Элегазовый выключатель: Элегазовые выключатели: принцип работы и характеристики

Что такое элегазовый выключатель и для чего он нужен?

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

• Из чего состоит оборудование и какие бывают конструкции?
• Принцип действия и область применения
• Достоинства и недостатки оборудования

Из чего состоит оборудование и какие бывают конструкции?

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

Элегазовые выключатели делятся на:

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

По методу гашения электрической дуги элегазовые силовые выключатели делятся на:

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

Принцип действия и область применения

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

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

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

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

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

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

Достоинства и недостатки оборудования

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

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

Но у этих выключателей есть и свои недостатки. Например:

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

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, в котором подробно рассказывается о том, как работает оборудование, заполненное элегазом, и для чего оно применяется:

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

Наверняка вы не знаете:

• Как передается электроэнергия на расстояния
• Для чего нужна релейная защита
• Чем опасно наведенное напряжение

Элегазовые выключатели распредустройств высокого напряжения | Оборудование

• выключатель
• элегазовый

Содержание материала

• Элегазовые выключатели распредустройств высокого напряжения
• Характеристики дугового разряда
• Элегаз и его применение в электрооборудовании
• Свойства элегаза
• Обзор элегазового коммутационного оборудования
• Использование и обращение с элегазом
• Элегазовые выключатели
• Выключатели Элтек
• Выключатели VF ABB
• Выключатели HB Merlin Gerin
• Выключатели Siemens
• Выключатели NXA-24
• Приборы для обеспечения работы элегазовых выключателей
• Техника безопасности при эксплуатации элегазовых выключателей

Страница 1 из 14

Элегазовые выключатели распределительных устройств высокого напряжения: учебное пособие / В.

В. Афонин, К.А. Набатов. — Тамбов, 2009.
Приводятся основные характеристики и свойства элегаза, номенклатура и основные технические параметры элегазовых выключателей отечественного и зарубежного производства.
Предназначено для студентов специальности 140211 «Электроснабжение» при изучении дисциплины «Электрические аппараты».

ВВЕДЕНИЕ

Высокую надёжность работы всех отраслей народного хозяйства страны обеспечивает современное электротехническое оборудование.
Особую роль в этом играют изделия и оборудование, установленные в системах питания и электроснабжения, причём как в сетях низкого, так и высокого напряжения.
В настоящее время остро стоит задача технического перевооружения парка электротехнического оборудования. Для решения этой задачи необходимо владеть информацией о современном его состоянии, новых типах, технических характеристиках, зарубежных аналогах, продлении срока службы или возможной их замене.

Данное пособие содержит подробную информацию о технических характеристиках, принципах действия, области применения элегазового коммутационного электрооборудования, теоретическое обоснование его работы, а также данные о физических и химических свойствах элегаза. Это позволит будущим специалистам-энергетикам в их работе реально определить состояние оборудования и существенно повысить электробезопасность, надёжность, безаварийность и экономичность электроснабжения.

1. ОТКЛЮЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Большая группа электрических аппаратов представлена коммутационными устройствами, с помощью которых замыкается и размывается электрическая цепь.
Качество коммутации электрической цепи определяется временем и глубиной коммутации, коммутационными перенапряжениями, а для контактных аппаратов с возникающей в них дугой или искрой, кроме того, объёмом ионизированных газов, электрическим износом контактов, звуковыми и световыми эффектами при гашении дуги и т.д.

Обычно стремятся к тому, чтобы время коммутации электрической цепи аппаратами было минимальным. У контактных аппаратов оно составляет 0,01.0,1 с.
Под глубиной коммутации понимают отношение электрического сопротивления Rотк коммутирующего органа в отключенном состоянии к его сопротивлению Rвкл во включенном состоянии:
(11)
Так, у контактных аппаратах, а у бесконтактных —
Для контактных аппаратов наиболее трудной и определяющей является стадия отключения. Это связано с тем, что электрический разряд, возникающий при замыкании контактов, приводит к их износу и в значительной степени определяет надёжность и долговечность аппарата. Этот разряд в окружающем контакт газе является либо тлеющим разрядом, либо электрической дугой. Тлеющий разряд возникает при отключении тока менее 0,1 А при напряжении на контактах 250.300 В. Такой разряд происходит на контактах маломощных реле, а в более мощных аппаратах является переходной фазой к разряду в виде электрической дуги.

