Элегазовый выключатель

С целью повышения эффективности гашения дуги в качестве дугогасящей среды применяется элегаз. По сравнению с воздухом эот газ обладает следующими преимуществами:

1) электрическая прочность элегаза в 2.5 раза выше, чем у воздуха. При давления 0.2 МПа прочность элегаза приближается к прочности трансформаторного масла.

2) высокая удельная объемная теплоемкость (почти в 4 раза выше чем у воздуха) позволяет увеличить нагрузку токоведущих частей, уменьшить массу меди в выключателях.

3) дугогасящая способность камеры продольного дутья с элегазом в 5 раз вые, чем с воздухом.

4) элегаз является инертным газом, не вступающим в реакцию с кислородом, водородом, слабо разлагается дугой. Сам элегаз не токсичен, хотя некоторые продукты разложения опасны.

Недостатком элегаза является высокая температура сжижения. Так, например, при давлении 1,31 МПа он из газообразного состояния переходит в жидкое при температуре 0⁰С. Это заставляет либо прибегать к подогревающим устройствам, либо использовать газ при низком давлении. При давлении 0,35 МПа температура сжижения 40⁰С. Для получения хороших результатов требуется газ с высокой чистотой (без примесей). Это усложняет и удорожает получение газа.

Элегаз SF₆ обладает высокими дугогасящими свойствами, которые используются в различных аппаратах высокого напряжения. Выключатели нагрузки элегазовые во многом напоминают конструкцию отделителей. Однако для успешного отключения тока в них предусматриваются устройства для вращения дуги в элегазе. В подвижный и неподвижный контакты встроены постоянные магниты из феррита, которые создают магнитные поля, направленные встречно. При размыкании контактов образуется дуга, ток которой взаимодействует с радиальным магнитным полем, в результате чего создается сила F, перемещающая дугу по кольцевым электродам. Вращение дуги в элегазе способствует быстрому гашению. Чем больше отключаемый ток, тем больше скорость перемещения дуги, это защищает контакты от обгорания. Контактная система описанной конструкции помещается внутри фарфорового корпуса, заполненного элегазом и герметически закрытого. Давление внутри камеры 0,3 МПа. Подпитка при возможных утечках происходит из баллона со сжатым элегазом.

Разработаны конструкции выключателей нагрузки с элегазом на 35, 110, 220 кВ. Выключатели 35 и 110 кВ имеют по одной камере на полюс, в выключателе 220 кВ - две камеры на полюс. Кроме того, разработаны конструкции выключателей на два и три направления. Такой аппарат заменяет два или три выключателя, что дает значительную экономию при установке их на подстанциях.

Элегазовые выключатели могут отключать не только ток нагрузки, но и ток КЗ. Такие выключатели имеют дугогасительные устройства с автопневматическим дутьем. При отключении возникает дуга между неподвижными и подвижным контактами.

При отключении привод перемещает подвижную систему вниз, при этом элегаз сжимается в объеме между неподвижным поршнем и соплом. Как только контакты размыкаются, создается дутье через трубчатые контакты, а при дальнейшем ходе подвижной системы, когда трубчатые контакты выходят из сопла, создается сильный поток элегаза, который гасит дугу. Образующееся при гашении дуги небольшое количество продуктов разложения элегаза поглощается специальными фильтра ми (4 шт. на полюс). Удары при включении и отключении выключателя смягчаются буфером. Такой выключатель рассчитан на номинальный ток 1250 А, ток отключения 31,5 кА, собственное время отключения 0,06 с.

Дугогасительное устройство с автоматическим принудительным дутьем показано на рисунке 11. Оно располагается в герметичном баке с давлением элегаза 0,2-0,28 МПа. При отключении дуга возникает между неподвижным 1 и подвижным 2 контактами. Вместе с подвижным контактом 2 при отключении перемещаются сопло 3 из фторопласта, перегородка 5 и цилиндр 6. Поршень 4 при этом неподвижен, элегаз сжимается и его поток, проходя через сопло, продольно омывает дугу и обеспечивает ее эффективное гашение.

Широкому распространению элегазовых выключателей особенно в КРУ на напряжение 110 и 220 кВ способствовали неоспоримые их достоинства: Г- полная заводская готовность, обеспечивающая простой и быстрый монтаж. Выключатель поставляется полностью отрегулированным, заполненным элегазом до рабочего давления и не требует при монтаже и наладке дозаправки элегазом;

-взрыво- и пожаробезопасность;

- небольшие масса и размеры, что уменьшает требуемую площадь под оборудование в 10 раз;

- низкие динамические нагрузки на фундамент при работе (установка выключателя на одной опоре с облегченным фундаментом);

- большие механический и коммутационный ресурсы, обеспечивающие при нормальных условиях эксплуатации работу без ремонта с вскрытием бака в течение всего срока службы выключателя;

- высокая надежность: даже при падении избыточного давления элегаза до нуля выключатель выдерживает 60 В и отключает нагрузки до 630 А; обеспечивается эксплуатация выключателя без включения подогрева до температуры минус 45°С; у полная автоматизация обслуживания;

-возможность эксплуатации в неблагоприятных атмосферных условиях;

-полная биологическая безопасность для окружающей среды;

-улучшенные характеристики встроенных трансформаторов тока позволяют в большинстве случаев отказаться от применения выносных трансформаторов тока наружной установки.

Рисунок 4.1 - Дугогасительное устройство с автоматическим принудительным дутьем

Целесообразность строительства закрытых элегазовых распредустройств обуславливается тем, что их объем в 2-3 раза меньше, чем закрытого РУ традиционных конструкций. Выключатели для КРУЭ типов ЯЭ-110 и ЯЭ-220 имеют пневматические приводы с питанием от централизованной сети сжатого воздуха (давление 2 МПа, влажность не более 60%).

Элегазовые выключатели на напряжения 110 и 220 кВ отдельно не изготовляются, а входят в объем поставки КРУ на эти напряжения в виде отдельных элементов в полностью собранном виде.

Управление элегазовым выключателем осуществляется пневматическим приводом двустороннего действия. Ручное отключение элегазового выключателя не предусмотрено. Коммутационный ресурс элегазовых выключателей примерно в 2-3 раза выше, чем у маломасляных. Износ дугогасящей среды элегазового выключателя низкий, продукты разложения элегаза поглощаются специальными фильтрами-поглотителями (сорбенты-активизированный алюмогель), а утечка газа из корпуса выключателя обычно не превышает 3% в год. До заполнение элегаза возможно без снятия напряжения. Практически межревизионные сроки для элегазовых выключателей определяются работой и уходом за его приводом.

Рассмотрим выключатель баковый с элегазовой изоляцией типа ВГБ. Выключатель представляет собой комплексный аппарат, состоящий из собственно выключателя, привода и шести встроенных трансформаторов тока, рисунок 4.2. Сам выключатель состоит из металлического заземленного бака, внутри которого расположены неподвижные и подвижные контакты, а также дугогасительные устройства, основанные на прогрессивном принципе гашения электрической дуги путем ее вращения в магнитном поле.

Каждый трансформатор тока рассчитан на весь диапазон первичных номинальных токов (от 50 до 600 А) и имеет два сердечника и две обмотки для целей защиты и измерений. Переключение отводов для измерения коэффициента трансформации производится без разборки выключателя.

Выключатели выпускаются в двух исполнениях:

-выключатель с электромагнитным приводом постоянного тока (типовое обозначение ВГБЭ-35-12,5/630УХЛ1 на номинальное напряжение 35 кВ. номинальный ток отключения 12,5 кА, номинальный ток 630 А, для умеренного и холодного климата). По заказу привод этого выключателя снабжается встроенным выпрямителем для питания включающего электромагнита от сети переменного тока, при этом обеспечивается включение на токи короткого замыкания вплоть до 12,5 к А;

-выключатель с электромагнитным приводом переменного тока (типовое обозначение ВГБЭП-35). В этом приводе сочетаются качества, присущие как электромагнитному приводу постоянного тока (простота и надежность), так и пружинному приводу (автономность). Привод снабжен встроенными выпрямителями для питания включающего, отключающего электромагнитов и катушки контактора. Выключатель снабжен электроконтактным сигнализатором давления элегаза с температурной компенсацией, автоматически приводящей его показания к температуре + 20°С. Сигнализатор обеспечивает визуальный контроль за уровнем давления элегаза в выключателе и имеет две установки: на предупредительный сигнал при понижении давления до 0,33 МПа и на отключение выключателя при падении давления ниже 0,3 МПа. Масса выключателя составляет 800 кг, элегаза - 4 кг. Срок службы до среднего ремонта 15 лет. Выключатели могут работать в широком диапазоне климатических условий: от районов Крайнего Севера (нижнее рабочее значение температуры окружающей среды - минус 60°С) до районов с тропическим климатом (верхнее рабочее значение температуры - плюс 55°С).

1-Пластина контактная; 2-Ввод (покрышка ввода полимерная);

3-Экран; 4-Блок трансформаторов тока; 5-Механизм передаточный;

6-Шкаф аппаратный; 7-Рама (входит в комплект поставки);

8-Нагревательный элемент; 9-Устройство гасительное;

10-Шкаф клеммных сборок; 11-Фильтр; 12-Гидропривод; 13-Указатель положения; 14-Разъем для заполнения элегазом

Рисунок 4.2 -Полюс выключателя бакового с элегазовой изоляцией типа ВГБ-330-40/3150 У1

