История электротехники

Первые отечественные конструкции выключателей со сжатым воздухом типа ВВ-110 на напряжение 110 кВ были разработаны в ВЭИ и выпущены в период 1940–1948 гг. заводом «Электроаппарат».

В дальнейшем воздушные выключатели совершенствовались за счет улучшения аэродинамических качеств сопловых систем подачи воздуха, увеличения числа разрывов дуги, введения металлических камер с постоянно сжатым воздухом, что позволило поднять уровень их рабочего напряжения до 750 кВ при токах до 63 кА.

Воздушные выключатели разрабатывались также и без применения сжатого воздуха на основе использования деионных решеток и электромагнитного воздействия на дугу- Так, например, в 1929 г. Слепяном (фирма «Вестингауз» («Wectingose»)) была разработана дугогасительная система с деионной решеткой для гашения дуги в воздухе при атмосферном давлении. Принцип действия системы был основан на разбиении дуги на ряд коротких дуг посредством решетки из металлических пластин, электрически изолированных одна от другой. Дуга при отключении втягивалась в эту решетку под воздействием внешнего магнитного поля.

В электромагнитных выключателях фирмы «Дженерал электрик» (1940 г.) был применен принцип дугогашения за счет затягивания дуги под воздействием магнитного поля в щелевые лабиринты специальных камер, где происходило ее удлинение и более интенсивное охлаждение [6.51].

Развитие выключателей высокого напряжения в направлении уменьшения их габаритов и повышения удельных коммутирующих показателей связано с использованием вместо воздуха элегаза (шестифтористой серы).

Наиболее мощным стимулом для широкого использования элегаза стало требование о минимизации влияния оборудования высокого напряжения на окружающую среду. Поэтому реально первыми элегазовыми аппаратами энергетического назначения стали выключатели высокого напряжения. Применение элегаза позволило сохранить преимущества воздушного выключателя перед пожароопасным баковым масляным выключателем и в то же время уйти от одного из основных недостатков воздушных выключателей в условиях населенных пунктов — сильного шума при выхлопе отработавшего воздуха. Первый элегазовый выключатель был построен фирмой «Вестингауз» в 1955 г. С этого момента все большее число фирм подключается к разработке и производству элегазовых выключателей, а их номинальные параметры непрерывно повышаются.

Первые работы по применению элегаза в коммутационных аппаратах начались почти одновременно в ВЭИ, Москва (A.M. Бронштейн, B.C. Чемерис) и ЛПИ, Ленинград (A.M. Залесский, А.И. Полтев) с 1962–1963 гг. Хотя исследовательские работы и продолжались, но реального освоения производства элегазовых коммутационных аппаратов за последующие 15 лет так и не произошло. В эксплуатацию были поставлены небольшие партии выключателей нагрузки, отделителей, выключателей для железнодорожных подстанций. Лишь в конце 70-х годов в результате совместных усилий ВЭИ им. В.И. Ленина и ЛенПО «Электроаппарат» (Ю.И. Вишневский) появляются первые сильноточные элегазовые выключатели высокого напряжения.

Первые ячейки комплектно распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) на напряжение 110 кВ были созданы в России в 1975–1977 гг. сначала на Опытном заводе ВЭИ, а затем на ЛенПО «Электроаппарат». К середине 80-х годов в ВЭИ был создан первый в мире макет КРУЭ на напряжение 1150 кВ.

Создание комплектных распределительных устройств потребовало разработки не только коммутационных элегазовых аппаратов, но и других типов элегазового и совместимого с ним оборудования — вводов с элегазовой изоляцией и муфт масло — элегаз, трансформаторов тока и напряжения, ограничителей перенапряжения, токопроводов. До появления потребности в КРУЭ развитие работ по этим видам оборудования происходило весьма медленно: в ВЭИ (М.И. Сысоев, А.Г. Арсон) были созданы элегазовые трансформаторы для метрополитена, там же (И.М. Бортник, А.А. Панов) и в ЭНИН им. Г.М. Кржижановского (В.И. Попков, А.Г. Ляпин) велись работы по созданию первых образцов токопроводов (линий) с газовой изоляцией.

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.