Элегазовые выключатели: плюсы и минусы эксплуатации. Элегазовые выключатели: плюсы и минусы эксплуатации Технические данные элегазового выключателя 110 кв

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

В качестве защитных конструкций применяют элегазовые выключатели (ЭВ), которыми можно управлять как в ручном режиме, так и с помощью автоматики. Мы детально описали конструктивные особенности и принцип действия устройств. Привели рекомендации по установке, подключению и обслуживанию.

Элегаз – это шестифтористая сера, которую относят к электротехническим газам. Благодаря изоляционным свойствам ее активно применяют при производстве электротехнических устройств.

В нейтральном состоянии элегаз представляет собой негорючий газ без цвета и запаха. Если его сравнивать с воздухом, то можно отметить высокую плотность (6,7) и молекулярную массу, превышающую воздушную в 5 раз.

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

Секрет в том, что молекулы элегаза связывают электроны и образуют отрицательные ионы. Качество «электроотрицания» наделило 6-фтористую серу такой характеристикой, как электрическая прочность.

На практике электропрочность воздуха в 2-3 раза слабее, чем то же свойство элегаза. Кроме прочего, он пожаробезопасен, так как относится к негорючим веществам, и обладает охлаждающей способностью.

Когда возникла необходимость отыскать газ для гашения электродуги, стали изучать свойства SF6 (шестифтористой серы), 4-хлористого углерода и фреона. В испытаниях победила SF6

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

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

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

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

Конструкция элегазового выключателя

Если сравнивать элегазовые устройства с аналогами других видов, то по конструкции они ближе всего к масляным приборам. Разница заключается в наполнении камер для гашения дуги.

1.Краткая характеристика элегазовых колонковых выключателей 1

1.1.Введение 1

1.2.Назначение элегазовых колонковых выключателей 2

1.3.Требования соблюдения заводских инструкций по эксплуатации и ремонту элегазовых колонковых выключателей 3

1.4.Риски, появляющиеся при эксплуатации элегазовых колонковых выключателей 4

1.6.Перечень типов элегазовых колонковых выключателей, эксплуатируемых на сетевых предприятиях Р.Ф. 5

2.Устройство элегазовых колонковых выключателей 5

2.1.Технические характеристики элегазовых колонковых выключателей 5

2.2.Описание конструкции элегазовых колонковых выключателей: дугогасительное устройство, опорный изолятор, привод, шкаф управления, предохранительный клапан, приборы и устройства, контролирующие состояние элегаза, мониторинг параметров 10

2.2.1.Описание элегазовых колонковых выключателей типа HPL-245B1 10

2.2.2.Описание колонковых элегазовых выключателей типа LTB-145D1/B 13

2.2.3.Описание колонковых элегазовых выключателей типа 3AP1FG – 145/ЕК 17

2.2.4.Описание колонковых элегазовых выключателей типа ВГТ-110 18

3.Внешний вид установки комплекта элегазовых колонковых выключателей 22

4.Требования по безопасности труда, взрыво и пожаробезопасности элегазовых колонковых выключателей 23

1. Краткая характеристика элегазовых колонковых выключателей

   1. Введение

Выключатели предназначены для оперативной и аварийной коммутации в энергосистемах, т.е. выполнения операций включения и отключения отдельных цепей при ручном или автоматическом управлении. Во включённом состоянии выключатели должны беспрепятственно пропускать токи нагрузки. Характер режима работы этих аппаратов несколько необычен: нормальным для них считается как включённое состояние, когда они обтекаются током нагрузки, так и отключённое, при котором они обеспечивают необходимую электрическую изоляцию между разомкнутыми участками цепи. Коммутация цепи, осуществляемая при переключении выключателя из одного положения в другое, производится нерегулярно, время от времени, а выполнение им специфических требований по отключению возникающего в цепи короткого замыкания чрезвычайно редко. Выключатели должны надёжно выполнять свои функции в течение срока службы (30-40 лет), находясь в любом из указанных состояний, и одновременно быть всегда готовыми к мгновенному эффективному выполнению любых коммутационных операций, часто после длительного пребывания в неподвижном состоянии. Отсюда следует, что они должны иметь очень высокий коэффициент готовности: при малой продолжительности процессов коммутации (несколько минут в год) должна быть обеспечена постоянная готовность к осуществлению коммутаций.

