Масляный выключатель
Коммутационное устройство, предназначенное для включения и отключения силовых высоковольтных цепей и электрооборудования
То есть масло служит дугогасительной средой и справляется со своей задачей весьма эффективно.
Устанавливаются они почти всегда в ячейках КРУ (комплектное распределительное устройство) или КСО (камера сборная односторонняя), а также в ОРУ (открытых распределительных устройствах).
После размыкания контактов выключателя масло служит для гашения дуги и как изолирующий материал между высоковольтными контактами.
Только выключатели маломасляные устроены таким образом, что масло в них служит исключительно для дугогашения и лишь частично для изоляции.
Во время процесса отключения в масле, при возникновении дуги в области контакта достигается очень высокая температура, порядка 6 тыс. градусов.
Однако, за счет свойств масла и химической реакции с парами, возникающими во время этого процесса, выделение теплоты при горении дуги не наносит вреда этому электрическому коммутационному устройству.
Все масляные выключатели конструктивно состоят из:
изоляторы, которые обеспечивают надёжную изоляцию токопроводящих частей от корпуса, и друг от друга;
1 го или 3 х баков с трансформаторным маслом;
группы блок-контактов, выполняющих контролирующую и управляющую роль;
приводы к масляным выключателям, собраны на довольно мощной включающей катушке, называющейся соленоидом или катушкой соленоида;
отключающая катушка выполняет роль ударного механизма, сбивающего с защёлки включенное устройство выключателя. Также привод может быть ручной;
специальные отключающие пружины, которые размыкают силовую часть при отключении. За счёт них зависит скорость расхождения контактов.
При подаче питания на катушку соленоида включения его массивный сердечник втягивается, тем самым приводя в движение рычажный механизм, который, в свою очередь, направляет подвижные контакты, то есть свечи, в направлении розеток.
Также механизм включения может быть выполнен и на ручном приводе, тогда работу соленоида должен будет выполнять человек с помощью специального рычага, разумеется, в диэлектрических перчатках.
После тока как свечи вошли в розетку на 20-25 мм, механизм масляного выключателя встает на защелку.
Во время работы, в ячейках где установлены высоковольтные выключатели, должны быть изготовлены блокирующие устройства, которые не позволят механически, включенный высоковольтный аппарат выкатить из ячейки КРУ.
Масляные выключатели, установленные в ячейках должны быть оснащены системами защиты.
Таким образом, он работает в автоматическом режиме.
Его работа и назначение схожи с обычным низковольтным автоматическим выключателем.
При подаче отключающего сигнала или нажатия на механическую кнопку происходит сбивание устройства с защелки и за счет пружин, электрическая цепь разрывается, и он переходит в отключенное состояние.
Отключающие сигналы, которые управляют выключателем, приходят от релейной защиты и автоматики.
Конструкция масляных выключателей выполняется 2 х основных типов:
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:
Масляные выключатели: типы, устройство и принцип работы
В данном материале мы расскажем про масляные выключатели, их устройство, принцип действия, область применения, достоинства и недостатки, разновидности и многое другое.
Что это такое масляные выключатели, назначение, где применяются
Масляные выключатели — это высоковольтное электрооборудование, служащее для коммутации сетей от 6 кВ, включения и отключения электродвигателей, трансформаторов, а также целых секций и вводов высоковольтных подстанций.
Такой выключатель состоит из трех полюсов. Каждый полюс, в свою очередь, состоит из шин и непосредственно выключателя.
При выключении устройства образуется электрическая дуга. Ее гашение происходит в горшке, в котором налит диэлектрик – трансформаторное масло.
Масляные выключатели (МВ) используются в электрических подстанциях, которые размещаются на промышленных предприятиях, а также в населенных пунктах.
Общее устройство, как работают
МВ состоит из следующих основных элементов:
При подаче напряжения на катушку соленоида включения сердечник втягивается, запускает рычажный механизм, который, соединяет подвижные контакты (штыри) с неподвижной розеткой. Таким образом, происходит автоматическое включение масляного выключателя.
Также его можно включить и вручную. Для этого нужно приложить усилие на соленоид через специальный рычаг.
Воздействовать на рычаг нужно до того момента, пока механизм не зафиксируется специальной защелкой с характерным звуком. Работу необходимо производить в спецодежде и обуви, в электроизолирующих перчатках.
Типы устройств (классификация)
Существует два типа масляных выключателей:
По принципу действия дугогасительного они делятся на устройства:
Баковые выключатели, устройство, принцип работы
Баковый выключатель представляет собой один или несколько больших баков с трансформаторным маслом в которых происходит гашение дуги при отключении МВ.
Баковый выключатель конструктивно состоит из наполненных трансформаторным маслом баков, системой контактов и блока управления. Гашение дуги происходит в непосредственно в баке (баках).
Масло в баке помимо гашения дуги выполняет функцию изолирующего вещества.
Такие типы выключателей в основном используются в распределительных установках 35-220 кВ, чаще всего имеют большие габариты и устанавливаются на открытых подстанциях.
Принцип работы их такой же, как и у маломасляных: как уже было отмечено выше, формирование дуги происходит при размыкании контактов, а гашение ее происходит благодаря газомасляной смеси, при это выделяется большая температура и происходит испарение масла.
Баковые выключатели могут иметь как ручной, так и автоматический привод. Во втором случае включение осуществляется при помощи катушки соленоида.
Однобаковый с открытой дугой
Наиболее простая конструкция масляного выключателя. Состоит из одного большого бака, гашение дуги происходит в нем посредством двукратного разрыва контактов.
Такой тип выключателя имеет стандартное строение и состоит из блоков контактов (подвижных, неподвижных, дугогасительных), бака с трансформаторным маслом, фарфоровых изоляторов, пластин, траверсы, пружин и вала.
Шесть фарфоровых изоляторов проходят насквозь через крышку МВ и заканчиваются медными скобками. Последние и являются неподвижными рабочими контактами.
Подвижные контакты размещены на траверсе и приводит их в движение изолирующая тяга.
Магнитный выключатель включен при условии нахождения траверсы в верхнем положении. В этот момент пружина сжата, а контакты замкнуты.
Выключатель соединен с защелкой, удерживающей его во включенном положении. При отключении защелка высвобождается, пружина разжимается, контакты размыкаются. При этом на каждом полюсе цепь размыкается в двух точках. Образуется дуга, которая горит не более 0,1 с.
Данный тип выключателей является одним из наиболее простых по конструкции и в эксплуатации, неприхотливых и недорогих.
С дугогасительной камерой
Масляные выключатели с дугогасительной камерой имеют более качественные показатели в плане отключающей способности и надежности.
Достигается это как раз наличием дугогасительной камеры. Последняя располагается внутри бака в масле.
Конструкция МВ данного типа более сложная: имеются трансформаторы тока, нагревательный элемент, устройство для спуска масла.
Гашение дуги происходит в дугогасительной камере. Особенность процесса заключается в том, что величина давления, возникающего при гашении намного выше того, что наблюдается в МВ без дугогасительной камеры.
Более высокое давление уменьшает диаметр дуги, вследствие чего происходит более быстрое ее гашение.
Маломасляные выключатели (горшковые), устройство, принцип работы
Данный тип МВ предназначен для включения/отключения потребителей электрической энергии в штатном режиме, или при аварийных ситуациях. Отключение происходит в ручном и автоматическом режимах.
Рассмотрим устройство масляного выключателя на примере ВМГ-10.
Он состоит из следующих основных элементов:
Принцип действия данного типа масляного выключателя заключается в гашении электрической дуги, возникающей при размыкании контактов, находящихся под напряжением в газомасляной смеси.
Эта смесь образуется в результате воздействия разложения масла под воздействием высоких температур (может достигать 6000 градусов).
Как происходит выключение масляного выключателя
Выключение МВ происходит посредством нажатия на соответствующую копку.
При этом срабатывает защелка, которая не дает ему отключаться самопроизвольно в нормальном режиме, пружина разжимается и штоки выходят из розеток – выключатель отключается.
При отключении и размыкании контактов в полюсах в масле образуется электрическая дуга (если отключение происходило под напряжением), которая горит доли секунды.
Во время ее гашения масло очень сильно разогревается в месте разъединения контактов, выделяется газ. Происходит тушение дуги.
Маркировка масляных выключателей
Всю основную информацию о МВ можно получить, изучив маркировку, нанесенную на специальной табличке, прикрепленной на лицевой стороне оборудования.
Рассмотрим маркировку на основе МВ ВМГ-133:
Эксплуатация и обслуживание
Масляный выключатель на рабочей подстанции большую часть времени находятся во включенном положении. Отключение производится при авариях, плановых и внештатных ремонтах.
Обслуживание устройств производится специально обученным электротехническим персоналом организации, отвечающую за работу подстанции.
Оно включает себя следующие работы:
Конструктивные схемы и где применяются масляные выключатели (по сериям)
Различают следующие основные серии МВ:
Чем отличаются выключатели ВМП от ВПМ
Оба типа выключателей относятся к маломасляным, представляют собой трехполюсные коммутационные аппараты.
В целом они очень похожи, но имеют несколько отличий:
Управление и система приводов
Управлять МВ можно через кнопки схемы управления, либо вручную воздействуя на катушку соленоида.
Привод предназначен для включения устройства в ручном или автоматическом режимах, а также поддержания его во включенном состоянии.
Различают следующие типы приводов:
Возможные поломки
Масляные выключатели являются не самым надежным электрооборудованием, периодически они ломаются.
Перечень наиболее распространенных поломок:
Достоинства и недостатки масляных выключателей
Перечислим сначала основные достоинства МВ данного типа:
Как проводят испытание масляных выключателей
После проведения ремонтов и планового технического обслуживания масляных выключателей, обязательно проводятся высоковольтные испытания. Они включают в себя подачу высокого напряжения на полюса устройств.
Для масляных выключателей напряжением 6 кВ подается чаще всего 30-36 кВ испытательного напряжения с повышающего трансформатора от специальной лаборатории.
Испытательное напряжение подается в течение 5 минут на каждую фазу поочередно (или сразу на 3 фазы, если позволяет конструкция испытательной лаборатории). Если за это время изоляция выдержит это напряжение и не случится пробоя, то испытание считается успешным.
Также перед и после испытания замеряется сопротивление изоляции каждого полюса, которое должно быть больше в 1,3 раза того, что было до испытаний.
Если испытание прошло успешно, масляный выключатель вводится в эксплуатацию, если же на какой-то фазе случается пробой, то производится осмотр и, при необходимости, ремонт (поиск места пробоя, усиление или замена изоляции в этом месте).
После этого снова проводятся высоковольтные испытания до тех пор, пока все три фазы не выдержат испытательное напряжение заданное время.
Целесообразность замены на вакуумный
Масляные выключатели наибольшую популярность и распространение получили в XX веке, в XXI веке они все активные вытесняются вакуумными выключателями.
Последние имеют следующие преимущества:
Исходя из вышеописанных пунктов становится очевидно, что вакуумные выключатели по всем параметрам выигрывают по сравнению с масляными.
Конечно, заменить целую секцию подстанции, или всю подстанцию с масляных на вакуумные выключатели сложно: это долго и дорого.
Однако на долгой дистанции в несколько десятков лет такое вложение полностью оправдывает себя.
Особенности капитального ремонта
Капитальный ремонт масляного выключателя может включать в себя следующие работы:
Капитальный ремонт выполняется строго специально обученным персоналом, имеющим все необходимые допуски и разрешения для работы в установках и подстанциях с напряжением 6 и выше кВ.
Работы проводятся под наблюдением ответственного лица с группой электробезопасности не ниже 5. Посторонние люди не должны иметь доступа к месту проведения работ, а само рабочее место должно быть огорожено, должны быть вывешены предупреждающие и запрещающие плакаты.
Капитальный ремонт и испытания масляных выключателей проводится, как правило, раз в 6 лет, при интенсивной эксплуатации значительно чаще.
После каждого внештатного отключения устройства перед его последующим включением проводятся высоковольтные испытания.