Элегазовые выключатели: принцип работы и характеристики

Содержание
  1. Определение и применение элегаза
  2. Вакуумный
  3. Масляный
  4. Воздушный
  5. Выключатель нагрузки
  6. Токсичные соединения
  7. Физические свойства
  8. Особенности конструкции
  9. Из чего состоит оборудование и какие бывают конструкции?
  10. Вред для окружающей среды
  11. Промышленное получение элегаза
  12. Из чего состоит элегазовый выключатель и как это всё приводит к отключению дуги
  13. Технические характеристики
  14. Испытания и проверки, какими приборами ведётся контроль
  15. Взрывоопасность
  16. Преимущества и недостатки использования ЭВ
  17. Эксплуатация элегазового выключателя Siemens 3AP1DT-126. Основные требования
  18. Эксплуатация элегазового выключателя на подстанциях с обслуживающим оперативным персоналом
  19. Устройство и виды элегазовых выключателей
  20. Плюсы и минусы шестифтористой серы
  21. Принцип гашения дуги
  22. Принцип работы и сфера применения
  23. Области применения элегаза
  24. Правила подключения и обслуживания ЭВ
  25. Опасность для человека
  26. Заключение

Определение и применение элегаза

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.

Вакуумный

Состоит из следующих элементов:

Конструкция вакуумного выключателя
  • подвижного и неподвижного контактов;
  • дугогасительной камеры;
  • гибкого токосъёма;
  • тягового изолятора;
  • отключающей и дожимной пружин;
  • включающего электромагнита;
  • якоря.

Изделие работает за счёт изолирующих свойств вакуума, обеспечивающих гашение возникающей дуги.

Достоинства такого устройства в следующем:

  • конструктивной простоте, облегчающей ремонт и эксплуатацию;
  • возможности различного расположения (вертикально или горизонтально);
  • надёжности и длительности работы;
  • компактным размерам;
  • пожарной безопасности.

К недостаткам причисляют малый ресурс в случае короткого замыкания, большую цену и возможность образования перенапряжения в процессе коммутации.

Устройства подбираются с учётом следующих технических характеристик:

  • номинального напряжения;
  • номинального тока;
  • отключающего тока – в пределах 25 кА.

Цена может колебаться в пределах от 12 до 240 тысяч рублей.

Масляный

Состоит из:

Конструкция масляного выключателя
  • металлического бака, заполненного маслом;
  • крышки;
  • проходного изолятора;
  • отключающей пружины;
  • вала выключателя;
  • подвижных и неподвижных контактов;
  • изоляции стенок бака.

Дуга охлаждается потоком газа и пара от испаряемого масла.

Отличаются надёжностью, простотой в использовании и прочностью конструкции. Из минусов следует отметить большие габаритные размеры, пожарную опасность и сложность монтажа.

Технические характеристики отличаются следующими значениями показателей:

  • номинальным напряжением;
  • номинальным током;
  • предельным током.

Стоимость – от 15 до 400 тысяч рублей за единицу.

Воздушный

 

Конструкция воздушного выключателя
  • резервуара, наполненного сжатым воздухом;
  • дугогасительной камеры;
  • шунтирующего резистора;
  • главных контактов;
  • отделителя;
  • делителя напряжения.

Дуга в данных элементах гасится сжатым воздухом, с выводом через дутьевые каналы и окончательным гашением.

Из преимуществ указанных устройств:

  • быстрое срабатывание;
  • высокие свойства пожаробезопасности;
  • продолжительность эксплуатации.

В числе недостатков большая цена на оборудование и необходимость регулярного обслуживания.

Из технических характеристик следует отметить величины:

  • номинального напряжения – от 3 до 1150 кВ;
  • номинального тока – от 200 до 2500 А;
  • максимального тока – от 26 до 32 кА.

Стоимость данных установок – от 100 до 800 тысяч рублей и выше.

Выключатель нагрузки

Это высоковольтное коммутационное устройство с промежуточными характеристикам, если сравнивать разъединители и выключатели. Бывают автогазовыми, вакуумными, элегазовыми, воздушными и электромагнитными.

Контакты замыкаются ножами. В рабочем состоянии происходит замыкание контактов разъединителей и дугогасительных камер. Размыкание происходит последовательно, начиная с разъединителей и оканчивая вспомогательными ножами. Зажигаемая дуга гасится газовым потоком.

