Описание
К устройствам подобного вида предъявляются определенные требования, среди них обеспечение безопасного продолжительного использования и надежная защита от перегрузок и замыканий в сети. Качество исполнения прибора имеет особую роль, так как эксплуатация воздушных выключателей может происходить в различных температурных и влажностных условиях, при наличии вибронагрузок и частого переключения.
Автоматические воздушные выключатели одновременно управляют сетью и защищают ее. Они классифицируются на несколько видов по времени реагирования, которое отводится на размыкание контактов с момента сигнала:
- селективные;
- стандартные;
- быстродействующие (имеют токоограничивающую функцию).
Подготовка воздуха
Распределительное устройство, оборудованное воздушными выключателями, нуждается в установке для подготовки воздуха высокого давления, его очистки и осушки. Пыль, содержащаяся в воздухе, засоряет клапаны, создает неплотности, снижает разрядное напряжение изоляции. Особенно опасна влага, которая при понижении температуры может конденсироваться в воздуховодах.
Очистка воздуха от пыли производится с помощью фильтров, устанавливаемых на всасывающих патрубках компрессоров. Применение получили масляные (висциновые) фильтры, которые имеют ряды металлической сетки, смоченной маслом с низкой температурой замерзания. При прохождении воздуха через фильтр пыль оседает па поверхности масла.
Осушка воздуха производится термодинамическим способом: воздух подвергают сжатию до давления, превышающего номинальное давление сети не менее чем в 2 раза. С этой целью применяют компрессоры, обеспечивающие соответствующее давление. При сжатии воздуха температура его повышается. При последующем охлаждении до начальной температуры большая часть пара конденсируется.
Образовавшуюся в охлаждающем змеевике воду спускают. После этого воздух подвергают расширению через редукционный клапан, чтобы снизить давление до рабочего. Вследствие увеличения объема воздуха его относительная влажность, представляющая собой отношение массы водяного пара, содержащегося в воздухе, к максимально возможному содержанию его, т.е.
Для надежной работы выключателей осушка воздуха описанным способом недостаточна, поскольку колебания температуры при наружной установке значительны. Приходится принимать меры к дальнейшему уменьшению содержания влаги с помощью адсорбентов, т.е. веществ, обладающих способностью поглощать влагу. К ним относятся силикагель (SiO•Н20), алюмогель (Аl203хН20) и др.
Осушка воздуха термодинамическим способом с последующей обработкой его адсорбентами позволяет получить воздух с ничтожным содержанием водяного пара, при котором точка росы лежит значительно ниже минимальной температуры воздуха летом и зимой.
В качестве компрессоров используют многоступенчатые компрессоры двойного действия с воздушным охлаждением и приводом от асинхронных электродвигателей.
Воздуховоды изготовляют из стальных труб с антикоррозийным покрытием во избежание образования ржавчины, которая может быть занесена в выключатели.
Воздухоприготовительная установка электростанции обычно состоит из трех блоков, каждый из которых может работать самостоятельно. Между блоками предусматривают перемычки с соответствующими запорными вентилями, позволяющими в случае необходимости подавать воздух в ресивер одного блока от компрессора другого блока.
Установка полностью автоматизирована. Компрессоры работают периодически. Пуск осуществляется от контактных манометров при понижении давления в ресиверах высокого давления. Подача воздуха через редукционные клапаны в ресиверы рабочего давления производится также автоматически при понижении давления в последних.
Достоинство воздушных выключателей по сравнению с масляными заключается в их быстродействии. Однако воздушные выключатели значительно сложнее масляных и имеют большую стоимость.
В последнее время заметна тенденция к замене части воздушных выключателей элегазовыми. Так, например, воздушные выключатели 110 и 220 кВ нормального климатического исполнения сняты с производства и заменены элегазовыми.
Воздушные выключатели. Типы, виды, устройство, работа воздушных выключателей.
Такие изделия выполняются в виде резервуара прямоугольной, овальной или круглой формы. Масляные воздушные выключатели были изобретены в конце прошлого столетия и выступали в качестве выключателя в цепях, характеризующихся высоким напряжением. Через их крышку пропускаются изоляторы с неподвижными контактами, фиксируемые на обоих концах.
При помощи изоляционной тяги приводное устройство соединяется с подвижным контактом, который, в свою очередь, находится между двумя однополюсными неподвижными контактами. Они полностью покрыты трансформаторным маслом, которое заполняет резервуар до определенного уровня. Воздушная подушка занимает пространство между крышкой и масляной поверхностью.
