Что такое элегазовый выключатель и для чего он нужен?

Вопрос 3. Элегазовые выключатели

Общее устройство и принцип действия элегазовых выключателей

Изолирующей и гасящей средой выключателей служит гексофторид серы SF6 (элегаз). Выключатели представляют собой трехполюсный аппарат, полюсы которого имеют одну (общую) раму и управляются одним приводом либо каждый из трех полюсов выключателей имеет собственную раму и управляется своим приводом (выключатель с пополюсным управлением).

Принцип работы аппаратов основан на гашении электрической дуги (возникающей между расходящимися контактами при отключении тока) потоком элегаза.

Источников возникновения потока газа – два: повышение давления в одной из заполненных газом полостей дугогасительного устройства, обусловленное уменьшением ее замкнутого объема;

повышение давления газа в этой же полости вследствие его расширения под действием тепловой энергии самой электрической дуги.

Первый источник превалирует при отключении малых токов, а второй – больших.

Полюс выключателя

Для бакового исполнения, полюс представляет собой металлический цилиндрический бак на котором установлены два изолятора, образующие высоковольтные вводы выключателя. ДУ в таком выключателе размещено в заземленном металлическом корпусе.

Для комбинированного исполнения, полюс представляет собой металлический корпус в виде сферы, на котором установлены фарфоровые изоляторы, образующие высоковольтные вводы выключателя, в одном из которых размещено дугогасительное устройство, а в другом встроенные трансформаторы тока.

В верхней части изолятора обычно устанавливается фильтр – поглотитель влаги и продуктов разложения элегаза под действием электрической дуги. Фильтрующим элементом в нем служит активированный абсорбент – синтетический цеолит NAX.

Также на всех современных выключателях установлен предохранительный клапан – устройство с тонкостенной мембраной, разрывающейся при давлении возникающем при внутреннем коротком замыкании, но не достигающем значения, при котором испытываются собственно изоляторы.

Дугогасительное устройство

Дугогасительное устройство предназначено обеспечивать быстрое гашение электрической дуги, образующейся между контактами выключателя при их размыкании.

Разработка рациональной и надежной конструкции дугогасительного устройства представляет значительные трудности, так как процессы, происходящие при гашении электрической дуги, чрезвычайно сложны, недостаточно изучены и обусловливаются многими факторами, предусмотреть которые заранее не всегда представляется возможным. Поэтому окончательная разработка дугогасительного устройства может считаться завершенной лишь после его экспериментальной проверки.

Современные выключатели оснащены дугогасительным устройством автокомпрессионного типа, которые демонстрируют свои расчетные преимущества при отключении больших токов.

Подвижная система содержит, кроме главного и дугогасительного контактов, связанную с токовым выводом ДУ неподвижную токоведущую гильзу; поршневое устройство, создающее при отключении повышенное давление в подпоршневой полости, и два фторопластовых сопла (большое и малое), которые направляют потоки газа из зоны повышенного давления в зону расхождения дугогасительных контактов. Большое сопло, кроме того, препятствует радиальному смещению контактов подвижной системы относительно контактов неподвижной, поскольку никогда не выходит из направляющей втулки главного неподвижного контакта.

Главный контакт подвижной системы представляет собой ступенчатую медную гильзу, узкая часть которой адаптирована к входу в розеточный главный контакт неподвижной системы, а широкая часть имеет два ручья, в которых размещены токосъемные (замкнутые проволочные) спирали, постоянно находящиеся в контакте с охватывающей их неподвижной токоведущей гильзой.

Газовая система

Газовая система аппаратов включает в себя: клапаны автономной герметизации (КАГ) и заправки колонн; коллектор, обеспечивающий во время работы аппарата связь газовых полостей колонн между собой и с сигнализатором изменения плотности элегаза; сам сигнализатор, представляющий собой стрелочный электроконтактный манометр с устройством температурной компенсации, приводящим показания к величине давления при температуре 20ºС;

соединительные трубки с ниппелями и уплотнениями.

Сигнализатор изменения плотности элегаза (датчик плотности) имеет три пары контактов, одна из которых, замыкающаяся при значительном снижении плотности элегаза из-за его утечки, предназначена для подачи сигнала (например, светового) о необходимости дозаправки колонн; а две других, размыкающихся при недопустимом падении плотности элегаза, предназначены для блокирования управления выключателем или для автоматического отключения аппарата с одновременной блокировкой включения (что определяется проектом подстанции).

Привод

Приводы выключателей обеспечивают управление выключателем — включение, удержание во включенном положении и отключение. Вал привода соединяют с валом выключателя системой рычагов и тяг. Привод выключателя должен обеспечивать необходимую надежность и быстроту работы, а при электрическом управлении — наименьшее потребление электроэнергии.

В элегазовых выключателя применяют два типа приводов:

Пружинный привод:

аккумулятором энергии является комплект винтовых цилиндрических пружин

управляющим органом является кинематическая система рычагов, кулачков и валов.

