Элегазовые выключатели принцип работы и характеристики

Компрессионные элегазовые выключатели

Рассмотрим принцип действия автокомпрессионного элегазового выключателя Основные составные части этого выключателя изображены на (рис. 5.).Рис. 5. Автокомпрессионный элегазовый выключатель Верхний токовый вводАбсолютное давление элегаза 0,5 бар.Герметизирующая насадкаНеподвижный дугогасительный контактПодвижный основной контактСоединения между подвижными и неподвижными частямиПодвижный дугогасительный контактНапорная камераПоршеньВентильПружинаНижний токовый вводГлавный шток из изолирующего материалаРычаг валаСистема уплотненийВалМолекулярное ситоМесто крепленияПри включенном состоянии ток течёт через верхний токовый ввод (1), неподвижный дугогасительный контакт (4), подвижный основной контакт (5) и нижний токовый ввод (12) (рис. 6,а).

После команды отключения привод приводит в действие вал (16), который вращаясь, через систему уплотнения (15) передает механический момент главному штоку (13) через рычаг вала (14) и происходит сжатие элегаза в напорной камере (8) (рис. 6,б). При этом неподвижный и подвижный дугогасительные контакты (4 и 7) остаются замкнутыми в силу поджатия пружины (11).

После этого начинается расхождение неподвижного и подвижного дугогасительного контакта (4 и 7) в силу ослабления пружины (11) (рис. 6,в). Главный шток из изолирующего материала (13) начинает отдалять их друг от друга. При расхождении неподвижного и подвижного дугогасительных контактов между ними начинает гореть дуга.

Как видно на рис. 5. к подвижному дугогасительному контакту прикреплен поршень (9) с герметизирующей насадкой (3), движущийся в напорной камере (8), обеспечивая при этом одновременно охлаждение и выдувание дуги элегазом под высоким давлением. Напорная камера с поршнем и герметизирующей насадкой при полном расхождении контактов обеспечивает полное гашение в дугогасящей камере (рис. 6,г).

Более усовершенствованной и надежной моделью автокомпрессионного выключателя является автокомпрессионный выключатель с главными токоведущими контактами. Рассмотрим его принцип действия и определим его составные части:При включенном состоянии ток течёт по главному токопроводу, состоящего из верхнего и нижнего токового ввода (22 и 19) и из неподвижного и подвижного контакта главного токопровода (20 и 21).

Элегазовые выключатели принцип работы и характеристики

После команды отключения привод приводит в действие вал (14), который вращаясь, через систему уплотнения (13) передает механически момент шатуну (17), закрепленный к главному штоку (10). Главный шток тянет за собой вниз подвижный контакт главного токопровода и происходит разрыв главного токопровода.

При этом неподвижный и подвижный дугогасительные контакты (4 и 6) остаются замкнутыми в силу поджатия пружины (9) и отключаемый ток перераспределяется от главного токопровода на дугогасительный токопровод, подсоединяется к нижнему токовому вводу (19) через главный шток (10) и гибкую шину (18). Рис. 6.

Принцип работы автокомпрессионного выключателяКрышкаГерметизирующая оболочкаПолюсное устройствоНеподвижный дугогасительный контактГерметизирующая насадкаПодвижный дугогасительный контактПоршеньНапорная камераПружинаГлавный штокПолюсное устройствоИзогнутая рукояткаСистема уплотненийВалМолекулярное ситоКрышкаШатунГибкая шинаНижний токовый вводПодвижный контакт главного токопровода (наклонный ножевой контакт)Неподвижный контакт главного токопроводаВерхний токовый вводРис.  7.

Автокомпрессионный элегазовый выключатель с главными токоведущими контактамиЗамкнутый выключатель Разомкнутый главный контакт  Период дугогашения       РазомкнутыйвыключательРис. 8. Принцип работы автокомпрессионного выключателя с главными токоведущими контактамиПосле перераспределения тока от главного токопровода на дугогасительный токопровод начинается расхождение неподвижного и подвижного дугогасительных контактов (4 и 6), в силу ослабления пружины (9) главный шток начинает все больше и больше отдалять их друг от друга.

При расхождении неподвижного и подвижного дугогасительных контактов между ними начинает гореть дуга. Как видно на рис. 7. к подвижному дугогасительному контакту прикреплен поршень (7) с герметизирующей насадкой (5), движущийся в напорной камере (8), обеспечивая при этом одновременно охлаждение и выдувание дуговой плазмы элегазом под высоким давлением.

Достоинства и недостатки элегазового выключателя

Элегазовые выключатели среднего класса напряжения имеют больше разновидностей, чем вакуумные. Выше мы рассмотрели наиболее распространенный элегазовый компрессионный выключатель. Сейчас рассмотрим принцип действия более нового элегазового выключателя, принцип действия которого радикально отличается от описанного выше выключателя. На рис. 9.

представлен элегазовый выключатель с гашением дуги вращением.При включенном состоянии ток течёт по главному токопроводу, который состоит из верхнего и нижнего токового ввода (1и 14) и из неподвижного дугогасящего контакта и подвижного контакта главного токопровода и дугогасящего контакта (7,10 и 11). После команды отключения привод приводит в действие вал (13), который вращаясь через систему уплотнения, передает механически момент рычагу (12).

1 — верхний токовый ввод.абсорбирующий материал.корпус из изолирующего материалаточки креплениякатушкаглавный токовый вводнеподвижный дугогасящий контактверхнее кольцо дугинижнее        кольцо дугиподвижный контакт главного токопроводаподвижный дугогасящий контактрычаг из изолирующего материалавал с герметизируюииш уплотнениемнижний токовый вводРис. 9. Элегазовый выключатель с гашением дуги вращением.

Замкнутый выключатель Разомкнутый главный контакт  Период дугогашения       РазомкнутыйвыключательРис. 10. Принцип работы элегазового выключателя с гашением дуги вращением.Рычаг тянет за собой вниз подвижный контакт главного токопровода, на котором закреплен подвижный дугогасящий контакт. После разрыва главного токопровода дуга начинает гореть между неподвижным и подвижным дугогасящими контактами и переходит между верхним и нижним кольцами дуги.

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

При этом отключаемый ток перераспределяется от главного токопровода на дугогасительный токопровод, протекая через катушку (5) верхнего и нижнего колец дуги . После перераспределения тока от главного токопровода на дугогасительный, под воздействием магнитного поля катушки, дуга начинает вращаться на поверхности колец, выдуваясь и охлаждаясь элегазом.

После гашения тока при переходе через нуль дуга полностью гаснет и элегаз восстанавливает изоляционную прочность между верхним и нижним кольцами. Описанный процесс изображен на рис. 10.Гибридной конструкцией вышеописанных, автокомпрессионного и с гашением дуги вращением, элегазовых выключателей является, так называемый, автокомпрессионный элегазовый выключатель с гашением дуги вращением, принцип действия которого приводится на рис  11.Рис. 11.

Принцип работы автокомпрессионного элегазового выключателя с гашением дуги вращением.Из рисунка видно, что при включенном состоянии ток течет через главный токопровод. После команды отключения, в начальный момент, происходит разрыв главного токопровода. При этом неподвижный и подвижный дугогасящие контакты остаются замкнутыми и отключаемый ток перераспределяется от главного токопровода на дугогасительный токопровод протекая через катушку неподвижного дугогасящего контакта, подвижный дугогасящий контакт и через гибкую шину.

После расхождения неподвижного и подвижного дугогасящих контактов, между ними загорается дуга, которая под воздействием магнитного поля катушки вращается по поверхности неподвижного и подвижного дугогасящих контактов, выдувается и охлаждается элегазом через подвижный дугогасительный контакт под воздействием избыточного давления дугогасительной камеры. При полном расхождении контактов дуга полностью гаснет и элегаз восстанавливает изоляционную прочность между контактами.

Необходимо отметить, что основной задачей силовых выключателей является отключение токов короткого замыкания и, тем самым, защита электрооборудования от воздействий на него, вызываемых аварийными токами. Силовые выключатели должны справляться с этой задачей с высокой эффективностью и надежностью.Одним из важных критериев оценки эффективности и надежности электрооборудования является показатель эксплуатационной надежности (MTBF — mean time between failures), который определяется как среднее ожидаемое число лет безаварийной работы.

Обратной величиной MTBF является частота отказов. Как показал многолетний анализ эксплуатационной надежности маломасляных, элегазовых и вакуумных выключателей MTBF приблизительно обратно пропорционален числу составных частей коммутационной камеры выключателя. Основываясь на этом, были проведены исследования современных маломасляных, элегазовых и вакуумных выключателей среднего класса напряжения, где было определено среднее число составных частей коммутационных камер (табл. 2.1.). Табл. 2.1. Сравнение числа составных частей коммутационной камеры маломасляных, элегазовых и вакуумных выключателей.

Маломасляный

Элегазовый

Вакуумный

Общее число составных частей коммутационной камеры

43

52

22

Число подвижных частей

18

24

9

Число подвижных частей дугогасящей камеры.

17

24

2

К примеру MTBF вакуумного выключателя фирмы Siemens составляет около 1000 лет, a MTBF самих вакуумных дугогасительных камер Siemens — 24.000 лет. Сравнение между вакуумными и элегазовыми выключателями показывает, что дугогасительная часть элегазовых выключателей содержит значительно большее количество деталей, чем вакуумный выключатель.

Особо существенным при этом также является количество подвижных деталей коммутационной камеры. Частота отказов подвижных деталей естественно выше, чем у неподвижных деталей. Коммутационная камера элегазового выключателя имеет большее количество подвижных деталей.При этом сравнении не были приняты во внимание приводы коммутационных систем, хотя и здесь вакуумный выключатель имеет преимущества по сравнению с элегазовым выключателем из-за своей низкой энергии привода.

Сравнение показывает, что на основании выше приведенных соображений, от вакуумного выключателя можно ожидать значительно большей надежности, чем от выключателей, использующих другие принципы дугогашения.Этот вывод можно сделать на основании опыта производства фирмой Siemens более 300.000 вакуумных выключателей, изготовленных заводом выключателей в Берлине и более чем 20 партнерами по производству и обладателями лицензии во всем мире.

Обобщая вышеприведенные результаты различных независимых исследований, можно сделать вывод, что в отношении надежности принцип вакуумного дугогашения превосходит все другие. Немецкие электроснабжающие предприятия приняли решение об использовании вакуумных силовых выключателей на АЭС, главным образом, благодаря их безотказности.

Элегазовые выключатели принцип работы и характеристики

В Германии вакуумный выключатель со своим удельным весом, составляющим 95% рынка, определённо занял главенствующее положение.Из-за разного числа составных частей коммутационной камеры техобслуживание того или иного типа коммутационного аппарата имеет различный временной промежуток. Кроме того, число составных частей влияет на номинальное число коммутаций аппарата, величина которого является одним из важных факторов коммутационных аппаратов среднего напряжения.

В вакуумном выключателе номинальное число коммутационных циклов рабочих токов и токов короткого замыкания значительно выше, чем в элегазовых выключателях.Например, стандартный вакуумный выключатель фирмы Siemens на 12 кВ / 31,5 кА / 2500 А 3AH2 может отключать ток:20 кА 250 раз31,5 кА        85 раз4,5 кА          10.000 раз2500 А         30.000 разТабл.2.2. Техобслуживание

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Долго ли проработает лампа ДРЛ на 150 Вт с ИЗУ на 70 Вт

Вакуум

SF6

Коммутации номинального тока к.з.

30-400

10-50

Коммутации номинального рабочего тока

до 30.000

до 10.000

Интервал техобслуживания (лет)

10-20 — без техобслуживания

5-10

Техобслуживание привода

Просто (в большинстве случаев не нужно)

Просто

Техобслуживание полюсов

не нужно

Сложно (заводские специалисты, высокие требования к безопасности)

Механическая долговечность составляет 60.000 коммутационных циклов. Исходя из этого вакуумные выключатели хорошо подходят для частых кратковременных отключений в сетях воздушных линий электропередач.Если, в исключительных случаях, этого количества коммутационных циклов недостаточно (например, для дуговых печей), то можно использовать вакуумные выключатели с механической долговечностью 120.

000 коммутационных циклов.Вакуумные выключатели типа 3AH (Siemens) не нуждаются в техническом обслуживании до истечения 10.000 коммутационных циклов. Это означает, что в нормальных условиях эксплуатации в течение всего, более чем 20-летнего, срока эксплуатации нет необходимости ни в смазке, ни в регулировке.

В отдельных случаях, когда требуется большее число коммутационных циклов, или в сложных условиях окружающей среды, следует проводить простые работы по техническому обслуживанию, в основном смазку.При всех других принципах дугогашения трудоемкость технического обслуживания выключателей значительно выше.

Для элегазовых выключателей среднего напряжения необходимы, в зависимости от типа выключателей, ежегодные осмотры: каждые пять лет небольшие и, в любом случае, каждые десять лет большие проверки. И даже, если за 10 лет выключателем пользовались лишь изредка, предусмотрен ремонт всей дугогасящей камеры.В табл. 2.2.

приведены усредненные данные по номинальному числу коммутаций вакуумных и элегазовых выключателей среднего напряжения.Токсичность и взрывоопасностьПри отключении тока в элегазовой камере электрическая дуга вызывает разложение элегаза. При этом образуются газообразные низшие фториды серы SF,, SF4 и металлические фториды, частицы которых абсорбируются на поверхности контактной системы и других частях камеры [44].

Сам элегаз не является токсичным газом , но его газообразные продукты разложения при взаимодействии с парами воды могут вызвать токсические отравления у обслуживающего персонала при проведении технического осмотра , либо при повреждении выключателя. В связи с этим, элегазовые выключатели не являются экологически чистыми и их утилизация требует дополнительных средств.

Кроме того, элегазовая дугогасительная камера, в отличие от вакуумной, состоит из изолирующих синтетических частей и резиновых прокладок (рис. 16), в силу наличия которых вероятность взрывоопасности и пожароопасности при повреждении коммутационного аппарата очень велика.Рис. 16. Сравнение составных частей коммутационной камеры маломасляного, элегазового и вакуумного выключателей.

Конструкция и виды

Элегазовый выключатель с гашением дуги вращением.

https://www.youtube.com/watch?v=3_Nm8rjUarA

Горение дуги в элегазе при отключении основано на генерации дугой высокотемпературной проводящей плазмы. Для гашения дуги необходимо иметь дугогасящую камеру, обеспечивающую одновременно охлаждение и выдувание плазмы элегазом под высоким давлением. В связи с этим, современные элегазовые дугогасящие камеры представляют собой сложную конструкцию, состоящую более чем из 20 подвижных механических частей.Рис. 15 Энергия дуги

Горение дуги в вакуумной камере при отключении токов основано на проводящей среде паров металла контактов, которая еще до полного расхождения контактов конденсируется в течение нескольких микросекунд и диэлектрическая прочность вакуума восстанавливается полностью . Это явление в значительной мере обеспечивается тем, что энергия горения дуги паров металла из специально подобранных сплавов контактных материалов, в вакууме гораздо меньше, чем энергия горения дуги в плазме элегаза в дугогасительной камере элегазового выключателя (рис. 15). При этом вакуумная дугогасительная камера имеет только две подвижные части (рис. 12.).

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.

Также в устройство входят датчики контроля давления элегаза в корпусе и датчики прироста величины давления. Для подключения к силовой цепи есть специальные зажимы сзади корпуса, также имеются клеммники для подключения вторичных цепей.

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.

Эксплуатационная надежность элегазовых и вакуумных выключателей

Что касается вакуумных выключателей, то здесь гашение дуги в дугогасящей камере имеет совсем другой принцип, чем гашение дуги в элегазовых выключателях. Гашение дуги происходит в вакуумной камере (рис. 12.). Коммутационная камера (4) находится между двумя керамическими изоляторами (3). Неподвижный и подвижный контакты подключаются внешним токовым вводам.

Неподвижный контакт жестко прикрепляется к корпусу выключателя, а подвижный контакт — к приводу выключателя, который может перемещаться в вакуумной камере без нарушения вакуума только на несколько миллиметров за счет наличия металлического сильфона ( «гармошка» из металла цельнотянутая или сварная).

Внутреннее давление вакуумной камеры, как отмечалось выше, составляет меньше чем 10 7 бар. Характеристики контактного материала и сама геометрия контактов соответствует техническим требованиям выключателя.Процесс отключения тока в вакуумной камере происходит следующим образом. После расхождения контактов дуга отключаемого тока, вызвавшая испарение материалаРис. 12.

Вакуумная камера1 — неподвижный контакт2 — место подключения3 — изолятор (керамический)4 — коммутационная камера5 — металлический сильфон6 — направляющая шайба7 — подвижный контакт8 — резьба для присоединения к приводуконтактов, гасится при первом переходе тока через нуль. Пары металла, образованные дугой отключаемого тока, конденсируются на поверхности контактов в течение нескольких микросекунд после погасания дуги, теряя при этом свои токопроводящие свойства.

После конденсации паров металла на поверхности контактов изоляционный промежуток между ними восстанавливает свои изоляционные свойства. Пары металлов в очень малом количестве конденсируются на поверхности коммутационной камеры (4), которая защищает керамические изоляторы (3) от напыления проводящим металлическим слоем и, тем самым, защищает от нарушения их изоляционных свойств, т.е.

коммутационная камера выступает как защита от нарушения диэлектрической прочности изоляторов (3).При расхождении контактов в вакуумной камере возникает электрическая дуга, представляющая собой проводящую среду из паров металла контактов. Для токов отключения до 10 кА дуга равномерно распределена по поверхности контактов , т.е.

имеется случай, так называемой, диффузной вакуумной дуги. При более высоких токах, из- за пинч-эффекта, дуга в вакуумной камере сосредоточена в одной точке [38]. С целью исключения термических перегрузок контактов при токах к.з. до 50 кА была изобретена, так называемая, контактная система с радиальным магнитным полем или RMF-система.

RMF контактная система устроена таким образом, что магнитное поле отключаемого тока заставляет дугу вращаться по поверхности контактов. Эксплуатационные требования гашения дуги в вакуумной среде при токе к.з. более чем 50 кА дали толчок к изобретению камеры с аксиальным магнитным полем или AMF-системы, являющейся особым видом контактной системы. Рис.

13 Контактные системы:а)       RMF(radial magnetic field) радиальная;б)      AMF(axial magnetic field) аксиальная Рис. 14.Зависимость тока отключения от диаметра AMF — контактов [38]Идея AMF состоит в наличии одного витка в структуре контакта выключателя [39], который создает аксиальное магнитное поле, удерживающее дугу равномерно распределенной по поверхности контакта при любой величине отключаемого тока, т.е.

Элегаз для высоковольтных сетей

создает диффузионную дугу. Простая и экономичная в изготовлении контактная система AMF приведена на рис. 13,6.Для оптимального использования поверхности, контакт рассчитан методом приближения [40] и имеет такую конструкцию, что аксиальные компоненты магнитной индукции контакта Bz/I составляют от 3,5 цТ/А до 5 цТ/А.

Диапазон отключающих способностей AMF-контакта зависит от диаметра контакта и определяется как (рис. 14.):где I — максимальный ток отключения в к A, D — диаметр контакта, в мм.Например, при контакте диаметром 100 мм возможно отключение тока до 72 кА. При дальнейшем увеличении диаметра контактов можно достигнуть более высоких значений отключаемого тока.

Следует отметить, что метод гашения дуги в вакуумной среде с помощью AMF — контактов можно использовать для гашения несинусоидальных токов.Благодаря преимуществам принципа гашения дуги в вакууме, вакуумные выключатели превосходят по своему техническому уровню другие, а система AMF- контактов представляет собой самый экономичный на сегодняшний день принцип гашения.

Вакуум

SF6

Энергия привода

20%

35 % (Автокомпрессионные)

Энергия дуги

10%

100 % (Компрессионные)

Число частей полюса

невелико

значительно

Эксплуатационная надежность коммутационной камеры

= 24.000 лет

= 2.500…8.000 лет

контактов при гашении дуги. При этом нет никаких токсичных выделений и утилизация вакуумных камер является экологически чистой.ГерметичностьКонтроль дугогасящей среды оказывает большое влияние на эксплуатационную надежность и срок службы коммутационного аппарата среднего напряжения. В частности, у элегазовых выключателей дугогасящая среда коммутационной камеры герметизируется от окружающей среды различными резиновыми прокладками или эпоксидными соединениями, подверженными старению и ухудшению диэлектрических и герметизирующих свойств в течение срока службы выключателя.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Как подключить от провода на освещение террасы розетку и линию освещения?

Диэлектрические свойства элегаза снижаются из-за накопления продуктов разложения в коммутационной камере при нарастании числа коммутаций также в течение всего срока службы. При этом возникает настолько сильное обгорание контактов, что необходимо их разделение на главные и дугогасящие контакты. В большинстве случаев контроль дугогасящей среды обеспечивается манометром без показания качества элегаза.

В отличие от элегазовых, вакуумные камеры не имеют резиновых прокладок. Герметизация дугогасящей среды в вакуумной камере от окружающей среды производится высококачественной аргоновой сваркой, которая не теряет своих уплотняющих свойств в течение всего эксплуатационного периода. Такие соединения не подвержены старению.

При этом чистота вакуума сохраняется в течение всего срока эксплуатации. Вакуумные камеры, которые не были в эксплуатации, сохраняют свою работоспособность более 20 лег. Тем самым готовность к коммутациям не ограничена временем простоя.Так как при коммутациях в вакуумной камере гашение дуги происходит без каких- либо продуктов разложения, вакуум не ухудшает свои диэлектрических свойств.

Благодаря отсутствию в вакууме окисления, поверхности контактов остаются чистыми. При этом в течение всего срока эксплуатации сохраняется очень низкое переходное сопротивление контактов.Подводя итоги вышесказанного и учитывая проведенный анализ эксплуатационной надежности элегазовых и вакуумных выключателей на фирме Siemens, можно составить табл. 2.3 по сроку службы .

Конструктивные особенности и виды выключателей

По конструктивным особенностям элегазовые выключатели делятся на:

  • Колонковые. Они не отличаются от масляных не по размерам ни по внешним признакам, однако, имеют только один разрыв на фазу.
  • Баковые. Имеют значительно меньшие размеры, один общий привод на все три полюса, а также встроенные внутрь устройства трансформаторы тока.

Все данные элегазовые выключатели также можно разделить по способу гашения электрической дуги, возникающей при разрыве цепи. Этот способ зависит от следующих факторов:

  1. Номинального напряжения аппарата;
  2. Номинального тока отключения;
  3. Особенностей мест установки и эксплуатации.

Для гашения дуги используются следующие способы гашения дуги:

  1. Автокомпрессионные с дутьём в элегазе. Имеют одну степень давления, которое создаётся компрессорным механизмом;
  2. С электромагнитным дутьём. Гашение дуги выполняется вращением её по кольцевым контактам под воздействием поперечного магнитного поля, которое создано самим током отключения;
  3. Двухступенчатое давление. В них сжатый предварительно газ поступает из специальной ёмкости где он находится под относительно высоким давлением. Имеет две ступени давления;
  4. Автоматически генерирующимся дутьём. Как и предыдущий вариант имеет продольное дутьё, но теперь повышение давление газа происходит непосредственно за счёт разогрева самой электрической дугой.

Привод данного выключателя должен надёжно удерживать контакты во включенном положении, а также в случае получения сигнала на отключение выполнить его. Вал выключателя и вал самого привода соединяются между собой посредством целой системы рычагов и тяг. Оттого как эта связка работает, зависит надёжность, а также быстрота срабатывания.

Здесь могут применяться два типа приводов:

  • Пружинный. Управляется он за счёт кинематической системы кулачков, валов, а также рычагов;
  • Пружинно-гидравлический, управляется системой, основанной на работе гидравлического механизма.

Например, при отключении подачи электричества, на силовых контактах оборудования, образуется электродуга, которая обладает высокими термическими показателями. Такая температура, с легкостью плавит металлы, что наносит вред оборудованию.

Для обеспечения безопасного отключения, используют различные выключатели.

Для осуществления безопасного включения и отключения контактов, в коммутационных электрических устройствах, используют специальный элегаз, который обладает особыми свойствами.

Особенности газа:

  • Эксплуатационная;
  • Прочность электрическая;
  • Прочность диэлектрическая.

Данный газ, предназначен для работы в электроустановках и выполнен в виде шестифтористой серы (SF6). Элегаз является бесцветным, не имеет запаха, обладает высокими показателями негорючести, масса газа больше массы воздуха в пять раз.

Главной особенностью газа, является его способность не терять свои свойства в течении продолжительного времени. При воздействии высоких температур, газ устойчив к нагреву, инертен, не имеет химической активности, тем самым не воздействует агрессивно на металлические изделия электротехнических устройств.

Обратите внимание! Работа газа основана на том, что в электрическом поле, данный газ способен захватывать электроны и образовывать ионы, которые обладают небольшой подвижностью под воздействием электрического поля.

Эксплуатационные способности газа, улучшаются в равномерно распределенном электрическом поле. Для того чтобы обеспечить нормальные условия работы элегаза, элементов конструкции электроустройств, должны быть чистыми и гладкими.

Высокие показатели электрической прочности элегаза, позволяют сокращать расстояния между изолированными контактами. Это способствует уменьшению массы и габаритов устройства.

Показатели высокой диэлектрической прочности, способствуют лучшему гашению дуги и охлаждению устройства.

Благодаря свойствам газа, элегазовые выключатели высокого напряжения не требуют особого ухода за ними при эксплуатации. Связано это с тем, что газ не подвержен старению и при работе, загрязняет оборудование минимально.

Элегазовые выключатели бывают баковые и колонковые

Баковые выключатели малогабаритные, дополнительным оборудованием является привод выключателя (элегазавого). Данный привод, позволяет работать сразу с несколькими фазами, тем самым обеспечивая мягкую регулировку напряжения. Главным достоинством баковых выключателей, является то, что они способны работать под большими нагрузками, так как с систему встраивается трансформатор тока.

Важно знать! Отличительной особенностью данных выключателей является не только конструкция, но и способ гашения дуги.

В виде стандартного отключающего устройства, выполнен колонковый выключатель (элегазовый). Данное устройство, обеспечивает отключение только одной фазы. Применяется оно в основном для электросетей 220 к В. Работа устройства, обеспечивается двумя системами, из которых оно состоит (контактная и дугогасительная). Данные системы располагаются в емкости, которая наполнена элегазом.

Колонковые устройства, могут управляться как вручную, так и дистанционно. Стоит отметить, что колонковые выключатели, по сравнению с баковыми, обладают большими размерами.

Работа вакуумных выключателей, основана на изоляции друг от друга фазных контактов, которую обеспечивает элегаз. При срабатывании сигнала, что нужно отключить оборудование, контакты колонкового выключателя, помещенные в газовые камеры, размыкаются. При этом происходит образование электродуги.

Посредством электродуги, происходит разложение газа на составляющие. Но благодаря особенностям элегаза и давлению в системе, дуга теряет свою силу. Выравнивание тока, производиться при помощи шунтирования.

При работе системы с низким давлением, используют компрессоры, которые дополнительно нагнетают давление.

В системах с применением баковых выключателей, весь контроль осуществляется с использованием приводов и трансформаторов. Данные приводы необходимы для системы, так как он выполняет функцию регулятора, управляет включением и выключением электричества и удерживает (если это необходимо) электродугу.

Типы приводов:

  • Обычные пружинные;
  • Пружинные с применением гидравлики.

Пружинные, достаточно просты в работе, и обладают высоким уровнем надежности. Работа производится посредством механических элементов устройства. Устанавливая контрольный рычаг в нужное положение, пружин сживается или разжимается.

Для того чтобы предупредить самопроизвольное изменение положения пружины, используют дополнительную гидравлическую систему.

К достоинствам данных устройств относят: высокая скорость срабатывания, универсальность, устойчивость к тепловым и механическим воздействиям, долговечность.

К недостаткам относят: сложный монтаж, высокая цена, невозможность работы при низкой температуре.

В отличие от воздушных (газовых) выключателей, широкое применение нашли и масляные. Данные выключатели применяют в различных распределительных устройствах до 10 кВ, и в трансформаторных подстанциях от 35 до 110 к В.

Подробно ознакомиться с действием масляного выключателя можно в интернете

Устройство выключателя:

  • Рама;
  • Масляный буфер;
  • Контактные рычаги;
  • Контактный стержень;
  • Полюс выключателя;
  • Изолятор;
  • Серьга;
  •  Изоляционный рычаг;
  • Рычаг с роликами;
  • Изоляционная перегородка.

Данное устройство, предназначено для гашения электродуги, которая возникает при разъединении контактов. Возникшая дуга, обладает высокой температурой, которая в свою очередь разлагает трансформаторное масло. При этом образуется газомасляная смесь, которая и гасит дугу.

Таблица элегазовых выключателей на напряжение 6-35кВ

Обратите внимание! Масляные выключатели, как и газовые, оснащаются различными приводами.

На общей раме (сварной) выключателя, монтируются тир полюса. На лицевой стороне сварной рамы, устанавливаются опорные изоляторы, которые выполнены из фарфора. Полюс выключателя, подвешивается на двух парных изоляторах.

Механизм привода состоит из вала, с рычагами, к плечам (малым) которых, прикреплены отключающие и буферная пружины. Плечи рычагов (большие), подключаются к токоведущим контактам стержня серьгами. Рычаг с двумя плечами, ограничивает положение выключателя.

Современные технологии и научные исследования в области промышленности, позволяют усовершенствовать различные электротехнические устройства, что обеспечивает простоту обслуживания и монтажа оборудования.

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

Достоинства и недостатки элегазового выключателя

  • возможность установки в электроустановках как закрытого, так и открытого исполнения практически всех классов напряжения;
  • простота и надежность конструкции;
  • большой коммутационный ресурс контактной системы;
  • неплохая отключающая способность;
  • высокая скорость срабатывания;
  • взрыво- и пожаробезопасность;
  • небольшие габаритные размеры и масса (в несколько раз меньше масляного выключателя).

Как и любое устройство, выключатель имеет и недостатки:

  • высокие требования к качеству элегаза;
  • применение специальной аппаратуры для периодического обслуживания коммутационного аппарата;
  • образование в процессе эксплуатации вредных для организма человека веществ – фторидов.

Несмотря на некоторые недостатки, элегазовый выключатель является достойной заменой масляных и воздушных коммутационных аппаратов.

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

Автокомпрессионный элегазовый выключатель

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
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Входная дверь с терморазрывом и ее технические характеристики

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Последние статьи

полная мощность трансформатора

Расчет тока трансформатора по мощности и напряжению

расшифровка обозначений выпрямительных диодов

Выпрямительные диоды: расшифровка, обозначение, ВАХ

линейка в майкрософт ворд

Применение линейки в ворде

назначение трансформаторного масла

Где используется трансформаторное масло

Самое популярное

основные единицы измерения физических величин

Единицы измерения физвеличин

как выбрать трансформатор тока

Выбор ТТ

Действие электрического тока на организм

Опасность электротока

напряжение смещения нейтрали в электрических сетях

Напряжение смещения нейтрали

Выводы и полезное видео по теме

Как устроены элегазовые выключатели, по какому принципу происходит гашение дуги и какие бывают виды устройств, вы можете узнать из полезного и информативного видео.

Для работы высоковольтных сетей в нормальных и аварийных режимах используют элегазовые выключатели. Они выходят с заводского конвейера в полной эксплуатационной готовности и предназначены для работы в разнообразных климатических зонах, от тропической до холодной, поэтому активно применяются промышленными компаниями различных стран.

Исходя из анализа имеющихся данных и выполненных исследований сформулированы следующие выводы:1 Для коммутационных задач в сетях среднего напряжения оптимальным является вакуумный выключатель.Перенапряжения, которые возникают при коммутации современными вакуумными выключателями в сетях среднего напряжения, в очень редких случаях требуют применения ОПН.

По показателям уровня опасных перенапряжений, при прочих равных условиях параметров сети, современные вакуумные выключатели находятся на одном уровне с элегазовыми выключателями.Современные вакуумные выключатели среднего напряжения превосходят элегазовые по следующим параметрам:Стабильность диэлектрической среды дугогасящей камеры на протяжении всего срока службы выключателяПостоянное, небольшое переходное сопротивление контактовОтсутствие продуктов разложения при коммутациях.

Высокое число коммутаций номинальных токовОтсутствие обслуживания в течение 20 летВысокая надежность.Низкое содержание синтетических материалов.Отсутствие опасности взрыва в случае неисправности вакуумной дугогасительной камерыВозможность применения для всех коммутационных задачПо показателям эксплуатационной надежности, коммутационным и механическим ресурсам, затратам на эксплуатацию, по экологичности, а также сравнительно малой массы и малых габаритов, вакуумные выключатели на порядок превосходят как элегазовые, так и любые другие выключатели.

Коммутация малых индуктивных токов

Принцип работы автокомпрессионного выключателя

В эту категорию входит отключение батарей конденсаторов, ненагруженных кабелей и воздушных линий, а также включение и параллельное включение конденсаторов.Также, как и вакуумный выключатель, элегазовый производит отключение в этом случае практически без повторных зажиганий и, тем самым, без перенапряжений.

При включении конденсаторных батарей, особенно при их параллельном включении (например, подключение секции конденсаторной батареи к уже находящейся в работе), возникают переходные токи с высокой частотой и большой амплитудой. В элегазовых выключателях со скользящими и розеточными контактами данные переходные токи могут привести к торможению подвижных деталей контакта. Поэтому необходимо принимать меры по уменьшению этих нагрузок (дроссельные катушки).

При рассмотрении данной коммутационной операции речь идет прежде всего об отключении ненагруженных трансформаторов. Из-за среза тока в выключателе здесь могут возникать высокие перенапряжения.При использовании вакуумных выключателей 3AH токи среза невелики (ниже 5 А). Поэтому при отключении ненагруженных трансформаторов перенапряжения невелики и при этом не требуется никаких дополнительных средств защиты от перенапряжений.

У тех элегазовых выключателей, которые работают исключительно на принципе гашения дуги, при котором дутье зависит от величины отключаемого тока (выключатель с гашением дуги автодутьем и с гашением дуги вращением) примерно такие же токи среза, как и у вакуумных выключателей.У элегазовых выключателей с дополнительным поршнем (для надежного прерывания емкостных токов), токи среза намного выше, что ведет к большим коммутационным перенапряжениям.

К этой категории относятся в основном две коммутационные операции:Коммутация компенсирующих реакторов.Отключение электродвигателей с заторможенным ротором при их пуске (сюдаотносятся электродвигатели с малой мощностью).Опасные перенапряжения при коммутации сетей среднего напряжения вакуумными выключателями фирмы Siemens могут возникать в очень редких случаях.

В основном, при отключении пусковых токов менее, чем 600 А небольших двигателей при начале расхождения контактов за 0,5-1,0 мс до перехода тока через нуль (0,2 % случаев из всех случаев коммутации двигателей). Для этих случаев разработано руководство по координации изоляции при эксплуатации вакуумных выключателей фирмы Siemens, где приводятся схемы защиты от перенапряжений, в основном, с использованием ограничителей перенапряжений.

(2)где U уров изоляции — уровень изоляции электродвигателя при коммутации вакуумными выключателями ;К =1,4- Коэффициент импульса (CIGRE) [50]Получаемый по (1) коэффициент перенапряжений с учетом (2), с достаточным запасом решает задачу координации изоляции электродвигателей.Для исключения возможности возникновения перенапряжений при отключении малых индуктивных токов, фирма Siemens разработала «Руководство по координации изоляции при эксплуатации вакуумной техники фирмы Siemens в сетях среднего напряжения».

конденсаторы постоянно связаны с электродвигателемкомпенсационная мощность Qc составляет как минимум 1/5 полной мощности электродвигателя Sдвиг, обычно Qc= (1/3) * SдвигЁмкость конденсатора снижает частотный спектр переходного процесса. В этом случае перенапряжения не возникают. Поэтому альтернативным вариантом является использование вместо ограничителей перенапряжений индивидуальной компенсации реактивной мощности.

Электродвигатель, коммутируемый напрямуюI {amp}lt; 600 Апуск.Ограничитель перенапряжений 3EF, установленный за выключателемЭлектродвигатель с блочным трансформаторомЗащитное действие в обоих вариантах одинаково.Вариант 1 Ограничитель перенапряжений 3EF, установленный за выключателемВариант 2. Ограничитель перенапряжений 3EF, установленный на трансформатореНа нижеприведенных схемах указаны точки подключения ограничителей.

Пусковой ток

Подключение ограничителя перенапряжений 3EF

1пуск. {amp}lt; 600 А

либо на основном выключателе (1), либо на трансформаторе (2); на нейтрали трансформатора (3)

1пуск. {amp}gt; 600 А

на нейтрали трансформатора (3)

Часто уровень изоляции пусковых трансформаторов не соответствует расчетному уровню изоляции, нормированному согласно МЭК 71 / VDE 0111. Поэтому на трансформаторах (2) необходимо использовать только ограничители перенапряжений, потому что они имеют низкие значения остающегося напряжения. В этих случаях разрядники практически не используются.

Электродвигатель с индивидуальной компенсациейНе требуется никаких мер защиты. В качестве альтернативы применению ОПН может использоваться метод индивидуальной компенсации.Требование: компенсационная мощность Qc{amp}gt;( 1 /5)*Sдвиг обычно Qc = (l/3)*SдвигВ связи с вышеизложенным, и тем фактом, что вакуумные выключатели тысячекратно прошли проверку на практике и эксплуатируются на АЭС многих стран, современные фирмы — производители вакуумной коммутационной техники дают гарантию на безотказную работу электродвигателей при коммутациях их вакуумными выключателями.

Общая коммутационная система вакуумного выключателя (макс. 2 части) с ограничителем перенапряжений (макс. 6 частей) имеет гораздо меньше составных частей, чем отдельно взятый элегазовый выключатель (макс. 24 части, см. табл.2.1.). Это означает, что эксплуатационная надежность вакуумного выключателя с ограничителем перенапряжений гораздо выше, чем отдельно взятого элегазового выключателя.

Кроме того, как было отмечено выше, в настоящее время проблему опасных перенапряжений при коммутации малых индуктивных токов с большим успехом решают применяемые для этой коммутационной задачи вакуумные выключатели с использованием AgW — или AgWC — сплавов для контактного материала.Элегазовые выключатели с дутьем, зависящим от величины отключаемого тока, не имеют тенденции к многократным повторным зажиганиям и виртуальным токовым срезам.

Автокомпрессионный элегазовый выключатель с главными токоведущими контактами

При отключении электродвигателей в их пусковом режиме элегазовыми выключателями с дугогасительной камерой с поршнем, из-за повторных зажиганий и больших токовых срезов, создаются опасные перенапряжения, которые представляют опасность для изоляции электрооборудования.Что касается включения и отключения электродвигателей, можно в целом констатировать, что благодаря своему большому допустимому числу коммутационных циклов и надежности в эксплуатации вакуумный выключатель лучше всего приспособлен для этой коммутационной операции, в том числе в особых условиях (отключение небольших электродвигателей во время пуска).

36 кВ / 31,5 кА). Но, благодаря своему большому допустимому числу циклов включения-отключения, вакуумный выключатель имеет преимущества, при условии применения специальных схем защиты от перенапряжений.В заключение приведем еще два специальных случая коммутации: тяговый выключатель и выключатель для трансформаторов дуговых электропечей.

Коммутация в однофазных сетях тягового электроснабжения означает для выключателя следующие отличия, по сравнению с выключателями трехфазного тока на 50 Гц или 60 Гц:при низких частотах (16 2/3 Гц или 25 Гц) среднее время горения электрической дуги становится больше из-за увеличения периода отключаемого тока.

— в выключателях трехфазного тока три полюса «помогают» друг другу, например, в выключателях трехфазного тока 50 Гц каждые 3,3 мсек на 3 полюсах по очереди наблюдается прохождение тока через нуль, что приводит к уменьшению среднего времени горения электрической дуги. В тяговых выключателях такого облегчения не существует.

Уже при гашении электрической дуги в сетях трехфазного тока у элегазовых выключателей энергия горения дуг гораздо больше, чем у вакуумного выключателя. Поэтому из-за продолжительного времени горения электрической дуги, описанного выше, они вряд ли могут быть пригодны в качестве тягового выключателя.

При коммутации дуговых электропечей токи в диапазоне между током холостого хода и двукратным номинальным током трансформатора должны коммутироваться до 100 раз в день. Это создает чрезвычайно высокую нагрузку на выключатель, как электрическую, так и механическую, с которой лучше всего может справиться вакуумный выключатель (с защитными устройствами от перенапряжений).

Принцип работы автокомпрессионного выключателя с главными токоведущими контактами

Ввиду своего ограниченного допустимого числа коммутационных циклов и своих номинальных параметров (часто 36 кВ / 31,5 кА) элегазовые выключатели могут лишь в исключительных случаях использоваться в качестве выключателей дуговых электропечей.В итоге можно констатировать, что использование современных вакуумных выключателей в каждом из отдельных случаев применения имеет преимущества по сравнению с использованием других выключателей. Это касается также, так называемых, критических коммутационных операций.

Оцените статью
MALIVICE.RU
Adblock
detector