Для защиты электрооборудования и высоковольтных линий электропередач используют такой тип коммутационных аппаратов, как автоматический воздушный выключатель. Как видно из названия, его особенность работы связана с использованием воздушного зазора между силовыми контактами. Ниже мы рассмотрим конструкцию, принцип работы и назначение воздушного автомата.
Устройство
При отключении нагрузки, мощных потребителей, между расходящимися для отключения контактами возникает дуга, по силе не уступающая номинальному току. Во время данного явления образуется плазма, рост температуры, в результате чего может образоваться неконтролируемая самоподдерживающаяся дуга, способная расплавить контакты коммутатора и даже перекинутся на соседнюю фазу, вызвав фазное короткое замыкание, что может закончится выводом из строя дорогостоящего оборудования. Чтобы избежать подобного явления, было разработано устройство — камера дугогашения.
Принцип действия
В момент разрывания контактов возникает дуга. Достигая решетки камеры дугогашения, она начинает вытягиваться, а под действием тепла воздух, находящийся в камере, вытекает через решетки, увлекая дальше за собою продукты образованные плазмой, прекращая ее проявления физически.
Воздушные автоматы применяются для промышленных нужд, в сфере энергетики, частном секторе. На сегодняшний день разработаны разнообразные по величине и габаритам защитные устройства. От квартирных автоматических выключателей и до силового защитно-коммутационного оборудования выкатного типа, со встроенным контроллером параметров.
Теперь поговорим о том, для чего используются автоматы данного типа. Основное назначение воздушных автоматических выключателей — это защита электрооборудования и линий электропередач от токов короткого замыкания, а также от завышенной мощности потребления путем контроля величины количества тока, проходящего через контакты автомата.
Требования, предъявляемые к современным воздушным выключателям:
- неограниченное время пропуска номинального тока;
- многократное отключение токов короткого замыкания;
- малое время срабатывания;
- устойчивость к многократным термодинамическим нагрузкам;
- наличие внутренних защитных механизмов;
- селективность.
Благодаря относительной простоте конструкции они прочно заняли свое место под солнцем и к тому же продолжают совершенствоваться в техническом плане.
Вот мы и рассмотрели назначение, принцип действия и устройство автоматического воздушного выключателя. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!
как сетевые на напряжение 6—1150 кВ с номинальными токами до 4000 А и токами отключения до 63 кА;
как генераторные на напряжение 6-20 кВ с номинальными токами до 20 кА и токами отключения до 160 кА;
как выключатели нагрузки на 6—220 кВ и 110—500 кВ и выключатели комплектных распределительных устройств на напряжение до 35 кВ.
Ожидается, что в ближайшее время появятся сетевые выключатели на напряжение 1500—2000 кВ с номинальными токами 10—15кА и токами отключения 100—120 кА и генераторные выключатели на номинальные токи до 50 кА с токами отключения до 300 кА.
Выключатели выпускаются различного климатического исполнения, для различных категорий размещения и различного вида установки (опорные, подвесные, настенные, выкатные и др.).
Независимо от типа и конструкции воздушный выключатель состоит из трех основных частей: дугогасительного устройства с отделителем или без него, системы снабжения сжатым воздухом и системы управления. Система управления выполняется с одним пневматическим приводом с механической передачей, с индивидуальной пневматической передачей, с пневмомеханической передачей, с пневмогидравлической передачей и пневмосветовой передачей.
Гашение дуги в выключателях осуществляется сжатым воздухом номинальным давлением 0,6—5 МПа в различных камерах продольного и поперечного, одностороннего и двустороннего дутья, с соответствующим напряжению числом последовательно включенных разрывов.
В выключателях с отделителем размыкание дугогасительных контактов и гашение дуги осуществляются одним и тем же потоком сжатого воздуха, поступающего из отдельного резервуара. Контакты (один или оба) выполнены в виде контактно-поршневых механизмов. Во включенном положении выключателя в дугогасительном устройстве и в отделителе все контакты замкнуты.
При подаче команды на отключение сжатый воздух из резервуара подается в дугогасительную камеру, размыкает контакты и гасит дугу. Обычно параллельно контактам включается шунтирующий резистор, облегчающий гашение дуги. После погасания дуги на основных дугогасительных контактах размыкается отделитель, который отключает оставшийся ток.
Отделитель может выполняться открытым (до 35 кВ) или в виде воздухонаполняемых камер. После погасания дуги на отделителе подача воздуха в дугогасительные камеры прекращается и контакты под действием пружин замыкаются. Контакты же отделителя остаются разомкнутыми, обеспечивая необходимое изоляционное расстояние для разомкнутой цепи.
Рис. 1-8. Коструктивная схема воздушного выключателя ВВП-35.
