Выключатель нагрузки(ВН) — высоковольтный коммутационный аппарат, занимающий по уровню допускаемых коммутационных токов промежуточное положение между разъединителем (коммутации под нагрузкой запрещены (как исключение допускается включение на холостой ход трансформаторов) и силовым выключателем (масляным,вакуумным, воздушным, электромагнитным, элегазовым) который способен отключать без повреждения как номинальные нагрузочные токи так и сверхтоки при аварийных режимах. Выключатель нагрузки допускает коммутацию номинального тока, но не рассчитан на разрыв токов при к.з. Отключение сверхтоков в таких выключателях осуществляется специальными предохранителями.
ВН используют в распределительных устройствах сравнительно небольшой мощности (на цеховых, городских, сельскохозяйственных подстанциях), где возможно ограничиться защитой от токов короткого замыкания при помощи плавких предохранителей, где выключатели нужны только для включения и отключения цепей при нагрузке.
Дугогасительные устройства ВН рассчитаны только на гашение маломощной дуги, возникающей при отключении тока нагрузки, поэтому их нельзя использовать для отключения цепей при коротких замыканиях.
ВН с учетом высоковольтных предохранителей дешевле и обычно требуют меньше места в РУ.
В качестве дугогасительных устройств в ВН могут быть применены дугогасительные камеры с твердым газогенерирующим материалом(ранее использовались дугогасительные решетки с металлическими или керамическими пластинами).
Различают несколько типов конструкция ВН:
1.1. Автогазовые ВН
В качестве дугогасительных устройств в автогазовых ВН могут быть применены дугогасительные камеры с твердым газогенерирующим материалом(ранее использовались дугогасительные решетки с металлическими или керамическими пластинами).
В камеру входит подвижный дугогасительный серповидный контакт. При размыкании дугогасительного контакта и зажигании в камере дуги, расположенный внутри камеры вкладыш(из полиметилметакрилата,вулканизированной фибры или мочевиноформальдегидной смолы) под тепловым действием дуги химически разлагается и выделяет поток газов, интенсивно гасящий дугу. Образующихся поток газов, выходящий из камеры является продольным к оси дуги (так называемое «продольное дутьё»). Совместно с дугогасительной парой контактов каждый полюс снабжён парой главных контактов и, во включённом положении, ток в основном проходит по главным контактам (которые рассчитаны на прохождение номинального тока в долговременном режиме), шунтируя дугогасительные контакты. Последовательность коммутации контактов в выключателе при включении: первоначально замыкаются дугогасительные контакты (при это происходит гашение дуги при включении), затем после замыкания дугогасительной пары контактов включаются основные, при отключении сначала размыкаются главные, затем (с гашением дуги) — дугогасительные.
Коммутация этих выключателей производится обычно ручным приводом с помощью мускульной силы (включение либо от предварительно натягиваемой пружины привода во время процесса включения либо непосредственное включение от приводного рычага; отключение-от предварительно натягиваемой пружины отключения). В качестве дополнительных элементов выключатель может быть снабжён ножами заземления (с приводом), устройством дистанционного отключения, слаботочными сигнальными контактами (положения выключателя и контроля исправности плавких вставок предохранителей). Пример такого выключателя изображен на рисунке 1.
Рис.1 Автогазовый выключатель нагрузки ВНА-Л-10/630-II-20зУХЛ3
1.2. Вакуумные ВН.
Принцип работы выключателя основан на гашении электрической дуги, возникающей между контактами в вакууме, обладающей высокой электрической прочностью. Операция включения и отключения осуществляется за счет энергии пружин. Так как коммутационные процессы происходят внутри вакуумных камер, выключатель не образует выбросов продуктов горения дуги как при отключении так и при включении, что исключает возникновение открытой дуги и эрозию контактов.
Достоинства
· простота конструкции;
· простота ремонта — при выходе из строя камеры она заменяется как единый блок;
· возможность работы выключателя в любом положении в пространстве;
· надежность;
· высокая коммутационная износостойкость;
· малые размеры;
· пожаро- и взрывобезопасность;
· отсутствие шума при операциях;
· отсутствие загрязнения окружающей среды;
· удобство эксплуатации;
· малые эксплуатационные расходы.
