Выключатель для больших токов

Выключатели высокого напряжения

Содержание материала

По книге Чунихин А. А., Электрические аппараты — Москва: Энергоатомиздат, 1988.

ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

а) Назначение, основные параметры. Выключатели высокого напряжения предназначены для коммутации цепей переменного тока с напряжением 3 кВ и выше во всех режимах, возможных в эксплуатации: включение и отключение номинальных токов, токов КЗ, токов холостого хода силовых трансформаторов и емкостных токов конденсаторных батарей и длинных линий. Наиболее тяжелым режимом работы выключателя является отключение и включение токов КЗ.
Основные параметры выключателей: номинальное напряжение, номинальный (длительный) ток, номинальный ток термической стойкости, номинальный ток электродинамической стойкости, номинальный ток отключения, номинальная мощность отключения, номинальный ток включения, собственное время включения и отключения выключателя, полное время включения и отключения.
Первые четыре параметра ничем не отличаются от аналогичных параметров других аппаратов, включенных последовательно в рабочую цепь. Особенности изоляции аппаратов высокого напряжения рассмотрены в [1].
б) Номинальный ток отключения. Токи КЗ в современных цепях высокого напряжения достигают сотен килоампер. При таких токах процесс гашения дуги в высоковольтных выключателях очень сложен из-за высокого номинального напряжения и высокой скорости восстановления напряжения.
Номинальный ток отключения, представляет собой наибольший ток, который выключатель способен надежно отключать при возвращающемся напряжении между фазами, равном наибольшему рабочему напряжению сети (при заданных условиях восстановления напряжения на контактах выключателя). Значение характеризует отключающую способность выключателя. Отключающая способность выключателя часто определяется номинальной мощностью отключения.

Понятие этой мощности условно. Когда по выключателю протекает номинальный ток, то напряжение на зажимах аппарата практически равно напряжению на дуге и составляет несколько процентов напряжения сети. Восстановление этого напряжения происходит после прекращения тока. Таким образом, UH0M и /о.ном действуют на выключатель в различное время. Однако
Он учитывает нагрузку выключателя этими двумя факторами и по существу представляет собой мощность, близкую к мощности короткого замыкания сети, в которой установлен выключатель.
В большинстве случаев причина, вызывающая КЗ, носит временный характер. Например, в результате перенапряжений произошло перекрытие фарфорового изолятора и возникло КЗ на землю. Если причина быстро исчезла, а фарфоровая изоляция осталась неповрежденной, то при новом включении удается возобновить подачу энергии потребителю. Этот процесс называется автоматическим повторным включением (АПВ) выключателя. Применение АПВ позволяет повысить надежность энергоснабжения.
Время с момента отключения до нового включения должно быть достаточно малым для того, чтобы обеспечить непрерывную работу потребителя. Это время должно быть достаточным для деионизации пробитого промежутка после отключения цепи. Время деионизации составляет примерно 0,1—0,5 с и зависит от напряжения системы.
Если к моменту повторного включения КЗ в цепи не исчезает, тогда выключатель включается на существующее КЗ, после чего следует вновь отключение КЗ. В ряде выключателей, например в масляных, отключение второго КЗ происходит в более тяжелых условиях, так как после первого отключения дугогасительное устройство может быть только частично заполнено маслом.

Рис 1 Изменение тока короткого замыкания во времени

Поэтому номинальное значение тока отключения зависит от цикла работы выключателя (без АПВ, с одно- или двукратным АПВ и г д.).
Согласно ГОСТ 687-78 для выключателей, работающих с АПВ, номинальный ток отключения отключается по следующим циклам: а) О—/бт—ВО—180 с—ВО; б) О—180 с — ВО—180 с—ВО, где О — операция отключения; /бг = 0,3-Ь — 1,2 с — нормированная бестоковая пауза, которая зависит от типа выключателя (дтя выключателей с быстродействующим АПВ Гбт = 0,3 с); ВО — операция включения и немедленно следующая за ней операция отключения; 180 с — бестоковая пауза Для выключателей, работающих без АПВ, должен выполняться только цикл «б». Выключатели на номинальное напряжение до 220 кВ, предназначенные для работы с АПВ, кроме цикла «а» должны обеспечивать цикл О—гз г — ВО — 20 с —ВО
Действующее значение тока КЗ не остается постоянным из-за изменения периодической и апериодической составляющих. Типичная кривая тока приведена на рис. 1.
Начальное значение апериодической составляющей зависит от момента начала КЗ и может изменяться от нуля до амплитуды периодической составляющей Скорость ее спада определяется постоянной времени цепи. Чем больше мощность установки, тем меньше активное сопротивление цепи и больше постоянная времени.

К моменту времени t уменьшается как периодическая, так и апериодическая составляющие тока.
Согласно ГОСТ 687-78 под номинальным током отключения /0,ном понимается действующее значение периодической составляющей тока в момент расхождения контактов. Этот ток указывается на щитке выключателя.
Выключатель должен отключать цепь и при наличии апериодической составляющей, которая может существовать к моменту расхождения контактов. При этом ее начальное значение равно амплитуде периодической составляющей, а постоянная времени спада Га = 0,05 с.

Сохранность энергетического оборудования, бесперебойность энергоснабжения, динамическая устойчивость параллельно работающих систем требуют, чтобы длительность КЗ была возможно меньшей и ограничивалась временем 0,05—0,1 с. Поэтому все выключатели снабжаются дугогасительными устройствами, обеспечивающими гашение дуги в ограниченном объеме за время несколько сотых секунды. Полное время отключения выключателя t0 — это время от подачи команды на отключение до момента погасания дуги во всех полюсах. Оно состоит из собственного времени отключения /0 и времени гашения дуги tr(t0 — tc-

tT) (рис. 1).
в) Номинальный ток включения. При включении на существующее КЗ выключатель подвергается большим механическим, тепловым и электродинамическим нагрузкам. Способность выключателя включаться на существующее КЗ характеризуется номинальным током включения.
Номинальный ток включения — это наибольший ударный ток КЗ, на который выключатель включается без сваривания контактов и других повреждений, препятствующих его дальнейшей нормальной работе. Этот ток определяется либо амплитудой »Уд=1>8 У

2 /0,ном, либо действующим значением ударного тока за период после начала КЗ.

Время включения выключателя — это время от подачи команды на включение до завершения операции включения (посадка привода на защелку, окончание хода отделителя воздушного выключателя).

г) Требования к выключателям. Выключатель является наиболее ответственным аппаратом высоковольтной системы. При отказе выключателя авария развивается, что ведет к тяжелым разрушениям и большим материальным потерям, связанным с недоотпуском электроэнергии, прекращением работы крупных предприятий.
В связи с этим основным требованием к выключателям является особо высокая надежность их работы во всех эксплуатационных режимах. Отключение выключателем любых нагрузок не должно сопровождаться перенапряжениями, опасными для изоляции элементов установки. Отключение цепи при КЗ должно происходить за минимально возможное время.
В связи с ростом мощности в единице оборудования (генераторах, трансформаторах) растет частота собственных колебаний цепи, а следовательно, и скорость восстановления напряжений. Выключатель должен обеспечивать надежное отключение цепи при условиях восстановления напряжения, определяемых ГОСТ 687—78.
Вывод выключателя из рабочего состояния для ревизии и ремонта связан с большими трудностями, так как приходится либо переходить на другую схему распредустройства, либо просто отключать потребителя. В связи с этим выключатель должен допускать возможно большее число отключений КЗ без ревизии и ремонта. Современные выключатели могут отключать без ревизии до десяти КЗ при токе отключения, равном номинальному /0,пом.
Отключение выключателем КЗ не должно сопровождаться выбросом из него пламени и раскаленных газов, что может привести к перекрытию изоляции в распределительном устройстве.
д) Классификация выключателей. Выключатели могут быть классифицированы по методу гашения дуги, виду изоляции токоведущих частей между собой и на землю, принципам, заложенным в конструкцию дугогасительного устройства.
В масляных выключателях дуга, образующаяся между контактами, горит в трансформаторном масле. Под действием энергии дуги масло разлагается и образующиеся газы и пары используются для ее гашения. В зависимости от способа изоляции токоведущих частей различают баковые выключатели и маломасляные. В первых токоведущие части изолируются между собой и от земли с помощью масла, находящегося в стальном баке, соединенном с землей. В маломасляных выключателях изоляция токоведущих частей от земли и между собой производится с помощью твердых диэлектриков и масла.
В воздушном выключателе в качестве гасящей среды используется сжатый воздух, находящийся в баке под давлением 1—5 МПа. При отключении сжатый воздух из бака подается в дугогасительное устройство. Дуга, образующаяся в камере дугогасительного устройства (ДУ), обдувается интенсивным потоком воздуха, выходящим в атмосферу. Изоляция токоведущих частей между собой осуществляется с помощью твердых диэлектриков и воздуха. В элегазовых выключателях гашение дуги осуществляется за счет охлаждения ее двигающимся с большой скоростью элегазом (шестифтористой серой SF6), который используется и как изолирующая среда.
Электромагнитные выключатели по своему принципу аналогичны контакторам постоянного тока с лабиринтно-щелевой камерой (см. рис. 4.24). Гашение дуги происходит за счет увеличения сопротивления дуги вследствие ее интенсивного удлинения и охлаждения.
В вакуумных выключателях контакты расходятся под вакуумом (давление равно 10-4 Па). Возникающая при расхождении контактов дуга быстро гаснет благодаря интенсивной диффузии зарядов в вакууме.

Высоковольтные выключатели постоянного и переменного тока

Высоковольтный выключатель

Высоковольтный выключатель — защитно-коммутационный аппарат, предназначенный для оперативных включений и отключений отдельных цепей или электрооборудования в энергосистеме в нормальных или аварийных режимах при ручном, дистанционном или автоматическом управлении.

Высоковольтный выключатель состоит из: контактной системы с дугогасительным устройством, токоведущих частей, корпуса, изоляционной конструкции и приводного механизма (например, электромагнитный привод, ручной привод).

Выключатели среднего и высокого напряжения (номинальное напряжение 6 — 1150 киловольт) и большим током отключения (до 50 килоампер) используются на электрических станциях и подстанциях. Эти выключатели представляют собой довольно сложную конструкцию, управляемую электромагнитными, пружинными, пневматическими или гидравлическими приводами.

В зависимости от среды, в которой производят гашение дуги, различают воздушные выключатели, в которых дуга гасится сжатым воздухом, масляные выключатели, в которых контакты помещаются в ёмкость с маслом, а дуга гасится парами масла, элегазовые выключатели, в которых используется электропрочный газ SF6 — «элегаз», и вакуумные выключатели, в которых гашение дуги происходит в вакууме — в так называемой вакуумной дугогасительной камере (ВДК). Защитная среда одновременно с гашением дуги обеспечивает и диэлектрическую прочность промежутка между контактами в отключенном положении, от чего зависит и величина хода контактов.

Классификация высоковольтных выключателей

По способу гашения дуги

• Элегазовые выключатели (баковые и колонковые);
• Вакуумные выключатели;
• Масляные выключатели (баковые и маломасляные);
• Воздушные выключатели;
• Автогазовые выключатели;
• Электромагнитные выключатели;
• Автопневматические выключатели.

По назначению

• Сетевые выключатели на напряжения от 6 кВ и выше, применяемые в электрических цепях (кроме цепей электрических машин и электротермических установок) и предназначенные для пропускания и коммутирования тока в нормальных условиях работы цепи, а также для пропускания в течение заданного времени и коммутирования тока в заданных ненормальных условиях, таких как условия короткого замыкания.
• Генераторные выключатели на напряжения от 6 до 20 кВ, применяемые в цепях электрических машин (генераторов, синхронных компенсаторов, мощных электродвигателей) и предназначенные для пропускания и коммутаций тока в нормальных условиях, а также в пусковых режимах и при коротких замыканиях. Отличаются, как правило, большими значениями номинального тока (до 10000А) и тока отключения.
• Выключатели на напряжение от 6 до 220 кВ для электротермических установок, применяемые в цепях крупных электротермических установок (например, сталеплавильных, руднотермических и других печей) и предназначенные для пропускания и коммутаций тока в нормальных условиях, а также в различных эксплуатационных режимах и при коротких замыканиях.
• Выключатели нагрузки — выключатели, предназначенные для коммутаций под номинальным током, но не рассчитанные на разрыв сверхтоков. Применяются в сетях 3-10 кВ с изолированной нейтралью для коммутации небольших нагрузок — до нескольких мегавольт-ампер.
• Реклоузеры подвесные секционирующие дистанционно управляемые выключатели, снабжённые защитой и устанавливаемые на опорах воздушных ЛЭП.
• Выключатели специального назначения.

По виду установки

• Опорные, то есть имеющие основную изоляцию на землю опорного типа.
• Подвесные, то есть имеющие основную изоляцию на землю подвесного типа.
• Настенные, то есть укрепленные на стенах закрытых распределительных устройств.
• Выкатные, то есть имеющие приспособления для выкатывания из ячеек распредустройств (для обслуживания, ремонта и для создания т.н. «видимого разрыва» при работах на линиях).
• Встраиваемые в комплектные распределительные устройства (КРУ).

По категориям размещения и климатическому исполнению

• пять категорий размещения (вне и внутри помещений с различными условиями обогрева и вентиляции);
• десять климатических исполнений (У, ХЛ, УХЛ, ТВ, ТС, Т, М, ОМ, В и О) в зависимости от географического места установки.

Общее устройство и принцип действия высоковольтных выключателей

Воздушный выключатель

В воздушных выключателях (ВВ) энергия сжатого воздуха используется и как движущая сила, перемещающая контакты, и как дугогасящая среда. Принцип действия дугогасительного устройства (ВВ) заключается в том, что дуга, образующаяся между контактами, подвергается интенсивному охлаждению потоком сжатого воздуха, вытекающего в атмосферу. При прохождении тока через ноль температура дуги падает и сопротивление промежутка увеличивается. Одновременно происходит механическое разрушение дугового столба и вынос заряженных частиц из промежутка.

Воздушные выключатели конструктивно подразделяются на:

• Выключатель с открытым отделителем
• Выключатель с газонаполненным отделителем
• Выключатель с камерами в баке со сжатым воздухом

Элегазовый силовой выключатель

Изолирующей и гасящей средой выключателей служит гексафторид серы SF6 (элегаз). Выключатели представляют собой трехполюсный аппарат, полюсы которого имеют одну (общую) раму и управляются одним приводом, либо каждый из трех полюсов выключателей имеет собственную раму и управляется своим приводом (выключатель с пополюсным управлением).

Принцип работы аппаратов основан на гашении электрической дуги (возникающей между расходящимися контактами при отключении тока) потоком элегаза.

Источников возникновения потока газа — два:

• повышение давления в одной из заполненных газом полостей дугогасительного устройства, обусловленное уменьшением ее замкнутого объема, возможность истечения газа из которой в зону расхождения дугогасительных контактов появляется непосредственно перед их размыканием;
• повышение давления газа в этой же полости вследствие его расширения под действием тепловой энергии самой электрической дуги.

Первый источник превалирует при отключении малых токов, а второй — больших.

Полюс выключателя

Колонковое исполнение. Полюс представляет собой вертикальную колонну, состоящую из двух (и более) изоляторов, в верхнем из которых размещено дугогасительное устройство (ДУ), а нижний служит опорой ДУ и обеспечивает ему требуемое изоляционное расстояние от заземленной рамы. Внутри опорного изолятора размещена изоляционная штанга, соединяющая подвижный контакт ДУ с приводной системой аппарата.

Баковое исполнение. Полюс представляет собой металлический цилиндрический бак, на котором установлены два изолятора, образующие высоковольтные вводы выключателя. ДУ в таком выключателе размещено в заземленном металлическом корпусе.

Комбинированное исполнение. Полюс представляет собой металлический корпус в виде сферы, на котором установлены фарфоровые изоляторы, образующие высоковольтные вводы выключателя, в одном из которых размещено дугогасительное устройство, а в другом — встроенные трансформаторы тока.

В верхней части изолятора обычно устанавливается фильтр — поглотитель влаги и продуктов разложения элегаза под действием электрической дуги. Фильтрующим элементом в нем служит активированный адсорбент — синтетический цеолит NAX.

Также на всех современных выключателях установлен предохранительный клапан — устройство с тонкостенной мембраной, разрывающейся при давлении возникающем при внутреннем коротком замыкании, но не достигающем значения, при котором испытываются собственно изоляторы.

Дугогасительное устройство

Дугогасительное устройство предназначено обеспечивать быстрое гашение электрической дуги, образующейся между контактами выключателя при их размыкании. Разработка рациональной и надежной конструкции дугогасительного устройства представляет значительные трудности, так как процессы, происходящие при гашении электрической дуги, чрезвычайно сложны, недостаточно изучены и обусловливаются многими факторами, предусмотреть которые заранее не всегда представляется возможным. Поэтому окончательная разработка дугогасительного устройства может считаться завершенной лишь после его экспериментальной проверки.

Современные выключатели оснащены дугогасительным устройством автокомпрессионного типа, которые демонстрируют свои расчетные преимущества при отключении больших токов.

ДУ содержит неподвижную и подвижную контактные системы, в каждой из которых имеются главные контакты и снабженные элементами из дугостойкого материала дугогасительные контакты. Главный контакт неподвижной системы и дугогасительный подвижной — розеточного типа, а главный контакт подвижной системы и дугогасительный неподвижной — штыревые.

Подвижная система содержит, кроме главного и дугогасительного контактов, связанную с токовым выводом ДУ неподвижную токоведущую гильзу; поршневое устройство, создающее при отключении повышенное давление в подпоршневой полости, и два фторопластовых сопла (большое и малое), которые направляют потоки газа из зоны повышенного давления в зону расхождения дугогасительных контактов. Большое сопло, кроме того, препятствует радиальному смещению контактов подвижной системы относительно контактов неподвижной, поскольку никогда не выходит из направляющей втулки главного неподвижного контакта.

Главный контакт подвижной системы представляет собой ступенчатую медную гильзу, узкая часть которой адаптирована ко входу в розеточный главный контакт неподвижной системы, а широкая часть имеет два ручья, в которых размещены токосъемные (замкнутые проволочные) спирали, постоянно находящиеся в контакте с охватывающей их неподвижной токоведущей гильзой.

Газовая система

Газовая система аппаратов включает в себя:

• клапаны автономной герметизации (КАГ) и заправки колонн;
• коллектор, обеспечивающий во время работы аппарата связь газовых полостей колонн между собой и с сигнализатором изменения плотности элегаза;
• сам сигнализатор, представляющий собой стрелочный электроконтактный манометр с устройством температурной компенсации, приводящим показания к величине давления при температуре 20ºС;
• соединительные трубки с ниппелями и уплотнениями.

Сигнализатор изменения плотности элегаза (датчик плотности) имеет три пары контактов, одна из которых, замыкающаяся при значительном снижении плотности элегаза из-за его утечки, предназначена для подачи сигнала (например, светового) о необходимости дозаправки колонн, а две других, размыкающихся при недопустимом падении плотности элегаза, предназначены для блокирования управления выключателем или для автоматического отключения аппарата с одновременной блокировкой включения (что определяется проектом подстанции).

Привод

Приводы выключателей обеспечивают управление выключателем — включение, удержание во включенном положении и отключение. Вал привода соединяют с валом выключателя системой рычагов и тяг. Привод выключателя должен обеспечивать необходимую надежность и быстроту работы, а при электрическом управлении — наименьшее потребление электроэнергии.

В элегазовых выключателя применяют два типа приводов:

• Пружинный привод:
  • аккумулятором энергии является комплект винтовых цилиндрических пружин
  • управляющим органом является кинематическая система рычагов, кулачков и валов.
• Пружинно-гидравлический привод:
  • аккумулятором энергии является комплект тарельчатых пружин
  • управляющим органом является гидросистема.

Требования, предъявляемые к выключателям

Требования, предъявляемые к выключателям, заключаются в следующем:

• надежность в работе и безопасность для окружающих;
• возможно малое время отключения;
• по возможности малые габариты и масса;
• простота монтажа;
• бесшумность работы;
• сравнительно невысокая стоимость.

Применяемые в настоящее время выключатели отвечают перечисленным требованиям в большей или меньшей степени. Однако конструкторы выключателей стремятся к более полному соответствию характеристик выключателей выдвинутым выше требованиям.

Требование надежности является одним из важнейших требований, поскольку от надежности выключателей зависит надежность работы энергосистемы, следовательно, и надежность электроснабжения потребителей. Срок службы выключателя составляет не менее 20 лет.

Требование быстродействия следует понимать как возможно малое время отключения цепи при КЗ. Время отключения исчисляется от момента подачи команды на отключение до погасания дуги во всех полюсах. Приблизительно до 1940г. время отключения выключателей напряжением 110 кВ и выше составляло 8-10 периодов. Позднее это время было уменьшено до 6 и 4 периодов. В настоящее время большая часть выключателей 110 кВ и выше имеют время отключения 2 периода. За рубежом построены однопериодные выключатели (20 мс).

Уменьшение времени отключения КЗ (например, от 4 до 2 периодов) весьма желательно по следующим соображениям:

• увеличивается запас устойчивости параллельной работы станций системы, следовательно, увеличивается пропускная способность линий передачи;
• уменьшаются повреждения изоляторов и проводов линий электрической дугой;
• уменьшается опасность прикосновения к заземленным частям РУ;
• уменьшаются механические напряжения в элементах оборудования, вызванные электродинамическими силами.

Стоимость однопериодных выключателей значительно выше стоимости двухпериодных, однако дополнительные капиталовложения компенсируются увеличением передаваемой мощности по линии. Однопериодные выключатели необходимы также для токоограничивающих устройств, получивших применение в последнее время.

ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Простейшими выключателями высокого напряжения являются разъединители. Их назначение — отключение и переключение участков цепи под напряжением, но при отсутствии тока. Отключение участков цепи необходимо для обеспечения безопасности осмотров и ремонтных работ на устройствах высокого напряжения, переключения подходящих и отходящих линий с одной системы шин на другую и т. д.

Разъединители снабжены неподвижными и подвижными контактами, укрепленными на изоляторах. В зависимости от назначения и способа установки применяются рубящие (рис. 17.8) и поворотные разъединители; последние устанавливаются главным образом в открытых распределительных устройствах на 35—500 кВ.

Для ручного управления подвижные контакты (ножи) разъединителей снабжаются крючками или кольцами для выключения посредством изолированной штанги. Дистанционное управление разъединителями осуществляется посредством электрических или пневматических приводов.

Если отключать цепь посредством разъединителя, когда ток в цепи не выключен, то между размыкаемыми контактами разъединителя возникает электрическая дуга и разрушает их. Чтобы предупредить такое ошибочное отключение, приводы разъединителей часто обеспечиваются защитной блокировкой, не допускающей отключения разъединителя при включенном выключателе.

Во многих случаях необходимо отключать нагрузку небольшой мощности при токах, не превышающих нормальный рабочий ток. Установка дорогого и громоздкого масляного или другого выключателя, рассчитанного на отключение тока короткого замыкания, в подобных случаях нежелательна. Для таких установок на подстанциях промышленных предприятий и на мелких сельских

электростанциях применяются выключатели нагрузки (называемые также разъединителями мощности). По устройству они сходны с рубящими разъединителями, но снабжены дугогасительным устройством того или иного типа. Они применяются для напряжений 6 и 10 кВ и рассчитаны на отключение токов, не превышающих удвоенное значение рабочего тока. Последовательно с ними для защиты установки от токов короткого замыкания включаются плавкие предохранители.

Выключатели высокого напряжения должны отключать установки и при коротких замыканиях, поэтому в соответствии с условиями данной сети для выбора выключателя необходим специальный расчет токов короткого замыкания. На основании этого расчета к выключателю высокого напряжения предъявляются требования электродинамической (по отношению к электродинамическим силам) и термической стойкости к току короткого замыкания. В соответствии с этими требованиями определяются номинальная мощность отключения выключателя и номинальный ток отключения выключателя (наибольший ток, который выключатель способен надежно отключить при восстанавливающемся напряжении между фазами, равном номинальному напряжению). По всем этим причинам в современных электротехнических установках выключатель высокого напряжения является довольно сложным и ответственным аппаратом, требующим периодического осмотра и регулировки. Широко применяются масляные и воздушные выключатели высокого напряжения.

В масляных выключателях, чтобы предупредить возникновение длинной дуги и ускорить ее гашение при выключении, разрывающие цепь тока контакты помещены в бак с нефтяным маслом. В зависимости от условий гашения дуги масляные выключатели подразделяются на выключатели с гашением дуги простым разрывом в масле и выключатели с дугогасительными камерами масляного или газового дутья.

Аппараты первого типа изготовляются на 6— 10 кВ для мощности отключения, не превышающей 150 MB • А (рис. 17.9). Его основными частями являются: бак с минеральным маслом 1; подвижные нижние контакты 4, соединенные электрически между собой и укрепленные на изолирующей штанге 5, неподвижные верхние контакты 3, укрепленные на проходных изоляторах 2. Изолирующая штанга поднимается посредством рычажного приспособления 6, соединенного с длинным валом; последний снабжен маховичком или специальными тягами.

Несущая подвижные контакты часть (траверса) выключателя отжимается книзу пружинами и действием собственной силы тяжести. Но во включенном состоянии она удерживается специальным запорным механизмом (защелкой), которым снабжен привод выключателя. Когда запорный механизм освобожден, подвижная часть падает вниз и создает два разрыва в цепи выключаемого тока (чаще применяются устройства с четырьмя или шестью разрывами). При разрыве цепи тока между расходящимися контактами возникает электрическая дуга. Вследствие ее высокой температуры окружающие ее слои масла испаряются и разлагаются, образуя газовый пузырь вокруг расходящихся контактов. Таким образом, в масляном выключателе расхождение контактов и горение дуги происходит в газовой среде при повышенном давлении. Последнее обстоятельство создает благоприятные условия для гашения дуги, так как с повышением давления быстро возрастает электрическая прочность газовой среды. Увеличение расстояния между контактами во время выключения вызывает увеличение длины дуги, что в свою очередь требует большого напряжения для поддержания дуги. При выключении переменного тока, на что рассчитан выключатель,ток в размыкаемой цепи каждые полпериода проходит через нулевое значение, а это способствует гашению дуги.

При масляном дутье гашение обусловливается воздействием на гасимую дугу потока масла от дуги, создающей давление в дугогасительной камере. При движении траверсы выключателя вниз в каждой паре размыкаемых контактов образуются две дуги — гасимая и генерирующая давление. Гасимая горит у выхлопных каналов камеры, в которой генерирующая дуга создает давление 4—6 МПа. Поток масла направляется от генерирующей дуги на гасимую и при номинальном токе отключения не дает ей гореть более чем 0,015—0,02 с (один период переменного тока).

Лучшие результаты дает использование принципа газового автодутья: дуга, загорающаяся в камере, создает газовый пузырь, и при определенном расхождении контактов открываются дутьевые щели и поперек дуги устремляется поток газа и масла, создающий условия для быстрого ее гашения.

Для высоких напряжений, начиная с 35 кВ, преимущественно применяются воздушные выключатели (выключатели со сжатым воздухом). В них один или оба расходящихся контакта выполняются полыми, а сжатый воздух 0,7—2 МПа через полости контактов создает мощное воздушное дутье и сдувает дугу с рабочей поверхности контактов. По сравнению с масляным выключателем воздушный имеет меньшую массу и меньшее время отключения. Но для воздушного выключателя необходим специальный источник сжатого воздуха — компрессор, причем необходим очищенный и просушенный воздух.

После отключения управляемой цепи выключатель остается под напряжением, между тем периодически необходим осмотр и ремонт, как выключателя, так и прилегающих к нему участков электрической цепи. По этой причине разъединитель нужен как его необходимое дополнение. Посредством разъединителя выключатель после выключения тока можно отделить от цепей высокого напряжения.

РЕЛЕ И РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА

Реле — это аппарат, который при определенном воздействии на его воспринимающую часть той или иной физической величины (тока, напряжения, частоты, силы света, температуры, давления и т. п.) срабатывает и его исполнительная часть производит в управляемых им цепях необходимые переключения, вызывающие соответствующие изменения тех или иных физических величин (тока, напряжения и т. д.). Бесперебойность работы электроэнергетических установок автоматически обеспечивается релейной защитой. Часто — это очень сложная совокупность реле, автоматически воздействующих на выключатели электротехнических установок при их повреждении (коротком замыкании токоведущих частей оборудования, замыкании на землю, ненормальном изменении напряжения, изменении направления передачи энергии и т. п.). Релейная защита сигнализирует о нарушении нормального режима работы; она же затем совместно с устройствами автоматики выполняет повторное включение элементов системы электроснабжения (трансформаторов, питающих линий и т. п.), автоматически включает резервные источники электрической энергии и разгружает систему электроснабжения при недостатке мощности.

Общая основная характеристика реле — это характеристика управления, выражающая связь между воздействующей физической величиной / и управляемой величиной U (рис. 17.10). При увеличении воздействующей величины до определенного значения, называемого параметром, срабатывания (в частности, током срабатывания I_ср), управляемая величина не изменяется, т. е. пока I

Использование термисторов для ограничения бросков тока в источниках питания

Часто в различных источниках питания возникает задача ограничить стартовый бросок тока при включении. Причины могут быть разные – быстрый износ контактов реле или выключателей, сокращение срока службы конденсаторов фильтра итд. Такая задача недавно возникла и у меня. В компьютере я использую неплохой серверный блок питания, но за счет неудачной реализации секции дежурного режима, происходит сильный ее перегрев при отключении основного питания. Из-за этой проблемы уже 2 раза пришлось ремонтировать плату дежурного режима и менять часть электролитов, находящихся рядом с ней. Решение было простое – выключать блок питания из розетки. Но оно имело ряд минусов – при включении происходил сильный бросок тока через высоковольтный конденсатор, что могло вывести его из строя, кроме того, уже через 2 недели начала обгорать вилка питания блока. Решено было сделать ограничитель бросков тока. Параллельно с этой задачей, у меня была подобная задача и для мощных аудио усилителей. Проблемы в усилителях те же самые – обгорание контактов выключателя, бросок тока через диоды моста и электролиты фильтра. В интернете можно найти достаточно много схем ограничителей бросков тока. Но для конкретной задачи они могут иметь ряд недостатков – необходимость пересчета элементов схемы для нужного тока; для мощных потребителей – подбор силовых элементов, обеспечивающих необходимые параметры для расчетной выделяемой мощности. Кроме того, иногда нужно обеспечить минимальный стартовый ток для подключаемого устройства, из-за чего сложность такой схемы возрастает. Для решения этой задачи есть простое и надежное решение – термисторы.

Рис.1 Термистор

Термистор – это полупроводниковый резистор, сопротивление которого резко изменяется при нагреве. Для наших целей нужны термисторы с отрицательным температурным коэффициентом – NTC термисторы. При протекании тока через NTC термистор он нагревается и его сопротивление падает.

Рис.2 ТКС термистора

Нас интересуют следующие параметры термистора:

Сопротивление при 25˚С

Максимальный установившийся ток

Оба параметра есть в документации на конкретные термисторы. По первому параметру мы можем определить минимальный ток, который пройдет через сопротивление нагрузки при подключении ее через термистор. Второй параметр определяется максимальной рассеиваемой мощностью термистора и мощность нагрузки должна быть такой, что бы средний ток через термистор не превысил это значение. Для надежной работы термистора нужно брать значение этого тока меньшее на 20 процентов от параметра, указанного в документации. Казалось бы, что проще – подобрать нужный термистор и собрать устройство. Но нужно учитывать некоторые моменты:

1. Термистор достаточно долго остывает. Если выключить устройство и сразу включить опять, то термистор будет иметь низкое сопротивление и не выполнит свою защитную функцию.
2. Нельзя соединять термисторы параллельно для увеличения тока – из-за разброса параметров ток через них будет сильно различаться. Но вполне можно соединять нужное к-во термисторов последовательно.
3. При работе происходит сильный нагрев термистора. Греются также элементы рядом с ним.
4. Максимальный установившийся ток через термистор должен ограничиваться его максимальной мощностью. Этот параметр указан в документации. Но если термистор используется для ограничения коротких бросков тока (например, при первоначальном включении блока питания и зарядке конденсатора фильтра), то импульсный ток может быть больше. Тогда выбор термистора ограничен его максимальной импульсной мощностью.

Энергия заряженного конденсатора определяется формулой:

E = (C*Vpeak²)/2

где E – энергия в джоулях, C – емкость конденсатора фильтра, Vpeak – максимальное напряжение, до которого зарядится конденсатор фильтра (для наших сетей можно взять значение 250В*√2 = 353В).

Если в документации указана максимальная импульсная мощность, то исходя из этого параметра можно подобрать термистор. Но, как правило, этот параметр не указан. Тогда максимальную емкость, которую безопасно можно зарядить термистором, можно прикинуть по уже рассчитанным таблицам для термисторов стандартных серий.

Я взял таблицу с параметрами термисторов NTC фирмы Joyin. В таблице указаны:

Rном — номинальное сопротивление термистора при температуре 25°С

Iмакс — максимальный ток через термистор (максимальный установившийся ток)

Смакс — максимальная емкость в тестовой схеме, которую разряжают на термистор без его повреждения (тестовое напряжение 350v)

Как проводится тестовое испытание, можно посмотреть тут на седьмой странице.

Несколько слов о параметре Смакс – в документации показано, что в тестовой схеме конденсатор разряжается через термистор и ограничительный резистор, на котором выделяется дополнительная энергия. Поэтому максимальная безопасная емкость, которую сможет зарядить термистор без такого сопротивления, будет меньше. Я поискал информацию в зарубежных тематических форумах и посмотрел типовые схемы с ограничителями в виде термисторов, на которые приведены данные. Исходя из этой информации, можно взять коэффициент для Смакс в реальной схеме 0.65, на который умножить данные из таблицы.

Нужно ли учитывать пусковые токи светодиодных светильников?

Сегодня очень интересная тема про пусковые токи светодиодных светильников. Недавно я был удивлен, когда узнал, что у светодиодных светильников очень большие пусковые токи и я решил в этом вопросе разобраться чуть глубже, ну и конечно же, поделиться с вами.

Далеко не каждый производитель в каталоге указывает пусковые токи на светильники.

Мощность светильника при этом указана 42 Вт.

Недавно на моем канале youtube было видео, где я на примере рассказал, как бы я выполнил рабочее освещение. Я надеялся, что у меня спросят, а как же пусковые токи, автомат С6 разве не сработает? Почему-то на это никто не обратил внимание.

Дело в том, что сейчас я вам попытаюсь доказать, что на пусковые токи светодиодных светильников в большинстве случаев можно не обращать внимание.

При выборе автоматического выключателя важно знать не только рабочий ток, но и пусковой ток. Но, даже если вам известен пусковой ток, это не значит, что можно правильно выбрать защитный аппарат. Очень важное значение имеет длительность пускового тока.

Поскольку, в каталоге я не нашел длительность пускового тока, то задал вопрос производителю.

В этот же день я получил ответ:

Рекомендуемый тип автоматического выключателя: C. На 16A автомат допускается подключать до 50 устройств.

Как видим, пусковой ток данного светильника составляет всего 3 мкс. На мой взгляд, длительность пускового тока всех светильников будет примерно такая.

Давайте займемся математикой и обоснуем все на цифрах.

Расчетный ток одного светильника: 0,2 А.

Расчетный ток 50 светильников: 0,2*50=10 А.

Пусковой ток одного светильника: 35 А.

Пусковой ток 50 светильников: 50*35=1750 А.

Выберем автоматический выключатель с характеристикой С16.

Отношение пускового тока к номинальному току автоматического выключателя: 1750/16=110.

Давайте определим, какая должна быть длительность данного пускового тока, чтобы сработал электромагнитный расцепитель автоматического выключателя С16.

Округлять буду в большую сторону, задавая таким образом задел прочности нашего расчета.

Время-токовая характеристика автоматического выключателя

По графику можно сказать, что пусковой ток должен иметь длительность приблизительно 0,005 с или 5 мс. А это в 100 раз больше (если считать 5 мкс), чем длительность пускового тока нашего светодиодного светильника.

А теперь давайте, проверим, сработает ли автомат, если запас по току будет всего 20%.

Исходные данные: 40 светильников.

Расчетный ток одного светильника: 0,2 А.

Расчетный ток 40 светильников: 0,2*40=8 А.

Пусковой ток одного светильника: 35А.

Пусковой ток 40 светильников: 35*40=1400 А.

Выберем автоматический выключатель с характеристикой С10.

Отношение пускового тока к номинальному току автоматического выключателя: 1400/10=140.

К этому варианту в принципе применим тот же график: пусковой ток должен составлять 0,005 с, чтобы автомат сработал.

Вывод: при выборе светодиодных светильников, пусковые токи практически не влияют на выбор номинального тока автоматического выключателя, если характеристика автоматического выключателя «С», а запас по току составляет не менее 20%. Я же советую запас автоматического выключателя для светодиодных светильников предусматривать 20-40%.

По светильникам, думаю, еще будут статья либо видео на youtube, где расскажу о некоторых особенностях и нюансах, о которых нужно знать при выборе светильников.

Советую почитать:

комментариев 18 “Нужно ли учитывать пусковые токи светодиодных светильников?”

Производитель светильников выдал Вам не всю информацию. В светильниках МГК «Световые технологии» установлены источники питания (драйвер) DEUS, в спецификации которых кроме «пусковых» фигурируют еще «стартовые» длительностью 1,5 с. Пройдите на сайт DEUS.

Загляните так же в новый каталог ABB, там привели (в предыдущих версиях каталога отсутствовал) график срабатывания АВ при импульсных токах.

Денис все правильно сказал, если углубляться в этот вопрос, то нужно смотреть datasheet на драйвер установки, и, в большинстве случаев, там так же присутствует рекомендация по количеству подключаемых светильников в 1 группу.

В спецификации указано время старта Денис :

Извлечение из СП 256.1325800.2016:

10.3 К групповым линиям рабочего освещения лестничных клеток, поэтажных коридоров,

холлов, вестибюлей, технических этажей, подполий и чердаков разрешается присоединять на

— до 60 ламп накаливания мощностью до 60 Вт;

— до 75 люминесцентных или светодиодных ламп мощностью до 40 Вт;

— до 100 люминесцентных или светодиодных ламп мощностью 20 Вт и менее.

Прим.: светодиодных ламп — читай источников питания (драйверов).

Пункты 10.3 СП 256.1325800.2016, 9.3 СП 31-110-2003, 6.2.10 ПУЭ. Во всех случаях оперируют мощностью групповой линии рабочего освещения безотносительно номинала автомата и сечения кабеля: 3 и 2 кВт на фазу для ламп мощностью до 40 и 20 Вт соответственно. Принцип нормирования не очевиден. Понятно, что номинал автоматического выключателя и сечение кабеля определяется по расчётному току и коэффициенту мощности (и прочие аспекты: коэфф. спроса, пусковые токи, гармоники, потери напряжения и др.). Чем руководствовались при определении максимального количества светильников на фазу? Почему пункты не распространяется на офисные помещения?

За ранее спасибо за ответ!

Я на этот пункт редко обращаю внимание. Это больше актуально для больших торговых залов. Скорее всего как раз пусковыми токами это все определяется. Некоторые вообще чуть ли не на каждое помещение делают отдельную группу. Я бы ввел негласное правило: не более 2 кВт на фазу в сетях внутреннего освещения (10А расчетный ток и автомат на 16А).

Я считаю, если пусковой ток критичен при выборе автоматического выключателя, то производитель его должен указывать в каталоге, не только номинал, но и длительность. Какое значение «стартового» тока? Если до 5In, то ничего страшного.

Не понял один момент: в начале статьи два раза говорится, что пусковой ток светильника — 35А. А затем Вы считаете пусковой ток как 0,2*35=7 А. Что это за расчет и какой всё-таки пусковой ток в итоге — 35А или 7А?