Что такое воздушный автоматический выключатель?

Принцип работы высоковольтных выключателей с сжатым воздухом. Их классификация и назначение. ИХ особенности эксплуатации. Самые распространённые типы.

Что такое воздушный автоматический выключатель?

Особенности работы и применения воздушных высоковольтных выключателей

Воздушный выключатель — это особый коммутационный аппарат, который применяется только в высоковольтных цепях. Гашение дуги, перемещение контактной силовой группы выполняется сильным потоком сжатого воздуха, нагнетаемого отдельным механизмом. Так как этот аппарат должен выполнять операции с высоким напряжением, то его надёжность и изоляционные свойства должны быть всегда на высоком уровне. Конструкция его выполняется согласно ГОСТа Р52565–2006. В мировой практике они используются в основном в постсоветском пространстве в цепях от 35 кВ и выше. После того как были изобретены элегазовые и вакуумные выключатели высокого напряжения, презентация и внедрение которых, состоялись ещё в 60-е годы прошлого века, этот тип выключателей начал исчезать постепенно с распределительных устройств самых развитых стран.

В современной электротехнике применяется на данный момент только воздушный автоматический выключатель способный производить действия по коммутации, а также надёжно защищать электроприёмники от аварийных режимов короткого замыкания или же перегрузок. В принципе это тот же обычный автомат, только очень редко выпускается он на напряжение выше 1000 Вольт.

Принцип действия

Принцип действия воздушных выключателей основан на гашении электрической дуги, появляющейся при разрыве нагрузки. Этот процесс может происходить двумя типа движения воздуха:

  1. Продольный;
  2. Поперечный.

Воздушный выключатель может иметь несколько контактных разрывов, и это зависит от номинального напряжения, на которое он рассчитан. Для облегчения гашения особо больших типов дуги к дугогасящим контактам подключается шунтирующее сопротивление. Автоматические воздушные выключатели, работающие по принципу гашения дуги в обычных камерах, без наличия сжатого воздуха не имеют таких элементов. Камера гашения дуги у них состоит из перегородок, которые разбивают дугу на мелкие части, и она поэтому не разгорается и быстро тухнет. В этой статье речь пойдёт больше о работе высоковольтных (выше 1000 Вольт) выключателей, не оснащённых встроенной, а имеют управление в схему которой заведены релейные защиты.

Принцип работы высоковольтного выключателя со сжатым воздухом отличается друг от друга конструктивными особенностями, а в частности, с отделителем и без него.

В выключателях, которые оснащены отделителями силовые контакты соединены с специальными поршнями и составляют один контактно-поршневой механизм. Отделитель же включен последовательно к контактам дугогашения. То есть отделитель с дугогасящими контактами образует один полюс выключателя. При замкнутом положении и дугогасящие контакты и отделитель находятся в одном замкнутом состоянии. Во время подачи отключающего сигнала, срабатывает механический пневмоклапан, который в свою очередь открывает пневмопривод, при этом воздух с расширителя воздействует на контакты дугогашения. Расширитель, кстати, также специалисты называют ресивером. При этом силовые контакты размыкаются, а возникшая вследствие этого дуга гасится потоком сжатого воздуха. После чего отключается и сам разделитель, разрывая ток, который остался. Подача воздуха должна быть чётко отрегулирована, чтобы её хватило на уверенное гашение дуги. После прекращения подачи воздуха дугогасительные контакты принимают включенное положение, а разрыв цепи обеспечивается только разомкнутым выключателем. Поэтому при работе на электроустановках, которые питаются от таких выключателей обязательно необходимо выполнять размыкание разъединителей для безопасного проведения работ. Одного отключения пневмовыключателя мало! Чаще всего в цепях до 35 кВ применяется конструкция с открытыми отделителями, а если напряжение, при котором, работает выключатель выше то отделители уже изготавливаются в виде специальных воздухонаполненных камер. Выключатели с отделителем, например, выпускались в советском союзе под маркой ВВГ-20.

Если выключатель воздушный высоковольтный не имеет отделителя, то дугогосящие контакты его выполняют также роль и разрывания цепи и гашения возникшей дуги. Привод в них отделён от среды, в которой происходит гашение, а контакты могут иметь одну или даже две ступени работы.

Классификация устройств

Все воздушные высоковольтные выключатели, кроме как, по конструкции (с отделителем и без) отличаются, также и по назначению:

  • Сетевые. Они рассчитаны на напряжение 6000 вольт и выше и используются в цепях переменного тока для включения и выключения потребителей в нормальных неаварийных режимах работы, а также отключение при возникших коротких замыканиях;
  • Генераторные. Применяются в сетях с рабочим напряжением от 6 до 24 тысяч Вольт, для подключения в эти цепи генераторов. Выдерживают пусковые токи, а также режимы К.З.;
  • Для электротермических установок. Рабочее напряжение, при котором возможна нормальная коммутация, составляет 6–220 кВ. Может работать также и в аварийных режимах.
  • Специального назначения. Они выпускаются не серийно, а под заказ и изготавливаются с учётом местных условий эксплуатации.

И также выключатели, имеющие пневмоустановку для работы, разделяются по виду и расположению этого механизма, нагнетающего воздух аппарата:

  1. Опорные;
  2. Подвесные. Имеют подвешивающую к порталу, установленному на ОРУ, конструкцию;
  3. Выкатные. Оснащены механизмом для выкатывания из распредустройства;
  4. Встраиваемые в КРУ (комплектные распределительные устройства).

Преимущества и недостатки

Преимуществ таких устаревших устройств немного вот основные из них:

  1. В связи с давним применением имеется большой опыт как эксплуатации, так и ремонта;
  2. В отличие от других более современных собратьев (особенно элегазовых) данные выключатели поддаются ремонту.

Из недостатков хотелось бы выделить следующие:

  1. Наличие для работы дополнительной пневмоаппаратуры или же компрессоров;
  2. Повышенный шум при отключении, особенно при аварийных режимах короткого замыкания;
  3. Крупные несовременные габариты, что вызывает увеличение территории выделяемой для ОРУ;
  4. Боятся влажного воздуха и запылённости. Поэтому для воздушных систем применяются дополнительные меры, устанавливается направленное на уменьшение этих вредных факторов оборудование.

