621.316.542

ББК 31.277.1


© Саратовский государственный

технический университет, 2005

ISBN 5-7433-1571-Х © Артюхов И.И., Куликов В.Д.,

Тютьманова В.В., 2005


Введение


Для обеспечения надежной работы электрических станций и подстанций отечественной электротехнической промышленностью осваивается производство новых видов электрических аппаратов, в том числе различные виды высоковольтных выключателей, разъединителей, измерительных трансформаторов тока и напряжения, а также комплектных распределительных устройств.

Высоковольтный выключатель является основным коммутационным аппаратом, от работы которого в основном зависят бесперебойность и надежность электроснабжения потребителей. Тенденция развития электротехнического оборудования в России и за рубежом такова, что в последнее время многообъемные и малообъемные масляные выключатели на напряжение 6-35 кВ широко заменяются на вакуумные и элегазовые выключатели. Создание и производство новых конструкций вакуумных и элегазовых выключателей привели в свою очередь к модернизации используемых комплектных распределительных устройств и созданию новых конструкций комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией.

В учебном пособии материал сгруппирован по семи темам, при этом в краткой форме приведено описание сложных физических явлений, происходящих при гашении электрической дуги в различных конструкциях дугогасительных камер высоковольтных выключателей; даны основные технические характеристики, описание конструкций, иллюстрации и схемы высоковольтных выключателей (вакуумных, малообъемных масляных и элегазовых); представлены сведения о разъединителях, отделителях, короткозамыкателях, приводов для управления коммутационными аппаратами; приведено описание конструкций, основных технических характеристик и схем измерительных трансформаторов тока и напряжения, а также представлены сведения о применяемых и изготовляемых конструкциях комплектных распределительных устройств.

При написании учебного пособия была использована учебная и справочная литература [1-10], а также каталоги, рекламные материалы технических выставок, технические описания и инструкции по эксплуатации электрооборудования организаций разработчиков и изготовителей высоковольтных коммутационных и измерительных аппаратов, таких как концерн «Таврида Электрик», ФГУП «НПП «Контакт» (г. Саратов), ОАО «Уралэлектротяжмаш» (г. Екатеринбург), ОАО «Элко» (г. Минусинск), ОАО «Самарский завод «Электрощит» (г. Самара), ОАО «Энергомеханический завод» (г. Санкт-Петербург), ОАО «АББ Реле-Чебоксары» (г. Чебоксары), ОАО «Энеко» (г. Минусинск), ОАО «Нижнетуринский электроаппаратный завод» (г. Нижняя Тура), ОАО «Уфимский завод «Электроаппарат» (г. Уфа), ОАО «Самарский трансформатор» (г. Самара), ЗАО «ВЗВА» (г. Великие Луки), ОАО «Свердловский завод трансформаторов тока» (г. Екатеринбург), фирма Merlin Gerin (Франция), фирма АВВ (Швеция) и других.


Тема № 1


^ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ВАКУУМНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ


ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ


Выключатель высокого напряжения – это аппарат, предназначенный для оперативной и аварийной коммутации в энергосистемах, для выполнения операции включения и отключения отдельных цепей при ручном и автоматическом управлении.

Отключение тока выключателем сопровождается возникновением на его контактах мощной электрической дуги. Для гашения дуги в выключателях применяют различные дугогасительные среды и специальные дугогасительные приспособления, которые облегчают и ускоряют гашение дуги.

В зависимости от применяющейся дугогасительной среды различают масляные, воздушные, автогазовые, элегазовые, вакуумные и другие выключатели.

В среднем классе напряжения 6-35 кВ вакуумные выключатели находят все возрастающее применение в силу их принципиальных преимуществ перед всеми другими известными типами выключателей. Для эксплуатации удобно и экономически выгодно иметь на подстанции одно­типные коммутационные аппараты, так как это снижает эксплуатационные расходы и квалифика­ционные требования к обслуживающему персоналу.

Вакуумные выключатели – это выключатели, в которых контакты расходятся в среде 10-4 – 10-6 Па. Возникающая при этом дуга быстро гаснет за счет интенсивной диффузии зарядов в вакууме.

В настоящее время вакуумные выключатели (ВВ) стали доминирующими аппаратами для электрических сетей напряжением 6-36 кВ. Так, доля вакуумных выключателей в общем количестве выпускаемых аппаратов в Европе и США достигает 70%, в Японии – 100%. В России в последние годы эта доля имеет постоянную тенденцию к росту и в 1997 г. превысила 50%-ную отметку.

ВВ в России пока еще более дорогие, чем масляные, однако в последние годы имеется устойчивая тенденция к сокращению разницы в цене.

Сегодня вакуумную коммутационную технику можно считать достаточно «взрослой», которая может применяться на токи отключения 100 кА, так что в последние годы усилия разработчиков направлены не на повышение основных параметров ВВ, а на создание более экономичных конструкций и повышение их надежности.

По первому направлению работа идет, в основном, по пути совершенствования конструкции и технологии производства вакуумных дугогасительных камер, составляющих 30-40% стоимости вакуумного выключателя. В области приводов традиционного типа (преимущественно пружинно-моторных) возможности разработки с точки зрения снижения производственных затрат практически исчерпаны.

Второе направление – повышение надежности ВВ, в основном связано с повышением надежности их приводов, так как надежность вакуумных дугогасительных камер (ВДК) при современной технологии производства практически безупречна.