В отключённом положении надёжность изоляционных разрывов обеспечивается внешним расположением ножей относительно дугогасительных камер.

Отличаются следующими техническими характеристиками:

  • номинальным напряжением – от 3 до 10 кВ;
  • номинальным током – от 32 до 200 А;
  • максимальным током – от 12 до 32 А.

Цена данной продукции – в пределах от 300 до 30 000 рублей.

Токсичные соединения

Сам по себе элегаз не токсичен, ГОСТ относит его к малоопасным веществам (четвёртый класс опасности). Инертность гексафторида серы лишь немного не дотягивает до инертности гелия.

Разлагается он при температуре выше 1100°С, так что воздействие электрической дуги приводит к возникновению ядовитых газообразных продуктов — низших фторидов и соединений серы.

Если внутрь заполненной элегазом камеры попадают водяные пары и кислород, могут возникнуть агрессивные соединения фтороводородов, плавиковая кислота и прочие высокотоксичные продукты.

Установленные в современных коммутационных и распределительных устройствах фильтры-адсорберы поглощают влагу и газообразные продукты разложения, а твёрдые оседают в самих аппаратах, никак не сказываясь на их работоспособности.

К тому же устройства с элегазовой изоляцией не требуют частого обслуживания, во многих из них заполненные гексафторидом серы герметичные контейнеры вообще не вскрываются в течение всего срока эксплуатации.

Проблемы возникают во время ремонта, который должны проводить квалифицированные сотрудники с использованием специального оборудования: даже при соблюдении всех мер безопасности утечку токсичных соединений полностью исключить не получится.

Физические свойства

Он в пять раз тяжелее чем воздух и имеет плотность 6,14 кг/м3. Он не имеет цвета и запаха, не токсичен. На крысах проводили опыт: на 24 часа поместили их в атмосферу, содержащую 79% элегаза и 21% кислорода. Все пять крыс удачно выдержали испытание без каких-либо последствий. В элегазовой среде звук распространяется в три раза медленнее чем в воздухе при атмосферном давлении. По этой причине при оперировании элегазовым выключателем звук тише, чем у аналога с воздушной изоляцией. Диэлектрическая прочность элегаза примерно в 2.5 раза лучше прочности воздуха, причем при увеличении давления соотношение становится еще больше. При давлении 3.5 бар электрическая прочность элегаза конкурирует с прочностью нового трансформаторного масла.

Особенности конструкции

Элегазовый выключатель – прибор, предназначенный для контроля и осуществления надзора за высоковольтными электросетями. По своим конструкционным принципам он близок к масляному выключателю, но вместо масляной смеси внутри находится газ. Также подобное сравнение показывает, что элегазовый аппарат порядком долговечнее и требует меньшего ухода.

Обычно в качестве газа применяют серу, но существую и иные смеси.

Существуют следующие разновидности конструкции:

  1. Колонковый – является однофазным отключающим устройством для электросетей в 220 кВ. Сама емкость содержит в себе 2 системы: дугогасительную и контактную. Их выпускают в двух разновидностях: дистанционные и контактные. В приборостроении принято считать, что именно факт наличия удаленного контроля обуславливает большую величину прибора.
  2. Баковый – многофазный прибор. Эта функция обеспечивается дополнительным приводом, который способен смягчить перепады и сами периоды включения и выключения напряжения. Он меньше своего старшего собрата, но при этом имеет в своей конструкции трансформатор, обеспечивающий его большей надежностью и способностью переносить более высокие нагрузки.

Также данный прибор классифицируют исходя из метода гашения:

  • вращающий;
  • воздушный;
  • продольный.

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.

Вред для окружающей среды

ПДК элегаза в атмосферном воздухе составляет 0,001 мг/м³. Его потенциал разрушения озонового слоя ODP равен 0, а вот потенциал глобального потепления GWP составляет 24 900.

Гексафторид серы входит в число так называемых «новых газов» Киотского протокола. Можно сказать, что как парниковый газ он гораздо опаснее пресловутого CO².

Здесь мы подходим к главной проблеме для окружающей среды — отработанные устройства с элегазом требуют правильной утилизации не только из-за накопившихся в них токсичных продуктов. Даже чистый SF6 нельзя сбрасывать в атмосферу.