Дополнительные элементы для воздушных выключателей

Сам выключатель не может создавать поток сжатого воздуха, на котором основана его работа, поэтому для его эксплуатации необходимы следующие основные компоненты:

  1. Компрессор для создания сжатого воздуха;
  2. Герметичную систему пневматических приводов;
  3. Ресивер для хранения уже готового сжатого воздуха.

В связи с применением этих компонентов также согласно ГОСТа необходимы:

  • Манометры. Они показывают реальное давление в резервуаре выключателя;
  • Реле минимального давления контакты которого обеспечат подачу сигнала в случае снижения определённого давления которое нормируется. Эту же роль может играть и манометр, содержащий электроконтактную часть;
  • Запорный общий клапан, который устанавливается на воздухопроводе;
  • Обратный клапан, обеспечивающий надёжное перекрывание выхода сжатого воздуха с резервуара при понижении давления в подводящем воздухопроводе;
  • Фильтр очищающий воздух от различной, токопроводящей и не только, пыли;
  • Устройство для спускания воздуха или воды из самой нижней точки резервуара.

Подготовка воздуха

Если распределительная подстанция оборудован этим типом выключатели то к воздуху, подаваемому в них тоже предъявляться ряд требований, направленных на подготовку воздуха его очистку и удаление влаги. Пыль, имеющаяся в воздухе, даже очень мелкая снижает разрядное напряжение, а также засоряет клапаны. Особую опасность вызывает влажность, которая при изменениях в окружающей среде может конденсироваться в воздуховоде. Из-за этого зимой, возможно, обледенение клапанов и труб, и нарушение проходимости воздуха под давлением. Стальные же элементы быстро ржавеют и изнашиваются. Появление конденсата на внутренней поверхности изоляторов, приводит к ухудшению электрической прочности и даже к пробоям.
Для очистки воздуха используются масляные фильтры, которые установлены на всасывающих патрубках. Чистка их должна быть регулярной, и чем выше запыленность тем меньше период между ними. Уменьшение влаги в воздухе производится путём подвергания его сжатию выше номинального давления в два раза. Влага, улавливаемая в змеевике, спускается, а сжатый воздух проходит через редуктор, который и снижает его давление. Дополнительная осушка выполнятся может с помощью абсорбентов, улавливающих воду из воздуха. Эти две беспрецедентные меры позволяют добиться значительного снижения влаги почти до нулевого значения.

Типы выпускаемых высоковольтных воздушных выключателей

Выключатели серии ВВБ

Они выпускаются ПО «Электроаппарат», рассчитаны на работы с U от 110 до 750 кВ. Их ключевые элементы устанавливаются на колонны, сделанные из фарфоровых надёжных изоляторов. Рабочее давление, которое должен создать компрессор от 2 до 2, 6 МПа этот фактор зависит от того на какое напряжение будет эксплуатироваться аппарат.

Выключатели серии ВВБК

Они предназначены для работы в сетях с напряжением 110–500 Кв. В их системах давление сжатого воздуха не должно быть меньше 4 МПа. Для улучшения гашения дуги при таких напряжениях применяется двухсторонняя подача очищенного воздуха. Простая пневматическая система, была заменена более усовершенствованной пневмомеханической, именно это позволило значительно уменьшить время срабатывания при отключениях, что важно в таких цепях.

Выключатели серии ВВГ-20

Они исключительно используются для генераторов. Они разработаны для работы с номинальным напряжением 20 кВ и номинальный ток 20 кА, а ток отключения составляет 160 кА. Давление воздуха в районе 2 МПа. При включении коммутатора сначала происходит срабатывание отделителя, а затем уже и сам дугогасящий механизм. Они предназначены только для внутренней установки.

При работе со сжатым воздухом и опасным высоким напряжением стоит быть особо осторожным, так как эти два вида энергии могут привести не только к травмам, но и к лишению жизни.

Видео об устройстве и назначении частей выключателя

Воздушные выключатели: определение аппаратуры, принцип функционирования, нормативные требования к эксплуатации

В качестве воздушного выключателя рассматривается специально разработанный коммутационный аппарат, применяемый исключительно в высоковольтных электрических цепях – как правило, свыше 35 кB. Отдельный механизм в составе коммутатора позволяет быстро гасить дугу и перемещать контактную силовую группу. Это делается при помощи сильного потока сжатого воздуха, который нагнетается этим компонентом. Конструкция выключателя соответствует ГОСТу P52565 – 2006.

Принцип функционирования воздушных выключателей в зависимости от их конструкции

Воздушные выключатели работают по принципу гашения электрической дуги. Она появляется, если происходит разрыв нагрузки. Сжатый воздух может подаваться продольно или поперечно. С целью облегчить гашение сверхбольших дуг в некоторых случаях дугогасящие контакты дополняются шунтирующим сопротивлением.

Для высоковольтных автоматических выключателей принцип срабатывания при помощи сжатого воздуха отличается в зависимости от конструктивных особенностей каждого отдельного устройства. В частности, это касается наличия или отсутствия отделителя.

Аппараты, в оснащение которых входят отделители, соединение силовых контактов обеспечивается при помощи специальных поршней, при этом включение отделителя к дугогасительным контактам происходит последовательно. Так, образуется один полюс автовыключателя. Когда подается отключающий сигнал, пневмомеханический клапан срабатывает, открывая пневматический привод. Сжатый воздух моментально активирует контакты дугогашения, после чего происходит отключение самого разделителя, который, в свою очередь, разрывает и остаточный ток.

После того, как подача воздуха прекращается, дугогасительные контакты возвращаются в исходное положение, при этом цепь разрывается лишь в месте установки разомкнутого выключателя. Учитывая этот факт, для безопасного выполнения работ на электрооборудовании важно размыкать разъединители.

Зачастую для электрических цепей менее 35 кB используются конструкции с открытым типом отделителей. При более высоких значениях напряжения изготовление отделителей производится в виде специальных камер, наполненных воздухом.