В 90-х годах ряд фирм представил конструкции приводов, не требующих обслуживания в течение всего срока эксплуатации.

Вместе с тем, очевидно, что при сохранении традиционных подходов к проектированию ВВ существенного прогресса в области снижения производственных затрат (которые, разумеется, влияют и на цену ВВ на рынке) и повышения надежности приводов ожидать не приходится.


^ Преимущества вакуумных выключателей


1. Отсутствие необходимости в замене и пополнении дугогасящей среды, компрессорных установок и масляного хозяйства.

2. Высокая износостойкость при коммутации номинальных токов и токов короткого замыкания (КЗ).

3. Минимум обслуживания, снижение эксплуатационных за­трат (почти в два раза по сравнению с существующими). Срок службы 25 лет.

4. Быстрое восстановление электрической прочности (10-50)-103 В/мкс.

5. Полная взрыво- и пожаробезопасность.

6. Надежная работа в случае, когда в процессе отключения малого тока в цепи возникает ток КЗ (дугогасительные устрой­ства масляных выключателей обычно разрываются).

7. Широкий диапазон температур окружающей среды (от -70 до +200°С), в котором возможна работа ВДК.

8. Повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам.

9. Произвольное рабочее положение вакуумного дугогасительного устройства.

10. Бесшумность, чистота, удобство обслуживания, обуслов­ленные малым выделением энергии в дуге и отсутствием внеш­них эффектов при отключении токов КЗ.

11. Отсутствие загрязнения окружающей среды.

12. Сравнительно малые массы и габаритные размеры и не­большие динамические нагрузки на конструкцию и фундамент.

13. Высокое быстродействие.

14. Возможность организации высокоавтоматизированного производства.


Недостатки вакуумных выключателей


1. Трудности разработки и изготовления, связанные с созда­нием специальных контактных материалов, сложностью ваку­умного производства, склонностью материалов контактов к сварке в условиях вакуума.

2. Большие капитальные вложения, необходимые для наладки массового производства.

При массовом производстве стоимость вакуумных выключа­телей всего на 5-15% больше стоимости маломасляных и мень­ше стоимости электромагнитных. Большая экономия при экс­плуатации делает эти выключатели высокоэффективными, что обусловливает их все более широкое распространение.


^ Принцип дугогашения


В момент времени t1 (рис. 1.1) начинается расхождение контак­тов ВДК и в межконтактном промежутке зажигается электрическая дуга. Падение напряже­ния на дуге чрезвычайно мало и обычно не превышает 30 В. В момент t2 перехода тока через естественный ноль межконтакт­ный промежуток заполнен ионизированными парами металла, образовавшимися в течение горения дуги t1 - t2. Однако, в силу отсутствия среды, препятствующей разделу этих паров, их уход из промежутка осуществляется за чрезвычайно малое время -10-5 с, после чего вакуумный выключатель готов выдержать восстанавливающее напряжение. Поскольку электрическая прочность вакуумного промежутка чрезвычайно высока (30 кВ/мм), отключение гарантированно происходит при зазорах более 1 мм.




Рис. 1.1. Осциллограммы отключения переменного тока в вакууме:

i - отключаемый ток; n - концентрация ионизированных паров металла

в меж­контактном промежутке; U - напряжение на промежутке; Uв - восстанавли­вающее напряжение; t0 - момент подачи команды на отключение; х - ход кон­тактов;

Ua - напряжение на дуге


Для прогресса конструкций вакуумных выключателей необходимо искать новые технологические и конструктивные возможности. Одна из таких возможностей – вакуумный выключатель с магнитной защелкой, запатентованной фирмой «Таврида Электрик» в 1994 г. (патент РФ на изобретение № 2020631).


^ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИНЦИП РАБОТЫ И КОНСТРУКЦИЯ

ВАКУУМНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ


Вакуумная дугогасительная камера КДВ-10-1600-20 показана на рис. 1.2. Рабочие контакты 1 имеют вид полых усеченных конусов с радиальными прорезями. Такая форма контактов при размыкании создает радиальное электродинамическое усилие, действующее на возникшую дугу и заставляющее перемещаться ее через зазоры 3 на дугогасительные кон­такты 2. Контакты представляют собой диски, разрезанные спиральными прорезями на три сектора, по которым движется дуга. Материал контактов подобран так, чтобы уменьшить количество испаряющегося металла. Вследствие глубокого вакуума (10-4 – 10-6 Па) происходит быстрая диффузия заряженных частиц в окружающее пространство и при первом переходе тока через нуль дуга гаснет.

Подвод тока к контактам осуществляется с помощью медных стерж­ней 4 и 5. Подвижный контакт крепится к верхнему фланцу 6 с помощью сильфона 7 из нержавеющей стали. Металлические экраны 8 и 9 служат для выравнивания электрического поля и для защиты керамического корпуса 10 от напыления паров металла, образующегося при гашении дуги. Экран 8 крепится к корпусу с помощью кольца 11. Поступательное движение верхнему контакту обеспечивается корпусом 12, имеющим направляющую. Ход подвижного контакта 12 мм.

На основе рассмотренной выше ВДК созданы выключатели на напряжение 10 – 110 кВ с номинальным током до 3200 А и током отключения до 31,5 кА.