Недостатки
· сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения;
· возможность коммутационных перенапряжений при отключении малых индуктивных токов
· небольшой ресурс дугогасительного устройства по отключению токов короткого замыкания.
Приме вакуумного ВН приведен на рисунке 2.
Рис.2 Вакуумный выключатель нагрузки ВНВР-10/630-20
1.3. Элегазовые ВН
Элегазовый выключатель нагрузки состоит из герметичного корпуса, внутри которого расположена контактная система главной токоведущей цепи и привода. Корпус выключателя нагрузки изготовлен из полимерного изоляционного материала и заполнен элегазом при небольшом избыточном давлении (0,5 кгс/см2). Внешние шинные присоединения осуществляются через верхние и нижние выводы неподвижных контактов. На левой стороне корпуса имеются выводы для присоединения шины заземления главной цепи.
Подвижные контакты трех полюсов жестко установлены на одном общем вале и могут последовательно занимать одно из трех положений: «включено», «отключено» и «заземлено», что обеспечивает выполнение функций выключателя нагрузки (разъединителя) и заземляющего разъединителя одним коммутационным аппаратом. В выключателях нагрузки для гашения электрической дуги используются высокие диэлектрические и дугогасящие свойства элегаза. Применение дугостойких материалов для изготовления контактов вместе с простой и надежной системой гашения дуги обеспечивают высокий коммутационный ресурс, уменьшают износ и эрозию контактов.
Пример элегазового ВН приведен на рисунке 3.
Рис.3 Элегазовый выключатель нагрузки SL12.
1.4. Воздушные ВН.
В воздушных выключателях нагрузки для гашения дуги используется продольное одностороннее дутье автокомпресионнго типа. При размыкании контактов из сопла в дугогасительную камеру подается воздушный поток возникающий в следствии сжатия воздуха подвижным контактом перемещающимся по цилиндру. Под воздействием воздушного потока происходит деионизация и гашение дуги при переходе тока через ноль. Дуга находится внутри изолятора который не дает ей перекинуться на соседние фазы и элементы конструкции, а также ограничивается объем в котором происходит гашение дуги.
Пример воздушного выключателя нагрузки приведен на рисунке 4.
Рис.4 Воздушный выключатель нагрузки Isarc
1.5. Электромагнитные ВН
Выключатели электромагнитные обладают теми достоинствами, что для своей работы не требуют ни масла, ни сжатого воздуха, ни тем более элегаза, они допускают большое число включений. Однако отключающая способность их ограничена по напряжению. Гашение в электромагнитных выключателях основано на воздействии на ствол дуги и достижении падения напряжения на стволе дуги, большего приложенного. Они находят применение как выключатели для КРУ на напряжение 6—20 кВ, токи до 3200 А при частых коммутациях (выключатели нагрузки — выключатели в цепях мощных двигателей и других нагрузок).
Гашение дуги здесь осуществляется при помощи магнитного дутья в камерах с продольными (прямыми, извилистыми и т.п.) щелями. Катушки магнитного дутья и токопроводы к ним обычно при замкнутых контактах не обтекаются током. При отключении возникающая дуга перебрасывается на эти детали и включает их последовательно в цепь тока. Возбуждается поле гашения дуги. Дуга гаснет, ток в цепи обрывается. Таким образом, эти детали находятся под током только на время гашения — примерно 0.02 с.
В системах с электромагнитным дутьем затруднено гашение малых токов ввиду соответственно малых электродинамических сил, подчас недостаточных для растяжения дуги и переброса ее на рога. Поэтому многие конструкции снабжаются небольшим автопневматическим устройством, связанным с подвижной системой и действующим на начальном этапе расхождения контактов.
Все три полюса выключателя монтируются на стальной сварной раме, имеющей катки. В нижней части рамы расположен привод. Как правило, привод электромагнитный, но может быть и другой. На опорных фарфоровых изоляторах, закрепленных на вертикальной стойке рамы, укреплены контактная и дугогасительная системы. Подвижные контакты трех полюсов связаны изоляционными тягами с общим валом выключателя. Дугогасительная камера и контакты каждого полюса закрыты изоляционным кожухом, отделяющим полюсы выключателя друг от друга и от стенок распределительного устройства.