Высоковольтные выключатели назначение основные характеристики

УСТРОЙСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

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.

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.

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.

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.

© 2012-2021 г. Все права защищены.

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

Высоковольтные выключатели

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.

1. Классификация высоковольтных выключателей
2. Основные требования к высоковольтным выключателям
3. Баковые и маломасляные выключатели
4. Выключатели воздушные
5. Элегазовые высоковольтные выключатели
6. Выключатели вакуумного типа

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.

Элегазовые высоковольтные выключатели

Элегазом называется смесь серы и фтора в определенной пропорции. В результате образуется инертный газ с плотностью выше чем у воздуха примерно в 5 раз и электрической прочностью в 2-3 раза больше воздушной.

Данный вид выключателей, используя элегаз, способен погасить дугу, ток которой примерно в 100 раз выше тока, отключаемого в обычном воздухе, в тех же самых условиях. Такая способность объясняется возможностями молекул улавливать электроны, находящиеся в дуговом столбе, с одновременным созданием относительно неподвижных отрицательных ионов. При потере электронов дуга становится неустойчивой и очень легко гаснет. Если элегаз подается под давлением, то электроны из дуги поглощаются еще быстрее.

Конструкция элегазового выключателя включает в себя корпус с тремя полюсами, наполненный элегазом. Внутри создается низкое избыточное давление в пределах 1,5 атмосфер. Сюда же входит механический привод и передняя панель привода, где находится рукоятка ручного взвода пружин. Устройство дополнено высоковольтными силовыми контактными площадками и разъемом для подключения вторичных коммутационных цепей.

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.

Типы высоковольтных выключателей

Выключатели среднего и высокого напряжения с большим током отключения используются на электрических станциях и подстанциях. Они представляют собой сложную конструкцию, управляемую электромагнитными, пружинными, пневматическими или гидравлическими приводами.

По способу гашения дуги выключатели делятся на:

• 1. Элегазовые выключатели
• 2. Вакуумные выключатели
• 3. Масляные выключатели
• 4. Воздушные выключатели
• 5. Выключатели нагрузки
• Заключение

1. Элегазовые выключатели

Рисунок 1 – Конструкция элегазового выключателя

Элегазовый выключатель работает за счет изоляции фаз между собой с помощью газа(обычно используется электропроточный газ SF6 – так называемый «элегаз»). При поступлении сигнала отключения оборудования контакты камер размыкаются. Они создают электрическую дугу, которая размещается в газовой среде. Дуга разделяет газ на отдельные компоненты, а высокое давление в резервуаре способствует ее гашению.

• Многофункциональность(может использоваться при любом напряжении)
• Высокая скорость срабатывания
• Возможность использования в критических ситуациях(пожар, землетрясение)
• Большой срок службы

• Большая цена конструкцииНевозможность работы при низких температурах
• Сложность обслуживания
• Необходимость установки специального фундамента для такой конструкции

2. Вакуумные выключатели

Рисунок 2 – Конструкция вакуумного выключателя

Принцип действия вакуумного выключателя основывается на высокой диэлектрической прочности вакуума и его диэлектрических свойствах. В момент размыкания контактов в промежутке между ними возникает дуга за счет испарения металла с их поверхности. При переходе тока через ноль вакуум восстанавливает диэлектрические свойства и дуга больше не возникает.

Рисунок 3 – Принцип работы вакуумного выключателя

• Простота конструкции и ремонта
• Возможность работы не только в горизонтальном положении
• Надежность и длительный срок эксплуатации
• Компактность
• Низкая пожароoпасность

• Небольшой ресурс при КЗ
• Опасность возникновения коммутационных перенапряжений
• Высокая стоимость

3. Масляные выключатели

Рисунок 4 – Конструкция масляного выключателя

В дугогасительных устройствах масляных выключателей гашение дуги происходит при помощи ее эффективного охлаждения в потоке газа и пара, вырабатываемого при разложении и испарении масла

• Надежность
• Простота конструкции и эксплуатации
• Прочность

• Большие габариты
• Пожароопасность
• Сложность при установке

4. Воздушные выключатели

Рисунок 5 – Конструкция воздушного выключателя

Принцип работы воздушного выключателя состоит в гашении дуги с помощью скоростного потока сжатого воздуха, направляемого в дутьевые каналы. Под действием воздушного потока дуга растягивается и направляется в дутьевые каналы, где окончательно гасится.