Высоковольтные выключатели, в которых используется элегаз SF6 как изоляционная и дугогасительная среда, получают все более широкое распространение, так как имеют высокие показатели коммутационного и механического ресурсов, отключающей способности, компактности и надежности по сравнению с воздушными, масляными и маломасляными высоковольтными выключателями.

Успехи в разработках элегазовых выключтаелей непосредственно оказали значительное влияние на внедрение в эксплуатацию компактных ОРУ, ЗРУ и элегазовых КРУЭ. В элегазовых выключателях применяются различные способы гашения дуги в зависимости от номинального напряжения, номинального тока отключения и характеристик энергосистемы (или отдельной электроустановки).

В элегазовых дугогасительных устройствах, в отличие от воздушных дугогасительных устройств, при гашении дуги истечение газа через сопло происходит не в атмосферу, а в замкнутый объем камеры, заполненный элегазом при относительно небольшом избыточном давлении.

По способу гашения электрической дуги при отключении различают следующие элегазовые выключатели:

1. Автокомпрессионный элегазовый выключатель, где необходимый массовый расход элегаза через сопла компрессионного дугогасительного устройства создается по ходу подвижной системы выключателя (автокомпрессионный выключатель с одной ступенью давления).

2. Элегазовый выключатель с электромагнитным дутьем, в котором гашение дуги в дугогасительном устройстве обеспечивается вращением ее по кольцевым контактам под действием магнитного поля, создаваемого отключаемым током.

3. Элегазовый выключатель с камерами высокого и низкого давления, в котором принцип обеспечения газового дутья через сопла в дугогасительном устройстве аналогичен воздушным дугогасительным устройствам (Элегазовый выключатель с двумя ступенями давления).

4. Автогенерирующий элегазовый выключатель, где необходимый массовый расход элегаза через сопла дугогасительного устройства создается за счет разогрева и повышения давления элегаза дугой отключения в специальной камере (автогенерирующий элегазовый выключатель с одной ступенью давления).

Рассмотрим некоторые типичные конструкции элегазовых выключателей на 110 кВ и выше.

Элегазовые выключатели 110 кВ и выше на один разрыв различных фирм имеют следующие номинальные параметры: Uном=110-330 кВ, Iном=1-8 кА, Iо.ном=25-63 кА, давление элегаза рном=0,45-0,7 МПа(абс), время отключения 2-3 периода тока КЗ. Интенсивные исследования и испытания отечественных и зарубежных фирм позволили разработать и внедрить в эксплуатацию элегазовый выключатель с одним разрывом на Uном = 330-550 кВ при Iо.ном= 40 - 50 кА и времени отключения тока один период тока КЗ.

Типичная конструкция автокомпрессионного элегазового выключателя приведена на рис. 1.

Аппарат находится в отключенном положении и контакты 5 и 3 разомкнуты.

Рис. 1.

Токоподвод к неподвижному контакту 3 осуществляется через фланец 2, а к подвижному контакту 5 через фланец 9. В верхней крышке 1 монтируется камера с адсорбентом. Опорная изоляционная конструкция элегазового выключателя закреплена на подножнике 11. При включении выключателя срабатывает пневмопривод 13, шток 12 которого соединен через изоляционную тягу 10 и стальной стержень 8 с подвижным контакт 5. Последний жестко связан с фторопластовым соплом 4 и подвижным цилиндром 6. Вся подвижная система ЭВ (элементы 12-10-8-6-5) движется вверх относительно неподвижного поршня 7, и полость К дугогасительной системы выключателя увеличивается.