Пружинно-гидравлический привод:

аккумулятором энергии является комплект тарельчатых пружин

управляющим органом является гидросистема.

Достоинства элегазовых выключателей

пожаро- и взрывобезопасность быстрота действия, высокая отключающая способность, малый износ. дугогасительных контактов, возможность создания серий с унифицированными узлами, пригодность для наружной и внутренней установки.

Недостатки

Требования к выключателям

Выключатель является самым ответственным аппаратом в высоковольтной системе, при авариях он всегда должен обеспечивать четкую работу. При отказе выключателя авария развивается, что ведет к тяжелым разрушениям и большим материальным потерям, связанных с недоотпуском электроэнергии, прекращением работы крупных предприятий.

В связи с этим основным требованием к выключателям является особо высокая надежность их работы во всех возможных эксплуатационных режимах.

Отключение выключателем любых нагрузок не должно сопровождаться перенапряжениями, опасными для изоляции элементов установки.

Общие требования к конструкциям и характеристикам выключателей устанавливается стандартами:

ГОСТ Р52565-2006 «Выключатели переменного тока на напряжение от 3 до 750 кВ. Общие технические условия»;

ГОСТ 12450-82 «Выключатели переменного тока высокого напряжения. Отключение ненагруженных линий».

ГОСТ 8024-84 “Допустимые температуры нагрева токоведущих элементов, контактных соединений и контактов аппаратов и электротехнических устройств переменного тока на напряжение свыше 1000 В;

ГОСТ 1516.3-96 «Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции».

Число крупнейших производителей высоковольтных выключателей является относительно небольшим, что обусловлено слияниями и поглощениями которые были произведены в 1980-2000х годах.

Основными производителями высоковольтных выключателей для сетей передачи и распределения являются ABB, Areva T&D, Siemens, Toshiba, Mitsubishi и HVB AE Power Systems , последние три представлены в основном на рынках Юго-Восточной Азии, Америки и Австралии.

Для распределительных сетей можно выделить так же Schneider Electric и Eaton.

Лист с заданием 3

Найдите правильный ответ

Вопрос1. Какой принцип гашения электрической дуги является правильным в элегазовом выключателе?

Ответы:1.потоком газовоздушной смеси, 2. потоком газомасляной смеси, 3.потоком элегаза, 4. потоком воздуха, 5.потоком воды

Вопрос 2.Что не является достоинством элегазовых выключателей?

Ответы: 1.пожаро- и взрывобезопасность, 2.быстрота действия, 3.высокая отключающая способность, 4.малый износ дугогасительных контактов, 5.правильного ответа нет

Вопрос 3.Какой привод применяется в элегазовых выключателях ?

Ответы:1.Пружинный, 2.Электромагнитный, 3.Пневматический 4.Ручной 5.Правильного ответа нет

Вопрос 4.Что не входит в состав газовой системы элегазового выключателя?

Ответы: 1. клапаны автономной герметизации (КАГ) и заправки колонн; 2.коллектор, сигнализатор плотности элегаза, 3. привод, 4.стрелочный электроконтактный манометр, 5 соединительные трубки с ниппелями и уплотнениями.

Учебный материал 3



Источник: https://infopedia.su/13x111c.html

Технические характеристики выключателя автоматического – элегазовый, вакуумный, масляный

Если происходит аварийный сбой, или в сети резко падает напряжение, это может привести не только к сбою в работе электроприборов, которыми мы пользуемся, а и к их поломке. На страже от подобных неприятностей используются предохранители.

https://www.youtube.com/watch?v=PTXURpjTHi8

Существуют их различные типы. В частности, некоторые из них работают на основе плавких предохранителей. Они являются одноразовыми, и в случае, если перегорят, нуждаются в замене. Другой важной их разновидностью являются автоматические выключатели, о которых мы расскажем подробнее.

Они являются предохранителями многоразового использования. Предоставляемая ими защита не ограничивается ситуациями, когда возникает короткое замыкание. Они могут обеспечить также защиту в других потенциально-аварийных ситуациях, например, при резком падении напряжения.

Технические характеристики

При выборе наиболее подходящего типа выключателя, необходимо ориентироваться в их технических характеристиках. Кроме основных принципов их действия (тепловые, электромагнитные и другие), рассматриваются также и другие виды технических характеристик.

Наиболее значимый вид — указание величины той силы тока, при превышении которой они сработают. Несмотря на кажущуюся простоту такого подхода, не следует забывать и об определённых нюансах. Есть ситуации, когда электричество достигает критического значения, но при этом, ситуация не является аварийной.

Это происходит при включении таких электроприборов, при запуске которых проходит пиковое электричество. Может иметь место и противоположная ситуация.

При замыкании несущей и нулевой фаз, отклонение силы тока на первых порах может быть незначительным, скачок при этом может произойти в любой момент.

Поэтому, очень важно учитывать эту характеристику при выборе наиболее подходящего устройства. Она отражена в обозначении типа выключателя в виде латинских букв, стоящих перед цифрами.

