Высоковольтные выключатели назначение основные характеристики

Высоковольтные автоматические выключатели: виды приборов, схемное исполнение, принцип работы

Высоковольтные выключатели назначение основные характеристики

страница » Высоковольтные автоматические выключатели: виды приборов, схемное исполнение, принцип работы

Работа электротехнических энергетических систем характерна наличием функции быстрого отключения неисправного сегмента энергосистемы за кратчайший промежуток времени.

Моментальное отключение (изолирование) дефектного участка снижает степень влияния неисправности непосредственно на целую систему, способствует сохранению стабильности и надёжности энергетической схемы в целом.

Основным элементом такого рода защиты выступает датчик определения состояния неисправности — устройство инициирования сигнала отключения, подаваемого на высоковольтный автоматический выключатель. Это устройство защиты, в принципе, наделяется надежностью, избирательностью, чувствительностью, скоростью и стабильностью действия. Рассмотрим такие устройства.

Высоковольтный автоматический выключатель (прерыватель, размыкатель)

Автоматический выключатель – устройство, также известное как управляемый автоматически высоковольтный переключатель, срабатывает при обнаружении неисправности, прерывая течение тока.

Существуют различные исполнения высоковольтных автоматических выключателей — от малогабаритных устройств, до громоздких распределительных приборов под защиту слаботочных и высоковольтных цепей, соответственно.

Наибольшее распространение в области электротехники  получили четыре типа высоковольтных автоматических выключателя:

  1. Масляный
  2. Воздушный
  3. Элегазовый (гексафоторид серы — SF6)
  4. Вакуумный.

Общий принцип действия для всех отмеченных типов приборов фактически одинаков. Конструктивно автоматический выключатель высоковольтного исполнения имеет два контакта — фиксированный и подвижный. Нормальные условия работы предполагают состояние обоих контактов в закрытом положении – присутствует электрическая связь одного с другим.

Когда высоковольтный автоматический выключатель срабатывает в момент появления неисправных сегментов энергосистемы, подвижный контакт перемещается, разрывая цепь нормального состояния. Разрыв двух контактов блокирует течение тока, однако в результате разрыва между контактами образуется дугообразная формация, характерная для высоковольтных цепей.

T Tocas 150

Один из вариантов исполнения высоковольтного автоматического устройства в реальном примере эксплуатации электрических энергетических сетей

Чтобы исключить пагубное влияние электрической дуги, контактная группа помещается внутрь закрытой камеры, благодаря чему организуется изолирующая среда. Такая изолирующая среда обычно дополняется газовой или жидкостной составляющей. По сути, имеет место конструкция гашения электрической дуги.

Масляный высоковольтный электрический выключатель

Масляный тип автоматического выключателя – давно разработанная, но до сего дня успешно эксплуатируемая конструкция высоковольтных сетей. Архитектура масляного контура устройства отличается простым исполнением.

Состоит прибор из токоведущих контактов, заключенных в прочный, защищённый от внешней среды и заземлённый металлический резервуар с трансформаторным маслом. Используемое масло одновременно действует как дугогасительная среда и как изолятор между токоведущей частью и земляной шиной.

С момента выпуска первой конструкции, масляный прибор постоянно совершенствовался, но без существенных изменений основных характеристик — простоты конструкции и способности надёжной блокировки течения тока.

Применяются высоковольтные масляные автоматические выключатели двух типов:

  1. С большим объёмом масла
  2. С малым объёмом масла

На картинке ниже показана концепция схематичного исполнения высоковольтного масляного выключателя в двух концептуальных вариациях – существенно удешевлённых, но надёжных в эксплуатации.

ANJOSHI 300

Конструктивное исполнение масляных приборов: А – с большим объёмом масла; Б – с малым объёмом масла; 1 – фиксированный контакт; 2 – подвижный контакт; Н – направление движения штока; 3 – подвижный пистон (масляный насос); 4 – дуга; 5 – образование углерода; М – область заполнения маслом

Конструкция масляного автоматического выключателя под высокое напряжение характерна ещё одним моментом. Не требует специальных устройств, необходимых для управления электрической дугой, вызванной разрывным действием на контактном терминале.

Выключатель высоковольтный автоматический на малый объём масла

Основными частями малообъёмного масляного автоматического выключателя, за исключением полюсов, являются базовая рама и конструкция механизма сохранения энергии открытия / закрытия (рабочий механизм).

Открывающая пружина механизма сохранения энергии заряжается автоматически в момент действия закрытия. Закрывающая пружина заряжается, либо с помощью электродвигателя (встроенный привод), либо при помощи съёмного кривошипа.

Полюс малообъёмного масляного выключателя содержит:

  • изоляционный цилиндр,
  • дугогасительную камеру,
  • неподвижные и подвижные контакты,
  • направляющие.
  • камеру расширения газа,
  • клеммы,
  • масляный поддон,
  • -пробки для слива и залива масла,
  • индикатор уровня масла.

