ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ИЗУЧЕНИЕ МАЛОМАСЛЯНОГО И ВАКУУМНОГО
ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
Ознакомление с принципами действия, конструкциями и характеристиками маломасляного и вакуумного выключателей /1, 2, 3, 4, 6, 7, 8/.
НАЗНАЧЕНИЯ И КРАТКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
МАЛОМАСЛЯНОГО И ВАКУУМНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
Выключатель – это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока.
Он является основным аппаратом в электрических установках, служит для отключения и включения цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее КЗ.
Выключатели высокого напряжения должны длительно выдерживать номинальный ток Iном и номинальное напряжение Uном.
Маломасляные выключатели. Трансформаторное масло у маломасляных выключателях в основном служит дугогасящей средой и только частично изоляцией между разомкнутыми контактами. Изоляция токоведущих частей друг от друга и от заземленных конструкций осуществляется фарфором или другими твердыми изолирующими материалами.
Область применения маломасляных выключателей− закрытые распределительные устройства электростанций и подстанций 6, 10 20, 35, 110 и 220 кВ и открытые распределительные устройства 35, 110, 220 кВ.
В установках 110 и 220 кВ находят применение выключатели серии ВМТ (рис. 3.1, а).
Три полюса выключателя ВМТ-110 установлены на общем сварном основании 4, иуправляются пружинным приводом 1 типа ППрк – 1400 (на ток отключения 25 кА) и ППрк – 1800 (на ток отключения 31,5 и 40 кА). Полюс выключателя представляет собой маслонаполненную колонну, состоящую изопорного изолятора 2, дугогасительного устройства 3, электроподогревательных устройств 5.
а) б)
Рис. 3.1. Выключатель маломасляный ВМТ-110:
а) − общий вид: 1 − пружинный привод; 2 − опорный изолятор; 3 − дугогасительное устройство; 4 − основание выключателя; 5 − электроподогревательное устройство; б) − дугогасительный модуль: 1 − токоотвод; 2 − подвижный контакт; 3 − дугогасительная камера; 4 − полый фарфоровый изолятор; 5 − неподвижный контакт; 6 − колпак; 7 − буферный объем; 8 − указатель уровня масла
Дугогасительное устройство (модуль) состоит из токоотвода 1 (рис. 3.1, б), связанного через токосъемные устройства с подвижным контактом 2, дугогасительной камеры 3встречно-поперечного дутья, неподвижного контакта 5. Все эти элементы расположены в полом фарфоровом изоляторе 4, заполненном трансформаторным маслом и закрытом сверху колпаком 6. Колпак снабжен манометром для контроля избыточного давления в дугогасительном устройстве, устройством для заполнения сжатым газом, выпускным автоматическим клапаном, указателем уровня масла 8. В процессе гашения дуги уровень масла поднимается, занимая частично буферный объем 7.
Внутри опорного изолятора 2 (рис. 3.1, а)размещены изоляционные тяги, связывающие подвижный контакт с механизмом управления.
Маслонаполненные колонны герметизированы и находятся под избыточным давлением газа (азота или воздуха). Избыточное давление поддерживает высокую электрическую прочность межконтактного промежутка, повышает износостойкость контактов, обеспечивает надежное отключение как токов КЗ, так и емкостных токов ненагруженных линий электропередачи. Избыточное давление создается сжатым газом, который подается от баллонов или компрессора перед вводом выключателя в эксплуатацию и сохраняется без пополнения до очередной ревизии.
В мировой практике маломасляные выключатели изготовляются на напряжения до 420 кВ.
Достоинства маломасляных выключателей: небольшое количество масла; относительно малая масса; более удобный, чем у баковых выключателей, доступ к дугогасительным контактам; возможность создания серии выключателей на разные напряжения с применением унифицированных узлов, возможность отключения без перенапряжений.