Промышленное получение элегаза

В основе промышленного метода производства элегаза заложена прямая реакция между газообразным фтором и расплавленной серой. В этом случае сера сжигается в потоке фтора при температуре 138-149С в специальной крекинг-печи, представляющей собой стальной горизонтальный реактор. Данное устройство состоит из камеры загрузки и камеры сгорания, разделенных между собой перегородкой. Камера загрузки оборудована люком, через который загружается сера и электрическим нагревателем для плавления.

В камере сгорания имеется сопло, охлаждаемое водой, через которое подается фтор. Здесь же установлена термопара и конденсатор для возгонов серы. Сама сера в расплавленном виде подается из камеры загрузки в камеру сгорания через специальное отверстие, расположенное в нижней части перегородки. Отверстие оказывается закрыто расплавленной серой, что предотвращает попадание фтора в камеру загрузки.


Данный реактор, несмотря на простую конструкцию, обладает некоторыми отрицательными качествами. Сера фторируется на поверхности расплава, из-за этого в большом количестве выделяется тепло. Под его воздействием, а также под влиянием фтора, происходит усиленная коррозия реактора на границе разделения производственного цикла. Поэтому, когда производительность реактора увеличивается, появляется необходимость в отводе тепла в большом количестве и выборе материала для реактора, устойчивого к коррозии.

Избежать подобных недостатков возможно с помощью других способов производства элегаза. Нередко используется реакция фтора и четырехфтористой серы совместно с катализатором, а также термическое разложение соединения SF5CI при температуре 200-300С. Данные способы считаются сложными и дорогостоящими, поэтому на практике используются довольно редко.

Из чего состоит элегазовый выключатель и как это всё приводит к отключению дуги

Так как выключатели могут иметь исполнение баковое, колонковое или же быть вообще для установки в КРУ. А кроме этого существуют различные виды ДУ, то и для каждого выключателя будет отдельный принцип работы и состав частей.

Рассмотрим, например, в этой статье для примера популярный выключатель шнайдер электрик с автокомпрессией на напряжение 12 кВ типа LFP.

Выключатель трехполюсный. Каждый полюс находится в изолированном корпусе, который заполнен элегазом под невысоким давлением. Внутри корпуса находится ДУ, на контакты которого посылаются команды включения, отключения или допустимых циклов. Эти команды подаются с пружинного привода, расположенного на лицевой панели или дистанционно.

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

Принцип работы выключателя построен на автокомпрессионном способе гашения дуги.

Посмотрим на заводскую картинку, приведенную выше. У нас имеются основные контакты (под буквой а, рыжие) и дугогасительные контакты (буква б, темно-синие). Значит поступает команда на отключение выключателя. Основные контакты размыкаются, дугогасительные также размыкаются. В момент когда дугогасительные размыкаются между ними в расширительном объеме (буква с – область ограниченная розовой линией) образуется дуга. На верхнем из дугогасительном контактов расположены катушки. Так вот электрическая дуга под действием магнитного поля этой катушки начинает закручиваться. Объем газа под тепловым воздействием дуги начинает расширяться. Давление газа увеличивается и он ищет выход в область с меньшим давлением. Этот поток элегаза затягивает дугу в нижний дугогасительный контакт (область е на рисунке) и дуга растягивается. А затем в момент, когда ток проходит через ноль – дуга гаснет. В этот момент считается, что выключатель отключен. Это время составляет 70 мс.

В состав пружинного привода входят: двигатель взвода пружин, катушки отключения (YO1, YO2), катушка включения (YF), катушка отключения минимального напряжения (YM), реле прямого действия mitop, счетчик циклов В-О и прочие устройства необходимые для удобства при обслуживании выключателя. У катушек имеется различное число нормально закрытых, нормально открытых контактов и перекидывающий контакт.

Технические характеристики

Рассмотрим технические характеристики выключателей разных производителей и типов работы.

МЕК SF6 элегазовый пружинный выключатель HD4

Напряжение, кВ 12 … 40,5
Ток, А 630 … 3 600
Аварийный ток, кА 16 … 50

Элегазовый выключатель LTB 145D1/B:

Напряжение, кВ 145
Ток (номинальный/отключения), А/кА 3150/40
Время выключения, мс 25
Бестоковая пауза, мс 300
Привод Пружинно-моторного типа

ВГБУ-220:

Номинально/наибольшее напряжение, кВ 220/252
Аварийный ток, кА 40/50
Рабочий ток, А 2000

ВГБЭП-35 (ВГБ-35, ВГБЭ):

