Конструкция высоковольтного воздушного выключателя

Воздушный выключатель

Воздушный выключатель (англ. air-blast switch ) — высоковольтный выключатель, у которого гашение электрической дуги и перемещение контактов производится потоком сжатого воздуха, который создаётся отдельным устройством (в отличие от автогазового выключателя — здесь газы для дугогашения создаются внутри самого аппарата). Согласно ГОСТ Р52565-2006 [1] :

Выключатель воздушный: Выключатель, в котором дуга образуется в потоке воздуха высокого давления.

Содержание

• 1 Классификация воздушных выключателей
• 2 Дополнительные элементы для воздушных выключателей
• 3 Принцип работы воздушного выключателя
• 4 Преимущество воздушных выключателей
• 5 Недостатки воздушных выключателей
• 6 Эксплуатация
• 7 Примечания
• 8 Литература

Классификация воздушных выключателей [ править | править код ]

Воздушные выключатели подразделяются:

• по конструктивному исполнению:
  • выключатели с отделителем;
  • выключатели без отделителя.
• по назначению:
  • распределительные — номинальное напряжение до 750кВ, номинальный ток — до 3200А, отключающая способность — 40 — 50кА;
  • генераторные — номинальное напряжение до 25кВ, номинальный ток — до 20кА, отключающая способность — до 160кА.

Дополнительные элементы для воздушных выключателей [ править | править код ]

Поскольку воздушный выключатель не способен самостоятельно создавать поток сжатого воздуха, то для его работы необходимы следующие дополнительные элементы:

• Устройство создания сжатого воздуха — компрессор;
• Система пневмопроводов;
• Устройство хранения сжатого воздуха — ресивер

Согласно ГОСТ Р52565-2006:

Воздушные выключатели должны содержать следующие устройства:

а) манометр, показывающий давление воздуха в резервуаре выключателя (полюса, элемента полюса);

б) реле минимального давления или электроконтактный манометр (один или, если требуется, два) с контактами, обеспечивающими подачу сигнала о снижении давления ниже допустимого, а также разрыв соответствующих цепей управления; при наличии в выключателе электроконтактного манометра манометр по перечислению а) не требуется;

в) запорный вентиль, устанавливаемый на общем воздухопроводе выключателя (полюса);

г) обратный клапан, препятствующий выходу сжатого воздуха из резервуара (или резервуаров) выключателя при понижении давления в подводящем воздухопроводе (магистрали);

д) фильтр для очистки поступающего в выключатель воздуха;

е) указатель действия вентиляции (при её наличии); при применении тальковых дросселей продувки наличие указателя действия вентиляции необязательно;

ж) устройство для слива воды из нижней части резервуара (резервуаров) и выпуска воздуха.

Принцип работы воздушного выключателя [ править | править код ]

Гашение дуги в воздушном выключателе может происходить как продольным так и поперечным движением воздуха. Количество контактных разрывов в одном полюсе зависит от номинального напряжения выключателя. Параллельно дугогасящим контактам обычно подключается шунтирующие сопротивление для облегчения гашения дуги.

Принципы работы механизмов в выключателях с отделителем и без отделителя несколько отличается.

• В выключателях с отделителем дугогасящие контакты соединены с поршнями в контактно — поршневой механизм. Последовательно с дугогасительными контактами включен отделитель. Дугогасящие контакты с отделителем образуют полюс выключателя. Во включённом состоянии выключателя дугогосящие контакты и отделитель замкнуты. При подаче сигнала на отключение, срабатывает электромагнитный пневмоклапан, который открывает пневмопровод и воздух от расширителя (ресивера), воздействует на поршни дугогасящих контактов. Контакты размыкаются и возникающая дуга гасится потоком воздуха, затем отключается отделитель, разрывая остаточный ток. Время подачи воздуха рассчитывается так, чтобы возникшая дуга была гарантированно погашена. Как только подача воздуха прекращается, дугогасительные контакты возвращаются во включённое состояние, а разрыв цепи обеспечивается разомкнутым отделителем. Конструктивно отделитель может быть выполнен открыто — такая конструкция обычно применяется в выключателях вплоть до 35 кВ. В выключателях на большее номинальное напряжение отделители изготовляются в виде воздухонаполненных камер. Примером выключателя с отделителем может быть выключатель ВВГ-20 (СССР).
• В выключателях без отделителя дугогасящие контакты выполняют роль как дугогашения так и разрыв цепи в отключённом состоянии (функции отделителя).

В конструкции выключателей без отделителя применяются воздухонаполненные камеры (резервуары) с размещёнными внутри них дугогасительными устройствами. Привод контактов отделён от гасящей среды. Контакты могут быть выполнены одно- и двухступенчатыми.

Преимущество воздушных выключателей [ править | править код ]

• Воздушные выключатели давно эксплуатируются в энергосистемах России и СНГ и имеется большой опыт их эксплуатации и ремонта;
• Ремонтопригодность (особенно по сравнению с элегазовыми выключателями).

Недостатки воздушных выключателей [ править | править код ]

• Необходимость наличия развитой пневмосистемы и компрессорного оборудования;
• Сильный шумовой эффект при отключении токов К.З.
• Большие габариты (особенно по сравнению с элегазовыми), что вызывает большие размеры ОРУ.

Эксплуатация [ править | править код ]

В мире этот тип выключателей в основном используется в энергосистемах России и СНГ (в сетях 35 кВ и выше). Имеется мировая тенденция замены воздушных выключателей на элегазовые выключатели и вакуумные выключатели начиная с 1960-х гг .

Диагностика и испытание воздушных выключателей, а также наладка воздушных выключателей

Электролаборатория МОСЭНЕРГОТЕСТ обеспечивает качественное и надежное обслуживание электрических механизмов, аппаратов, систем и установок. Высококвалифицированными мастерами выполняются любые виды работ для улучшения функционирования оборудования, в том числе – ревизия воздушных выключателей.

Электролаборатория МОСЭНЕРГОТЕСТ обеспечивает качественное и надежное обслуживание электрических механизмов, аппаратов, систем и установок. Высококвалифицированными мастерами выполняются любые виды работ для улучшения функционирования оборудования, в том числе – ревизия воздушных выключателей.

Все операции диагностики и испытания воздушных выключателей — осуществляются при помощи современных приборов. Воздушные выключатели, как и любой другой вид электрического оборудования, нуждаются в регулярном обследовании с целью своевременного выявления неполадок и их устранения.

Наладка и испытания выключателя нагрузки проводятся в сроки, устанавливаемые в соответствии с действующими эксплуатационными рекомендациями.

Особенности оборудования и наладка воздушных выключателей

Воздушный аппарат представляет собой высоковольтное коммутационное устройство, используемое для прекращения и возобновления подачи электрического тока. Выключатель предназначен для работы как в обычном, так и в аварийном режиме(при коротком замыкании). Особенностью аппарата является сжатый воздух, посредством которого осуществляется гашение дуги.

Среди аналогичных коммутационных устройств воздушные выключатели пользуются повышенным спросом, что обусловливается рядом преимуществ:

• надежность: воздушные аппараты требуют ремонтного вмешательства намного реже, чем масляные и электромагнитные;
• высокая износостойкость: воздушные выключатели противостоят воздействию различных внешних факторов;
• ускоренная реакция: дугогасительная среда в виде сжатого воздуха обладает повышенной прочностью на электрический пробой, что влияет на ход контактов;
• безопасность: воздушные аппараты имеют значительно меньшую массу, по сравнению с масляными и электромагнитными аналогами; кроме того, такие выключатели уменьшают риск возникновения аварийных ситуаций вследствие утечки газа;
• удобство эксплуатации: такое оборудование не требует регулярного восполнения дугогасящего вещества, что значительным образом уменьшает затраты на обслуживание аппарата.

Диагностика и испытание воздушных выключателей: методика, порядок проведения

Любые операции, проводимые с электрическим оборудованием, требуют ответственного подхода. Существуют особые рекомендации и инструкции по работе с воздушными аппаратами.Диагностика и испытания воздушных выключателей выполняются по специальной методике, предусматривающей следующие нормы:

1. Внешний осмотр.
2. Измерение сопротивления изоляции.
3. Контроль работоспособности изоляции воздушного выключателя, вторичных цепей и обмоток ЭМУ повышенным напряжением промышленной частоты.
4. Измерение сопротивления контактов, обмоток электромагнитов, делителей напряжения и шунтирующих резисторов постоянному току.
5. Проверка свойств выключателя.
6. Проверка срабатывания электромашинного усилителя при минимальном напряжении.
7. Контроль функционирования аппарата путем многократного включения и выключения.

После завершения испытания и наладки воздушных выключателей электролаборатория готовит сводную документацию – протокол ревизии. Точность и эффективность всех проводимых операций гарантируется.

1. (49) Воздушные и вакуумные высоковольтные выключатели (назначение, конструкция, особенности гашения дуги, достоинства и недостатки)

Воздушные выключатели. Давление воздуха в камерах мощных выключателей составляет 2 – 4 Мпа. Наибольший ток, который может быть отключён гасительным устройством воздушного выключателя, зависит от давления воздуха, площади сечения отверстия сопла и скорости восстанавливающего напряжения.

Выключатели с опорожняющимися камерами и отделителями

Выключатели наиболее ранних конструкций.

1 – ресивер – бак со сжатым воздухом;

2 – дугогасительная камера;

3 – шунтирующий резистор;

4 – отделитель, выполненный на базе разъединителя;

5 – фарфоровые колонки;

7 – пусковой клапан; ВВН – 110, 150, 220кВ (выкл. возд. наружной установки)

При отключении воздух из ресивера подается в дугогасительную камеру, после гашения дуги отключается отделитель (обеспечивается видимый разрыв), воздух из камеры удаляется, контакты замыкаются. Включение выключателя производится отделителем.

«+»: непожароопасны, хорошая отключающая способность, быстродействие.

«-«: ненадежность (при гололеде может не сработать), неэффективно гасится сопровождающий ток, при включении на неустранившеесякз может произойти оплавление контактов.

Силовые, вспомогательные контакты, дугогасительные устройства располагаются в баке со сжатым воздухом. Давление Р=(2…4)МПа. Эксплуатируются ВВБ, ВВБК (К- компрессионные, повышенное давление). Принцип построения модульный, один модуль U = 245кВ.

ВВБ-220 – один модуль, внутри бака расположена контактная система.

При отключении одновременно срабатывает поршневая система 7 и открываются каналы для дутья и отключаются главные контакты. В движение приходит траверса 1 и подвижный контакт 2. 3-неподвижный контакт. Дуга потоком воздуха перекидывается на вспомогательный электрод 6 и выдувается из полюса. Т.к. деионизация происходит немгновенно, то через время 0.035с срабатывают главные контакты, отключаются вспомогательные контакты 9, назначение которых гашение вспомогающего тока).

Для равномерного распределения потенциала на разрывах выключателя включается емкостной делитель (конденсатор).

Выполняются на U=(6-110)кВ.

Схема камеры имеет вид:

1-неподвижный контакт; 2- подвижный контакт; 3- силовые контакты; 4- дугогасительные контакты; 5- уплотнитель; 6- экран;

7- корпус камеры.

Корпус выполнен из металлокерамики.

ВВ – быстродействующие, дуга гаснет практически при первом прохождении через нуль.

В ВВ высокая скорость восстанавливающего напряжения. Это приводит к перенапряжениям в сети. Поэтому выкл-ль снабжается (ОПН) или для ограничения перенапряжения в конструкции выкл-я предусмотрены R-L-цепочки. При отключении сначала размыкаются силовые, затем дугогасительные контакты. Экран предназначен для защиты корпуса. При отключении в межконтактном промежутке образуется метал-й проводник. В нормальных условиях выкл-ль способен сделать 30000 отключений. Срок службы 15 лет.

Достоинство: не взрыво- и пожароопасны.

Привод выкл-ля обычный эл.магнитный.

Особенности контактной системы: диаметр d=18см, ход контактов h=12мм.

Выкл-ли на U=35кВ, 110кВ выполняются по модульному принципу.

Высоковольтные автоматические выключатели

Главная страница » Высоковольтные автоматические выключатели

Работа электротехнических энергетических систем характерна наличием функции быстрого отключения неисправного сегмента энергосистемы. Специальные автоматические выключатели блокируют систему за кратчайший промежуток времени. Моментальное отключение (изолирование) дефектного участка снижает степень влияния неисправности непосредственно на целую систему.

Высоковольтный автоматический выключатель (прерыватель, размыкатель)

Быстрая защита способствует сохранению стабильности и надёжности энергетической схемы в целом. Основным элементом быстрой защиты выступает датчик определения состояния неисправности. По сути, это устройство инициирования сигнала отключения, подаваемого на высоковольтный автоматический выключатель.

Устройство защиты такого типа, в принципе, наделяется функцией:

• надежности,
• избирательности,
• чувствительности,
• скорости и стабильности.

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

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

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

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

Общий принцип действия для всех отмеченных типов приборов фактически одинаков. Конструктивно автоматический выключатель высоковольтного исполнения имеет два контакта — фиксированный и подвижный.

Нормальные условия работы предполагают состояние обоих контактов в закрытом положении – присутствует электрическая связь одного с другим.

Когда высоковольтный автоматический выключатель срабатывает в момент появления неисправных сегментов энергосистемы, подвижный контакт перемещается, разрывая цепь нормального состояния.

Разрыв двух контактов блокирует течение тока, однако в результате разрыва между контактами образуется дугообразная формация, характерная для высоковольтных цепей.

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

Чтобы исключить пагубное влияние электрической дуги, контактная группа помещается внутрь закрытой камеры, благодаря чему организуется изолирующая среда.

Такая изолирующая среда обычно дополняется газовой или жидкостной составляющей. По сути, имеет место конструкция гашения электрической дуги.

Масляный высоковольтный электрический выключатель

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

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

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

Применяются высоковольтные масляные автоматические выключатели двух типов:

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

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

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

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

Выключатель высоковольтный автоматический на малый объём масла

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

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

Полюс малообъёмного масляного выключателя содержит:

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

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

Осевой тип вентиляции создает высокое давление газа, обеспечивает высокую изоляционную способность. Радиальный тип вентиляции создаёт низкое давление газа и обеспечивает относительно низкую диэлектрическую прочность.

Воздушный автоматический выключатель

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

Этот вид приборов разработан несколько позже высоковольтного масляного выключателя. На текущий момент практически полностью заменил масляные конструкции.

Имеется в виду сегмент приборов под средний уровень рабочих напряжений высоковольтных сетей. Практика показала предпочтительным внедрение воздушных устройств под рабочее напряжение до 15 кВ.

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

Принцип работы высоковольтного воздушного автоматического выключателя несколько отличается от других типов подобных приборов. Основная задача любого автоматического выключателя — создание ситуации защиты.

То есть, когда изоляционный промежуток между разомкнутыми контактами выдерживает послеаварийное напряжение высоковольтной системы. Тем самым предотвращается восстановление электрической дуги после прерывания течения тока.

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

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

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

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

Поперечно-дутьевой автоматический выключатель высоковольтный

Конструкция характерна таким исполнением, когда поток воздуха протекает точно под прямым углом по отношению к электрической дуге. Концепция поперечно-дутьевой схемы также основана группой из двух контактов неподвижного и подвижного.

Когда подвижный контакт начинает движение на разрыв, образуется электрическая дуга. Однако продувка воздуха между контактами устраняет (фактически гасит) дуговое пламя.

Выключатель аксиальный (осевой) с эффектом форсированного дутья

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

Конструкция высоковольтного аксиального выключателя с форсированным дутьём содержит:

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

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

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

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

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

Элегазовый высоковольтный автоматический выключатель (SF6)

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

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

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

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

Когда подвижный контакт приходит в движение, газ сжимается благодаря фиксированному положению поршня. В результате разрыва контактов образуется электрическая дуга.

Однако, учитывая высокую электро-отрицательность элегаза, высвобождающиеся электроны быстро поглощаются с образованием отрицательных ионов. Соответственно, наблюдается эффект гашения электрической дуги.

Вакуумные высоковольтные автоматические выключатели

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

Работа вакуумного автоматического выключателя отличается от других (отмеченных выше) высоковольтных устройств подобного класса. Гашение дуги происходит в условиях вакуума.

Размыкание / замыкание контакта и связанные с этими действиями дуговые помехи, имеют место непосредственно в вакуумной камере (вакуумный прерыватель).

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

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

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

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

Заключительный штрих под высоковольтные автоматические выключатели

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

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

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

При помощи информации: JEECS

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Zetsila — публикации материалов, интересных и полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мультитематическая информация — СМИ .