Среди коммутационного оборудования почетное место, как ветеран, занимает масляный выключатель, применяемый как в закрытых, так и открытых распредустройствах любого напряжения.
Его основная функция — включение-отключение отдельных линий нормально работающей электрической системы или в нестандартных ситуациях. Выключение в зависимости от обстоятельств происходит автоматически или вручную.
В этой статье мы рассмотрим существующие виды этих устройств, их классификацию и маркировку. Также уделим внимание плюсам и минусам таких выключателей, особенностям и правилам их использования. Для лучшего понимания материала мы подобрали схемы, таблицы, наглядные фото и тематические видеообзоры.
Плюсы и минусы масляных выключателей
Эти устройства имеют относительно несложную конструкцию. Они обладают хорошей отключающей способностью, не зависят от погодных условий. При возникновении неисправностей можно проводить ремонтные работы. Баковые МВ подходят для наружной установки. Существует условия для монтажа встроенных трансформаторов тока.
Важную роль в работе МВ играет скорость расхождения контактов. Может возникнуть такая ситуация, когда контакты расходятся с огромной скоростью и дуга мгновенно достигает длины, являющейся для нее критичной. При этом величины восстанавливающегося напряжения может не хватить для пробивания межконтактного промежутка.
Недостатков больше у баковых выключателей. Первый — присутствие большого объема масла, следовательно, немалые габариты этих агрегатов и распредустройств. Второй — пожаро- и взрывоопасность, при внештатных ситуациях последствия могут быть самыми непредсказуемыми.
Уровень масла как в баке, так и во вводах, а также его состояние необходимо держать под периодическим контролем. При наличии в обслуживаемых сетях электроснабжения МВ, необходимо иметь специальное масляное хозяйство.
Классификация выключателей масляных
Использовать масляные выключатели начали еще в конце позапрошлого века. Почти до середины ХХ века других отключающих устройств в высоковольтных сетях просто не было.
Существуют две большие группы этих аппаратов:
- Баковые, для которых характерным является наличие большого объема масла. Для этого оборудования оно является как средой, в которой гасится дуга, так и изоляцией.
- Маломасляные или малообъемные. О количестве наполнителя в них говорит само название. Эти выключатели содержат диэлектрические элементы, а масло здесь необходимо только для дугогашения.
Первые используют в основном в распределительных установках от 35 до 220 кВ. Вторые — до 10 кВ. Приборы маломасляные серии ВМТ применяют и в наружных РУ, рассчитанных на 110 и 220 кВ.
Принцип гашения дуги у обоих видов идентичен. Появляющаяся при размыкании высоковольтных контактов выключателя дуга вызывает быстрое испарение масла. Это приводит к созданию газовой оболочки вокруг дуги. Состоит это образование из паров масла (около 20%) и водорода (H2).
Дуговой промежуток деионизируется в результате быстрого охлаждения ствола дуги путем смешивания в оболочке газов с высокой и низкой температурой.
В момент возникновения дуг в зоне контакта температура очень высокая — около 6000⁰. В зависимости от установки выделяют выключатели, использующиеся для внутреннего, наружного применения, а также для применения в КРП — комплектных распределительных устройствах.
Вид #1 — оборудование бакового типа
Коммутационное оборудование этого типа может иметь один бак или больше в зависимости от напряжения. В первом случае это до 10 кВ, в некоторых случаях до 35. Каждая фаза выключателей, работающих в установках с большим напряжением, помещена в индивидуальный бак.
Приводы как к баковым, так и маломасляным выключателям могут быть ручными, автоматическими собранными на включающей катушке соленоида или пружинными. Во втором случае используется магнитное свойство соленоида, позволяющее затягивать металлический сердечник, соединенный посредством специальной системы с валом МВ.
При подаче на обмотку соленоида электрического постоянного тока происходит включение агрегата за счет втягивания штока магнитопровода с последующим поворотом вала выключателя.
Удерживает вал в таком положении специальная защелка. Одновременно с включением соленоид задает определенное положение отключающим пружинам, которые при поступлении специального электрического импульса отключат МВ.
Процесс отключения запускает второй соленоид путем выбивания роликового механизма (защелки). В результате вал мгновенно поворачивается за счет пружины и происходит выключение. Для работы соленоидного привода необходимо присутствие аккумуляторной батареи для питания его постоянным током.
Когда батарея отсутствует, применяют пружинный привод. Включение выполняют, используя электродвигатель или за счет мускульных усилий. Ручное отключение возможно для маломощных агрегатов со значением токов КЗ в пределах до 30 кА, для выключения которых нужно приложить усилия максимум 25 кг.