Отключаемый ток, А 630
Содержание элегаза, % 32
Бестоковая пауза, с 0,3
Давление заполнения элегаза при 20° С, МПаабс (кгс/см2) 0.55 (5.5)
Напряжение постоянного тока и переменного, В 220/110-220

ВГТ-35 (ВМТ-35):

Ток, А 630
Климатическое исполнение УХЛ
Напряжение в трехфазной сети переменного тока, В От 35 до 1000
Частота, Гц 50

ВЭБ-220:

Номинальный ток, А 220
Ток отключения, кА 2500
Напряжение, кВ 250
Число приводов 1

Колонковый ВГТ-110:

Ток, А 3150
Отключение при, кА 40
Напряжение, кВ 110
Привод 1
Время отключения, мс 62

ВГУ-110 (газовый силовой):

Напряжение, В 110
Ток, А 3150
Отключение, кА 40
Климатическое исполнение У1
Условия хранения 25 лет при температуре не менее 20 градусов и влажности не более 60 %

Колонковый выключатель GL314 Alstom:

Напряжение, кВ 220
Максимальное напряжение, кВ 240
Рабочий ток, А 4000
Отключение, кА 50
Износостойкость М2

Генераторные силовые отключающие устройства с пружинным приводом – FKG 2:

Номинальный ток, А 9000
Номинальное напряжение, кВ 24
Отключение, кА 63
Время выключения, мс 60
Управление Пружинный привод, трехполюсное

Элегазовый компрессионный выключатель фирмы Siemens (Сименс)3AP1FG-245 (для установки нужны фундаменты):

Рабочее напряжение, кВ 220
Отключение В три периода
Привод Пружинного типа
Ток, А 4000
Выключение сети при, кА 40

Купить подходящие элегазовые выключатели можно в любом электротехническом магазине. Их стоимость зависит от типа устройства и его производителя. Прайс-лист в Самаре, Москве, Екатеринбурге и других городах варьируется от 100 долларов до нескольких тысяч.

Испытания и проверки, какими приборами ведётся контроль

Эксплуатация высоковольтных выключателей предусматривает проведение следующих проверок:

  • визуального осмотра на предмет наличия внешних дефектов;
  • замеров сопротивления изолирующего покрытия;
  • проверок сопротивления обмоток и контактов, при сравнении полученного значения с нормируемыми показателями;
  • времени срабатывания;
  • температуры контактов и другие.

Инструментальные измерения выполняются мегомметром, термометром и секундомером. Также для проверки устройств могут использоваться специальные стенды, предназначенные для выполнения данных видов работ.

Взрывоопасность

Иногда из-за внутреннего короткого замыкания на корпус возникает устойчивая электрическая дуга, которая приводит к резкому росту давления внутри контейнера с элегазом.

Когда гексафторид серы только начинали использовать в энергетике, это создавало проблемы, которые в современных устройствах решены: производители оснащают их клапанами сброса избыточного давления и другими защитными механизмами.

В большинстве случаев они спасают элегазовые устройства от «взрыва», однако в случае заводского брака или неправильного подключения последствия могут быть трагическими.

Преимущества и недостатки использования ЭВ

Элегазовые выключатели, как и другие типы электрораспределительных устройств, имеют ряд преимуществ и недостатков. При выборе установки производят необходимые расчеты и, кроме технических характеристик и конструкционных особенностей, учитывают плюсы и минусы моделей.

Выключатели элегазового типа функционируют в сложных условиях с периодическими вибрациями, низкими температурами (с подогревом), в пожароопасных зонах.

К недостаткам относят высокую стоимость наполнителя – элегаза, специфику монтажа на щит или фундамент, необходимость определенной квалификации операторского состава.

Эксплуатация элегазового выключателя Siemens 3AP1DT-126. Основные требования

Конструкция и принцип работы элегазового выключателя рассмотрен в отдельном материале. Рассмотрим основные требования по эксплуатации элегазового выключателя на примере коммутационного аппарата Siemens 3AP1DT-126.

Выключатель предназначен для установки в открытых распределительных устройствах 110кВ, так как его номинальное рабочее напряжение – 126кВ. Выключатель работает в соответствии с заявленными производителем характеристиками при условии:

  • установки на высоте над уровнем моря не более тысячи метров;
  • температуры окружающей среды от -350 С до +400 С;
  • установки в соответствии с требованиям завода-изготовителя.

В процессе эксплуатации элегазового выключателя осуществляются циклы включения и отключения коммутационного аппарата. При операциях с выключателем в режимных целях, как правило, ток отключения находится в пределах номинальных значений. В аварийном режиме выключатель отключает ток перегрузки или ток короткого замыкания, то есть очень большой ток. Чем больше ток, тем меньшее количество возможных циклов включения/отключения элегазового выключателя.

Количество допустимых операций в зависимости от тока отключения устанавливает изготовитель. Для того, чтобы определить количество операций отключения, необходимо воспользоваться специальной диаграммой зависимости, приведенной в паспорте выключателя. Например, номинальный рабочий ток – 2000 А выключатель способен отключить 6000 раз. В случае аварийного отключения при токе значением 10 кА количество циклов отключения составляет 400 раз.

Эксплуатация элегазового выключателя на подстанциях с обслуживающим оперативным персоналом

Элегазовые выключатели, эксплуатируемые на открытых распределительных устройствах электроустановок, подвержены образованию конденсационной влаги, которая скапливается непосредственно в шкафу привода самого выключателя. Влага в приводе выключателя может привести к повреждению механизма привода выключателя и вторичных цепей управления и сигнализации. Поэтому в приводе выключателя предусмотрены специальные нагревательные резисторы, которые должны быть всегда включены в работу.

Коммутационные операции (включение и отключение) выключателем элегазового типа следует производить только при наличии минимально допустимого давления элегаза SF6. В противном случае может произойти повреждение выключателя. Для предотвращения негативных последствий предусмотрена сигнализация снижения давления элегаза в выключателе, а также блокировка цепей управления выключателем при понижении давления элегаза до недопустимого уровня, при котором не обеспечивается изоляция и гашение дуги при коммутации токов.

В случае снижения давления элегаза в коммутационном аппарате следует вывести его в ремонт (принять соответствующие меры в соответствии с действующими правилами и инструкциями в электроустановке), выяснить причину понижения давления, при наличии причины – устранить ее и дополнить недостающее количество газа. Для наполнения выключателя элегазом предусмотрено специальное присоединение, расположенное внутри шкафа привода. Для контроля рабочего давления газа установлен манометр.

Оперативный персонал подстанции должен производить осмотр элегазового выключателя ежедневно и дополнительно один раз в две недели в темное время суток, преимущественно в сырую погоду на предмет коронации. При неблагоприятных погодных условиях, сильном загрязнении, а также в случае аварийной ситуации, то есть после автоматического отключения коммутационного аппарата необходимо производить дополнительные осмотры.

Во время осмотра коммутационного аппарата следует:

  • осмотреть ошиновку и контактные соединения на предмет целостности и отсутствия нагрева;
  • проверить отсутствие внешних повреждений коммутационного аппарата, загрязнений;
  • убедиться в отсутствии посторонних шумов и потрескиваний внутри полюсов выключателя, разрядов;
  • осмотреть состояние металлических конструкций, площадки обслуживания выключателя, целостности заземляющего контура;
  • проверить соответствие давления элегаза в коммутационном аппарате номинальному значению, указанном в паспортных данных (в соответствии с температурой окружающей среды);
  • произвести осмотр привода выключателя, обратить особое внимание на уплотнения дверок, работоспособность обогрева, состояние проводов вторичной коммутации, отсутствие влаги и коррозии.

При обнаружении неисправностей элегазового выключателя, следует немедленно поставить в известность вышестоящий персонал. В зависимости от рода неисправности принять меры, предупреждающие возникновение аварийной ситуации.

Как отмечалось ранее, элегазовый выключатель рассчитан на определенное количество коммутаций в зависимости от величины отключаемого тока, после чего должно быть произведено техническое обслуживание. Для учета количества коммутаций на обслуживаемых подстанциях ведется журнал учета количества операций с выключателем. В данный журнал фиксируются как автоматические отключения, так и плановые.

Устройство и виды элегазовых выключателей

Эти системы предназначены для оперативного контроля состояния высоковольтных линий электропередач. Они очень похожи на масляные, но имеют иную рабочую среду — принцип действия основан на свойствах соединения газов вместо масла. В качестве среды используется SF6 (шестифтористая сера).

Преимущество элегаза — неприхотливость. Если масляным моделям требуется особый уход, периодическая замена масла и очистка, то элегазовые с такой проблемой не сталкиваются. Кроме того, газ долговечен: он не деградирует со временем и почти не вредит механическим элементам выключателя.

Физически SF6 — негорючий бесцветный и лишенный запаха газ. Он гораздо плотнее воздуха, а молекулярная масса в 5 раз превышает воздушную. Газ стоек ко внешним воздействиям и сохраняет характеристики: даже если в нем возникнет дуга и начнется распад, через некоторое время состояние смеси восстановится.

Элегазовые выключателя (далее ЭВ) бывают двух видов:

  • баковый;
  • колонковый ЭВ.

Колонковые ЭВ применяют в сетях 220 В, это стандартные однофазные выключатели. Они состоят из двух связанных между собой частей:

  • дугогасительная;
  • контактная часть.

Обе имеют одинаковые размеры и объем.

Баковые ЭВ меньше. В их состав входит один из видов, рассмотренных ниже приводов. Распределение привода идет на несколько фаз, благодаря чему устройство мягко изменяет уровень напряжения. Еще одно достоинство баковых — большая допустимая нагрузка, что достигается наличием встроенного трансформатора.

Привод здесь — одновременно и регулятор: он обеспечивает включение/разрыв потока электричества и поддержания электродуги. Выделяют следующие типы приводов ЭВ:

  • пружинно-гидравлические (ППРГ);
  • более простые пружинные (ППРМ).

Обычно привод монтируется на низкой опоре или у земли, чтобы обслуживающий персонал мог легко до него добраться и отрегулировать. Деталь состоит из:

  • включающего механизма;
  • устройства расцепления;
  • фиксирующей защелки.

Пружинные надежны и устроены весьма просто, в них используется лишь несложная механика. При вводе в эксплуатацию устанавливается определенное сжатие пружины, а после смещения контрольного рычага происходит ее распрямление с дальнейшим размыканием контактов. Этот тип ЭВ часто служит стендом для презентаций поведения шестифтористой серы под действием электрического поля.

Пружинно-гидравлическое элегазовое оборудование имеет гидравлическое управление. Оно дороже, но эффективнее, поскольку способно самостоятельно менять позицию фиксатора.

Помимо конструкции, различают виды ЭВ по принципу прерывания электрической дуги:

  • вращающие;
  • воздушные (автокомпрессионные) ЭВ;
  • продольного дутья;
  • аналогичные предыдущему пункту, с разогревом газа.

Все внутренние компоненты ЭВ размещены в заполненной элегазом емкости. Контроль работы осуществляется дистанционно, с помощью электроники, или механическим способом вручную. Схема расположения всех компонентов типичного ЭВ:

Такие особенности приводят к довольно крупным габаритам приборов. Отметим, что сугубо ручное управление актуально для маломощных образцов, в других случаях прибегают к:

  • механическому контролю;
  • грузовому управлению;
  • пружинному;
  • электромагнитному способу;
  • пневматическому.

Но практически везде предусмотрен аварийный ручной рычаг.

Электромагнитный привод нуждается во внешнем питании, поэтому такой ЭВ подключают к источнику тока на 220 В и 58 А. Система весьма надежна и успешно эксплуатируется в неблагоприятных условиях. У пневматического, рабочим узлом выступает цилиндр с поршнем. Действие сжатого воздуха обеспечивает высокую скорость срабатывания.

Плюсы и минусы шестифтористой серы

преимуществ у элегаза достаточно:

  • По электрической прочности элегаз выигрывает у воздуха в 2,5 раза. Воздух берется в сравнение, так как до элегазовых выключателей использовались воздушные. Выигрышно высокие значения диэлектрической и электрической прочностей позволяет уменьшить размеры электрооборудования без уменьшения эксплуатационных характеристик. Например, уменьшая размеры выключателей автоматически уменьшаются и габариты распределительного устройства. Также элегаз обладает способностью захватывать свободные электроны, образуя малоподвижные ионы, повышая этим электрическую прочность.
  • Меньшая скорость распространения звука – в три раза по сравнению с воздухом.
  • Элегаз не стареет и не требует частой замены. Даже, если произошел дуговой разряд, то газ распадается, однако, потом заново рекомбинирует и вновь находится в рабочем состоянии.