• Высокая скорость срабатывания
• Высокая пожаробезопасность
• Большой срок службы

• Высокая стоимость оборудования и установки(компрессоры, ресиверы и т.д.)
• Необходимость регулярного обслуживания

5. Выключатели нагрузки

Выключатель нагрузки — высоковольтный коммутационный аппарат, который занимает промежуточное положение между разъеденителем и выключателем по уровню допустимой нагрузки комутационных токов. Способен отключать без повреждения как номинальные нагрузочные токи, так и сверхтоки при аварийных режимах. Выключатель нагрузки допускает коммутацию номинального тока, но не рассчитан на разрыв токов КЗ.

По принципу гашения дуги выключатели нагрузки классифицируются:

• Автогазовые(самый распространенный тип)
• Вакуумные
• Элегазовые
• Воздушные
• Электромагнитные

В распределительных сетях наиболее распространены конструкции выключателей нагрузки (ВНР, ВНА, ВНБ) с гасительными устройствами газогенерирующего типа.

Рисунок 6 – Выключатель нагрузки с гасительными устройствами газогенерирующего типа (BH) а – общий вид выключателя; б – гасительная камера

Как видно по рисунку, устройство основано на элементах трехполюсного разъединителя для внутренней установки. На опорных изоляторах разъединителя укреплены гасительные камеры. Но привод разъеденителя изменен для того, чтобы обеспечить достаточную скорость срабатывания при включении и отключении.

В положении «включено» ножи входят в гасительные камеры. Контакты разъединителя и скользящие контакты гасительных камер замкнуты. При отключении тока сначала отключаются контакты разъединителя, затем ток смещается через вспомогательные ножи в гасительные камеры. После этого размыкаются контакты в камере. Зажигаются дуги, которые гасятся в потоке газов, являющихся продуктами разложения вкладышей из оргстекла, находящихся в камере.
В положении «отключено» вспомогательные ножи находятся вне гасительных камер, обеспечивая достаточные изоляционные разрывы.

Заключение

Учитывая современные тенденции развития коммутационного оборудования, наиболее выгодными для использования являются элегазовые выключатели. Их основные достоинства обусловлены свойствами элегазов, т.к. при атмосферном давлении их диэлектрическая прочность в 3 раза больше, чем у воздуха, а при повышенном давлении больше, чем у трнасформаторного масла.

Также большими перспективами обладают и вакуумные аппараты благодаря большой скорости коммутации токов, малому весу и габаритам.
В современных условиях крайне важно уделять внимание вопросам модернизации оборудования или его замены. Для того, чтобы обеспечивать достаточную безопасность и стабильность работы систем необходимо своевременно обслуживать и заменять высоковольтное оборудование.

1. Л.Д.Рожкова;В.С.Козулин «Электрооборудование станций и подстанций »;второе издание,1980 г.
2. Б.Н.Неклепаев «Электрическая часть электростанций и подстанций »; 2-е издание, переработанное и дополненное
3. ГОСТ 19431-84 «Энергетика и электрификация. Термины и определения»

Высоковольтные выключатели

Одним из видов коммуникационного аппарата, предназначенного для быстрого включения и выключения отдельно взятых электроцепей или оборудования является высоковольтный выключатель. Управлять выключателями можно при помощи приводов.

Приводы и устройство высоковольтного выключателя

Эксплуатация привода осуществляется посредством использования энергии, которая поступает от какого-либо источника из вне.

В зависимости от типа поступающей энергии, приводы можно условно классифицировать на такие виды:

• электромагнитные;
• пневматические;
• пружинные.

Приводы по способу их работы могут быть полуавтоматами. Данный вид оборудования позволяет включать выключатели в результате использования физической силы, а их отключение может быть выполнено в автоматическом или ручном режиме, а также на некотором расстоянии.

Конструкция привода состоит из:

• механизма вольного отключения и расцепления;
• включателя;
• устройства, отвечающего за первичный или вторичный запуск привода;
• кнопки, с помощью которых выполняется процесс управления в ручном режиме;
• счетчика для фиксирования количеств выключений;
• контактного блока для обеспечения процесса отключения в аварийном режиме.

Высоковольтные выключатели должны соответствовать некоторым требованиям:

• надежность эксплуатации;
• безопасность;
• высокая скорость работы;
• простота обслуживания;
• удобство монтажа;
• низкий уровень шума во время работы;
• доступная стоимость.

Современные выключатели еще не полностью соответствуют вышеперечисленным требованиям. Конструкторы разрабатывают новые технологии, для того чтобы создать более безопасные приборы.

Виды и типы высоковольтных выключателей

Выключатели высокого тока подразделяются на несколько типов, среди которых можно выделить:

• элегазовые (баковые и колонковые);
• вакуумные;
• масляные (баковые и маломасляные);
• воздушные;
• автогазовые
• электромагнитные;
• автопневматические.

По назначению выделяют:

• сетевые выключатели на напряжение от 6 кВ и выше;
• генераторные выключатели на напряжения от 6 до 20 кВ;
• выключатели на напряжение от 6 до 220 кВ;
• выключатели нагрузки;
• реклоузеры;
• выключатели специального назначения.

Выключатели могут размещаться внутри и вне помещения с различными видами вентиляции и обогрева. В зависимости от того, где будет произведена установка выключателя, используют 10 климатических исполнений: У, ХЛ, УХЛ, ТВ, ТС, Т, М, ОМ, В и О.

Бывают опорные, подвесные, настенные, выкатные и встраиваемые выключатели.

Высоковольтные выключатели постоянного тока

Принцип действия высоковольтного выключателя постоянного тока схематично выглядит следующим образом:

• размыкаются контакты, в результате чего образуется электродуга;
• далее, происходит ограничение процесса нарастания тока;
• затем, идет уменьшение в цепи тока до показателей, которые обеспечивают самопроизвольное распадение дуги по причине ионизации промежутка;
• потом происходит процесс восстановления прочности между контактами.

При эксплуатации выключателей высокого тока между их контактами используются диэлектрические среды разного типа. По этому принципу оборудование классифицируется на несколько видов, рассмотренные ниже по тексту.

Высоковольтные вакуумные выключатели

В высоковольтных выключателях вакуумного типа именно вакуум служит средой для гашения электрической дуги. Это связано с тем, что вакуум отличается более высоким показателем электропрочности, чем другие среды.

При снижении давления длина свободного пробега молекул увеличивается. В вакууме этот расстояние пробега больше, чем объем вакуумной камеры.

Использование выключателей вакуумного типа допустимо только при напряжении не выше 110 кВт.

Высоковольтные масляные выключатели

В высоковольтных масляных выключателях для заполнения устройства гашения дуги используется трансформаторное масло. Процесс гашения электродуги происходит в результате того, что потоки газа, которые возникают при разложении масла, охлаждают дугу.

Высоковольтные выключатели масляного типа используются при напряжении от 10 до 20 кВ или от 110 до 220 кВт.

Высоковольтные масляные выключатели подразделяются на: маломасляные и баковые. Разница между ними заключается в количестве используемого масла, а также в способе изоляции основания от системы контактов.

Масляные высоковольтные выключатели бакового типа имеют ряд недочетов, например, высокий уровень пожароопасности.

При использовании устройств требуется постоянно контролировать количество и состояние масла внутри бака. Бак заполнен большим объемом масла, для замены которого необходимо время.

Высоковольтные выключатели нагрузки

Высоковольтные выключатели нагрузки предназначены для обеспечения работы рубильников аварийного отключения, выключателей селекционного типа с разной шириной силовой шины и расстояния между фазами.