При отключении выключателя шток 12 приводного силового механизма тянет подвижную систему вниз и в полости К создается повышенное давление по сравнению с давлением в камере выключателя. Такая автокомпрессия элегаза обеспечивает истечение газовой среды через сопло, интенсивное охлаждение электрической дуги, возникающей между контактами 3 и 5 при отключении. Указатель положения 14 дает исходного положения контактной системы выключателя. В ряде конструкций автокомпрессионных элегазовых выключателей используются пружинные, гидравлические силовые приводные механизмы, а истечение элегаза через сопла в дугогасительной камере осуществляется по принципу двухстороннего дутья.

На рис. 2 приведен баковый элегазовый выключатель типа ВГБУ 220 кВ (Iном=2500 А, Iо.ном=40 кА ОАО «НИИВА» с автономным гидравлическим приводом 5 и встроенными трансформаторами тока 2. ЭВ имеет трехфазное управление (один привод на три фазы) и снабжен фарфоровыми (полимерными) покрышками 1 вводов «воздух-элегаз».

В газонаполненном баке 3 находится дугогасительное устройство, которое соединено с гидроприводом 5 через передаточный механизм размещенный в газонаполненной камере 4. Конструкция бакового элегазового выключателя закреплена на металлической раме 6. Для заполнения элегазом выключателя используется разъем 7. При установке выключателя в ОРУ обычно давление элегаза в камерах равно одной атм(абс.) и далее необходимо обеспечить р = рном.

Рис. 2.

Преимуществами баковых элегазовых выключателей со встроенными трансформаторами тока перед комплектами «колонковый элегазовый выключатель плюс отдельно стоящий трансформатор тока» являются: повышенная сейсмостойкость, меньшая площадь отчуждаемой территории подстанции, меньший объем требуемых фундаментных работ при строительстве подстанций, повышенная безопасность персонала подстанции (дугогасительные устройства расположены в заземленных металлических резервуарах), возможность применения подогрева элегаза при использовании в районах с холодным климатом.

В конструкциях баковых выключателей 220 кВ и выше для ОРУ необходимо повышение номинального давления элегаза (рном > 4,5атм(абс.)), поэтому вводят подогрев газовой среды с целью предотвращения сжижения элегаза при низких значениях температуры окружающей среды или используют смеси элегаза с азотом или тетрафторметаном.

Как показывает практика, для номинального напряжения 330–500 кВ баковые выключатели с одним разрывом на номинальные токи 40-63 кА - наиболее перспективный вид коммутационного оборудования для ОРУ и КРУЭ.

Выключатель ВГБ-750-50/4000 У1 разработки ОАО «НИИВА» (рис. 3) с двухразрывным автокомпрессионным дугогасительным устройством, встроенными трансформаторами тока, полимерными вводами «воздух-элегаз» снабжен двумя гидроприводами на полюс, что позволяет обеспечить полное время отключения не более длительности двух периодов тока промышленной частоты.

Во включенном положении элегазового выключателя резисторы зашунтированы главными контактами. При отключении первыми размыкаются контакты резисторов, далее – главные, затем - дугогасительные контакты. При включении первыми замыкаются контакты резисторов, а затем – дугогасительные и главные контакты. Для выравнивания распределения напряжения каждый разрыв шунтирован конденсаторами.

Распространение получили колонковые элегазовые выключатели с одним разрывом на номинальное напряжение 110-220 кВ с номинальным током отключения 40-50 кА.

Рис. 5

Типичная конструкция колонкового элегазового выключателя типа ВГП 110 кВ (Iном=2500 А, Iо.ном=40 кА) с пружинным приводом ОАО «Электроаппарат» приведена на рис. 5.

Для того чтобы погасить электрическую дугу очень часто используют множество различных газовых смесей. По такому принципу работает оборудование, заполненное элегазом, которое применяют для работ в аварийной ситуации. В этой статье мы рассмотрим устройство, принцип работы и назначение элегазовых выключателей.

Из чего состоит оборудование и какие бывают конструкции?

Элегазовый высоковольтный выключатель – это устройство, назначение которого управлять и осуществлять контроль над высоковольтной линией энергоснабжения. Конструкция такого оборудования напоминает механизм масляного устройства, только для гашения применяется соединение газов вместо масляной смеси. Как правило, используется сера. В отличие от масляного прибора, элегазовый не требует особого ухода. Его главным достоинством считается долговечность.

Элегазовые выключатели делятся на:

1. Колонковый. Применение такого строения оптимальное только для сети 220 кВ. Это отключающее устройство работает на одну фазу. В конструкцию входит две системы, которые размещаются в емкости с элегазом. Это контактная и дугогасительная система. Также они могут быть как ручными, так и дистанционными. Это считается основной причиной их больших размеров.
2. Баковый. По габаритам меньше, чем колонковые. В конструкции имеется дополнительный привод, который имеет несколько фаз. Благодаря этому можно плавно и мягко регулировать включение и выключение напряжения. А из-за того, что в систему встроен трансформатор тока, механизм способен переносить большие нагрузки.

По методу гашения электрической дуги элегазовые силовые выключатели делятся на:

• воздушный, его еще называют автокомпрессионный;
• вращающий;
• продольного дутья.

Принцип действия и область применения

За счет чего работает элегазовый выключатель большого напряжения? За счет изолированности фаз между собой посредством элегаза. Принцип работы механизма следующий: при поступлении сигнала об отключении электрического оборудования, контакты каждой камеры размыкаются. Встроенные контакты создают электрическую дугу, которая размещается в газовой среде.

Эта среда разделяет газ на отдельные частицы и компоненты, а из-за высокого давления в резервуаре, сама среда снижается. Возможное применение дополнительных компрессоров, если система работает на низком давлении. Тогда компрессоры усиливают давление и образовывают газовое дутье. Также используется шунтирование, применение которого необходимо для выравнивания тока.

Обозначение на схеме ниже указывает расположения каждого элемента в механизме выключателя:

Что касается моделей бакового вида, так в них контроль осуществляется с помощью приводов и трансформаторов. Для чего нужен привод? Его механизм является регулятором и его назначение заключается в том, чтобы включать или выключать электроэнергию и, если необходимо, удерживать дугу на установленном уровне.

Приводы делятся на пружинные и пружинно-гидравлические. Пружинные обладают большой степенью надежности и имеют простой принцип работы: вся работа делается благодаря механическим деталям. Пружина способна под действием специального рычага сжимать и разжиматься, а также фиксироваться на установленном уровне.

Пружинно-гидравлические приводы выключателей дополнительно имеют в конструкции гидравлическую систему управления. Такой привод считается более эффективным и надежным, ведь пружинное устройство может само изменить уровень фиксатора.

Достоинства и недостатки оборудования

Как и в любых конструкциях и механизмах в элегазовых выключателях существуют свои преимущества и недостатки. К достоинствам устройства относят:

1. Многофункциональность. Назначение и применение такого механизма возможно для любого напряжения в сети.
2. Скорость действия. Элегаз реагирует на присутствие электрической дуги за считанные секунды. Благодаря этому в случае аварийной ситуации есть возможность быстро отключить подконтрольную систему.
3. Возможное использование при вибрациях и в условиях пожарной опасности.
4. Долголетие. Нет необходимости заменять газовые смеси. Контакты, что соприкасаются со смесями, почти не подлежат изнашиванию, а внешний корпус обладает большими показателями защиты.
5. Могут применяться на сетях высокого напряжения. Их аналоги, такие как вакуумные приборы, этого делать не способны.

Но у этих выключателей есть и свои недостатки. Например:

1. Так как производство приборов очень сложное и элегазовые смеси стоят дорого, то и цена самой конструкции высокая.
2. Не работают прибор при низкой температуре.
3. При требуемом обслуживании следует применять определенное оборудование.
4. Прибор следует устанавливать на специальную платформу или фундамент, а для этого следует обладать опытом и специальными инструкциями.