Конструкция дугогасительной камеры малообъёмного масляного выключателя допускает исполнение осевого или радиального типа вентиляции. Нередко используется комбинированный вариант конструкции.

Осевой тип вентиляции создает высокое давление газа, обеспечивает высокую изоляционную способность.

Радиальный тип вентиляции создаёт низкое давление газа и обеспечивает относительно низкую диэлектрическую прочность.

Воздушный автоматический выключатель

Конструкция, кратко обозначаемая в иностранной транскрипции аббревиатурой — «ACB» (Air Circuit Breaker), представляет тип устройства, действующего на основе высокого давления атмосферного воздуха.

Этот вид приборов разработан несколько позже высоковольтного масляного выключателя и на текущий момент практически полностью заменил масляные конструкции в сегменте приборов под средний уровень рабочих напряжений высоковольтных сетей. Практика показала – предпочтительным внедрение воздушных устройств видится под рабочее напряжение до 15 кВ.

Bussmann CB185-150

Структурная схема высоковольтного воздушного выключателя: 1 – отводы дугогасительной камеры; 2 – терминал; 3 – полый изолятор; 4 – ресивер под сжатый воздух

Принцип работы высоковольтного воздушного автоматического выключателя несколько отличается от других типов подобных приборов. Основная задача любого автоматического выключателя — создание ситуации, когда изоляционный промежуток между разомкнутыми контактами выдерживает послеаварийное напряжение высоковольтной системы, предотвращая восстановление электрической дуги после прерывания течения тока.

Автоматический высоковольтный воздушный выключатель предназначен под ту же цель, но способ достижения результата немного иной. Прибор создаёт напряжение дуги больше напряжения питания, тем самым обеспечивая прерывание горения.

Устройством «ACB» используются три разных способа увеличения напряжения дуги:

  1. Охлаждение плазмы дуги.
  2. Увеличение длины пути дуги.
  3. Увеличение напряжения дуги.

Существует несколько модификаций воздушных автоматических высоковольтных выключателей. Рассмотрим некоторые конструкции, традиционно применяемые в энергетике.

Поперечно-дутьевой автоматический выключатель высоковольтный

Конструкция характерна таким исполнением, когда поток воздуха протекает точно под прямым углом по отношению к электрической дуге.

Концепция поперечно-дутьевой схемы также основана группой из двух контактов неподвижного и подвижного. Когда подвижный контакт начинает движение на разрыв, образуется электрическая дуга.

Однако продувка воздуха между контактами устраняет (фактически гасит) дуговое пламя.

Выключатель аксиальный (осевой) с эффектом форсированного дутья

Этот вид автоматического воздушного выключателя также имеет комбинацию неподвижного и подвижного контакта. Движение подвижного контакта поддерживается за счёт пружины, функционирующей так, чтобы возвращать подвижный контакт в исходное положение.

Конструкция высоковольтного аксиального выключателя с форсированным дутьём содержит:

  • дугогасительную камеру,
  • воздушный клапан,
  • резервуар под воздух,
  • серию изоляторов.

На картинке ниже показана концептуальная схема аксиального выключателя с форсированным дутьём.

Two-Pole GFCI

Структурная схема аксиального воздушного прибора: 1 – фиксированный контакт; 2 – дугогасительная камера; 3 – воздушный клапан; 4 – воздушный ресивер; 5 – пистон; 6 – упорная пружина; 7 – подвижный контакт; 8 — нормальный воздушный зазор под рабочее напряжение; 9 – серия изоляторов

В нормальном рабочем состоянии контактная группа зафиксирована закрытым положением. В этом состоянии дугогасительная камера отсечена от воздушного резервуара клапаном. На случай неисправности вырабатывается импульс отключения, которым клапан активируется (открывается).

Потоком воздуха подвижный контакт группы отталкивается в сторону, противоположную давлению пружины. Соответственно, образуется электрическая дуга, но быстро гасится высоким давлением воздуха.

Элегазовый высоковольтный автоматический выключатель (SF6)

Тип автоматического выключателя, где используется газ — гексафторид серы (SF6). Конструкция имеет прямое отношение именно к высоковольтным автоматическим выключателям, в первую очередь, по причине эффективного гашения дуги и хороших изоляционных свойств.

Газ гексафторид серы обладает свойствами высокой степени электро-отрицательности. Исполнение выключателя SF6 типа «Puffer» часто встречается в электроэнергетике

Конструкция традиционно содержит группу фиксированного и подвижного контактов. В текущей конфигурации устройства цилиндра является подвижной частью, тогда как поршень имеет фиксированное состояние. Цилиндр совмещён с подвижным контактом выключателя.