Принято различать следующие основные типы таких устройств:

1. Тип MA. В этой схеме отсутствует тепловой расцепитель.
2. Тип A. Это наиболее чувствительный их тип. Тепловой расцепитель реагирует практически сразу даже при относительно небольшом превышении (в 1,3 раза) обычных значений. Применяется для особо чувствительных электроприборов. Часто, применяется для полупроводниковых устройств, так как даже небольшое отклонение может привести к серьёзным последствиям.
3. Тип B. Размыкает цепь при токе от 3 до 5 номиналов. Обычно применяется для жилых помещений. Его нельзя использовать для тех электроприборов, которые имеют большой пусковой ток.
4. Тип C. Срабатывает при силе тока в 5-19 номиналов. Этот тип принято считать универсальным. Он имеет наиболее широкое применение.
5. Тип D. Соответствует силе тока в 10-20 номиналов. Применяются там, где имеют место большие пусковые токи.
6. Тип K. Электромагнитный расцепитель срабатывает при скачке более чем в 18 раз по сравнению с номиналом для постоянного тока, и в 12 раз для переменного тока. При этом, тепловой расцепитель может сработать здесь уже при 1,05-м превышении.
7. Тип Z. Этот тип обычно применяется для полупроводниковых устройств.

Стоит всегда помнить о том, что если автоматический выключатель сработал, не нужно просто сразу включать его. Перед этим, необходимо разобраться в том, какая причина к этому привела и устранить аварийную ситуацию.

Тип выключателя — это важная, но не единственная техническая характеристика.

Перечислим их:

1. Номинальная сила тока. Действие устройства нормируется по отношению к этой величине. Различные выключатели могут быть рассчитаны на различную её величину.
2. Предельная коммутационная способность. Речь здесь идёт о максимальном значении силы тока, при котором устройство сработает, оставшись при этом работоспособным. Промышленность обычно выпускает выключатели, которые рассчитаны на 4500, 6000 или 10000 ампер. Для постоянного или переменного тока, эта величина может отличаться.
3. Класс токоограничения. Речь идёт о времени между началом размыкания и полным отключением. Речь может идти о 1,2 или 3 классе. Время гашения для устройств 3 класса токоограничения составляет за 2,5-6 мс , 2-го класса стоставляет 6-10 мс, для 1 класса — время более 10 мс.
4. Номинальная частота, на которую рассчитан выключатель.
5. Рабочая температура.
6. Степень защиты автоматического выключателя.

Принцип работы

Устройство

Поскольку это устройство срабатывает в случае опасности короткого замыкания, то основанием для его срабатывания принято считать прохождение слишком сильного тока.

Технически, для расцепления электрической цепи принято использовать следующие принципы:

1. Тепловое расцепление.
2. Электромагнитное расцепление.
3. Полупроводниковые расцепители.
4. Механические.

Для теплового расцепления принято использовать двухслойную металлическую пластину. Для этих слоёв используются металлы с различным коэффициентом теплового расширения. При прохождении слишком сильного тока по этой пластине, она начнёт изгибаться в сторону слоя с наименьшим коэффициентом теплового расширения.

https://www.youtube.com/watch?v=_Y-hcgRjcjM

Таким образом, в случае аварийной ситуации, произойдёт механическое размыкание электрической цепи. Во втором случае используется соленоид, внутри которого находится металлический стержень. Он прижимается специальной пружиной, которая обеспечивает его контакт.

При прохождении сильного тока по соленоиду, воздействие электромагнитного поля отсоединит стержень, преодолев действие пружины.

Полупроводниковые расцепители работают с использованием специальных реле.

Механические подразумевают ручное отключение.

Другие виды

Кроме использования электрических выключателей, также принято применять и другие их разновидности. Распространёнными являются масляные, вакуумные, воздушные или электрогазовые выключатели. Такое разнообразие в первую очередь обусловлено тем, как именно происходит отключение тока при аварийной ситуации.

Масляные

Осуществляют аварийное гашение тока короткого замыкания путём пропускания через масляный резервуар. Различают баковые и маломасляные (горшковые) выключатели.

Это связано с объёмом используемого масла. Обычно, этот тип устройств применяют на промышленных предприятиях. Достоинства такого метода работы состоят в относительной простоте конструкции, высокая отключающая способность и малая зависимость от атмосферных явлений.

Однако,у этого типа устройств имеется и ряд недостатков. У них большие габариты, что обуславливается использованием масляных контейнеров. Также, имеет место и повышенная пожароопасность. Для обеспечения их работы, на предприятии должна работать специальная служба.

Вакуумные

Их основное конструкционное отличие состоит в использовании вакуума для гашения сильного аварийного электрического тока.

Этот способ работы является достаточно эффективным. Работа переключателя основана на использовании электромагнитов, которые в аварийной ситуации переключают контакты соответствующим образом. Иногда их действие дублируется при помощи использования механических пружин.

Вакуумные выключатели имеют определённые достоинства:

1. Простота и надёжность конструкции.
2. Высокая устойчивость при коммутации.
3. Относительно небольшие эксплуатационные расходы.

Однако, эти свойства компенсируются достаточно небольшой отключающей способностью.

Воздушные

Работают на несколько ином принципе. Здесь аварийное выключение происходит в два этапа. Сначала срабатывают небольшие дополнительные переключатели, и только после этого размыкаются основные контакты.

Вследствие двухступенчатости процесса, электрическая дуга возникает между дополнительными контактами, не задевая основные. Таким образом, в процессе эксплуатации тратятся относительно дешёвые переключатели, а основные при этом остаются неповреждёнными.

Элегазовый

Использует особый «электрический газ» для гашения аварийного электричества. Его химический состав подобран таким образом, что он является инертным химически, безвредным и малоактивным.

Его достоинства заключаются в том, что он не требует ухода, не портится со временем и не оказывает разрушающего влияния на детали конструкции. Кроме этого, нужно заметить, что эта разновидность автоматических выключателей является относительно недорогой.

Среди недостатков нужно отметить, что к качеству такого газа предъявляются достаточно высокие требования. Также, нужно помнить, что для обслуживания такой конструкции требуется специальная аппаратура.

Различные задачи, решаемые выключателями

Автоматические выключатели используются для:

1. Выключения при превышении напряжения.
2. При минимальном напряжении.
3. При нулевом токе.
4. При минимальном токе.
5. При обратном токе.

Соответствующий тип устройства выбирается в соответствии с конкретной задачей, которую нужно выполнить.

Источник: http://househill.ru/kommunikacii/electrika/vykluchateli/avtomaticheskie-i-ih-vidi.html

Элегазовые выключатели

Существует несколько разновидностей высоковольтных выключателей, выступающих в роли коммутационной аппаратуры, среди которых особое место занимают элегазовые выключатели.

Для того, чтобы эффективно гасить электрическую дугу, используется элегаз, представляющий собой шестифтористую серу (SF6).

Данное коммутационное устройство должно выполнять оперативные включения или отключения различных видов электрооборудования или отдельных участков цепей в энергетических системах.

Выключатели могут работать в нормальном или аварийном режиме, их управление осуществляется вручную дистанционно или автоматически.

Конструкция высоковольтного выключателя

Существуют две основные конструкции элегазовых выключателей – колонковые и баковые. Первый вариант имеет большие габариты и при 220 киловольт у него единственный разрыв на фазу. В баковых выключателях имеются встроенные трансформаторы тока, они оборудованы общим приводом на все три полюса. Кроме того, их размеры, в сравнении с колонковыми значительно меньше.

Типовая конструкция состоит из следующих частей:

• Полюса с изоляцией из фарфора, в состав которых входят опорный изолятор и дугогасительная камера;
• Привод на пружинной основе;
• Опорные конструкции в виде рамы и поддерживающих стоек.

На способы гашения дуги влияют такие факторы, как номинальное напряжение и ток отключения, а также особенности эксплуатации в месте установки. В отличие от воздушных устройств, в элегазовых выключателях газ, при гашении, уходит не в атмосферу, а в камеру с замкнутым объемом, которая заполнена элегазом с небольшим давлением. В зависимости от способа гашения существуют их различные виды.

Виды элегазовых выключателей

• Автокомпрессионные с продувкой через элегаз с помощью компрессионных устройств с первоначальной степенью давления.
• Вращающиеся, где гашение дуги происходит с помощью магнитного поля, появляющегося при отключении тока, вокруг кольцевых контактов (электромагнитное дутье).
• С продольным дутьем, когда поступление предварительно сжатого газапроисходит из резервуара при повышенном давлении второй степени.
• С разогревом газовой среды, который осуществляется с помощью дуги отключения в специальной камере, с одновременным повышением давления элегаза.

Таким образом, элегазовые выключатели могут использоваться при любых напряжениях, которые существуют в современной энергетике. Они отличаются экологической чистотой, поскольку гашение дуги происходит в замкнутом пространстве без открытого доступа в атмосферу.

Источник: https://electric-220.ru/news/ehlegazovye_vykljuchateli/2013-09-02-431

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.

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.

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.

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

Источник: https://pomegerim.ru/electricheskie-apparaty/elegazovye-vykluchateli.php

Техническая библиотека

В зависимости от среды, в которой производят гашение дуги, различают воздушные выключатели, в которых дуга гасится сжатым воздухом, масляные выключатели, в которых контакты помещаются в ёмкость с маслом, а дуга гасится парами масла, элегазовые выключатели, в которых используется электропрочный газ SF6 – «элегаз», и вакуумные выключатели, в которых дугогашение происходит в вакууме – в так называемой вакуумной дугогасительной камере (ВДК).

Элегаз – это инертный газ без запаха, невоспламеняющийся, и в нормальных условиях нетоксичный.

При температуре выше 1000°C, элегаз разлагается на составляющие газы, включая высокотоксичный газ S2F 10.

Однако продукты распада при снижении температуры воссоединяются после погасания дуги.