Высоковольтные выключатели нагрузки одинаково успешно используются в цепях с высоким и низким током.

Это оборудование может быть выполнено в металлическом или пластиковом корпусе. Использование таких корпусов гарантирует высокий уровень безопасности выключателей и возможность эксплуатации оборудования в цехах на производстве и даже на открытом пространстве.

Наличие блокировки выключателя предотвращает оборудование от его несанкционированного включения.

Преимущество использования высоковольтных выключателей нагрузки заключается в:

• универсальности;
• надежности;
• высоком уровне безопасности.

Высоковольтные автоматические выключатели

Высоковольтные автоматические выключатели используются для обеспечения процесса проведения электрического тока при нормальных условиях и отключения в автоматическом режиме (в случае возникновения короткого замыкания или перегрузки).

В зависимости от принципа работы и предназначения автоматические выключатели бывают:

• общего предназначения;
• специальные;
• быстродействующие.

Элегазовый высоковольтный выключатель

Элегазовый высоковольтный выключатель – это оборудование для обеспечения быстрого управления и контроля электрической линии высокого напряжения.

Гашение электродуги выполняется посредством заполнения камеры соединением газов. Элегазовые высоковольтные выключатели не требуют смены газа и обеспечения контроля его состояния и количества.

Выключение происходит за счет изоляции фаз между собой. При срабатывании сигнала о необходимости отключения, контакты, расположенные в отдельных камерах, рассоединяются. В результате, между встроенными контактами происходит образование дуги, которая помещена в газовой среде. Затем, газ расщепляется на компоненты.

Преимущество использования элегазовых высоковольтных выключателей заключается в таких показателях, как:

• универсальность – используются для работы с сетями при любом напряжении;
• быстродействие – реакция элегаза происходит быстрее, что дает возможность выполнить аварийное отключение за несколько секунд;
• высокий показатель пожаробезопасности;
• возможность использования при вибрации;
• длительный срок эксплуатации – при соприкосновении контактов не происходит процесс их изнашивания;
• возможность работы с постоянным и переменным током.

Но элегазовые высоковольтные выключатели монтируются только на специально созданном фундаменте или подставке и не могут быть использованы при низких температурах. Также следует отметить дороговизну элегаза.

Элегазовые выключатели используются намного чаще, чем иные разновидности высоковольтных выключателей.

Выбор и испытания высоковольтных выключателей

Выполнение выключателям высокого тока своих функций напрямую зависит от правильности выбора оборудования. Необходимо принимать во внимание сравнительные характеристики расчетных величин и максимально допустимых значений. Для этого составляются специальные таблицы с параметрами.

Чтобы обеспечить надежность и длительный срок использования оборудования, во внимание принимаются не допустимые величины, а данные, меньше этих значений.

При монтаже высоковольтных выключателей обязательно проводятся испытания оборудования. Текущий ремонт и дополнительные испытания рекомендованы раз в 4 года, а капитальный ремонт – каждые 8 лет. Эти мероприятия необходимы в целях обеспечения безопасности эксплуатации.

Ремонт высоковольтных выключателей

Обеспечение функционирования оборудования обеспечивается за счет проведения его периодического и капитального ремонта.

Периодический ремонт выполняется:

• при нарушении целостности фарфоровых покрышек в местах вводов, мембран предохранителей;
• при появлении шума или треска в середине выключателя;
• при изменении температуры соединительных контактов;
• при увеличении расхода масла.

Капитальный ремонт выключателей высокого напряжения проходит, согласно рекомендации завода-изготовителя. Мероприятия, как правило, проводятся непосредственно на месте эксплуатации.

При появлении неполадок вводов или трансформаторов, ремонт проходит в специализированных мастерских.

Производители и поставщики высоковольтных выключателей

Среди производителей и поставщиков высоковольтных выключателей можно выделить такие, как:

• Группа компаний «Электрощит ТМ», Самара. Уже на протяжении лет компания занимается производством и реализацией высоковольтного оборудования, в том числе и выключателей. На базе компании функционируют сервисные центры по ремонту и обслуживанию данного типа оборудования.
• ОАО «Уралэлектротяжмаш». Является одним из крупнейших производителей высоковольтного оборудования и комплектующих. Продукция компании поставляется в Египет, США, Сирию, Австрию и другие страны.
• АО «Вологодский ЭМЗ». Специализируется на поставке трансформаторного, высоковольтного и низковольтного оборудования и комплектующих. На базе компании созданы центры обслуживания и ремонта поставляемой продукции, оборудованные современной техникой.

Поставки в регионы осуществляют официальные дилеры заводов.

Больше о высоковольтных выключателях: типах, выборе, испытаниях; можно узнать на выставке «Электро».

Виды, назначение и техническая характеристика высоковольтных выключателей

К основному электрооборудованию напряжением выше 1 кВ электростанций, сетей и систем относятся высоковольтные выключатели, разъединители, токоограничивающие реакторы, выключатели нагрузки, силовые трансформаторы, измерительные трансформаторы тока и напряжения, высоковольтные плавкие предохранители.

Выключатели являются важнейшим электрооборудованием распределительных устройств. Они представляют собой коммутационный аппарат, предназначенный для включения, отключения и повторного включения электрических цепей. Эти операции выключатели способны выполнять в нормальных режимах, а также при коротких замыканиях, когда ток может превосходить нормальный в десятки и сотни раз [12]. Выключатели имеют электромагнитный, пружинный и другой вид привода для неавтоматического и автоматического управления.

Вместе с соответствующими автоматическими устройствами выключатели обеспечивают отключение и включение генераторов, трансформаторов, линий в нормальном режиме, а также в случае их повреждения. Кроме того, высоковольтные выключатели применяются для изменения состояния высоковольтной линии «включено — выключено» с целью оперативного управления имеющейся системой электроснабжения и для отключения электрооборудования или участка электрической сети в аварийных и при необходимости в нештатных ситуациях.

Выключатели, разделяющие сборные шины на секции, называют секционными. В распределительных устройствах электростанций секционные выключатели, как правило, замкнуты. При повреждениях в зоне сборных шин они должны автоматически размыкаться вместе с другими выключателями поврежденной секции. В распределительных устройствах распределительных подстанций секционные выключатели при нормальной работе отключены, что делает работу секций шин независимой друг от друга, ограничивает ток короткого замыкания и упрощает релейную защиту электрической сети.

При повреждении одной из двух линий, питающих подстанцию, она отключается с обеих сторон релейной защитой, затем подается сигнал на работу устройства автоматического включения резерва (АВР) и включается секционный выключатель. После этого восстанавливается электроснабжение той части потребителей, которые потеряли питание при отключении поврежденной линии. Таким образом, питающие линии в нормальном режиме работают раздельно (секционный выключатель отключен) и резервируют друг друга при повреждении. Пропускная способность каждой линии должна быть рассчитана на обеспечение электроэнергией потребителей обеих секций.

Самый тяжелый режим для всех типов высоковольтных выключателей — коммутация токов короткого замыкания. И хотя эти режимы при надежной схеме питания достаточно редки, выключатели должны эффективно с ними справляться в условиях эксплуатации. Рост мощностей и классов напряжений энергосистем привел к увеличению значений токов коротких замыканий и скорости восстановления напряжения в них. Как следствие, разработчики и производители высоковольтных выключателей не только снизили время отключения токов короткого замыкания выключателей, но и повысили стойкость их работы во всех режимах и звеньях системы электроснабжения. Примером тому могут служить вакуумные и элегазовые выключатели.

