Коммутационные аппараты свыше 1000В

Коммутационные аппараты свыше 1000В

Назначение коммутационных аппаратов для цепей напряжением выше 1000 В определяется их способностью гашения дуги при разрыве контактов. По этому признаку различают аппараты, не имеющие специального устройства для гашения дуги (разъединители, отделители и короткозамыкатели) и оснащенные таким устройством (выключатели).

Разъединители используют для коммутации цепей, нагруженных током или в цепях с малой нагрузкой. С помощью разъединителей осуществляется видимый разрыв цепей электрических устройств, что бывает необходимо для выполнения ремонтных работ, различных переключений и др.

Разъединители бывают одно- и трехполюсными. Полюс состоит из неподвижного и подвижного медных контактов, последние выполнены в виде поворотных ножей. Все токоведущие элементы смонтированы па изоляторах. Для увеличения силы сжатия ножами неподвижного контакта служат боковые пружины и магнитные замки. Замки представляют собой стальные пластины, между которыми при прохождении тока возникают значительные магнитные усилия, увеличивающие давление ножей на неподвижный контакт.

Включение и отключение разъединителя производятся приводом, воздействующим через тягу на поворотный рычаг вала разъединителя. Управление однополюсными разъединителями осуществляется оперативной штангой. Такая конструкция аппарата называется вертикально-рубящей, ее применяют обычно в устройствах напряжением 6 кВ.

Разъединители горизонтально-поворотные, ножи которых поворачиваются в горизонтальной плоскости, применяют в устройствах напряжением 35 кВ и выше. Некоторые типы разъединителей снабжены дополнительно заземляющими ножами, которые заземляют отключаемый участок электроустановки. Основные и заземляющие ножи управляются отдельными приводами.

Отделители и короткозамыкатели по конструкции подобны разъединителям. Их всегда используют только совместно для устройства защиты в сетях электроснабжения. Отделитель служит для аварийного отключения силового трансформатора. При появлении тока перегрузки короткозамыкатель автоматически замыкает накоротко три фазы линии, что вызывает срабатывание защиты на ближайшей высшей ступени системы электроснабжения и отключение питающей линии выключателем с высокой отключающей способностью. Вслед за этим отделитель разрывает цепь при отсутствии в ней тока нагрузки. Отключенный выключатель высшей ступени с заданной выдержкой времени включается вновь с помощью автоматического повторного включения (АПВ) и питание неповрежденных линий сети электроснабжения восстанавливается.

Выключатели различной конструкции используют для отключения как рабочего, так и аварийного тока (тока перегрузки короткого замыкания). Рассмотрим выключатели нагрузки и масляные. Электрическая дуга в цепях высокого напряжения приводит к значительно более тяжелым последствиям, чем в устройствах низкого напряжения; она более устойчива и условия ее гашения сложней.

Гашение дуги на контактах при напряжении выше 1000 В достигается тремя основными способами: действием давления, ограничением пространства дуги узкой щелью и газовым дутьем. Дугогасящее действие давления используется в выключателях, наполненных трансформаторным маслом, которое при сильном нагревании активно выделяет газ. При увеличении давления в области горения дуги сокращаются пути свободного пробега заряженных частиц, образующих дугу. В результате частицы газа сближаются и противоположно заряженные частицы, соединяясь, теряют свои заряды.

При разрыве контактов в масляной среде образуется область, немедленно заполняющаяся газом (газовый пузырь), который выделяется маслом под действием высокой температуры дуги. Давление на газовый пузырь со стороны окружающего масла ускоряет гашение дуги.

При горении в узких щелях образующие дугу частицы отдают свой заряд стенкам суженных камер, что способствует гашению Дуги. Газовое дутье осуществляется в особых камерах, выполненных из материала, который при нагреве выделяет газ. Такими материалами (помимо трансформаторного масла) могут быть фибра, органическое стекло и др. При наличии дутья структура дуги нарушается и снижается концентрация заряженных частиц в дуговод пространстве, что способствует интенсивному гашению дуги.

Выключатели нагрузки изготовляют для установок напряжением до 10 кВ на ток до 400 А. Рабочие контакты осуществляют коммутацию тока нагрузки. Конструкцией выключателя предусмотрено, что при его отключении разрыв рабочих контактов опережает разрыв дугогасительных, поэтому образования дуги на рабочих контактах не происходит, она возникает позже, в процессе отключения выключателя при разомкнутом рабочем контуре на дугогаситсльных контактах.

Замыкание и размыкание дугогасительных контактов происходят во внутренней области дугогасительной камеры. Камера выполнена из пластмассы и имеет вкладыш из оргстекла. При образовании дуги под действием высокой температуры материал вкладыша выделяет газ, который, прорываясь к выходу из камеры под давлением вдоль дуги, способствует ее гашению (газовое дутье в узкой щели).

Необходимая скорость отключения обеспечивается пружинным устройством. Для автоматического разрыва цепей, обслуживаемых выключателем при перегрузке, служат плавкие предохранители. Промышленность выпускает выключатели ВНП-16 и ВНП-17, последний снабжен автоматическим отключающим устройством, действующим при перегорании вставки любого из предохранителей.

Масляные выключатели оборудуют специальными дугогасительными камерами, внутри которых располагаются рабочие контакты выключателя. Дугогасительная камера представляет собой резервуар для масла с пакетом фибровых пластин различной формы, помеченный в маслонаполненный бак. В наборе пластины образуют ряд боковых щелей и общее центральное отверстие для прохождения подвижного контакта. В начальной стадии размыкания контактов дуга возникает в верхнем масляном резервуаре, где под действием высокой температуры дуги масло интенсивно гашению.

В таких камерах дуга гасится под действием трех факторов: давления, дутья и локализации дуги в узких щелях. Для установок гидромеханизации используют масляные выключатели ВМГ-10 и ВМП-10. Выключатели типа ВМП отличаются от выключателей ВМГ конструктивно, представляя собой аппараты повышенной надежности и механической стойкости. Принцип гашения дуги в выключателях ВМГ-10 и ВМП-10 одинаков. Рассмотрим масляный выключатель ВМГ-10, рассчитанный на номинальное напряжение 10 кВ и на ток 630 или 1000 А. В зависимости от номинального тока различают варианты исполнения выключателей ВМГ-10-600 и ВМГ-10-1000. Выключатель состоит из трех маслонаполненных цилиндрических баков, которые посредством опорных изоляторов крепятся на раме.

К коммутируемой цепи выключатель присоединяется верхним и нижним контактами. Замыкание и размыкание цепи осуществляются опусканием и подъемом подвижного контактного стержня, который, проходя сквозь изолятор, или соединяется, или разъединяется с розеточным контактом, укрепленным на днище бака. Розеточный контакт связан непосредственно с нижним присоединительным контактом.

Подвижный стержень соединен с верхний присоединительным контактом гибкой связью. Контактные стержни опускаются под действием привода на вал через рычаг. Одновременно с валом поворачиваются изоляционные рычаги, которые с одной стороны укреплены на валу, а с другой— связаны шарнирно со стержнями с помощью серег.

При опускании стержней, т. е. при замыкании контактов выключателя, растягиваются возвратные пружины, действующие на подъем контактных стержней. Фиксированное положение стержней в опущенном состоянии обеспечивается приводом. При нарушении такой фиксации пружины, сжимаясь, возвращают стержни в исходное состояние — поднимают их вверх.

Масло в выключателе быстро загрязняется, поэтому не выполняет функцию изолятора, а является газообразующей средой для гашения дуги. Изоляция стержня в разрыве контактов обеспечивается объемом воздуха в цилиндре. В выключенном положении стержень должен находиться выше уровня масла, контролируемого по указателю уровня масла.

Внутренняя область бака сообщается с буферным объемом, внутри которого имеется маслоотделитель. Газы, образующиеся при разложении масла, удаляются через жалюзи в маслоотделителе. Во время горения дуги часть масла выплескивается в верхнюю область бака и через отверстие стекает в расширительный резервуар. В рабочем состоянии баки выключателей ВМГ и ВМП находятся под напряжением, что необходимо учитывать при эксплуатации.