При отсутствии отделителя в воздушном высоковольтном выключателе роль гашения дуги и разрыва цепи выполняют те же дугогасящие контакты. Они могут иметь как одну, так и две ступени функционирования, а их привод, как правило, отделен от то среды, где гасится дуга.

Читайте также  Как выбрать автоматический выключатель для группы из 9 электродвигателей?

Как классифицируются устройства – основные параметры и специфика применения

Все типы высоковольтных воздушных выключателей отличаются по конструкции и по назначению. Конструкция этих устройств может включать отделитель или быть без него. Назначение же бывает разное:

  • Сетевые выключатели – предназначены для использования в цепях с переменным током и напряжением свыше 6000 Вольт, обеспечивают включение/отключение потребителей в привычном рабочем режиме (неаварийном). Также позволяют проводить отключение в случае возникновения коротких замыканий.
  • Генераторные выключатели – используются для сетей, рабочее напряжение которых варьирует в диапазоне 6000-24 000 Вольт, с целью обеспечения подключения к этим цепям генераторных установок. Таким установкам не страшны режимы коротких замыканий или пусковые токи. Величина рабочего напряжения может колебаться от 6 до 220 кB, а коммутация в нормальном режиме возможна даже в случае аварий.
  • Выключатели со специальным назначением. Как правило, такие устройства выпускаются сериями или под заказ – в последнем случае учитываются местные эксплуатационные условия.

Специфика применения дистанционных выключателей. Преимущества и недостатки

К основным преимуществам воздушных выключателей относятся:

  • большой опыт их использования и ремонтопригодность,
  • обеспечение работы как в горизонтальном, так и в вертикальном положении,
  • низкий уровень пожароопасности,
  • долговечность в использовании и эксплуатации.

Среди недостатков указываются:

  • Необходимость дополнительной установки пневматической аппаратуры;
  • Большие габариты;
  • Подверженность влиянию влаги и пыльной среды;
  • Повышенный уровень шума.

Чтобы минимизировать эти недостатки, к воздушным системам отключения добавляются дополнительные средства и оборудование.

Технические требования, нормативные документы

В спектр основных требований, предъявляемых к воздушным выключателям высоковольтных электросетей, включены следующие:

  • Высокая степень надежности в функционировании, безопасность для людей и имущества;
  • Быстрое время срабатывания – отключение в случае возникновения аварийных ситуаций на линии должно проводиться моментально;
  • Удобство в эксплуатации и во время периодичного технического обслуживания;
  • Простота в проведении монтажных работ;
  • Отсутствие шумов во время работы;
  • Доступность по стоимости – проектирования, установки и обслуживания.

Воздушные выключатели, которые применяются в современных сетях, по большому счету отвечают вышеперечисленным требованиям. Все же, конструкторам еще есть над чем работать для обеспечения полного соответствия заявленных характеристик специализированного оборудования выдвинутым требованиям на нормативном уровне.

Электрическая прочность изоляции

Согласно этому критерию, воздушные выключатели должны соответствовать требованиям ГОСТов 1516.3, 9920 и техническим условиям, указанным в документах по эксплуатации.

Нагрев

Требования к допустимым значениям нагрева воздушных выключателей указаны в ГОСТе 8024. В частности, в документе содержатся условия эксплуатации главных цепей, электромагнитных обмоток минимальных и максимальных расцепителей, контактов, зажимов и иных компонентов, которые относятся к вспомогательной цепи.

Механическая работоспособность

Нужные характеристики функционирования механизмов воздушных выключателей, как и допустимые значения отклонений, указываются в ТУ и документах по их эксплуатации.

Стойкость механизмов при воздействии сквозного тока КЗ

В рабочем режиме воздушные выключатели должны выдерживать большие нагрузки без каких-либо повреждений, а также термическое и электродинамическое воздействия сквозного тока КЗ, согласно установленным нормированным значениям.

Коммутационная способность при возникновении короткого замыкания

Должна соответствовать условиям и характеристикам, указанным в ТУ, а также в соответствующих подразделах нормативной документации.

Электро лаборатория: измерения, испытания, протоколы, цены на услуги.

Автоматические воздушные выключатели

Автоматические воздушные выключатели (автоматы) служат для автоматического отключения электрической цепи при возникновении в ней перегрузки, короткого замыкания, снижении напряжения ниже установленного значения, изменении направления передачи энергии. Они применяются также в качестве коммутирующих аппаратов ручного управления для нечастых включений и отключений потребителей электрической энергии, например, электродвигателей небольшой мощности. «Воздушными» автоматические выключатели называют потому, что гашение электрической дуги на коммутирующем контакте происходит в воздушной среде. Узел защиты с автоматическим выключателем (АВ) рассмотрен в п. 5.1, рис. 5.1а.

В зависимости от типа АВ может выполнять одну или несколько функций защиты. Например, установочный автомат в большинстве исполнений защищает электрическую цепь от короткого замыкания и от перегрузки. Для этого в нем предусмотрены воспринимающие элементы – расцепители, аналогичные по принципу действия воспринимающим элементам электромагнитного реле максимального тока и электротеплового реле. Автомат, защищающий электрическую цепь от чрезмерного снижения напряжения, имеет рацепитель, подобный воспринимающему элементу электромагнитного реле минимального напряжения.

Максимальный расцепитель (реагирующий на ток короткого замыкания) и минимальный расцепитель (реагирующий на снижение напряжения) по существу представляет собой электромагнитный механизм (см. [1], п. 4.1) с якорем, втягивающимся в катушку под действием электромагнитной силы тяги. Якорь воздействует на защелку механической передачи (см. [1], п. 3.2), которую (МП) называют механизмом свободного расцепления. Для этого механизма предусматривают также ручной привод, чтобы человек мог осуществлять включение и выключение автомата.

В автоматических выключателях, выполняющих функцию защиты от изменения направления передачи энергии (от «обратного тока», от «обратной мощности») есть независимый расцепитель, выполненный как электромагнитный механизм. В некоторых автоматах используются расцепители, работающие по принципу электродинамического преобразователя (см. [1], п. 3.4.), а также полупроводниковые расцепители.