Благодаря своей электрической прочности, элегаз обладает лучшими свойствами, чем вакуум и используется в качестве изоляционного материала и дугогасительной среды. 

Это позволяет делать электрооборудование более компактного размера. 

Элегаз – один из опасных нагретых газов в мире, из-за стабильного молекулярного состава, что делает его неразрушимым 1000-летия.

Элегазовый высоковольтный выключатель стоит дешевле, к примеру, вакуумного, хотя вакуумный высоковольтный выключатель имеет свои преимущества:

– вакуум не представляет угрозы для окружающей среды;

– легкость в производстве оборудования и почти на 50% меньше сборочных компонентов, чем в элегазовом высоковольтном выключателе;

– компактность.

Но элегазовый выключатель все равно дешевле.

Принцип работы аппаратов основан на гашении электрической дуги , возникающей между расходящимися контактами при отключении тока, потоком элегаза.

Существует 2 источника возникновения потока газа:

повышение давления в одной из заполненных газом полостей дугогасительного устройства, обусловленное уменьшением ее замкнутого объема, возможность истечения газа из которой в зону расхождения дугогасительных контактов появляется непосредственно перед их размыканием (при отключении малых токов);

повышение давления газа в этой же полости вследствие его расширения под действием тепловой энергии самой электрической дуги (при отключении больших токов)

Полюс выключателя

Для колонкового исполнения, полюс представляет собой вертикальную колонну, состоящую из 2-х (и более) изоляторов, в верхнем из которых размещено дугогасительное устройство (ДУ), а нижний – служит опорой ДУ и обеспечивает ему требуемое изоляционное расстояние от заземленной рамы.

Внутри опорного изолятора размещена изоляционная штанга, соединяющая подвижный контакт ДУ с приводной системой аппарата.

Для бакового исполнения, полюс представляет собой металлический цилиндрический бак, на котором установлены 2 изолятора, образующие высоковольтные вводы выключателя.

ДУ в таком выключателе размещено в заземленном металлическом корпусе.

Для комбинированного исполнения, полюс представляет собой металлический корпус в виде сферы, на котором установлены фарфоровые изоляторы, образующие высоковольтные вводы выключателя, в одном из которых размещено дугогасительное устройство, а в другом встроенные трансформаторы тока.

В верхней части изолятора обычно устанавливается фильтр – поглотитель влаги и продуктов разложения элегаза под действием электрической дуги.

Фильтрующим элементом в нем служит активированный адсорбент – синтетический цеолит NAX.

Дугогасительное устройство

Дугогасительное устройство предназначено обеспечивать быстрое гашение электрической дуги, образующейся между контактами выключателя при их размыкании.

Разработка рациональной и надежной конструкции дугогасительного устройства обычно требует экспериментальной проверки.

Современные выключатели оснащены дугогасительным устройством автокомпрессионного типа, которые демонстрируют свои расчетные преимущества при отключении больших токов.

Главный контакт неподвижной системы и дугогасительный подвижной – розеточного типа, а главный контакт подвижной системы и дугогасительный неподвижной – штыревые.

Подвижная система содержит, кроме главного и дугогасительного контактов, связанную с токовым выводом ДУ неподвижную токоведущую гильзу; поршневое устройство, создающее при отключении повышенное давление в подпоршневой полости, и два фторопластовых сопла (большое и малое), которые направляют потоки газа из зоны повышенного давления в зону расхождения дугогасительных контактов. Большое сопло, кроме того, препятствует радиальному смещению контактов подвижной системы относительно контактов неподвижной, поскольку никогда не выходит из направляющей втулки главного неподвижного контакта.

Главный контакт подвижной системы представляет собой ступенчатую медную гильзу, узкая часть которой адаптирована к входу в розеточный главный контакт неподвижной системы, а широкая часть имеет два ручья, в которых размещены токосъемные (замкнутые проволочные) спирали, постоянно находящиеся в контакте с охватывающей их неподвижной токоведущей гильзой.

Устройства для вращения дуги в элегазе позволяет успешно отключать ток.

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.

Газовая система

Газовая система аппаратов включает в себя:

клапаны автономной герметизации (КАГ) и заправки колонн;

коллектор, обеспечивающий во время работы аппарата связь газовых полостей колонн между собой и с сигнализатором изменения плотности элегаза;

сам сигнализатор, представляющий собой стрелочный электроконтактный манометр с устройством температурной компенсации, приводящим показания к величине давления при температуре 20ºС;

соединительные трубки с ниппелями и уплотнениями.

Сигнализатор изменения плотности элегаза (датчик плотности) имеет 3 пары контактов, одна из которых, замыкающаяся при значительном снижении плотности элегаза из-за его утечки, предназначена для подачи сигнала (например, светового) о необходимости дозаправки колонн; а 2 других, размыкающихся при недопустимом падении плотности элегаза, предназначены для блокирования управления выключателем или для автоматического отключения аппарата с одновременной блокировкой включения (что определяется проектом подстанции).