Недостатки маломасляных выключателей: взрыво- и пожароопасность, хотя и значительно меньшая, чем у баковых выключателей; невозможность осуществления быстродействующего АПВ; необходимость периодического контроля, доливки, относительно частой замены масла в дугогасительных бачках; трудность установки встроенных трансформаторов тока; относительно малая отключающая способность.
Вакуумные выключатели.Гашение дуги переменного тока осуществляется в вакуумной дугогасительной камере (ВДК) при разведении контактов в глубоком вакууме (остаточное давление порядка 10-6 мм рт. ст.). Носителями заряда при горении дуги являются пары металла. В момент перехода тока через естественный ноль межконтактный промежуток заполнен ионизирующими парами металла, образовавшимися в течение горения дуги. Из-за практического отсутствия среды в межконтактном промежутке, препятствующей рассеиванию этих паров, их уход из промежутка осуществляется за чрезвычайно малое время (10-5 с), после чего происходит быстрое восстановление электрической прочности ВДК. Электрическая прочность вакуума составляет порядка 30 кВ/мм, что гарантирует отключение тока при расхождении контактов более 1 мм.
В выключателях применяется современная конструкция ВДК с аксиальным магнитным полем. Дуга в таком поле находится все время в диффузионном состоянии, что существенно уменьшает износ, который не превышает 1 мм после исчерпания коммутационного ресурса.
Выключатели ВВ/TEL состоят из трех полюсов, установленных на металлическом корпусе, в котором размещаются электромагнитные приводы каждого полюса с магнитной защелкой, удерживающей выключатель неограниченно долго во включенном положении после прерывания тока в катушке электромагнита привода.
Внешний вид выключателя ВВ/ТЕL - 10 - (12,5)20/1000 У2 представлен на рис.3.2.
Рис. 3.2. Внешний вид выключателя BB/TEL-(12,5)20/1000 У2
Основные узлы выключателей на ток до 1000 А размещаются в закрытом изоляционном корпусе круглого сечения, выполненном из механически прочного и дугостойкого материала, защищающего элементы полюса от механических повреждений и воздействий электрической дуги тока КЗ.
Выключатели на номинальный ток 1600 А конструктивно отличаются от выключателей на 630-1000 А устройством изоляционных корпусов, способом установки в них ВДК и способом крепления выключателей. Изоляционные корпусы прямоугольного сечения открыты снизу и сверху для вентиляции воздуха и охлаждения токоведущих частей. С передней и задней сторон к корпусам крепятся изоляционные листы толщиной 10 мм для придания им необходимой жесткости. Выключатели устанавливаются на вертикальное металлическое основание приводом вниз или вверх. Общий вид выключателя представлен на рис.3.3.
Рис. 3.3. Внешний вид выключателя BB/TEL-(20)25/1600 У2
Разрез полюса выключателя представлен на рис.3.4.
Рис.3.4. Разрез полюса выключателя BB/TEL-(12,5)20/1000 У2
1−неподвижный контакт ВДК, 2− вакуумная дугогасительная камера (ВДК), 3−подвижный контакт ВДК, 4−гибкий токосъем, 5−тяговый изолятор, 6−вспомогательные контакты, 7−кулачок, 8−вал, 9−отключающая пружина, 10−пружина поджатия, 11−катушка, 12−якорь, 13−кольцевой магнит, 14−втулка якоря, 15−толкатель, 16−указатель вкл./откл. положения
В состав полюса входят следующие основные элементы: ВДК 2
с неподвижным 1 и подвижным 3 контактами и сильфоном, гибкий токосъем 4, тяговый изолятор 5, токоведущие выводы и электромагнитный привод. Привод состоит из кольцевого электромагнита 13, якоря 12, катушки 11, пружин отключения 9 и дополнительного поджатия 10, тяги 15 устройства ручного отключения. Катушки электромагнита 11 включены в цепь управления параллельно и используются для включения и отключения выключателя.
Полюса механически связаны между собой промежуточным валом 8, на котором установлен кулачок для управления вспомогательными контактами, используемыми во внешних цепях (управления, сигнализации и др.). Выключатели, предназначенные для частых коммутационных операций, содержат в своей конструкции усиленный привод и камеру ВДК, которые не влияют на габаритные и присоединительные размеры.
В отключенном положении подвижные части полюса удерживаются силой отключающей пружины 9 независимо от пространственного положения выключателя. Включение и отключение выключателя производится схемой управления (рис.3.5). Указатель положения 16 выключателя находится на валу 8.
При подаче команды включения при замыкании кнопки SB1 подается напряжение положительной полярности на катушку 11 электромагнита (YA). Протекающий при этом ток создает магнитный поток в зазоре между якорем 12 и кольцевым магнитом 13, под действием которого якорь втягивается внутрь электромагнита и через тяговый изолятор 5, сжимая пружину отключения 9 и воздействуя на подвижный контакт 3, замыкает контакты ВДК.
Скорость замыкания контактов составляет около 1 м/с. Она является оптимальной для процесса включения и предупреждения дребезга контактов при включении.
Замыкание подвижного контакта с неподвижным происходит в момент, когда между якорем и верхней крышкой электромагнита остается зазор 2 мм. Проходя это расстояние, якорь сжимает пружину поджатия 10 и создает необходимое контактное нажатие. После замыкания магнитной системы якорь встает на магнитную защелку и удерживается в этом положении неограниченно долго за счет остаточной индукции кольцевого электромагнита 13 без дополнительной токовой подпитки. В этот момент времени происходит размыкание вспомогательного контакта SF, и ток катушки привода коммутируется конденсатором отключения С (рис.3.5). Параметры конденсатора подобраны таким образом, что в момент перетекания тока он заряжается до напряжения источника. Общий ход якоря 8 мм, ход подвижного контакта 6 мм. Установленный на валу 8 постоянный магнит управляет при повороте вала 8 вспомогательными контактами 6.
Выключатели имеют по 12 вспомогательных контактов (6 замыкающих и 6 размыкающих) для использования их во внешних цепях управления и сигнализации, а также 1 вспомогательный размыкающий контакт, обеспечивающий нормальную и согласованную работу устройства управления и выключателя.
Запас по усилию удержания (сила, необходимая для отрыва якоря от верхней крышки электромагнита, приложенная вдоль оси привода), составляет 450-500 Н для одного полюса выключателя.
В случае обрыва цепи катушки электромагнита одного из полюсов выключатель не фиксируется во включенном положении и отключается, тем самым предупреждается работа выключателя в неполнофазном режиме.
В процессе включения якорь через кинематическую связь поворачивает вал 8 и установленный на нем кулачок 7, который управляет встроенными микропереключателями (электромеханические блокировки).
Источником электрической энергии для включения служат предварительно заряженные малогабаритные конденсаторы, устанавливаемые в блоке питания (БП).
Ручное включение выключателя не предусмотрено.
При замыкании кнопки SB2 подается команда отключения, и на катушку 11 электромагнита YA (рис.3.5) прикладывается напряжение противоположной полярности и определенной длительности. При этом электромагнит 13 частично размагничивается, и якорь 12 снимается с магнитной защелки. Под действием пружины отключения 9 и пружины дополнительного поджатия 10 якорь 12 разгоняется и наносит удар по тяговому изолятору 5, соединенному с подвижным контактом 3 вакуумной камеры. Ударное усилие, создаваемое якорем электромагнита, превышает 2000 Н, что позволяет отключать выключатель даже при наличии точечной сварки контактов, которая
может иметь место при включении выключателя.
После удара подвижный контакт 3 приобретает высокую стартовую скорость, необходимую для успешного отключения тока КЗ, и под действием отключающей пружины совместно с другими подвижными частями занимает конечное отключенное положение.
Рис.3.5. Схема управления выключателем ВВ/ТЕL-10
Ручное отключение осуществляется путем воздействия на кнопку ручного отключения, которая через толкатель 15, шарнирно связанный с валом 8, воздействует через вал привода на якоря электромагнитов и разрывает магнитную систему. Кнопка ручного отключения, связанная с валом 8, может служить указателем положения выключателя.
Усилие на кнопке отключения при ударном воздействии составляет 200 - 250 Н.
Наличие в схеме управления выключателями батареи малогабаритных конденсаторов позволяет осуществлять автономное включение на обесточенной подстанции с помощью двух стандартных элементов питания 9 В, подключая их к низковольтному входу БУ. Имеющийся в БУ или блоке питания преобразователь повышает напряжение питания до необходимого и заряжает в течение короткого времени (менее 1 мин) батарею конденсаторов, после чего выключатель готов к выполнению операции "В" или "ВО".
Автономное включение может также выполняться с помощью инвентарных переносных блоков автономного включения (БАВ).
Корпус привода выключателя заземляется при помощи медного
неизолированного проводника сечением 4 мм2, либо изолированного,
сечением 2,5 мм2.
Выключатели данной серии применяются для замены выключателей в ячейках КРУ, а также для вновь разрабатываемых ячеек.
Достоинства вакуумных выключателей: простота конструкции, высокая степень надежности, высокая коммутационная износостойкость, малые размеры, пожаро- и взрывобезопасность, отсутствие загрязнения окружающей среды, малые эксплуатационные расходы.
Недостатки вакуумных выключателей: сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения, возможность коммутационных перенапряжений.
РЕГУЛИРОВКИ И ИСПЫТАНИЯ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ
1. Регулировка одновременности включения всех фаз производится с помощью трех ламп. При замыкании контактов выключателя лампы, включенные последовательно с контактами выключателя, должны загораться (рис. 3.6). При этом ход стержня, соответствующий разновременности загорания ламп, должен быть не более 2х ÷3х мм.
При медленном включении выключателя и загорании одной из 3-х ламп на всех подвижных стержневых контактах выключателя наносятся риски на уровне колпачка проходного изолятора. При дальнейшей движении подвижных контактов наносятся риски на них после загорания соответствующих ламп. По нанесенным рискам определяют величину разновременности включения контактов и производят регулировку, ввертывая или вывертывая подвижный стержневой контакт в трубку, связанную с изоляционной тягой. Такую регулировку повторяют несколько раз до тех пор, пока расстояние между рисками на стержнях не станет меньше 2-3мм.
2. Регулировка входа подвижного стержневого контакта в неподвижный розеточный контакт производится следующим образом.
При медленном включении выключателя и загорании одной из 3-х ламп на подвижном стержневом контакте этой фазы наносится риска. На том же стержневом контакте наносится вторая риска, соответствующая включенному положению выключателя. После отключения выключателя измеряется расстояние между рисками, соответствующими ходу стержневого контакта в розеточном контакте выключателя, которое должно быть в пределах 40÷45 мм.
Аналогичная регулировка производится на всех 3-х фазах.
3. Регулировка запасного хода подвижных контактов необходима для исключения поломки изоляционных тяг в связи с движением по инерции подвижных частей выключателя при его включении электромагнитным приводом.
Регулировка производится следующим образом: подвижный стержневой контакт отсоединяют от изоляционной тяги и опускают его вниз до упора в основание розеточного контакта ("до дна"). В этом положении на подвижный стержневой контакт накосят риску. Измеряют расстояние, соответствующее запасному ходу подвижного контакта, которое должно быть 25-30 мм.
Регулировки по пунктам 2, 3 производятся ввертыванием стержневого подвижного контакта в трубку, связанную с изоляционной тягой или его вывертыванием, а если такая регулировка оказывается недостаточной, то производят регулировку крепления рычага привода на валу выключателя.
4. Измерение собственного времени отключения.
Отключение выключателяпроисходит после подачи напряжения на катушку 11 электромагнита (рис.3.4).
Собственным временем отключения выключателя называется промежуток времени от подачи напряжения на электромагнит отключения до начала расхождения контактов выключателя.
Измерение собственного времени отключения производится электросекундомером при включенном выключателе или с помощью осциллографа.
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
На стенде смонтирована схема для определения одновременности включения главных контактов выключателя всех фаз, схема для измерения собственного времени отключения выключателя (рис.3.6, 3.7).
Для измерения собственного времени отключения выключателя, необходимо чтобы он был предварительно включен и стендовым автоматом 4QF(4АВ) в схему (рис.3.7) должно быть подано напряжение. Так как катушка электромагнита отключения YAT (ЭО) и электросекундомера ЭС включены параллельно, то при включении автомата напряжение 220 В одновременно подается на YAT (ЭО) и на ЭС.
Электромагнит YAT (ЭО) начнет производить отключение выключателя, а электросекундомер ЭС начнет отсчитывать собственное время отключения.
При расхождении главных контактов выключателя Q(В) ЭС остановится, а катушка YAT (ЭО) отключится.
Рис.3.6. Схема для определения одновременности включения главных контактов всех фаз выключателя
Рис.3.7. Схема для измерения собственного времени
отключения выключателя
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Изучить маломасляный выключатель ВМТ-110, установленный на ПС “Счетмаш”, и вакуумный выключатель ВВ/TEL-10, установленный на ПС “Волокно”, а также выключатели, представленные в лаборатории, используя макеты и плакаты.
2. Отключить выключатель, стендовый автомат и штепсельные разъемы ЭШР.
3. Измерить ход стержня, соответствующий разновременности загорания ламп, сопоставив его с допустимым ходом.
4. Произвести регулировку одновременности включения для 2-х фаз.
5. Произвести измерение собственного времени отключения выключателя.
КРАТКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ
1. Запрещается начинать регулировки во включенных положениях выключателя, штепсельных разъемов ЭШР и стендового автомата 4QF(4АВ).
2. При выполнении регулировки риски наносить с особой осторожностью, не дотрагиваясь руками до подвижных деталей выключателя.
КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
1. Чтобы подать напряжение в схему для определения одновременности включения главных контактов всех фаз, необходимо включить автоматы 1QF(1АС), расположенные на стенде №1, и перевести переключатель П, расположенный на стенде, в положение I.
2. Чтобы подать напряжение в схему для измерения собственного времени отключения, необходимо включить выключатель, стендовой автомат и перевести переключатель П в положение II.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Назначение высоковольтных выключателей.
2. Краткое описание конструкции выключателей ВМТ-110 и ВВ/TEL-10/.
3. Эскизы выключателей.
4. Схема для проверки одновременности включения фаз.
5. Схема для измерения собственного времени отключения выключателя.
6. Результаты проведенной работы в порядке ее выполнения.
7. Выводы по каждому этапу выполнения работы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Для каких целей служит масло в малообъемных масляных выключателях?
1. Для осуществления изоляции между контактами в отключенном положении.
2. Для осуществления изоляции между неподвижным контактом и баком.
3. Для осуществления изоляции между подвижным стержневым контактом и баком.
4. Для гашения дуги и осуществления изоляции между контактами в отключенном положении.
5. Для гашения дуги.
6. Для гашения дуги и осуществления изоляции между подвижным стержневым контактом и баком.
2. Влияет ли загрязнение масла на его электрические и дугогасящие свойства?
1. Влияет на электрические и дугогасящие свойства
2. Не влияет ни на те, ни на другие.
3. Влияет на электрические, но не влияет на дугогасящие свойства.
4. Не влияет на электрические, но влияет на дугогасящие свойства.
3. С какой целью производят регулировку одновременности включения всех фаз?
1. Для предотвращения взрыва выключателя.
2. Для предотвращения электродинамических усилий при коротком замыкании.
3. Для исключения несимметрии токов при включении.
4. Для исключения несимметрии токов при отключении.
5. Для исключения несимметрии токов при включении и отключении.
6. Для исключения повторных зажиганий дуги при отключении выключателя.
4. Что является изоляцией подвижного стержневого контакта выключателя от металлических деталей привода?
1. Воздух при атмосферном давлении.
2. Масло.
3. Опорные изоляторы
4. Проходные изоляторы.
5. Изоляционные тяги.
6. Сжатый воздух.
5. Для чего производится регулировка запасного хода подвижных стержневых контактов выключателя?
1. Во избежание поломки изоляционных тяг выключателя при его включении.
2. Для улучшения гашения дуги.
3. Для исключения повторных зажиганий дуги при отключении выключателя.
4. Для исключения коммутационных перенапряжений.
5. Для предотвращения взрыва выключателя.
6. Для исключении несимметрии токов при включении.
6. Что является изоляцией токоведущих частей маломасляного выключателя во включенном его положении по отношению к земле?
1. Воздух при атмосферном давлении.
2. Масло.
3. Опорные изоляторы.
4. Изоляционные тяги, опорные изоляторы.
5. Сжатый воздух.
7. Что является изоляцией между контактами маломасляного выключателя?
1. Воздух при атмосферном давлении, проходные изоляторы.
2. Масло.
3. Проходные изоляторы, сжатый воздух.
4. Изоляционные тяги.
5. Сжатый воздух.
8. Какой вакуумный выключатель не применяется для выкатного варианта исполнения?
1. ВБЭТ-35II.
2. ВР-35.
3. ВВЭ-М-10.
4. ВВ/TEL-10.
9. В каком вакуумном выключателе один и тот же электромагнит осуществляет включение и отключение?
1. ВБЗЕ(П)-35.
2. ВВЭ-М-10.
3. ВБЭТ-35II.
4. ВВ/TEL-10.
10. В каком вакуумном выключателе один и тот же электромагнит осуществляет включение и отключение?
1. ВВЭ-М-10.
2. ВР-35.
3. ВБЭТ-35II.
4. ВБЗЕ(П)-35.
11. В каком выключателе наибольший электрический коммутационный ресурс?
1. ВВ/TEL-10.
2. ВВЭ-М-10.
3. ВБЭТ-35II.
4. ВБЗЕ(П)-35.
12. Для чего служит масло в выключателе ВБЭТ-35II?
1. Для гашения дуги.
2. Для изоляции между разомкнувшимися контактами.
3. Для дополнительной изоляции вакуумных дугогасительных камер.
4. Для охлаждения выключателя при токах КЗ?
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Рожкова Л.Д., Карнеева Л.К., Чиркова Т.В.. Электрооборудование электрических станций и подстанций. –М.: Издательский центр”Академия”, 2004–448с.
2. Электрическая часть станций и подстанций /Под ред. А.А.Васильева. –М.: Энергоатомиздат, 1990. – 562 с.
3. Чунихин А.А. Электрические аппараты высокого напряжения. Выключатели. Т1–3: Справочник. – М.: Информэлектро, 1996, 1997. –122с., 211., 140 с.
4. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций. – М.: Энергоатомиздат, 1986. –640 с.
5. Выключатели автоматические АВ2М4, АВ2М10: Техническое описание и инструкция по эксплуатации. БЕИВ.641784.001 ТО Ульяновск, 2004 г.
6. Выключатели вакуумные серии ВВ/TEL (коммутационный модуль): Руководство по эксплуатации. ТШАГ 674152.003 РЭ. Москва, 2003 г.
7. Справочник по проектированию электрических сетей /Под ред. Д.Л. Файбисовича. –М.: Изд-во НЦ. ЭНАС, 2005. – 320 с. ил.
8. Почаевец В.С. Электрические подстанции. Учеб. для техникумов и колледжей ж.-д. транс. –М.: Желдориздат, 2001. –512 с.