Меню

Основные параметры элегазовых выключателей

Подробно об элегазовых выключателях

При необходимости гашения нежелательной электрической дуги и аварийного разрыва цепи используют разные устройства. В высоковольтных сетях на практике часто прибегают к основанным на газовых смесях моделям. Такой принцип эксплуатирует элегазовый выключатель — приспособление для экстренного выключения.

Устройство и виды элегазовых выключателей

Эти системы предназначены для оперативного контроля состояния высоковольтных линий электропередач. Они очень похожи на масляные, но имеют иную рабочую среду — принцип действия основан на свойствах соединения газов вместо масла. В качестве среды используется SF6 (шестифтористая сера).

Преимущество элегаза — неприхотливость. Если масляным моделям требуется особый уход, периодическая замена масла и очистка, то элегазовые с такой проблемой не сталкиваются. Кроме того, газ долговечен: он не деградирует со временем и почти не вредит механическим элементам выключателя.

Физически SF6 — негорючий бесцветный и лишенный запаха газ. Он гораздо плотнее воздуха, а молекулярная масса в 5 раз превышает воздушную. Газ стоек ко внешним воздействиям и сохраняет характеристики: даже если в нем возникнет дуга и начнется распад, через некоторое время состояние смеси восстановится.

Элегазовые выключателя (далее ЭВ) бывают двух видов:

Колонковые ЭВ применяют в сетях 220 В, это стандартные однофазные выключатели. Они состоят из двух связанных между собой частей:

  • дугогасительная;
  • контактная часть.

Обе имеют одинаковые размеры и объем.

Баковые ЭВ меньше. В их состав входит один из видов, рассмотренных ниже приводов. Распределение привода идет на несколько фаз, благодаря чему устройство мягко изменяет уровень напряжения. Еще одно достоинство баковых — большая допустимая нагрузка, что достигается наличием встроенного трансформатора.

Привод здесь — одновременно и регулятор: он обеспечивает включение/разрыв потока электричества и поддержания электродуги. Выделяют следующие типы приводов ЭВ:

  • пружинно-гидравлические (ППРГ);
  • более простые пружинные (ППРМ).

Обычно привод монтируется на низкой опоре или у земли, чтобы обслуживающий персонал мог легко до него добраться и отрегулировать. Деталь состоит из:

  • включающего механизма;
  • устройства расцепления;
  • фиксирующей защелки.

Пружинные надежны и устроены весьма просто, в них используется лишь несложная механика. При вводе в эксплуатацию устанавливается определенное сжатие пружины, а после смещения контрольного рычага происходит ее распрямление с дальнейшим размыканием контактов. Этот тип ЭВ часто служит стендом для презентаций поведения шестифтористой серы под действием электрического поля.

Пружинно-гидравлическое элегазовое оборудование имеет гидравлическое управление. Оно дороже, но эффективнее, поскольку способно самостоятельно менять позицию фиксатора.

Помимо конструкции, различают виды ЭВ по принципу прерывания электрической дуги:

  • вращающие;
  • воздушные (автокомпрессионные) ЭВ;
  • продольного дутья;
  • аналогичные предыдущему пункту, с разогревом газа.

Все внутренние компоненты ЭВ размещены в заполненной элегазом емкости. Контроль работы осуществляется дистанционно, с помощью электроники, или механическим способом вручную. Схема расположения всех компонентов типичного ЭВ:

Такие особенности приводят к довольно крупным габаритам приборов. Отметим, что сугубо ручное управление актуально для маломощных образцов, в других случаях прибегают к:

  • механическому контролю;
  • грузовому управлению;
  • пружинному;
  • электромагнитному способу;
  • пневматическому.

Но практически везде предусмотрен аварийный ручной рычаг.

Электромагнитный привод нуждается во внешнем питании, поэтому такой ЭВ подключают к источнику тока на 220 В и 58 А. Система весьма надежна и успешно эксплуатируется в неблагоприятных условиях. У пневматического, рабочим узлом выступает цилиндр с поршнем. Действие сжатого воздуха обеспечивает высокую скорость срабатывания.

Принцип работы

Элегазовые выключатели выполняют свою функцию путем изолирования фаз газовой прослойкой. Получив сигнал на отключение электрооборудования, контакты размыкаются, образуется находящаяся в среде газа дуга. Электричество разлагает SF6, но дуга при этом слабеет за счет высокого уровня давления. Если же выключатель отрегулирован на малое давление, в действие вступают нагнетающие компрессоры. Также используют выравнивающие ток шунты.

Схема функционирования ЭВ:

Как уже указывалось, секрет заключен в рабочей среде — элегазе. Его молекулы легко связывают содержащиеся в SF6 электроны и производят отрицательные ионы. Иногда это свойство называют «электрической прочностью». У воздуха она, например, слабее почти в три раза. Кроме того, SF6 способен эффективно охлаждать.

Благодаря этому системы на его основе получили распространение в электротехники, например:

  • в силовом трансформаторном оборудовании;
  • распределительных устройствах;
  • выключателях высокого напряжения;
  • на соединяющих удаленные системы высоковольтных линиях электропередач.

В баковых образцах управление выполняется трансформаторами и входящими в схему приводами.

  • 1 — модули из фарфора или полимеров.
  • 2 — трансформаторы.
  • 3 — бак с прибором гашения.
  • 4 — газонаполненная камера.
  • 5 — расположенный внизу привод (в данном случае гидравлический).
  • 6 — рама из металла.
  • 7 — клапан для добавления элегаза.
Читайте также:  Выключатель с пультом ду ip65

Пример

Рассмотрим механизм срабатывания: в качестве примера используем выключатель элегазовый LW36 китайского производства. Когда происходит отключение:

  • встроенная пружина начинает действовать на подвижные элементы;
  • последние опускаются;
  • происходит размыкание контактов, за исключением дугогасящих;
  • после размыкания дугогасительных создается дуга;
  • нагретый газ переходит в тепловую камеру;
  • далее отрабатывает обратный клапан;
  • элегаз выходит из камеры в промежуток, электродуга гасится.

При гашении сравнительно слабого тока исходного давления рабочей камеры бывает мало, поэтому привлекается дополнительное из компрессионной емкости.

Преимущества и минусы элегазовых выключателей

Приборы обладают несомненными плюсами:

  • универсальность. Их можно ставить в сетях с практически любым напряжением;
  • неприхотливость — ЭВ работают даже в пожароопасных местах и сейсмоопасных зонах;
  • скорость срабатывания. Элегаз реагирует на возникновение дуги за доли секунды, благодаря чему происходит почти моментальное обесточивание защищаемых устройств;
  • долговечность. Газ не изнашивает соприкасающиеся с ним элементы, газовая смесь не деградирует и не нуждается в регулярной замене, а внешняя оболочка ЭВ прочна и хорошо защищает от неблагоприятных воздействий;
  • работают и с переменным, и с постоянным высоким напряжением. Это выгодно отличает их от не способных функционировать в высоковольтных сетях вакуумных;
  • взрыво- и пожаробезопасность;
  • замкнутая рабочая среда — при срабатывании не происходит выхлопа вовне.

Но есть и обусловленные конструкцией недостатки:

  • высокая стоимость. Элегазовый выключатель просто устроен, но сложен в производстве, синтез газовой смеси также довольно трудоемок и затратен;
  • нельзя поставить в произвольном месте. Выключатели монтируются только на особый электрический щит или специально подготовленных фундамент;
  • требовательность к температурным условиям — при низких температурах ЭВ неэффективны (но элегаз можно подогревать);
  • для обслуживания требуются специфические навыки и оборудование;
  • система с электромагнитным приводом нуждается в емком аккумуляторе.

Основной недостаток смеси — наблюдающийся при определенных условиях ее переход в жидкую фазу. Это происходит при некоторых соотношениях температуры и давления. Например, в холодных условиях (минус 40 градусов Цельсия) требуется давление не выше 0.4 МПа с плотностью газа ниже 0.03 килограмма на кубический сантиметр — что не обеспечивает должных характеристик. Поэтому на практике во избежание перехода в состояние жидкости элегаз подогревают.

Правила обслуживания элегазового выключателя

Обслуживание элегазовых выключателей регламентируется Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) 1.8.21.

При подключении системы следует проверить присутствие в баке минимального давления — без этого прибор сломается. Во избежание предупреждений конструкцией предусмотрена сигнализация, предупреждающая о критическом значении давления. Имеется также манометр для визуального контроля.