Привод

Приводы выключателей обеспечивают управление выключателем – включение, удержание во включенном положении и отключение. Вал привода соединяют с валом выключателя системой рычагов и тяг. Привод выключателя должен обеспечивать необходимую надежность и быстроту работы, а при электрическом управлении – наименьшее потребление электроэнергии.

В элегазовых выключателя применяют 2 типа приводов:

Пружинный привод:

аккумулятором энергии является комплект винтовых цилиндрических пружин,

управляющим органом является кинематическая система рычагов, кулачков и валов.

Пружинно-гидравлический привод:

аккумулятором энергии является комплект тарельчатых пружин,

управляющим органом является гидросистема.

Источник: https://neftegaz.ru/tech_library/view/4035-Elegazovye-vyklyuchateli

Элегазовые выключатели

Физико-химические свойства элегаза. Шестифтористая сера SF6 — элегаз, относится к «электроотрицательным» газам, получившим такое название из-за способности их молекул захватывать свободные электроны, превращаясь в тяжелые и малоподвижные отрицательно заряженные ионы.

Элегаз при нормальной температуре (20°С) и давлении 0,1 МПа представляет собой газ без цвета и запаха. Плотность его почти в 5 раз выше плотности воздуха, скорость звука в нем при температуре 30°С — 138,5 м/с (330 м/с в воздухе).

Элегаз обладает низкой теплоемкостью в канале столба дуги и повышенной теплопроводностью горячих газов, окружающих столб дуги (2000 К). Это характеризует элегаз как среду, обладающую высокими теплопроводящими свойствами.

К недостаткам элегаза следует отнести его низкую температуру сжижения (-64°С) при давлении 0,1 МПа, которая с повышением давления повышается. Чистый элегаз негорюч, инертен, нагревостоек до 800°С.

Однако степень разложения элегаза под воздействием электрической дуги в дугогасительной камере низка из-за того, что большое количество разложившегося газа немедленно восстанавливается в элегазе. Газообразными продуктами разложения являются низшие фториды сред SF2, SF4.

Хотя эти газы сами по себе не токсичны, но легко гидролизуются при взаимодействии с влагой, образуя фтористо-водородную кислоту и двуокись серы. Для их поглощения в элегазовые выключатели включаются фильтры, сорберы из активированного алюминия Аl2О3, которые поглощают как газообразные продукты разложения, так и влагу. Кроме активных газов во время горения дуги в результате реакции с парами материалов контактов дугогасителя образуются металлические фториды в виде тонкого слоя порошка. Обладая низкой электропроводностью, они не снижают электрическую прочность изоляции аппарата.

Дугогасительные устройства. В элегазовых выключателях гашение дуги происходит так же, как и в воздушных выключателях при интенсивном охлаждении дуги потоком газа. Дугогасительная способность элегаза в 4—4,5 раза выше, чем воздуха при сопоставимых условиях. Это преимущество объясняется различиями телофизических свойств элегаза и воздуха.

Канал столба дуги в элегазе обладает меньшим теплосодержанием по сравнению с воздухом и высокой способностью элегаза захватывать свободные электроны. В результате количество носителей тока — свободных электронов — в столбе дуги вследствие этого уменьшается, баланс их может стать отрицательным и дуга гаснет.

Явление захвата электронов особенно благоприятно сказывается после перехода тока через нуль, вследствие чего элегазовые выключатели мало чувствительны к частоте восстанавливающегося напряжения.

Как показали исследования, в элегазе практически до естественного перехода тока через нуль не происходит разрушения канала столба дуги, обладающего высокой проводимостью. Это исключает возможность появления перенапряжений при отключении ненагруженных трансформаторов и линий электропередач.

В противоположность этому в воздушных выключателях интенсивными турбулентными процессами столб дуги может разрушаться раньше естественного перехода тока через нуль, что приводит к появлению перенапряжений, для ограничения которых воздушные выключатели снабжаются шунтирующими сопротивлениями.

В элегазовых дугогасительных устройствах (ДУ) в отличие от воздушных при гашении дуги истечение газа через сопло происходит не в атмосферу, а в замкнутый объем камеры, заполненный элегазом при небольшом избыточном давлении. По способу гашения дуги в элегазе различают следующие ДУ:

· с системой продольного дутья, в которую предварительно сжатый газ поступает из резервуара с относительно высоким давлением элегаза (ДУ с двумя ступенями давления);

· автокомпрессионные с дутьем в элегазе, создаваемым посредством встроенного компрессионного устройства (ДУ с одной ступенью давления);

· с электромагнитным дутьем, в котором гашение дуги обеспечивается в результате ее перемещения с высокой скоростью в неподвижном элегазе по кольцевым электродам под воздействием радиального магнитного поля, создаваемого отключаемым током (ДУ с электромагнитным дутьем);

· с системой продольного дутья, в котором повышение давления в элегазе происходит при разогреве дугой, вращающейся в специальной камере под воздействием магнитного поля.

Интенсивное газодинамическое воздействие потока элегаза на столб электрической дуги является наиболее эффективным способом гашения дуги.