Автоматический воздушный выключатель с несколькими видами защит представлен структурной схемой на рис. 5.7.

Автоматический воздушный выключатель (АВВ) воздействует на контролируемую им электрическую цепь (ЭЦК) коммутирующим контактом (КК), изменяя сопротивление (RK) цепи. При разомкнутом КК приемник электрической энергии (ПЭЭ) отключен от питания со стороны источника электрической энергии (ИЭЭ). Количество коммутирующих (главных) контактов может быть от одного до трех. В контактной системе предусматривают устройства гашения электрической дуги, обычно, дугогасительные решетки (см. [1], п. 2.8). В некоторых автоматах устанавливают дополнительные дугогасительные контакты, и могут быть предусмотрены вспомогательные контакты для коммутации слаботочных цепей сигнализации и управления.

В зависимости от типа автомата его узел расцепителей (УР) состоит из определенной комбинации расцепителей из следующего состава:

Р1 – расцепитель минимального напряжения U (минимальный расцепитель, реагирующий на снижение напряжения);

Р2 – расцепитель максимального тока I (максимальный расцепитель, реагирующий на ток короткого замыкания);

Р3 –независимый расцепитель, на который подается сигнал Uнпэ, несущий информацию, например, об изменении направления передачи энергии в цепи ЭЦП;

РТ – расцепитель тока перегрузки (тепловой расцепитель, реагирующий на ток пергрузки).

Узел УР установочного автомата с комбинированным расцепителем состоит из расцепителей Р2 и РТ. Универсальный автомат имеет расцепители Р1, Р2. В зависимости от назначения и по составу узла расцепителей выделяют также максимальные автоматы по току, минимальные автоматы по току, максимальные автоматы, реагирующие на производную тока по времени, и др. [9]. Для построения селективно действующей защиты в АВ предусматривают возможность регулировки тока и времени срабатывания.

Каждый из расцепителей независимо воздействует на механизм свободного расцепления (МСР), снимая упор с защелки механической передачи (см. [1] п. 3.2). Это приводит к размыканию коммутирующих контактов КК. Поэтому отключение поврежденного участка электрической цепи ЭЦК и приемника ПЭЭ произойдет тогда, когда хотя бы один из контролируемых параметров цепи ЭЦК выйдет за пределы области допустимых значений, определенной соответствующими уставками расцепителей. Включение автомата для замыкания электрической цепи ЭЦК и отключение автомата для размыкания цепи производится человеком воздействиями хвкл и хотк на рычажный или кнопочный орган ручного управления (ОрУ) автомата (рис. 5.7).

На рис. 5.8а приведена электрическая схема, иллюстрирующая подключение установочного автомата к трехфазной сети и его условное обозначение на схеме. Действие автомата (QF) при автоматическом отключении двигателя (М) комбинированным расцепителем максимального тока и тока перегрузки представляют с помощью времятоковой характеристики, которую приводят в паспорте автомата. Типовой вид времятоковой (защитной) характеристики установочного автомата с комбинированным расцепителем изображен на рис. 5.8б.

Участок a-b времятоковой характеристики создается электротепловым расцепителем, выполняющим функцию защиты по току перегрузки при I >IРТ, где IРТ — уставка тока срабатывания электротеплового расцепителя (при tср>>ТР – см. п. 5.3). Участок c-d обусловлен действием электромагнитного расцепителя максимального тока. Время срабатывания τср автоматического выключателя от электромагнитного расцепителя практически не зависит от силы тока I, если сила тока превышает уставку IРЭМ электромагнитного расцепителя.

В зависимости от быстродействия выделяют: 1) нормальные автоматы, собственное время срабатывания которых составляет 0,02…0,1 с; 2) селективные автоматы, обеспечивающие выдержку на отключение до 1 с; 3) быстродействующие автоматы, время срабатывания которых составляет тысячные доли секунды.

Автоматы выпускаются на переменные напряжения от 220 до 660 В и постоянные напряжения от 110 до 440 В. Наибольшее применение получили автоматы следующих серий:

АЗ000 – наиболее распространенная серия. Рассчитаны на переменные напряжения 380, 660 В, постоянные напряжения до 440 В. Отключаемые токи (коммутационная способность) до 60 кА.

АЕ1000, АЕ2000 — для защиты цепей и электроприемников от перегрузки и коротких замыканий. Напряжения: переменные 380, 660 В, постоянные 110, 220 В. Отключаемые токи от 1 до 10 кА.

«Электрон» — для установки в распределительных устройствах на постоянное напряжение до 440 В и переменное до 660 В. Отключаемый ток от 50 до 160 кА.

Автоматические воздушные выключатели серии АП-50 применяют на напряжение до 500 В переменного тока и до 220 В постоянного тока. Ручной привод имеет две кнопки – одну на включение, другую на отключение автомата. Выключатель имеет электромагнитный расцепитель и электротепловой расцепитель. Номинальный ток расцепителей до 50 А. Уставку электротеплового расцепителя можно регулировать на 30…40% в сторону уменьшения относительно номинального тока.

Автоматы выбирают по числу полюсов, по номинальным значениям тока и напряжения. Номинальные значения напряжения UНав и тока IНав автомата по отношению к номинальному значению напряжения сети UНсети и номинальному току нагрузки (двигателя) IНдв должны удовлетворять следующим условиям:

Уставки IРТ , IРЭМ токов для защиты двигателя электропривода обычно определяют следующим образом:

для электротеплового расцепителя (защита от перегрузки) – по номинальному току двигателя IНдв,

для электромагнитного расцепителя (защита от короткого замыкания) – по наибольшему значению тока какого-либо переходного процесса Iпер (пуск, реверс, торможение),

Предельный ток отключения автомата должен быть не менее возможного тока короткого замыкания в цепи.

Устройства защиты двигателя мотор-автоматы (серии MS, GV, отечественных аналогов пока нет) с комбинированным расцепителем специально разработаны для применения в цепях защиты электродвигателей. Они имеют некоторые особенности:

• выпускаются только в трехполюсном исполнении;

• рассчитаны на номинальные токи от 16 до 100 А;

• номинальный ток двигателя устанавливается на автомате (серии GV) с помощью регулироволчного диска;

• имеют точную подстройку теплового расцепителя;

• уставка электромагнитного расцепителя составляет, как правило,

(12 … 14)IНав, что соответствует работе автомата на индуктивную нагрузку (режим пуска АС-3);

• выключатели имеют высокую электродинамическую стойкость – до 100 кА;

• выключатели имеют на корпусе рычаг или кнопки ручного включения и отключения нагрузки;

• конструкция корпуса позволяет объединить в единый компактный блок автомат и согласованный с ним по габаритам пускатель;

Читайте также  Почему не работает выключатель в ванной и туалете?

• выключатели имеют либо встроенные, либо навесные быстромонтируемые дополнительные контакты, срабатывающие при перегрузках и короткихзамыканиях;

• глубина защиты электродвигателя может быть повышена за счет отдельно поставляемых быстромонтируемых элементов – независимого расцепителя и реле минимального напряжения.

Воздушные выключатели: принцип работы, классификация

Воздушный выключатель — это особый коммутационный аппарат, который применяется только в высоковольтных цепях. Гашение дуги, перемещение контактной силовой группы выполняется сильным потоком сжатого воздуха, нагнетаемого отдельным механизмом. Так как этот аппарат должен выполнять операции с высоким напряжением, то его надёжность и изоляционные свойства должны быть всегда на высоком уровне. Конструкция его выполняется согласно ГОСТа Р52565–2006. В мировой практике они используются в основном в постсоветском пространстве в цепях от 35 кВ и выше. После того как были изобретены элегазовые и вакуумные выключатели высокого напряжения, презентация и внедрение которых, состоялись ещё в 60-е годы прошлого века, этот тип выключателей начал исчезать постепенно с распределительных устройств самых развитых стран.

В современной электротехнике применяется на данный момент только воздушный автоматический выключатель способный производить действия по коммутации, а также надёжно защищать электроприёмники от аварийных режимов короткого замыкания или же перегрузок. В принципе это тот же обычный автомат, только очень редко выпускается он на напряжение выше 1000 Вольт.

Принцип действия

Принцип действия воздушных выключателей основан на гашении электрической дуги, появляющейся при разрыве нагрузки. Этот процесс может происходить двумя типа движения воздуха:

  1. Продольный;
  2. Поперечный.

Воздушный выключатель может иметь несколько контактных разрывов, и это зависит от номинального напряжения, на которое он рассчитан. Для облегчения гашения особо больших типов дуги к дугогасящим контактам подключается шунтирующее сопротивление. Автоматические воздушные выключатели, работающие по принципу гашения дуги в обычных камерах, без наличия сжатого воздуха не имеют таких элементов. Камера гашения дуги у них состоит из перегородок, которые разбивают дугу на мелкие части, и она поэтому не разгорается и быстро тухнет. В этой статье речь пойдёт больше о работе высоковольтных (выше 1000 Вольт) выключателей, не оснащённых встроенной, а имеют управление в схему которой заведены релейные защиты.

Принцип работы высоковольтного выключателя со сжатым воздухом отличается друг от друга конструктивными особенностями, а в частности, с отделителем и без него.

В выключателях, которые оснащены отделителями силовые контакты соединены с специальными поршнями и составляют один контактно-поршневой механизм. Отделитель же включен последовательно к контактам дугогашения. То есть отделитель с дугогасящими контактами образует один полюс выключателя. При замкнутом положении и дугогасящие контакты и отделитель находятся в одном замкнутом состоянии. Во время подачи отключающего сигнала, срабатывает механический пневмоклапан, который в свою очередь открывает пневмопривод, при этом воздух с расширителя воздействует на контакты дугогашения. Расширитель, кстати, также специалисты называют ресивером. При этом силовые контакты размыкаются, а возникшая вследствие этого дуга гасится потоком сжатого воздуха. После чего отключается и сам разделитель, разрывая ток, который остался. Подача воздуха должна быть чётко отрегулирована, чтобы её хватило на уверенное гашение дуги. После прекращения подачи воздуха дугогасительные контакты принимают включенное положение, а разрыв цепи обеспечивается только разомкнутым выключателем. Поэтому при работе на электроустановках, которые питаются от таких выключателей обязательно необходимо выполнять размыкание разъединителей для безопасного проведения работ. Одного отключения пневмовыключателя мало! Чаще всего в цепях до 35 кВ применяется конструкция с открытыми отделителями, а если напряжение, при котором, работает выключатель выше то отделители уже изготавливаются в виде специальных воздухонаполненных камер. Выключатели с отделителем, например, выпускались в советском союзе под маркой ВВГ-20.

Если выключатель воздушный высоковольтный не имеет отделителя, то дугогосящие контакты его выполняют также роль и разрывания цепи и гашения возникшей дуги. Привод в них отделён от среды, в которой происходит гашение, а контакты могут иметь одну или даже две ступени работы.

Классификация устройств

Все воздушные высоковольтные выключатели, кроме как, по конструкции (с отделителем и без) отличаются, также и по назначению:

  • Сетевые. Они рассчитаны на напряжение 6000 вольт и выше и используются в цепях переменного тока для включения и выключения потребителей в нормальных неаварийных режимах работы, а также отключение при возникших коротких замыканиях;
  • Генераторные. Применяются в сетях с рабочим напряжением от 6 до 24 тысяч Вольт, для подключения в эти цепи генераторов. Выдерживают пусковые токи, а также режимы К.З.;
  • Для электротермических установок. Рабочее напряжение, при котором возможна нормальная коммутация, составляет 6–220 кВ. Может работать также и в аварийных режимах.
  • Специального назначения. Они выпускаются не серийно, а под заказ и изготавливаются с учётом местных условий эксплуатации.

И также выключатели, имеющие пневмоустановку для работы, разделяются по виду и расположению этого механизма, нагнетающего воздух аппарата:

  1. Опорные;
  2. Подвесные. Имеют подвешивающую к порталу, установленному на ОРУ, конструкцию;
  3. Выкатные. Оснащены механизмом для выкатывания из распредустройства;
  4. Встраиваемые в КРУ (комплектные распределительные устройства).

Преимущества и недостатки

Преимуществ таких устаревших устройств немного вот основные из них:

  1. В связи с давним применением имеется большой опыт как эксплуатации, так и ремонта;
  2. В отличие от других более современных собратьев (особенно элегазовых) данные выключатели поддаются ремонту.

Из недостатков хотелось бы выделить следующие:

  1. Наличие для работы дополнительной пневмоаппаратуры или же компрессоров;
  2. Повышенный шум при отключении, особенно при аварийных режимах короткого замыкания;
  3. Крупные несовременные габариты, что вызывает увеличение территории выделяемой для ОРУ;
  4. Боятся влажного воздуха и запылённости. Поэтому для воздушных систем применяются дополнительные меры, устанавливается направленное на уменьшение этих вредных факторов оборудование.

Дополнительные элементы для воздушных выключателей

Сам выключатель не может создавать поток сжатого воздуха, на котором основана его работа, поэтому для его эксплуатации необходимы следующие основные компоненты:

  1. Компрессор для создания сжатого воздуха;
  2. Герметичную систему пневматических приводов;
  3. Ресивер для хранения уже готового сжатого воздуха.

В связи с применением этих компонентов также согласно ГОСТа необходимы:

  • Манометры. Они показывают реальное давление в резервуаре выключателя;
  • Реле минимального давления контакты которого обеспечат подачу сигнала в случае снижения определённого давления которое нормируется. Эту же роль может играть и манометр, содержащий электроконтактную часть;
  • Запорный общий клапан, который устанавливается на воздухопроводе;
  • Обратный клапан, обеспечивающий надёжное перекрывание выхода сжатого воздуха с резервуара при понижении давления в подводящем воздухопроводе;
  • Фильтр очищающий воздух от различной, токопроводящей и не только, пыли;
  • Устройство для спускания воздуха или воды из самой нижней точки резервуара.

Подготовка воздуха

Если распределительная подстанция оборудован этим типом выключатели то к воздуху, подаваемому в них тоже предъявляться ряд требований, направленных на подготовку воздуха его очистку и удаление влаги. Пыль, имеющаяся в воздухе, даже очень мелкая снижает разрядное напряжение, а также засоряет клапаны. Особую опасность вызывает влажность, которая при изменениях в окружающей среде может конденсироваться в воздуховоде. Из-за этого зимой, возможно, обледенение клапанов и труб, и нарушение проходимости воздуха под давлением. Стальные же элементы быстро ржавеют и изнашиваются. Появление конденсата на внутренней поверхности изоляторов, приводит к ухудшению электрической прочности и даже к пробоям.
Для очистки воздуха используются масляные фильтры, которые установлены на всасывающих патрубках. Чистка их должна быть регулярной, и чем выше запыленность тем меньше период между ними. Уменьшение влаги в воздухе производится путём подвергания его сжатию выше номинального давления в два раза. Влага, улавливаемая в змеевике, спускается, а сжатый воздух проходит через редуктор, который и снижает его давление. Дополнительная осушка выполнятся может с помощью абсорбентов, улавливающих воду из воздуха. Эти две беспрецедентные меры позволяют добиться значительного снижения влаги почти до нулевого значения.

Типы выпускаемых высоковольтных воздушных выключателей

Выключатели серии ВВБ

Они выпускаются ПО «Электроаппарат», рассчитаны на работы с U от 110 до 750 кВ. Их ключевые элементы устанавливаются на колонны, сделанные из фарфоровых надёжных изоляторов. Рабочее давление, которое должен создать компрессор от 2 до 2, 6 МПа этот фактор зависит от того на какое напряжение будет эксплуатироваться аппарат.

Выключатели серии ВВБК

Они предназначены для работы в сетях с напряжением 110–500 Кв. В их системах давление сжатого воздуха не должно быть меньше 4 МПа. Для улучшения гашения дуги при таких напряжениях применяется двухсторонняя подача очищенного воздуха. Простая пневматическая система, была заменена более усовершенствованной пневмомеханической, именно это позволило значительно уменьшить время срабатывания при отключениях, что важно в таких цепях.

Выключатели серии ВВГ-20

Они исключительно используются для генераторов. Они разработаны для работы с номинальным напряжением 20 кВ и номинальный ток 20 кА, а ток отключения составляет 160 кА. Давление воздуха в районе 2 МПа. При включении коммутатора сначала происходит срабатывание отделителя, а затем уже и сам дугогасящий механизм. Они предназначены только для внутренней установки.

При работе со сжатым воздухом и опасным высоким напряжением стоит быть особо осторожным, так как эти два вида энергии могут привести не только к травмам, но и к лишению жизни.

10 Лекция 10. Воздушные автоматические выключатели

Содержание лекции: общие сведения об автоматических выключателях. Классификация. Конструкции. Параметры выключателей с микропроцессорным расцепителем.

Цель лекции: изучение конструкции автоматических воздушных выключателей.

10.1 Общие сведения. Классификация

Автоматический воздушный выключатель (автомат) – аппарат, предназначенный для автоматического отключения цепей при аварийных режимах, а также нечастых (от 6 до 30 раз в сутки) коммутаций электрических цепей. Автоматические выключатели изготовляют для цепей переменного до 1000В и постоянного тока до 440В одно-, двух-, трех — и четырехполюсном исполнении на номинальные токи от 6,3 до 6300 А.

Автоматические выключатели имеют реле прямого действия, назы­ваемые расцепителями. Расцепители обеспечивают отключение автомата при пере­грузках, КЗ и снижении напряжения. Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой.

По времени отключе­ния выключатели различаются на следующие типы:

— нормальные выключатели — время срабатывания, в зависимости от номинального тока и конструкции лежит в пределах 0,02-0,1 сек.;

— селективные – отключение происходит после получения импульса на срабатывания и перед отключением имеют выдержку времени до 1 сек.;

— быстродействующие выклю­чатели – время их срабатывания не должно превосходить 0,005 сек.

Нормальные и селективные автоматические выключатели токоограничивающим действием не обладают. Быстродействующие выключатели, так же как предохранители, обладают токоограничивающим действием, так как отключают цепь до того, как ток в ней достигнет ударного значе­ния.

Селективные автоматические выключатели позволяют осуществить се­лективную защиту сетей путем установки автоматических выключателей с разными выдержками времени: наименьшей у потребителя и ступенчато возрастающей к источнику питания.

В некоторых случаях требуется комбинированная защита электрической цепи – максимальная по току и минимальная по напряжению. Автоматы, удовлетворяющие этому требованию, называются универсальными.

Автоматы общепромышленного, коммерческого и бытового назначения обычно имеют лишь максимально- токовую защиту, отрегулированную на заводе. В эксплуатации эти характеристики не могут быть изменены. Такие автоматы называются установочными.

Читайте также  Схема расключения двухклавишного выключателя

Современные выключатели с номинальным током более 250А, могут быть снабжены электронными расцепителями. В этих выключателях потребителю предоставлена возможность самому производить настройку уставок расцепителей. Могут быть отрегулированы токи теплового и электромагнитного расцепителя, а также и время их срабатывания, что позволяет надежно отстроить выключатель от пусковых токов и обеспечить селективность срабатывания защиты.

10.2 Конструкции автоматических выключателей

Основные элементы автоматического выключателя и их взаимодей­ствие рассмотрим по принципиальной схеме (рисунок 10.1).

Рисунок 10.1- Принципиальная схема автоматического выключателя

Контактная система выключателей на большие токи выполняется двухсту­пенчатой и состоит из главных 11, 5 и дугогасительных контактов 7.

Главные контакты должны иметь малое переходное сопротивление, так как по ним проходит основной ток. Обычно это массивные медные кон­такты с серебряными накладками на неподвижных контактах и металлокерамическими накладками на подвижных контактах. Дугогасительные кон­такты замыкают и размыкают цепь, поэтому они должны быть устойчивы к возникающей дуге, поверхность этих контактов металлокерамическая. При номинальных токах до 630А контактная система одноступенчатая, т. е. контакты играют роль как главных, так и дугогасительных. На рисунке 10.1 выключатель показан в отключенном положении. Чтобы его включить, вращают рукоятку 2 или подают напряжение на электро­магнитный привод 1. Возникающее усилие перемещает рыча­ги 3 вправо, при этом поворачивается несущая деталь 13, замыкаются сна­чала дугогасительные контакты 7 и создается цепь тока через эти контакты и гибкую связь 12, а затем главные контакты 5 — 11. После завер­шения операции выключатель удерживается во включенном положении защелкой 14 с зубцами 15 и пружиной 16.

Отключают выключатель рукояткой 2, приводом 1 или автоматически при срабатывании расцепителей. Максимальный расцепитель 17 срабатывает при протекании по его обмотке YAT1 тока КЗ. Создается усилие, преодолевающее натяжение Р пружины 16, рычаги 3 переходят вверх за мертвую точку, в результа­те чего автоматический выключатель отключается под действием отклю­чающей пружины 4.Этот же расцепитель выполняет функции независимого расцепителя. Если на нижнюю обмотку YAT2 подать напряжение кнопкой SB, он срабатывает и осуществляет дистанционное отключение. При снижении или исчезновении напряжения срабатывает мини­мальный расцепитель 18 и также отключается автоматический выключатель. При отключении сначала размыкаются главные контакты, и весь ток переходит на дугогасительные контакты. На главных контактах дуга не образуется. Дугогасительные контакты 7 размыкаются, когда главные находятся на достаточном расстоянии. Между дугогасительными контактами образуется дуга, которая выдувается вверх в дугогасительную камеру 8, где и гасится. Дугогасительные камеры выполняются чаще всего со стальными пластинами (эф­фект деления длинной дуги на короткие), а для автоматов на большие токи с лабиринтно-щелевыми (эффект гашения дуги в узкой щели). Втягивание дуги в камеру осуществ­ляется магнитным дутьем. Материал камеры должен обладать высокой дугостойкостью. При протекании тока КЗ через включенный автоматический выключа­тель между контактами возникают значительные электродинамические силы, превышающие силы контактных пружин 6 и 10, которые могут ото­рвать один контакт от другого, а образовавшаяся дуга сварить их. Чтобы избежать самопроизвольного отключения, применяют электродина­мические компенсаторы 9, в виде изогнутых петлей шинок. Токи в шин­ках 9 имеют разное направление, что создает электродинамическую силу, увеличивающую нажатие в контактах.

Рычаги 3 играют роль механизма свободного расцепления, который обеспечивает отключение автоматического выключателя в любой момент времени, в том числе при необходимости и в процессе включения. Если выключатель включается на существующее КЗ, то мак­симальный расцепитель 17 срабатывает и переводит рычаги 3 вверх за мертвую точку, нарушая связь привода 1 (или 2) с подвижной системой ав­томатического выключателя, который отключается пружиной 4, несмотря на то, что приводом будет передаваться усилие на включение. Принципиально все современные выключатели выполнены по приведенной выше схеме. Могут отличаться дизайном, конструктивными и проводниковыми материалами и устройством защит.

Автоматические выключатели в соответствии с современным стандартом характеризуются следующими основными параметрами:

In — номинальный ток выключателя. Это ток, длительное протекание которого не вызывает нагрев выключателя сверх допустимой температуры.

Icu — номинальная предельная отключающая способность короткого замыкания. Это действующее значение максимального тока КЗ, который выключатель еще способен отключить, сохраняя при этом свою работоспособность.

Ics — Номинальная рабочая отключающая способность короткого замыкания. Это действующее значение тока КЗ, который выключатель способен повторно отключить после только что отключенного КЗ, сохраняя при этом свою работоспособность.

Icm — Номинальная включающая способность короткого замыкания. Это максимальное значение тока КЗ (ударный ток КЗ), которое выключатель способен выдержать, сохраняя при этом свою работоспособность.

Воздушный выключатель: принцип работы, преимущества, недостатки

Защита и распределительные устройства

Этот тип выключателей — это такой автоматических выключателей, который работает на воздухе при атмосферном давлении. После разработки масляного выключателя автоматический автоматический выключатель среднего напряжения (ACB) полностью заменяется масляным выключателем в разных странах.

Принцип работы воздушного выключателя (ACB)

Принцип работы этого выключателя сильно отличается от принципа работы любого другого типа выключателей. Основная цель автоматического выключателя всех типов — предотвратить восстановление дуги после нулевого тока, создав ситуацию, когда контактный зазор будет выдерживать напряжение восстановления системы. Воздушный выключатель работает одинаково, но по-разному. Для прерывания дуги он создает напряжение дуги, превышающее напряжение питания. Дуговое напряжение определяется как минимальное напряжение, требуемое для поддержания дуги. Этот автоматический выключатель увеличивает напряжение дуги главным образом тремя различными способами:

1. Он может увеличить напряжение дуги за счет охлаждения дуговой плазмы. По мере уменьшения температуры дуговой плазмы подвижность частицы в дуговой плазме уменьшается, поэтому для поддержания дуги требуется более высокий градиент напряжения.

2. Он может увеличить напряжение дуги за счет удлинения дуги. По мере увеличения длины пути дуги сопротивление пути увеличивается и, следовательно, для поддержания того же дугового тока требуется дополнительное напряжение для прохождения по дуговому пути. Это означает, что напряжение дуги увеличивается.

3. Разделение дуги на ряд последовательных дуг также увеличивает напряжение дуги.

Первая цель обычно достигается за счет превода дугу в контакт с большей площадью из изоляционного материала. Каждый воздушный выключатель оснащен камерой, окружающей контакт. Эта камера называется «дуговым лотком». Дуга приводится в нее. Если внутренняя часть дугового желоба имеет соответствующую форму, и если дуга может соответствовать форме, стена дугового желоба поможет добиться охлаждения. Этот тип дугогасительных должен быть сделан из огнеупорного материала.

Вторая цель, которая удлиняет путь дуги достигается одновременно с первой целью. Если внутренние стенки дугового желоба сформированы таким образом, что дуга не только принудительно приближается к ней, но также приводится в змеевидный канал, проецируемый на стенку дугового желоба. Удлинение дуговой дорожки увеличивает сопротивление дуги.

Третья цель достигается за счет использования металла дуговой резки внутри дугогасительной камеры. Главный дуговый желоб разделяется на числа небольших отсеков с использованием металлических разделительных пластин. Эти металлические разделительные пластины на самом деле являются дуговыми разветвителями, и каждый из небольших отсеков ведет себя как отдельный мини-дуговый желоб. В этой системе начальная дуга разбивается на ряд последовательных дуг, каждый из которых будет иметь свой собственный мини-дуговый желоб.

1. Основные контакты

2. Запирающие контакты

3. Нарезка дуги в направлении стрелки

5. Токопроводящие клеммы

В воздушном резервуаре находится воздух под высоким давлением от 20 до 30 кг / см2. И этот воздух взят из системы сжатого воздуха. На резервуаре имеются три полые изоляционные колонны, установленные с клапанами у основания. На верхней части пустотелых изоляционных камер установлены две дугогасящие камеры. Токоподводящие части соединяют три камеры выгорания дуги друг с другом последовательно, а полюс — к соседнему оборудованию, так как между проводником и воздушным резервуаром существует очень высокое напряжение, весь узел камеры гашения дуги установлен на изоляторах. Поскольку в серии есть три столба с двойной дугой, у них шесть размыкателей на полюс. Каждая камера выгорания дуги состоит из одного двойного фиксированного контакта. Есть два движущихся контакта. Движущиеся контакты могут перемещаться в осевом направлении, чтобы открываться или закрываться.

Механизм работы управляет стержнями, когда он получает пневматический или электрический сигнал. Клапаны открываются так, чтобы посылать воздух высокого давления в полость изолятора. Воздух высокого давления быстро поступает в камеру с двойной дугой. Когда воздух поступает в камеру гашения экструзии, давление на движущиеся контакты становится больше, чем пружинное давление, и это приводит к открытию контактов.

Контакты перемещаются на короткое расстояние против давления пружины. В конце контактов перемещение части для выходящего воздуха закрывается движущимися контактами, и вся камера гашения дуги заполнена воздухом высокого давления, так как воздух не пропускается. Однако в течение периода дуги воздух выходит через отверстия и отводит ионизированный воздух. Закрывая клапан, он поворачивается так, чтобы закрыть соединение между полостью изолятора и резервуаром.

Клапан подает воздух из полого изолятора в атмосферу. В результате давление воздуха в камере затухания дуги снижается до атмосферного давления, а движущиеся контакты закрываются по неподвижным контактам благодаря пружинному давлению, открытие происходит быстро, потому что воздух занимает незначительное время для перемещения из резервуара к движущемуся контакту. Дуга гаснет в течение цикла. Таким образом, воздушный выключатель очень быстро разрушает ток. Закрытие также происходит быстро, потому что давление в камере погашения дуги сразу падает, а контакты закрываются в силу давления пружины.

Преимущества:

· Рост диэлектрической прочности настолько быстр, что конечный контактный зазор, необходимый для выгорания дуги,
очень мал, что уменьшает размер устройства.

· Риск пожара устраняется.

· Из-за меньшей энергии дуги, воздушные воздушные выключатели очень подходят для условий, требующих частых операций.

· Дугогасительные изделия полностью удаляются при взрыве, в то время как масло ухудшается при последовательных операциях; исключается замена обычного масла.

· Энергия, подаваемая для выгорания дуги, получается из воздуха высокого давления и не зависит от тока, который должен быть прерван.

· Время дуги очень мало из-за быстрого нарастания диэлектрической прочности между контактами. Поэтому энергия дуги является лишь малой величиной, что в масляных выключателях приводит к меньшему сжиганию контактов.

Недостатки:

· Для компрессорной установки, которая обеспечивает воздушный взрыв, требуется значительное техническое обслуживание.

· Воздушные выключатели очень чувствительны к изменениям скорости перенапряжения.

· Воздушные выключатели широко применяются в установках высокого напряжения. Большинство выключателей для напряжений свыше 110 кВ относятся к этому типу.

Алексей Бартош/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Gk-Rosenergo.ru
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: