Тема 5.3. Будова та використання основних електричних апаратів напругою більше 1000В.

1.Будова масляних вимикачів, застосування.

Контакти масляного вимикача занурені у трансформаторне масло. Останнє під дією високої температури розкладається, виділяючи газ, в якому дуга швидко гасне. Такі вимикачі бувають багатооб’ємними і малооб’ємними.

Вимикачі, в яких масло використовують як газогенеруючу речовину для гасіння дуги при вимкненні струмів, називають малооб’ємними масляними, чи маломасляними. Ці вимикачі застосовуються як в закритих, так і у відкритих розподільчих пристроях. Для ізоляції струмоведучих частин між собою і від заземлених конструкцій використовуються такі тверді ізолюючі матеріали як порцеляна, текстоліт, склопластик та ін. Малооб’ємні масляні вимикачі мають менші розміри, масу і вміст масла, ніж бакові масляні вимикачі, що полегшує ремонт і нагляд за ними, а також зменшує небезпеку вибуху і загоряння масла. Дугогасний пристрій і контакти однієї фази (полюса) маломасляного вимикача для внутрішньої установки розміщують в стальному бачку(горшку). Маломасляні вимикачі на напругу 35кВ та вище мають порцеляновий корпус.

З точки зору конструктивних особливостей, а отже їхніх властивостей, маломасляні вимикачі можна розділити на наступні групи:

Вимикачі, у яких контактна пара поміщена в стальний корпус, ізольований від струмоведучих частин порцеляновою ізоляцією (рис.4.1, а). До цієї групи відносяться маломасляні вимикачі типу ВМГ-10 (вимикач масляний горшковий) і ВПМ-10 (вимикач підвісний масляний). Раніш у цій групі випускалися вимикачі ВМГ-133.

Вимикачі, корпус яких виконаний з ізоляційного матеріалу. Зв'язок між рухомим контактом і струмоведучими частинами здійснюється за допомогою роликових контактів (рис.4.1, б). До цієї групи відносяться вимикачі серії ВМП (вимикач маломасляний підвісний).

Вимикачі для великих номінальних струмів з двома парами контактів (робочою та дугогасною). Робоча пара контактів розміщена поза дугогасною камерою. Ця група вимикачів має два розриви на фазу (рис.4.1, в).

Вимикачі з великими струмами вимкнення, що мають два дугогасних і два робочих розриву на фазу (рис.4.1, г). До цієї групи відносяться вимикачі серій МГГ, МГ і ВГМ на напругу до 20 кВ. Робочі контакти дозволяють використовувати такі вимикачі в ланцюгах зі струмом до 12000 А.

Вимикачі маломасляні колонкові серії ВК, що знайшли широке поширення для КРУ висувного виконання (рис.4.1, д).

Рис. 4.1. Конструктивні схеми маломасляних вимикачів:

Багатооб’ємні масляні вимикачі називають ще баковими. У бакових вимикачах 6 – 10 кВ усі три фази розміщені в одному баці, а у вимикачах на 35 кВ і більше для кожної фази відведено окремий бак. Масло в бакових вимикачах призначено не тільки для гасіння дуги, а й і для ізоляції струмопровідних частин. Бакові вимикачі пожежо та вибухонебезпечні, тому їх розміщують в окремих, повністю ізольованих від інших апаратів, камерах з дверима.

Для секціонування сільських розподільчих мереж виготовлялись бакові масляні вимикачі зовнішнього встановлення типу ВС – 10 (Uном = 10кВ). Ввід і вихід здійснюється через фарфорові ізолятори (по 2 на кожну фазу), усередині яких проходять струмопровідні стержні. На кінцях цих стержнів закріплені нерухомі контакти, а на траверсі, що переміщується вниз і вгору кривошипно – шатунним механізмом - рухомі контакти Коли траверса перебуває вгорі, рухомі контакти притискуються до нерухомих. При вимиканні кола траверса з рухомими контактами під дією пружини переміщуються швидко вниз, утворюючи по два розриви на кожну фазу. Виникає дуга, але під дією високої температури масло в зоні дуги розкладається і утворюється газовий пузир. Основним його компонентом є водень, який добре гасить дугу.

Вимикачі серії ВМП широко поширені в закритих розподільчих пристроях і КРУ на напругу 6-10 кВ, забезпечуються електромагнітним (ВМПЭ) чи пружинним (ВМПП) приводом. Зовнішній вигляд вимикача показаний на рис.4.2, де

– рухомий контакт;

– корпус вимикача;

- ізолятор;

– стальна рама;

– ізоляційна тяга;

– контактор;

– ізоляційна перегородка;

– привод.

Розріз бачка показаний на рис.4.3, де

- нижній вивід;

- нерухомий розеточний контакт;

- повітряний буфер;

- дугогасна камера;

- бачок з склотекстоліту;

- верхній вивід.

Вимикачі типу ВМП закріплюються на металевій рамі 4 за допомогою ізоляторів 3 (див. рис.4.2), на якій розміщені вал привода 8. Важелі привода 8 вимикача (див. рис.4.3) зв'язані з валом привода за допомогою ізолюючих тяг 5 (див. рис.4.2).

Кількість масла, що заливається в бачок, для ВМП-10 складає 4,5 кг, номінальний струм відключення залежить від виконання і знаходиться в межах 20...31, 5 кА, а номінальний тдовгоривалий струм - 630... 3200 А. Час відключення - 0, 14 с (7 періодів). Вимикачі типу ВМП-35 мають аналогічну конструкцію, але містять 10 кг масла. Номінальний струм відключення складає 10 кА.

Рис. 4.3. Розріз бачка малооб’ємного масляного вимикача типу ВМП-10:

а - положення . «вимкнено»; б - положення «вимкнено»; в – процес вимкнення.

Дугогасний пристрій 4 має центральний отвір для рухливого контакту 12 і поперечні щілини різної висоти для виходу газів. Принцип вимкнення великих струмів полягає в наступному:

У вихідному положенні вимикача рухомий контакт 12 знаходиться в розетці нерухомого контакту 2. В процесі вимкнення контакт 12 переміщується вверх та в момент відриву контактів загоряється дуга, що розкладає масло. У нижній частині вимикача створюється тиск газів, вихід яких закритий рухомим контактом 12. По мірі звільнення поперечних щілин створюються умови для виходу газів, що на своєму шляху витягують і охолоджують дугу. При подальшому русі контакту 12 довжина дуги збільшується, відкриваються друга і третя поперечні щілини, що в кінцевому рахунку дозволяє погасити дугу. Пари масла у верхній частині бачка конденсуються, і масло стікає вниз, а гази виходять через отвори в масловідділювачі 8. У вимкненому стані нижня частина рухомого контакту знаходиться вище рівня масла. Безструмова пауза для таких вимикачів складає 0,5с. Цього часу досить, щоб масло витекло вниз і вимикач був готовий до роботи.

При гасінні малих струмів використовуються “кишені” центрального отвору дугогасного пристрою 4, тому що в цьому випадку потужності дуги недостатньо для створення дуття через поперечні щілини. В міру звільнення “кишень” у процесі руху контакту 12 нагору масло стікає вниз і попадає на дугу. Енергія дуги при цьому витрачається на розкладання масла, що витікає з кишень, завдяки чому дуга гаситься.

Багатооб’ємні масляні вимикачі поступово витісняються малооб’ємними (горшковими) вимикачами. В останніх масло є лише середовищем для гасіння дуги. Об’єм масла в них у десятки і навіть сотні разів менший, ніж у бакових. Такі вимикачі менш пожежо — і вибухобезпечні, ніж бакові, їх розміщують поряд з іншим устаткуванням.

Вимикачі серій МГГ, МГ і ВМГ мають два металевих бачки на полюс (рис.4.4), ізольованих від заземленої підстави. Контактна система розділена на головні I, 2 і дугогасні 4, 5 контакти. Нерухомі головні контакти I розташовані на верхній частині бачка, а рухливі 2 – пальцевого типу - прикріплені до контактної траверси 3. Число пальців визначається номінальним струмом. Нерухомі частини 4 дугогасних контактів розеточного типу укріплені в днищах бачків. Рухомі частини у виді круглих стрижнів 6 прикріплені до контактної траверси і входять у баки через прохідні ізолятори. В включеному положенні основна частина струму проходить від затиску 6 по кришці бачка до головних контактів 1-2, траверсі 3 і далі до затисків другого бачка. Частина струму відгалужується від основного шляху і проходить по стінках першого бачка, розеточному контакту 4, рухливому контактному стрижню 5 до траверси і далі аналогічно до другого бачка.

Рис.4.4. Контактна система і дугогасний пристрій малооб’ємного вимикача типу МГ-10

У процесі відключення починають розмикатися головні контакти і весь струм зміщається в дугогасні контакти, де і відбувається гасіння виникаючої дуги. При включенні вимикача спочатку замикаються дугогасні, а потім головні контакти.

Дугогасні камери цих вимикачів показані на рис.4.5. Дугогасний пристрій (див. рис.4.5) складається з трьох відсіків, виконаних з ряду ізоляційних дисків 3 з фасонними вирізами, скріплених штифтами і шпильками. На малюнку показані розрізи камери по двох взаємно перпендикулярних площинах. Нижній відсік Н зібраний з дисків із двома дуттєвими і вихлопними отворами у формі сопел (розріз А-А на рис.4.5). Верхній відсік В складається з дисків з вирізами, що утворять кишені 4, у яких міститься велика кількість масла. Цими ж дисками створюються буферні обсяги 2 і дуттєві канали. Коли всі диски і перегородки між ними зібрані, утворяться два вертикальних вихлопних канали 5 і дуттєві канали 6, видні в розрізі на рис.4.5, б.

Під дією потужних пружин (див. рис.4.5) контактний стержень 7 виходить з розетки нерухомого контакту I і рухається нагору. При розмиканні утвориться дуга спочатку в нижньому відсіку, а потім і в середньому. Тиск газопарової суміші навколо дуги в середньому відсіку вище, тому що перетин вихлопних каналів менше, що дозволяє створити масляне дуття із середньої частини дугогасної камери в нижню по каналах 9 (див. рис.4.5). Одночасне дуття створюється у вихлопних каналах 8. Таким чином, напрямок дуття зустрічний і поперек дуги. У зоні горіння дуги створюється тиск до 8 МПА, що сприяє інтенсивному дуттю.

Для зменшення тиску при відключенні великих струмів у верхньому відсіку знаходяться буферні обсяги 2. При великих і середніх струмах, що відключаються, гасіння дуги здійснюється в нижній і середній частинах дугогасної камери. При малих струмах гасіння дуги відбувається в масляних кишенях верхнього відсіку. Час горіння дуги в таких вимикачах 0, 02...0, 05 с.

Маломасляні вимикачі колонкового типу забезпечуються пружинним (BK-10) чи електромагнітним (ВКЭ-10) приводом і призначені для використання в КРУ зовнішньої і внутрішньої установок.

Така камера з зустрічно-поперечним дуттям дозволяє відключати струми короткого замикання до 105 кА.

Вимикач ВКЭ-10 показаний на рис.4.6. Він складається з основи 1, на якій закріплені три полюси (дугогасні камери) 3, привод 2 і фасадна перегородка 4. Основа вимикача установлена на колесах для його вкочування і викочування з КРУ. Ланцюги керування, сигналізації і блокування поміщені в гнучкі шланги і розведені в штепсельні роз’єми 5. Полюси вимикача мають штиреві виводи первинних з'єднань 6 з розеточними контактами.

Принцип гасіння дуги грунтується на використанні для цієї мети газомасляної суміші, що утвориться при розкладанні масла під дією високої температури дуги. Напрямок потоку формується спеціальним дугогасним пристроєм.

Вимикачі такого типу мають менші габаритні розміри і масу, чим вимикачі серії ВМП на відповідні режимні параметри.

Вимикачі масляні колонкові серій ВМКЭ, ВМУЭ застосовуються в установках 35 кВ.

Для керування такими вимикачами використовуються електромагнітні приводи ПС-31, ПЭ-2 і ПЭ-21.

Для напруг 110 і 220 кВ застосовуються вимикачі серії ВМТ (рис.4.7,а). Вимикач ВМТ-110 складається з основи 4, пружинного привода 1, опорного ізолятора 2, дугогасного пристрою 3, механізму керування 5 і електропідігрівальних пристроїв.

Рис. 4.7. Вимикач маломасляний ВМТ-110:

а - загальний вид; б - дугогасний пристрій.

Дугогасний пристрій (рис.4.7, б) складається з струмопроводу 1, зв'язаного через струмоз’ємний пристрій з рухливим контактом 2, дугогасної камери 3 зустрічно-поперечного дуття і нерухомого контакту 5. Ці елементи розміщені в порожньому порцеляновому ізоляторі 4, наповненому маслом і закритому ковпачком 6. Останній має манометр надлишкового тиску в дугогасній камері, пристрій для заповнення стиснутим газом, випускний автоматичний клапан 4, покажчик рівня масла 8. У процесі гасіння дуги масло може займати частково обсяг 7.

Маслонаповнені стовпчики герметизовані і знаходяться під надлишковим тиском азоту чи повітря. Надлишковий тиск підтримує високу електричну міцність міжконтактного проміжку, підвищує зносостійкість контактів, забезпечує надійне відключення як струмів короткого замикання, так і ємнісних струмів ненавантажених ліній електропередач. Газ подається перед початком експлуатації вимикача і поповнюється під час чергової ревізії.

Полюс вимикача на 220 кВ ВМТ-220 має два маслонаповнені стовпчикі на полюс, на яких встановлені уніфіковані модулі, що використовувані для вимикача ВМТ-110.

У світовій практиці маломасляні вимикачі виготовляються на напругу до 420 кВ.

Переваги маломасляних вимикачів:

- невелика кількість масла;

- менша, чим у бакових вимикачів, вибухо- та пожежонебезпека;

- більш доступний, чим у бакових вимикачів, доступ до дугогасних контактів;

- можливість створення серії вимикачів на різну напругу з застосуванням уніфікованих вузлів.

Недоліки маломасляних вимикачів:

- неможливість реалізації швидкодіючого АПВ;

- необхідність періодичного контролю, доливання і частої заміни масла в дугогасних бачках;

- труднощі установки вбудованих трансформаторів струму;

- відносно мала відключаєма здатність.

2.Будова та призначення повітряних вимикачів.

Повітряний вимикач типу ВНВ .

Вимикачі серії ВНВ мають укрупнений дворозривний дугогасний модуль на напругу 220 кВ.

Повітряні вимикачі – ВВН – 35; ВВ – 35 – дуга гаситься стисненим повітрям.

Малюнок 1.13 - Схематичний розріз дугогасного модуля

вимикача ВНВ і електрична схема.

Всі вимикачі цієї серії компонуються з резервуара з шафою керування та опорної ізоляційної колонки, на якій змонтований дугогасний модуль. Полюс вимикача на 220 кВ має одну опорну колонку з одним дво розривним модулем (рис. 1.13), на 500 кВ - дві опорні колонки і два модулі, на 750 - три колонки і три модулі. Полюс вимикача на 110 кВ має одно розривний модуль.

Дугогасний модуль - це дві двохрозривні дугогасні камери, контактна система якої знаходиться постійно в середовищі стисненого повітря (4 МПА) як у включеному, так і у відключеному положенні. Контакти змонтовані в металевому резервуарі, на якому встановлені контейнери з шунтуючими резисторами і комутуючими їх механізмами, також заповнені стисненим повітрям. Струмопровідні частини приєднані до контактної системі за допомогою ізолюючих вводів. Гасіння дуги в камері здійснюється двостороннім дуттям стисненим повітрям, що викидається через внутрішні порожнини контактів і вихлопні клапани в атмосферу. Контакти мають двотактний рух: при гасінні дуги розрив між контактами має мінімальне значення, чим забезпечується інтенсивне дуття, після закінчення гасіння дуги рухливий контакт переміщається на максимальну відстань, забезпечуючи необхідну електричну міцність.

На малюнку 1.13 а схематично показано влаштування одного розриву дугогасного модуля вимикача ВНВ на 500 кВ у включеному положенні. Відключення відбувається при спрацьовуванні електромагніту відключення, який, впливаючи на клапан пневматичної системи, пов'язаної з резервуаром 1, створює рух ізольованою тяги 2 і важелів 3, в результаті чого рухомий контакт 6 переміщається вправо. Спочатку розмикаються головні робочі контакти 7, а потім дугогасні 8. Дуга виникає між внутрішньою поверхнею рухомого контакту 6, ламелями дугогасного контакту, і потоком стисненого повітря з камери здувається на рухому сопло 5. Так як внутрішні порожнини контактів пов'язані з вихлопною порожниною 11 то через неї в атмосферу, створюється потужне дуття і дуга гасне. Після закінчення гасіння дуги рухливий контакт переміщається на максимальну відстань і "ховається" за електростатичний екран 4. Одночасно, при русі тяги 2 вниз переміщається шток 12 і, впливаючи виступом на важіль, відкриває оперативний клапан 14. Повітря під поршнем 15 викидається в атмосферу, сам поршень переміщається, і рухливе сопло 5 рухається вправо до упору, припиняючи вихлоп повітря в атмосферу. Закінчення повітря з нерухомого контакту також припиняється, так як вихлопної клапан 9, що приводиться тягою 10, перекриває отвір контакту 8.

При включенні, спрацьовує електромагніт включення, він відкриває пусковий клапан, і шток 12 під дією включає пружини 13 переміщається вгору. З штоком 12 пов'язана тяга 2, яка через важіль 3 передає рух рухомого контакту 6. Він переміщується вліво і замикає ланцюг. Пневмомеханічний пристрій, застосований у вимикачі ВНВ, зменшує власний час відключення до 0,02 - 0,025 с. Розподіл напруги між дугогасними розривами здійснюється за допомогою паралельно включених конденсаторів 3 (рис. 1.13 б). При необхідності, вимикачі можуть оснащуватися шунтуючими резисторами 1. У цьому випадку, після гасіння дуги в головній ланцюга на контакті 2, відключаються допоміжні контакти 4 в середовищі стисненого повітря, розриваючи слабкий струм.

Крім вимикачів на опорних ізоляторах розроблені конструкції підвісних вимикачів з модулями серії ВНВ, які забезпечують значну економію площі ОРУ. Вимикачі серії ВНВ розраховані на струм відключення 40 - 63 кА. У порівнянні з вимикачами ВВБ ці вимикачі мають меншу масу і менші габарити.

До недоліків всіх повітряних вимикачів слід віднести необхідність компресорної установки, складну конструкцію ряду деталей і вузлів, відносно високу вартість, труднощі установки вбудованих трансформаторів струму.

Використовують на напругу від 35 кВ і вище. Пожежо — і вибухобезпечні, швидкодіючі, складна конструкція. Але необхідна компресорна установка, висока вартість.

3.Будова та призначення, принцип гашення дуги у вакуумних вимикачів.

Останнім часом поширились вакуумні вимикачі ВВВ – 10/320. Гасіння дуги здійснюється в глибокому вакуумі (приблизно 10-5 — 10-7 Па) спеціальні камери КДВ – 21. Електрична міцність вакууму досить висока, що забезпечує надійне гасіння протягом часу не більше 0,04 с.

Вакуумні вимикачі призначені для дистанційного керування електричними навантаженнями трьохфазних електричних кіл і використовуються в РУ – 10 кВ. Хід контактів ВВВ становить всього 10…15 мм, тому малі габарити, але невелика потужність вимикання.

ВВПЗ – 35 – 12,5/1000 – з вистроєним пружинним приводом.

ВВЕЗ – 35 – 20/1000 – з вистроєним електромагнітним приводом (механічний ресурс – 3000 р.).

В останні роки, крім добре зарекомендували себе масляних і повітряних вимикачів, в енергосистемах почали застосовуватися вимикачі, дія яких заснована на абсолютно нових принципах гасіння дуги. До них відносяться вакуумні вимикачі, які мають великі перспективи. У цих вимикачах контактна система поміщена в камеру з високим вакуумом, приблизно 10 ^-4 Па. Електрична міцність вакууму значно вища, ніж повітря або масла, що пояснюється збільшенням довжини вільного пробігу електронів, атомів, іонів і молекул у міру зменшення тиску.

Процес відключення у вакуумному вимикачі протікає в такий спосіб:

у момент розбіжності контактів площа їхнього зіткнення зменшується, щільність струму різко зростає, метал контактів плавиться і випаровується у вакуумі. При цьому між контактами утворюється проводить місток, що складається з парів металу електродів. Загоряється так звана вакуумна дуга, яка гасне при першому ж переході струму через нуль. Електрична міцність відновлюється дуже швидко, так як мала щільність газу в дугогасній камері вимикача зумовлює винятково високу швидкість дифузії електричних зарядів зі стовбура дуги. Вже через 10мкс після переходу струму через нуль електрична міцність вакууму досягає свого повного значення 100 МВ/м. Якщо до цього часу відстань контактів виявиться достатньою для того, щоб електрична міцність міжконтактного проміжку стала більшою відновлювальної напруги, тоді дуга згасне остаточно. Інакше станеться повторний пробій проміжка і повторне запалювання дуги.

При відключенні вакуумним вимикачем малих струмів (кілька десятків ампер) може відбутися передчасне зниження струму до нуля, до природного переходу струму через нуль (зріз струму), що пояснюється дуже швидкою деіонізацією міжконтактного проміжку. Зріз струму супроводжується, як і в інших вимикачах, перенапруженням.

Виходячи з роботи вакуумного вимикача, для його надійної роботи та збільшення його терміну служби дуже істотною є зносостійкість контактів, які розпорошуються під час горіння дуги. При дуже сильному розпиленні металу контактів може утворитися така кількість парів металу, що гасіння дуги виявиться неможливим. Досвід показав, що найбільш сильне розпорошення спостерігається у контактів з латуні і міді. Тугоплавкі метали, такі, як вольфрам або молібден, розпорошуються порівняно мало. Із збільшенням відключається струму розпорошення металу контактів зростає, причому швидше, ніж збільшується струм. Таким чином, для підвищення відключаємої здатності вакуумного вимикача для контактів необхідно застосовувати найбільш тугоплавкі матеріали.

З іншого боку, підвищення тугоплавкості контактів збільшує струм зрізу, що несприятливо позначається на відключеннях, викликаючи небезпечні перенапруження. Найбільший струм зрізу виникає при контактах з вольфраму, і він в 2,5 рази менше при контактах з міді.

Отже, для надійної роботи вакуумних вимикачів необхідні спеціальні матеріали, що забезпечують відключення великих струмів і мають малий струм зрізу. На жаль, металів, задовольняють одночасно обом вимогою, немає, і тому широкого поширення набули вольфрам і молібден, які допускають відключення струмів понад 4-5 кА, хоча при цьому і виникають великі струми зрізу.

Вакуумні вимикачі створені на напруги 6 - 110 кВ і, завдяки своїм перевагам, витісняють повітряні і масляні вимикачі.

Переваги вакуумних вимикачів:

- відсутність необхідності в заміні і поповненні дугогасного середовища, компресорних установок і масляного господарства;

- висока зносостійкість при комутації номінальних струмів і струмів КЗ;

- мінімум обслуговування, зниження експлуатаційних витрат (майже в 2 рази в порівнянні з існуючими), термін служби 25 років;

- швидке відновлення електричної міцності (10  50) • 10 3 В / мкс;

- повна вибухо - і пожежна безпека;

- надійна робота у разі, коли в процесі відключення малого струму в ланцюзі виникає струм КЗ (дугогасні пристрої масляних вимикачів зазвичай вибухають);

- широкий діапазон температур навколишнього середовища, в якому можлива робота вимикачів;

- підвищена стійкість до ударних і вібраційних навантажень;

- довільне робоче положення вакуумного вимикача;

- безшумність, чистота, зручність обслуговування, зумовлені малим виділенням енергії в дузі;

- відсутність забруднення навколишнього середовища;

- порівняно малі маси і габаритні розміри і невеликі динамічні навантаження на конструкцію і фундамент;

- високу швидкодію;

- можливість організації високоавтоматизованого виробництва.

Недоліками вакуумних вимикачів є:

- труднощі розробки та виготовлення, пов'язані із створенням спеціальних контактних матеріалів, складністю вакуумного виробництва, схильністю матеріалів контактів до зварювання в умовах вакууму;

- порівняно невеликі номінальні струми і струми відключення, можливість комутаційних перенапруженні;

- при масовому виробництві вартість вакуумних вимикачів всього на 5 - 15% більше вартості маломасляних.

- великі капітальні вкладення, необхідні для наладок масового виробництва.

Вимикач ВВТЕ - 10-10/630У2

Сучасні вакуумні вимикачі розраховані на відключення струмів в межах від 1 кА до 31,5 кА.

Дугогасна камера вакуумного вимикача представляє собою герметичний посудину з металу і скла, у якому підтримується вакуум 10 -4 Па. Корпус камери може бути виготовлений не тільки зі скла, але і з інших ізоляційних матеріалів, які щільно зварюються з металом. Вакуумна камера КДВ на напругу 10 кВ має зазори між контактами 4 -10 мм, тому габарити її малі, а швидкості спрацьовування високі. Згасання електричної дуги вдається отримати при першому ж проходженні струму через нуль, тобто через 0,02 с, однак при відключенні щодо великого струму трапляється, що згасання дуги відбувається не при першому, а при другому або третьому підході струму до нуля.

Робочі контакти мають вигляд порожніх усічених конусів з радіальними прорізами. Така форма контактів при розмиканні створює радіальне електродинамічне зусилля, що діє на виникає дугу і змушує переміщатися її на дугогасильні контакти.

Контакти являють собою диски, розрізані спіральними прорізами на три сектори, по яких рухається дуга. Матеріал контактів підібраний так, щоб зменшити кількість випаровується металу. Внаслідок глибокого вакууму відбувається швидка дифузія заряджених частинок в навколишній простір і при першому переході струму через нуль дуга гасне.

Зовнішня поверхня ізоляторів має форму ребра для збільшення шляху витоку з ізоляції. Хід рухомого контакту камери становить 12 мм, середня швидкість ходу при відключенні 1,7 - 2,3 м / с, при включенні 0,6 - 0,9 м / с, допустимий знос контактів - 4 мм.

При розмиканні контактів вимикача число проводять контактних точок зменшується. Остання точка витягується в розплавлений металевий місток, швидко нагрівається під дією струму і випаровується. В утвореній хмарі виникає дуговий розряд. При горінні вакуумної дуги відбувається розплавлення металу контактів, частина якого осідає на екранах, що захищають внутрішні поверхні оболонки камери від забруднення. Із збільшенням струму ерозія швидко зростає і є основною причиною, що обмежує збільшення відключаємого струму. На струм відключення суттєво впливає, матеріал контактів, його чистота, швидкість розмикання контактів і стан вакууму.

При включенні вакуумного вимикача і зближенні його головних контактів ще до зіткнення відбувається пробій вакуумного проміжку і утворюється електрична дуга, тому повільне зближення контактів призводить до додаткового, небажаного виділенню тепла, розплавлення металу контактів і їх зварюванню.

Вібрація контактів усередині камери також неприпустима, вона призводить до розпорошення і розбризкуванню металу, це зменшує контактну поверхню, погіршує їх робочі поверхні і збільшує шар напиляного металу на внутрішній поверхні оболонки. Це призводить до зменшення електричної міцності і скорочення терміну служби камери.

Рідкісні відмови в гасінні дуги у вакуумному вимикачі, які можуть мати місце за механічних або технологічних дефектів, не призводять до серйозних руйнувань всього вимикача або близько розташованого іншого обладнання КРУ.

Вакуумні вимикачі мають високий комутаційний ресурс. Міжревізійні інтервали вакуумних вимикачів визначаються механічною стійкістю приводу. Термін служби камери дуже великий, 100 - 250 тис. операцій.

На основі розглянутої вище вакуумної дугогасильні камери КДВ створені вимикачі на напругу 10-110 кВ з поминальним струмом до 3200 А і струмом відключення до 31,5 кА.

У вимикачах з номінальною напругою 110 кВ і вище застосовуються кілька дугогасних камер, включених послідовно. Для рівномірного розподілу напруги між ДУ необхідно встановлювати ємнісні дільники.

На малюнку 1.15 показаний вакуумний вимикач ВВТЕ - 10-10/630УГ, призначений для комутації електричних кіл 10 кВ в нормальних і аварійних режимах, що вбудовується в осередки КРУ.

По виду установки:

1. Опорні (основна ізоляція відносно землі опорного типу);

2. Підвісні (підвішуються до портальних конструкціям на ОРУ) ;

3. Викочувань (мають пристосування для викатки зі РУ);

4. Вбудовані в КРУ.

Переваги:

- Висока відключаєма здатність, пожежобезпечність, висока швидкодія, здатність комутації струмів КЗ з великим % аперіодичної складової (аж до комутації ланцюгів постійного струму)

Недоліки:

- Наявність дорогого постійно діючого компресорного устаткування, висока чутливість до швидкості відновлюється напруги при не видаленому КЗ, можливість "зрізу" струму при відключенні малих індуктивних струмів (відключення ненавантажених силових трансформатора).

Принцип дії:

Стиснене повітря є ефективною середовищем, що забезпечує надійне гасіння електричної дуги Це досягається інтенсивним впливом з максимально можливими швидкостями потоку повітря на дугового канал. В дугогасильних пристроях. гасіння електричної дуги відбувається в дуттьових каналах (соплах), які конструктивно в сукупності з крайньою частиною контактів дугогасника утворюють систему дуття. Стовп дуги, утвореної на розмикає контакти, під дією повітряного потоку розтягується і швидко переміщається в сопла, де відбувається її гасіння.

Малюнок 1.15 - Вакуумний вимикач ВВТЕ-10-10/630 У2

На рамі 8 за допомогою ізоляційних каркасів 11 укріплені три дугогасні вакуумні камери 6. Виступ рухомого контакту 5 за допомогою гнучкого зв'язку 4 з'єднаний з верхнім контактним ножем 1, укріпленим на ізоляційної балці 2, нерухомий контакт камери пов'язаний з нижнім ножем 7. Електромагнітний привод 13 через систему тяг і ізоляційну плиту 14 пов'язаний з рухомими контактами. Кінцеве контактне натискання забезпечують пружини 3. Сталева перегородка 10 призначена для захисту постійних магнітів, що знаходяться в приводі, від впливу електромагнітних полів головних ланцюгів вимикача. Вимикач закрито передньої кришкою 12 з вікнами для спостереження за механічним покажчиком включеного і відключеного положень і лічильником числа циклу ВО. Заземлення здійснюється за допомогою болта 9. Даний вимикач розрахований на 2000 операцій ВО при номінальному струмі і 50 операцій при струмі КЗ 10 кА. Повний час відключення 0,05 с.

В електромагнітних вимикачах дуга горить у повітрі при атмосферному тиску і гасне за рахунок подовження і тісного дотику з поверхнею діелектрика під впливом магнітного дуття, створюваного струмом, що відключається. При малому струмі величина електродинамічної сили, що затягує дугу в дугогасну камеру, недостатня і для переміщення дуги використовується повітряний поршневий пристрій, механічно зв'язаний з рухливими контактами.

4.Будова та призначення, принцип гашення дуги в електромагнітному вимикачі.

Електромагнітні вимикачі належать до швидкодіючих: дуга в них гаситься за 10-20мс. У процесі відключення опір дуги швидко зростає і відіграє роль струмообмежувального опору, що вводиться в коло, яке відключається. Тому значення струму короткого эамикання до моменту обриву дуги зменшується, зменшується також зсув фаз між напругою і струмом кола, що у свою чергу веде до зниження коефіцієнта перевищення амплітуди напруги, що відновлюється. Усе це приводить до того, яка робота електромагнітного вимикача не залежить від власної частоти мережі.

Переваги електромагнітних вимикачів:

- Вимикач пожежо- і вибухобезпечний.

- Для його роботи не потрібно ні масло ні стиснене повітря.

- Малий знос контактів, дугостійка камера, швидке гасіння дуги дозволяють робити велике число операцій вмикання і вимикання без ревізії.

- Вимикач малочутливий до власної частоти кола, що відключається.

Недоліком вимикачів є великі габарити дугогасних камер, що ускладнює розвиток вимикачів по напрузі.

Електромагнітні вимикачі випускаються на номінальні напруги 6, 10,15 кВ із номінальним струмом відключення до 40кА. За кордоном їх випускають на напруги до 24кВ. Ці вимикачі використовуються головним чином в установках власних потреб електростанцій і для комутації косинусних конденсаторних батарей.

Конструкція і принцип дії електромагнітних вимикачів

Рис.6.1. Дугогасна камера електромагнітного вимикача ВЕМ-6.

На рис. 6.1 приведений ескіз контактної і дугогасної системи електромагнітного вимикача типу ВЕМ-6. При розмиканні дугогасних контактів 1 і 2 між ними виникає електрична дуга, яка під впливом електродинамічних сил струмоведучого контуру і повітряного поршневого пристрою, зв'язаного з контактним важелем 3, подовжується і переміщається в положення Б (рис. 6.1а) При цьому частина дуги АЕ шунтується котушкою магнітного дуття 4, яка має малий опір. На цьому відрізку дуга гасне. Весь струм йде по котушці 4, яка у включеному положенні вимикача не обтікається струмом. Магнітне осердя 5 з полюсними наконечниками 6 у зоні горіння дуги створює магнітне поле. Це поле, взаємодіючи зі струмом дуги, переміщає дугу нагору з великою швидкістю (до 100м/с).

Рис.6.1. Дугогасна камера електромагнітного вимикача ВЕМ-6.

Дуга заганяється в дугогасну камеру з дугостійкої кераміки, яка має високу теплопровідність. В міру переміщення нагору дуга подовжується і приймає форму горизонтального зиґзаґу. При цьому дуга тісно стикається зі стінками камери, піддається інтенсивної деіонізації і гасне при першому проходженні струму через нульове значення.

Довжина дуги вибирається такою, щоб у момент переходу струму через нульове значення миттєве значення напруги, що повертається, не перевищило Uн.

Підвищена зносостійкість дугогасної частини вимикачів забезпечує велику допустиму кількість комутаційних операцій без ревізій. Ці переваги дозволили знайти широке застосування цим вимикачів.

Принцип роботи і конструкція вимикача ВЕМ-6

Принцип роботи електромагнітних вимикачів заснований на гасінні електричної дуги в дугогасній камері, яка містить пакет керамічних пластин, в який дуга затягується поперечним магнітним полем, збудженим струмом дуги. Дуга, що виникає при розмиканні дугогасильних контактів, під дією електродинамічних сил контуру струму і теплових конвекційних потоків піднімається вгору і входить до дугогасної камеру, постійно збільшуючи свій опір.

Вимикач ВЕМ - 6 (малюнок 1.14) встановлений на візку і призначено для комірок КРУ.

а - загальний вигляд, б - дугогасильні камери

Малюнок 1.14 - Вимикач вакуумний ВЕМ-6

Вакуумний вимикач ВЕМ-6 (малюнок 1.14 а) складається з зварної підстави 1, пружинного приводу 2, трьох полюсів, трьох знімних дугогасних камер 9, ізоляційного кожуха. Він має робочі і дугогасильні контакти, розташовані на відкритому повітрі.

Струмоведучі стрижні знаходяться всередині прохідних ізоляторів 4, відлитих з епоксидної смоли. На ньому встановлюються рухливий розетковий контакт шафи КРУ з одного боку, а з іншого - корпуси головного нерухомого 7 та рухомого контакту вимикача 8. Рухомий контакт обертається на опорному ізоляторі за допомогою ізоляційної тяги.

На сталевий рамі 1 за допомогою ізоляторів укріплені дугогасним пристрій 9 і котушка магнітного дуття 10. Дугогасна камера складається з пакету, зібраного з пластин цирконієвої кераміки, склеєних між собою в єдиний блок. Кожна пластина пакету в нижній частині має  - подібний виріз, вершина якого зміщена від середини пластини з чергуванням зміщення у різні сторони в кожній парі пластин. Таке чергування утворює лабіринт, в який затягується електрична дуга при відключенні. Пакет встановлюється між бічними пластинами і колодками, впирається в розпірки і закрито керамічними плитами. У верхній частині камери є вихлопний пристрій, що складається з ряду вертикально розташованих ізоляційних пластин, призначених для запобігання перекриття щілин по гарячих газам, що утворюється в процесі відключення. По краях пакета поміщені мідні роги, по яких переміщається підставу дуги в процесі відключення.

Кожух служить для ізоляції полюсів один від одного і вихлопних газів від металевих частин шафи КРУ. Він складається їх трьох ізоляційних коробів, з'єднаних між собою. На вимикачі кожух фіксується розпірками і болтами і впирається на основу.

Для передачі руху рухомим контактам полюсів від валу вимикача служить ізоляційна тяга. Поршневе пристрій служить для створення повітряного потоку з метою перекидання дуги на дугогасного ріг.

Процес відключення вимикача:

При відключенні спочатку розмикаються робочі, потім - дугогасильні контакти, між якими виникає дуга. Під дією електродинамічних сил контуру і повітряного потоку, створеного поршневим пристроєм, дуга перекидається на передній дугогасного ріг і включає в ланцюг котушку магнітного дуття. Створюється магнітне поле, яке, взаємодіючи з струмом дуги, переміщує її зі швидкістю 30 м/с всередину дугогасильної камери. При русі вгору дуга подовжується, потрапляючи в лабіринтні щілини камери. Стикаючись із стінками камери, дуга охолоджується і через 0,01 - 0,02 с гасне.

На малюнку 1.14 б показані різні положення, які займає електрична дуга, піднімаючись по камері від положення А до положення Д. Одне її підставу затримується на металокерамічною напайки нерухомого дугогасного контакту, а друге переміщається по верхній кромці рухомого дугогасного контакту (положення «А», « Б »). Поступово подовжуючись, дуга перекидається з рухомого контакту на правий ріг і займає положення «В».

Створюється інтенсивне магнітне поле, яке пронизує камеру перпендикулярно площині, в якій рухається дуга. Це магнітне поле взаємодіє з струмом дуги. Зусилля впливу магнітного поля на дугу направлено завжди в бік затягування дуги в камеру, де вона займає послідовно положення «Г» і «Д». Дуга набуває зигзагоподібну форму і віддає тепло керамічним пластин. Завдяки цьому опір дуги збільшується і, при черговому переході струму через нуль, дуга гасне. Гарячі гази, що утворюються при горінні дуги, виходять вгору по вузьких щілинах між пластинами, охолоджуючись до такої міри, що викиду полум'я з камери не спостерігається.

При відключенні малих струмів (до 1000 А) напруженість магнітного поля, створюваного котушками електромагнітів, дуже мала і не може забезпечувати швидке витягування дуги в камеру. Для поліпшення гасіння дуги таких струмів служить поршневий пристрій.

Вимикачі цього типу випускається на напругу 6 - 10кВ, номінальний струм до 3200 А і струм відключення до 40 кА і мають виконання: ВЕМ - 6, ВЕ - 6, ВЕС - 6, ВЕЕ - 6, ВЕ - 10, ВЕЕС - 6.

Переваги електромагнітних вимикачів:

- повна вибухо - і пожежна безпека;

- малий внесок дугогасильних контактів (до 40 відключень струму величиною 34 кА без ревізії і ремонту);

- придатність для роботи в умовах частих включень і відключень;

- відносно висока відключає здатність.

Недоліки електромагнітних вимикачів:

- складність конструкції дугогасильні камери з системою магнітного дуття;

- обмежень верхня межа номінальної напруги (не більше 15 - 20 кВ);

- обмежена придатність для зовнішніх установок.

1. Будова та призначення, принцип гашення дуги в елегазовому вимикачі.

Елегазові вимикачі – для гасіння дуги є спеціальний пристрій, який забезпечує обертання дуги (від взаємодії її струму з магнітним полем постійних магнітів) в елегазі (SF6 – шестифториста сірка). Елегаз має велику електричну міцність, не горить і не підтримує горіння.

В електротехнічному обладнанні в якості ізоляційного, дугогасного і охолоджувального середовища найбільше часто застосовуються мінеральне масло і повітря. У порівнянні з маслом і твердими діелектриками гази мають визначені переваги, головні з яких - винятково мала провідність і практично відсутні діелектричні втрати, незалежність електричної міцності від частоти в однорідному полі, слабка забруджувальність під дією дуги і корони.

З підвищенням тиску газу електрична міцність в однорідних або слабко неоднорідних полях збільшується і за певних умов може перевищити електричну міцність трансформаторного масла, глибокого вакууму і порцеляни.

Для спрощення конструктивного виконання обладнання з газовою ізоляцією бажано, щоб необхідна електрична міцність була забезпечена при порівняно невеликому надлишковому тиску.

При застосуванні газу в електротехнічному обладнані крім ізоляційних, необхідно враховувати й інші властивості газів, а саме: сам газ і його продукти розкладу не повинні бути токсичними; по відношенню до застосованого в даному обладнанні матеріалу, газ повинний бути хімічно нейтральним; він повинен мати низьку температуру спалювання, що дозволило б використовувати його при підвищених тисках і при низьких температурах навколишнього середовища; газ повинен володіти значною тепловідводною здатністю, деоінізація газу повинна бути незначною, він повинний бути пожежо- і вибухобезпечним, легкодоступним і недорогим. Крім того, газ повинен мати добру дугогасну здатність.

Самим доступним газом є повітря, однак по сукупності вимог воно не завжди прийнятне. Електрична міцність деяких газів і парів значно вище, ніж у повітря. Але тільки деякі з них задовольняють вимогам, запропонованим до електричної газової ізоляції. Багато речовин більш-менш інтенсивно розкладаються в умовах електричного розряду, багато хто з них у звичайних умовах знахо­дяться в рідинному стані, і нарешті, деякі з них при розкладі виділяють вільний вуглець, який осідає на поверхні твердих елементів ізоляційних конструкцій, роблячи їх провідними.

Найбільш повно задовольняє поставленим вимогам елегаз (шестифториста сірка). Одержують елегаз у результаті прямої реакції між розплавленою сіркою і газоподібним фтором, який утворюється при електролізі розчину фтористого калію у фтористоводневій кислоті.

Властивості елегазу.

Елегаз являє собою з'єднання, що має хімічну формулу SF6. Це безбарвний газ без запаху щільністю 6,52кг/м3 при нормальному атмосферному тиску і температурі 0°С, приблизно в п'ять разів важче повітря. Елегаз містить 21,95% сірки і 78,05% фтору.

Як і вуглекислий газ, при атмосферному тиску елегаз може знаходитися тільки в газоподібному і твердому стані. При тиску 105Па температура переходу з твердого стану в газоподібне (температура сублімації) дорівнює - 63,8°С. При тисках вище 2,28х105Па в залежності від температури елегаз може знаходитися у всіх трьох агрегатних станах. При такому тиску температура потрійної крапки дорівнює -50,8°С (для води, вільної від повітря, потрійна крапка має місце при температурі +0,01°С и тиску 611Па).

Елегаз може бути зріджений тиском, що дозволяє транспортувати його в балонах у рідкому стані. У порівнянні з повітрям елегаз має такі переваги:

Електрична міцність у 2,3-2,5 рази вища, ніж у повітря. При тиску 2х105Па міцність елегазу наближається до міцності трансформаторного масла.

Висока питома об'ємна теплоємність (майже в 4 рази вище, ніж у повітря) дозволяє збільшити навантаження струмоведучих частин, зменшити масу міді в комутаційному апараті.

Дугогасна здатність камери подовжнього дуття з елегазом у 5 разів вище, ніж з повітрям.

Мала напруженість електричного поля в стовпі дуги, завдяки чому різко скорочується знос контактів. Зменшується ефект термодинамічної закупорки сопла. Це дозволяє збільшити відстань між контактами, підвищити напруги на кожному контактному проміжку, збільшити допустиму швидкість відновлення напруги на проміжку.

Елегаз є інертним газом, який не вступає в реакцію з киснем, воднем, слабко розкладається дугою. Сам елегаз не токсичний, хоча деякі його продукти розкладу небезпечні.

До недоліків елегазу варто віднести високу температуру його скраплення. Так при тиску 13,1xl05Па з газоподібного стану в рідке елегаз переходить при температурі 0°С. Це вимагає або підігріву, або використання елегазу при більш низькому тиску. При тиску 3,5х105Па температура скраплення складає мінус 40°С. До недоліків також варто віднести складність і дороге одержання гарних результатів - потрібен елегаз з високою чистотою (без домішок).

Конструкція елегазових вимикачів.

Принципова схема автоматичного дугогасного пристрою.

При відключенні між нерухомим 1 і рухомим 2 контактами виникає електрична дуга. Рухомий контакт 2 за допомогою перегородки 5 жорстко закріплений в циліндрі 6, який закінчується соплом 3 із фторопласта. Поршень 4 нерухомий. При відключенні елегаз стискується, і проходячи через сопло, обмиває дугу і створює сприятливі умови для її ефективного гасіння. Дугогасний пристрій розташовується в герметичному баку з тиском елегазу 2-2,8х105Па що дозволяє одержати необхідну електричну міцність внутрішньої ізоляції.

Дугогасна здатність елегазу, як і будь-якого газу, найбільше ефективно використовується в тому випадку, коли струмінь газу з великою швидкістю обтікає палаючу дугу.

Рис. 6.3 Автопневматичний дугогасний пристрій з рухомим металевим циліндром і ізоляційним соплом :

a - у положенні «включене», б - у процесі відключення.

На рис. 6.3 приведена схема автопневматичного дугогасника, принцип дії якого аналогічний описаному по рис. 6.2. В включеному положенні рухомі контакти 4 щільно охоплюють нерухомий трубчастий контакт 1. Дугогасний контакт 3 знаходиться у внутрішній порожнині труби. При відключенні рухома система, яка має циліндр 5, контакти 4 і 3 і сопло 2, опускається вниз. Об’єм між нерухомим поршнем 6 і дном циліндра 5 скорочується, тиск у цій області підвищується. Цей тиск створює дуття, яке забезпечує гасіння дуги, що виникає між нерухомим 1 і дугогасним рухомим 3 контактами.

На базі описаного пристрою створений елегазовий вимикач для залізниць напругою 27,5кВ, струмом відключення 15кА і тривалим струмом 1кА (рис. 6.4). Підвищений тиск елегаза виключає необхідність підігріву.

Автопневматична схема використовується у вимикачах напругою до 220кВ. Найбільша напруга на один розрив до 72кВ. Ця схема успішно застосовується також у вимикачах навантаження.

На рис. 6.5 показаний дугогасний пристрій з магнітним дуттям, 1 - циліндричний порцеляновий ізолятор, 2 - рухомий контакт, 3 - постійні магніти,4 - рухомий контакт.

6 . Вимикач навантаження, будова, використання.

Вимикач навантаження - це апарат відключення з малопотужним дугогасним пристосуванням і призначений для відключення струмів навантаження невеликих сил (до 200 А). Для відключення струмів короткого замикання потрібно послідовно з ним установити комплект плавких запобіжників (рис.5.2).

У відключеному положенні вимикач навантаження забезпечує видимий розрив між контактами як звичайний роз'єднувач.

Рис. 5.2. Вимикач навантаження.

Вимикачі навантаження характеризуються такими ж параметрами, як і високовольтні вимикачі потужності. Як видно на рис.5.3 вимикач навантаження типу ВН-16 складається з роз'єднувача з деякими доповненнями і дугогасної камери. На сталевій рамі 1 укріплені опорні ізолятори 2 і вал 8 з порцеляновими тягами 7.

Додатково до робочих нерухомих контактів 4 у камері маються дугогасні нерухомі контакти. У включеному положенні апарата вони з’єднуються з рухомими контактами, закріпленими на ножах 6 роз'єднувача 5. Постійна швидкість розходження контактів при відключенні забезпечується пружинами, що відключають, які розташовані з обох кінців вала.

Гасіння електричної дуги здійснюється потоком газів, які генеруються стінками камери під впливом високої температури дуги.

Рис.5.3. Вимикач ВН-16

Розріз дугогасної камери і її кріплення до опорного ізолятору показані на (рис. 5.3,б). Покриш­ки камери 3 виготовлені з пластмаси, а дугогасний канал 2 - з органічного скла. Вхід­ний у камеру дугогасний контакт виконаний із плоскої мідної шинки, вигнутої злегка на ребро. Вона закріплена між двома металевими боковинами, прикріпленими іншими кінцями до головних ножів. У нормальному положенні головні ножі шунтують дугогасні контакти. При відключенні розмикаються спочатку робочі контакти, а потім дугогасні - рухливий I і нерухомий 4, між якими й утворюється дуга.

Привод для керування вимикачем навантаження може бути як ручний - для керування з місця установки, так електромагнітний - для дистанційного керування.

У малопотужних установках напругою 6...10 кВ (цехових підстанціях, сільськогосподарських установках і т.д.) застосування вимикачів навантаження дуже ефективно, тому що вони заміняють дорогі високовольтні вимикачі, с додатковою установкою роз'єд­нувачів, трансформаторів струму і релейного захисту.

6. Реактори, типи, призначення.

В потужних електроустановках т а мережах електропостачання струми короткого замикання можуть достигати великих значень, в зв’язку з чим електроустаткування слід вибирати з урахуванням струмів КЗ. Застосування електрообладнання і кабелів, що розраховані на великі струми короткого замикання, приводить до значного збільшення затрат на спорудження електроустановок і їх мереж В деяких випадках струми короткого замикання можуть бути настільки великі, що взагалі можуть затруднити вибір електрообладнання і кабелів, стійких до коротких замикань.

Тому в потужних електроустановках застосовують штучні заходи обмеження струмів короткого замикання, що досягається можливість застосування більш дешевого електрообладнання: більш легких типів електроапаратів, шин и кабелів менших перерізів.

Обмеження струму короткого замикання досягається збільшенням опору кола короткого замикання або шляхом виконання окремої роботи живлячих агрегатів і ліній електромережі, або шляхом включення послідовно в коло спеціальних опорів.

Для штучного збільшення опору кола короткого замикання (КЗ) включають послідовно в три фази індуктивні опору, що називаються реакторами.

Розглядаємо два випадки КЗ на схемі рис. 1.1. Від генератора 1 живляться збірні шини 2. Від цих шин відходять лінії 3 до споживачів.

Рис. 1.1. Схема, що пояснює принцип дія реактора:

за вимикачем 4 відсутній реактор;

за вимикачем 5 встановлений реактор 6.

При трифазному КЗ за вимикачем 4 струм КЗ Ікi визначається в основному індуктивним опором генератора:

Iкi = Uнoм / V3Xr, (1.1)

Де: Uнoм ~ номінальна напруга установки, кВ; Хг - зверхперехідний індуктивний опір генератора, Ом.

Вимикач 4 повинен вибиратись по струму КЗ Ікi.

При КЗ напруги на збірних шинах Ікi буде дорівнювати нулю і на всіх відгалужувальних лініях зникне напруга.

При КЗ на лінії з реактором струм Ікi визначається сумарним ~ опором генератора і реактора

1к.р. = Uном/√3(Хг + Хр), (1.2)

где ХР - індуктивний опір реактора, Ом.

За звичай одне джерело обслуговує декількох десятків споживачів. Тому номінальний струм лінії в багато раз менший номінального струму генератора. Довготривалий струм реактора вибирається рівним струму лінії. Таким чином Iнoм.p.<<Інoм. г. отже, при межовий струм КЗ визначається тільки параметрами реактора.

Реактор є надійним апаратом, його пошкодження практично виключені. Реактором є котушка з малим активним опором. Витки котушки ізольовані одна від іншої, а вся котушка в цілому ізольована від заземлених частин. Промисловістю випускаються бетонні і масляні реактори.

Бетонні реактори. Котушка закріплюється на каркасі із ізолюючого матеріалу, рис. 1.2.

Рис.1.2

Кінці обмоток мають затискачі для послідовного включення реактора в мережу. В трифазних установках застосовують реактори, що складаються з трьох котушок.

Багатожильний провід 1 відповідного перерізу за допомогою шаблона накручується у вигляді котушки. Після цього в спеціальні форми заливається бетон. Застиваючи, бетон утворює вертикальні стійки-колони 2, які скріпляють між собою окремі витки.

Торці колон мають шпильки, за допомогою яких закріплюються ізолятори 3 і 4.

Для отримання необхідної міцності електричної ізоляції після затвердіння бетону реактор сушать у вакуумі. Потім реактор двічі просочують вологостійким ізоляційним лаком. Між окремими витками в ряду і між рядами витримується значний зазор, що поліпшує охолодження окремих витків реактора і підвищує електричну міцність ізоляції.

При великих номінальних струмах (більше 400 А) застосовуються декілька паралельних гілок. Рівномірний розподіл струму по гілкам забезпечується транспозицією витків.

В якості обмоткового матеріалу використовується багатожильний мідний або алюмінієвий кабель великого перерізу. Кабель покривається декількома шарами кабельного паперу. Зверху паперу виконується хлопчатопаперова стрічка.

Приміщення, в яких встановлюють реактори, які добре вентилюються і найвища температура в них не повинна перевищувати +35°С. Коливання температури в приміщенні не повинні бути настільки різкими, щоб утворювалось покриття реакторів інеєм, росою и т.п.

Котушки бетонних реакторів ізолюють від землі за допомогою декількох опорних ізоляторів 3. Трифазний комплект реактора складається із котушок, встановлюється в горизонтальній площині рядом (добре охолодження витків) або в вертикальній площині одна над іншою, при цьому погіршуються умови охолодження витків котушок, особливо верхньої.

Реактори охолоджуються, як правило, за рахунок природної вентиляції. В розподільчому пристрої повинно передбачатись спеціальні канали для охолодження повітря, особливо при великих номінальних струмах.

Реактори, що призначені для вертикальної установки в комплектах, мають маркування В (верхній), С (середній), Н (нижній). В цьому випадку котушки реактора ізолюють один від одного також за допомогою опорних ізоляторів 4.

При вертикальній установці направлення обмотки котушки середньої фази беруть зворотнім в порівнянню з напрямком обмоток котушок верхньої і нижньої фаз. Це виконується для того, щоб при протіканні по двох сусідніх котушкам двофазного ударного струму короткого замикання котушки притягувались під дією зростаючих електродинамічних зусиль, а не відштовхуючись, як це було б при однаковому напрямку обмоток всіх котушок (легше виконувати надійне кріплення котушок).

При встановленні сухих реакторів в розподільчих пристроях необхідно дотримуватись указаних заводом відстаней сталевих конструкцій и залізобетонних частин будівель. При невиконанні цих вимог можливе небезпечне нагрівання стальних конструкцій і стальної арматури залізобетону струмами, які наведені в них магнітним потоком реактора; крім того, близкість сталевих конструкцій викликає додаткові втрати електроенергії.

Бетонні реактори добре себе зарекомендували при роботі в закритих розподільчих пристроях при напрузі до 35 кВ, наприклад, реактор для внутрішньої установки РБУ 10-630-0,56УЗ - Р - реактор, Б - бетонний, У - ступінчата установка фаз, на номінальну напругу 10 кВ, довготривалий допустимий струм при природньому охолодженні 630 А, номінальний індуктивний опір 0,56 Ом, У - для роботи в районах з помірним кліматом, 3 - для роботи в закритих приміщеннях з природньою вентиляцією.

Основні недоліки бетонних реакторів – велика вага та значні габарити. Наприклад, висота трифазного комплекту реактора горизонтальної установки на напругу 10 кВ складає 1040 мм, а вертикальної - 3600 мм. Цей же комплект важить 3 х 723 кГ.

Контрольні запитання.

1.Поясніть основний недолік мало масляних вимикачів.

2. На які напруги розраховані масляні вимикачі?

3. Поясніть переваги використання вакуумних вимикачів.

4.Назвіть напруги використання повітряних вимикачів.

5. Будова повітряних вимикачів.

6. Призначення та застосування електромагнітних вимикачів.

7. Назвіть переваги та недоліки використання елегазових вимикачів.

8. На яких напругах використовуються вимикачі навантаження та на які струми розрахована?

9.Застосування реакторів, типи.