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

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. 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.

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.

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.

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.

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. 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.