YAMING

Структурная схема действия элегазового прибора: 1 – сопло; 2 – фиксированный контакт; 3 – фиксированный поршень; 4 – подвижный контакт; 5 – подвижный цилиндр; 6 — гексафторид серы (SF6); 7 – электрическая дуга; А – нормальное состояние; Б – аварийное состояние

Когда подвижный контакт приходит в движение, газ сжимается благодаря фиксированному положению поршня. В результате разрыва контактов образуется электрическая дуга, но учитывая высокую электро-отрицательность элегаза, высвобождающиеся электроны быстро поглощаются с образованием отрицательных ионов. Соответственно, наблюдается эффект гашения электрической дуги.

Вакуумные высоковольтные автоматические выключатели

Конструкция вакуумного выключателя «VCB» (Vacuum Circuit Breaker) относится к категории высоковольтных приборов, однако предназначенных для работы под напряжением средней величины.

Работа вакуумного автоматического выключателя отличается от других (отмеченных выше) высоковольтных устройств подобного класса. Гашение дуги происходит в условиях вакуума. Размыкание / замыкание контакта и связанные с этими действиями дуговые помехи, имеют место непосредственно в вакуумной камере (вакуумный прерыватель).

Исполнение «VCB» демонстрирует диэлектрическую прочность вакуума на более высоком уровне, чем, например, показывает конструкция прибора «SF6». Поскольку диэлектрическая прочность очень высока, электрическую дугу допустимо гасить в пределах небольшого развода контактов.

Разделение контактов проходит в течение микросекунд, но этого времени достаточно для высокого нагрева поверхностей. При высокой температуре металл начинает испаряться, чем создаёт токопроводящий путь для образования электрической дуги.

SAIP GROUP

Структурная схема вакуумного высоковольтного прибора: 1 – фиксированный контакт; 2 – торцевой экран; 3 – торцевой поддерживающий фланец; 4 – дуга; 5, 8 – сильфонный шит; 6 – подвижный контакт; 7 – сильфон; 9 – экран конденсата; 10 – электроды; 11 – изоляционная оболочка

Между тем свою роль играет исключение ионизации в условиях вакуума. Соответственно, образование дуги устраняется. При достижении нулевого тока, прибор «VCB» генерирует высокую диэлектрическую прочность, предотвращая восстановление дуги.

Заключительный штрих под высоковольтные автоматические выключатели

Описанное выше оборудование следует рассматривать, исходя из концепции применения. Каждый прибор обладает индивидуальными характеристиками в диапазоне низкого, среднего, высокого напряжений, с точки зрения защиты энергосистемы.

Способы передачи энергии требуют эффективных автоматических выключателей для устранения неисправности, а конфигурация зависит от характеристик дефектов. Природное явление — не единственный фактор дефектов.

Существуют ещё ряд факторов, которые способны вызывать неисправности. Это и человеческие ошибки, ошибки приборов, установки и настройки. Поэтому система защиты всегда требуется на электрической подстанции.

При помощи информации: JEECS

Устройство и применение высоковольтных выключателей

Высоковольтные выключатели назначение основные характеристики

Высоковольтные выключатели относятся к классу коммутационных устройств, использующихся в электрических сетях напряжением выше 1000 В.

Главным их отличием от других коммутационных аппаратов – разъединителей, отделителей, высоковольтных выключателей нагрузки, является способность разрывать электрические цепи при протекании аварийных сверхтоков.

Основу выключателя составляет его контактная система, особая конструкция которой и обеспечивает возможность коммутации токов большой величины вплоть до аварийных при номинальном напряжении сети, достигающем 1000 кВ и выше.

Примечание.

В 80-х годах прошлого века в рамках создания сверхмощного энергетического моста «Сибирь – Центр», а именно, для ЛЭП – 1150 кВ переменного тока «Экибастуз – Кокшетау» в Казахстане, НПО «Уралэлектротяжмаш» разработало и изготовило уникальные воздушные коммутаторы ВНВ-1150.

Проект в целом не оказался успешным, в настоящее время линия работает под напряжением 500 кВ, но, тем не менее, такое оборудование существует. Что касается электрических сетей постоянного тока, самая высоковольтная линия, соответственно и аппаратура, работающая на ней, имеет напряжение 1330 кВ. Линия находится в США и работает в сети «Pacific Intertie».

Назначение высоковольтных выключателей заключается в выполнения следующих функций:

  • производство оперативных переключений с целью изменения схемы электрической сети;
  • автоматическая коммутация в результате работы устройств релейной защиты и системной автоматики.

К основным техническим параметрам коммутационный приборов относятся:

  • время его отключения;
  • отключающая способность, выраженная максимальным значением разрываемого тока;
  • время восстановления готовности привода высоковольтного выключателя к повторному включению.

