История высоковольтных выключателей. Часть 1
После создания в 70-х годах XIX века достаточно мощных и экономичных источников электрической энергии в виде электрических генераторов, изобретения трансформаторов с кольцевой и броневой магнитными системами, последовавшего вслед за этим в 1889 г. изобретения русским электротехником М.О. Доливо-Добровольским трехфазной системы переменных токов и трехфазного трансформатора началось создание и внедрение различных аппаратов управления и регулирования: выключателей, переключателей, контакторов, регуляторов напряжения и др.
Известный русский электротехник Владимир Николаевич Чиколев одним из первых в мире изобрел и использовал автоматический выключатель, патент на который так и не был оформлен.
Увеличение мощности и протяженности линий электропередач потребовало создания технических средств их включения и защиты. Первые отключающие аппараты представляли собой сосуды с ртутью, в которые опускались контактные стержни. Ртутные контакты применялись до 90-х гг. ХIХ в. Затем стали применяться контактные аппараты типа рубильников. Михаил Осипович Доливо-Добровольский подобную первую модель автоматического выключателя создал в 1893 году. Аппарат имел пружинные контакты и отключающую пружину. Во включенном состоянии контакты удерживались защелкой, которая открывалась под действием электромагнита при больших токах; такое исполнение автоматических выключателей и максимальных токовых защит сохранилось до настоящего времени.
Несколько позднее, в 1910 г., он применил дугогасящее устройство из изоляционного материала с узкими щелями и металлической решеткой, а затем, в 1914 г., деионную решетку со специальными электромагнитами для втягивания электрической дуги в щель. Тем самым был открыт путь к созданию высоковольтных выключателей, способных быстро разрывать электрическую дугу при отключении в электрических сетях больших токов.
В 1900 году на Парижской Всемирной Выставке «Электрическое Акционерное Общество б. Шуккертъ в Нюрнберге» выставило трехфазный генератор, на котором помещался новый максимальный автоматический выключатель. «Прибор этот комбинирован с ручным выключателем. Механическое их соединение таково, что вторичное включение автоматического
выключателя после того, как он выпал из цепи, возможно только когда причина, произведшая короткое замыкание или другое повреждение действительно устранена. Прибор очень чувствителен. Он функционирует всегда при одном и том же токе. Посредством особого винта прибор может быть поставлен на любое количество ампер до 2000. Неверное обслуживание прибора, напр. включение его, когда короткое замыкание еще не устранено, немыслимо. Это предохраняет машину и провода от порчи» - писал журнал «Электричество» об этом устройстве.
В журнале "Электричество" в №17-18 за 1902 г. по этому поводу было написано: "Постоянно возрастающий спрос на трехфазные сети переменного тока высокого напряжения требует первоклассных приборов, между которыми выдающееся положение занимают выключатели и предохранители... Поэтому представляется благодарной задачей создать такой выключатель-предохранитель, который оказывал бы такое сопротивление напряжению, возникающему в момент размыкания тока высокого напряжения, чтобы это напряжение являлось безвредным, полное прерывание цепи не должно этим быть нисколько задержано". И такие выключатели (хотя и не совсем совершенные по меркам сегодняшнего дня) были созданы уже к концу первого десятилетия XX века, причем созданы на основе четкого представления о процессе горения электрической (иначе, вольтовой) дуги.
Первые образцы таких масляных выключателей были продемонстрированы в 1911 г. на выставке в Турине (Италия) фирмой Vedovelli, Priestley& C-ie из Парижа. Это были трехфазный выключатель на напряжение 25 кВ и однофазный на напряжение 45 кВ мощностью 10 кВА. В этих выключателях дугогасящая система была помещена в заполненный маслом заземленный бак, поэтому они были названы масляными баковыми выключателями. Масло в таких выключателях служило и для гашения дуги, и для электрической изоляции токоведущих частей .
Вот что было написано все в том же журнале "Электричество" в №1 за 1912 г.: "Главное достоинство масляного выключателя заключается в том, что он прерывает цепь тока, не допуская образования большой вольтовой дуги, и требует, в сравнении с выключателями других конструкций, лишь незначительного места... Кроме того, существенно упрощается монтаж выключателя и присоединение его к сети. Особенно выгодно применение масляного выключателя, действующего с помощью реле в установках переменного тока, потому что здесь цепь тока прерывается после нескольких периодов почти как раз в момент прохода кривой тока через нулевую линию. В связи с установкой реле масляные выключатели легко могут исполнять задачи автоматических выключателей, надежное действие и безопасность которых в установках высокого напряжения всеми признаны".
Масляные выключатели были просты в изготовлении, сравнительно недороги, отличались высокой отключающей способностью, были пригодны не только для внутренней, но и для наружной установки. Поэтому неудивительно, что вплоть до 1930 г. они являлись единственным видом отключающего аппарата в сетях высокого напряжения. Несмотря на продолжавшееся в течение нескольких десятилетий существенное усовершенствование конструкции дугогасящих устройств, масляные выключатели имеют существенный недостаток: они взрыво - и пожароопасны.
1925 году завод "Электроаппарат" освоил производство масляных выключателей типов ВМ-5, ВМ-12 и ВМ-101. 1928 году там же был изготовлен первый советский масляный выключатель типа ВМ-125 для напряжения 120 000 В. 1933 году "Электроаппарат" изготовил масляные выключатели типа МКП-274 на 220 кВ с отключающей мощностью 2,5 млн. кВА.
Поэтому в дальнейшем эти выключатели (из-за больших объемов масла в баках выключателей их часто называют также многообъемными) уступили место малообъемным масляным выключателям, т.е. выключателям, в которых объем масла в баке ограничен, причем оно служит, только для гашения дуги. Например, в 1939 году завод "Уралэлектроаппарат" начал выпуск маломасляных выключателей типа ВМГ-32 на 10 кВ.
В 30-40-е годы еще не все подстанции нашей энергосистемы были оборудованы масляными выключателями, то есть не могло быть речи о дистанционном управлении подстанцией. На подстанциях устанавливались выключатели типов ВМ-16 и ВМ-35 с ручными приводами ПРБА. В 1954 году на смену взрывобезопасным однобаковым выключателям пришли выключатели масляные горшковые ВМГ-133, классифицированные как взрывобезопасные. У них каждая фаза была оснащена отдельным бачком (горшком), в котором и происходит замыкание контактов в небольшом объеме масла. В это же время шла массовая замена устаревших ручных пружинных приводов ПРБА приводами типа УГП-51. Они обеспечивали автоматическое повторное включение.
В дальнейшем были также разработаны высоковольтные выключатели с дугогасящей средой другого рода: воздухом, вакуумом (воздушные и вакуумные выключатели начали широко применяться в КРУ, начиная с 70-х годов прошлого века) и, наконец, с элегазом.