существует и пара недостатков, ведь ничего не бывает идеального:

  • из-за долгого разложения он внесен в список парниковых газов и хотя его роль в общей картине невелика, из-за промышленного использования на него наложено это клеймо.
  • при высоких температурах элегаз переходит в жидкое состояние и выделяются ядовитые продукты его разложения, поэтому важно следить за его температурой
  • в помещениях без должного вентилирования SF6 может накапливаться, и, собравшись в достаточном количестве, вызывать кислородное голодание у обслуживающего персонала. Поэтому важно следить и за концентрацией данного вещества без цвета и запаха.
  • если его вдохнуть, то Ваш голос преобразится на время в мощный бас, однако, злоупотреблять этим не стоит.
  • высокая стоимость.
  • при использовании в электрооборудовании необходимо следить за чистотой и герметичностью оборудования и самого газа.

Принцип гашения дуги

Успехи в разработках элегазовых выключтаелей откровенно оказали значительное воздействие на введение в эксплуатационную деятельность компактно размещенных на небольшой территории открытых распределительных устройствах размещенных на открытом воздухе, закрытых распределительных устройствах – размещенных в помещении и элегазовых комплектно распределительных устройствах. В элегазовых выключателях могут использоваться, разные методы гашения дуги зависимо от номинального напряжения, номинального тока отключения и объективных оценок энергосистемы (а также различных электроустановок).

В элегазовых дугогасительных устройствах , в сравнение от воздушных дугогасительных устройств, при гашении дуги истечение газа через сопло происходит не в воздушную среду, а в скрытный в себе объем камеры, наполненный элегазом при условно сравнительно маленьком лишнем давлении.

По методике гашения электрической дуги при выключении различают последующие элегазовые выключатели:

  • Автокомпрессионный элегазовый коммутационный аппарат , где существенно нужный крупно масштабный расход элегаза через сопла компрессионного дугогасительного устройства создается по ходу подвижной системы выключателя (автокомпрессионный выключатель с одной ступенью давления).
  • Элегазовый выключатель с электромагнитным дутьем, в котором гашение дуги в дугогасительном устройстве гарантируется вращением её по кольцевым контактам под воздействием магнитного поля, формируемого отключаемым током.
  • Элегазовый выключатель с камерами низкого и высокого давления, в каком принцип снабжения газового дутья через сопла в дугогасительном аппарате аналогичен воздушным дугогасительным устройствам (Элегазовый выключатель с 2 – мя ступенями давления).
  • Автогенерирующий элегазовый выключатель, где очень важный крупномасштабный расход элегаза через сопла дугогасительного устройства формируется за счет подогрева и увеличения давления элегаза дугой отключения в специально подготовленной камере (автогенерирующий элегазовый выключатель с одной ступенью давления).

Принцип работы и сфера применения

Работа устройства основана на изоляции фаз методом использования элегаза.

Детально принцип работы колонкового выключателя выглядит следующим образом:

  1. Поступление сигнала выключения заставляет сигналы камер разомкнуться.
  2. После этого встроенные контакты прибора создают дугу.
  3. Среда с активированной дугой заставляет газ активно делится на частицы.
  4. Вызванное этим процессом высокое давление, снижает саму качественную проводимость среды и дуга тухнет.

В некоторых конструкциях предусмотрен отдельный компрессор, который помогает нагнетать ситуацию в приборах работающих не низком давлении. Также, при газовом дутье применяется шунтирование, благодаря которому сила тока выравнивается и процесс стабилизируется.

Принципы работы колонковых устройств несколько отличаются:

  • контроль прибора осуществляется трансформаторами и дополнительными приводами. Такой подход обеспечивает возможность удерживания дуги в рамках определенной мощности, а также контролируемое выключение и включение всей сети;
  • сами приводы бывают гидравлическими и пружинными. Сугубо пружинные механизмы полностью построены на механических сочленениях, потому они конструктивно простые и надежные. Гидравлические приводы — являются дополненной гидравликой версией пружинного механизма.

Гидравлическая система более надежна благодаря гидравлической страховке, но при этом обременена рисками, связанными с ней же.

Области применения элегаза

В энергетике (высоковольтное оборудование), металлургия (рабочая среда), системы газового пожаротушения (рабочая среда), а также как хладагент, шумоизолятор и окислитель в различных отраслях промышленности.

Правила подключения и обслуживания ЭВ

Все действия, касающиеся монтажа, включения/выключения, ремонта и обслуживания элегазовых устройств, подчиняются строгим правилам, которые регламентированы ПУЭ 1.8.21.

Для подключения установки необходимо проверить наличие минимального давления в газонаполненной камере, иначе выключатель выйдет из строя. Чтобы предотвратить повреждения, установлена сигнализация, которая срабатывает при критическом понижении параметров давления. Уровень давления можно отследить с помощью манометра.

В шкафу привода установлены нагревательные элементы, эффективно препятствующие возникновению конденсата на элементах механизма. Оператору необходимо следить, чтобы нагреватели постоянно находились во включенном состоянии.

Осмотр установки производится каждый день в светлое время суток и примерно 2 раза в месяц в темное время суток. Если произошло аварийное отключение по одной из причин, требуется внеплановый осмотр

В процессе осмотра выключателя необходимо проверить наружную защиту, удалить загрязнения, исправить повреждения. Если нагреваются контакты, следует выяснить причину.

При наличии треска, подозрительного шума нужно выявить источник. Металлическая монтажная конструкция одновременно является частью заземляющего контура, поэтому следует проверять ее целостность.

Обязательно снимаются показатели манометра. Давление должно соответственно норме, рассчитанной производителем. Необходимо проверить исправность регулирующих и контролирующих приборов, а при выходе из строя одного или нескольких элементов принять меры – совершить замену или отправить в ремонт.

Если давление газа уменьшилось, следует пополнить камеру элегазом. Изоляция в чистке не нуждается, так как конструкция полностью герметична.

Опасность для человека

Элегаз отличается высокой текучестью, позволяющей ему просачиваться через уплотнительные соединения или через металлические оболочки контейнеров.

Однако даже в высоковольтных устройствах, где давление в камере достигает семи атмосфер, норма годовой утечки не превышает 1% (на практике ещё меньше). В устройствах среднего напряжения проблем с утечками и вовсе нет.

Предельно допустимая концентрация элегаза в производственных помещениях составляет 5000 мг/м³.

Если он накопится в более высокой концентрации, у персонала может возникнуть кислородная недостаточность: отечественные «Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей» требуют оснащать помещения с ячейками комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) приспособлениями, сигнализирующими о недопустимой концентрации гексафторида серы и включающими приточно-вытяжную вентиляцию.

Заключение

Элегазовые выключатели — довольно простые и эффективные приспособления, быстро и надежно размыкающие электрическую цепь. Благодаря характеристикам шестифтористой серы они эффективнее воздушных или масляных и нашли применение в энергосистемах высокого и сверхвысокого напряжения. Кроме того, газ не стареет со временем и не требует постоянного обслуживания — только пополнения при утечках, что в условиях должной эксплуатации случается редко. Современные модели обладают очень большими межревизионными сроками — вплоть до «пожизненной» гарантии на весь период службы, они взрыво- и пожаробезопасны.

Несмотря на обусловленную сложностью производства и высокими требованиями к качеству газовой смеси стоимость, набор эксплуатационных характеристик позволил ЭВ почти полностью вытеснить с рынка другие типы выключающих систем высокого и сверхвысокого напряжения. А постоянно ведущиеся в этом направлении разработки приводят к выпуску еще более надежных и компактных моделей: например, за рубежом уже массово переходят на небольшие комплектные электрораспределители с элегазовой изоляцией (КРУЭ) и ЭВ для открытых распределяющих комплексов с напряжением от 110 кВ.

Источники

  • https://sovet-ingenera.com/elektrika/uzo-schet/elegazovye-vyklyuchateli.html
  • https://OFaze.ru/elektrooborudovanie/vysokovoltnyj-vyklyuchatel
  • https://vc.ru/tech/78491-elegaz-mify-i-realnost
  • https://stroystandart.info/index.php?name=pages&op=view&id=1391
  • https://Web-electric.ru/chto-takoe-elegazovyy-vyklyuchatel-i-dlya-chego-on-nuzhen
  • https://samelectrik.ru/chto-takoe-elegazovyj-vyklyuchatel.html
  • https://electric-220.ru/news/ehlegaz_i_ego_svojstva/2018-01-11-1430
  • https://pomegerim.ru/electricheskie-apparaty/elegazovye-vykluchateli.php
  • https://www.asutpp.ru/elegazovye-vyklyuchateli.html
  • https://elektri4estwo.ru/elektrooborydovanie/22-elegazovii-vikluchatel.html
  • https://ProFazu.ru/elektrooborudovanie/puskateli-rele/elegazovyj-vyklyuchatel.html
  • https://pomegerim.ru/electrotehnicheskie-materialy/elegaz.php
  • https://ElectricPS.ru/sf6breakers

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: