Элегазовые выключатели: ориентиры выбора и правила подключения

Элегазовые выключатели

Для гашения эклектической дуги при размыкании высоковольтных контактов в современных системах энергоснабжения существует несколько способов.

И это неспроста, ведь эффективное электроснабжение объектов всегда связанно с необходимостью использования защитных коммутаторов.

А что значит коммутация? Это разрыв электрической цепи, приводящий к возникновению разряда в месте соединения рабочих контактов.

Обратите внимание

Зачастую для купирования электрической дуги используют устройство, рабочие камеры которого заполнены специальным газом. Называют его – «элегазовый выключатель». Об особенностях его конструкции и основных принципах работы мы сегодня и поговорим.

Элегазовыми выключателями принято называть коммутационные устройства, входящие в состав высоковольтных линий электропередачи, призванные обеспечивать их защиту и контролировать рабочие параметры сети.

Основной рабочей средой такого устройства, обеспечивающей своевременное гашение электрической дуги, является электрический газ – инертное соединение, характеризуемое высокой электрической прочностью.

Представленные устройства делятся на две разновидности:

1. Колонковые коммутаторы – однофазные выключатели, используемые в сетях с высокими напряжениями (до 220 кВ). Их конструкция оснащается двумя рабочими камерами, наполненными электрическим газом (элегазом). Колонковые коммутаторы бывают ручными, а бывают дистанционными.
2. Баковые коммутаторы – выключатели, имеющие дополнительный многофазный привод. В сравнении с колонковым оборудованием баковый коммутатор имеет более компактные размеры, одновременно обладая возможностью осуществления плавного включения и отключения.

В процессе работы элегазовый выключатель позволяет использовать несколько методов купирования электрической дуги:

• метод воздушного (автокомпрессионного) гашения;
• метод вращающего гашения;
• метод продольного дутья;

Принцип действия устройства

Возможность разрыва высоковольтной цепи внутри элегазового выключателя достигается благодаря взаимной изоляции фаз внутри газовой среды. В момент, когда на устройство подается сигнал об отключении электрооборудования, в рабочей камере выключателя происходит размыкание контактов.

В процессе размыкания, за счет большой разности потенциалов на концах проводников, в рабочей камере устройства возникает электрическая дуга. При этом электрический газ, находящийся в рабочей камере выключателя под большим давлением, разрушает дуговой стержень и приводит к гашению электрической дуги.

Тем самым, он защищает рабочие контакты камеры от сгорания в процессе коммутации.

Преимущества и недостатки элегазовых коммутаторов

Как и любая другая высокотехнологичная конструкция, используемая в сфере современного электроснабжения, элегазовый выключатель обладает своими преимуществами и недостатками.  Если рассматривать достоинства устройства, то в этом плане обращают на себя внимание его следующие характеристики:

• универсальность – представленное оборудование можно использовать в высоковольтных сетях с различными уровнями напряжения;
• быстродействие – элегаз способен мгновенно отреагировать на появление электрической дуги в рабочей камере, что позволяет оперативно отключить подконтрольное оборудование;
• представленные устройства демонстрируют высокую эксплуатационную надежность в условиях вибраций и высокой пожароопасности;
• долговечность – достигается благодаря отсутствию необходимости в замене рабочего газа и рабочих контактов;
• элегазовые выключатели позволяют осуществлять электроснабжение с использованием сетей высокого напряжения (их вакуумные аналоги в таких сетях не работают).

В заключение немного информации о недостатках представленного оборудования. К недостаткам элегазовых коммутаторов можно отнести их сравнительно высокую стоимость, отсутствие возможности производить эксплуатацию оборудования при низких температурах окружающего воздуха и определенные сложности в процессе их установки.

Принцип действия элегазовые выключатели

Главная » Выключатель » Принцип действия элегазовые выключатели

Для того чтобы погасить электрическую дугу очень часто используют множество различных газовых смесей. По такому принципу работает оборудование, заполненное элегазом, которое применяют для работ в аварийной ситуации. В этой статье мы рассмотрим устройство, принцип работы и назначение элегазовых выключателей.

Из чего состоит оборудование и какие бывают конструкции?

Элегазовый высоковольтный выключатель – это устройство, назначение которого управлять и осуществлять контроль над высоковольтной линией энергоснабжения.

Конструкция такого оборудования напоминает механизм масляного устройства, только для гашения применяется соединение газов вместо масляной смеси. Как правило, используется сера.

В отличие от масляного прибора, элегазовый не требует особого ухода. Его главным достоинством считается долговечность.

Элегазовые выключатели делятся на:

1. Колонковый. Применение такого строения оптимальное только для сети 220 кВ. Это отключающее устройство работает на одну фазу. В конструкцию входит две системы, которые размещаются в емкости с элегазом. Это контактная и дугогасительная система. Также они могут быть как ручными, так и дистанционными. Это считается основной причиной их больших размеров.
2. Баковый. По габаритам меньше, чем колонковые. В конструкции имеется дополнительный привод, который имеет несколько фаз. Благодаря этому можно плавно и мягко регулировать включение и выключение напряжения. А из-за того, что в систему встроен трансформатор тока, механизм способен переносить большие нагрузки.

По методу гашения электрической дуги элегазовые силовые выключатели делятся на:

• воздушный, его еще называют автокомпрессионный;
• вращающий;
• продольного дутья.

Принцип действия и область применения

За счет чего работает элегазовый выключатель большого напряжения? За счет изолированности фаз между собой посредством элегаза. Принцип работы механизма следующий: при поступлении сигнала об отключении электрического оборудования, контакты каждой камеры размыкаются. Встроенные контакты создают электрическую дугу, которая размещается в газовой среде.