Для проверки рабочих параметров коммутационных аппаратов осуществляются испытания высоковольтных выключателей с использованием специальных приборов контроля.

Типы высоковольтных выключателей

Основной задачей высоковольтного прибора коммутации является гашение электрической дуги при отключении электрической нагрузки. Для успешного выполнения этой функции применяются различные технологические решения. Базовый принцип классификации высоковольтной коммутационной аппаратуры основан на применяемых способах решения этой задачи.

В соответствии с этим принципом приборы коммутации могут относиться к одному из следующих типов:

  • масляные, главная контактная группа которых погружена в масло;
  • воздушные, осуществляющие гашение дуги воздушным потоком;
  • вакуумные, использующие электрическую прочность разрежённого газа;
  • элегазовые, в которых применяется специальный электропрочный газ SF6.

Масляные высоковольтные выключатели

Существуют конструктивные разновидности аппаратов данного типа. Так, устройства, коммутация всех трёх фаз которых происходит в одном общем объёме, заполненном маслом, называются однобаковыми.

Такие конструкции характерны для масляных коммутаторов напряжением до 20 кВ. В другом, трёхбаковом варианте исполнения контакт каждой фазы находится в отдельной ёмкости с маслом.

Гашение дуги осуществляется благодаря изоляционным свойствам применяемого трансформаторного масла и особой конструкции контактов, создающих несколько разрывов в каждой фазе. Баковые конструкции характеризуются внушительными размерами масляных баков и большим объёмом заливаемого масла, которое кроме дугогашения играет роль основной изоляции.

Другая разновидность высоковольтных масляных аппаратов, представлена маломасляными или горшковыми моделями. Они более компактны и требуют значительно меньше масла, выполняющего исключительно дугогасительные функции. Роль основной изоляции играют твердотельные материалы – фарфор или полимеры.

К недостатку всех типов масляных коммутационных аппаратов следует отнести небольшой ресурс работы заливаемого масла, которое довольно быстро разлагается в процессе гашения электрической дуги.

Кроме этого, масло обладает гигроскопичностью, абсорбируя влагу из воздуха. В процессе эксплуатации требуется осуществление регулярного контроля качества масла путём проведения лабораторных анализов.

При отклонении рабочих характеристик масла от нормы необходимо производить процедуры его осушки, очистки и регенерации с использованием специализированного оборудования.

Воздушные высоковольтные выключатели

Применяются воздушные аппараты преимущественно в открытых распределительных устройствах (ОРУ) электрических подстанций. Связано это с их внушительными габаритами и необходимостью наличия компрессорного хозяйства с сетью воздуховодов высокого давления.

Воздушные приборы коммутации разделяются на два подтипа – аппараты с отделителем и без отделителя. В дугогасительной камере воздушных аппаратов первого подтипа располагаются основные контакты, разрывающие электрическую дугу.

В каждом из полюсов последовательно с дугогасительными контактами располагается отделитель – контакт, обеспечивающий разрыв полюса в отключенном положении.

При отключении привода воздушного аппарата открывается пневмоклапан, подающий воздух на приводные поршни дугогасительных контактов. Перемещение поршня вызывает их размыкание, а также открывает клапан, обеспечивающий поступление сжатой воздушной струи в дугогасительные камеры.

Создаваемое воздушное дутьё гасит дугу, после чего происходит разъединение контактов отделителя. После прекращения воздушной подачи дугогасительные контакты возвращаются в замкнутое состояние, и разрыв полюсов в отключенном положении обеспечивается только контактной группой отделителей.

В воздушных моделях без отделителей главная контактная группа выполняет функции как дугогашения, так и создания разрыва при отключении.

Воздушные приборы относятся к устаревшему виду коммутационного оборудования. В силу своих габаритов и потребности во вспомогательных системах они не вписываются в компоновку современных распределительных устройств.

Вакуумные высоковольтные выключатели

В основе конструкции вакуумных высоковольтных коммутаторов лежит идея использования разрежённой воздушной среды не склонной к ионизации, для гашения электрической дуги, которая возникает при разрыве токовой цепи.

При высокой степени разрежения количество вещества, находящегося в вакуумной камере выключателя настолько мало, что горение электрической дуги может поддерживаться только за счёт эмиссии электронов с поверхности металлических контактов.

В результате гашение дуги в вакуумной камере происходит в течение первого полупериода при прохождении значения переменного тока через ноль.

Ключевыми элементами вакуумных коммутационных аппаратов являются вакуумные камеры, представляющие собой неразборные узлы.

Необходимый уровень разрежения воздуха внутри вакуумной камеры создаётся на заводе при её изготовлении и не требует корректировки в процессе эксплуатации. Это обстоятельство делает вакуумный вид коммутационной аппаратуры привлекательным с точки зрения удобства в эксплуатации.