Гашение дуги. В элегазовых выключателях применяют автопневматические дугогасительные устройства, в которых газ в процессе отключения сжимается поршневым устройством и направляется в зону дуги. В силу дороговизны элегаза, гашение дуги с выделением газа в атмосферу не рассматривается. В силу этого, элегазовый выключатель представляет собой замкнутую систему без выброса газа наружу. Принципиальная схема дугогасительного устройства элегазового выключателя приведена на рисунке 3.3. Поршень 1 и трубчатый контакт 2 неподвижны. Цилиндр 3 с соплом 4 из фторопласта и розеточный контактом 5 перемещаются вправо по горизонтали с помощью пневматического привода. Рисунок 4.3,а соответствует положению "включено" (контакты 2 и 5 замкнуты), При перемещении цилиндра (рисунок, б) газ в полости А сжимается, контакты размыкаются, между ними возникает дуга. При выходе электрода 6 подвижного контакта из внутренней полости трубчатого контакта 2 в нее устремляется газ (начальная фаза процесса отключения). Если отключаемый ток мал (порядка нескольких десятков ампер), поток газа через внутреннюю полость контакта 2 достаточен, чтобы погасить дугу при относительно небольшой ее длине в течении 0,01 с. При отключении тока КЗ гашение дуги происходит при выходе контакта 2 из сопла 4, когда вследствие увеличения давления газа в полости А, создается его сильный поток сквозь столб дуги (продольно-радиальное дутье) и она гаснет (конечная фаза процесса отключения). После остановки цилиндра в крайнем правом положении (рисунок 4.3, г) выключатель находится в положении "отключено" до следующего включения.

Таким образом, в элегазовых выключателях использован тот же принцип обдува дуги, что и в воздушных выключателях. Однако там движение воздуха было очень интенсивным и создавалось в результате его предварительного сжатия перед выхлопом в атмосферу. Здесь же дутье относительно слабое, осуществляется в замкнутом пространстве и создается движением подвижного контакта (автопневматическое дутье).

Рисунок 4.3 -Принципиальная схема дугогасительного устройства элегазового выключателя

Преимущества элегазовых выключателей:

Самое главное преимущество элегазовых выключателей заключается в прекрасной изоляции, гашении дуги, физических и химических свойствах газа SF₆.

Элегаз не воспламеняется, и химически стабилен. Продукты распада газа не взрывоопасны, т.е., отсутствует риск воспламенения и взрыва.
В связи с диэлектрической прочностью SF₆ электрические зазоры очень невелики.

Наружные элегазовые выключатели для сверхвысокого напряжения требуют меньшего количество прерывателей на полюс, чем выключатели с воздушной изоляцией и масляные выключатели. Наружные элегазовые выключатели просты, относительно недороги, они компактные, и не требуют обслуживания.

Рисунок 4.4 - Элегазовый выключатель компании АВВ

На их работу не влияют изменения атмосферных условий.
Они работают бесшумно, не производя таких звуков, какие издают во время работы выключатели с воздушной изоляцией. Не требуется частой замены контактов - время существования дуги невелико из-за хорошего ее гашения газом SF₆, и поэтому эрозия контактов снижена. Контакты также не подвержены окислению. Поскольку во время существования дуги не образуются частицы углерода, не возникает снижение диэлектрической прочности SF₆. Минимальное обслуживание. Выключатель может потребовать обслуживания один раз в 4-10 лет. Герметичная конструкция предотвращает загрязнение газа влагой, пылью, песком и т.п. Не требуется дорогостоящей системы сжатого воздуха, как в случае выключателей с воздушной изоляцией. Тот же самый газ возвращается в систему, снижая общую потребность в газе SF6. Отсутствуют проблемы перенапряжения. Дуга гасится при естественном нулевом токе, без амплитудного ограничения тока, и связанным с ним перенапряжением, возникающим между клеммами выключателя.

Элегазовый выключатель без каких-либо проблем может выполнять различные задачи, такие как блокировка отказов короткого замыкания, разрыв линий передачи электроэнергии, не имеющих нагрузки, конденсаторная коммутация, реакторное переключение, и т.п.

Хорошие границы нагрузки. Для одного и того же размера проводников, благодаря высокой теплопроводности элегаза, предельная токовая нагрузка элегазовых выключателей, примерно в 1.5 раза выше, чем у выключателей с воздушной изоляцией.

Недостатки элегазовых выключателей:

· Недоброкачественные стыки в корпусах выключателей могут привести к утечке элегаза.

· Устройства требуют постоянного наблюдения.
Элегаз в некоторой степени является удушающим газом. Утечка элегаза может привести к удушению персонала. Однако сам элегаз не ядовит, только элегаз, в котором произошло гашение дуги является ядовитым. Поэтому следует избегать его вдыхания.

· Внутренние части элегазового выключателя необходимо тщательно очищать во время профилактического обслуживания в чистом и сухом окружении. Необходимо удалять пыль тефлона и сульфиды.

· Для транспортировки элегаза, его передачи, или поддержки качества газа нужно специальное оборудование. Ухудшение качества SF6 влияет на работу и надежность элегазовых выключателей.

Рассмотрев подробно работу и устройство каждого выключателя в отдельности, можно провести их сравнительный анализ.

Поиск по сайту: