ОБЩАЯ ЭНЕРГЕТИКА Кафедра Энергетики, автоматики и систем коммуникаций Факультет

коммуникаций
Донского государственного технического
университета
Лекция 10

напряжения (АВН) подразделяются на следующие виды:
коммутационные аппараты (выключатели, разъединители, короткозамыкатели,

отделители);
защитные и ограничивающие аппараты (предохранители, токоограничивающие реакторы, разрядники, нелинейные ограничители перенапряжений);
комплектные распределительные устройства (КРУ).

от её источника (электростанции) к потребителям, а также для выполнения

ряда аварийных коммутаций.

К коммутационным аппаратам относятся:
выключатели,
разъединители,
короткозамыкатели,
отделители.

токоограничивающим аппаратам относятся предохранители и реакторы высокого напряжения. Плавкие предохранители

предназначены для защиты силовых трансформаторов и измерительных трансформаторов напряжения, воздушных и кабельных линий, конденсаторов.

служат для ограничения тока короткого замыкания (КЗ) и поддержания напряжения

на сборных шинах подстанции. Применение их позволяет существенно снизить требования к выключателям по электродинамической, термической стойкости и отключающей способности в сетях с реакторами по сравнению с аналогичными сетями, не защищенными реакторами.

или блоков со встроенными в них АВН, устройствами защиты, автоматики,

контрольно-измерительной аппаратуры и поставляемых в собранном на заводе. Различают распределительные устройства внутренней и наружной установки. Комплектные распределительные устройства становятся наиболее распространенным типом распределительных устройств (РУ). В последнее время начали широко применяться герметизированные РУ (ГРУ), в которых все токоведущие элементы и весь комплекс аппаратуры (выключатели, разъединители) расположены внутри герметичной оболочки, заполненной сжатым газом (элегазом).

как внутри помещения, так и на открытых распределительных устройствах (ОРУ).

Условия работы при этом значительно различаются, и это находит отражение в их конструктивных особенностях. Во время эксплуатации аппараты ОРУ подвергаются воздействию окружающей среды. Эти воздействия особенно вредно сказываются на состоянии изоляции аппаратов. Поэтому все аппараты ОРУ рассчитываются на воздействие гололеда, ветра и загрязнений

коммутационных перенапряжений, зависящих от вида коммутации, типа выключателя, параметров электрической

сети и грозовых импульсов, возникающих при воздействии грозовых разрядов на электрическую сеть.
Природа происхождения перенапряжений определяет специфическую форму импульса перенапряжений. Так, грозовой импульс имеет обозначение 1,2/50 мкс, что означает крутизну фронта импульса 1,2 ± 0,3 мкс при общей длительности 50 ± 10 мкс. Коммутационные перенапряжения имитируются апериодическим импульсом с длительностью фронта = 250 ± 50 мкс.

замыкания все токоведущие элементы сети испытывают мощное термическое и электродинамическое

воздействие токов КЗ, превосходящих номинальные токи в десятки раз. При протекании токов КЗ температура токоведущих элементов, повышаясь, не должна превышать нормированных предельных допустимых значений для неизолированных шинопроводов, например для медных 300°С, для алюминиевых 200°С.

соответствии с рекомендациями Международной электротехнической комиссии (МЭК) относятся: номинальное напряжение;

наибольшее рабочее напряжение; номинальный уровень изоляции в киловольтах; номинальная частота; номинальный ток; номинальный ток отключения; номинальный ток включения; номинальное переходное восстанавливающееся напряжение (ПВН) при КЗ на выводах выключателя; номинальные параметры при неудалённых КЗ; номинальная длительность КЗ; номинальная последовательность операций; нормированные показатели надёжности и др.

зависимостью допустимой скорости восстановления напряжения от тока отключения (кривая 1).

Точки пересечения кривой 1 и прямой 2, описывающей зависимость скорости нарастания переходного восстанавливающего напряжения (ПВН) на контактах выключателя при отключении неудалённого КЗ от тока отключения, определяют предельный ток Iт, который может быть отключён воздушным выключателем без теплового пробоя.

(тепловой пробой не произошёл) возможен пробой на максимальном напряжении. Для

каждого типа выключателя может быть определено предельно допустимое максимальное ПВН, зависящее от отключаемого тока - кривая 3. Кривая 4 показывает максимальное ПВН сети, которое не зависит от коммутации. Точка их пересечения указывает предельное значение тока отключения выключателя Iэ, вызывающее возможный электрический пробой.

максимальных значениях ПВН при КЗ на контактах выключателя, так и

при воздействии ПВН с высокой начальной скоростью роста при удалённых КЗ. Зависимости 3, 4, характеризующие режим возможного электрического пробоя, определяют предельный ток Iэ, который больше, чем предельный ток при возможном тепловом пробое Iт. Область применения выключателя ограничена по току значением Iт, а по напряжению - кривой (кривая 3) возможного электрического пробоя.

операций включения и отключения отдельных цепей при ручном или автоматическом

управлении.
Выключатели должны включать и отключать цепи при любых режимах работы электроустановок.
Важным элементом выключателя является привод — устройство, предназначенное для и отключение выключателя.
Выключатели в зависимости от их типа и исполнения оснащаются электромагнитными, пружинными или пневматическими приводами.

частей, а также для отделения на время ревизии или ремонта

силового электротехнического оборудования и создания видимого разрыва цепи от установок, находящихся под напряжением.
Разъединители могут размыкать электрическую цепь только при отсутствии в ней тока или при весьма малом токе.
После отключения разъединителей с обеих сторон объекта, например, выключателя или трансформатора, они должны заземляться с обеих сторон либо при помощи переносных заземлителей, либо специальных заземляющих ножей, встраиваемых в конструкцию разъединителей.

время (не более 0,1 с);
конструктивно подобны разъединителям, но снабжены

быстродействующим приводом.
Короткозамыкатели предназначены для создания искусственного КЗ в цепи ВН. Их конструкция подобна конструкции заземляющего устройства разъединителей, но снабжена быстродействующим приводом.
Короткозамыкатели и отделители устанавливаются на стороне ВН малоответственных потребителей, когда в целях экономии выключатели предусмотрены только на стороне НН.

собой низкотемпературную плазму; в центре столба дуги температура доходит до

25000-50000 К.
Когда кривая переменного тока проходит через нулевое значение, дуга гаснет, однако она может снова зажечься, если электрическая прочность промежутка между контактами окажется меньше восстанавливающегося напряжения.
Гашение дуги постоянного тока значительно сложнее из-за отсутствия переходов кривой тока через нулевое значение.

исполнения.
Высоковольтные выключатели по способу гашения дуги делятся на
воздушные,
элегазовые,

масляные,
вакуумные,
электромагнитные.

является эффективной средой, обеспечивающей надёжное гашение электрической дуги. Это достигается

интенсивным воздействием с максимально возможными скоростями потока воздуха на дуговой канал. В ДУ воздушных выключателей гашение электрической дуги происходит в дутьевых каналах (соплах), которые конструктивно в совокупности с оконечной частью контактов дугогасителя образуют дутьевую систему. Столб дуги, образовавшейся на размыкающихся контактах, под действием воздушного потока растягивается и быстро перемещается в сопла, где происходит ее гашение.

расположения контактов и сопл гашение дуги в таких устройствах может

происходить при:
одностороннем дутье через металлическое сопло
( а);
одностороннем дутье через изоляционное сопло (б);
двустороннем симметричном дутье через соплообразные полые контакты (в);
двустороннем асимметричном дутье через соплообразные полые контакты (г).
Для получения сжатого воздуха требуется постоянно действующее компрессорное оборудование.

построения.
Это обеспечивает возможность применения однотипных элементов (модулей) для создания

выключателей напряжением 110-1150 кВ.
Для повышения отключающей способности выключателей повышают давление сжатого воздуха (60-85 ат).

Общий вид выключателя ВВБ-220-12 с номинальным напряжением 220 кВ и номинальным током отключения 31,5 кА.

газам, способным захватывать свободные электроны, превращаясь в тяжёлые и малоподвижные

отрицательно заряженные ионы.
Дугогасительная способность элегаза в 4-4,5 раза выше чем воздуха. Это преимущество объясняется различиями теплофизических свойств элегаза и воздуха.
В элегазовых ДУ в отличие от воздушных при гашении дуги истечение газа происходит в замкнутую камеру. Интенсивное газодинамическое воздействие потока элегаза на канал дуги является наиболее эффективным способом её гашения.
Гашение дуги происходит с соплах потоком элегаза с давлением 5-6 ат.

протекает по главным контактам 1, 2, дугогасительные контакты 3, 4

замкнуты.
Положение (б) соответствует началу процесса отключения. Подвижный поршень 5 совместно с подвижным главным контактом 1 и соплом 6 перемещается под воздействием приводных рычагов 7, 8.

размыкание контактов 3, 4 с одновременным возникновением дутья через внутренние

полости контактов 3, 4 — двустороннее симметричное дутье.
После гашения дуги при дальнейшем перемещении поршня (положение г) продолжается вентиляция межконтактного промежутка, обеспечивающая необходимую электрическую прочность.

ток отключения 40 кА серии элегазовых баковых выключателей ВГБ.

используется для гашения дуги и изоляции токоведущих частей от заземлённого

бака;
маломасляные (малообъёмные) — масло используется только для гашения дуги и изоляции между разомкнутыми контактами одной фазы (полюса).
Масляные выключатели благодаря простоте конструкции стали первыми выключателями ВН.
Но повышенные взрыво- и пожароопасность, необходимость в сложном масляном хозяйстве привели к значительному вытеснению этих выключателей.
В настоящее время баковые выключатели используются только на напряжении 220 и 110 кВ.

выше 100 А) и малых значениях тока дуги различен. При больших

токах охлаждение дуги происходит главным образом за счёт принудительной конвекции в потоке газопаровой смеси при большом давлении. С увеличением тока интенсивность конвективного охлаждения в зоне гашения дуги увеличиваются.
При небольших токах конвекция и давление газа в зоне гашения дуги снижаются, условия охлаждения дуги ухудшаются. Повышение давления в зоне гашения дуги в результате принудительной подачи масла может существенно улучшить условия гашения дуги при отключении небольших токов.

дутьём благодаря своей эффективности и простоте конструкции. В зависимости от

конструкции дугогасительных камер различают продольное дутье (а), когда поток газопаровой смеси направлен вдоль столба дуги, поперечное (б), когда поток направлен перпендикулярно или под некоторым углом к столбу дуги, и встречное (в), когда поток направлен противоположно по отношению к направлению движения подвижного контакта с дугой. Часто в дугогасительных устройствах используется их комбинация

после размыкания контактов дуга горит в замкнутом, как правило, небольшом,

пространстве, создавая за счёт разложения масла значительные давления (до 10 МПа).
второй этап (б) наступает с момента начала истечения газопаровой смеси из области замкнутого объёма через рабочие каналы, открываемые при перемещении подвижного контакта за пределы предкамерного объёма.
третий этап (в) происходит удаление из камеры оставшихся после гашения дуги горячих газов, продуктов разложения масла и заполнение внутренней полости камеры свежим маслом. Происходит подготовка камеры для последующего её включения и нового отключения.

выключателями ВН. Но технические сложности по их эксплуатации, а также

повышенные взрыво- и пожароопасность, необходимость в сложном масляном хозяйстве привели к значительному вытеснению этих типов выключателей. В настоящее время эксплуатируются баковые выключатели на напряжение 220 и 110 кВ. Маломасляные выключатели делятся на две группы. Первая - с установкой ДУ в нижней части фазы и перемещением подвижного контакта на включение сверху вниз (в). Вторая — с перемещением подвижного контакта на включение снизу вверх и установкой ДУ в верхней части полюса.

кВ и номинальные токи 20 и 31,5 кВ.

электромагнитные выключатели нашли широкое применение в системах собственных нужд ТЭС

и АЭС.
Номинальные токи отключения этих выключателей достигают 40 кА.
Эксплуатационные расходы на них относительно малы.
Принцип действия электромагнитного выключателя заключается в том, что при воздействии магнитного поля на дугу она удлиняется и направляется в дугогасительную камеру узкощелевого типа, где, взаимодействуя со стенками камеры она охлаждается.
Условия гашения дуги в узкощелевом дугогасителе оказываются значительно легче, чем в других типах выключателей.

между ними дуга под воздействием электродинамических сил перемещается вверх. По

мере развития дуги на рисунке показаны различные этапы её промежуточного положения (А, Б, В, Г, Д, Е). Неподвижный контакт 6 отделён от дугогасительного рога 9 изоляционным промежутком, необходимым для того, чтобы катушка магнитного дутья 11 включалась посредством связи 8 лишь в момент перехода основания дуги на дугогасительный рог 9 (участок дуги Е шунтируется катушкой магнитного дутья 11). Пройдя этапы последовательного гашения дуги А—Е—Б—В—Г—Д в магнитном поле, образованном катушкой магнитного дутья, связью 16 и дугогасительным рогом 15, дуга приобретает большие линейные размеры, что приводит к необходимым условиям для её гашения.

области напряжений 6-35 кВ.
Достоинства этих выключателей:
высокое быстродействие,
полная

взрыво- и пожаробезопасность,
широкий диапазон температур (-70 - +200 С),
надёжность,
минимальные габариты,
минимальные эксплуатационные затраты.

для различных изоляционных сред.

вакууме имеют свои особенности. При расхождении контактов в вакуумной дугогасительной

камере (ВДК) в последний момент между ними образуется жидкометаллический мостик, который затем разрушается. Происходит ионизация паров металла контактного мостика под воздействием приложенного напряжения сети, приводящая к образованию дуги. Таким образом, дуга в вакууме существует из-за ионизации паров контактного материала вначале за счёт материала контактного мостика, а затем в результате испарения материала электродов под воздействием энергии дуги. Если поступление паров контактного материала будет недостаточно, вакуумная дуга должна погаснуть.

кожуха 1,2, соединённых по торцам с металлическими фланцами 4, 15.

Неподвижный контакт 12 при помощи токоввода 13 жёстко крепится к фланцу 15, подвижный контакт 11, связан с фланцем 4 при помощи сильфона 5.
Токопровод 7 подвижного контакта 11 перемещается в направляющих 6 корпуса 8, соединённого с фланцем 4.