Главная
/
Новости
/
Виды высоковольтных выключателей и их различия

Виды высоковольтных выключателей и их различия

23/05/2017

 

Короткое замыкание (к.з.) – самый тяжелый режим работы высоковольтного выключателя, к которому уделяют пристальное внимание при проектировании ВВ. Объяснением особого подхода служит процесс возникновения электрической дуги между расходящимися контактами в момент размыкания. Интенсивность дуги зависит от силы тока в электрической сети при срабатывании ВВ, которая в режиме к.з. превышает все допустимые величины. Поэтому коммутационный аппарат снабжают дугогасительными системами, которые способны подавить («разорвать») дугу за доли секунды. В зависимости от ситуации применяют различные по быстродействию высоковольтные выключателинебыстродействующие (время выключения 0.12-0.25 с), умеренного действия (0.08-0.12 с), быстродействующие (0.06-0.08 с) и сверхбыстродействующие (до 0.06 с). Кроме дугогасительного устройства каждый ВВ в своей конструкции имеет взрывобезопасный корпус, токоведущие и изоляционные элементы, контактную систему и приводное устройство, которое может быть с электромагнитным, пружинным, пневматическим или гидравлическим механизмом.

Производят высоковольтные выключатели рассчитанными на номинальные токи до 50 кА, номинальное напряжение от 6 до 750 кВ при отключаемой мощности до 40*103МВА. Основным отличием конструкции ВВ, по которому принято классифицировать выключатели, является способ гашения электрической дуги. По этому признаку ВВ бывают масляные, воздушные автопневматические, воздушные выключатели, автогазовые, элегазовые, электромагнитные и вакуумные. У масляного выключателя дуга гасится в масляной среде. Эта группа высоковольтных выключателей состоит из маломасляных выключателей, в которых масло служит только средой гашения дуги, и баковых выключателей с большим объемом масла, которое помимо основной функции играет роль изолятора токоведущих частей.

В элегазовых выключателях статус дугогасящей среды получил электропрочный газ SF6 (элегаз), который циркулирует внутри системы выключателя и не выбрасывается наружу. В момент гашения дуги автопневматический аппарат направляет элегаз, сжатый поршневым устройством, в зону коммутации. По количеству газа элегазовые ВВ различают колонкового и бакового типа.

 

 

 

 

 

Для гашения дуги вакуумных высоковольтных выключателей используют такую характеристику вакуума как электрическая прочность, которая в десятки раз превышает показатели газа при атмосферном давлении. В момент размыкания контактов образуется вакуумная дуга, которая получается путем испарения частиц металла, по которому проходит ток. Дуга существует малый промежуток времени (7-10 микросекунд), пока синусоида тока не достигнет нулевой отметки.

 

 

 

В воздушных высоковольтных выключателях гашение плазменной дуги, возникающей при коммутационных процессах, происходит с помощью потока сжатого воздуха, получаемого от компрессора и хранящегося в ресивере. Зачастую в параллель к дугогасящим контактам присоединяют шунтирующее сопротивление, которое помогает погасить плазменную дугу.

 

 

 

 

Воздушный автопневматический высоковольтный выключатель не нуждается в установке дополнительного оборудования для образования потока воздуха, гасящего дугу. Сжатие воздуха осуществляется отключающей пружиной привода ВВ, которая приводит в движение поршень, нагнетающий атмосферный газ в дугогасящую камеру. В отличие от воздушных типов высоковольтных выключателей автогазовые выключатели используют для гашения дуги газ, выделяемый из стенок дугогасящей камеры (в ее состав входит вулканизированная фибра, мочевиноформальдегидная смола и т.п.) под воздействием высокой температуры коммутационного процесса размыкания контактов. В основном автогазовые выключатели выступают в роли выключателей нагрузок и используются только для коммутации нагрузок под номинальным значением тока. От сверхтоков и токов короткого замыкания потребителей защищают плавкие предохранители с кварцевым наполнителем.

В электроустановках с частыми коммутационными операциями чаще всего устанавливаются электромагнитные выключатели. Гашение дуги в данном типе высоковольтного выключателя осуществляется путем значительного приумножения сопротивления плазмы из-за увеличения её длины под действием электромагнитного поля и низких температур в дугогасящей камере.

Различают высоковольтные выключатели не только по конструктивному признаку, но и по назначению. Самым распространённым является сетевой ВВ, рассчитанный на напряжение от 6 до 750 кВ. Его задачей является пропускание, коммутация тока при нормальных условиях работы электрической цепи, а также отключение питания при возникновении аварийных ситуаций (например, режим короткого замыкания).