В выключателях без отделителя широко применяются воздухонаполненные металлические камеры (резервуары), в которых размещены дугогасительные устройства. Привод контактов отделен от гасящей среды. При размыкании контактов открываются выхлопные клапаны камер и сжатый воздух, вытекая из камер через соответствующие сопла контактов, гасит дугу.
Контакты могут выполняться одно- и двухступенчатыми. Число последовательно включенных дугогасительных устройств определяется номинальным напряжением выключателя. Изоляционный промежуток в отключенном положении обеспечивается расхождением этих же контактов на соответствующее расстояние. Ниже приведены примеры исполнения выключателей.
дугогасительные устройства 5 на опорных изоляторах 2, неподвижные контакты 12 отделителя 10 на изоляторах 16, электропневматическое устройство 17 (одно на три полюса) для управления встроенным в резервуар дифференциальным клапаном 18 и привод (на рисунке не показан), управляющий отделителем через вал 15 и изоляционные штанги 14. Полюсы выключателя (отделителя) разделены между собой изоляционными перегородками 11 и имеют выводы 7 и 13.
При открытии дифференциального клапана сжатый воздух из резервуара через полость опорного изолятора поступает в дугогасительную камеру, давит на контактно-поршневой механизм 8, размыкает контакты (неподвижный 3, подвижный 6) и через сопло подвижного контакта выдувает и гасит дугу. Пламя дуги охлаждается в пламегасительной решетке 9. Для облегчения гашения дуги контакты шунтированы резистором 4. После погасания дуги отделитель 10 размыкается и отключает оставшийся ток.
Длительность времени подачи дутья в дугогасительную камеру регулируется механизмом пневматической отсечки электропневматического устройства. После того как дифференциальный клапан закроется, подача воздуха в камеру прекратится, давление в ней упадет и подвижный контакт под действием пружины контактно-поршневого механизма возвратится на место, контакты замкнутся. Однако цепь останется разомкнутой отделителем.
Генераторные выключатели. Функциональная электрическая схема полюса и общий вид выключателя ВВГ-20 (Uном = 20 кВ, Iном = 20 кА, Iоном = 160 кА, сквозной ток 410 кА) с воздухонаполненным отделителем приведены на рис. 9-9. Полюс выключателя состоит из основного токоведущего контура — выводов 1 и 4 и разъединителя (основного контакта) 2, основных дугогасительных контактов 7 а 10, которые шунтированы резисторами 8 и 11 соответственно, вспомогательных дуго гасительных контактов б, отделителя 9 и разрядника 3 с нелинейным резистором 5.
Рис. 1-9. Функциональная электрическая схема полюса (а) и общий вид (б) генераторного воздушного выключателя ВВГ с воздухонаполненным отделителем.
Все устройства монтируются на баке и снабжаются соответствующими электропневматическими приводами. Выключатель состоит из трех одинаковых полюсов, связанных между собой воздуховодами, и распределительного шкафа.
Во включенном положении большая часть тока протекает через основной токоведущий контур. При отключении сначала размыкается основной контакт 2 и весь ток переходит в дугогасительный контур. Затем размыкаются основные дугогасительные контакты 7 и 10; ограниченный резисторами 8 и 11 ток протекает через вспомогательные дугогасительные контакты 6.
После их размыкания и погасания дуги ток в цепи прекращается и размыкается отделитель 9, обеспечивая необходимый изоляционный промежуток. Разрядник служит для ограничения перенапряжений при отключении (в случае их возникновения). После прекращения подачи сжатого воздуха контакты б, 7 и 10 под действием пружин возвращаются во включенное положение.
Крепление
Конструкция аппарата заключается в диэлектрическом корпусе. Автоматические воздушные выключатели,используемые для небольшого напряжения, фиксируются на установочном месте при помощи DIN-рейки. К винтовым элементам подключается проводка, а при помощи рычага производится отключение и включение прибора.
Корпус держится на рейке за счет специальной защелки — так устройство можно быстро снять, предварительно отодвинув ее. Неподвижный и подвижный контакты необходимы для процесса коммутации цепи. В подвижном элементе используется пружина для обеспечения возможности разъединения контактов. Данное действие может выполняться магнитным или тепловым расщепителем.
Тепловой расщепитель
Биметаллическая пластина, из которой состоит расщепитель теплового вида, нагревается протекающим напряжением. Механизм расщепления происходит после изгибания пластины, вызванного прохождением тока с напряжением, выше установленного значения. Свойства тока напрямую влияют на период реагирования, который может находиться в пределах часа.
Магнитный расщепитель
Механизм действия магнитного устройства приводится в действие подвижным сердечником. Расщепитель данного вида является соленоидом, через обмотку которого проходит ток, идущий через выключатель, при превышении номинального значения сердечник начинает втягиваться. Магнитный вид обладает свойством моментального срабатывания, чем не может похвастаться тепловой, но реакция происходит только в случае существенного превышения установленного порога. Используется несколько разновидностей, которые обладают различной степенью чувствительности.
В процессе расщепления возникает вероятность появления электрической дуги. Для предотвращения этого рядом с контактами размещается дугогасительная решетка, а сами элементы выполняются в особой форме.
Особенности
Любой воздушный выключатель ВВБ имеет установленное предельное значение напряжения короткого замыкания, при наличии тока выше имеющегося параметра присутствует вероятность сваривания или подгорания контактов, и как следствие, поломки устройства. Оно может выполняться в выдвижном или стационарном варианте, и иметь привод двигательного либо ручного вида. Привод может обладать пневматическим, дистанционным, электромагнитным и другим действием и предназначается для отключения и включения устройства.
В качестве расщепителя выступает реле с прямым механизмом действия. Термобиметаллические или электромагнитные детали в этом случае обеспечивают отключение, если первичная сеть характеризуется отсутствием тока, а также при перегрузке и коротком замыкании. В конструкцию расщепления входят отключающие пружины, коромысла, защелки и рычаги. Помимо отключения выключателя он используется для предотвращения возможности включения на замыкание.
Выдержка
Процесс отключения может характеризоваться наличием выдержки или ее отсутствием. Разновидность выключателя, в частности скорость его реагирования, зависит от временного интервала, в течение которого происходит превышение существующего значения и расхождение контактов. Так, приобрели распространение быстродействующие, селективные и стандартные выключатели.
У двух последних вариантов отсутствует возможность токоограничения. В селективных устройствах защита сетей производится при помощи установленных выключателей, имеющих различную скорость срабатывания: минимальное значение имеет потребитель, постепенно к источнику питания данный параметр увеличивается.
Отрицательные стороны
Главным недостатком является дорогостоящий монтаж и последующий ремонт воздушных выключателей. Также они отличаются меньшей скоростью срабатывания на превышение номинального тока, из-за этого есть вероятность повреждения электронных устройств. Помимо этого, они отличаются чувствительностью к механическим воздействиям и вибрациям.
С учетом того, что воздушный выключатель и предохранитель предназначаются для различных функций, они не могут заменять друг друга. Для того чтобы определиться с тем, какое устройство необходимо, стоит обратиться к профессионалам, они помогут подобрать оптимальный вариант для имеющейся электрической сети.
Дополнительная защита
Для предотвращения повреждения устройств, вызванного скачками напряжения, используется сетевая защита от пиков напряжения. Возможно два варианта монтажа таких аппаратов: на специальную рейку в электрическом шкафу при использовании для группы энергопотребителей или локально у определенного прибора.
Такие приспособления позволяют производить фильтрацию аварийных скачков напряжения во внешней сети и блокировать высокомощные потоки. Несмотря на то что до энергопотребителей пики напряжения не доходят, течение тока остается на прежнем уровне. Новейшие электронные схемы обеспечивают продолжительный период работы и быструю скорость срабатывания. Защита сети за счет электронных процессоров реагирует на превышение параметров в тысячные доли секунды.
Эффективность
Сегодня различные типы воздушных выключателей стали более совершенными и функциональными, это было достигнуто внесением следующих дополнений:
- В генераторных устройствах используется принудительная схема охлаждения.
- Качественные материалы и тщательное выполнение конструктивных элементов обеспечили большую надежность и длительный срок использования до возникновения необходимости в ремонте.
- Коммутационные перенапряжения приобрели ограничение, наличие которого играет особую роль для устройств высокого напряжения.
- Модульная схема размещения серий обеспечивает возможность создавать из идентичных модулей нескольких серий, характеризующихся широким диапазоном напряжения, производить испытания и реализовать устройства, которые отличаются простым изготовлением, установкой и последующей эксплуатацией.
- Использование схем управления с быстрым реагированием и минимальным временным разбросом. Их главной задачей является обеспечение срабатывания устройств на существенное превышение напряжения и отключения в течение полупериода. Также за счет них функционируют приборы с синхронным включением и отключением.
- Элементы для гашения дуги помещаются в сжатый воздух. Так достигаются высокие пропускные характеристики по номинальному напряжению, надежность изоляции промежутков между контактами, быстрое реагирование и коммутационные свойства. Чаще всего давление воздуха находится в пределах 6-8 МПа.
