Курсовая работа (т): Вакуумный выключатель ВТБЭ-10/630-УХЛ3

Вакуумный выключатель ВТБЭ-10/630-УХЛ3

Содержание

1. Общие сведения

.1 Технические данные вакуумного выключателя ВТБЭ-10/630-УХЛ3

.2 Конструкция и характеристики основных узлов выключателя

.3 Устройство и работа выключателя

.4 Устройство и работа составных частей вакуумного выключателя

.5 Техническое обслуживание и ремонт вакуумных выключателей

.6 Особенности эксплуатации вакуумных выключателей

. Экономическое обоснование выбора вакуумного выключателя

. Охрана труда при эксплуатации вакуумного выключателя

. Правила пожарной безопасности при эксплуатации выключателя

Заключение

Список используемой литературы

1. Общие сведения

Основным аппаратом, от работы которого в большинстве случаев зависят бесперебойность и надежность электроснабжения потребителей из всего оборудования, применяемого на любой подстанции, является выключатель. Он служит для включения и отключения токов любых режимов: номинальных, токов короткого замыкания (КЗ), токов холостого хода (хх) силовых трансформаторов, токов холостых линий и кабелей. Характерной особенностью этого аппарата является наличие дугогасительного устройства (ДУ), которое обеспечивает гашение дуги, возникающей в цепи высокого напряжения при ее размыкании.

Выключатель высокого напряжения является основным коммутационным аппаратом в электрических установках. Он служит для отключения и включения цепи в разных режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание.

К выключателям высокого напряжения предъявляют следующие требования:

-             надежное отключение расчетных токов и токов короткого замыкания;

-             быстрота действия, т.е. наименьшее время отключения;

-             пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения;

-             возможность пофазного управления для выключателей 110 кВ и выше;

-             легкость ревизии и осмотра контактов;

-             взрыво- и пожаробезопасность;

-             удобство транспортировки и эксплуатации.

Основной принцип работы каждого выключателя является наличие дугогасительной камеры с токонепроводящей средой, в которой происходит гашение электрической дуги высокого напряжения в момент размыкания электрической сети и расхождения токопроводящих элементов выключателя.

Теоретически и практически доказано, что самый простой способ гашения электрической дуги - в вакуумных выключателях, так как в вакуумных камерах практически отсутствует среда, проводящая электрический ток. В этих выключателях контакты расходятся под вакуумом (давление равно 10-4 Па). Возникающая при расхождении контактов дуга быстро гаснет благодаря интенсивной диффузии зарядов в вакууме.

Поскольку разрежённый газ (10⁻⁶ …10⁻⁸ Н/см²) обладает электрической прочностью, в десятки раз превышающей прочность газа при атмосферном давлении, то это свойство широко используется в высоковольтных выключателях: в них при размыкании контактов в вакууме сразу же после первого прохождения тока в дуге через ноль изоляция восстанавливается, и дуга вновь не загорается.

В момент размыкания контактов в вакуумном промежутке коммутируемый ток инициирует возникновение электрического разряда - вакуумной дуги, существование которой поддерживается за счет металла, испаряющегося с поверхности контактов в вакуумный промежуток. Плазма, образованная ионизированными парами металла, проводит электрический ток, поэтому ток протекает между контактами до момента его перехода через ноль. В момент перехода тока через ноль дуга гаснет, а оставшиеся пары металла мгновенно (за 7-10 микросекунд) конденсируются на поверхности контактов и других деталей дугогасящей камеры, восстанавливая электрическую прочность вакуумного промежутка. В то же время на разведенных контактах восстанавливается приложенное к ним напряжение (см. иллюстрацию процесса отключения).

В эксплуатации вакуумный выключатель также более прост, чем маломасляный и электромагнитный. Прекрасные дугогасящие свойства глубокого вакуума позволили создать выключатели на напряжение 10 кВ, которые благодаря своим преимуществам вытесняют маломасляные и электромагнитные выключатели. В вакуумных дугогасительных камерах реализуется два очень важных свойства вакуумных промежутков: высокая электрическая прочность (выше, чем у трансформаторного масла, не говоря о воздухе,) и высокая дугогасительная способность.

Вакуумные ДУ могут успешно отключать постоянный ток. При токе 1000 А и напряжении 10 кВ отключение происходит путем расхождения контактов в вакууме. При больших значениях тока постоянный ток с помощью конденсатора превращается в переменный и ДУ отключает его при первом прохождении через нуль. При двух последовательно соединенных ДУ отключался ток 5 к А при напряжении 60 кВ. Вспомогательный конденсатор имел емкость 3 мкФ.

Достоинства вакуумных выключателей: 1. Отсутствие необходимости в замене и пополнении дугогасящей среды и масляного хозяйства.

.        Высокая износостойкость при коммутации номинальных токов и токов КЗ.

.        Снижение эксплуатационных затрат, простота эксплуатации.

.        Быстрое восстановление электрической прочности.

.        Полная взрыво- и пожаробезопасность.

.        Повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам.

.        Произвольное рабочее положение вакуумной дугогасительной камеры (ВДК) в конструкции выключателя.

.        Широкий диапазон температур окружающей среды, в котором может работать ВДК (от -70° до + 200° С).

.        Безшумность, чистота, удобство обслуживания, обусловленные малым выделением энергии в дуге и отсутствием внешних эффектов при отключении токов КЗ.

.        Отсутствие загрязнения окружающей среды.

.        Высокое быстродействие, применение для работы в любых циклах АПВ.

.        Сравнительно малые массы и габариты, небольшие динамические на грузки на конструкцию при работе из-за относительно малой мощности привода.

.        Легкая замена ВДК.

К недостаткам можно отнести: 1. Возможные коммутационные перенапряжения при отключении малых индуктивных токов.

.        Трудности при создании и изготовлении, связанные с созданием контактных материалов, сложностью вакуумного производства, склонностью материалов контактов к сварке в условиях вакуума.

.        Большие вложения, необходимые для осуществления технологии производства, и поэтому большая стоимость.

1.1 Технические данные вакуумного выключателя ВТБЭ-10/630-УХЛ3

Выключатели нагрузки вакуумные разъединяющие предназначены для установки в шкафах комплектных распределительных устройствах (КРУ), камерах стационарного одностороннего обслуживания (КСО), и комплектных трансформаторных подстанций (КТП) и обеспечивают включение и отключение под нагрузкой участков цепи трехфазного переменного тока частотой 50-60 Гц, номинальным напряжением 10 кВ, с заземленной или изолированной нейтралью, а также заземление отключенных участков при помощи встроенных ножей заземлителей. В отключенном положении выключатели образуют видимый разрыв, то есть выполняют функции разъединителей. Конструкция выключателей имеет широкий ряд исполнений, что позволяет применять их без значительных затрат для замены устаревших аппаратов, находящихся в эксплуатации. Такая конструкции вакуумного выключателя позволяет достичь определенных технических характеристик ( Таблица 1.1.).

Таблица 1.1 - Основные технические характеристики выключателей BB/TEL

Структура условного обозначения выключателей:

BB/TEL-X-X/X-XX-X

Выключатель вакуумный

Наименование серии

Номинальное напряжение, кВ

Номинальный ток отключения, кА

Номинальный ток, А

Климатическое исполнение и категория размещения

Конструктивное исполнение по каталогу.

Пример записи обозначения выключателя напряжением 10 кВ с номинальным током отключения 12,5 кА, номинальным током 630 А, климатического исполнения У2, конструктивного исполнения по каталогу.

Климатическое исполнение и категория размещения У2 по ГОСТ1550, условия эксплуатации при этом:

·        наибольшая высота над уровнем моря до 3000 м;

·        верхнее рабочее значение температуры окружающего воздуха в КРУ (КСО) принимают равным плюс 55°С, эффективное значение температуры окружающего воздуха КРУ и КСО - плюс 40°С;

·        нижнее рабочее значение температуры окружающего воздуха - минус 40°С;

·        верхнее значение относительной влажности воздуха 100% при плюс 25°С;

·        окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая газов и паров, вредных для изоляции, не насыщенная токопроводящей пылью в концентрациях, снижающих параметры электропрочности изоляции выключателя.

Параметры вспомогательных контактов выключателя приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Параметры вспомогательных контактов вакуумного выключателя

Развитие вакуумных выключателей связано с тем, что вакуум является идеальной изоляционной средой, так как ионизация молекул газа путем соударения с ними электронов чрезвычайно мала, а значит, практически исключено лавинообразное нарастание количества заряженных частиц из-за весьма низкой плотности газа. Поэтому электрическая прочность изоляционного межконтактного промежутка в вакууме значительно выше, а длина дуги значительно меньше, чем в масляных, элегазовых и воздушных выключателях. Это позволяет существенно снизить габариты дугогасительной камеры вакуумного выключателя. Сравнение разрядного импульсного пробивного напряжения Uпр в зависимости от величины межконтактного промежутка S в различных дугогасящих средах представлено на рис. 1.1.

Рисунок 1.1- График разрядного импульсного пробивания напряжения в различных коммутационных аппаратах.

1.2 Конструкция и характеристики основных узлов вакуумного выключателя

В отличие от большинства существующих выключателей, в основу устройства BB/TEL заложен принцип раздельного управления контактами вакуумных дугогасительных камер фаз аппарата. Данный принцип позволил существенно уменьшить количество движущихся частей привода.

Вакуумные дугогасительные камеры установлены внутри полых опорных изоляторов, закреплённых на общем основании (см. рис. 1, 2). Подвижные контакты дугогасительных камер жестко соединены со своими приводами посредством изоляционных тяг, которые также располагаются внутри опорных изоляторов. Таким образом, все элементы конструкции полюса имеют общую ось симметрии, вдоль которой совершают возвратно-поступательное движение детали механизма. Это позволяет существенно упростить кинематическую схему BB/TEL, отказаться от применения нагруженных шарнирных и рычажных звеньев, что, в свою очередь, делает возможным создание коммутационного аппарата с высоким  механическим ресурсом, не требующего обслуживания и регулировки в течение всего срока службы.

Приводы фаз располагаются внутри основания выключателя. Они механически соединены между собой посредством общего вала, который выполняет следующие функции:

·        обеспечивает синхронизацию фаз, предохраняя от неполнофазных режимов работы;

·        приводит в действие вспомогательные контакты выключателя;

·        обеспечивает механическую блокировку работы РУ, в котором установлен BB/TEL;

·        управляет визуальными индикаторами положения BB/TEL.

На рис. 1, 2 представлен пример конструкции выключателя с номинальным током 1000 А. Конструкция выключателя с номинальным током 1600 А аналогична, но имеет отличия в части устройства элементов главной токоведущей цепи с целью обеспечения большей пропускной способности.

На напряжение 10 кВ разработаны вакуумные дугогасительные камеры (ВДК) с токами отключения 40 и 50 кА. На рис. 3 показан схематический разрез вакуумной дугогасительной камеры с поперечным магнитным дутьем с серповидными контактами, применяемой в вакуумных выключателях на номинальные напряжения 10 кВ с номинальным током 3150 А и током отключения до 20 кА. Поперечное магнитное поле быстро перемещает дугу, что позволяет уменьшить износ контактов и улучшает процесс гашения дуги.

Электромагнитный привод может находиться в двух устойчивых положениях - ОТКЛЮЧЕНО и ВКЛЮЧЕНО. Фиксация якоря в этих положениях производится без применения механических защёлок, и обеспечивается:

·              силой упругости отключающей пружины в положении ОТКЛЮЧЕНО;

·              силой, создаваемой остаточным магнитным потоком кольцевого постоянного магнита, в положении ВКЛЮЧЕНО.

Операция включения и отключения производится путём подачи управляющих импульсов напряжения разной полярности на однообмоточную катушку электромагнитного привода.