Шкаф привода содержит не позволяющие возникнуть конденсату на ответственных механизмах нагревательные элементы. Оператор ЭВ обязан следить за постоянной работой нагревателей и не допускать их выключения.

При осмотре ЭВ следует:

  • проконтролировать состояние внешней защиты;
  • убрать загрязнения при их наличии;
  • устранить повреждения;
  • выяснить и устранить причину нагрева контактов при наличии такового;
  • если обнаружены посторонние шумы и треск — выявить их источник;
  • проверить целостность металлической опорной рамы, поскольку она одновременно и часть контура заземления;
  • снять показания манометра и сверить их с указанными производителем паспортными данными;
  • проверить, исправны ли приборы управления и контроля, отремонтировать или заменить вышедшее из строя

При падении давления газа его запасы в камере пополняется.

Заключение

Элегазовые выключатели — довольно простые и эффективные приспособления, быстро и надежно размыкающие электрическую цепь. Благодаря характеристикам шестифтористой серы они эффективнее воздушных или масляных и нашли применение в энергосистемах высокого и сверхвысокого напряжения. Кроме того, газ не стареет со временем и не требует постоянного обслуживания — только пополнения при утечках, что в условиях должной эксплуатации случается редко. Современные модели обладают очень большими межревизионными сроками — вплоть до «пожизненной» гарантии на весь период службы, они взрыво- и пожаробезопасны.

Несмотря на обусловленную сложностью производства и высокими требованиями к качеству газовой смеси стоимость, набор эксплуатационных характеристик позволил ЭВ почти полностью вытеснить с рынка другие типы выключающих систем высокого и сверхвысокого напряжения. А постоянно ведущиеся в этом направлении разработки приводят к выпуску еще более надежных и компактных моделей: например, за рубежом уже массово переходят на небольшие комплектные электрораспределители с элегазовой изоляцией (КРУЭ) и ЭВ для открытых распределяющих комплексов с напряжением от 110 кВ.

Читайте также:  Автоматический выключатель совместно с у

Видео по теме

Источник



Элегазовые выключатели для комплектных распределительных устройств

Элегазовые выключатели, применяемые в КРУ, располагаются вертикально в ячейках и выпускаются на 110, 220 и 500 кВ, представлены, соответственно, на рис. 3.4, 3.5 и 3.6.

Рис. 3.4. Полюс выключателя с тремя фазами

в общем корпусе на напряжение 110 кВ:

1 – изоляционная тяга; 2 – подвижные контакты (на рис. 3.5 не по­казаны);

3 – дугогасительная камера; 4 – неподвижные контакты; 5 – полый изолятор;

6 – дисковый изолятор; 7 – экран; 8 – фильтр-поглотитель; 9 – герметичная оболочка

У этих высоковольтных выключателей изоляцион­ная тяга 1 соединяется с подвижным контактом 2 (на рис. 3.5 не пока­зан) дугогасительной камеры 3 с неподвижным контактом 4. Дугогаси­тельная камера 3 установлена на полом изоляторе 5. Соединение под­вижного и неподвижного контактов с токоведущими частями других элементов ячейки осуществляется специальными контактами, закреп­ленными на дисковых изоляторах 6. Контактные части закрыты экра­ном 7. Фильтр-поглотитель 8 служит для очистки SF6 от продуктов разложения, образующихся при гашении дуги, а также поглощения остаточной влаги. Все части элегазовых выключателей находятся внутри герметичной обо­лочки 9.

Рис. 3.5. Полюс выключателя на напряжение 220 кВ:

1 – изоляционная тяга; 3 – дугогасительная камера; 4 – неподвижные контакты;

5 – полый изолятор; 6 – дисковый изолятор; 7 – экран

Рис. 3.6. Полюс выключателя на напряжение 500 кВ

Выключатели 110 и 220 кВ на ток отключения 40 кА имеют один разрыв, а 220 и 500 кВ на ток отключения 50 кА имеют два разрыва на полюс. Разрывы выключателей на 220 и 500 кВ номинальным током отключения 50 кА зашунтированы конденсаторами для равномер­ного распределения напряжения между разрывами. Основные техниче­ские характеристики выключателей приведены в табл. 3.2.