Следующий вид высоковольтных выключателей – генераторный. Он рассчитан на коммутацию напряжения от 6 до 20 кВ и применяется исключительно в цепях электрических машин, таких как мощные электродвигатели, генераторы, синхронные компенсаторы и т.п. Выполняет функции, схожие с функциями сетевого ВВ. Отличительная особенность генераторного выключателя – это большие значения тока отключения и номинального тока, которые могу достигать 10 000 А. В качестве генераторного выключателя чаще всего используется электромагнитный ВВ из-за устойчивости к частым коммутациям. В свою очередь, в электрических цепях электротермического оборудования (например, сталеплавильные печи) используются специально разработанные выключатели напряжения, рассчитанные на напряжение от 6 до 220 кВ. При разработке ВВ учитывались особенности термического процесса.

В сетях до 10 кВ повсеместно для коммутации малых нагрузок (порядка 3-10 МВА) применяются высоковольтные выключатели, которые получили название «выключатели нагрузки» (ВН). ВН рассчитаны для коммутации в нормальном режиме и не предназначены для разрыва сверхтоков, возникающих при коротком замыкании.

Воздушные высоковольтные выключатели считаются наименее эффективным типом из-за своих внушительных габаритов и дороговизны обслуживания, поэтому на электростанциях (или других объектах) происходит постепенная модернизация с заменой их на ВВ с иным принципом действия. Важным параметром, которым нельзя пренебрегать при выборе модели аппарата, является механическая прочность ВВ, которая зависит от конструкции – чем она проще, тем выше механическая прочность. Среди рассмотренных типов высоковольтных выключателей самый высокий показатель прочности имеет вакуумный выключатель, а наименьший – масляный выключатель.

Электрическая прочность дугогасящей среды – следующий критерий сравнительной характеристики, которым часто руководствуются при подборе необходимого ВВ. Элегазовая среда гашения дуги обладает самыми высокими диэлектрическими параметрами, особенно при напряжении выше 110 кВ. При напряжении до 110кВ вакуумная дугогасящая среда не уступает по электрической прочности элегазовой. Наименьший показатель прочности у масляного выключателя, что объясняется низкой устойчивостью масла к высоким температурам и его испарением при возникновении дуги горения.

Важным параметром любого типа высоковольтного выключателя принято считать коммутационный ресурс выключателя (общее количество рабочих циклов). Количество циклов выключения/включения, которое может осуществить выключатель, связано с силой тока коммутации – с ростом величины тока снижается срок службы составных частей оборудования. Каждый высоковольтный выключатель рассчитан на конкретное (гарантированное) количество «разрываний» электрической сети. К недостаткам вакуумных причисляют тот факт, что по исчерпанию коммутационного ресурса его необходимо поменять, из-за невозможности проведения работ по замене компонентов выключателя. В свою очередь, у элегазовых и электромагнитных высоковольтных выключателей по окончании коммутационного ресурса есть возможность проведения капитального ремонта, в процессе которого происходит общий осмотр выключателя, проверяется степень износа элементов конструкции аппарата и выносится заключение о дальнейшем сроке эксплуатации ВВ. Масляный выключатель по истечении коммутационного ресурса также подлежит восстановлению, но со значительно меньшим межремонтным периодом.

В большинстве случаев после семи раз срабатывания выключателя при возникновении токов короткого замыкания предписано проводить капитальные работы по ремонту коммутационного аппарата. Главным образом это связано с тем, что трансформаторное масло (дугогасящая среда) теряет свои изоляционные свойства и способность гасить дугу и подлежит обязательной замене.

Если сравнивать вес разных типов высоковольтных выключателей для работы с напряжением 110 кВ, то масляные выключатели обладают в несколько раз большими габаритными размерами и массой, чем элегазовые или вакуумные при схожих эксплуатационных характеристиках.

Невозможно со стопроцентной вероятностью определить, какой выключатель надежней всех остальных, так как коммутационный ресурс, механическая прочность, быстрота реагирования на аварийные ситуации и прочие параметры зависят от качества сборки и материалов, из которых изготовлены составные части конструкции выключателя. Важным критерием, указывающим на надежность высоковольтного выключателя, считается гарантийный срок обслуживания того или иного типа выключателя.

В последнее время все яснее видна тенденция производителей высоковольтных выключателей – это создание аппаратов интеллектуального типа. Такие современные модели в своей основе имеют вакуумный выключатель с интегрированными в него приборами, которые выполняют три основных функции – защита, коммутация и измерения. Все входящие в состав выключателя функциональные модули (модуль связи, модуль бинарного входа/выхода, вычислительный модуль) соединены в одну общую систему. Они непрерывно в реальном времени обмениваются информацией, несомненно увеличивая коммутационные характеристики выключателя. Многие инновационные энергокомпании переводят свои объекты на использование ВВ интеллектуального типа. Произвести монтаж, наладку или капитальный ремонт высоковольтного выключателя могут сотрудники компании ЭДС-ИНЖИНИРИНГ, которые имеют многолетний опыт работы с электротехническим оборудованием.