Что такое масляный выключатель

Принцип работы масляного выключателя

Знакомство с масляным выключателем

Масляный выключатель — это коммутационное устройство, предназначенное для включения и отключения силовых высоковольтных цепей и электрооборудования под нагрузкой и без неё.

Этот процесс разрыва электрической цепи выполняется выключателем за счет размыкания силовых контактов, погружённых в трансформаторное масло. За счет этого происходит гашение электрической дуги между ними, т.е. масло служит дугогасительной средой.

Устройство и принцип действия масляных выключателей

Все масляные выключатели конструктивно состоят из:

При подаче питания на катушку соленоида включения его массивный сердечник втягивается. Рычажный механизм приходит в движение и направляет подвижные контакты к розеткам. Если механизм включения происходит вручную, то работу соленоида выполнит человек с помощью специального рычага в диэлектрических перчатках.

После вхождения свечей в розетку на 20–25 мм механизм масляного выключателя встаёт на защёлку. В ячейках, где установлены высоковольтные выключатели, должны быть изготовлены блокирующие устройства, которые не позволят механически выкатить из ячейки КРУ.

Основные типы масляных выключателей

Конструкция масляных выключателей выполняется двух основных типов:

Выключатели масляные баковые

Они рассчитаны на небольшие токи отключения.

Производятся однобаковыми конструкциями (три полюса находятся в одном баке) при рабочем напряжении до 20 кВ, а при на напряжение выше 35кВ — трехбаковыми (каждая из фаз расположена отдельном баке) с персональными или групповыми приводами включения.

Выключатели баковые снабжаются электромагнитными или воздушными пневмоприводами.

Масляные баковые выключатели, выпускаемые на напряжение больше 35кВ, имеют встроенные вовнутрь трансформаторы тока.

Баковые выключатели на рабочее напряжение 110 кВ и выше оборудованы ёмкостными трансформаторами напряжения.

Маломасляные выключатели

В них масло служит как дугогасящая среда, а изолирование токоведущих деталей и дугогасительного аппарата касательно замыкания на землю осуществляется через твердый изоляционный материал (керамику, текстолит, и различные эпоксидные смолы).

Это масляный выключатель ВМП или ВМГ типа.

Он обладает меньшими габаритами, массой, меньшей взрывоопасностью и пожароопасностью.

Масляные выключатели по своей конструкции бывают двух видов движения контактной группы:

Выключатель может быть оборудован встроенным внутрь механизмом защиты и управления.

Это такие реле, как:

Выключатель маломасляный для наружной установки состоит из трех основных ключевых частей:

Изоляционный цилиндр, охватывает дугогасительное устройство чем и выполняет защитную функцию. Главная его защитная цель — это фарфоровая оболочка, чтобы во время большого давления, которые возникают в момент отключения масляника, она попросту не разорвалась.

Эксплуатация масляных выключателей

Перед началом работы надо выполнить регулировку вхождения свечей (подвижных контактов) в розетки. Это производится путём раскрепления подвижного контакта и фиксирования его на нужном уровне.

Также должна быть оформлена форма протокола испытания масляного выключателя. Испытания масляных выключателей заключается в проверке его повышенным напряжением как в отключенном, так и во включенном состоянии, в проверке всех его цепей защит и сигнализаций. Это должен выполнять специально обученный персонал, чаще всего электротехническая лаборатория, соблюдая все меры безопасности.

После каждого отключения и включения высоковольтных механизмов нужно убедиться:

Видеоразбор масляного выключателя ВМП-10

Классификация оборудования

Для обеспечения стабильной работы электрооборудования могут использоваться следующие типы масляных выключателей:

Схема масляного выключателя имеет специальное устройство для гашения образованной дуги во время разрыва цепи. По принципу действия дугогасительных устройств подобное оборудование делится на следующие группы:

Баковый тип системы

Баковые выключатели имеют большую популярность из-за простоты конструкции. Состоит масляный выключатель из ввода, дугогасительной и системы контактов, которые размещают в баке с маслом. При использовании оборудования в системе с напряжением 3-20 кВт все три контакта (фазы) могут быть расположены в одном баке, при увеличении показателя напряжения до 35 кВ фаза должна быть расположена в отдельном баке. В двух случаях может использоваться система автоматического или дистанционного управления, однако для первого варианта исполнения возможно использование ручного режима, а для второго необходимо наличие автомата повторного включения.

У однобакового типа, когда все три фазы находятся в одной емкости с маслом, используемая рабочая среда проводит изоляцию контакта друг от друга и от корпуса бака, который должен быть заземлен. Масло, кроме этого, служит для гашений образованной дуги и изоляции фаз электроснабжения друг от друга в момент разрыва сети.

Принцип работы однобаковых выключателей

При срабатывании системы сначала происходит разрыв контакта дугогасительной камеры. При разрыве контакта сети с высоким напряжением возникает дуга, которая разлагает масло из-за воздействия высокой температуры. При воздействии дуги на масло происходит образование газового пузыря, в котором и будет находиться сама дуга. Созданный пузырь на 70% состоит из водорода, а этот газ в данном состоянии будет подаваться под давлением. Воздействие водорода и созданного искусственно давления приведет к деионализации образованной дуги во время разрыва контакта. Подобным способом масляный выключатель проводит разрыв цепи.

Принцип работы трехбакового выключателя

Трехбаковый выключатель имеет несколько иной принцип работы, что связано с его использованием в сети с высоким напряжением. Масляный выключатель, который используется в сети с напряжением выше 35 кВ, в камере гашения дуги имеет специальный механизм, создающий дутье. Используемая дугогасительная система может состоять из нескольких режимов работы. Они позволяют увеличить скорость гашения дуги во время разведения контакта.

Для того чтобы обезопасить этот процесс, передающие электричество элементы помещают в специальный резервуар с маслом, при этом для каждой фазы используется отдельный бак. Также используются различные приводы масляных выключателей, позволяющие подавать рабочую жидкость в выбранном направлении. В системе имеется специальный элемент для контроля размера дуги, который представлен шунтом. После пропадания образованной дуги подача тока прекращается окончательно.

Достоинства системы

Система гашения дуги данного типа имеет ряд особенностей, из-за которых она используется во многих цепях электроснабжения. К достоинствам системы относится следующее:

Недостатки системы

Несмотря на большую популярность этой системы гашения электрической дуги, которая образуется при разрыве контактов, он имеет некоторые недостатки:

Маломасляный тип оборудования

Выключатель масляный ВМП, или другими словами маломасляный, кроме рабочей жидкости для обеспечения изоляции элементов системы друг от друга, имеет специальные элементы, изготовленные из диэлектрических материалов. В данном случае масло используется только для образования газа. Каждый элемент системы, в котором происходит разрыв цепи, имеет отдельную камеру с дугогасительным устройством. При этом используется специальный привод в системе, который обеспечивает поперечное дутье.

Из-за небольшого количества масла во время выключенного состояния контакты находятся выше уровня используемого в камере масла, что повышает надежность разрыва электроснабжения. Из-за загрязнения рабочей среды она со временем может потерять свои основные диэлектрические свойства. Также при создании подобной системы конструкторы учли то, что со временем образуются продукты разложения. Для них специально создали маслоотделители.

Достоинства и недостатки системы

Масляный выключатель данного типа зачастую используется для обеспечения надежного разрыва сети в цепях электроснабжения небольшой протяженностью и мощностью. К его достоинствам можно отнести следующее:

Подобные положительные качества позволили использовать систему разрыва сети при обустройстве электроснабжения предприятий, офисов или других промышленных зданий, где имеется сеть с высоким напряжением.

Преимущества

Недостатки масляных выключателей

Маслянные высоковольтные выключатели

Для линий с напряжением до 10 кВ наиболее часто применяются маломасляные выключатели. Сейчас они устанавливаются и в высоковольтных наружных установках 110-220 кВ, если обладают достаточной отключающей способностью (серия ВМТ).

Роль изоляции токоведущих частей маломасляных выключателей выполняют твёрдые изоляционные материалы, например, текстолит, керамика, эпоксидные материалы и др.

Благодаря небольшим габаритам и использованию меньшего объёма масла эти выключатели активно заменяют собой баковые.

В сетях с напряжением выше 110 кВ используются 2 или более дугогасительных разрыва. При больших токах подобная конструкция может применяться и в линиях с меньшим напряжением.

Изучение масленых выключателей, их конструкции и принцип работы

Требования, предъявляемые к выключателям:

1) надежное отключение любых токов в пределах номинальных значений;

2) быстродействие при отключении, т.е. гашение дуги в возможно меньший промежуток времени, что вызывается необходимостью сохранения устойчивости параллельной работы станций при КЗ;

3) пригодность для автоматического повторного включения после отключения электрической цепи защитой;

4) взрыво- и пожаробезопасность;

5) удобство обслуживания.

Для оперативного обслуживания надо, чтобы каждый выключатель или его привод имел хорошо видимый и безотказно работающий указатель положения («Включено», «Отключено»).

Если выключатель не имеет открытых контактов и его привод отделен стенкой от выключателя, то указатель должен быть и на выключателе, и на приводе.

Неполадки в работе масляных выключателей и их устранение

Неполадки в работе масляных выключателей приводят к крупным авариям с образованием пожаров в распределительных устройствах.

— отказы выключателей в отключении токов короткого замыкания;

— неисправности контактных систем, перекрытия элементов внутренней и внешней изоляции;

— поломки изолирующих частей;

— отказы передаточных механизмов и приводов.

Отказ в отключении тока связан несоответствием фактической отключающей способности выключателей условиям их эксплуатации.

Чтобы не допустить этого, надо периодически проверять соответствие параметров выключателей реальным условиям их работы.

На практике не должны создаваться такие схемы работы подстанций, при которых мощность короткого замыкания превышает отключающую способность выключателей.

В аварийных и ремонтных ситуациях при необходимости соединения на параллельную работу двух систем шин и более (например, включением секционных выключателей) эта операция должна сопровождаться проведением мероприятий, приводящих к ограничению токов КЗ.

Неполадки контактных систем: недовключения подвижных контактов, зависания контактов в промежуточном положении, разрушения металлокерамики, поломки розеточных контактов. Это препятствует отключениям и включениям выключателей и приводит к образованию дуги с последующим взрывом выключателя.

Перекрытия изоляции происходят при коммутационных и грозовых перенапряжениях и в результате загрязнения изоляции уносами промышленных предприятий вблизи подстанции.

У выключателей серий ВМГ и ВМП нередки случаи перекрытий опорной изоляции по загрязненной и увлажненной поверхности.

Отказы в работе передаточных и операционных механизмов и приводов происходят в результате поломок отдельных деталей и нарушений регулировки. Это приводит к заеданию валов, застреванию тяг и ненормальной работе контактных систем, что приводит к авариям.

Техническое обслуживание масляных выключателей

После того как автоматический выключатель несколько раз прервал токи короткого замыкания или несколько раз токи нагрузки, контакты могут сгореть из-за искрения. Кроме того, диэлектрическое масло обугливается вблизи контактов, тем самым теряя часть своей диэлектрической прочности. Это приводит к снижению отключающей способности выключателя.

Поэтому для технического обслуживания масляного выключателя требуется проверка и замена контактов и масла. Рекомендуется проверять автоматический выключатель с периодичностью 3 или 6 месяцев. Согласно ISS 335-1963 масло в хорошем состоянии должно выдерживать 40 кВ в течение одной минуты в стандартной чашке для испытания масла с зазором 4 мм между сферическими электродами.

Проверка масляного выключателя

1. Все токоведущие части и дуговые контакты должны быть проверены.

2. Проверить диэлектрическую прочность, состояние и уровень масла. При необходимости заменить масло

3. Осмотреть изоляцию на предмет повреждений. Очистить поверхность и удалить отложения углерода.

4. Проверить механизм закрытия, отключения и блокировки.

5. Проверить сигнальные устройства и лампы.

6. Убедиться, что не осталось никаких инструментов, накладки и ограждения резервуара находятся на месте и закреплены, а прокладка резервуара находится в хорошем состоянии.

Силовые масляные выключатели 6-10кВ

Рис. 12а. Обозначение МВ на однолинейной схеме.

Маркировка масляных выключателей типа ВМГ-133:

I – номинальный ток 600А, разрывная мощность 200 тыс. кВА;

II – номинальный ток 600А, разрывная мощность 350 тыс. кВА;

Выключатели типа ВМГ-133 оснащаются приводами ПРБА, ПС-10

Маркировка масляных выключателей типа ВМГ-10:

10 – номинальное напряжение, кВ;

630(1000) – номинальный ток, А;

20 – номинальный ток отключения, А.

Рис. 11 Выключатель масляный ВМГ-10

Выключатели типа ВМГ-10 оснащаются приводами ПП-67, ПЭ-11, выключатели типа ВМГП идут в комплекте с пружинными приводами типа ППВ-10 и устанавливаются в ячейках КСО-272

Маркировка масляных выключателей типа ВПМ-10:

10 – номинальное напряжение, кВ;

630(1000) – номинальный ток, А.

Выключатели типа ВПМ-10 оснащаются приводами ПП-67, ПЭ-11 выключатели типа ВПМП-10 идут в комплекте с пружинными приводами типа ППВ-10

Маркировка масляных выключателей типа ВМП-10:

10 – номинальное напряжение, кВ;

П – со встроенным пружинным приводом;

630(1000)(1600) – номинальный ток, А;

Выключатели типа ВМП-10 оснащаются приводами ПП-61(67), ПЭ-11 или ручным приводом типа ПРБА, выключатели типа ВМПП-10 более усовершенствованы и надежны в работе по сравнению с предыдущей серией выключателей ВМП-10П, идут в комплекте с пружинными приводами типа ППО-10

Рис. 12 Выключатель масляный ВПМ-10 (слева) и ВМП-10 (справа)

Маркировка масляных выключатели типа ВМ (однобаковые):

Предназначены для установки в распределительных устройствах закрытого типа.

Масляные выключатели типа ВМ-14 и ВМ-16 при однотипности конструктивного исполнения имеют следующие особенности:

— у выключателей типа ВМ-14 приводной механизм расположен над крышкой;

— у выключателей типа ВМ-16 приводной механизм находится внутри бака под крышкой.

Выключатель типа ВМ-22 отличается от выключателей типа ВМ-14(16) другой формой и конструкцией.

Выключатели типа ВМ-14(16)(22) оснащаются приводами типа КАМ и устанавливаются в ячейках типа КСО-2.

Рис. 12а Масляные выключатели типа ВМ-14(16)(слева) и ВМ-22(справа)

Маркировка выключатель масляный типа ВК-10 (колонковый):

В – выключатель масляный

10 – номинальное напряжение, кВ

Выключатели типа ВК-10 оснащаются приводами типа ПП-61

Рис. 12б Масляный выключатель (колонковый) типа ВК-10

Рис. 13 Общий вид ячеек КСО 2УМ(з)

Источник

Устройство и принцип действия масляных выключателей

Масляный выключатель предназначен для включения и отключения силовых электрических цепей в рабочем режиме (под нагрузкой), перегрузках, а также в случаях коротких замыканий на линии.

Масляные выключатели могут включаться и отключаться как вручную, так и в автоматическом режиме под управлением аппаратов защиты и управления.

Главным элементом масляного выключателя является контактная система, погруженная в трансформаторное масло, в которой происходит гашение электрической дуги, образующейся при разрыве цепи высокого напряжения.

Исследования показали, что в момент расхождения контактов между ними образуется электрическая дуга, которая держится несколько периодов. По мере увеличения расстояния между контактами дуга гаснет, а протекание тока в цепи прекращается. Физическая сущность данного явления заключается в следующем. При исчезновении тока магнитная энергия, запасенная в выключаемой цепи, превращается в электростатическую. Это можно выразить формулой баланса энергии:

Где L – индуктивность, а С – емкость коммутируемой цепи.

Отсюда можно выразить:

Отношение называют волновым сопротивлением, оно составляет для воздушных линий 400 – 500 Ом, а для кабельных линий 30 – 50 Ом.

Если отключение происходит в момент прохождения тока через максимум, то напряжение в цепи может повыситься во много раз по сравнению с номинальным. Особенно это опасно для изоляции электроустановки в случае отключения токов короткого замыкания. Но если процесс отключения происходит в момент прохождения тока через ноль, то величина напряжения оказывается небольшой и не поддерживает процесс горения электрической дуги. Именно в этот момент масляный выключатель и должен обеспечить окончательный разрыв электрической дуги.

Процесс выключения тока в масле происходит при интенсивном образовании в области дуги паров масла, так как температура во время процесса отключения может достигать порядка 6000 0 С.

При достижении определенного расстояния между размыкающимися контактами, в момент прохождения тока через нулевое значение, напряжение снижается и оказывается недостаточным для пробоя газового промежутка между контактами, электрическая дуга разрывается и процесс отключения заканчивается. Также быстрому гашению электрической дуги способствует высокое давление газов, выделяющихся вследствие частичного разложения масла в области образования дуги.

Если величина тока не зависит от конструкции масляного выключателя, то напряжение на дуге и время ее разрыва зависит не только от параметров электрической цепи, но и от конструкции выключателя.

Таким образом, гашение электрической дуги в масляных выключателях основано на быстром расхождении контактов и интенсивном охлаждении электрической дуги.

Кроме того, в некоторых конструкциях выключателей применяют расщепление электрической дуги на ряд параллельных дуг меньшего сечения и разделение электрической дуги на ряд коротких дуг.

Быстрое расхождение контактов масляного выключателя достигается путем применения специальных пружин.

Усиленное охлаждение электрической дуги достигается за счет высокой теплопроводности газов, образующихся при разложении масла, а также газового дутья, направленного вдоль или поперек дуги в зависимости от типа и конструкции масляного выключателя.

Высоковольтные выключатели подразделяют на масляные и воздушные. Масляные выключатели бывают баковые с большим объемом масла и горшковые с малым объемом масла. В баковых выключателях контакты всех трех фаз погружены в один закрытый бак, заполненный минеральным маслом.

В горшковых выключателях на каждой фазе имеется отдельный стальной цилиндр, заполненный маслом, в котором происходит разрыв контактов и гашение электрической дуги.

На рисунке ниже показано устройство многообъемного масляного выключателя типа ВМБ-10 на 10 кВ и 600 А, состоящего из следующий деталей:

Круглый бак со сферическим днищем 1. Бак внутри изолируется электрокартоном. Перегородки между фазами также выполняются из картона. Неподвижные медные контакты 2 выполнены в виде массивных колодок, к которым присоединены концы токоведущих стержней проходных изоляторов 3. Сферические подвижные контакты 4 привернуты к медной шине, прикрепленной к стальной траверсе 5. Надежный контакт при включении создается при помощи стальных пружин 6. Бак заполняется трансформаторным маслом.

Довольно распространенным в сетях 6 – 10 кВ малообъемным масляным выключателем горшкового типа является ВМГ-133, показанного на рисунке ниже:

Этот выключатель выполняется на номинальный ток до 1000 А и характерен, как и все другие малообъемные выключатели, весьма незначительным объемом масла (примерно 10 кг против 180 кг, заполняющих, например, бак масляного выключателя ВМ-22, который снят с производства, но кое-где его все же можно встретить). Это делает их непожаро- и невзрывоопасными и позволяет их устанавливать в открытых камерах распределительных устройств высокого напряжения.

Масляный выключатель ВМГ-133 имеет следующее устройство: на сварной раме 1 укреплено шесть опорных изоляторов 2 (по два изолятора на фазу). На изоляторах подвешены три стальных бачка 3, в которых размещается контактная система.

Контактная система состоит из розеточного неподвижного контакта, находящегося на дне цилиндра, токоведущего подвижного контакта стержня, контактной колодки в месте выхода токоведущего стержня и гибкой токоведущей связи для соединения с выводами. Розеточный контакт состоит из шести сегментов, сжимаемых к центру пружинами, что обеспечивает надежный контакт с токоведущими стержнями.

Внутри стальных цилиндров выключателя помещаются бакелитовые изоляционные цилиндры. Дуга гасится в выключателе ВМГ-133 в специальной дугогасительной камере, находящейся в цилиндре в месте разрыва контактов. Камера изготавливается из гетинакса или фибры.

Дугогасительные камеры набираются из изоляционных перегородок, образующих три поперечные дутьевых щели, соединенные отдельными выходами с верхней частью цилиндра. При отключении под нагрузкой, под действием электрической дуги часть масла испаряется, при этом давление в нижней части цилиндра быстро растет, пары масла устремляются в дутьевые щели и создает поперечное дутье, способствующее быстрой деионизации и гашению дуги.

В рассматриваемом выключателе масло уже не служит для изоляции токоведущих частей между фазами и от земли, а предназначено лишь для гашения электрической дуги и изоляции промежутка между разомкнутыми контактами данной фазы.

К той же группе, что и описанный ВМГ-133, относится и выключатель ВМП-10 (рисунок ниже), имеющий меньшие габариты и вес:

Небольшой обзор устройства и принципа действия ВМПП-10:

Вес масла в нем составляет 4,5 кг. Выключатели ВМП-10 устанавливаются в комплектных ячейках типа КСО, а ВМП-10К – в малогабаритных комплексных распределительных устройствах с выкатными тележками типа КРУ.

Выключатель ВМП-10К имеет меньшую ширину, чем ВМП-10, что достигается сближением полюсов и установкой между ними изоляционных перегородок.

При использовании малообъемных выключателей значительно снижается стоимость распределительного устройства, повышается возможность индустриализации монтажа за счет применения комплектных ячеек с установленными в них горшковыми выключателями и прочим высоковольтным оборудованием.

Основные технические данные некоторых выключателей приведены в таблице ниже:

Источник