К выключателям высокого напряжения предъявляются особые требования, они должны:

• 1) надежно отключать токи любой величины, на которую они рассчитаны;
• 2) обеспечивать быстроту действия при отключении, т.е. гасить дугу в возможно меньший промежуток времени, что является необходимым для сохранения устойчивости параллельной работы электростанций при коротком замыкании;
• 3) быть пригодными для автоматического повторного включения, т.е. они должны быстро включаться после отключения релейной защитой электрической цепи;
• 4) иметь возможность пофазного управления (для выключателей напряжением 110 кВ и выше);
• 5) быть удобными для ревизии и осмотра контактов и механической части;
• 6) быть взрыво- и пожаробезопасными;
• 7) быть удобными при транспортировке и обслуживании.

На электрических станциях, сетях и системах применяются выключатели различных типов и конструкций. Они имеют различные принципы гашения дуги, в них используются различные дугогасящие среды (сжатый воздух, трансформаторное масло, вакуум, элегаз и др.). Вначале преимущественное применение имели масляные выключатели с большим и малым объемом масла. В настоящее время более востребованными выключателями становятся вакуумные и элегазовые выключатели.

Все выключатели можно разделить на следующие виды (свое название они получили за состав среды гашения дуги между контактами выключателя, которая возникает при коммутации высоких напряжений):

• • масляные;
• • воздушные;
• • электромагнитные;
• • вакуумные;
• • элегазовые.

Основными конструктивными частями выключателей всех типов являются [7]: токоведущие и контактные системы с дугогасительными устройствами, изоляционные конструкции, корпуса и вспомогательные элементы (указатели положения, газоотводы, предохранительные клапаны и др.).

Параметры, типы и принцип работы высоковольтных выключателей

Высоковольтный выключатель — это коммутационное устройство для оперативных включений и отключений электрооборудования в энергосистеме или ее отдельных цепей при автоматическом или ручном управлении в аварийных или нормальных режимах. В состав высоковольтного выключателя входит контактная система с корпусом, дугогасительным устройством, токоведущими частями, приводным механизмом и изоляционной конструкцией.

Параметры, свойства и классификация высоковольтных выключателей.

Выключатели характеризуются по номинальному току Iном; номинальному напряжение Uном; номинальному току отключения Iо.ном; допустимому содержанию в токе отключения апериодического тока.

Выключатели с большим напряжением (от 6 до 1 150 киловольт) и большим током отключения, доходящим до 50 килоампер, применяются на электроподстанциях. Такие выключатели являются сложной конструкцией, которая управляется пружинными, электромагнитными, гидравлическими или пневматическими приводами.

Выключатели, в которых дуга гасится сжатым воздухом, называются воздушными, а выключатели, контакты которых помещаются в специальную ёмкость с маслом – масляными. Выключатели, в которых парами масла гасится дуга и применяется газ SF6-«„элегаз“», называются элегазовые выключатели, а в которых дугогашение происходит в вакуумной дугогасительной камере – вакуумные выключатели.

Высоковольтные выключатели классифицируются по: применяемому способу гашения дуги (вакуумные, элегазовые, масляные и воздушные); назначению (сетевые, генераторные, специального назначения); виду установки (опорные, настенные, подвесные, выкатные, встраиваемые); по климатическому исполнению и категориям размещения (У, ХЛ, ТВ, ТС, Т, О и внутри, вне помещений, с различными условиями вентиляции и обогрева).

Устройство и принцип работы высоковольтных выключателей

Воздушные.

Энергия сжатого воздуха в этих выключателях используется как движущая сила и как дугогасящая среда. Работа дугогасительного устройства выключателя заключается в том, что образующаяся между контактами дуга подвергается значительному охлаждению сжатым воздухом, вытекающим в атмосферу. Когда ток проходит через ноль, средняя температура дуги понижается, но увеличивается сопротивление промежутка. В то же время происходит разрушение дугового столба и заряженные частицы выбрасываются из промежутка.

Элегазовые.

Гасящей и изолирующей средой выключателей выступает гексофторид серы SF6 – так называемый элегаз. Элегазовый выключатель представляют собой аппарат с тремя полюсами, которые имеют общую раму и управляются общим приводом. Как вариант, каждый из полюсов выключателя может иметь свою раму и управляться собственным приводом.

Полюс выключателя

В элегазовых выключателях колонкового исполнения полюс представляет собой колонну, которая состоит из двух или более изоляторов. В верхнем изоляторе размещено дугогасительное устройство, а нижний изолятор выступает в качестве опоры ДУ и обеспечивает необходимое для изоляции расстояние от рамы заземления. Изоляционная штанга располагается внутри опорного изолятора. Она соединяет контакт ДУ с системой привода аппарата.

В элегазовых выключателях бакового исполнения, полюс представляет собой цилиндрический бак, выполненный из металла, на котором расположены два изолятора, которые образуют высоковольтные вводы устройства. ДУ в этом выключателе размещается в металлическом корпусе с заземлением.

В выключателях комбинированного устройства, полюс представляет собой корпус из металла в виде сферы, с установленными изоляторами из фарфора, которые образуют высоковольтные вводы, в одном из которых помещено дугогасительное устройство, а в другом — трансформаторы тока.

Дугогасительное устройство выключателя

Это устройство предназначено осуществлять оперативное гашение дуги, которая образуется между контактами выключателя в момент их размыкания. Новейшие высоковольтные выключатели снабжены дугогасительным устройством автокомпрессионного типа, демонстрирующего свои преимущества при отключении больших токов.

ДУ содержит подвижную и неподвижную контактные системы, в которых есть главные контакты и дугогасительные контакты, снабженные элементами, состоящими из дугостойкого материала. Подвижная система содержит связанную с выводом ДУ неподвижную гильзу; поршневое устройство, которое создает при отключении высокое давление в подпоршневой емкости, и два сопла из фторопласта, направляющие потоки газа из одной зоны (повышенного давления) в другую (зону расхождения дугогасительных контактов). Кроме того, большое сопло препятствует смещению контактов подвижной системы относительно неподвижной системы контактов, так как не выходит из втулки главного неподвижного контакта.

Газовая система аппаратов

Газовая система включает в себя следующие составляющие: клапаны автономной герметизации;
коллектор, который обеспечивает связь газовых полостей в колоннах между собой и с устройством сигнализатора изменения плотности элегаза; непосредственно сигнализатор, состоящий из электроконтактного манометра с прибором температурной компенсации, который приводит показания к величине давления при 20ºС; соединительные трубки с уплотнениями и ниппелями.

Привод выключателей

Приводы обеспечивают непосредственное управление высоковольтным выключателем: включение, удержание и отключение. Вал привода осуществляет соединение с валом выключателя при помощи системы тяг и рычагов. Привод должен обеспечивать надежность и скорость работы, а при управлении электричеством еще и минимальное энергопотребление.

Требования, предъявляемые к высоковольтным выключателям

Поскольку выключатель является фактически самым ответственным устройством во всей высоковольтной системе, то при авариях этот аппарат должен обеспечивать бесперебойную и четкую работу. В случае отказа выключателя развивается аварийная ситуация, что ведет к серьезным разрушениям и материальным потерям и прекращением работы предприятий.

Вывод выключателя из рабочей системы проведения профилактических и ремонтных работ связан с серьезными трудностями, поскольку при этом приходится переходить на иную схему распределительного устройства, либо отключать потребителей. Поэтому выключатель должен допускать максимально возможное число отключений коротких замыканий без проведения ревизии и ремонта. Новейшие модели высоковольтных выключателей способны отключать без проведения ревизии до 15 коротких замыканий.

Производители выключателей

Число крупных производителей высоковольтных выключателей невелико, что объясняется слияниями, которые были произведены в период с 1980г. по настоящее время. Основными производителями выключателей сегодня являются комапнии ABB, Siemens, Areva T&D, Toshiba, HVB AE Power Systems и Mitsubishi . Три последние работают в основном на рынках Америки, Юго-Восточной Азии и Австралии. Выключатели для распределительных сетей выпускают Eaton и Schneider Electric. Среди российских производителей можно отметить завод ОАО ВО «Электроаппарат», «Энергомашкорпорация», а также ОАО «Энергомеханический завод».