Рис.1.2. Вакуумная дугогасительная камера КДВ-10-1600-20:

1 – рабочие контакты; 2 – дугогасительные контакты; 3 – зазоры; 4, 5– медные стержни; 6 – фланец; 7 – сильфон; 8, 9 – металлические экраны; 10,12 – корпус; 11 – кольцо


На рис. 1.3 показан вакуумный выключатель ВВТЭ-10-10/630У2, предназначенный для коммутации электрических цепей 10 кВ в нормальных и аварийных режимах, встраиваемый в ячейки комплектного распределительного устройства (КРУ). На раме 8 с помощью изоляционных каркасов 11 укреплены три дугогасительные вакуумные камеры 6. Вывод подвижного контакта 5 с помощью гибкой связи 4 соединен с верхним контактным ножом 1,укрепленным на изоляционной балке 2. Неподвижный контакт камеры связан с нижним ножом 7. Электромагнитный привод 13 через систему тяг и изоляционную плиту 14 связан с подвижными контактами. Конечное контактное нажатие обеспечивают пружины 3. Стальная перегородка 10 предназначена для защиты постоянных магнитов, находящихся в приводе, от влияния электромагнитных полей главных цепей выключателя. Выключатель закрыт передней крышкой 12 с окнами для наблюдения за механическим указателем включенного и отключенного положений и счетчиком числа циклов «Включено - Отключено» («В-О»). Заземление осуществляется с помощью бобышки 9.

Рассмотренный выключатель рассчитан на 2000 операций «В-О» при номинальном токе и 50 операций при токе короткого замыкания 10 кА. Полное время отключения 0,05 с.

Аналогичное устройство имеют выключатели на 1000 и 1600 А.

Выключатели ВВТП, в отличие от вышеописанного, имеют пружинный привод.

На рис. 1.4 показан общий вид вакуумного выключателя ВВК-35Б-20/1000У1, предназначенного для частых коммутаций в нормальных и аварийных режимах в электроустановках 35 кВ. Выключатель рассчитан на открытую установку. На общей раме крепятся с помощью фарфоровых изоляторов три полюса. В каждом полюсе в фарфоровом изоляторе 3, армированном фланцами 2 и 6, заключена дугогасительная камера 5. Для надежной изоляции полюсы заливаются маслом, а в крышке 1 имеется маслоуказатель. Механизм привода полюса 8 тягами 7 и 4 связан с подвижным контактом. Гашение дуги осуществляется в вакуумной камере 5.





Рис. 1.3. Выключатель вакуумный ВВТЭ-10-10/630У2






а)

б)


Рис. 1.4. Вакуумный выключатель ВВК-35К-20/1000У1:

а – общий вид:

1 – полюс; 2 – привод; 3 – рама; 4 – механизм привода полюса; 5 – опорный изолятор;

6 – токоведущие шины

б – полюс выключателя:

1 – крышка; 2, 6 – фланцы;

3 – фарфоровый изолятор;

4 ,7 – тяги; 5 – вакуумная камера;

8 – механизм привода

В установках 110 кВ находит применение вакуумный выключатель ВВК-110Б-20/1000У1. В каждом полюсе в фарфоровой покрышке заключены четыре последовательно включенные дугогасительные камеры. В остальном устройство этого выключателя подобно выключателю ВВК-35.

Достаточно широкое применение получили вакуумные выключатели нагрузки ВНВ, рассчитанные на отключение номинальных токов. Вакуумные выключатели в мировой практике применяются в установках до 500 кВ включительно.


^ ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ С МАГНИТНОЙ ЗАЩЕЛКОЙ

ФИРМЫ «ТАВРИДА ЭЛЕКТРИК»


Вакуумный выключатель фирмы «Таврида Электрик», в котором изготовитель использует ВДК собственного производства, конструктивно отличается от большинства вакуумных выключателей, выпускаемых в настоящее время. В основу его конструкции заложен принцип соосности электромагнита привода и вакуумной дугогасительной камеры в каждом полюсе выключателя. Такая компоновка выключателя позволяет существенно упростить схему, отказаться от нагруженных узлов трения, что в свою очередь позволяет изготовить выключатель с механическим ресурсом 50 тыс. операций «В-О», не требующий обслуживания в течение всего срока службы.

Внешний вид и схема устройства выключателя показана на рис. 1.5. Каждый полюс состоит из опорного изолятора, изготовленного из изоляционного материала, деталей главных цепей (вакуумной дугогасительной камеры 1, гибкого токосъема 4), размещающихся внутри опорного изолятора, и электромагнита, который находится в общем основании выключателя и соединен с подвижным контактом 3 ВДК тяговым изолятором 5 (рис. 1.5,а). На схеме рис. 1.5, б условно показан только один полюс выключателя. Все полюсы соединены друг с другом посредством общего вала.

Рассмотрим принцип работы привода на примере одного полюса выключателя (рис. 1.5, б). В исходном состоянии контакты 2 и 3 вакуумной дугогасительной камеры разомкнуты за счет воздействия на них отключающей пружины 7 через тяговый изолятор 5. При прикладывании напряжения положительной полярности к катушке 9 электромагнита в зазоре магнитной системы нарастает магнитный поток.

