Способы гашения дуги элегазового выключателя

Элегазовые выключатели: виды + правила и особенности эксплуатации

Функционирование высоковольтных электрических сетей по токовым характеристикам не сопоставимо с работой бытовых аналогов. Соответственно, при возникновении аварийной ситуации для отключения оборудования и гашения электродуги необходимы более мощные устройства, чем стандартные автоматические приборы.

В качестве защитных конструкций применяют элегазовые выключатели (ЭВ), которыми можно управлять как в ручном режиме, так и с помощью автоматики.

• Определение и применение элегаза
• Конструкция элегазового выключателя
  • Колонковые и баковые устройства
  • Принцип гашения дуги
  • Для чего нужен привод
• Преимущества и недостатки использования ЭВ
• Правила подключения и обслуживания ЭВ
• Выводы и полезное видео по теме

Определение и применение элегаза

Элегаз – это шестифтористая сера, которую относят к электротехническим газам. Благодаря изоляционным свойствам ее активно применяют при производстве электротехнических устройств. В нейтральном состоянии элегаз представляет собой негорючий газ без цвета и запаха. Если его сравнивать с воздухом, то можно отметить высокую плотность (6,7) и молекулярную массу, превышающую воздушную в 5 раз.

Одно из преимуществ элегаза – устойчивость к внешним проявлениям. Он не меняет характеристик при любых условиях. Если происходит распад во время электроразряда, то вскоре наступает полноценное, необходимое для работы восстановление.

Секрет в том, что молекулы элегаза связывают электроны и образуют отрицательные ионы. Качество «электроотрицания» наделило 6-фтористую серу такой характеристикой, как электрическая прочность. На практике электропрочность воздуха в 2-3 раза слабее, чем то же свойство элегаза. Кроме прочего, он пожаробезопасен, так как относится к негорючим веществам, и обладает охлаждающей способностью.

Перечисленные характеристики сделали элегаз максимально подходящим для применения в электротехнической сфере, в частности, в следующих устройствах:

• силовые трансформаторы, работающие по принципу магнитной индукции;
• распределительные устройства комплектного типа;
• линии высокого напряжения, связывающие удаленные установки;
• высоковольтные выключатели.

Но некоторые свойства элегаза привели к тому, что пришлось усовершенствовать конструкцию выключателя. Основной недостаток касается перехода газообразной фазы в жидкую, а это возможно при определенных соотношениях параметров давления и температуры.

Чтобы оборудование работало без перебоев, необходимо обеспечить комфортные условия. Предположим, для функционирования элегазовых устройств при -40º необходимо давление не более 0,4 МПа и плотность менее 0,03 г/см³. На практике при необходимости газ подогревают, что препятствует переходу в жидкую фазу.

Конструкция элегазового выключателя

Если сравнивать элегазовые устройства с аналогами других видов, то по конструкции они ближе всего к масляным приборам. Разница заключается в наполнении камер для гашения дуги. В качестве наполнителя у масляных выключателей используется масляная смесь, а у элегазовых – 6-фтористая сера. Преимущество второго варианта в долговечности и минимуме технического обслуживания.

Способы гашения электродуги зависят от многих факторов, среди которых решающими являются номинальный ток и напряжение, а также условия использования устройства. Всего выделяют четыре вида ЭВ:

• с электромагнитным дутьем;
• с дутьем в элегазе – с 1 ступенью давления;
• с продольным дутьем – с 2-мя ступенями давления;
• с автогенерирующим дутьем.

Если в воздушных приборах в процессе гашения дуги газ поступает в атмосферу, то в элегазовых он остается в замкнутом пространстве, наполненном газовой смесью. При этом сохраняется небольшое избыточное давление.

Колонковые и баковые устройства

На практике применяются два вида элегазовых установок:

Отличия касаются как конструкционных особенностей, так и принципа гашения электродуги. По внешнему устройству колонковые напоминают маломасляные аналоги: состоят из двух функциональных частей – дугогасительной и контактной, имеют одинаково объемные размеры. Отключающие устройства рассчитаны на работу от сети 220 В и относятся к однофазному оборудованию.

Пример элегазового выключателя колонкового типа — LF 10 Schneider Electric.

Баковые элегазовые приборы меньше по размерам и оснащены приводом с несколькими фазами. Такое распределение позволяет лучше контролировать и плавно регулировать параметры напряжения.

Образцом бакового устройства является элегазовая установка DT2-550 F3 Alstom Grid. Подобные устройства положительно зарекомендовали себя в электросистемах с напряжением 500 кВ. Конструкция собрана и оснащена таким образом, что функционирует без сбоев при низких температурах (критических), повышенной влажности, а также в регионах с сейсмической активностью и превышенной загрязненностью атмосферы.

Принцип гашения дуги

Как срабатывает устройство, рассмотрим на примере выключателя LW36 китайского производителя CHINT.

При отключении пружина действует на динамические элементы цилиндра, и они опускаются вниз. Все контакты, кроме дугогасительных, размыкаются. Когда отсоединяются и дугогасительные контакты, по которым проходит ток, возникает электрическая дуга. Горячий газ перемещается в тепловую камеру, срабатывает обратный клапан. Когда газ из тепловой камеры выдувается в промежуток, происходит гашение дуги.

Если происходит отключение небольших по величине токов, то давления в тепловой камере недостаточно, поэтому привлекается давление из компрессионной камеры (оно всегда выше). Открывается обратный клапан, газ беспрепятственно поступает в промежуток и при переходе через ноль гасит дугу.

Современные колонковые установки обладают улучшенными характеристиками. Техническое обслуживание снижено до минимума, коммутационный ресурс увеличен. Элегазовые выключатели отличаются низким уровнем шума, надежной механикой, простотой монтажных и испытательных работ.

Регулировка баковых моделей производится с помощью привода и трансформаторов. Пружинный или пружинно-гидравлический привод контролирует процессы включения/отключения, уровень удержания электродуги.

Для чего нужен привод

Привод призван выполнять все операции, связанные с включением/выключением или удержанием установки в определенном положении. На схеме показано, где именно может располагаться привод. Обычно это поверхность земли или невысокая опора, обеспечивающая обслуживающему персоналу легкий доступ к регулирующим устройствам.

Привод состоит из механизма включения, фиксирующего устройства – защелки, расцепляющего механизма. Процесс включения должен происходить максимально быстро, что избежать приваривания контактов. Во время включения прилагают большие усилия для преодоления силы трения всех задействованных элементов. Отключение производится проще и заключается в обратном движении защелки, которая обеспечивает включение и его удержание.

Способов включения/отключения несколько:

• механический;
• пружинный;
• грузовой;
• пневматический;
• электромагнитный.

Для маломощных систем используют ручное управление. В этом случае достаточно силы одного оператора. Выключение ручных механизмов обычно осуществляется в автоматическом режиме. Пружинный привод также приводится в действие вручную, но иногда привлекаются маломощные электродвигатели.

Для применения электромагнитного привода требуется больше энергии, поэтому необходим постоянный источник тока примерно 58 А с напряжением 220 В. В качестве резервного механизма отключения имеется ручной рычаг. Электромагнитные устройства отличаются надежностью, поэтому их успешно эксплуатируют в зонах с суровыми зимами. Минус – потребность в мощном аккумуляторе.

Пневматический привод отличается тем, что вместо электромагнита главным рабочим элементом является пара цилиндр/поршень. Благодаря сжатому воздуху скорость включения намного выше, чем у предыдущих моделей.

Преимущества и недостатки использования ЭВ

Элегазовые выключатели, как и другие типы электрораспределительных устройств, имеют ряд преимуществ и недостатков. При выборе установки производят необходимые расчеты и, кроме технических характеристик и конструкционных особенностей, учитывают плюсы и минусы моделей.

Источник

Способы гашения дуги в элегазовых выключателях

Существуют несколько способов гашения дуги в элегазовых выключателях. Они отличаются способами охлаждения дуги, характеристиками и имеют различные сферы применения.

Камеры термического дутья

Новые виды элегазовых дугогасительных камер, в которых были воплощены инновационные принципы дугогашения, разрабатывались более 30 последних лет с целью снижения эксплуатационной энергии элегазового выключателя. Одной из целей этого развития было дальнейшее повышение надёжности с помощью уменьшения динамических нагрузок на полюс. Начиная с 1980 года, разработки велись в направлении использования метода автодутья в элегазовых дугогасительных камерах.

Этим разработкам способствовало развитие цифрового моделирования, которое широко использовалось для оптимизации конфигурации дугогасительных камер и взаимосвязи механизма с полюсом.

Этот метод доказал свою высокую состоятельность и его начали широко применять в высоковольтных выключателях при напряжении до 500 кВ. Это позволило разработать новые серии выключателей, приводимых в действие низкоэнергетическими пружинными механизмами.

В основном, снижение эксплуатационной энергии было достигнуто за счёт уменьшения энергии, используемой для сжатия газа, а также увеличения применения энергии дуги для создания давления, необходимого для гашения той же самой дуги и прерывания тока. Отключение низких токов в пределах 30% от номинального тока короткого замыкания достигается компрессионным гашением.

Камеры автодутья

Очередной прогресс в технологии дутья произошел с вводом клапана между камерами расширения и сжатия. Во время гашения малых токов клапан открывается под воздействием избыточного давления образованного в камере сжатия. Гашение дуги производится так же, как и в автопневматических выключателях, благодаря сжатию газа с помощью поршня. В случае отключения высоких токов, энергия дуги вырабатывает излишнее давление в расширительной камере, которое ведет к закрытию клапана, таким образом, изолируя расширительную камеру от камеры сжатия. Необходимость излишнего давления для дугогашения обусловлена оптимальным использованием теплового эффекта и устранения эффекта засорения сопла каждый раз, когда поперечное сечение дуги значительно снижает выброс газа в сопло. Для того чтобы избежать чрезмерное потребления энергии сжатием газа, клапан установлен на поршень так, чтобы ограничить излишнее давление в камере сжатия до значений необходимых для отключения небольших токов короткого замыкания.

Эта технология, известная как «автодутье» используется с 1980г. для усовершенствования многих типов дугогасительных камер. Более глубокое понимание процесса гашения дуги, полученное благодаря цифровому моделированию и подтвержденное испытаниями на разрушение, способствует лучшей надежности выключателей, в которых используется автодутье. Кроме того, технология автодутья позволяет снизить энергию необходимую для коммутации, что ведет к увеличению срока службы выключателей.

Двойное движение контактов

Значимое снижение рабочей энергии также может быть получено за счет уменьшения кинетической энергии, потребляемой во время операции отключения. Одним из таких способов является перемещение двух дугогасительных контактов в противоположных направлениях, так, что скорость перемещения дуги будет вдвое меньше чем в традиционной схеме с одним подвижным контактом.
Тепловой и автодутьевой методы сделали возможным применение маломощных пружинных приводов для работы в высоковольтных выключателях. Они постепенно заменяли автопневматическую технику в 1980-ых годах; сначала в выключателях на 66 кВ, затем от 132 кВ до 750 кВ.

Сравнение одноподвижной и двуподвижной технологии

Двуподвижная технология позволяет снизить скорость отключения подвижных контактов в 2 раза. В принципе, кинетическая энергия могла бы быть снижена в 4 раза, если бы общая масса подвижных частей не была бы увеличена.
Однако, поскольку полная масса подвижных частей стала больше, практическое снижение кинетической энергии близко к 60%. Общая энергия отключения также включает в себя энергию сжатия, которая практически одинакова для обеих технологий. Таким образом, уменьшение общей энергии отключения для этой технологии составляет порядка 30%, хотя точное значение зависит от применения и привода выключателя. В зависимости от конкретного случая, дешевле может быть как одноподвижная, так и двуподвижная технология. Другие соображения, такие как рационализация диапазона высоковольтного выключателя, также могут повлиять на цену.

Дугогасительные камеры теплового дутья и отключением с помощью дуги

В этом принципе гашения электрической дуги, ее энергия используется, с одной стороны, для того, чтобы сформировать дутье тепловым расширением и с другой стороны, для ускорения подвижных контактов выключателя во время отключения больших токов. Избыточное давление, производимое энергией дуги, снижается с удалением от зоны дугогашения. Оно действует на вспомогательный поршень, соединенный с подвижной частью. Результирующая сила ускоряет подвижную часть, таким образом, увеличивая энергию доступную для отключения.
Благодаря этим принципам дугогашения возможно, во время отключения больших токов, увеличить энергию отключения, которая передается приводом на 30% . Также становится возможным поддержать скорость отключения независимо от тока. Это хорошо подходит для выключателей с большими токами отключения, такими как генераторные высоковольтные выключатели.

Источник