ВОЗДУШНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Воздушные выключатели принадлежат к группе выклю­чателей — газовым. В них для гашения дуги и деионизации дуго­вого промежутка используется сжатый воздух, обдувающий дугу в продольном или поперечном направлении.

Принцип гашения дуги сжатым воздухом заключается в том, что межконтактный промежуток обдувается чистым сжатым возду­хом, лишенным заряженных частиц. При этом дуга и ее опорные поверхности интенсивно охлаждаются, а ее сечение уменьшается. Одновременно этот же поток воздуха выносит из межконтактного промежутка продукты горения дуги, представляющие собой хорошо проводящую среду. Место этих продуктов теперь занимает свежий неионизированный воздух, способный выдержать напряжение, восстанавливающееся на контактах выключателя. Задача дугогаси­тельной камеры заключается в быстром и полном замещении иони­зированной среды свежим, обладающим высокой электрической прочностью воздухом.

Существует два типа дугогасительных камер, получивших рас­пространение на практике. В камерах первого типа поток сжатого воздуха параллелен стволу дуги. Это так называемая камера продольного дутья. В других — поток гасящего воздуха перпендикулярен оси ствола дуги. Их называют камерами поперечного дутья.

Камеры продольного дутья имеют преимущественное распро­странение во всем диапазоне напряжений от 3 до 750 кВ, на которые строятся выключатели, так как они позволяют создать аппарат, отвечающий самым жестким требованиям по номинальной мощности отключения, номинальному току и быстродействию. Камеры поперечного дутья из-за громоздкости конструкции и больших габари­тов применяются ограниченно, лишь в выключателях 6—20 кВ.

 

Отключающая способность воздушного выключателя ограничи­вается появлением обратного подпора давления. Большие токи ко­роткого замыкания дросселируют поток дутья, создавая за соплом противодавление из-за чрезмерного нагревания сжатого воздуха. При этом возникает «закупорка» сопла и дутье резко ухудшается. Число повторных зажиганий дуги зависит от того, будет ли противо­давление, возникшее после первой полуволны тока, повышаться дальше. Хорошо рассчитанные и сконструированные выключатели гасят дугу уже после первой полуволны, самое позднее — после третьего перехода тока через нуль.

Так же как и у масляных выключателей, повышение отключаю­щей способности воздушных выключателей достигается увеличением количества разрывов дуги, число которых достигает у выключателя 750 кВ, например, шестнадцати. Для выравнивания распределения напряжения между разрывами параллельно с ними подключают шунтирующие сопротивления, которые одновременно замедляют скорость повышения восстанавливающегося напряжения и еще уве­личивают тем самым отключающую способность выключателя. Поскольку воздушные выключатели не обладают свойством демп­фирования восстанавливающегося напряжения, их разрывы шунти­руются сопротивлениями небольших значений (например, 2— 3 кОм на разрыв). Такие сопротивления не только замедляют ско­рость повышения восстанавливающегося напряжения, но и сущест­венно снижают его пики. Ввиду больших значений остаточных токов в этом случае отделитель выключателя дополняется выключа­телем нагрузки.

Простым средством повышения отключающей способности воз­душных выключателей и улучшения их эксплуатационных свойств является повышение давления воз­духа, применяемое в последних конструкциях.

Для равномерного распределения напряжения по разрывам используют омические и емкостные делители напряжения.

В настоящее время выключатели серии ВВБ модернизированы. Новые выключатели ВВБК (крупномодульные) работают при давлении воздуха 4 МПа, а в камере гашения дуги кроме основного дутья, как и в серии ВВБ, имеется дополнительное дутье через неподвижные контакты с продувкой продуктов горения через полые токоведущие стержни вводов. Это позволило увеличить отключаемый ток до 50 — 56 кА, а количество модулей в полюсе снизить: на 330 кВ вместо четырех модулей (ВВБ) в серии ВВБК — два модуля, на 500 кВ вместо шести модулей — четыре, на 750 кВ вместо восьми — шесть.

Воздушные выключатели имеют следующие достоинства:взрыво- и пожаробезопасность, быстродействие и возможность осуществления быстродействующего АПВ, высокую отключаю­щую способность, надежное отключение емкост­ных токов линий, малый износ дугогасительных контактов, легкий доступ к дугогасительным камерам, возможность создания серий из круп­ных узлов, пригодность для наружной и внут­ренней установки.

Недостатками воздушных выключателей яв­ляютсянеобходимость компрессорной установки, сложная конструкция ряда деталей и узлов, относительно высокая стоимость, трудность установки встроенных трансформаторов тока.

Наиболь­шее распространение среди масляных имеют малообъемные выклю­чатели. Опыт показал, что оба типа выключателей — воздушные и малообъемные масляные — пригодны для всех напряжений и мощ­ностей короткого замыкания. Однако внутри определенного диапа­зона напряжений каждый из этих типов имеет свои преимущества, вытекающие из технических и экономических соображений.

Нормально для отключения больших токов к. з. оба типа выклю­чателей подходят одинаково хорошо. Отключающая способность выключателей, которые устанавливаются до реактора или за ним, т. е. в кабельных сетях среднего напряжения, должна быть по воз­можности не зависимой от частоты восстанавливающегося напря­жения. В этом отношении определенное преимущество имеют мало­объемные масляные выключатели. Лишь воздушный выключатель среднего напряжения с одним разрывом и с двухступенчатым гашением дуги может конкурировать в этих сетях с малообъемными масляными выключателями.

При неуспешном АПВ (цикл О—ВО) при втором отключении к. з. выключатель должен, как и при первом отключении, разви­вать полную отключающую способность. Это требует очень бы­строго восстановления электрической прочности его межконтактного промежутка после первого отключения. В этом отношении воздуш­ные выключатели с их непрерывно подводимой к дуговому промежутку не зависящей от тока гасящей средой превосходят малообъ­емные масляные выключатели. Последние сравнимы с воздушными выключателями только в случае, когда у них имеются устройства для принудительного гашения дуги.

При отключении малых индуктивных токов (холостой ход транс­форматоров и ЗРОМ) воздушные выключатели без шунтирующих сопротивлений приводят к более высоким перенапряжениям по срав­нению с малообъемными выключателями, у которых в этом случае благоприятную роль играет остаточная проводимость межконтакт­ного промежутка, облегчающая повторное зажигание дуги. Этот недостаток отпадает, однако, у воздушных выключателей высокого напряжения с многократным разрывом и с шунтирующими сопро­тивлениями. В воздушных выключателях среднего напряжения с од­ним разрывом можно избежать этого недостатка, если их снабдить сопротивлениями для двухступен­чатого последовательного гашения дуги.

Отключение емкостного тока без повторного зажигания дуги воздуш­ные выключатели производят значи­тельно лучше, чем малообъемные, имеющие зависимую от тока характе­ристику гашения дуги. Малообъем­ный выключатель может соревновать­ся в этом отношении с воздушным только при наличии у него комбини­рованного дутья

Итак, в техническом отношении в диапазоне напряжений 6— 110 кВ оба типа выключателей равноценны. В диапазоне 110—750 кВ воздушные выключатели лучше малообъемных, при этом их преи­мущества сказываются тем больше, чем выше напряжение. Для на­пряжений 500 кВ и выше в настоящее время могут рассматриваться только воздушные выключатели. С точки зрения экономического сравнения можно привести следующие соображения. Изготовление малообъемных масляных выключателей значительно проще, чем воздушных на те же напряжения и с такими же параметрами. Следо­вательно, малообъемные выключатели дешевле воздушных при оди­наковых напряжениях и характеристиках. Однако разница в стои­мости в пользу малообъемных выключателей уменьшается с повыше­нием номинального напряжения. При напряжениях около 110 кВ разница в стоимости исчезает. Малообъемные выключатели в тех же диапазонах напряжений также имеют меньшие эксплуатационные издержки. Таким образом, расчетные затраты меньше для малообъемных выключателей. Эта разница в затратах и экономическое преимуще­ство малообъемных выключателей уменьшаются с повышением номинального напряже­ния выключателей и ис­чезают совсем при на­пряжении 110 кВ.