Наименование параметра Значение параметра для типа выключателя
ВГО — 110 ВГГК — 220 ВГГ- 220 ВГК-500
Номинальный ток отключения, кА 40-50 50-63
Число разрывов на полюс
Параметры тока включения, кА, не более:
— наибольший пик
— начальное действующее значение периодической составляющей
Коммутационный ресурс, циклы ВО:
— количество отключений номинального тока отключения
— количество включений на номинальный ток отключения
Полное время отключения, с 0,055±0,005 0,055±0,005 0,055±0,005
Номинальное избыточное давление рабочей жидкости в пневмогидроаккумуляторе при 20 ºС, МПа 24,0 (240) 18,5 (185) 21,0 (210) 21,0 (210)
Напряжение трехфазного тока для питания электродвигателя агрегата гидронасосного привода выключателя, В
Содержание апериодической составляющей, % , не более
Разновременность работы полюсов, с — при включении — при отключении — — 0,01 0,01 0,01 0,01
Собственное время отключения, с 0,030±0,005 0,030±0,005 0,030±0,005
Собственное время включения, с 0,1
Бестоковая пауза при быстродействующем автоматическом повторном включении (БАПВ), с 0,3
Электрическое сопротивление постоянному току выключателя, мкОм
Допустимое колебание напряжения цепей управления, % +10, –25

Дугогасительное устройство ЭВ на 110, 220 и 500 кВ (рис. 3.7) со­стоит из подвижной 1 и неподвижной 2 частей, закрепленных на изоля­ционном цилиндре 3.

Подвижная часть 1 состоит из блока направляющих корпусов и глав­ного подвижного контакта 4 и неподвижного цилиндра 5, фторопла­стового сопла 6 и дугогасительного контакта 7. Все эти детали закреп­лены на полом штоке 8, который соединен с изоляционной тягой.

Неподвижный главный контакт 9 и дугогасительный 10 соприкаса­ются с контактами 4 и 7. Переход тока с подвижного контакта на ци­линдр 5 осуществляется скользящими контактами.

Дугогасительное устройство (рис. 3.7) представляет собой автокомпрессионную камеру, в которой создается необходимое давление элегаза за счет движения контакт-поршня 4 в неподвижном цилинд­ре 5.

При отключении в начале хода прохождение тока осуществляется через контакт-поршень 4 и неподвижный контакт 9, а далее через дугогасительные контакты 10 и 7. При этом в цилиндре 5 создается автокомпрессионное давление газа (рис. 3.7, б).

После размыкания дугогасительных контактов 7 и 10 между ними возникает дуга, которая гасится в нуле тока за счет обдува элегазом под действием автокомпрессионного сжатия и автогенерации за счет дуги (рис.3.7, в).

Отключенное положение в конце хода подвижного контакта 4 при­ведено на рис. 3.7, г.

Рис. 3.7. Дугогасительное устройство:

а – общий вид; б – дугогасительное устройство в начале хода отключения;

в – дугогасительное устройство в момент горения дуги;

г – дугогасительное устройство отключено

Для создания более эффективной системы автодутья в дугогаси­тельное устройство встраивается специальное поршневое устройство фирмы АВВ.

Читайте также:  Двойной выключатель одна линия как подключить

Контакты выключателя перемещаются с помощью гидравлического привода, представленного на рис. 3.8 и 3.9.

Рис. 3.8. Гидравлический привод для элегазовых выключателей:

1 – пневмогидроаккумулятор давления; 2 – датчик положения газового сильфона;

3 – гидравлический агрегат; 4 – расширительный бак; 5 – гидроцилиндр;

6 – блок коммутации контактов вспомогательных цепей;

7 – блок управляющих клапанов; 8 – распределительный блок

Рис. 3.9. Схема гидравлического привода

Гидравлический привод (рис.3.8, 3.9) содержит следующие основные элементы:

1) пневмогидроаккумулятор давления 1, выполняющий роль нако­пителя энергии и состоящий из газового сильфона, заполненного азо­том, и стакана с поршнем, заполненного рабочей жидкостью (маслом);

2) гидроцилиндр 5 – силовой элемент, осуществляющий включение и отключение выключателя и состоящий из стакана, плавающего поршня и шток-поршня, соединенного с контактами выключателя;