Вот мы и рассмотрели устройство, назначение и принцип действия элегазовых выключателей. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Наверняка вы не знаете:

Статья о преимуществах и недостатках высоковольтных элегазовых выключателей.

Высоковольтные выключатели применяются для изменения состояния высоковольтной линии «включено-выключено» с целью оперативного управления имеющейся системой энергоснабжения и для отключения оборудования или участка сети в аварийных ситуациях.

Для этих целей используются высоковольтные выключатели:

• масляные;

• воздушные;

• вакуумные;

• элегазовые.

Названия выключателей отражают состав сред гашения дуги между контактами выключателя, которая возникает при коммутации высоких напряжений. Здесь уместны некоторые оговорки в отношении масляного выключателя - правильнее будет говорить, что гашение дуги происходит в неком газовом пузыре, образующемся при возникновении дуги в толще масляного объема. Масляные выключатели просты и дешевы в эксплуатации, но пожаро- и взрывоопасны.

В воздушном выключателе дугу гасит мощный поток воздуха из резервуаров высокого давления. Как и масляные выключатели, воздушные высоковольтные выключатели могут быть изготовлены на весь диапазон применяемых напряжений и токов. Но их конструкции сложнее и дороже, чем масляные, а эксплуатация требует наличия компрессорной станции для получения чистого сухого воздуха.

Дуга вакуумного выключателя гаснет в разреженном пространстве дугогасительной камеры. Электрическая прочность вакуума чрезвычайно высока и очень быстро восстанавливается после электрического пробоя. Кроме того такие выключатели отличает высокая надежность и уменьшенные затраты на обслуживание, простота конструкции.

Из недостатков вакуумных выключателей отмечается:

• высокая стоимость;

• возможность возникновения перенапряжения в сети при определенных ее состояниях;

• для созданий выключателей на высшие напряжения требуются определенные технические ухищрения.

Элегазовые высоковольтные выключатели , чьи дугогасительные устройства работают в среде , сочетают в себе преимущества различных типов выключателей:

• возможно использование элегазовых выключателей на любое из напряжений, применяемых в отечественной энергетике;

• небольшие масса и габаритные размеры конструкции элегазовых выключателей в сочетании с бесшумной работой привода;

• дуга гасится в замкнутом газовом объеме без доступа в атмосферу;

• безвредная для человека, экологически чистая, инертная газовая среда элегазового выключателя;

• увеличенная коммутационная способность элегазового выключателя;

• работа в режиме переключения больших и малых токов без возникновения перенапряжения, что автоматически исключает наличие устройств ОПН (ограничение перенапряжения);

• высокая надежность элегазового выключателя, межремонтный период увеличен до 15 лет;

• пожаробезопасность оборудования.

К недостаткам элегазовых выключателей следует отнести:

• высокую стоимость оборудования и текущие затраты на эксплуатацию, так как требования к качеству элегаза очень высоки;

• температура окружающей среды влияет на агрегатное состояние элегаза, что требует применения систем подогрева выключателя при пониженных температурах (при -40°С элегаз становится жидкостью);

• коммутационный ресурс элегазового выключателя ниже, чем у аналогичного вакуумного выключателя;

• необходимы высококачественные уплотнения резервуаров и магистралей, так как элегаз очень текуч.
  

В конце прошлого столетия в мировой энергетике произошел прорыв в технологиях . Масляные и воздушные выключатели стали постепенно уступать место вакуумным и элегазовым выключателям. Это объясняется отличными дугогасящими свойствами вакуума, а также газа с химической формулой SF6, именуемого элегазом, и повышенной безопасностью эксплуатации коммутационного оборудования с их применением. И хотя вакуумное и элегазовое оборудование недешево, пока что не найден достойный конкурент средам гашения дуги - вакууму и элегазу.