Вакуумная коммутационная аппаратура обладает целым рядом преимуществ, среди которых:

  • малые габаритные размеры, позволяющие встраивать вакуумные выключатели в ячейки различного типа;
  • низкие затраты на проведение технического обслуживания;
  • высокая надёжность вакуумного оборудования;
  • низкая степень пожароопасности.

Элегазовые высоковольтные выключатели

Применение шестифтористой серы SF6, именуемой элегазом в качестве среды для гашения дуги позволило существенно уменьшить габариты дугогасительных камер и упростить конструкцию контактных групп элегазовых выключателей. Элегазовые коммутационные аппараты имеют баковую или колонковую конструкцию.

Элегазовая аппаратура наряду с вакуумной постоянно наращивает своё присутствие на рынке электротехнических устройств и относится к одному из самых перспективных направлений развития отрасли.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Высоковольтные выключатели

Высоковольтные выключатели назначение основные характеристики

С помощью высоковольтных выключателей выполняется оперативное включение и отключение оборудования энергетической системы, а также ее отдельные цепи в случае ручного или автоматического управления в аварийном или нормальном режиме. В конструкцию стандартного выключателя входит корпус, контактная система, токоведущие части, устройство для гашения дуги, приводной механизм.

Классификация высоковольтных выключателей

Все высоковольтные выключатели классифицируются по различным параметрам. В зависимости от способа гашения дуги, они могут быть автогазовыми и автопневматическими, вакуумными, воздушными, а также масляными и электромагнитными.

По своему назначению эти устройства классифицируются следующим образом:

  • Сетевые. Используются в электрических цепях с напряжением 6 кВ и выше. Основной функцией является пропуск и коммутирование тока в обычных условиях или в ненормальной ситуации в течение установленного времени, например, при коротких замыканиях.
  • Генераторные. Предназначены для работы с напряжением 6-20 кВ. Применяются в цепях электродвигателей с высокой мощностью, генераторов и других электрических машин. Пропускают и коммутируют ток не только в обычном рабочем режиме, но и в условиях пуска и коротких замыканий. Отличаются большим значением тока отключения, а номинальный ток может составлять до 10 тыс. ампер.
  • Устройства для электротермических установок. Рассчитаны на значение напряжений от 6 до 220 кВ и применяются в цепях с крупными электротермическими установками. Как правило, это рудотермические, сталеплавильные и другие печи. Могут пропускать и коммутировать ток в различных эксплуатационных режимах.
  • Выключатели нагрузки. Их основное назначение состоит в работе с обычными номинальными токами, они используются в сетях с напряжением от 3 до 10 кВ и осуществляют коммутацию незначительных нагрузок. Данные устройства не рассчитаны на разрыв сверхтоков.
  • Реклоузеры. Подвесные секционные выключатели, управляемые дистанционно. Они снабжены защитой и предназначены для установки на опорах воздушных линий электропередачи.

Высоковольтный выключатель может устанавливаться разными способами. С соответствии с этим они бывают опорными, подвесными, настенными, выкатными. Кроме того, эти приборы могут встраиваться в КРУ – комплектные распределительные устройства.

Основные требования к высоковольтным выключателям

Все коммутирующие устройства, работающие с высокими токами, должны обладать следующими качествами:

  • Быть надежными и безопасными для персонала и других лиц.
  • Обладать быстродействием, затрачивая минимальное время на отключение.
  • Простой монтаж и удобное дальнейшее обслуживание.
  • Низкий уровень шума в процессе работы.
  • Относительно небольшая стоимость, оптимальное соотношение цены и качества.

Наиболее распространенные конструкции высоковольтных выключателей следует рассмотреть более подробно.

Баковые и маломасляные выключатели

Оба устройства представляют собой масляные типы высоковольтных выключателей. Деионизация дуговых промежутков в каждом из них осуществляется одними и теми же методами. Они отличаются друг от друга лишь количеством используемого масла, а также способами, с помощью которых контактная система изолируется от заземленного основания.

Баковые устройства в настоящее время сняты с производства, поскольку у них имелись серьезные недостатки. Уровень масла в баке требовалось постоянно контролировать. Оно использовалось в большом объеме, из-за чего замена масла отнимала много времени. Эти приборы относились к категории взрыво- и пожароопасных и не могли устанавливаться внутри помещений.

На смену им пришли маломасляные или горшковые выключатели, рассчитанные на все виды напряжений. Они могут устанавливаться в любые распределительные устройства, как закрытого, так и открытого типа. Масло в данном случае выступает прежде всего в качестве дугогасящей среды и лишь частично выполняет функции изоляции между разомкнутыми контактами.

Токоведущие части изолируются между собой с помощью фарфора и других твердых изолирующих материалов. Выключатели для внутренней установки оборудованы контактами, помещенными в стальной бачок или горшок. Эта конструктивная особенность дала название всему устройству. В зависимости от модели, приводы высоковольтных выключателей могут различаться между собой.

