История электротехники - Коллектив авторов

В результате элегазовые выключатели имеют мощные приводы и существенно более компактные конструкции, а также позволяют легче реализовать высокое быстродействие процесса коммутации.

Из экономических соображений и экологических требований элегазовые выключатели разрабатываются с замкнутым циклом функционирования без выбросов отработанных газов в атмосферу.

Развитие дугогасительных систем происходило не только с использованием дутья газами повышенного давления, но и созданием вакуума. Так как вакуум обладает высокой электрической прочностью, поддержание дуги в вакуумных выключателях происходит не за счет ионизированных частиц газов, а за счет ионизированных паров металлов электродов контактных систем.

Вакуумные выключатели заняли прочное место в классах средних напряжений 3–35 кВ. В этих классах напряжений они наиболее полно соответствуют современным требованиям. Высокие электрическая прочность и дугогасительная способность вакуумных промежутков дают возможность создать вакуумные выключатели с малыми габаритами и массой, большими ресурсом, надежностью и сроком службы. Они экологически чисты и взрывопожаробезопасны, вибростойки и сейсмостойки, работоспособны в условиях холодного и тропического климата, характеризуются предельно малыми эксплуатационными расходами.

Первая попытка создать вакуумный выключатель была сделана в Калифорнийском технологическом институте (США) в 1923 г. Однако только в 60-х годах после решения научных и технологических проблем был начат промышленный выпуск вакуумных выключателей. В нашей стране систематические исследования и разработки вакуумных дугогасительных камер и выключателей были начаты В.Л. Грановским и его сотрудниками в 1956 г.

В настоящее время в России и за рубежом созданы выключатели на все требуемые потребителю параметры в классах напряжения 3–35 кВ (с номинальными токами до 3150 А).

Наибольший вклад в дело становления отечественной вакуумной коммутационной аппаратуры был внесен сотрудниками ВЭИ, такими как В.Н. Тихонов, В.Б. Козлов, И.А. Лукацкая, Г.С. Белкин, B.C. Потокин, А.А. Перцев, Ю.Г. Ромочкин и др.

Разъединители. Этот вид ЭА предназначен для отключения цепи высокого напряжения без тока. Первые разъединители на напряжение 6–10 кВ и номинальный ток 600–800 А появились в начале XX в. и представляли собой трехфазную систему с общим ручным приводом.

Развитие конструкций разъединителей шло по пути повышения их рабочего напряжения и уменьшения габаритов. Среди отечественных разъединителей следует отметить конструкцию разъединителя с подвижным контактом и электроприводом. В настоящее время разработаны разъединители на напряжение до 1150 кВ и токи до 3200 А.

Улучшение механических и электрических характеристик фарфоровых изоляторов, разработка полимерных изоляторов позволили существенно усовершенствовать конструкции разъединителей, в первую очередь сверхвысокого и ультравысокого напряжения.

В создании отечественных разъединителей наиболее существенную роль сыграли завод «Электроаппарат», Великолукский завод высоковольтных аппаратов, завод «Уралэлектротяжмаш», ВЭИ, НИИПТ, ЛПИ.

Разрядники и реакторы. Эти виды ЭА используются для защиты оборудования энергосистем и потребителей в различных аварийных режимах. Разрядники — ЭА, предназначенный для защиты оборудования от перенапряжений.

Первые разрядники были рассчитаны на защиту от атмосферных перенапряжений посредством искрового пробоя воздушного промежутка между двумя металлическими электродами. Такие электроды имели форму рогов, закрепленных на фарфоровых изоляторах (рис. 6.12). Такая форма электродов способствовала отводу от изоляторов электрической дуги, которая может возникать при пробое разрядника под воздействием молнии.

В дальнейшем функции разрядников расширились, и они стали использоваться для защиты от внутренних перенапряжений, возникающих в энергосистеме, в частности, из-за коммутации цепей с индуктивным характером сопротивления. С расширением функций одновременно усовершенствовались технические характеристики разрядников и их техническая реализация.

Начиная с 30-х годов стали широко использоваться трубчатые разрядники многократного действия. Такой разрядник состоял из дугогаси-тельной трубки, содержащей электроизолирующие материалы, например фибру или винипласт, которые генерируют газы под воздействием дуги. Эти газы повышали давление и создавали эффект газового дутья для гашения дуги.

В дальнейшем получили распространение разрядники на основе нелинейных резисторов, способных поглощать кратковременные импульсы энергии при перенапряжениях. Большая часть таких резисторов имеет вентильные вольт-амперные характеристики и создавалась на основе специальных материалов — тирита, вилита и др. В настоящее время в качестве разрядников преимущественно используются нелинейные резисторы, созданные на основе оксида цинка.

Для защиты электрооборудования в системах высокого напряжения также используются ограничивающие и шунтирующие реакторы.

Реакторы без стали для ограничения токов короткого замыкания начали использоваться с 20-х годов. Отечественные реакторы такого типа на напряжения 3—6—10 кВ и токи до 100 А были созданы в период 1921–1927 гг. Конструкция первых реакторов была сборной, а в качестве конструктивных элементов использовались деревянные прокладки, стягиваемые при помощи изолирующих болтов (шпилек). В дальнейшем для повышения динамической прочности провода реакторов стали помещать в специальные бетонные колонки, а для улучшения технико-экономических характеристик реакторов стали использовать ферромагнитные материалы.

Шунтирующие реакторы для снижения перенапряжений первоначально подключались к токопроводам или отключались от них посредством выключателей высокого напряжения для компенсации избытка реактивной мощности и снижения возникающего при этом перенапряжения. В дальнейшем в целях повышения быстродействия стали использовать управляемые шунтирующие реакторы с подмагничиванием. В настоящее время на основе полупроводниковых приборов (тиристоров) созданы шунтирующие реакторы с быстродействием не более 0,01 с на частоте 50 Гц.

Большой вклад в развитие отечественных аппаратов высокого напряжения внес Г.Н. Александров.

6.4.3. АППАРАТЫ УПРАВЛЕНИЯ, РЕГУЛИРОВАНИЯ И АВТОМАТИКИ

Автоматические электромагнитные выключатели (автоматы). Этот вид ЭА находит основное применение в системах распределения электроэнергии. Автоматы предназначены для включения и выключения цепей постоянного и переменного тока на напряжения до 1000 В и автоматической защиты цепей от коротких замыканий и токов перегрузки.

Широкое практическое применение автоматических выключателей началось в 20-х годах, когда электроэнергию стали интенсивно использовать в промышленном производстве. Первые отечественные автоматы начали разрабатывать в 1923 г. Б.Ф. Вашур, Д.А. Ступель и К.Н. Петров.

В 30-х годах была разработана серия отечественных универсальных автоматических выключателей типов А2000 — А2050 на токи от 200 до 1500 А.

Для защиты ртутных выпрямителей и генераторов постоянного тока А.И. Голубевым в 1936 г. была разработана оригинальная конструкция быстродействующего автомата типа ВАБ-2. В дальнейшем конструктивные решения А.И. Голубева были положены в основу серии быстродействующих выключателей, освоенной заводом «Уралэлектроаппарат». Основным направлением развития автоматов являлось совершенствование их защитных устройств, обеспечивающих срабатывание при заданных временных параметрах. В настоящее время в автоматах широко используются достижения современной электроники, в частности микропроцессорная техника.

Контакторы. Для автоматизации электропривода и управления распределением энергии по разным потребителям широко используются контакторы, которые являются одним из наиболее распространенных видов ЭА. Контакторы существенно отличаются от автоматов большим числом срабатываний за период эксплуатации, что обусловливает высокие требования к механической и электрической стойкости их контактной системы.

Первые контакторы начали выпускаться фирмами АЕГ и «Вестингауз» в начале XX века. Отечественная промышленность наладила серийный выпуск контакторов в 30-х годах (серии КП-900 и КТ). В послевоенный период на Чебоксарском электроаппаратном заводе были освоены серии КП-500 постоянного тока и КТП-500 переменного тока на токи от 50 до 100 А. Эти серии контакторов отличались высокими технико-экономическими характеристиками, в частности, их механическая износостойкость была доведена до 20 млн. включений за счет уменьшения вибраций контактов, сокращения времени горения дуги, улучшения магнитной системы и кинематики подвижных частей. Общий вид контактора серии КП-500 приведен на рис. 6.13.