Однобаковый МВ с открытой дугой
В некоторых распределительных устройствах устанавливают баковые выключатели, не имеющие дугогасительных камер. Электродуга здесь погашается самым простым способом — путем двукратного разрыва контактов в маслонаполненной емкости. К таким устройствам с открытой дугой относятся отечественные модели ВМБ и ВМЭ. Они рассчитаны на номинальный ток 1,25 кА.
Символ «Э» обозначает экскаваторный, цифра 6 — номинал напряжения 6 кВ, 200 — номинальный ток в амперах. Пороговый ток отключения для этого МВ — 1,25 кА. Бак этого МВ выполнен из стали и подсоединен крышке из чугунного литья посредством болтов. Стенки бака покрыты изоляцией (13).
Шесть фарфоровых изоляторов, проходящих через крышку, заканчиваются медными скобами, выполняющими функцию неподвижных рабочих контактов. Серия ВМЭ имеет ручной маховичный привод.
На траверсе или контактном мосту находятся подвижные контакты. Здесь же расположены и дугогасительные мобильные контакты в виде латунных угольников. Пластины из меди с латунными наконечниками, находящиеся внизу на концах изоляторов — это неподвижные дугогасительные контакты. Изолирующая тяга через контакт с приводным механизмом сообщает движение подвижным контактам.
При поднятом положении траверсы, неподвижные контакты замкнуты, пружина, отвечающая за отключение, сжата, МВ включен. Выключатель связан с валом привода защелки, которая удерживает его в рабочем положении. При любом отключении защелка освобождается, пружина разжимается, и траверса стремительно следует вниз. При этом происходит последовательное размыкание рабочих контактов: 4 и 5, далее — 7,8.
Это вызывает на каждом полюсе выключателя размыкания цепи в двух точках, появление дуги и разложение масла. Внутри оболочек 12 давление достигает от 0,5 до 1 МПа, активизируя тем самым процесс деионизации. В течение максимум 0,1 с дуги погашаются, а оболочки, поднимаясь, оказываются под крышкой и увеличивают объем воздушной подушки.
Последняя выполняет роль буфера, уменьшающего силу удара в процессе дугогашения. Нормальная высота воздушной подушки — примерно 25% объема. Превышение этого порога может привести к взрыву.
Такие выключатели просты в эксплуатации, сравнительно недорогие, их удобно применять на открытых подстанциях. Но горячие масляные пары даже при простом соприкосновении с кислородом легко воспламеняются.
Горение дуги в масляной среде запускает процесс поликонденсации, что ухудшает электрическую прочность масла. Бак засоряет осадок, состоящий из частиц углерода. Поэтому необходимы ревизии агрегата с заменой масла.
Выключатели масляные с дугогасительной камерой
Отключающая способность и надежность работы выключателей бакового типа значительно увеличивает присутствие дугогасительной камеры. Ее помещают в масло, находящееся в баке. В трехбаковых выключателях каждую фазу располагают в отдельном баке.
Конструкция сложнее, чем у ВМ без дугогасительных камер и состоит из:
- полюса (1);
- трансформатора тока (2);
- корпуса привода (3);
- штанги (4);
- контакта неподвижного (5);
- камеры дугогасительной (6);
- изоляции (7);
- нагревательного элемента (8);
- устройства для спуска масла (9).
Верхняя часть камеры оснащена неподвижным контактом. При включении в него проникает движущийся контакт, имеющий вид стержня. В случае отключения стержень покидает неподвижный контакт, в результате чего появляется в камере дуга. Величина давления, возникающего при этом, на порядок превышает соответствующий параметр выключателей, не оснащенных дугогасительной камерой.
Давление 8 -7 МПа урезает диаметр дуги, увеличивает пробивную прочность промежутка после того, как ток перейдет через нулевую отметку. В итоге происходит более быстрый процесс гашение дуги. Вслед за выходом подвижного контакта из камеры, через свободное отверстие следует выхлоп газов с частичным захватом масла.
Ствол дуги быстро охлаждается, происходит интенсивная деионизация. С увеличением тока эффективность функционирования дугогасительной камеры растет. МВ может работать и как оборудование с открытой дугой в случае отключения небольших токов.
Вид автоматического дутья определяется конструкцией дугогасительной камеры. В первом случае вектор смеси паров имеет продольное направление по отношению к стволу дуги (фрагмент а). При поперечной направленности дуться поток движется в перпендикулярном к столбу дуги направлении или под определенным углом (фрагмент б).
В случае когда течение потока имеет направленность противоположную вектору движения мобильного контакта с дугой, имеет место встречное дутье. Нередко в дугогасительных устройствах применяют комбинации этих методов.
На последнем этапе идет подготовка камеры для участия в следующем цикле отключения. Для автоматического повторного отключения этот этап крайне важен.
Вид #2 — горшковые или маломасляные выключатели
В закрытых установках горшковые выключатели используются, как генераторные и распределительные. В открытых — в качестве подстанционных и распределительных. Изоляционные функции в выключателях этого типа масло не выполняет, оно необходимо только как среда для гашения дуги.
Пожаро- и взрывоопасность малообъемных ВМ значительно ниже, чем у баковых. Устанавливают их как в ОРУ, так и в ЗРУ любых напряжений вплоть до 110 кВ. Роль изоляции полюсов по отношению друг к другу и земле выполняют такие диэлектрики, как фарфор, литая смола, стеатит.
Масло в этих ВМ занимает всего лишь от 3 до 4% объема полюса. Небольшой объем масла, малая масса и удобные размеры являются неоспоримым достоинством этого оборудования. Однако применяют их в таких узлах системы, где к выключателям не предъявляют высоких требований.
Объясняются эти ограничения сильной связью отсоединяющей способности с отключаемым током, неприспособленность конструкции к работе в условиях частых отключений.
Еще одной причиной являются трудности в реализации многократных быстродействующих АПВ. В малообъемных выключателях применяют следующие виды масляного дутья: поперечное, продольное, смешанное. Специалисты считают наиболее эффективным первый из них.
У выключателей этого типа, предназначенных для ЗРУ, контакты помещены в стальной бачок. МВ напряжением 35 кВ и выше имеют оболочку из фарфора. Более используемым является оборудование подвесное 6-10 кВ. Его корпус зафиксирован на общей для всех полюсов раме. Все три полюса имеют дугогасительную камеру, каждый рассчитан на один разрыв контактов, а при больших напряжениях на 2 и больше.
По приведенной схеме производятся выключатели ВМП, ВМГ, МГ, рассчитанные на напряжение до 20 кВ. Особенностью конструкции выключателей для токов больших номиналов является то, что снаружи размещены рабочие контакты, а внутри бачка — дугогасительные.
Выключатели серии ВМП часто используют в закрытых устройствах, а также КРУ 6-10 кВ. В комплектных распредустройствах устанавливают выключатели серии ВК. Они укомплектованы встроенным электромагнитным или пружинным приводом, и рассчитаны на показатели отключающих токов 20 – 31,5 кА и на токовые номиналы 630 – 3150 А.
Колонковые выключатели, изготавливаемые специально для КРУ, отличаются выдвижным исполнением. В установках 35 кВ устанавливают ВМ колонкового типа серий ВМК и ВМУЭ. РУ 110, 220 кВ оборудуют выключателями серии ВМТ. Агрегат имеет сварную основу, на которой размещены три его полюса. Управление — пружинный привод.
На правой стороне фото показан модуль, где: 1 —токоотвод, 2 — подвижный контакт, соединенный с токоотводом через токосъемные устройства. Дугогасительная камера, обозначена номером 3, неподвижный контакт — 5. Все перечисленное помещено в полый изолятор (4) из фарфора. Внутри него находится трансформаторное масло, а сверху колпак (6).
Последний укомплектован манометром для возможности осуществления контроля за давлением в модуле. Кроме того, на крышке имеется узел для заполнения сжатой газовой смесью, автоматический выпускной клапан, маслоуказатель (8). Мобильный контакт и устройство управления связаны изоляционными тягами.
Конструктивное исполнение полюса идентично для всей серии выключателей. В бачках МВ для номиналов токов от 630 до 1600 А находится 5,5 кг масла, выше 1600 и до 3150 А включительно — 8 кг.
Для повышения надежности в конструкцию отдельных выключателей включают дополнительно элементы управления и защиты:
- отключающие электромагниты;
- реле, действующие мгновенно и с выдержкой при пороговом токе;
- реле минимального напряжения;
- дополнительные контакты.
В зависимости от способа компоновки есть маломасляные выключатели с нижним расположением дугогасительной камеры и противоположным — верхним. В первом случае подвижный контакт реализует движение сверху вниз, во втором — наоборот. Отключающая способность последних выше.