В момент, когда сила тяги якоря, создаваемая магнитным потоком, превосходит усилие пружины отключения 7, якорь 11 электромагнита вместе с тяговым изолятором 5 и подвижным контактом 3 вакуумной камеры начинает движение вверх, сжимая пружину отключения. При этом в катушке возникает двигательная противо-ЭДС, которая препятствует дальнейшему нарастанию тока и даже несколько уменьшает его. В процессе движения якорь набирает скорость около 1 м/с, что позволяет избежать предпробоев при включении контактов ВДК.

При замыкании контактов вакуумной камеры в магнитной системе остается зазор дополнительного поджатия, равный 2 мм. Скорость движения якоря резко падает, так как ему приходится преодолевать еще и усилие пружины дополнительного контактного поджатия 6. Однако под воздействием усилия, создаваемого магнитным потоком и инерцией, якорь 11 продолжает двигаться вверх, сжимая пружину отключения 7 и пружину 6 дополнительного контактного поджатия. В момент замыкания магнитной системы якорь соприкасается с верхней крышкой 8 привода и останавливается. Двигательная ЭДС становится равной нулю, в катушке 9 снова начинается рост тока. После этого заканчивается механический переходный процесс в электромагните и контактной системе полюса, а также формируется необходимая остаточная индукция кольцевого постоянного магнита 10 (запасается магнитная энергия, необходимая для удержания выключателя во включенном состоянии). После окончания процесса включения ток катушки привода отключается.






а)

б)


Рис. 1.5. Вакуумный выключатель:

а – внешний вид; б – схема устройства полюса:

1 – вакуумная дугогасительная камера; 2 – неподвижный контакт;

3 – подвижный контакт; 4 – гибкий токосъем; 5 – тяговый изолятор;

6, 7 – пружины; 8 – верхняя крышка; 9 – катушка электромагнита;

10 – кольцевой магнит; 11 – якорь электромагнита; 12 – нижняя крышка;

13 – винт; 14 – вал; 15 – постоянный магнит; 16 – контакты


Выключатель остается во включенном положении за счет остаточной индукции, создаваемой кольцевым постоянным магнитом 10, который удерживает якорь 11 в притянутом к верхней крышке 8 положении без дополнительной токовой подпитки. В таком положении якорь остается неограниченно долго, пока постоянный магнит не будет размагничен импульсом тока отрицательной полярности, либо магнитная система не будет разорвана механически (ручное отключение). Данный принцип удержания коммутационного аппарата во включенном положении, известный в электротехнике под названием «магнитная защелка», широко применяется в слаботочных аппаратах (поляризованное реле). Современные достижения в области магнитотвердых материалов больших энергий позволили реализовать на этом принципе силовой коммутационный аппарат. Запас по усилию удержания (сила, необходимая для отрыва якоря 11 от верхней крышки 8) составляет 450–500 Н для одного полюса выключателя, т.е. 1350–1500 Н для выключателя в целом, что вполне достаточно для надежного удержания выключателя во включенном положении даже в условиях воздействия на выключатель вибраций и ударных нагрузок.

Для отключения выключателя необходимо приложить к выводам катушки напряжение отрицательной полярности. Ток, протекающий по обмотке, размагничивает магнит 10. Якорь 11 электромагнита под давлением пружины отключения 7 и пружины дополнительного контактного поджатия 6 разгоняется и наносит удар по тяговому изолятору 5, соединенному с подвижным контактом 3 вакуумной камеры. Ударное усилие, создаваемое якорем электромагнита, превышает 20 Н, что способствует разрыву точек сварки, которые могут возникать между контактами при пропускании токов короткого замыкания. Кроме того, подвижный контакт 3 вакуумной камеры практически мгновенно приобретает высокую стартовую скорость, что положительно сказывается на отключении токов короткого замыкания.

После упомянутого удара якорь 11 электромагнита движется вниз вместе с подвижным контактом 3 вакуумной камеры и тяговым изолятором 5 под действием пружины отключения, пока все детали не займут положение, показанное на рис. 1.5, б.

Привод с магнитной защелкой требует незначительной энергии для «сброса» защелки. При отключении от источника постоянного напряжения время приложения напряжения обычно ограничивается 10 мс. При этом ток в цепи отключения не превышает 1,5 А при напряжении 220 В. Якоря электромагнитов всех трех полюсов выключателя соединены между собой общим валом 14. При движении якорей винт 13, входящий в прорезь вала 14, поворачивает вал, а вместе с ним и закрепленный магнит, который управляет герметизированными контактами для внешних вспомогательных цепей 16.

Управление выключателем может также осуществляться от предварительно заряженной батареи конденсаторного привода путем разряда ее на катушки электромагнитов. В этом случае механические характеристики выключателя не зависят от качества питания вспомогательных цепей, снижается потребление тока от внешних вспомогательных цепей, упрощается стыковка выключателя с существующими схемами релейной защиты и автоматики (РЗ и А). На этом принципе построен конденсаторный привод, которым укомплектован выключатель.


^ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ВАКУУМНЫЕ ТИПА ВБЭМ-10


Выключатели предназначены для работы в ячейках комплектных распределительных устройств (КРУ) в электрических сетях трехфазного тока частотой 50 Гц с изолированной нейтралью или компенсированной нейтралью, а также в шкафах управления приемниками электрической энергии промышленных предприятий.

Допускается применение выключателей для пуска и отключения асинхронных двигателей с короткозамкнутым или фазным ротором, а также торможения указанных двигателей противотоком и отключения медленно вращающихся электродвигателей.

Стационарная – базовая модель выключателя ВБЭМ–10 предназначена для встраивания в любые типы ячеек КРУ и КСО (К-59, К-104, ST-7, K-XII, K-XXVI, K-37, КВЭ, КВС, КМФ, K-IIIУ и др.). Выключатели соответствуют требованиям ГОСТ 687-78.

Выключатель содержит три дугогасительных полюса и привода, закрепленных на общем основании, как показано на рис. 1.6. Каждый полюс содержит ВДК, механизм дополнительного поджатия контактов ВДК и токовыводы, конструктивно расположенные в корпусе. Выключатель оснащен тремя пневматическими демпферами. Электромагнитный привод через рычаг замыкает контакты ВДК. Общее основание, корпус, рычаг привода изготовлены из изоляционного пресс-материала АГ-4В. Электрическая схема блока питания и управления собрана на панели, закрепленной на корпусе дугогасительных блоков.




Рис. 1.6. Выключатель вакуумный ВБЭМ-10


Выключатель имеет в своем составе аварийные расцепители максимального тока, минимального напряжения и расцепитель от независимого источника. Для настройки выключателя имеется возможность неоперативного ручного включения. Оно осуществляется рычагом при снятом защитном кожухе.

Ручное оперативное и неоперативное отключение выключателя осуществляется красной кнопкой, расположенной на панели выключателя.


^ ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ВЫСОКОЙ КОММУТАЦИОННОЙ

СПОСОБНОСТИ ТИПА ВВЭ-(С)М-10-40


Вакуумные выключатели типа ВВЭ-(С)М-10-40(31,5) выпускаются с 1998 г. ОАО «ЭЛКО» на номинальное напряжение 10 кВ, номинальный ток 2000- 3150 А, номинальный ток отключения 31,5 и 40 кА. Это наиболее мощные аппараты по коммутационной способности среди вакуумных выключателей. Предназначены они для применения в КРУ в качестве вводных и секцион­ных аппаратов энергоемких промышленных пред­приятий, распределительных устройств собствен­ных нужд электростанций (тепловых и атомных), нефте- и газопромышленных комплексов.

Выключатели типа ВВЭ-(С)М-10-40(31,5)/2000... 3150 (ТУ 16-90 ИНЛЯ.6741-52.009ТУ) разработаны для замены маломасляных выключателей типа ВМПЭ-10-31,5/3150 и электромагнитных типа ВЭМ-6-40/3150.

На базе вакуумных выключателей типа ВВЭ-М-10-40(31,5) выпускают, соответственно, КРУ серии К-105, К-61, К-61М и К-205.

Предусмотрены и стационарные исполнения аппаратов: выключатель ВВЭ-СМ-10-40(31,5) предназначен для замены маломасляных и электромагнитных выключателей в КРУ серии К-Х, К-ХХI, К-ХХYII, КРУ-2. Основные типоисполнения выключателя приведены в табл. 1.1.

Выключатель в виде выкатного элемента отлича­ется от стационарного исполнения наличием тележки с механизмом блокировки от неправильного манипулирования выключателем в ячейке комплектного распределительного устройства и розеточными контактами в силовой цепи.

Общий вид выключателей типа ВВЭ-М-10-40/3150, ВВЭ-М-10-31,5/3150, выполненных в виде выкатного элемента, показан на рис. 1.7.


Таблица 1.1

Основные технические параметры

вакуумных выключателей типа ВВЭ-М(С)-10-40(31,5)

Наименование параметра

ВВЭ-(С)М- 10-31,5

ВВЭ-(С)М- 10-40

Номинальное напряжение, кВ

10

Номинальный ток, А

2000

2500

3150

Номинальный ток отключения, кА

31,5

40

Ток электродинамической стойкости, кА

81

128

Полное время отключения, с

0,05

Собственное время включения, с

0,03

Коммутационная износостойкость, циклы «В-О»




- при номинальном токе

10000

- при номинальном токе отключения

50

Механический ресурс, циклы «В-О»

10000

Габариты (ВхШхД), мм

945x624x678

(828x624x605)

Масса, кг

210(180)

Бестоковая пауза при автоматическом повторном включении (АПВ), с

0,3

Номинальное напряжение электромагнитов управ­ления и элементов вспомогательных цепей, В

220

Ток потребления включающего электромагнита, А

<100

Ток потребления отключающего электромагнита, А

<2,5

Исполнение

Выкатной элемент (Стационарное)


На рис. 1.8 представлена конструктивная схема выключателя ВВЭ-М-10-40/3150 (ВВЭ-М-10-31,5/2000…3150).

Выключатель состоит из следующих основных частей: рамы 1, на которой установлены привод электромагнитный 2 с механизмом свободного расцепления 3, кнопкой ручного аварийного отключения 4 и электромагнитом отключения 5, пружины отключения 6, вала 7, полюсов 8, изоляционных тяг 9 с узлами поджатия, панели 10 с блоком сигнали­зации 11, лицевой крышкой 12. Выключатели смонтированы на тележке 13, снабженной роликами 14, пальчиковыми контактами главных цепей 15, механизмом доводки выключателя в шкаф КРУ 16 и ножами заземления 17. Дополнительно на выключа­тель установлен лист фасадный 18.





Рис. 1.7. Общий вид выключателя ВВЭ-М-10-40/3150


Создание выключателя с указанными параметрами (табл. 1.1) стало возможным после разработки ВДК типа КДВХ4-10-40/3150, конструктивная схема, которой показана на рис. 1.9. ВДК состоит из трех основных узлов: токоввода, корпуса, токовывода. Токоввод содержит контактный узел 1, медный стержень 2 и медный фланец 3. Корпус ВДК включает в себя два керамических изолятора 4 типа ИКМ-110, которые пайкой припоем типа ПСр-72 герметично соединены между собой. Между изолято­рами впаяно кольцо, к которому крепится экран 5. Экран 5 предохраняет внутреннюю поверхность изоля­торов 4 от воздействия электрической дуги и продук­тов эрозии контактов. С торцов корпуса припаяны коваровые кольца 6, сваренные с фланцем 3. Токовывод состоит из контактного узла 7 и медного стержня 8.

Подвижность токовывода относительно корпуса ВДК обеспечивается присоединением медного стержня 8 к фланцу 9 через сильфон 10. Для защиты сильфона от дуги и продуктов эрозии имеется экран 11. Для со­единения узлов ВДК - токоввода, корпуса и токовывода - используется аргоно-дуговая сварка по замыкающим швам А и Б. Откачка газов из полости ВДК в процессе изготовления осуществляется через штенгель 12, который после проведения операций вакуумно-термической обработки пережимается с помощью механизма холодного отпая, герметизируя полость ВДК. Для предохранения герметизирующего шва от случайных механических повреждений при дальнейшей работе и эксплуатации ВДК остаток штенгеля 12 закрывается защитной трубкой, а полость между пре­дохранительной трубкой и штенгелем заполняется эпоксидным компаундом.




Рис. 1.8. Конструктивная схема выключателя ВВЭ-М-10-40/3150

(ВВЭ-М-10-31,5/2000…3150):

1 – рама; 2 – привод электромагнитный; 3 – механизм свободного расцепления;

4 – кнопка аварийного отключения ; 5 – электромагнит отключения; 6 – пружины;

7 – вал; 8 – полюс; 9 – изоляционные тяги; 10 – панели; 11 – блок сигнализации;

12 – лицевая крышка; 13 – тележка; 14 – ролики, 15 – пальчиковые контакты;

16 – механизм доводки выключателя; 17 – ножи заземления; 18 – фасадный лист





Рис. 1.9. Конструктивная схема вакуумной дугогасительной камеры КДВХ4-10-40/3150:

1 – контактный узел; 2 – медный стержень, 3, 9 – медный фланец; 4 – керамический изолятор; 5, 11, 13 – экраны; 6 – коваровые кольца; 7 – контактный узел; 8 – медный стержень, 10 – сильфон; 12 – штенгель; 14 – геттер; 15 – втулки


Экраны 13 предназначены для выравнивания электрического поля вдоль поверхности изоляторов 4. Поддержание вакуума в процессе эксплуатации на должном уровне осуществляется геттером 14, который выполнен из пористого титана. Присоединение фланца токоввода к внешней силовой цепи осуществляется посредством втулок 15, впаян­ных во фланец 3. Токовывод присоединяется к внешней силовой цепи посредством резьбы на стержне 8 токовывода, обжимаемой разрезной гайкой.

Форма контактов 1 и 7 выполнена такой, чтобы при разведении токоввода и токовывода возникающая дуга имела диффузный характер из-за воздействия продольного магнитного поля, образующегося за счет протекающего тока по контактному узлу специальной формы. Диффузная форма дуги приводит к небольшой эрозии контакта и способствует быстрому охлаждению дуги при переходе тока через ноль. Это позволило при диаметре контакт-детали 82 мм отключать амплитуду тока до 82 кА (действующее значение 40 кА при апериодической составляющей 40 %). Специально скоординированная система экранов вакуум­ной дугогасительной камеры позволяет достичь выдерживаемого напряжения промышленной частоты 42 кВ в течение 1 мин, стандартного грозового импульса 1,2/50 мкс амплитудой 95 кВ и срезанного стандартного грозового импульса (согласно методике испытаний по ГОСТ 15150.2). Переходное сопротив­ление камеры лежит в пределах 9-12 мкОм.

Работа выключателя и механизм свободного расцепления представлены на рис. 1.10.

Исходное положе­ние выключателя показано на рис. 1.10, а. Контакт-детали 1 и 2 вакуумной дугогасительной камеры 3 разомкнуты, вал выключателя 4 удерживается в отключенном положении пружиной отключения 5. Расположение звеньев механизма свободного расцепления соответствует отключенному положению выключателя. При подаче напряжения на катушку 6 электромагнита включения якорь 7 притягивается к стопу 8 и тол­катель 9 приходит в соприкосновение с роликом 10 и начинает его перемещать. При этом рычаг 11 опирается на защелку 12. Вал выключателя 4 поворачивается под воздействием рычагов 13 и 14 и через рычаг 15, изоляционную тягу с узлом поджатия 16 замыкает контакт-детали 1 и 2 вакуум­ной дугогасительной камеры 3, одновременно взводится пружина отключения. В конце хода якоря 7 защелка 17 под действием прижимной силы пружины 18 фикси­рует выключатель во включенном положении. Под воздействием возвратной пружины 19 якорь 7 возвращается в исходное состояние.

Включенное положение выключателя показано на рис. 1.10, б. Ручное неоперативное включение выключателя осуществляется винтом ходовым 20 (рис. 1.10, в), воздействующим на якорь 7.

Отключение выключателя производится подачей напряжения на катушку электромагнита отключения 21. Якорь электромагнита отключения через толкатель 22 воздействует на защелку 12. Защелка 12 выходит из зацепления с роликом 23 рычага 11. Рычаг 11 под воздействием пружин поджатия и отключения, поворачиваясь вокруг оси 24, увлекает за собой рыча­ги 14 и 25. Ролик 10 соскакивает с защелки 17 и дает возможность рычагу 13 повернуться на требуемый угол. Рычаги 14 и 25 вместе с роликом опускаются на шток 9 якоря 7 электромагнита включения. Выключа­тель отключается. Под действием пружины 26 рычаги 11 и 25 механизма свободного расцепления возвра­щаются в исходное положение, выключатель готов к операции включения.

Конструкция дугогасительного блока позволяет иметь межполюсное расстояние 200 мм в базовом варианте выключателя.

Оптимизация электромагнитного привода включе­ния выключателя проводится по таким параметрам, как энергопотребление, время включения, простота конструкции при условии минимальных габаритов. Разработан привод, ток потребления которого составляет 100 А при питающем напряжении 220 В частотой 50 Гц. Привод обеспечивает включение аппа­рата на ток короткого замыкания амплитудой до 128 кА. Собственное время включения выключателя не более 0,1 с. Величина контактного усилия, созда­ваемого приводом, составляет 4000-4600 Н при провале (вжиме) контактов 4 мм.



а)

б)

в)

Рис. 1.10. Работа выключателя и механизма свободного расцепления

Специально разработанный механизм защелок при своей простоте и доступности обеспечивает надежное включение и отключение выключателя.

Схема управления выключателем, имеющая исполнение на постоянном оперативном токе, аналогич­на используемой для маломасляных и электромагнитных выключателей (ВКЭ-10, ВЭ-10). Принципиальная электрическая схема управления выключателя приведена на рис. 1.11.





Рис. 1.11. Принципиальная электрическая схема управления

выключателем типа ВВЭ-М-10-40/3150 на постоянном оперативном токе


При подаче команды на включение (рис. 1.11) срабатывает контактор включения КМ1, через контакт ко­торого запитывается включающий электромагнит УАС1. В конце хода привода переключаются блок-контакты 51, приводимые в движение валом выключателя. Блок-контактом SА8 разрывается цепь питания контактора КМ1, в свою очередь контактор разрыва­ет цепь питания включающего электромагнита. Блок-контакт SА7 подготавливает цепь питания отключающего электромагнита УАТ1. В момент включения сра­батывает счетчик числа циклов РС1. Выключатель включился.

При подаче команды на отключение срабатывает отключающий электромагнит УАТ1, выключатель от­ключается. В процессе отключения переключаются блок-контакты 51, блок-контакт SА7 разрывает цепь питания электромагнита отключения, а блок-контакт SА8 подготавливает цепь включения контактора КМ1.

В схеме предусмотрена блокировка повторения операции включения при подаче команды на отключе­ние. При подаче команды на отключение срабатывает отключающий электромагнит УАТ1, блок-контакт SА9.2 разрывает цепь питания контактора КМ1, а блок-контакт SА9.1 замыкает цепь питания отключаю­щего электромагнита, его якорь остается в притяну­том положении при наличии команды на включение (рис. 1.11). Блок-контакт SА9.2 механически связан с якорем электромагнита УАТ1. Выключатель отключа­ется и не может быть повторно включен до снятия ко­манды на отключение.

В выключателе предусмотрен блок сигнализации, который предназначен для обеспечения работы схемы управления выключателя, его свободные блок-контакты используются в схемах защиты и сигнализа­ции положения выключателя. Блок сигнализации кинематически связан с валом выключателя. На кронштейнах, связанных с валом, установлены таблички «ВКЛ.» и «ОТКЛ.», указывающие текущее состояние выключателя. В полюс выключателя входят: стойка изоляцион­ная, радиаторы (верхний и нижний), токовывод верхний, вакуумная дугогасительная камера типа КДВХ 4-10-40/ 3150 УХЛ2, токосъемный контакт, соединенный с подвижной контакт-деталью вакуумной дугогасительной камеры гибкой связью, токовывод нижний, изоляционная тяга с узлом поджатия.

В процессе включения выключателя после замы­кания контактов вакуумной дугогасительной камеры при дальнейшем ходе из-за отсутствия жесткой ки­нематической связи между подвижной контакт-деталью и диэлектрической тягой происходит деформа­ция пружины поджатия, которая создает вжим конта­ктов. Величина контактного усилия, создаваемого пружиной, составляет 4000-4600 Н. Крепление вакуумной дугогасительной камеры к изоляционным стойкам осуществляется со стороны неподвижной контакт-детали вакуумной дугогасительной камеры.

Наличие механической блокировки предотвращает включение выключателя при нахождении его в промежуточном положении, а также предотвращает вкатывание и выкатывание выдвижного элемента из шкафа КРУ при включенном выключателе. При нахождении выключателя в промежуточном положении включить выключатель невозможно. При включенном выключателе невоз­можно вкатить или выкатить выключатель из ячейки КРУ.

Настройку и регулировку выключателя в случае необходимости (замена дета­лей, полная или частичная разборка) следует производить только при ручном включении и отключении в последова­тельности, описанной в инструкции по эксплуатации.

При правильно произведенной регулировке всех указанных узлов выключатель без сбоев отрабатывает механический ресурс -10 000 циклов «В-О».

Контрольные вопросы


1. Какие выключатели называют вакуумными?

2. Изложите основные технические данные вакуумных выключателей.

3. Расскажите о достоинствах вакуумных выключателей по сравнению

с масляными.

4. Расскажите о недостатках вакуумных выключателей.

5. Объясните устройство вакуумной дугогасительной камеры КДВ-10-1600-20.

6. Объясните устройство вакуумных выключателей ВВТЭ-10-10/630У2 и

ВВК-35Б20/1000У1.

7. Расскажите об устройстве вакуумного выключателя с магнитной защелкой.

8. Объясните принцип работы привода выключателя с магнитной защелкой.

9. Расскажите об устройстве и принципе работы выключателя ВБЭМ-10.

10. Расскажите об устройстве выключателя ВВЭ–(С)М-10-40, особенностях

управления выключателем данного типа.

11. Объясните устройство вакуумной дугогасительной камеры

(КДВХ4-10-40/3150) выключателя ВВЭ–(С)М-10-40.

12. Какие типы приводов используются для управления вакуумными выключателями? Опишите принцип работы любого привода на конкретном примере.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9

Похожие:

Учебное пособие для студентов направления 551700, специальностей 100400, 100500, 100700 Саратов 2005 удк 621. 316. 542 iconУчебное пособие для студентов направления 551700, специальностей 100400, 100500, 100700 Саратов 2005 удк 621. 316. 542
При написании пособия использованы материалы, опубликованные в учебной и справочной литературе, а также каталоги и рекламно-информационные...
Учебное пособие для студентов направления 551700, специальностей 100400, 100500, 100700 Саратов 2005 удк 621. 316. 542 iconУчебное пособие для студентов экономических специальностей г. Симферополь, 2005 удк 331. 45 Ббк 65. 247 А 44
Акуличев Ю. Ф., Глухенко Н. В. Основы охраны труда: учебное пособие для студентов экономической специальности. // Под общей редакцией...
Учебное пособие для студентов направления 551700, специальностей 100400, 100500, 100700 Саратов 2005 удк 621. 316. 542 iconУчебное пособие для самостоятельной работы Ставрополь 2010 ббк 63. 3 (2) Я73 удк 99 (С) р -82
Учебное пособие предназначено для студентов медицинских и фармацевтических вузов
Учебное пособие для студентов направления 551700, специальностей 100400, 100500, 100700 Саратов 2005 удк 621. 316. 542 iconУчебное пособие по курсу «Общая химическая технология» для студентов специальностей 240701, 240702, 240706, 240901
Данное учебное пособие предназначено для того, чтобы обеспечить методическое руководство самостоятельной работой студентов, изучающих...
Учебное пособие для студентов направления 551700, специальностей 100400, 100500, 100700 Саратов 2005 удк 621. 316. 542 iconУчебное пособие для студентов педагогических специальностей Тула 2013 Радченко, С. А
Охрана труда в образовательных учреждениях: Учебное пособие для студентов педагогических специальностей / С. А. Радченко, М. С. Петрова,...
Учебное пособие для студентов направления 551700, специальностей 100400, 100500, 100700 Саратов 2005 удк 621. 316. 542 iconРасчет опор лэп учебное пособие Омск 2005 удк 621. 315. 66. 001. 24(075) ббк 31. 279-04-022я73 п 44 Рецензенты: Щвецов В. Т, д-р техн наук, проф.
Приведены сведения об опорах воздушных линий электропередачи, их классификация. Дана расчетная модель металлической опоры. Рассмотрены...
Учебное пособие для студентов направления 551700, специальностей 100400, 100500, 100700 Саратов 2005 удк 621. 316. 542 iconУчебное пособие для студентов 3 курса химического факультета уфа риц башгу 2013 удк 66. 021 Ббк 35
Учебное пособие предназначено для студентов 3 курса химического факультета БашГУ
Учебное пособие для студентов направления 551700, специальностей 100400, 100500, 100700 Саратов 2005 удк 621. 316. 542 iconУчебное пособие для студентов 3 курса химического факультета уфа риц башгу 2009 удк 66. 021 Ббк 35
Учебное пособие предназначено для студентов 3 курса химического факультета БашГУ
Учебное пособие для студентов направления 551700, специальностей 100400, 100500, 100700 Саратов 2005 удк 621. 316. 542 iconУчебное пособие Утверждено учебно-методическим советом Сыктывкарского лесного института в качестве учебного пособия для студентов направления подготовки 080000 «Экономика и управление» всех форм обучения
Данное учебное пособие преследует цель: познакомить с философией разработки стратегии
Учебное пособие для студентов направления 551700, специальностей 100400, 100500, 100700 Саратов 2005 удк 621. 316. 542 iconУчебное пособие для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей
Учебное пособие предназначено для студентов очно-заочной и заочной форм обучения строительных специальностей
Учебное пособие для студентов направления 551700, специальностей 100400, 100500, 100700 Саратов 2005 удк 621. 316. 542 iconУчебное пособие для студентов специальностей «Менеджмент организации» и«Бухгалтерский учет, анализ и аудит»
Охватывает следующие факторы
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы