ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ 110 кВ серии ВРС-110
Вакуумные выключатели до настоящего времени по классу напряжения сети традиционно занимали нишу до 40 кВ. При этом практически во всех случаях использовались од-норазрывные дугогасительные устройства.

Для создания вакуумных выключателей на более высокие напряжения, например на напряжение сети 110 кВ, использовались дугогасительные устройства, состоящие из нескольких одноразрывных камер (выключатели фирм Фуджи, ЭЛВЕСТ и других), что значительно усложняло конструкцию выключателя.

Благодаря внедрению современных технологических достижений появилась возможность создания одноразрывной вакуумной дугогасительной камеры на номинальное напряжение сети 110 кВ и разработки соответствующего вакуумного выключателя.

Такой выключатель типа ВРС-110 разработан и изготавливается Концерном "Высоковольтный Союз". Выключатель прошел весь цикл типовых испытаний и планируется для установки в эксплуатацию на подстанциях с классом напряжения 110 кВ.

Одной из основных технических задач, связанных с применением вакуумных выключателей, является определение уровней коммутационных перенапряжений и разработка эффективных и практически осуществимых мероприятий по их ограничению.

Целью данной презентации является:

определение расчетным путем уровней коммутационных перенапряжений при коммутации вакуумным выключателем 110 кВ производства ЗАО “Высоковольтный союз”;
разработка рекомендаций по ограничению перенапряжений, возникающих при от-
ключении вакуумными выключателями высоковольтных электродвигателей и трансформато
ров.
демонстрация самого вакуумного выключателя ВРС-110 с пружинным приводом

Информация для расчета перенапряжений при коммутациях вакуумными выключателями типа ВРС-110 силовых трансформаторов на подстанциях 110 кВ таких как ПС Восточная, ПС Южная и ПС Р-29 предоставила ОАО "МРСК Юга", это обьекты, где в настоящее время идет работа по установке вакуумных выключателей на 110 кВ.

В качестве программного средства численного анализа переходных процессов применялась программа "ТРИАДА", разработанная на кафедре электрических станций и сетей Санкт-Петербургского государственного технического университета.

1. РАСЧЕТНАЯ СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ И ЕЕ ПАРАМЕТРЫ.

Для расчетов перенапряжений при коммутациях трансформаторов были использованы схемы электрические принципиальные подстанций 110 кВ, представленные Заказчиком,

Рис. 1. Расчетная схема замещения при отключении электродвигателя. В схему замещения на рис. 1 входят следующие элементы:

Для расчетов перенапряжений при отключении трансформаторов вакуумными выключателями была составлена схема замещения, представленная в однолинейном виде на рис. 1.

Eс - напряжение сети;

Lс - эквивалентная индуктивность сети;

Cс и Rc - эквивалентные емкость и демпфирующее сопротивление сети на шинах
секции;

В - вакуумный выключатель;

L т, Cт и R т - эквивалентные индуктивность, емкость и сопротивление потерь транс
форматора;

Элементы схемы замещения на рис. 1 определялись следующим образом. Напряжение сети Eс принималось равным 127 кВ.

Эквивалентная индуктивность сети Lс определяется по величинам токов короткого замыкания (Iк.з.) на шинах секций.

Lc =-
к.з.

Согласно данным Заказчика величины токов короткого замыкания на шинах подстанций составляли

Таблица 1.

Подстанция	Ток трехфазного КЗ, кА
Южная	7,1
Восточная	11,0
Р-29	23,0

Эквивалентная емкость сети Сс определялась по величинам емкостей, отходящих от подстанций ВЛ 110 кВ.

При этом учитывалось, что на подстанциях Южная и Восточная ремонтные перемычки в нормальном режиме включены, и в формировании Сс участвуют удвоенные длины двух-цепных отходящих линий. На ПС Р-29 трансформаторы Т1 и Т2 подключены к 1 и 2 секциям соответственно. Также к секциям 1 и 2 в нормальном режиме подключено по две отходящих одноцепных линии.

Таким образом суммарные длины отходящих ВЛ по данным Заказчика (Приложение 2) составили

Таблица 2.

Величина погонной емкости В Л 110 кВ выбиралась с учетом следующего.

Для расчетов перенапряжений принято использовать эквивалентную величину погонной емкости, которую можно оценить по величине зарядного тока (зарядной мощности). Для В Л 110 кВ с сечением проводов от 70 до 240 мм2 согласно справочным данным величины зарядного тока находятся в пределах 18 - 20 А/100 км линии. Если принять для определенности среднюю величину 19 А/100 км, то этому будет соответствовать величина погонной емкости 9,5 нФ/км.

Емкость конденсатора связи 6,4 нФ добавлялась к емкости сети, если он был подключен к ВЛ.

Таким образом суммарные длины отходящих ВЛ по данным Заказчика (Приложение 2) и величины Сс составили

Таблица 2.

Подстанция	Суммарные длины отходящих ВЛ, км	Эквивалентная емкость сети Сс, нФ
Южная	24,22	236,5
Восточная	19,03	187,2
Р-29 1 секция 2 секция	19,42 13,37	190,9 139,8

Необходимо отметить, что величина Сс является оценочной и в определенных пределах не оказывает существенного влияния на расчетные величины перенапряжений, что будет показано ниже в ходе расчетов.

Эквивалентное демпфирующее сопротивление сети Rс предусмотрено для учета затухания свободных колебаний на шинах секций.

Для расчетов коммутационных перенапряжений при отключении трансформаторов были выбраны следующие режимы с индуктивным характером отключаемого тока:

режим холостого хода Iхх;
режим индуктивной нагрузки с током 0,1 Iном
режим индуктивной нагрузки с током 0,3 Iном
режим симметричного короткого замыкания на стороне НН, Iк.з..

Трансформатор замещался эквивалентной индуктивностью Lт, величина которой определялась по формуле, аналогичной (1), при соответствующих величинах токов (ток холостого хода, ток индуктивной нагрузки 0,1 Iном., ток индуктивной нагрузки 0,3 Iном., ток на стороне ВН при коротком замыкании на стороне НН - по величинам U к). Величины токов холостого хода и U к взяты из технических характеристик трансформаторов, представленных Заказчиком, либо взятым по справочным данным.

Величина емкости Ст, параллельной обмотке ВН трансформатора, равна емкости ошиновки плюс емкость ввода.

Емкость ошиновки определялась умножением длины ошиновки от выключателя до зажимов трансформатора на величину погонной емкости ошиновки, принятой равной 8 пФ/м по . Емкости вводов 110 кВ приняты равными 400пФ. Таким образом:

для ПС Южная и Восточная Ст = 15 м х 8 пФ/м +400 пФ = 520 пФ

для ПС Р-29 - Ст = 20 м х 8 пФ/м +400 пФ = 560 пФ. Величина Rт определялась по величине потерь холостого хода. Используемые в расчетах характеристики трансформаторов приведены в таблице3.

Таблица 3.

Подстанция	Дисп. наименование тр-ра	Тип тр-ра	Uном. (ВН), кВ	Iном. (ВН),	Iх.х.,	Pх.х., кВт	Uк, %
Южная	Т1	ТРДН-	115	85	0,42	114,3	10,77
Южная	Т2	ТРДН-	115	85	0,44	115,27	9,59
Восточная	Т1	ТДН-	115	74,5	0,97	65	11,10
Восточная	Т2	ТДН-	115	80,3	0,46	22,68	11,15
Восточная	Т *	ТРДН- 25000/110/77-У1	115	125,5	0,75	31,5	10,95
Р-29	Т1 (Т2)	ТДН-	115	80,3	0,85	21,0	10,5

*)- планируется на замену трансформаторов Т1 и Т2.

Поскольку на данном этапе разработки выключателя отсутствуют экспериментальные данные, по которым можно было бы оценить скорость нарастания и конечную величину электрической прочности межконтактного промежутка, то для проведения расчетов данные параметры математической модели вакуумного выключателя ВРС-110 были выбраны, исходя из следующего:

конечная величина электрической прочности (Uмакс.) была принята равной испыта
тельному напряжению грозового импульса 450 кВ для оборудования без повышенного уровня
изоляции по ГОСТ 1516.-96, табл. Г6. Данная величина Uмакс. была принята в качестве ми
нимальной;
минимальное время перемещения контактов дугогасительной камеры от момента
размыкания до прихода в конечное положение составляет 16,7 мс. С целью получения запаса в расчетах это время было принято равным 20 мс;
величина тока среза вакуумной камеры принята равной 5 А.

Выбор ОПН для защиты трансформаторов 110 кВ от грозовых и коммутационных перенапряжений.

В соответствии с "Методическими указаниями по применению ограничителей в электрических сетях 110 - 750 кВ" выбор ОПН в сетях 110 кВ производится по следующим показателям и условиям:

По наибольшему рабочему напряжению.
Согласно ГОСТ 1516.3-96 наибольшее рабочее напряжение сети 110 кВ не должно превышать 126 кВ.

При этом наибольшее рабочее напряжение ОПН должно быть не менее Uн.р. = (126/√3)∙1,05 = 76,4 кВ.

Поскольку к шинам 110 кВ рассматриваемых подстанции не подключены потребители с нагрузкой, содержащей высшие гармоники, например - тяговые подстанции, то дополнительного учета влияния высших гармоник не требуется.

В дальнейшем для определенности примем Uн.р. = 77 кВ, как одно из ближайших значений у выпускаемых ОПН.

По условиям работы в квазистационарном режиме.

В качестве типового расчетного случая квазистационарного режима для рассматриваемой точки сети 110 кВ принято считать однофазное короткое замыкание на землю, при котором увеличиваются напряжения на "здоровых" фазах.

Поскольку в нормальном режиме нейтрали трансформаторов глухо заземлены, то существенного повышения напряжения на здоровых фазах при однофазном замыкании на землю не ожидается. Для получения запаса может быть принят коэффициент повышения напряжения, равный 1,4, тогда наибольшая ожидаемая величина квазиустановившегося перенапряжения будет составлять Uк.п. = 1,4-(126/л/3) = 102 кВ.

В качестве предварительного варианта ОПН рассматривается планируемый к установке ОПНп-110/550/77-IV-УХЛ1 производства ЗАО "Полимер-Аппарат".

По представленной предприятием - изготовителем вольт-временной характеристике, соответствующей случаю максимального нагружения ОПН, рис. 2, и по соотношению Uк.п./Uн.р. = 102/77 = 1,32 определяем, что в этом случае ОПН выдержит перенапряжения в квазистационарном режиме в течение примерно 1 секунда, что может быть недостаточным, если считать, что максимальное время работы защит, равное 4 с.

Если увеличить Uн.р. до 84 кВ, то по соотношению Uк.п./Uн.р. = 102/84 = 1,21 можно определить, что в квазистационарном режиме ОПН выдержит примерно 100 с.

По энергоемкости.

Наибольшая суммарная протяженность отходящих ВЛ соответствует подстанции Р-29 и составляет 25,72 км. Иные объекты с большой емкостью отсутствуют.

Энергию (Wопн), поглощаемую ОПН при ограничении коммутационных перенапряжений, приходящих с В Л 110 кВ можно оценить по формуле

Свл - емкость воздушной линии, Свл = 0,0058 (мкФ/км)-25,79 км = 0,149 мкФ,

Uкп мах. - наибольшее расчетное коммутационное напряжение, принятое равным для сети 110 кВ 3Uф.,

U ост. - наименьшая величина остающегося напряжения на ОПН при ограничении коммутационных перенапряжений, принята равной 182 кВ.

Для рассматриваемых ВЛ величина Wопн = 5,8 кДж или 0,061 кДж/кВ наибольшего рабочего напряжения ОПН, предполагаемого к установке. Соответствующая величина удельной поглощаемой энергии предполагаемого к установке ОПН составляет 3,1 кДж/кВ наиб, раб. напряжения.

По уровню ограничения перенапряжений.

Остающееся напряжение ОПН при разрядном токе 8/20 мс амплитудой 10 кА составляет 244 кВ, что ниже испытательного напряжения 450 кВ грозового импульса для силового трансформатора 110 кВ.

Величина одноминутного испытательного напряжения промышленной частоты изоляции относительно земли обмоток 110 кВ силовых трансформаторов составляет 200 кВ, что соответствует 200∙√2∙1,15 = 325 кВ коммутационного импульса.

Уровни ограничения перенапряжений рассматриваемых ОПНп-110/550/84-IV-УХЛ1 находятся в пределах 185 - 201 кВ коммутационного импульса, т. е. значительно ниже соответствующих испытательных напряжений изоляции защищаемого оборудования.

По величине тока взрывобезопасности.

Величина тока взрывобезопасности должна быть выше наибольшей величины тока короткого замыкания в данной точке сети.

Наибольшая величина тока к.з, равная 23 кА,. имеет место на подстанции Р-29, что значительно ниже величины тока взрывобезопасности, ОПНп-110/550/84-IV-УХЛ1, равной 40 кА.

Заключение по выбору ОПН 110 кВ.

Для защиты силовых трансформаторов 110 кВ от грозовых и коммутационных перенапряжений на подстанциях Южная, Восточная и Р-29 могут быть применены ОПНп-110/550/84-IV-УХЛ1 производства ЗАО "Полимер-Аппарат".

Исполнение ОПН по степени загрязнения и по климатическим условиям эксплуатации могут быть уточнены в проекте.

Возможно применение ОПН других производителей, имеющих характеристики, не уступающие характеристикам выбранного ОПН.

2. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ И ИХ АHАЛИЗ.

В расчетах предполагалось, что при отключении индуктивных токов в диапазоне от 0.1 Iн до Iк.з. размыкание контактов выключателя происходит при подходе тока к нулевому значению. В этом случае, как показывает опыт расчетов и экспериментальные данные, следует ожидать наибольших перенапряжений вследствие повторных пробоев между контактами.