Эта среда разделяет газ на отдельные частицы и компоненты, а из-за высокого давления в резервуаре, сама среда снижается. Возможное применение дополнительных компрессоров, если система работает на низком давлении. Тогда компрессоры усиливают давление и образовывают газовое дутье. Также используется шунтирование, применение которого необходимо для выравнивания тока.

Обозначение на схеме ниже указывает расположения каждого элемента в механизме выключателя:

Что касается моделей бакового вида, так в них контроль осуществляется с помощью приводов и трансформаторов. Для чего нужен привод? Его механизм является регулятором и его назначение заключается в том, чтобы включать или выключать электроэнергию и, если необходимо, удерживать дугу на установленном уровне.

Приводы делятся на пружинные и пружинно-гидравлические. Пружинные обладают большой степенью надежности и имеют простой принцип работы: вся работа делается благодаря механическим деталям. Пружина способна под действием специального рычага сжимать и разжиматься, а также фиксироваться на установленном уровне.

Пружинно-гидравлические приводы выключателей дополнительно имеют в конструкции гидравлическую систему управления. Такой привод считается более эффективным и надежным, ведь пружинное устройство может само изменить уровень фиксатора.

Достоинства и недостатки оборудования

Как и в любых конструкциях и механизмах в элегазовых выключателях существуют свои преимущества и недостатки. К достоинствам устройства относят:

1. Многофункциональность. Назначение и применение такого механизма возможно для любого напряжения в сети.
2. Скорость действия. Элегаз реагирует на присутствие электрической дуги за считанные секунды. Благодаря этому в случае аварийной ситуации есть возможность быстро отключить подконтрольную систему.
3. Возможное использование при вибрациях и в условиях пожарной опасности.
4. Долголетие. Нет необходимости заменять газовые смеси. Контакты, что соприкасаются со смесями, почти не подлежат изнашиванию, а внешний корпус обладает большими показателями защиты.
5. Могут применяться на сетях высокого напряжения. Их аналоги, такие как вакуумные приборы, этого делать не способны.

Но у этих выключателей есть и свои недостатки. Например:

1. Так как производство приборов очень сложное и элегазовые смеси стоят дорого, то и цена самой конструкции высокая.
2. Не работают прибор при низкой температуре.
3. При требуемом обслуживании следует применять определенное оборудование.
4. Прибор следует устанавливать на специальную платформу или фундамент, а для этого следует обладать опытом и специальными инструкциями.

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, в котором подробно рассказывается о том, как работает оборудование, заполненное элегазом, и для чего оно применяется:

Вот мы и рассмотрели устройство, назначение и принцип действия элегазовых выключателей. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Наверняка вы не знаете:

samelectrik.ru

Элегазовые выключатели 110 кв, 220 кв

Для гашения электрической дуги часто используются различные газовые смеси. Элегазовые выключатели 110 кВ и 220 кВ работают именно по такому принципу и могут использоваться для работы в аварийных ситуациях.

Конструкция и виды

Элегазовые высоковольтные выключатели – это устройства оперативного управления для контроля высоковольтной линии энергоснабжения. Данные устройства имеют очень похожую конструкцию с масляными, но при этом, используют для гашения дуги не масляную смесь, а соединение газов.

Зачастую это сера. Масляные выключатели требуют за собой особого ухода: по нормам необходимы периодическая замену масла и очистка рабочих контактов. Элегазовые в этом не нуждаются.

Главное достоинство элегаза в его долговечности: он не стареет и минимально загрязняет механические части устройства.

Фото – высоковольтное оборудование

Они бывают:

1. Колонковые (HPL 245B1, MF 24 Schneider Electric);
2. Баковые (ABB 242PMR, DT2-550 F3 – производитель Areva).

Колонковый элегазовый выключатель представляет стандартное отключающее устройство, работающее только на одну фазу (например, LF 10 от Шнайдер Электрик). Он используется для сети 220 кВ.

Конструктивно состоят из двух систем: контактной и дугогасительной. Обе они располагаются в емкости, наполненной элегазом. Могут быть как ручными (контроль производится исключительно механически) или дистанционными.

Из-за такого разделения они имеют довольно большие габаритные размеры.

Фото – чертеж конструкции

Баковые имеют меньшие габариты, их дополняет привод ППРМ 2 для элегазового выключателя. Привод распределяется на несколько фаз, что позволяет обеспечить мягкое регулирование напряжения (включение и выключение). Также их достоинство в том, что они могут переносить большие нагрузки благодаря встроенному в систему трансформатору тока.

Помимо конструктивных особенностей, выключатели элегазового типа классифицируются по принципу гашения дуги:

1. Автокомпрессионные или воздушные;
2. Вращающие;
3. Продольного дутья;
4. Продольного дутья с дополнительным разогревом элегаза.

Принцип работы и назначение

Элегазовые выключатели высокого напряжения работают за счет изоляции фаз друг от друга посредством элегаза. Когда срабатывает сигнал о том, что нужно отключить электрооборудование, контакты отдельных камер (если устройство колонковое) размыкаются. Таким образом, встроенные контакты образуют дугу, которая помещена в газовую среду.

Она разлагает газ на отдельные компоненты, но при этом и сама снижается из-за высокого давления в емкости. Если система установлена на низком давлении, то используются дополнительные компрессоры для нагнетания давления и создания газового дутья. Для выравнивания тока дополнительно используется шунтирование.

Визуально схема работы выглядит так:

Фото – схема работы

Отдельно нужно сказать про модели бакового типа. Их контроль выполняется приводами и трансформаторами. Приводной механизм для этой установки является регулятором: он необходим для включения, выключения электрической энергии и удержания дуги (при надобности) на определенном уровне. Приводы бывают:

1. Пружинные;
2. Пружинно-гидравлические.

Пружинный имеет очень простой принцип действия и высокий уровень надежности. В нем вся работа выполняется только за счет механических деталей. Пружина зажимается и фиксируется на определенном уровне, а при изменении положения контрольного рычага она разжимается. На основании его принципа работы часто готовится научная презентация действия шестифтористой серы в электрической среде.

Фото – ВГУ-35

Современные пружинно-гидравлические приводы помимо пружины дополнительно оснащены гидравлической системой управления. Они считаются более эффективными, т. к. пружинные механизмы могут сами поменять положение фиксатора.

Достоинства элегазовых выключателей:

1. Универсальность. Данные выключатели используются для контроля сетей с любым напряжением;
2. Быстрота действия. Реакции элегаза на наличие электрической дуги происходят за доли секунды, это позволяет обеспечить быстрое аварийное отключение подконтрольной системы;
3. Подходят для эксплуатации в условиях пожароопасности и вибрации;
4. Долговечность. Контакты, соприкасающиеся с элегазом, практически не изнашивают, газовые смеси не нуждаются в замене, а у наружной оболочки высокие показатели защиты;
5. Подходят для отключения переменного и постоянного тока высокого напряжения, в то время, как их аналоги – вакуумные модели не могут использоваться на высоковольтных сетях.

Но, такие приборы имеют определенные недостатки:

1. Высокая цена, обусловленная сложностью производства и дороговизной элегазовой смеси;
2. Монтаж осуществляется только на фундамент или специальный электрощит, причем, для этого нужна специальная инструкция и опыт;
3. Выключатели не работают при низких температурах;
4. При необходимом обслуживании должно использоваться специальное оборудование.

Фото – промышленный элегазовый выключатель нагрузки

Видео: особенности элегазовых выключателей

Технические характеристики

Рассмотрим технические характеристики выключателей разных производителей и типов работы.

МЕК SF6 элегазовый пружинный выключатель HD4 (завод завод ABB – АВВ):

Элегазовый выключатель LTB 145D1/B производства АББ:

ВГБУ-220:

ВГБЭП-35 (ВГБ-35, ВГБЭ):

ВГТ-35 (ВМТ-35):

ВЭБ-220:

Колонковый ВГТ-110:

ВГУ-110 (газовый силовой):

Колонковый выключатель GL314 Alstom:

Генераторные силовые отключающие устройства с пружинным приводом – FKG 2:

Элегазовый компрессионный выключатель фирмы Siemens (Сименс)3AP1FG-245 (для установки нужны фундаменты):

Купить подходящие элегазовые выключатели можно в любом электротехническом магазине. Их стоимость зависит от типа устройства и его производителя. Прайс-лист в Самаре, Москве, Екатеринбурге и других городах варьируется от 100 долларов до нескольких тысяч.

Элегазовый выключатель: устройство, принцип действия, виды

       Здравствуйте! Элегазовые выключатели выгодно отличаются от масляных аналогов благодаря особым качествам электротехнического газа, посредством которого гасится дуга, возникающая при переключении высоких напряжений.

Газ не загрязняется, как масло и не нуждается в периодической замене. Он не оказывает отрицательного воздействия на детали, с которыми взаимодействует.

Устройства, работающие с применением элегаза, характеризуются своей простотой, долговечностью и экономичностью.

Назначение, устройство
и эксплуатационные показатели аппарата

     Элегазовый выключатель (ЭВ) – это коммутационный узел, предназначенный для осуществления переключений в высоковольтных электроустановках с целью перераспределения токов и напряжений в линиях электропередач.

     Дугогасящим элементом (элегазом) в аппаратах выступает шестифтористая сера (SF6), которая обладает следующими показателями:

• Высокая электрическая прочность;

• Химическая нейтральность;

• Повышенные теплопередающие свойства;

• Хорошие изоляционные характеристики.

     Все эти качества придают составу отличные дугогасящие способности. Конструкция ЭВ является трехполюсной. Каждый из полюсов – это герметичная емкость с элегазом под давлением 0,6 МПа и дугогасящим механизмом.

Конструктивные различия устройств

     Различают три вида высоковольтных выключателей с использованием электротехнического газа:

     Колонковые – имеют вид вертикальных наборов изоляторов (два или более), представляющих колонны – полюсы.

В верхнем элементе располагается дугогасящее устройство, а нижний является опорным и служит диэлектрической прослойкой между аппаратом и металлической рамой. Рама может быть индивидуальной для каждого полюса, а может быть общей для всех трех.

Важно

Внутри нижнего элемента находится рычаг (изоляционная тяга), передающий движение от приводной системы на подвижный контакт выключателя.

     Баковые – изготовлены в виде металлической емкости цилиндрической формы, сверху которой размещаются два изолятора, являющиеся вводами высокого напряжения. Устройство для погашения электрической дуги помещено в металлическую емкость, заполненную элегазом.

      Комбинированные – совмещают две предыдущие модели, то есть металлический бак с двумя рядами фарфоровых изоляторов. Один из них содержит дугогасящее устройство. Во втором изоляторном ряду находится встроенный токовый трансформатор.

      Электрические дуговые разряды приводят к возникновению в элегазе вредных для человеческого организма примесей. Их образование может увеличиваться из-за присутствия частиц кислорода или водяных паров. Этот факт способен понизить электроизоляционные параметры аппарата, поэтому в верхней части первого изоляторного ряда, помещается фильтр для вбирания влаги и продуктов газового распада.

Классификация по способу гашения электрической дуги

      Дугогасящие устройства различаются по способу воздействия на электрическую дугу с целью ее охлаждения:

• Автопневматический (компрессионный) обдув происходит при переходе газа в момент разрыва контакта из емкости с давлением 1,5 — 2 МПа в емкость с более низким давлением. За счет обдува дуга охлаждается и гаснет.

• Магнитное (вращающее) воздействие возникает при разрыве контактов, оснащенных постоянными магнитами или последовательно подключенной катушкой. Магнитное (электромагнитное) поле, возникающее между ними, создает завихрение электрической дуги, ее охлаждение и постепенное гашение.

• Продольное дутье провоцируется при перемещении подвижного контакта оснащенного перегородкой в сторону поршня. Элегаз под действием давления, возникающего между поршнем и перегородкой, выдувается через предусмотренные отверстия и формируется в газовую струю специальным соплом.

     Особенностью шестифтористой серы является ее способность сжижаться при довольно высоких температурах, что делает затруднительным использования выключателей в холодный период. Для решения этой проблемы применяется нагреватель, работающий на схеме автоматики, который обеспечивает постоянную температуру SF6.

     Таким образом, некоторые модели ЭВ способны работать при температурах от -35°С до +45°С и на высоте более 1000 м над уровнем моря.

Виды приводов элегазовых выключателей

     Разрыв электрических контактов в герметичной камере ЭВ, заполненной элегазом, происходит за счет перемещения подвижной части дугогасящего устройства через изоляционную тягу, приводимую в действие специальным приводом. Привод представляет собой сложный силовой механизм, посредством которого приводится в действие контактная группа.

     Различают три основных вида приводных устройств:

1. Пневматический

2. Гидравлический

3. Пружинный.

     Устройства приводов для элегазовых выключателей подвергаются серьезным силовым нагрузкам, особенно в конструкциях для сверхмощных напряжений, в которых вес подвижной части превышает 100 кг, а движение контакта происходит до 25см, со скоростью 8 м/с, при нагрузке 80 кН.

     Качественной работе привода уделяется особое внимание, так как большинство аварий, произошедших с ЭВ, связаны именно с механической частью устройств.

Принцип действия приводных механизмов

     Пневматический привод работает за счет давления сжатого воздуха, перемещающегося из одной камеры в другую, приводя в движение поршни, которые в конечном итоге оказывают давление на изоляционную тягу. Изначальный командный импульс передается на электромагниты (включения или отключения), которые втягивая сердечники, открывают доступ сжатого воздуха к поршневым камерам.

     Гидравлический привод работает за счет давления жидкости, создаваемого насосной станцией небольшой мощности. Управление происходит посредством гидравлического сигнала (увеличение давления).

Таким образом, приводится в действие ряд клапанов, которые передают движение на изоляционную тягу, а она в свою очередь приводит в действие подвижной контакт элегазового выключателя.

Обратный ход механизма осуществляется путем снижения давления жидкости.

     Пружинный привод имеет самую простую схему работы, которая основана на свойствах пружины. Действие такого устройства основано чисто на механических узлах.

Мощная пружина фиксируется при определенных параметрах сжатия. С помощью контрольной рукояти фиксация устраняется и пружина, разжимаясь, приводит в движение тягу.

Некоторые механизмы дополняются гидравлическими системами для более надежной фиксации.

Требования, предъявляемые к изоляционной тяге

      Важную роль в работе элегазового выключателя играет изоляционная тяга, передающая усилие от приводного механизма к подвижной части дугогасящего устройства. Поэтому она должна соответствовать определенным требованиям:

• устойчивость к значительным механическим нагрузкам;

• легкость;

• прочность к воздействию напряженности электрического поля;

• сопротивляемость продуктам распада SF6.

     Главные критерии работы приводных систем ЭВ – надежность в процессе эксплуатации.

Преимущества применения элегазовых выключателей

     По сравнению с масляными и вакуумными аналогами, элегазовые выключатели имеют ряд достоинств:

• Компактные габариты

• Пожарная безопасность

• Хороший энергоресурс – запас прочности на большое количество циклов отключений и включений

• Длительность эксплуатации

• Возможность использования для коммутации сетей с любым напряжением, в том числе высоким, а также возможность быстрого аварийного отключения

• Простота исполнения.

     Повышенная надежность и безопасность эксплуатации элегазовых выключателей, обеспечивает постепенное вытеснение этими моделями масляных аппаратов с перспективой полной их замены в основных высоковольтных сетях.

Элегазовые выключатели

В элегазовых выключателях (рис. 3.20) в качестве дугогасящей среды применяется элегаз – SF6.

Элегаз в 5 раз тяжелее воздуха, очень стойкий, негорючий, электроотрицательный, инертный, с превосходными изолирующими свойствами и прекрасной теплопроводностью..

При атмосферном давлении диэлектрические свойства элегаза в 3 раза выше, чем воздуха, а при давлении 0,2 МПа – такие же, как у изоляционного масла.

Дугогасящие свойства более чем в 10 раз превосходят таковые для воздуха. Продукты разложения элегаза под действием дуги нестойкие, и его изоляционные свойства восстанавливаются.

Если элегаз не подвергается длительному воздействию короны, старение газа не происходит

Совет

При низких температурах элегаз может сжижаться в зависимости от его давления и плотности (например при давлении 1,5 МПа и температуре + 6 °С). Для обеспечения нормальной работы выключателей при температуре – 30 °С и ниже необходимо подогревать помещение, в котором КРУЭ будет устанавливаться. При наружной установке КРУЭ следует проверять возможность возникновения указанных низких температур.

Рис. 3.20. Внешний вид элегазового выключателя на

500 кВ. (Siemens)

В нормальном положении контакты выключателя замкнуты и ток проходит от верхнего токопровода к нижнему через главные контакты и компрессионный цилиндр (рис. 3.21).

При операции отключения подвижные части главного и дугогасящего контактов, а также компрессионный цилиндр и сопло сдвигаются в разомкнутое положение.

Важно учитывать, что подвижные контакты, сопло и компрессионный цилиндр составляют один подвижный узел.

Другими словами, процесс компрессорного дугогашения, применяемый в выключателях (серии HPL) компании АББ, имеет конструкцию с одноходовым движением для размыкания контактов.

Когда подвижный узел двигается в направлении разомкнутого положения контактов, клапан заполнения закрывается и элегаз начинает сжиматься между подвижным компрессионным цилиндром и неподвижным поршнем.

Первыми разделяются главные контакты.

Благодаря тому, что размыкание главных контактов происходит за время, достаточное до начала размыкания дугогасящих контактов, любая дуга будет зажигаться только между дугогасящими контактами в объеме, ограниченном геометрией сопла.

Когда начинают размыкаться дугогасящие контакты, между подвижным и неподвижным дугогаcящими контактами зажигается дуга.

Обратите внимание

Во время горения дуги тело плазмы в некоторой степени блокирует движение элегаза через сопло, в результате чего в компрессорном объеме продолжает увеличиваться давление газа до того момента, когда токовая кривая проходит через нулевое значение и дуга становится сравнительно слабой.

В этот момент поток сжатого под большим давлением элегаза вырывается из компрессионного объема через сопло и гасит дугу.

В разомкнутом положении расстояние между неподвижным и подвижным контактами выбрано достаточным для того, чтобы выдерживать нормированные уровни диэлектрической прочности промежутка.

При операции включения клапан наполнения открывается и элегаз может свободно проходить в компрессионный объем.

Следует отметить, что давление элегаза, необходимое для гашения дуги, поднимается чисто механическим способом.

Таким образом, выключатели с компрессионным методом гашения нуждаются в достаточно мощном приводе, чтобы преодолеть создаваемое газом давление в сжимаемом объеме, которое необходимо для отключения номинальных токов КЗ, но при этом обеспечить определенную скорость движения контактов, чтобы в образующемся межконтактном изоляционном промежутке выдерживать без повторных пробоев восстанавливающееся на контактах напряжение.

В разомкнутом положении между неподвижным и подвижным контактами существует достаточный изоляционный промежуток, способный обеспечить номинальные уровни диэлектрической прочности.

Элегазовые выключатели обладают следующими достоинствами:

· высокая электрическая прочность и дугогасящая способность элегаза позволяют создать дугогасительное устройство на ток отключения 40 кА при напряжении 220 кВ на один разрыв при высокой скорости восстановления напряжения сети;

· элегаз позволяет повысить нагрузку токоведущих частей и уменьшить их массу за счет своих охлаждающих свойств;

· выключатели удобно использовать в элегазовых КРУЭ, в которых элегаз используется для изоляции;

· по сравнению с воздушными выключателями имеют меньший размер, массу;

· не требуют сжатого воздуха для гашения дуги;

· гашение дуги происходит в замкнутом объеме без выхлопа в атмосферу.

Недостатками элегазовых выключателей являются:

высокие требования к качеству заполняющего элегаза; работоспособность выключателя зависит от температуры окружающей среды и при понижении температуры ниже определенного значения выключатель может отказать в гашении; при давлении 0,35 МПа и плотности элегаза 28 кг/м3 предельная рабочая температура минус 40 °С, что затрудняет применение элегазовых выключателей при более низких температурах окружающего воздуха.

Важно

Расположение выключателей в ЗРУ улучшает условия работы выключателей и расширяет область их применения.

В настоящее время за рубежом и в России созданы и применяются комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией (КРУЭ) на напряжения 110-1150 кВ.

В таких РУ все электрические аппараты – выключатели, разъединители, заземлители, а также разрядники, токопроводы и измерительные трансформаторы – заключены в алюминиевую оболочку, заполненную инертным газом – элегазом (шестифтористой серой SF6).

Эти РУ комплектуются из стандартных элементов схемы электрических соединений с аппаратурой управления, контроля, сигнализации, измерений и блокировки, что позволяет собрать любую схему КРУЭ. Изоляция – элегаз и литые из смол изоляторы, служащие для фиксации токоведущих частей в герметичном корпусе.

Герметичность алюминиевой заземленной оболочки и работа по замкнутому циклу обеспечивает безопасность и отсутствие выбросов горячих газов и пламени в атмосферу, а также заметного шума при отключениях.

Приводы выключателей.

Надежная работа и безопасное обслуживание выключателей высокого напряжения невозможны без надежного привода, обеспечи­вающего безотказное выполнение операций включения и отключения выключателей и разъединителей вручную и автоматически. Монтаж привода должен быть по возможности простым и не требовать спе­циальных знаний, он не должен требовать и точных работ по уста­новке и регулировке привода.

При выборе типа привода прежде всего необходимо определить, для автоматических или неавтоматических операций он предназна­чается. Неавтоматические выключатели с более простыми приводами требуются в относительно редких случаях, например для размыка­ния шлейфов в сетях высокого напряжения. Как правило, выключа­тели работают автоматически.

Многие конструкции выключателей требуют наличия в их при­водах механизма свободного расцепления, который служит двоякой цели: обеспечивает быстрое отключение и при включении на неустра-ненное к. з. автоматически отключает выключатель, несмотря на то, что орган управления находится в положении «Включено».

В настоящее время существуют следующие типы приводов: руч­ные — с предварительным запасанием энергии включения и без него; электрические — также с запасанием энергии включения и без него; пневматические — работающие на сжатом воздухе; гидравлические — работающие на масле под давлением.

Совет

Электрические приводы подразделяются на электромагнитные (соленоидные) и моторные. В некоторых случаях моторные приводы снабжаются аккумулятором энергии, в этом случае их называют инерционными приводами.

Выключатели с автоматическими приводами допускают дистан­ционное управление, а выключатели с ручным приводом могут управляться дистанционно только после ручного завода пружины на месте установки выключателя.

К различным типам приводов предъявляются следующие требо­вания: а) пневматические и гидравлические приводы должны рабо­тать надежно при отклонениях давления рабочей среды перед управ­ляющим клапаном в пределах от +10 до —10%; б) двигательные приводы прямого действия должны надежно работать при отклоне­ниях напряжения на зажимах двигателя в пределах от +10 до —20%; в) инерционные двигательные приводы должны надежно запасать энергию в накопителе энергии (маховике) при отклоне­ниях напряжения на зажимах двигателя в пределах от +10 до —20%; г) электромагнитные (соленоидные) приводы прямого дейст­вия должны надежно работать при отклонениях напряжения на их зажимах в пределах от +10 до —20%.

У всех приводов при недопустимом понижении или даже полном исчезновении давления или напряжения подвижные элементы не должны оставаться в промежуточном положении.

Ручной привод прямого действия допускается устанавливать для выключателей с отключаемой мощностью не более 200 MB • А и мак­симальным включаемым током не более 10 кА.

Ручной привод применяется для выключателей нагрузки, разъединителей и заземляющих разъединителей всех напряжений, для выключателей, однако, только для напряжений до 35 кВ. Для выключателей с номинальным напряжением 35 кВ ручные приводы по большей части служат в качестве аварийного резерва к основному автоматическому приводу.

Приведение в действие ручного привода осуществляется рычагом или маховиком.

В ручном маховичном приводе типа ПМ-10 соеди­нение привода с валом выключателя производится при помощи ры­чага, шарнирно соединенного с пальцем на валу выключателя.

Вклю­чение таким приводом производится поворотом маховика вручную, отключение — либо вручную, либо автоматически от реле мини­мального напряжения. Привод имеет механизм свободного расцеп­ления.

Обратите внимание

Рычажные приводы типа ПРБА и ПРА включают выключатели при повороте рычага, соединенного с валом выключателя, отключе­ние может производиться либо вручную, либо автоматически. В обоих типах приводов имеются механизмы свободного расцепления, позволяющие отключать выключатель в любом его положении как вручную, так и автоматически при помощи встроенных в привод отключающих элементов.

Ручные приводы имеют простую и надежную конструкцию, удобны в эксплуатации, но имеют ограниченное применение. Глав­ным и существенным их недостатком является невозможность вклю­чения при их помощи выключателей дистанционно и автоматически.

Электрические приводы подразделяются на электромагнитные (соленоидные) и двигательные.

В электромагнитных приводах применяют электромагниты с перемещением сердечника вверх или вниз, а также с поворотными сердечниками. В СССР нашли широкое применение приводы с дви­жением сердечника вверх.

Для приведения в действие электрических приводов требуется достаточно мощный источник постоянного тока (до 50 кВт), например аккумуляторная батарея, так как электро­магниты переменного тока требуют слишком большой реактивной мощности.

Электромагниты с линейным перемещением сердечника имеют то преимущество, что в конце хода сердечника тяговая сила электромагнита увеличивается и это способствует более сильному прижатию контактов выключателя друг к другу.

Электромагниты с поворотным сердечником допускают непосред­ственное соединение последнего с валом выключателя.

Для двигательного привода можно использовать как постоян­ный, так и переменный ток. Потребление мощности двигательными приводами примерно наполовину меньше, чем электромагнитными. Включение производится через червячную передачу, усиливающую момент привода.

В двигательных приводах, применяемых для выключателей, часть энергии запасается в маховике, так как в конце про­цесса включения требуется развивать большие моменты, чем в нача­ле. При исчезновении напряжения в процессе включения не должно возникать нежелательных последствий.

Отключение выключателя производится пружиной, которая заводится при включении.

Двигательные приводы прямого действия в настоящее время не выпускаются и не применяются, однако на некоторых старых установках их еще можно встретить.

Важно

Инерционные двигательные приводы в СССР также не изготов­ляются, так как их конструкция сложна, они дороги и в надежности уступают электромагнитным приводам.

Пневматические приводы работают на сжатом воздухе и состоят из преобразователя энергии сжатого воздуха в механическую и из системы рычагов, передающих включающее усилие приемному рычагу выключателя.

Их преимуществами по сравнению с электри­ческими приводами являются: простота конструкции, малые габа­риты, высокая скорость включения, мягкое (безударное) включение, легкость накопления энергии в простых воздушных резервуарах.

Поэтому в последнее время пневматический привод распростра­няется также в электроустановках, в которых нет воздушных выклю­чателей. Для получения сжатого воздуха устанавливают малые компрессоры на 0,5—1,0 МПа и соответствующие резервуары сжа­того воздуха.

Приводы воздушных выключателей обычно эксплуатируются на том же давлении, что и давление дутья (1,5—2,0 МПа). В этих выключателях в зависимости от их конструкции сжатый воздух может непосредственно приводить в движение подвижный контакт, без промежуточного преобразования энергии сжатого воздуха в ме­ханическую в специальном приводном механизме.

Сжатый воздух может также применяться в приводах других конструкций для предварительного завода включающих или отклю­чающих пружин.

Для современных сверхмощных выключателей 500—750 кВ с отключающей мощностью 20—50 ГВ-А требуются приводы, спо­собные совершать весьма большую работу и производить операции включения и отключения чрезвычайно быстро: собственное время должно быть сведено практически к нулю.

Такими возможностями не обладают пневматические приводы, которые к тому же имеют пониженную надежность в электрическом отношении из-за возмож­ности конденсации влаги на внутренних поверхностях воздухо­проводов.

Совет

Эти недостатки отсутствуют у гидравлических приводов, в которых для передачи силовых импульсов к валу выключателя используется жидкость, преимущественно масло, под давлением.

Благодаря практической несжимаемости жидкости эти импульсы передаются мгновенно, и собственное время такого привода беско­нечно мало. В СССР пока созданы только опытные образцы пневмо-гидравлических приводов, но, несомненно, они имеют большую перспективу применения. За рубежом пневмогидравлические приводы наиболее распространены во Франции, где они применяются с 1954 г.

Французские пневмогидравлические приводы работают при давлениях масла до 30,0 МПа, что оказывается возможным при при­менении прочноплотных труб из изоляционного материала, армиро­ванного стекловолокном. Вязкость масла в системе остается неиз­менной до температуры —50° С.

В системе привода установлен гидропневматический аккумулятор, в котором запасается достаточ­ная энергия для нескольких циклов работы привода.

Энергия расходуется только на включение, отключение выклю­чателя производится пружиной. Давление в резервуаре поддержи­вается автоматически периодической подкачкой насосом мощностью 0,3 кВт. Для повышения надежности параллельно с автоматическим установлен также ручной насос, который используется для ручной подкачки масла при отсутствии электрической энергии.

Элегазовые выключатели. Типы, виды, устройство, работа элегазовых выключателей

Конструкции элегазовых выключателей выполняются в основном с автокомпрессорным дутьем или магнитным дутьем.

При первом способе электрическая дуга охлаждается элегазом, который перетекает из резервуара высокого давления (около 1 МПа) в резервуар низкого давления (0,3 МПа), т. е. используется тот же принцип, что и в воздушном выключателе.

Схема дугогасительного устройства с автокомпрессорным продольным дутьем приведена на рис. 1-12, а. Подвижный контакт 2 вместе с изоляционным соплом 3, перегородкой 4 и цилиндром 5, отходя от неподвижного контакта 1, надвигается на поршень 6.

Элегаз через отверстия в перегородке и сопло омывает дугу с большой скоростью и гасит ее через 0,02-0,03 с.

Рис. 1-12. Схемы дугогасительных устройств элегазовых выключателей:

а – с явтокомпрессорным дутьем; б – с магнитным дутьем.

Рис. 1-13. Схема полюса элегазового выключателя для КРУЭ на 220 кВ

Избыточное давление в этих выключателях получается за счет энергии привода, и оно значительно. Ввиду этого здесь применяется пневматический привод. Поскольку давление, необходимое для гашения дуги, появляется в процессе движения контактов, то снижение времени гашения дуги (в частности, до 0,01 с) такое дугогасительное устройство не может обеспечить.

Схема дугогасительного устройства с магнитным дутьем приведена на рис. 1-12,6. Устройство размещается в изоляционном цилиндре 1, наполненном элегазом.

На дугу, возникающую между расходящимися контактами 2 и 3, действует радиальное магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами 4 (или последовательной катушкой).

Обратите внимание

Дуга быстро перемещается по окружности, усиленно охлаждается и гаснет. Такие устройства применяются в выключателях нагрузки.

Для комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) напряжением 110 и 220 кВ ВЭИ и ЛенПО «Электроаппарат» разработали, изготовили и испытали выключатели с Iном = 2000 А, Iо ном = 40 кА, временем отключения 0,065 с, временем гашения 0,080 с, номинальным давлением элегаза 0,7 МПа, номинальным давлением привода 2,0 МПа [36].

Схема полюса элегазового выключателя для КРУЭ на 220 кВ приведена на рис. 1-13. Неподвижный контакт 5 прикреплен к баку 1 на литом изоляторе 6. Выключатель имеет два дугогасительных устройства 4 с автокомпрессорным дутьем (см. рис. 1-12, а), они же подвижные контакты.

Дугогасительные устройства соединены последовательно перемычкой 3, равномерное распределение напряжения между устройствами обеспечивается керамическими конденсаторами 8. Подвижный контакт 4 приводится в движение изоляционной штангой 9 через рычажный механизм 11.

Подвижный контакт и конденсаторы закрыты экраном 2. Цилиндр 10 изолирует контакты 4 от бака. Выключатель заполнен элегазом (при давлении 0,55 МПа). Неподвижные контакты 5 выведены из бака через вводы элегаз – элегаз.

Изоляционная перегородка 7 ввода герметизирует объем бака и позволяет сохранить элегаз в выключателе при отсоединении его от КРУЭ.

Элегазовые выключатели от 6кВ

Ситуация следующая. Масло и воздух уступают элегазу и вакууму. Старые воздушные и масляные выключатели заменяют на новые элегазовые и вакуумные, старые РУ заменяют на новые. Идет процесс апгрейда энергосистем. Но не всех и не везде и не так быстро, как всем этого бы хотелось. Но лично видел это и всегда приятно, когда приезжаешь в новенькое РУ.

Преимущества и особенности элегаза были рассмотрены тут. В данной же статье речь пойдет про выключатели элегазовые.

Начнем с определения. Элегазовый выключатель – электрический аппарат, предназначенный для коммутаций (процессов включения и отключения) электрической цепи в нормальных и аварийных режимах.

Важно

Выпускаются элегазовые выключатели на напряжение среднее (6-35кВ) и высокое-сверхвысокое (110-750кВ). На среднее напряжение это могут быть выключатели для распредустройств 6-10 кВ, выключатели генераторного напряжения, выключатели КРУЭ (про КРУЭ будет отдельная статья). На напряжение выше 35 кВ выключатели бывают колонковые, баковые и смешанного типа.

Выпуском элегазовых выключателей занимаются: Mitsubishi Electric, ABB, Areva (ныне называется Orano вроде, хотя Арева реорганизуется постоянно и не знаю какое-именно подразделение занимается элегазовыми выключателями), Schneider Electric, Siemens, Электроаппарат, HEAG, ЗЭТО и прочие и прочие. Не злитесь сильно, если кого-то забыл упомянуть.

Принципы гашения дуги (дугогасительные устройства)

В различной каталожно-справочной литературе одни и те же способы гашения дуги в ДУ имеют различные названия, которые неподготовленному студенту, например, могут показаться различными способами. Поэтому классифицировать их становится сложно. Но, постараюсь справиться. Значит, в принципе есть три механизма гашения:

• автокопрессия (гашение дутьем, когда дуга находится на месте, а у газа есть две ступени давления, газ поступает из области с высоким давлением в область с низким и гасит дугу)
• электромагнитное дутье (гашение дуги в неподвижном элегазе, когда под действием магнитного поля дуга вращается и происходит ее гашение)
• автопневматическое дутье (необходимый перепад давления создается за счет привода выключателя)
• автогенерация

Также встречаются ДУ, где дуга вращается в магнитном поле и при этом еще происходит перетекание элегаза под давлением. То есть на таком обширном рынке все стремятся создать неоспоримое преимущество.

Так, например, в выключателях 220кВ ВГТ имеется по два ДУ на фазу, что уменьшает в два раза отключаемую мощность и увеличивает эксплуатационный срок службы выключателя.

На отдельных выключателях высокого напряжения уже стоит система мониторинга, которая, также будет следить за тем, чтобы выключатели не принесли неожиданных сюрпризов.

Выключатели 6-10кВ

В этом классе напряжений элегаз не так распространен, как вакуум. Однако, выбор есть. В таблице выше я привел данные по отдельным представителям из открытых источников по этому классу напряжения.

Элегазовые выключатели >35 кВ

Здесь выбор гораздо шире, чем у выключателей младшего класса напряжения. И производителей поболее. Конструктивно выключатели могут быть баковые, колонковые и смешанного типа (Жмите по картинке для увеличения таблицы).

В выключателях Аревы имеется один тип дугогасительной камеры, который устанавливается на выключатели всех классов напряжения. То есть 1 камера -245,300кВ; 2 камеры -362,550кВ; 4 камеры – 800 кВ.

У сименса определить колонковый или баковый можно по марке. Если в названии есть LT (Live Tank) – то это колонковый. А если DT (Dead Tank) – баковый.

У выключателей фирмы ABB кроме популярного автокомпрессионного (auto-puffer) способа гашения дуги можно встретить компрессионный (puffer). Автокомпрессионный показывает лучшие показатели при гашении токов кз больших величин. Так как для их погашения требуется меньшая мощность привода.

Также стоит отметить, что для элегазовых выключателей кроме самого SF6 могут применяться и различные смеси:

• элегаз и азот (SF6+N2)
• элегаз и хладон (SF6+CF4)

Из чего состоит элегазовый выключатель и как это всё приводит к отключению дуги

Так как выключатели могут иметь исполнение баковое, колонковое или же быть вообще для установки в КРУ. А кроме этого существуют различные виды ДУ, то и для каждого выключателя будет отдельный принцип работы и состав частей.

Рассмотрим, например, в этой статье для примера популярный выключатель шнайдер электрик с автокомпрессией на напряжение 12 кВ типа LFP.

Выключатель трехполюсный. Каждый полюс находится в изолированном корпусе, который заполнен элегазом под невысоким давлением. Внутри корпуса находится ДУ, на контакты которого посылаются команды включения, отключения или допустимых циклов. Эти команды подаются с пружинного привода, расположенного на лицевой панели или дистанционно.

Совет

Также в устройство входят датчики контроля давления элегаза в корпусе и датчики прироста величины давления. Для подключения к силовой цепи есть специальные зажимы сзади корпуса, также имеются клеммники для подключения вторичных цепей.

Принцип работы выключателя построен на автокомпрессионном способе гашения дуги.

Посмотрим на заводскую картинку, приведенную выше. У нас имеются основные контакты (под буквой а, рыжие) и дугогасительные контакты (буква б, темно-синие). Значит поступает команда на отключение выключателя. Основные контакты размыкаются, дугогасительные также размыкаются.

В момент когда дугогасительные размыкаются между ними в расширительном объеме (буква с – область ограниченная розовой линией) образуется дуга. На верхнем из дугогасительном контактов расположены катушки. Так вот электрическая дуга под действием магнитного поля этой катушки начинает закручиваться.

Объем газа под тепловым воздействием дуги начинает расширяться. Давление газа увеличивается и он ищет выход в область с меньшим давлением. Этот поток элегаза затягивает дугу в нижний дугогасительный контакт (область е на рисунке) и дуга растягивается. А затем в момент, когда ток проходит через ноль – дуга гаснет.

В этот момент считается, что выключатель отключен. Это время составляет 70 мс.

В состав пружинного привода входят: двигатель взвода пружин, катушки отключения (YO1, YO2), катушка включения (YF), катушка отключения минимального напряжения (YM), реле прямого действия mitop, счетчик циклов В-О и прочие устройства необходимые для удобства при обслуживании выключателя. У катушек имеется различное число нормально закрытых, нормально открытых контактов и перекидывающий контакт.

Достоинства и недостатки элегазового выключателя

После описания выключателей логичным будет подвести итог. Итог подведу в форме плюсов и минусов использования данного вида оборудования в сравнении с аппаратами, использующими другие среды для гашения дуги.

Достоинства:

• высокая износостойкость и срок службы
• снижение затрат на обслуживание по сравнению с масляными
• высокая экологичность
• быстрая скорость гашения дуги
• высокая взрыво- и пожаробезопасность
• меньший вес и размеры по сравнению с масляными
• высокая химическая стабильность газа
• широкий диапазон рабочих температур

Недостатки:

• персонал может почувствовать удушение из-за попадания большого количества элегаза в закрытое помещение
• высокая стоимость выключателя
• необходимость создания условий для наполнения выключателей элегазом, его транспортировки, хранения
• требуются надежные стыки и прокладки, чтобы обеспечить надежную герметичность и невозможность утечки элегаза
• сам газ не ядовит, но отдельные продукты распада при гашение дуги ядовиты. При ревизии выключателя необходимо тщательно очищать внутренние поверхности, так как с ухудшением свойств газа будут ухудшаться коммутационные способности элегазового выключателя. А ухудшение возможно из-за коррозионных и токсичных свойств продуктов разложения элегаза при гашении дуги

Трансформаторы тока УТТ

Класс точности трансформатора напряжения