Что выбрать для элегазового выключателя — пружинно-гидравлический или пружинный привод

Назначение, устройствои эксплуатационные показатели аппарата

     Элегазовый выключатель (ЭВ) – это коммутационный узел, предназначенный для осуществления переключений в высоковольтных электроустановках с целью перераспределения токов и напряжений в линиях электропередач.

• Высокая электрическая прочность;

• Химическая нейтральность;

• Повышенные теплопередающие свойства;

• Хорошие изоляционные характеристики.

     Все эти качества придают составу отличные дугогасящие способности. Конструкция ЭВ является трехполюсной. Каждый из полюсов – это герметичная емкость с элегазом под давлением 0,6 МПа и дугогасящим механизмом.

Области применения

Разрыв электрических контактов в герметичной камере ЭВ, заполненной элегазом, происходит за счет перемещения подвижной части дугогасящего устройства через изоляционную тягу, приводимую в действие специальным приводом. Привод представляет собой сложный силовой механизм, посредством которого приводится в действие контактная группа.

1. Пневматический

2. Гидравлический

3. Пружинный.

     Устройства приводов для элегазовых выключателей подвергаются серьезным силовым нагрузкам, особенно в конструкциях для сверхмощных напряжений, в которых вес подвижной части превышает 100 кг, а движение контакта происходит до 25см, со скоростью 8 м/с, при нагрузке 80 кН.

     Качественной работе привода уделяется особое внимание, так как большинство аварий, произошедших с ЭВ, связаны именно с механической частью устройств.

• Компактные габариты

• Пожарная безопасность

• Хороший энергоресурс – запас прочности на большое количество циклов отключений и включений

• Длительность эксплуатации

• Возможность использования для коммутации сетей с любым напряжением, в том числе высоким, а также возможность быстрого аварийного отключения

• Простота исполнения.

     Повышенная надежность и безопасность эксплуатации элегазовых выключателей, обеспечивает постепенное вытеснение этими моделями масляных аппаратов с перспективой полной их замены в основных высоковольтных сетях.

Пружинные приводы BLG применяются в составе выключателей следующих типов: HPL B

LTB E1 (с трехполюсным режимом привода) LTB E2 LTB E4

Среди основных преимуществ выключателей с элегазовым наполнением выделяются:

1. Широкий спектр применения на всевозможные напряжения выше 1000 В;
2. Сам процесс гашения дуги происходит в замкнутом изолированном пространстве поэтому нет выхлопа в атмосферу;
3. Небольшие габариты, соответственно и вес;
4. Быстродействие;
5. Взрывобезопасен, а также не вызывает не контролируемого горения, то есть пожара;
6. Высокая отключающая способность;
7. Надёжность отключения небольших индуктивных, а также емкостных переменных токов в момент перехода тока через нулевую отметку без появления перенапряжений и среза;
8. Низкий износ контактов, участвующих в дугогашении;
9. При работе не производит большого шума;
10. Пригоден как для наружной, так и для внутренней электроустановки;
11. Можно эксплуатировать в различных климатических условиях даже очень суровых для человека;
12. Возможно изготовление серийных устройств с идентичными унифицированными узлами.

Как и любое устройство элегазовые выключатели имеют свои недостатки:

1. Требуется очень высокая точность при изготовлении, что влечёт за собой высокую стоимость продукции.
2. Нельзя использовать некачественный или низкокачественный газ;
3. Нужны дополнительные устройства для перекачки, наполнения, а также очистки элегаза;
4. Относительная дороговизна самого элегаза, без которого устройство работает не эффективно.

Конструктивные различия устройств

Колонковые – имеют вид вертикальных наборов изоляторов (два или более), представляющих колонны – полюсы. В верхнем элементе располагается дугогасящее устройство, а нижний является опорным и служит диэлектрической прослойкой между аппаратом и металлической рамой. Рама может быть индивидуальной для каждого полюса, а может быть общей для всех трех. Внутри нижнего элемента находится рычаг (изоляционная тяга), передающий движение от приводной системы на подвижный контакт выключателя.

     Баковые – изготовлены в виде металлической емкости цилиндрической формы, сверху которой размещаются два изолятора, являющиеся вводами высокого напряжения. Устройство для погашения электрической дуги помещено в металлическую емкость, заполненную элегазом.

      Комбинированные – совмещают две предыдущие модели, то есть металлический бак с двумя рядами фарфоровых изоляторов. Один из них содержит дугогасящее устройство. Во втором изоляторном ряду находится встроенный токовый трансформатор.

Электрические дуговые разряды приводят к возникновению в элегазе вредных для человеческого организма примесей. Их образование может увеличиваться из-за присутствия частиц кислорода или водяных паров. Этот факт способен понизить электроизоляционные параметры аппарата, поэтому в верхней части первого изоляторного ряда, помещается фильтр для вбирания влаги и продуктов газового распада.