В расчетах при отключении токов холостого хода предполагалось, что обрыв тока может произойти в любой момент его полуволны вследствие нестабильности дуги в диапазоне от нуля до максимальной величины тока среза. При этом момент размыкания контактов в расчетах соответствовал началу полуволны тока.

Как показали расчеты, при отключении индуктивных токов трансформаторов повторные пробои между контактами выключателя могут иметь место во всех рассмотренных режимах.

Наибольшие перенапряжения в отсутствии ОПН имеют место при отключении индуктивных токов (0,1 - 0,3) Iн и находятся в пределах (206 - 234) кВ или (2,0 - 2,3) Uф.

По своей величине такие перенапряжения не представляют опасности для изоляции трансформаторов, т. к. они не превышают уровней испытательных напряжений ни грозового импульса (550 кВ), ни амплитуды промышленной частоты (200х√2 = 283 кВ). Однако, учитывая, что эти перенапряжения сопровождаются многочисленными высокочастотными перепадами (срезами), которые негативно влияют на витковую изоляцию обмоток, целесообразно принять меры к ограничению этих перенапряжений.

Как показали расчеты, при установке ОПН величины перенапряжений при отключении индуктивных токов (0,1 - 0,3) Iн снижаются до (137 - 157) кВ или (1,3 - 1,5) Uф, что соответственно также снижает опасные воздействия на витковую изоляцию обмоток.

С целью определения влияния величины эквивалентной емкости сети Сс на уровни перенапряжений при работе вакуумного выключателя были проведены сравнительные расчеты, результаты которых отражены в Приложении 4. Изменение Сс в сторону примерно на 100 нФ уменьшения (строка "Южная, Сс уменьшена, Сс = 147,4 нФ") либо в сторону увеличения (строка "Южная, Сс увеличена, Сс = 340 нФ") не оказывает заметного влияния на расчетные величины максимальных напряжений.

Расчетами также показано, что замена существующих трансформаторов на ПС Восточная на трансформаторы мощностью 25000 кВА не оказывает существенного влияния на расчетные уровни перенапряжений (см. Приложение 4, строка "Восточная", Т* планируемый на замену) и не является препятствием для установки вакуумного выключателя ВРС-110.

3.1. При отключении вакуумными выключателями типа ВРС-110 производства Концерна "Высоковольтный Союз" индуктивных токов трансформаторов 110 кВ на подстанциях ПО кВ Южная, Восточная и Р-29 ОАО "МРСК Юга" возникают перенапряжения с амплитудой до 2,3 Uф.

3.2. Для ограничения перенапряжений при отключении вакуумными выключателями ВРС-110 трансформаторов 110 кВ на подстанциях ПО кВ Южная, Восточная и Р-29 рекомендуется установка ОПН типа ОПНп-110/550/84-IV-УХЛ1 производства ЗАО "Полимер-Аппарат" либо ОПН других производителей с аналогичными характеристикам

выключатель вакуумный высоковольтный ВБП-110III-31,5/2000 УХЛ1

ВБП-110III-31,5/2000 УХЛ1 - это вакуумный высоковольтный выключатель с пружинным приводом на номинальное напряжение 110 кВ частоты 50 Гц с усиленной изоляцией, наружной установки. Выключатель ВБП-110III-31,5/2000 УХЛ1 предназначен для работы в нормальных и аварийных режимах электрических сетей на открытых частях станций, с заземленной нейтралью с коэффициентом замыкания на землю не более 1,4. Выключатель ВБП-110III-31,5/2000 УХЛ1 соответствует требованиям ГОСТ 52565-2006 и КУЮЖ.674153.011ТУ.

Структура условного обозначения выключателя ВБП - 110III - 31,5 / 2000 УХЛ 1

В-выключатель
Б-вакуумный
П-привод пружинный
110-номинальное напряжение, кВ
III-степень загрязнения внешней изоляции по ГОСТ 9920-89
31.5-номинальный ток отключения, кА
2000-номинальный ток, А
УХЛ-климатическое исполнение по ГОСТ 15150-89 1-категория размещения по ГОСТ 15150-89

Устройство ВБП-110III-31,5/2000 УХЛ1

Выключатель состоит из трех полюсов, которые установлены на корпусе механизма переключения, и шкафа привода. Каждый полюс состоит из двух дугогасительных блоков. Шкаф с приводом установлен под механизмом переключения. В каркасе механизма переключения размещены два вала с рычагами, указатель положения выключателя (I — включено, О — отключено), четыре пружины отключения, четыре демпфера на включение и четыре демпфера на отключение, подогревательные устройства, антиконденсатные подогревательные устройства, две тяги, соединяющие рычаги механизма переключения выключа-теля с рычагом привода.

В шкафу привода размещены: пружинный привод, счетчик циклов, плата управления, с расположенными на ней электроэлементами, две клеммные колодки, подогревательные устройства, антиконденсатные подогревательные устройства, тяга местного отключения (с рукояткой красного цвета), тяга местного включения (с рукояткой черного цвета). Под каждой клеммной колодкой расположены кабельные зажимы. Кабельные зажимы предназначены для ввода жгутов внешних цепей питания, управления и контроля. Болт предназначен для подсоединения заземления.

Каждый полюс состоит из двух дугогасительных блоков, соединенных шиной. В верхней части каждого блока расположена дугога-сительная камера типа КДВА—60—31,5/2000 УХЛ2.1 с дополнительной изоляцией уровня б по ГОСТ 1516.3-96. Для подключения коммутируемой цепи дугогасительные блоки имеют токоведущие шинные выводы. Каркас механизма переключения и каркас шкафа привода представляют собой сварные конструкции из прямоугольных труб. Каркасы закрываются крышками и являются герметичными конструкциями.

Принцип действия выключателя ВБП-110III-31,5/2000 УХЛ1

Принцип работы выключателя основан на гашении в вакууме электрической дуги, возникающей при размыкании контактов вакуумных дугогасительных камер. Горение дуги в вакууме поддерживается за счет паров металла, попадающих в межконтактный промежуток при испарении металла с поверхности контактов. В момент перехода тока через нулевое значение происходит быстрое нарастание электрической прочности изоляции межконтактного промежутка, обеспечивающее надежное отключение цепей выключателя.

При подаче напряжения питания на контакты клеммной колодки происходит автоматический завод включающих пружин. По окончании завода указатель перейдет из положения (не готов) в положение (готов).

Включение выключателя. Оперативное включение выключателя производится дистанционно с помощью электромагнита при подаче напряжения управления на контакты клеммной колодки. При наличии напряжения питания на приводе после операции включения происходит автоматический завод включающих пружин. Местное оперативное включение выключателя производится тягой, рукоятка которой обозначена символом I на крышке шкафа привода.

Ручкой выключатель можно включить при отсутствии напряжения питания привода. Открывают крышку шкафа привода со смотровыми окнами. Устанавливают на шестигранник взводящей собачки рычаг из комплекта поставки. С помощью рычага вручную заводят включающие пружины до момента перехода указателя из положения (не готов) в положение (готов). Потянув рукоятку вниз, включают выключатель. Указатели состояния выключателя должны перейти из положения O в положение I.

Отключение выключателя. Оперативное отключение выключателя производится дистанционно одним из отключающих электромагнитов или одним из расцепителей, или тягой местного отключения, рукоятка которой обозначена символом О на крышке шкафа привода.

Условия эксплуатации выключателя ВБП-110III-31,5/2000 УХЛ1

выключатель изготовлен в климатическом исполнении УХЛ, категории размещения 1 по ГОСТ 15150-69;
выключатель предназначен для работы на высоте над уровнем моря до 1000 м;
верхнее значение температуры окружающего воздуха при эксплуатации плюс 40 ºС;
нижнее значение температуры окружающего воздуха при эксплуатации минус 60 ºС;
относительная влажность воздуха при температуре +25 ºС 100% с конденсацией влаги.

Основные технические характеристики

Прибор: ВБП–110III–31,5/2000 УХЛ1

Номинальное напряжение, кВ
Номинальный ток, А
Номинальный ток отключения, кА
Номинальное напряжение постоянного (переменного) тока цепей питания и управления привода, В
Сквозной ток короткого замыкания	ток электродинамической стойкости, кА
	ток термической стойкости, кА
	время протекания тока термической стойкости, с
Диапазон рабочих температур окружающей среды, °С
Собственное время включения, мс, не более
Собственное время отключения, мс, не более
Полное время отключения, мс, не более
*Пружинный привод:* Ток потребления электромагнита при напряжении пост.110/пост.220(перем230)В, А	включения
	отключения
	завода пружины включения
	время заводки включающей пружины, с, не более
Масса выключателей должна быть не более
Гарантийный срок эксплуатации		5 лет со дня ввода в эксплуатацию

Требования к надежности

ресурс по механической стойкости выключателя - 10 000 циклов В-tn-О;
ресурс по коммутационной стойкости при номинальном токе - 10 000 циклов В-tn-O;
ресурс по коммутационной стойкости при номинальном токе отключения - 25 циклов О;
срок службы выключателей до среднего ремонта не менее 12 лет;
срок службы до списания - 30 лет.

Примечание: Срок службы указан для выключателей, у которых не исчерпан ресурс по коммутационной или механической стойкости.

Вакуумные выключатели 110 кВ на сегодня являются высокотехнологичным оборудованием. Они лишены таких недостатков как пожароопасность и трудоемкость в процессе эксплуатации, что свойственно масляным и воздушным выключателям, а также в будущем не будет вопросов, связанных с необходимостью утилизации элегаза, что свойственно элегазовым выключателям.

Основные марки и производители вакуумных выключателей 110 кВ и выше

На российском рынке присутствуют два предприятия, изготавливающие вакуумные выключатели на класс напряжения 110 кВ:

ООО «НТЭАЗ Электрик», входящее в Концерн «Высоковольтный союз». Предприятие выпускает вакуумные выключатели на класс напряжения 110 кВ типа (ВРС-110 кВ с одним разрывов на фазу).

АО «НПП «Контакт», г. Саратов. Предприятие выпускает вакуумные выключатели на классы напряжения 110 кВ (типа ВБП-110) и 220 кВ (типа ВБП-220)

Основные преимущества и недостатки вакуумных выключателей 110 кВ и выше

Основные преимущества вакуумных выключателей 110 кВ:

высокий коммутационный ресурс — 10 000 циклов В/О (в 2 раза больше чем у элегазовых)
низкие эксплуатационные расходы (не требуют дозаправок газом)
возможность эксплуатации в широком температурном диапазоне от -60 (без дополнительного обогрева) до +50 ° С
являются экологически безопасным оборудованием (не происходит утечек элегаза, воздуха или технических жидкостей в окружающую среду)
не требуют дополнительных расходов на утилизацию масла или элегаза
высокая заводская готовность (не требуют дозаправок техническими жидкостями и газами при монтаже), что сокращает время на их монтаж (требуется 6-8 часов)

Недостатками технологии вакуумных выключателей можно считать их ограниченное применение по классам напряжения (до 220 кВ). Связано это со сложностью в создании выключателей с небольшими габаритами (сложно оптимизировать габариты вакуумных дугогасительных камер, ВДК), сложность обеспечения восстановления электрической прочности в ВДК после погашения дуги. Эрозионные процессы и термический разогрев контактов значительно ограничивают скорость и уровень восстановления электрической прочности ВДК.

Вакуумный выключакВ серии ВРС-110

ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ 110 кВ серии ВРС-110

Вакуумные выключатели до настоящего времени по классу напряжения сети традиционно занимали нишу до 40 кВ. При этом практически во всех случаях использовались од-норазрывные дугогасительные устройства.

Целью данной презентации является:

Определение расчетным путем уровней коммутационных перенапряжений при коммутации вакуумным выключателем 110 кВ производства ЗАО “Высоковольтный союз”;

Демонстрация самого вакуумного выключателя ВРС-110 с пружинным приводом

1. РАСЧЕТНАЯ СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ И ЕЕ ПАРАМЕТРЫ.

Eс - напряжение сети;

Lс - эквивалентная индуктивность сети;

Cс и Rc - эквивалентные емкость и демпфирующее сопротивление сети на шинах
секции;

В - вакуумный выключатель;

Lт, Cт и Rт - эквивалентные индуктивность, емкость и сопротивление потерь транс
форматора;

Согласно данным Заказчика величины токов короткого замыкания на шинах подстанций составляли

Таблица 1.

Подстанция	Ток трехфазного КЗ, кА

Восточная

Эквивалентная емкость сети Сс определялась по величинам емкостей, отходящих от подстанций ВЛ 110 кВ.

Таким образом суммарные длины отходящих ВЛ по данным Заказчика (Приложение 2) составили

Таблица 2.

Подстанция

Восточная
Р-29 1 секция 2 секция

Величина погонной емкости В Л 110 кВ выбиралась с учетом следующего.

Для расчетов перенапряжений принято использовать эквивалентную величину погонной емкости, которую можно оценить по величине зарядного тока (зарядной мощности). Для В Л 110 кВ с сечением проводов от 70 до 240 мм2 согласно справочным данным величины зарядного тока находятся в пределахА/100 км линии. Если принять для определенности среднюю величину 19 А/100 км, то этому будет соответствовать величина погонной емкости 9,5 нФ/км.

Емкость конденсатора связи 6,4 нФ добавлялась к емкости сети, если он был подключен к ВЛ.

Таким образом суммарные длины отходящих ВЛ по данным Заказчика (Приложение 2) и величины Сс составили

Таблица 2.

Подстанция	Суммарные длины отходящих ВЛ, км	Эквивалентная емкость сети Сс, нФ

Восточная
Р-29 1 секция 2 секция

Режим холостого хода Iхх;

Режим индуктивной нагрузки с током 0,1 Iном

Режим индуктивной нагрузки с током 0,3 Iном

Режим симметричного короткого замыкания на стороне НН, Iк. з..

Трансформатор замещался эквивалентной индуктивностью Lт, величина которой определялась по формуле, аналогичной (1), при соответствующих величинах токов (ток холостого хода, ток индуктивной нагрузки 0,1 Iном., ток индуктивной нагрузки 0,3 Iном., ток на стороне ВН при коротком замыкании на стороне НН - по величинам Uк). Величины токов холостого хода и Uк взяты из технических характеристик трансформаторов, представленных Заказчиком, либо взятым по справочным данным.

Величина емкости Ст, параллельной обмотке ВН трансформатора, равна емкости ошиновки плюс емкость ввода.

для ПС Южная и Восточная Ст = 15 м х 8 пФ/м +400 пФ = 520 пФ

Таблица 3.

Подстанция	Дисп. наименование тр-ра	Тип тр-ра	Uном. (ВН), кВ	Iном. (ВН),	Pх. х., кВт


Восточная
Восточная
Восточная		25000/110/77-У1

*)- планируется на замену трансформаторов Т1 и Т2.

Конечная величина электрической прочности (Uмакс.) была принята равной испыта
тельному напряжению грозового импульса 450 кВ для оборудования без повышенного уровня
изоляции по ГОСТ 1516.-96, табл. Г6. Данная величина Uмакс. была принята в качестве ми
нимальной;

Минимальное время перемещения контактов дугогасительной камеры от момента
размыкания до прихода в конечное положение составляет 16,7 мс. С целью получения запаса в расчетах это время было принято равным 20 мс;

Величина тока среза вакуумной камеры принята равной 5 А.

Выбор ОПН для защиты трансформаторов 110 кВ от грозовых и коммутационных перенапряжений.

В соответствии с "Методическими указаниями по применению ограничителей в электрических сетях кВ" выбор ОПН в сетях 110 кВ производится по следующим показателям и условиям:

По наибольшему рабочему напряжению.

Согласно ГОСТ 1516.3-96 наибольшее рабочее напряжение сети 110 кВ не должно превышать 126 кВ.

При этом наибольшее рабочее напряжение ОПН должно быть не менее Uн. р. = (126/√3)∙1,05 = 76,4 кВ.

В дальнейшем для определенности примем Uн. р. = 77 кВ, как одно из ближайших значений у выпускаемых ОПН.

По условиям работы в квазистационарном режиме.

По представленной предприятием - изготовителем вольт-временной характеристике, соответствующей случаю максимального нагружения ОПН, рис. 2, и по соотношению Uк. п./Uн. р. = 102/77 = 1,32 определяем, что в этом случае ОПН выдержит перенапряжения в квазистационарном режиме в течение примерно 1 секунда, что может быть недостаточным, если считать, что максимальное время работы защит, равное 4 с.

Если увеличить Uн. р. до 84 кВ, то по соотношению Uк. п./Uн. р. = 102/84 = 1,21 можно определить, что в квазистационарном режиме ОПН выдержит примерно 100 с.

По энергоемкости.

Свл - емкость воздушной линии, Свл = 0,0058 (мкФ/км)-25,79 км = 0,149 мкФ,

Uкп мах. - наибольшее расчетное коммутационное напряжение, принятое равным для сети 110 кВ 3Uф.,

Uост. - наименьшая величина остающегося напряжения на ОПН при ограничении коммутационных перенапряжений, принята равной 182 кВ.

По уровню ограничения перенапряжений.

Уровни ограничения перенапряжений рассматриваемых ОПНп-110/550/84-IV-УХЛ1 находятся в пределах кВ коммутационного импульса, т. е. значительно ниже соответствующих испытательных напряжений изоляции защищаемого оборудования.

По величине тока взрывобезопасности.

Наибольшая величина тока к. з, равная 23 кА,. имеет место на подстанции Р-29, что значительно ниже величины тока взрывобезопасности, ОПНп-110/550/84-IV-УХЛ1, равной 40 кА.

Заключение по выбору ОПН 110 кВ.

2. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ И ИХ АHАЛИЗ.

В расчетах предполагалось, что при отключении индуктивных токов в диапазоне от 0.1 Iн до Iк. з. размыкание контактов выключателя происходит при подходе тока к нулевому значению. В этом случае, как показывает опыт расчетов и экспериментальные данные, следует ожидать наибольших перенапряжений вследствие повторных пробоев между контактами.

Наибольшие перенапряжения в отсутствии ОПН имеют место при отключении индуктивных токов (0,1 - 0,3) Iн и находятся в пределах (кВ или (2,0 - 2,3) Uф.

Как показали расчеты, при установке ОПН величины перенапряжений при отключении индуктивных токов (0,1 - 0,3) Iн снижаются до (кВ или (1,3 - 1,5) Uф, что соответственно также снижает опасные воздействия на витковую изоляцию обмоток.

Производство вакуумных выключателей осуществляется на Нижнетуринском электроаппаратном заводе в контролируемых условиях, установленных системой менеджмента качества, функционирующей в соответствии с требованиями ISO 9001:2008. Завод имеет собственную лабораторию, оснащенную автоматизированными испытательными стендами и современными многофункциональными измерительными приборами. Каждый аппарат перед отправкой заказчику проходит тщательную проверку и испытания.

Преимущества вакуумных выключателей:

Высокая механическая прочность;
Высокий коммутационный ресурс при номинальном токе и токе отключения;
Надежное и стабильное включение и отключение с нормированными параметрами;
Возможность ручного оперативного отключения при отсутствии оперативного питания;
Материал и конструкция полюса препятствуют накоплению пыли на его поверхности;
Не требует регулировок в течение всего срока эксплуатации.

Производитель вакуумного выключателя гарантирует работоспособность выключателя в течение всего срока эксплуатации и соответствие всем техническим параметрам, заявленным в инструкции по эксплуатации и сертификатах соответствия.

Изготовитель вакуумных выключателей оказывает сервисные услуги, консультирование и техническое сопровождение в течение всего периода эксплуатации.

Вакуумный выключатель: полюса и камеры, привод

В вакуумных выключателях внутренней установки используются литые из эпоксидного компаунда полюса. В выключателях наружной установки - цельнолитые полюса в кремнийорганической изоляции. Полюса комплектуются самыми современными вакуумными камерами, которые специально разработаны и оптимальным образом подходят для использования в литых полюсах.

Контакты вакуумных камер выполнены из специальных легированных сплавов. Горение дуги, которая возникает при разведении контактов при отключении нагрузки, поддерживается металлическими парами за счет испарения электродного материала. Электрическая дуга мягко гасится при естественном переходе тока через ноль, поэтому исключается возможность возникновения перенапряжений при коммутации большинства видов нагрузок.

В вакуумных выключателях применяется универсальный электромагнитный привод. Для удержания выключателя во включенном или отключенном положениях используется энергия мощных постоянных магнитов. Фиксация происходит за счет использования принципа «магнитной защелки», а именно, замыкания магнитной цепи включения или отключения якорем, который механически связан с подвижными контактами вакуумных камер.

Для управления приводом используется электронный блок управления, которым оснащен вакуумный высоковольтный выключатель. Блок управления может быть встроен в корпус выключателя или изготовлен в выносном исполнении. Отключение происходит за счет энергии предварительно заряженных конденсаторов.

В выключателях также применяются пружинные приводы, которые помимо нормированного включения/отключения выключателя обеспечивают возможность ручного включения и отключения.

Основные технические параметры

Параметры	ВР1, ВР2, ВР3	ВР27НС	ВР35НТ	ВРС-110
Номинальное напряжение, кВ	10	27,5	35	110
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	12	30,5	40,5	126
Номинальный ток, А	630-3 150	1 600; 2 000	1 600	2 500; 3 150
Номинальный ток отключения, кА	20-40	25	25	31,5; 40
Ток термической стойкости, кА (3 с)	20-40	25	25	31,5; 40
Ток электродинамической стойкости, кА	52-102	64	64	81; 102
Полное время отключения, мс, не более	57-70	70	80	47
Собственное время включения, мс, не более	90-120	100	80	80
Собственное время отключения, мс, не более	35-55	30-55	60	32
Механический ресурс, циклов ВО	30 000-100 000	30 000	25 000	10 000
Коммутационный ресурс при номинальных токах, циклов ВО	30 000-50 000	30 000	20 000	10 000
Коммутационный ресурс при номинальных токах отключения, циклов ВО	40-100	30	30	25
Масса, кг	65-285	270	640	1 645

У нас вы можете посмотреть полный каталог вакуумных выключателей, а также выбрать продукты, оптимальным образом отвечающие вашим текущим потребностям.

Чтобы узнать какова цена на вакуумные выключатели в Екатеринбурге, Москве, Новосибирске или других городах Вы можете

Отправить заявку

Вакуумные выключатели 6(10) кВ

Вакуумные выключатели серий ВР и ВРС для работы в сетях с номинальным напряжением 10 кВ. Токи короткого замыкания 20; 31,5; 40 кА. Номинальный рабочий ток 630 - 4 000 А.