Приборы, рассчитанные на работу при напряжении 35 кВ, помещаются в фарфоровом корпусе. Наибольшее распространение получили подвесные устройства ВМГ-10 и ВМП-10 на 6-10 кВ. У них крепление корпуса осуществляется с помощью фарфоровых изоляторов к основанию, общему для всех полюсов. В свою очередь, каждый полюс оборудуется одним разрывом контактов и камерой для гашения дуги.

При работе с большими номинальными токами недостаточно одной пары контактов, которые одновременно являются рабочими и дугогасительными. Поэтому снаружи выключателя отдельно устанавливаются рабочие контакты, а внутри металлического бачка – дугогасительные.

Маломасляные выключатели используются в закрытых распределительных устройствах на подстанциях и электростанциях напряжением 6, 10, 20, 35 и 110 кВ. Кроме того, они устанавливаются в комплектных и открытых распределительных устройствах.

Выключатели воздушные

Для гашения дуги в выключателях воздушного типа используется сжатый воздух под давлением 2-4 Мпа. Дугогасительное устройство и токоведущие части изолируются с помощью фарфора и других аналогичных материалов. Воздушные выключатели конструктивно различаются между собой в зависимости от таких факторов, как номинальное напряжение, способ подачи сжатого воздуха и других.

Устройства высокого номинального тока, аналогично маломасляным выключателям, оборудованы главным и дугогасительным контурами. При включении основной ток попадает на главные контакты, расположенные открыто.

После отключения они размыкаются первыми и далее ток попадает уже на дугогасительные контакты, расположенные в другой камере.

Непосредственно перед их размыканием из резервуара в камеру осуществляется подача сжатого воздуха, гасящего дугу, в продольном или поперечном направлении.

В отключенном положении между контактами создается изоляционный зазор необходимых размеров. С этой целью контакты разводятся на достаточное расстояние.

Выключатели для внутренней установки рассчитаны на ток до 20 тыс. ампер и напряжение 10-15 кВ.

Они имеют отделитель открытого типа, после отключения которого сжатый воздух перестает поступать в камеры и происходит замыкание дугогасительных контактов.

Типовая конструктивная схема воздушного выключателя состоит из дугогасительной камеры, резервуара со сжатым воздухом, главных контактов, шунтирующего резистора, отделителя и емкостного делителя напряжения на 110 кВ, обеспечивающего два разрыва на фазу. В выключателях открытой установки, рассчитанных на напряжение 35 кВ, вполне достаточно одного разрыва на фазу.

Выключатели вакуумного типа

Вакуум обладает электрической прочностью, многократно превышающей этот показатель у масла, элегаза и других сред, используемых в высоковольтных выключателях. Здесь увеличивается средний свободный пробег электронов, молекул, атомов и ионов при снижении давления.

Вакуумная камера включает в себя подвижный и неподвижный контакты, помещенные в плотную оболочку из керамического или стеклянного изоляционного материала.

Сверху и снизу установлены металлические крышки и общий металлический экран. Подвижный контакт перемещается относительно неподвижного контакта с помощью специального сильфона.

К выводам камеры подключается главная токоведущая цепь выключателя.

Вакуумный выключатель работает в следующем порядке.

  • В исходном положении контакты находятся разомкнутыми, поскольку на них через тяговый изолятор воздействует отключающая пружина.
  • Под действием приложенного к катушке электромагнита напряжения со знаком «плюс», в зазоре магнитной системы происходит нарастание магнитного потока.
  • Поток воздействует на якорь с силой, превышающей усилие отключающей пружины, после чего начинается движение якоря вверх совместно с тяговым изолятором и подвижным контактом вакуумной камеры.
  • Пружина отключения сжимается, в катушке возникает противо-ЭДС, снижающая ток и препятствующая его дальнейшему нарастанию.

Высокая скорость движения якоря исключает появление пробоев и шума работы контактов.

Когда контакты замыкаются, якорь резко замедляет движение, поскольку на него начинает действовать пружина дополнительного поджатия контактов.

Однако, по инерции он все равно двигается вверх, сжимая пружины отключения и дополнительного поджатия контактов. Чтобы отключить устройство к выводам катушки прикладывается напряжение с отрицательной полярностью.

Особенности работы и применения воздушных высоковольтных выключателей

Высоковольтные выключатели назначение основные характеристики

Воздушный выключатель — это особый коммутационный аппарат, который применяется только в высоковольтных цепях. Гашение дуги, перемещение контактной силовой группы выполняется сильным потоком сжатого воздуха, нагнетаемого отдельным механизмом.