Маркировка масляных выключателей
Расшифровка маркировки, нанесенной производителем на масляный выключатель, позволит ознакомиться с основными сведениями о нем. Разберем для примера маркировку выключателя ВМГ-133. Первый символ «В» говорит о том, что перед вами выключатель.
Второй — «М» обозначает тип выключателя, в конкретном случае — маломасляный. Буква «Г» определяет принадлежность к определенному виду — горшковый. 133 — серия МВ.
Правила эксплуатации МВ
Ремонтный, оперативный персонал, специалисты, связанные с обслуживанием и эксплуатацией масляных выключателей, обязаны знать соответствующие инструкции, устройство, принцип действия оборудования.
Работники, обслуживающие МВ, во время эксплуатации обязаны контролировать:
- Действующее напряжение, ток нагрузки. Показатели не должны выходить за рамки табличных значений.
- Высоту масляного столба в полюсах, отсутствие протечек.
- Наличие смазки на трущихся частях. Контакты могут потерять подвижность и зависнуть, если смазка трущихся элементов становится густой и грязной.
- Запыленность помещений, в которых размещены распредустройства.
- Соответствие механических характеристик эксплуатируемых выключателей табличным нормам.
После каждого отключения КЗ нужно осматривать оборудование. Сведения об этих отключениях заносят в специальный журнал. Обязательно должен быть в наличии журнал дефектов, для записи сведений о неисправностях, выявленных во время работы агрегата. Выключатель, на котором произошло отключение в результате КЗ, подлежит осмотру.
Проверяют, нет ли выброса масла. Если такое произошло, притом в большом количестве, то это указывает на нештатное отключение КЗ. Оборудование выводят из эксплуатации и подвергают осмотру. Когда масло темное, нужна замена. На скорость размыкания отрицательно влияет вязкость масла, растущая при падении температуры.
Иногда возникает необходимость в замене старой смазки во время ремонта на новую: ЦИАТИМ-221, ГОИ-54 или ЦИАТИМ-201.
После выведения МВ из работы тщательному осмотру подлежат опорные изоляторы, тяги, изоляция емкостей на наличие трещин. Сильно загрязненную изоляцию протирают. Необходимость во внеочередном ремонте появляется после определенного количества КЗ.
Периодический осмотр (ПО) выполняют ежемесячно. При этом обращают внимание на степень нагрева выключателя. ТР (текущий ремонт) проводят ежегодно. Он включает такие работы, как проверка и устранение дефектов крепежа, кинематики привода, уровня масла, уплотнений. Проверяют также изоляционные детали на их целостность.
По истечении 3-4 лет после капитального ремонта, выполняют средний (СР). В него входит весь набор работ ТР плюс дополнительно выполняют измерения переходного сопротивления полюсов и проверяют механические и скоростные параметры.
В случае выявления несоответствия контролируемых характеристик табличным данным, выключатель разбирают, выполняют регулировку и полный комплекс высоковольтных испытаний.
Во время внеочередного ремонта в основном стараются оставить без изменений предыдущую регулировку. По этой причине выключатель разбирают по минимуму. Периодичность капитального ремонта — от 6 до 8 лет. В его объеме выполняют общий осмотр, снимают с рамы цилиндры, отсоединяют шины, ремонтируют привод, дугогасительные устройства, блок-контакты.
После всего делают регулировку, покраску, подсоединяют шины, проводят испытания. На все работы оформляют документацию.
Помимо выключателей масляного типа в высоковольтных сетях используют и другие отключающие устройства. К примеру, элегазовые и вакуумные. У нас на сайте есть другие статьи, в которых детально рассмотрены характеристики и устройство этих типов выключателей, а также особенности их использования:
- Вакуумный выключатель: устройство и принцип работы + нюансы выбора и подключения
- Элегазовые выключатели: ориентиры выбора и правила подключения
Выводы и полезное видео по теме
Устройство, виды, предназначение и эксплуатация МВ:
Подробный обзор ВМП-10:
Всем основным требованиям, предъявляемым к выключателям, работающим в условиях высокого напряжения, соответствуют и масляные выключатели. Большинство из них безопасны и надежны в работе, обеспечивают быстрое отключение, просты в монтаже. Несмотря на это, производители стремятся обеспечить еще большее соответствие, выдвигаемым к МВ, требованиям.
Вы обладаете знаниями о масляных выключателях и хотите дополнить изложенный материал полезными сведениями? Может вы заметили несоответствие или ошибку? Или у вас остались вопросы по теме? Напишите нам, пожалуйста, об этом под статьей – мы будем благодарны вам.