3) гидронасосный агрегат 3, подкачивающий рабочую жидкость из расширительного бака в жидкостную полость пневмогидроаккумулятора давления, состоящий из электродвигателя и насоса;

4) расширительный бак 4, заполненный до определенного уровня рабочей жидкостью и состоящий из бака, фильтра, уровнемера и успо­коителя рабочей жидкости;

5) блок управляющих клапанов 7, осуществляющий управление гидроприводом и состоящий из пусковых, ускоряющих и переклю­чающего клапанов;

6) блок распределительный 8 – узел, контролирующий давление ра­бочей жидкости и блокирующий функционирование гидропривода при недопустимых отклонениях параметров рабочей жидкости в гидросистеме, представляющий собой комбинацию измерительной, регули­рующей и управляющей аппаратуры;

7) датчик положения газового сильфона 2, формирующий электри­ческие сигналы в систему контроля и индикации, соответствующие изменяющейся в процессе работы привода высоте сильфона. Пред­ставляет собой многопозиционный набор концевых микровыключате­лей, срабатывающих от перемещения верхней крышки сильфона;

8) блок коммутации контактов вспомогательных цепей (ККВЦ) 6, коммутирующий электрические цепи управления приводом и внешние вспомогательные цепи низкого напряжения. Состоит из группы меха­нически соединенных концевых выключателей.

Последовательность операций гид­равлического привода проиллюстрирована на рис. 3.10.

Для отключения выключателя (рис. 3.10, а, б, в) подается питание на катушку отключения 3. Пусковой клапан 4 открывается и сбрасывает давление с поршня ускоряющего клапана 18. Клапан 18 сбрасывает давление с поршня клапана управления 20, который перекрывает канал высокого давления и соединяет подпоршневую полость рабочего ци­линдра 21 с баком 7. Рабочий поршень 22 гидропривода начинает перемещаться в на­правлении отключения под действием давления масла, которое посто­янно через аккумулятор 23 накапливается в цилиндре на стороне включения. Затем поршень остается в отключенном положении за счет разности давлений между сторонами включения и отключения цилиндра. После операции отключения снимается питание с катушки отключения 3, клапаны 4 и 18 возвращаются в исходное положение.

Для включения (рис. 3.10, в, г, а) подается питание на катушку вклю­чения 2. Пусковой клапан 1 открывается и сбрасывает давление с поршня ускоряющего клапана 19. Клапан 19 подает давление на пор­шень клапана управления 20, который перекрывает канал низкого дав­ления и соединяет подпоршневую полость рабочего цилиндра 21 с аккумулятором 23. Рабочий поршень 22 начинает перемещаться в направлении вклю­чения за счет разности активных площадей поршня 22. Затем поршень удерживается во включенном положении силой, создаваемой разностью активных площадей. После операции включения снимает­ся питание с катушки включения 2. Пусковой клапан 1 и ускоряющий клапан 19 возвращаются в исходное положение.

Рис. 3.10. Последовательность операций гидравлического привода:

1 – клапан включения; 2 – катушка включения; 3, 5 – катушка отключения;

4, 6 – клапан отключения: 7 – резервуар для масла; 8 – двигатель;

9 – насос; 10, 11 – обратный клапан; 12 – предохранительный клапан;

13, 14 – клапан; 5 – клапан давления; 16 – клапан минимального давления;

17 – манометр; 18, 19 – ускоряющий клапан; 20 – управляющий клапан;

21 – рабочий цилиндр; 22 – рабочий поршень; 23 – аккумулятор; 24 – азот

Контрольные вопросы

1. Приведите основные технические данные изучаемых элегазовых выклю-

ча­телей. Перечислите достоинства и недостатки выключателей этого типа.

2. Опишите устройство элегазового выключателя серии LF производства

Merlin Gerin на напряжение 6,10 кВ.

3. Как происходит процесс гашения дуги в элегазовом выключателе марки LF?

4. Каковы основные параметры элегазового выключателя?

5. Объясните устройство элегазового бакового выключателя на примере

6. Опишите устройство элегазовых выключателей применяемых в комплектных

распределительных устройствах на 110, 220 и 500 кВ.

7. Расскажите об устройстве и принципе работы гидравлического привода для

Источник