Так как этот аппарат должен выполнять операции с высоким напряжением, то его надёжность и изоляционные свойства должны быть всегда на высоком уровне. Конструкция его выполняется согласно ГОСТа Р52565–2006.

В мировой практике они используются в основном в постсоветском пространстве в цепях от 35 кВ и выше.

После того как были изобретены элегазовые и вакуумные выключатели высокого напряжения, презентация и внедрение которых, состоялись ещё в 60-е годы прошлого века, этот тип выключателей начал исчезать постепенно с распределительных устройств самых развитых стран.

В современной электротехнике применяется на данный момент только воздушный автоматический выключатель способный производить действия по коммутации, а также надёжно защищать электроприёмники от аварийных режимов короткого замыкания или же перегрузок. В принципе это тот же обычный автомат, только очень редко выпускается он на напряжение выше 1000 Вольт.

Принцип действия

Принцип действия воздушных выключателей основан на гашении электрической дуги, появляющейся при разрыве нагрузки. Этот процесс может происходить двумя типа движения воздуха:

Воздушный выключатель может иметь несколько контактных разрывов, и это зависит от номинального напряжения, на которое он рассчитан. Для облегчения гашения особо больших типов дуги к дугогасящим контактам подключается шунтирующее сопротивление.

Автоматические воздушные выключатели, работающие по принципу гашения дуги в обычных камерах, без наличия сжатого воздуха не имеют таких элементов. Камера гашения дуги у них состоит из перегородок, которые разбивают дугу на мелкие части, и она поэтому не разгорается и быстро тухнет.

В этой статье речь пойдёт больше о работе высоковольтных (выше 1000 Вольт) выключателей, не оснащённых встроенной, а имеют управление в схему которой заведены релейные защиты.

Принцип работы высоковольтного выключателя со сжатым воздухом отличается друг от друга конструктивными особенностями, а в частности, с отделителем и без него.

В выключателях, которые оснащены отделителями силовые контакты соединены с специальными поршнями и составляют один контактно-поршневой механизм. Отделитель же включен последовательно к контактам дугогашения. То есть отделитель с дугогасящими контактами образует один полюс выключателя. При замкнутом положении и дугогасящие контакты и отделитель находятся в одном замкнутом состоянии.

Во время подачи отключающего сигнала, срабатывает механический пневмоклапан, который в свою очередь открывает пневмопривод, при этом воздух с расширителя воздействует на контакты дугогашения. Расширитель, кстати, также специалисты называют ресивером. При этом силовые контакты размыкаются, а возникшая вследствие этого дуга гасится потоком сжатого воздуха.

После чего отключается и сам разделитель, разрывая ток, который остался. Подача воздуха должна быть чётко отрегулирована, чтобы её хватило на уверенное гашение дуги. После прекращения подачи воздуха дугогасительные контакты принимают включенное положение, а разрыв цепи обеспечивается только разомкнутым выключателем.

Поэтому при работе на электроустановках, которые питаются от таких выключателей обязательно необходимо выполнять размыкание разъединителей для безопасного проведения работ.

Одного отключения пневмовыключателя мало! Чаще всего в цепях до 35 кВ применяется конструкция с открытыми отделителями, а если напряжение, при котором, работает выключатель выше то отделители уже изготавливаются в виде специальных воздухонаполненных камер. Выключатели с отделителем, например, выпускались в советском союзе под маркой ВВГ-20.

Если выключатель воздушный высоковольтный не имеет отделителя, то дугогосящие контакты его выполняют также роль и разрывания цепи и гашения возникшей дуги. Привод в них отделён от среды, в которой происходит гашение, а контакты могут иметь одну или даже две ступени работы.

Классификация устройств

Особенности применения выключателей дистанционного управления

Все воздушные высоковольтные выключатели, кроме как, по конструкции (с отделителем и без) отличаются, также и по назначению:

  • Сетевые. Они рассчитаны на напряжение 6000 вольт и выше и используются в цепях переменного тока для включения и выключения потребителей в нормальных неаварийных режимах работы, а также отключение при возникших коротких замыканиях;
  • Генераторные. Применяются в сетях с рабочим напряжением от 6 до 24 тысяч Вольт, для подключения в эти цепи генераторов. Выдерживают пусковые токи, а также режимы К.З.;
  • Для электротермических установок. Рабочее напряжение, при котором возможна нормальная коммутация, составляет 6–220 кВ. Может работать также и в аварийных режимах.
  • Специального назначения. Они выпускаются не серийно, а под заказ и изготавливаются с учётом местных условий эксплуатации.

И также выключатели, имеющие пневмоустановку для работы, разделяются по виду и расположению этого механизма, нагнетающего воздух аппарата:

  1. Опорные;
  2. Подвесные. Имеют подвешивающую к порталу, установленному на ОРУ, конструкцию;
  3. Выкатные. Оснащены механизмом для выкатывания из распредустройства;
  4. Встраиваемые в КРУ (комплектные распределительные устройства).

Преимущества и недостатки

Особенности применения и устройства концевых выключателей

Преимуществ таких устаревших устройств немного вот основные из них:

  1. В связи с давним применением имеется большой опыт как эксплуатации, так и ремонта;
  2. В отличие от других более современных собратьев (особенно элегазовых) данные выключатели поддаются ремонту.

Из недостатков хотелось бы выделить следующие:

  1. Наличие для работы дополнительной пневмоаппаратуры или же компрессоров;
  2. Повышенный шум при отключении, особенно при аварийных режимах короткого замыкания;
  3. Крупные несовременные габариты, что вызывает увеличение территории выделяемой для ОРУ;
  4. Боятся влажного воздуха и запылённости. Поэтому для воздушных систем применяются дополнительные меры, устанавливается направленное на уменьшение этих вредных факторов оборудование.

Дополнительные элементы для воздушных выключателей

Особенности работы и применения резонансного трансформатора Тесла

Сам выключатель не может создавать поток сжатого воздуха, на котором основана его работа, поэтому для его эксплуатации необходимы следующие основные компоненты:

  1. Компрессор для создания сжатого воздуха;
  2. Герметичную систему пневматических приводов;
  3. Ресивер для хранения уже готового сжатого воздуха.

В связи с применением этих компонентов также согласно ГОСТа необходимы:

  • Манометры. Они показывают реальное давление в резервуаре выключателя;
  • Реле минимального давления контакты которого обеспечат подачу сигнала в случае снижения определённого давления которое нормируется. Эту же роль может играть и манометр, содержащий электроконтактную часть;
  • Запорный общий клапан, который устанавливается на воздухопроводе;
  • Обратный клапан, обеспечивающий надёжное перекрывание выхода сжатого воздуха с резервуара при понижении давления в подводящем воздухопроводе;
  • Фильтр очищающий воздух от различной, токопроводящей и не только, пыли;
  • Устройство для спускания воздуха или воды из самой нижней точки резервуара.

Подготовка воздуха

Если распределительная подстанция оборудован этим типом выключатели то к воздуху, подаваемому в них тоже предъявляться ряд требований, направленных на подготовку воздуха его очистку и удаление влаги. Пыль, имеющаяся в воздухе, даже очень мелкая снижает разрядное напряжение, а также засоряет клапаны.

Особую опасность вызывает влажность, которая при изменениях в окружающей среде может конденсироваться в воздуховоде. Из-за этого зимой, возможно, обледенение клапанов и труб, и нарушение проходимости воздуха под давлением. Стальные же элементы быстро ржавеют и изнашиваются.

Появление конденсата на внутренней поверхности изоляторов, приводит к ухудшению электрической прочности и даже к пробоям.
Для очистки воздуха используются масляные фильтры, которые установлены на всасывающих патрубках. Чистка их должна быть регулярной, и чем выше запыленность тем меньше период между ними.

Уменьшение влаги в воздухе производится путём подвергания его сжатию выше номинального давления в два раза. Влага, улавливаемая в змеевике, спускается, а сжатый воздух проходит через редуктор, который и снижает его давление. Дополнительная осушка выполнятся может с помощью абсорбентов, улавливающих воду из воздуха.

Эти две беспрецедентные меры позволяют добиться значительного снижения влаги почти до нулевого значения.

Выключатели серии ВВБ

Они выпускаются ПО «Электроаппарат», рассчитаны на работы с U от 110 до 750 кВ. Их ключевые элементы устанавливаются на колонны, сделанные из фарфоровых надёжных изоляторов. Рабочее давление, которое должен создать компрессор от 2 до 2, 6 МПа этот фактор зависит от того на какое напряжение будет эксплуатироваться аппарат.

Выключатели серии ВВБК

Они предназначены для работы в сетях с напряжением 110–500 Кв. В их системах давление сжатого воздуха не должно быть меньше 4 МПа.

Для улучшения гашения дуги при таких напряжениях применяется двухсторонняя подача очищенного воздуха.

Простая пневматическая система, была заменена более усовершенствованной пневмомеханической, именно это позволило значительно уменьшить время срабатывания при отключениях, что важно в таких цепях.

Выключатели серии ВВГ-20

Они исключительно используются для генераторов. Они разработаны для работы с номинальным напряжением 20 кВ и номинальный ток 20 кА, а ток отключения составляет 160 кА. Давление воздуха в районе 2 МПа. При включении коммутатора сначала происходит срабатывание отделителя, а затем уже и сам дугогасящий механизм. Они предназначены только для внутренней установки.

При работе со сжатым воздухом и опасным высоким напряжением стоит быть особо осторожным, так как эти два вида энергии могут привести не только к травмам, но и к лишению жизни.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.