Поэтому оно используется в большинстве современных конструкций ДУ элегазовых выключателей. Гашение дуги происходит в соплах (рис. 9.6) потоком элегаза высокого давления (0,5—0,6 МПа) как при одностороннем (рис. 9.

Основными параметрами системы продольного дутья являются: площадь сечения Sc или диаметр dc горловины сопла, относительное расположение контактов, определяемое расстоянием z0, геометрические размеры формы диффузоров и конфузоров дутьевой системы. Оптимальные условия гашения дуги в таких системах во многом определяются, как и в воздушных выключателях, геометрическими параметрами дутьевых систем и особенно входной части (конфузора).

В настоящее время в зарубежных энергосистемах большинство применяемых выключателей высокого напряжения — элегазовые. К сожалению, в отечественной энергетике выключатели этого типа пока не нашли широкого применения.

Конструкции элегазовых выключателей. Фирма Merlin Gerin разработала элегазовый выключатель Fluarc FB4 на напряжение Uном = (7,2—36) кВ, номинальный ток отключения Iо.ном = 25 кА, номинальный ток Iном = (630—1250) А. Давление внутри корпуса 1,5 МПа, время гашения дуги 15 мс, полное время отключения 60—80 мс, срок службы — 20 лет.

На рис. 9.7 представлены полюс автокомпрессионного выключателя и положение механизма, соответствующее различным этапам отключения. Положение а соответствует нормальному включенному состоянию. Ток протекает по главным контактам 1, 2, дугогасительные контакты 3, 4 замкнуты.

Подвижный поршень 5 совместно с подвижным главным контактом 1 и соплом 6 перемещается под воздействием приводных рычагов 7, 8. Этим создается избыточное давление в полости над поршнем по сравнению с объемом под поршнем. Ток из главных контактов 1, 2 перебрасывается в дугогасительную цепь контактов 3, 4.

При дальнейшем перемещении поршня (положение в) происходит размыкание контактов 3, 4 с одновременным возникновением дутья через внутренние полости контактов 3, 4 — двустороннее симметричное дутье.

При этом выделяющаяся энергия дуги разогревает элегаз, что приводит к повышению перепада давления и усилению интенсивности истечения газовой струи. После гашения дуги при дальнейшем перемещении поршня (положение г) продолжается вентиляция межконтактного промежутка, обеспечивающая необходимую электрическую прочность.

Масляные выключатели

Принцип действия дугогаситсльпых устройств. В дугогасительных устройствах традиционных масляных выключателей гашение дуги осуществляется путем эффективного ее охлаждения в потоке газопаровой смеси, вырабатываемой дугой в результате разложения и испарения масла. В зависимости от назначения масла можно выделить две основные группы масляных выключателей:

· баковые (многообъемные) масляные выключатели, в которых масло используется для гашения и изоляции токоведущих частей от заземленного бака;

· маломасляные (малообъемные) масляные выключатели, в которых масло используется только для гашения дуги и изоляции между разомкнутыми контактами одного полюса.

В состав газопаровой смеси, возникающей в результате разложения масла под действием дуги, входит до 70 % водорода Н2, обладающего по сравнению с воздухом в 8 раз более высокой теплопроводностью, но меньшей предельной электрической прочностью. Поток газопаровой смеси в зоне горения дуги обладает высокой температурой 800—2500 К.

Механизм охлаждения столба дуги при больших (обычно выше 100 А) и малых значениях тока дуги различен. При больших токах охлаждение дуги происходит главным образом за счет принудительной конвекции в потоке газопаровой смеси при большом давлении.

С увеличением тока интенсивность конвективного охлаждения и давление в зоне гашения дуги увеличиваются. При небольших токах конвекция и давление газа в зоне гашения дуги снижаются, условия охлаждения дуги ухудшаются и время гашения дуги затягивается.

Повышение давления в зоне гашения дуги в результате принудительной подачи масла может существенно улучшить условия гашения дуги при отключении небольших токов.

Можно считать, что основными условиями для наиболее эффективного гашения дуги являются:

· интенсивное дутье газопаровой смеси в зоне дуги, особенно в момент тока, близкого к нулю;

· максимально возможное высокое давление газопаровой смеси в области дуги в конце полупериода тока.

Дугогасительные системы с автоматическим дутьем получили наиболее широкое применение благодаря своей эффективности и простоте конструкции. В зависимости от конструкции дугогасительных камер различают продольное дутье (рис. 9.

9, а), когда поток газопаровой смеси направлен вдоль столба дуги, поперечное (рис. 9.9, б), когда поток направлен перпендикулярно или под некоторым углом к столбу дуги, и встречное (рис. 9.

Гашение дуги может быть разбито на три основных этапа (рис. 9.10):

· первый этап (рис. 9.10, а). После размыкания контактов дуга горит в замкнутом, как правило небольшом, пространстве, создавая за счет разложения масла значительные давления.

Это так называемый «режим замкнутого пузыря».

В течение этого этапа в результате выделяющейся в дуге энергии в замкнутом объеме создается (аккумулируется) высокое давление (до 10 МПа), которое используется на следующем этапе гашения дуги;

· второй этап (рис. 9.10, б) наступает с момента начала истечения газопаровой смеси из области замкнутого объема через рабочие каналы, открываемые при перемещении подвижного контакта за пределы предкамерного объема.

Этап характеризуется изменением давления газопаровой смеси в камере и рабочих каналах, куда затягивается дуга, а также интенсивного истечения газопаровой смеси и завершается процессами распада столба дуги и восстановления электрической прочности межконтактного промежутка;

· третий этап (рис. 9.10, в). Происходят удаление из камеры оставшихся после гашения дуги горячих газов, продуктов разложения масла и заполнение внутренней полости камеры свежим маслом.

На этом этапе происходит подготовка камеры для последующего ее включения и нового отключения. В масляных выключателях, предназначенных для работы в цикле АПВ, этот этап имеет очень важное значение.

Эффективность ДУ и ресурс масляных выключателей в значительной мере обусловливаются физико-химическими процессами, происходящими в зоне горения дуги. Образующиеся под влиянием дуги продукты разложения масла (Н2, С и др.

), ионизированный газ, пары материала контактов понижают отключающую способность ДУ и ограничивают коммутационный ресурс.

Свободные частички углерода, образуя коллоидную взвесь, снижают электрическую прочность изоляционного промежутка и утяжеляют процесс включения КЗ в режиме АПВ из-за преждевременного пробоя межконтактного промежутка.

Продукты разложения масла и изоляционных материалов камеры ДУ влияют на состояние контактов, их структуру и переходное сопротивление. Время горения дуги возрастает по мере накопления продуктов разложения в масле. Все это, естественно, требует постоянного контроля за состоянием качества масла, его уровнем в ДУ.

Коммутационный ресурс в большой степени зависит от тока Iо.ном выключателя и реальных токов отключения. Так, при Iо.ном = 20кА для маломасляного выключателя на напряжение 35 кВ количество отключений N ≤ 10, а при токе Iо.ном = 10 кА допустимое число отключений возрастает до N ≤ 30. Вышеизложенные особенности требуют постоянного контроля за техническим состоянием масляных выключателей.

Конструкции масляных выключателей. Масляные выключатели благодаря простоте конструкции явились первыми выключателями высокого напряжения.

Маломасляные выключатели можно разделить на две группы. Первая, более многочисленная, — с установкой ДУ в нижней части фазы и перемещением подвижного контакта на включение сверху вниз (см. рис. 9.9, в).

Вторая — с перемещением подвижного контакта на включение снизу вверх и установкой ДУ в верхней части полюса. Выключатели второй группы более эффективны, так как в них повышаются отключаемые токи и улучшаются динамические процессы при отключении.

На рис. 9.11 представлена одна фаза (полюс) колонкового маломасляного выключателя ВК-10. Он выпускается на напряжение 10 кВ, номинальные токи 630, 1000 и 1600 А, номинальные токи отключения 20; 31,5 кА. Выключатели ВК-10 с пружинным приводом предназначены для работы в шкафах КРУ внутренней и наружной установки, а также в режиме АПВ.

11, а) образован изоляционным цилиндром 1, внутри которого проходят токоведущие элементы, соединенные с верхним неподвижным розеточным контактом 2 и обоймой 3, присоединенной к направляющим стержням 4.

Токоподвод к подвижному контакту 5 от направляющих стержней осуществляется роликовым устройством 6. Подвижный контакт 5 присоединен к рычагу механизма управления 11 посредством изоляционной тяги 7.

На обойму 3 сверху устанавливается распорный цилиндр 8, а на него дугогасительное устройство 9. Маслоуказатели 10 поплавкового типа расположены наверху полюса.

Камера имеет центральное отверстие для прохода подвижного стержня.

В верхней части камеры изоляционные пластины образуют три поперечные, расположенные одна под другой, дутьевые щели 13 для больших токов, связанные вертикальным каналом 14 с под камерным и надкамерным пространствами.

В нижней части камеры имеются два глухих масляных кармана 15 для гашения малых токов.

При гашении малых токов ввиду недостаточности давления газопаровой смеси, создаваемого в течение первого этапа, дуга не гаснет при движении стержня вдоль дутьевых щелей 13 и достигает глухих карманов 15.

В этом случае вследствие незначительности объемов этих полостей масло, содержащееся в них, даже при незначительном токе отключения испаряется взрывообразно.

Это приводит к попытке отрыва столба дуги за счет импульсного повышения давления от токоведущего стержня, так как выброс газопаровой смеси будет происходить вверх в зону, свободную от контактной свечи. Конусная втулка, установленная в средней части камеры, служит для предотвращения чрезмерного разгона подвижного стержня под воздействием высокого давления, возникающего в камере при отключении токов КЗ.

В настоящее время масляные выключатели за рубежом практически не выпускаются, но в отечественных сетях все еще встречаются.

Источник: https://megaobuchalka.ru/3/12832.html