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.

Особенности конструкции

Пружины включения в приводе создают усилие, необходимое для включения выключателя и взвода пружины отключения.

Пружины отключения составляют часть кинематической системы исполнительных механизмов выключателя и размещаются под корпусом механизма. При этом механическая энергия, необходимая для выполнения основной операции отключения, запасена в пружинах отключения все время, пока выключатель находится во включенном положении. Другими словами, включенный выключатель всегда готов к немедленному отключению.

Универсальные электродвигатели вращают редуктор взвода пружины и через него автоматически взводят пружины отключения сразу после выполнения каждой операции включения. Пружины удерживаются во взведенном состоянии защелкой, которая освобождается, когда выполняется операция включения выключателя. Это обеспечивает быстрое обратное включение выключателя по истечении времени бездействия 0,3 сек.

Принцип действия привода можно кратко описать следующим образом. Диск с кулачком и система пружин связаны друг с другом кольцевой цепью. Цепь, имеющая две ветви, охватывает звездочку на валу электродвигателя, передает энергию для взвода пружин, а также вращает диск с кулачком при выполнении операции включения выключателя.

Во время этого вращения диск с кулачком приводит в движение передаточный механизм, преобразующий вращательное движение в поступательное.

Демпфирующее устройство замедляет движение контактов в конечном положении.

• износостойкие вспомогательные контакты и конечные выключатели;

• механический указатель состояния взвода, частичного взвода или отсутствия взвода пружины включения;

• весь электромонтаж для подключения внешних соединений выведен на клеммные колодки.

Одинаковое время срабатывания при любых условиях окружающей среды делает выключатель весьма удобным для управляемой коммутации.

Классификация по способу гашения электрической дуги

• Автопневматический (компрессионный) обдув происходит при переходе газа в момент разрыва контакта из емкости с давлением 1,5 — 2 МПа в емкость с более низким давлением. За счет обдува дуга охлаждается и гаснет.

• Магнитное (вращающее) воздействие возникает при разрыве контактов, оснащенных постоянными магнитами или последовательно подключенной катушкой. Магнитное (электромагнитное) поле, возникающее между ними, создает завихрение электрической дуги, ее охлаждение и постепенное гашение.

• Продольное дутье провоцируется при перемещении подвижного контакта оснащенного перегородкой в сторону поршня. Элегаз под действием давления, возникающего между поршнем и перегородкой, выдувается через предусмотренные отверстия и формируется в газовую струю специальным соплом.

Особенностью шестифтористой серы является ее способность сжижаться при довольно высоких температурах, что делает затруднительным использования выключателей в холодный период. Для решения этой проблемы применяется нагреватель, работающий на схеме автоматики, который обеспечивает постоянную температуру SF6.

     Таким образом, некоторые модели ЭВ способны работать при температурах от -35°С до 45°С и на высоте более 1000 м над уровнем моря.

Блокировка непреднамеренного срабатывания

Блокировка осуществляется частично электрическим, а частично механическим способом. Электрическая блокировка выполняется с помощью подсоединения обмоток управления через вспомогательные контакты привода. Кроме того, обмотка включения подключается через концевой выключатель, который срабатывает в зависимости от положения скобы пружины.

• операция включения, когда выключатель уже включен (т.н. «потерянный» ход);

• операция включения во время операции отключения.

Принцип действия приводных механизмов

• Коррозионно-устойчивый корпус шкафа из окрашенного алюминия толщиной 2 мм.

• Передняя и задняя дверцы, оборудованные дверными фиксаторами и приспособлением для висячего замка на дверных ручках.

• Изолированные дверцы и стенки, обеспечивающие снижение потребляемой энергии и уровня шумов.

1. Пневматический

2. Гидравлический

3. Пружинный.

Пневматический привод работает за счет давления сжатого воздуха, перемещающегося из одной камеры в другую, приводя в движение поршни, которые в конечном итоге оказывают давление на изоляционную тягу. Изначальный командный импульс передается на электромагниты (включения или отключения), которые втягивая сердечники, открывают доступ сжатого воздуха к поршневым камерам.

Гидравлический привод работает за счет давления жидкости, создаваемого насосной станцией небольшой мощности. Управление происходит посредством гидравлического сигнала (увеличение давления). Таким образом, приводится в действие ряд клапанов, которые передают движение на изоляционную тягу, а она в свою очередь приводит в действие подвижной контакт элегазового выключателя. Обратный ход механизма осуществляется путем снижения давления жидкости.

Пружинный привод имеет самую простую схему работы, которая основана на свойствах пружины. Действие такого устройства основано чисто на механических узлах. Мощная пружина фиксируется при определенных параметрах сжатия. С помощью контрольной рукояти фиксация устраняется и пружина, разжимаясь, приводит в движение тягу. Некоторые механизмы дополняются гидравлическими системами для более надежной фиксации.

Принцип действия приводных механизмов

Основная особенность этого выключателя это надёжная изоляция каждой из фаз с высоким напряжением, которое считается от 1000 Вольт, за счёт применения специального диэлектрического вещества элегаза. Что же это такое? Элегаз — это электротехнический газ, представляющий собой смесь химических элементов, а точнее, шестифтористую серу (шестифтор).

При обычной рабочей температуре он представляет собой газ:

1. без цвета;
2. без запаха;
3. не поддающийся горению;
4. не меняющий свои свойства и структуру со временем;
5. химически не активен, а также не агрессивен к металлу;
6. распадающийся при возникновении электрической дуги, и быстро восстанавливающийся при её исчезновении.

Высокая электрическая прочность обусловлена особенностью газа захватывать электроны, поэтому даже небольшие расстояния между силовыми контактами дают отличный разрыв электрической цепи, а значит и отключения данного участка от высокого напряжения.

Принцип работы самого механизма разрыва довольно прост. После поступления сигнала на привод, который работает за счёт пружинно-гидравлического механизма, контактная подвижная часть увеличивает расстояние между замкнутыми ранее элементами, возникает, естественно, электрическая дуга которая в среде такого газа быстро тухнет.

Панели

• местный переключатель «Включить/Отключить»;

• 3-х позиционный переключатель режима управления «Местное/Дистанционное/ Отключено»;

• несбрасываемый электромеханический счетчик числа срабатываний выключателя;

• механический индикатор взвода пружины, видимый через прозрачную шторку.

• стандартные клеммные колодки зажимного типа, в которых оголенный провод зажимается в клемме между двумя металлическими пластинами;

• блокировка для ручного взвода пружин;

• аппаратура управления — реле, автоматические микровыключатели, контакторы и т.д.;

• вспомогательные контакты.

На внутренней стороне задней дверцы находится отсек для документов с инструкциями по эксплуатации и окончательными вариантами чертежей. Там же закреплена и рукоятка для взвода.

Требования, предъявляемые к изоляционной тяге

• устойчивость к значительным механическим нагрузкам;

• легкость;

• прочность к воздействию напряженности электрического поля;

• сопротивляемость продуктам распада SF6.

     Главные критерии работы приводных систем ЭВ – надежность в процессе эксплуатации.

Центральный шкаф управления (CCC)

Когда выключатель имеет пополюсное управление, с тремя приводами на выключатель, используется центральный шкаф управления, из которого можно управлять выключателем с помощью ключа управления в трехполюсном режиме. Центральный шкаф управления может поставляться либо компанией АББ, либо обеспечиваться заказчиком, что зависит от конкретных обстоятельств. АББ готово обсудить любой из возможных вариантов.

В нормальном рабочем положении выключатель (B) включен, его контакты замкнуты, а включающие пружины (5) и отключающие пружины (A) взведены.

Выключатель удерживается во включенном положении защелкой отключения (1), которая воспринимает усилие, оказываемое взведенной отключающей пружиной.

В таком состоянии привод готов произвести выключение по команде на отключение и может быстро выполнить полный цикл автоматического повторного включения (Отключение — 0,3 с — Включение).

Операция отключения

При отключении выключателя обмотка отключения освобождает защелку (1).

Отключающая пружина (A) перемещает подвижный элемент выключателя (B) в отключенное положение. Рабочий рычаг (2) перемещается вправо и в конце своего хода упирается в диск с кулачком (3).

Движение системы контактов амортизируется в конце хода масляным демпфирующим устройством (4).

Операция включения

При включении выключателя обмотка включения освобождает включающую защелку (6).

Звездочка (7) фиксируется и не вращается, вследствие чего энергия, запасенная во включающих пружинах, передается через ветвь кольцевой цепи (8) на звездочку (11), укрепленную на диске с кулачком (3).

Диск с кулачком при этом перемещает рабочий рычаг (2) влево, где он фиксируется в конечном положении отключающей защелкой (1).

На конечном участке вращение диска с кулачком замедляется при помощи демпфирующего устройства (9), а фиксирующая защелка на звездочке (11) снова возвращается в исходное положение, упираясь во включающую защелку (6).

Выключатель включился, электродвигатель начал работать и вращать звездочку (7).

Звездочка (11), укрепленная на диске с кулачком (3), имеет собственную защелку, которая зацепляется за включающую защелку (6), после чего ветви цепи (8) поднимают перекладину с пружиной (10).

Включающие пружины (5) при этом сжимаются, и исполнительный механизм снова приходит в нормальное рабочее положение.