1. Минимальные значения напряжения и тока, необходимые для поддержания дугового разряда

Материал контактов	U, B	J, A	Материал контактов	U, B	J, A
Платина	17,0	0,90	Вольфрам	17,0	0,90
Золото	15,0	0,38	Медь	12,3	0,43
Серебро	12,0	0,40	Уголь	2 2 8	0,03

Если ток и напряжение в цепи выше значений, указанных в табл. 1.1, то имеет место дуговой разряд, обладающий следующими особенностями:

1. дуговой разряд имеет место только при относительно больших токах; минимальный ток дуги для различных материалов приведен в табл. 1.1 и для металлов составляет примерно 0,5 А;
2. температура центральной части дуги очень велика и может достигать 6000.. .25000 К;
3. при дуговом разряде плотность тока на катоде чрезвычайно велика и достигает 102.103 А/мм2;
4. падение напряжения у катода составляет всего 10.20 В и практически не зависит от тока.

1.2 ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГАЗОВОГО РАЗРЯДА

Из курса физики известны разновидности электрических разрядов в газах.
Вольт-амперная характеристика (ВАХ) газового разряда, т.е. зависимость напряжения на дуге от протекающего через неё тока i на разных стадиях разряда в газах [1] показана на рис. 1.1.

Рис. 1.1. ВАХ газового разряда
Участок 0а ВАХ относится к области несамостоятельного заряда, когда промежуток между электродами ионизируется за счёт внешнего источника.
При больших напряжениях несамостоятельный разряд переходит в самостоятельный, который может продолжаться и при устранении внешнего ионизатора. Течение самостоятельного газового разряда зависит от свойств газовой среды, формы и материала электродов, характера электрического поля между электродами.

Самостоятельный разряд переходит в дуговой (участок вг) через коронный (участок абв) или через слоистый тлеющий разряд (участок адв). Возможен и непосредственный переход несамостоятельных зарядов в дуговой.
В дуге одновременно происходят два процесса: образование заряженных частиц газа — ионов и свободных электронов — процесс ионизации и исчезновение заряженных частиц — процесс деионизации.

1.3 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОТКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Отключение нагруженной электрической цепи сопровождается появлением электрической дуги между контактами отличающего аппарата. Дуга должна быть возможно быстрее погашена, что особенно важно при отключении токов короткого замыкания.
При отключении электрической цепи постоянного тока отключающий аппарат должен принудительно уменьшить ток в цепи до нуля. Последнее в цепи с индуктивностью приводит к появлению перенапряжения, значение которого тем больше, чем быстрее ток спадает до нуля и чем больше индуктивность отключаемой цепи. Выключатель постоянного тока должен быть рассчитан на поглощение значительной энергии, которая выделяется в нём в период гашения дуги. Все это сильно осложняет отключение цепей постоянного тока.
Выключение электрических цепей переменного тока облегчается тем, что ток периодически проходит через нуль и дуга в этот момент гаснет. Поэтому отключающий аппарат переменного тока должен лишь предотвратить повторное зажигание дуги после её собственного угасания при прохождении тока через нуль.
При малых токах (до единиц А) и напряжениях источника питания меньше напряжения пробоя межконтактного промежутка или при небольших напряжениях (не выше 10.20 В) и любых токах отключение цепи не сопровождается образованием дуги на электрических контактах.
В процессе отключения цепи межконтактный промежуток отключающего аппарата превращается из проводника электрического тока в диэлектрик: когда электрические контакты замкнуты и по ним проходит ток, сопротивление их мало, а электрическая прочность промежутка равна нулю. Когда аппарат погасит возникшую дугу на его контактах, и остаточный столб ионизированных газов рассеется, электрическое сопротивление образовавшегося изоляционного слоя станет практически равным бесконечности. Электрическая прочность промежутка станет равной пробивному напряжению UПРБ образовавшегося изоляционного слоя.
В процессе отключения электрической цепи электрическая прочность промежутка, называемая восстанавливающейся прочностью, нарастает практически от нуля до напряжения электрической прочности межконтактного промежутка. Восстанавливающаяся прочность межконтактного промежутка обозначается UВП.
Одновременно в процессе отключения растёт (восстанавливается) напряжение на электрических контактах — от падения на замкнутых контактах (мВ) до напряжения источника питания. Это напряжение обозначают UВ.
Отключение электрической цепи протекает в соревновании процессов восстановления электрической плотности промежутка (UВП) и напряжения на нем (Uв).
Электрическая цепь отключается успешно, если кривая восстанавливающейся прочности межконтактного промежутка аппарата будет лежать выше кривой восстанавливающегося напряжения на нём.

1.4 ОПИСАНИЕ ОТКЛЮЧЕНИЯ ИНДУКТИВНОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Рассмотрим однофазную (однопроводную) цепь (рис. 1.2), подлежащую отключению однополюсным выключателем при коротком замыкании.

Рис. 1.2. Схема однопроводной цепи, подлежащей отключению при коротком замыкании
Напряжение источника энергии и изменяется синусоидально с угловой частотой ю. Через L и г обозначены результирующая индуктивность и результирующее активное сопротивление цепи, через C — результирующая ёмкость, включенная параллельно выключателю (ёмкость сборных шин, линий, вводов выключателей и др.). Эта ёмкость может быть относительно мала, однако она существенно влияет на процесс отключения. Сопротивление 1/g, включенное параллельно выключателю (на рис. 1.2 показана проводимость g), имитирует волновое сопротивление длинных линий, присоединённых к сборным шинам станции, а также шунтирующий резистор, искусственно вводимый в конструкцию выключателя [2].
При размыкании контактов выключателя цепь тока не прерывается, так как образовавшийся промежуток перекрывается дугой, сопротивление которой относительно мало. По мере приближения тока к нулю температура, ионизация и проводимость дугового промежутка быстро уменьшаются и в какой-то момент времени, близкий к моменту естественного прихода тока к нулю, угасает (рис. 1.3, а). В этот момент промежуток между расходящимися контактами ещё в некоторой степени ионизирован вследствие отставания тепловых процессов в дуговом промежутке от изменения тока. После погасания дуги процесс деионизации дугового промежутка и превращения его из проводника в диэлектрик протекает исключительно быстро, но не мгновенно. Одновременно происходит процесс восстановления напряжения на контактах выключателя. Пока дуга горит, напряжение на разрыве ид относительно мало. В момент погасания дуги напряжение меняет знак и восстанавливается до напряжения сети, близкого к амплитудному значению. Этот процесс определяется постоянными L, C, г, g цепи. Если отношения r/L и g/C малы, процесс восстановления напряжения протекает колебательно. Если восстанавливающаяся электрическая прочность (пробивное напряжение) промежутка (абсолютное значение) все время превышает восстанавливающееся напряжение на полюсе (рис. 1.3, а), дуга не возникает вновь и процесс отключения цепи на этом закончится. В противном случае (рис. 1.3, б) произойдёт новое зажигание дуги.
Через половину периода ток опять достигнет нуля, и описанный процесс повторится, но при более благоприятных условиях, поскольку расстояние между контактами увеличится. Обычно дуга в выключателях горит в течение 1 — 3 полупериодов, в зависимости от конструкции выключателя и характеристик сети.

Рис. 1.3. Осциллограммы тока и напряжений при отключении короткозамкнутой цепи:
а — успешное отключение; б- повторное зажигание дуги Состояние ионизированного промежутка в любой момент времени (состояние в смысле способности промежутка проводить электрический ток или способности противостоять приложенному напряжению) принято характеризовать условным понятием пробивного напряжения Uпрб, понимая под этим термином напряжение, при котором образование новых ионов в единицу времени соответствует потере их в течение этого же времени. Понятие пробивного напряжения в указанном смысле приложимо в равной мере и к ионизированному промежутку, находящемуся в состоянии, близком к проводнику, и к промежутку, находящемуся в состоянии, близком к диэлектрику. Если пробивное напряжение промежутка увеличивается, это означает, что процесс деионизации преобладает над процессом ионизации и промежуток превращается из проводника в диэлектрик. Если напряжение, приложенное к промежутку, превышает пробивное напряжение, преобладает процесс ионизации, следовательно, произойдёт новое зажигание дуги. Для успешного отключения цепи необходимо, чтобы пробивное напряжение промежутка увеличивалось возможно быстрее. Для этого выключатели снабжают гасительными устройствами, обеспечивающими эффективную деионизацию дугового столба.
Приведённое описание условий гашения дуги и отключения цепи переменного тока, представленное как своеобразное «соревнование» процесса восстановления электрической прочности промежутка и процесса восстановления напряжения на контактах выключателя, весьма приближённо. Так представляли себе процесс отключения до изобретения катодного осциллографа, позволившего позднее более детально изучить процессы в дуговом промежутке и в электрической цепи. Существенно важным в приведенном описании является то, что отключение цепи происходит через дугу, которая угасает вблизи момента естественного прихода тока к нулю, независимо от свойств выключателя. Функция последнего заключается не столько в том, чтобы «погасить» дугу, а скорее в том, чтобы предотвратить повторное её зажигание путём быстрой деионизации дугового промежутка. При этом используется исключительное свойство газового промежутка — быстро (в течение нескольких микросекунд) превращаться из проводника в диэлектрик.
Горение дуги связано с выделением значительной энергии. Происходит оплавление контактов, давление в гасительных камерах повышается, возникают механические напряжения в стенках камеры и в баке. «Тяжесть» процесса отключения в значительной мере определяется выделяющейся энергией и разрушительным действием дуги. Для уменьшения последнего стремятся по возможности сокращать время горения дуги.
Наряду с вредными последствиями дуги следует отметить её полезную функцию, заключающуюся в том, что она синхронизирует момент разрыва цепи с моментом естественного прихода тока к нулю — независимо от момента размыкания контактов выключателя. В связи с этим отсутствуют опасные перенапряжения, которые неизбежно имели бы место (если бы дуга не возникала) вследствие внезапного обрыва тока при размыкании контактов.
Для понимания работы выключателей переменного тока важно существенно изучить характеристики дугового разряда.

• Вперед

• Назад
• Вперед

• Вы здесь:  
• Главная
• Книги
• org/ListItem»> Оборудование
• Приемка зданий и сооружений под монтаж электрооборудования

Читать также:

• 245PMG40-20B
• FPX072531
• HPL 550B2 руководство по эксплуатации выключателей
• 145PM63-30B
• FPX072525

Элегазовый выключатель — конструкция, типы, работа и использование

Автоматические выключатели используются для защиты от тока короткого замыкания в электрических системах. Они резко разрывают цепь и безопасно гасят дугу. Часть, размыкающая цепь, проста, так как это просто разъединение контакта, но дуга, которая возникает после этого, что предотвращает разрыв цепи и вызывает повреждение, должна быть погашена как можно быстрее. Сила дуги зависит от многих переменных, таких как напряжение, зазор между контактами, температура, давление и т. д. Дугу можно погасить, используя различные методы и среды. Элегазовый выключатель является одним из многих типы автоматических выключателей , которые используют газ SF6 в качестве среды гашения дуги для безопасного разрыва цепи высокого напряжения.

Содержание

Что такое элегазовый выключатель?

Гексафторид серы или Элегазовый выключатель представляет собой тип автоматического выключателя, в котором для гашения дуги используется элегаз под давлением. Это диэлектрический газ, обладающий превосходными изоляционными и дугогасительными свойствами, намного лучшими, чем у воздуха или масла. Применяется для гашения дуги в высоковольтных выключателях до 800 кВ на электростанциях, в электрических сетях и т. д.

Элегаз имеет очень высокую электроотрицательность. Он имеет сильную тенденцию поглощать свободные электроны. Когда между контактами зажигается дуга, она поглощает из них свободные электроны. Он превращается в отрицательные ионы, которые тяжелее электронов. Из-за тяжелого веса его подвижность снижена. Поэтому подвижность зарядов в газе SF6 имеет низкую подвижность, что повышает диэлектрическую прочность среды, поскольку движение зарядов отвечает за протекание тока.

Related Posts:

• Масляный автоматический выключатель (OCB) — типы, конструкция, работа и применение
• Воздушный автоматический выключатель (ACB) – конструкция, работа, типы и применение

Свойства газа SF6

Тот факт, что элегаз лучше гасит дугу, обусловлен его физическими и химическими свойствами, которые приведены ниже.

Физические свойства

Физические свойства газа SF6

• Это негорючий газ.
• Это бесцветный газ без запаха.
• Обладает отличной теплопроводностью.
• Имеет высокую плотность и тяжелее воздуха.
• Сжижается при низкой температуре, зависящей от давления.

Химические свойства

Химические свойства элегаза

• Элегаз стабилен и инертен.
• Он нетоксичен в чистом виде, но его продукты токсичны.
• Обладает высокой электроотрицательностью, что означает сильное сродство к свободным электронам.
• Очень легко рекомбинирует после гашения дуги для повторного использования.
• Они не вызывают коррозии.

Электрические свойства

• Обладает превосходной диэлектрической прочностью, которая прямо пропорциональна давлению.
• Его возможности гашения дуги почти в 100 раз лучше, чем у воздуха.
• Частота напряжения не влияет на его электрическую прочность.

Конструкция элегазового выключателя

Элегазовые выключатели состоят из двух основных частей

• Блок прерывателя
• Газовая система

Блок прерывателя

Блок прерывателя состоит из двух типов токоведущих контактов: фиксированного и подвижного контакта. Неподвижные контакты, как следует из названия, не двигаются, в то время как подвижный контакт перемещается вперед и назад с помощью рычага, приводимого в действие механизмом.

Имеется вентиляционное отверстие для входа и выхода сжатого газа SF6 для охлаждения дуги, а также для ее гашения.

Газовая система

Элегаз является очень дорогим газом, и выбросы образующихся при его использовании газов опасны для окружающей среды. Поэтому используется закрытая газовая система, в которой использованный элегаз рекомбинируется для повторного использования. Его давление также поддерживается, так как от него сильно зависит диэлектрическая прочность.

• Сообщение по теме: MCB (миниатюрный автоматический выключатель) — конструкция, работа, типы и области применения

Принцип работы элегазового выключателя

Элегаз сжимается и хранится внутри резервуара. В условиях неисправности контакты размыкаются и между ними зажигается дуга. В тот же момент выпускается газ SF6 под высоким давлением.

Дуга, по которой движется заряд, содержит свободные электроны. SF6, будучи сильно электроотрицательным, поглощает свободные электроны, образуя отрицательные ионы. Эти ионы тяжелее и имеют низкую подвижность по сравнению со свободными электронами.

SF6 + e ^– = SF6 ^–

SF6 + e ^– = SF5 ^– + F

Из-за большой массы образующихся отрицательных ионов движение зарядов уменьшается между . Это увеличивает диэлектрическую прочность среды, которая гасит дугу при нулевом токе. Взрыв элегаза также снижает температуру дуги, что также снижает ее прочность. Давление газа также прямо пропорционально диэлектрической прочности газа SF6.

Типы элегазовых выключателей

Следующие типы элегазовых выключателей подробно описаны ниже.

• Элегазовый выключатель без демпфера
• Элегазовый выключатель с одинарным нагнетателем
• Элегазовый выключатель двойного давления

Элегазовый автоматический выключатель без демпфера

Такой тип элегазового выключателя является первым изобретенным автоматическим выключателем, в котором нет демпферного цилиндра. Этот автоматический выключатель работает по тому же принципу, что и воздушный выключатель. Его конструкция и механизм работы приведены ниже.

Конструкция

Состоит из газовой камеры и прерывателя. Газ SF6 сжимается и хранится внутри газовой камеры. Газовая камера соединена с блоком прерывателя через клапан. Клапан связан с движением контактов. как только контакты разъединяются, клапан открывается, чтобы выпустить взрыв SF6.

Гашение дуги происходит внутри прерывателя или дугогасительной камеры. Он имеет два типа контактов: подвижный контакт и фиксированный контакт. Контакты представляют собой полые цилиндры. Неподвижные контакты включают дугогасительные рожки, которые используются для защиты от дуги. Наконечник рожков дуги покрыт медно-вольфрамовым покрытием для повышения сопротивления. Подвижный контакт включает вентиль. Вентиляционное отверстие используется для выпуска газа SF6 из дугогасительной камеры.

Подвижный контакт перемещается вперед и назад, замыкая или размыкая цепь. Он соединен с исполнительным механизмом через изолирующий стержень, который приводит в действие весь узел подвижных контактов, двигаясь вперед и назад. Привод синхронизирован с клапаном газовой камеры, который выпускает газ одновременно с размыканием контакта.

Рабочий

В нормальных условиях контакты остаются замкнутыми, а сжатый элегаз остается в газовой камере. При возникновении неисправности подвижный контакт начинает двигаться и отделяется от неподвижного контакта. Среда, окружающая контакты, ионизируется, и между контактами возникает дуга.

В то же время клапан газовой камеры откроется и выпустит элегаз под давлением в дуговую камеру. Элегаз гасит дугу, как описано выше. Взрыв SF6 также охлаждает дугу.

Элегаз вытекает через выпускное отверстие, где происходит рекомбинация газа. Газ повторно сжимается и хранится в газовой камере для повторного использования. Газовая система полностью закрыта и постоянно контролируется на наличие утечек.

• Сообщение по теме: MCCB (автоматический выключатель в литом корпусе) — конструкция, типы и работа

Элегазовый выключатель с одним нагнетателем

Элегазовый выключатель с испарителем в основном включает в себя цилиндр испарителя. Пуфферный цилиндр представляет собой подвижный полый цилиндр, который действует как мост между двумя неподвижными контактами. Он скользит вверх и вниз в осевом направлении вдоль контактов, замыкая и размыкая контакт между двумя неподвижными контактами.

Конструкция

Два фиксированных контакта с небольшим зазором между ними. Сверху на него кладется пуфовый цилиндр. Баллон заполнен газом SF6. Внутри цилиндра находится неподвижный поршень. При движении цилиндра его объем изменяется за счет неподвижного поршня. Поршень также давит на газ, увеличивая его давление, в то время как давление также увеличивается за счет использования энергии дуги.

Внутри цилиндра есть вентиляционные отверстия и фиксированные контакты для входа и выхода газа. Вентиляционные отверстия внутри цилиндра перекрыты неподвижным контактом, который размыкается при движении цилиндра вниз. Отверстие внутри неподвижного контакта используется для впуска газа, когда цилиндр переходит в закрытое положение.

Цилиндр может двигаться вверх и вниз с помощью подвижного рычага.

Рабочий

В нормальных условиях цилиндр нагнетателя находится в закрытом положении, где соединительная перемычка соединяет два неподвижных контакта. Баллон заполнен газом SF6. Поскольку вентиляционные отверстия закрыты неподвижным контактом, газ SF6 остается внутри цилиндра.

При возникновении неисправности цилиндр перемещается вниз, чтобы разорвать соединение между фиксированными контактами. Среда ионизируется, и между контактами возникает дуга.

Из-за движения вниз и неподвижного поршня объем внутри цилиндра уменьшается, что приводит к сжатию газа SF6 внутри. Внутри цилиндра есть вентиляционные отверстия, которые предварительно перекрыты верхним неподвижным контактом.

Вентиляционные отверстия открываются, когда цилиндр движется дальше вниз. Сжатый газ SF6 выходит с высокой скоростью через вентиляционные отверстия. Поток элегаза гасит дугу.

• Связанный пост: Различные типы автоматических выключателей — работа и применение

Элегазовый выключатель двойного давления

В элегазовом выключателе такого типа для гашения дуги используется сжатый элегаз в баллоне. Такие CB устарели и больше не используются.

Конструкция

Такой элегазовый выключатель имеет фиксированный и подвижный контакты. Подвижный контакт выполнен полым изнутри и имеет цилиндр, в котором хранится сжатый элегаз. Наконечник подвижного контакта выполнен таким образом, что образует сопло, увеличивающее скорость газа при прохождении через него.

Неподвижный контакт сконструирован таким образом, что в закрытом положении он блокирует поток элегаза. Когда контакты разъединяются, открывается путь для газового потока, который выпускает струю элегаза.

Работает так же, как воздушный выключатель, за исключением того, что газ рекомбинируется, сжимается и снова хранится в газовом баллоне. Из-за чего для работы требуется очень сложная и достаточно дорогая газовая система.

Рабочий

В нормальных условиях контакты замкнуты, блокируя элегаз внутри. При возникновении неисправности подвижный контакт отделяется от неподвижного контакта и возникает дуга. Из-за движения контактов высвобождается газ SF6 под высоким давлением.

Давление внутри баллона выше давления снаружи, поэтому газ вытекает наружу. Сопло помогает увеличить скорость газа, который гасит дугу, как обсуждалось ранее.

Высвобожденный газ SF6 фильтруется, рекомбинируется, сжимается и затем хранится в баллоне для дальнейшего повторного использования. Система, необходимая для поддержания газа, достаточно сложна и дорога. Следовательно, эти автоматические выключатели устарели и больше не используются. Кроме того, из-за изменений давления температура газа очень быстро падает, что может привести к сжижению газа. Поэтому для предотвращения сжижения газа также используется система нагрева.

• Связанный пост: Автоматический выключатель, предохранители и защитные символы

Техническое обслуживание элегазового выключателя

Элегазовые выключатели используются для высоких и сверхвысоких напряжений. Их техническое обслуживание очень важно для бесперебойной работы. Они не требуют такого частого обслуживания, потому что

• Имеют герметичную замкнутую газовую систему
• Не образуется нагар, снижающий диэлектрическую прочность среды.
• Отсутствие вероятности попадания влаги внутрь.

Тем не менее, существует только одна вещь, которую необходимо соблюдать, а именно проверка утечки газа SF6. Утечка SF6 может вызвать следующие проблемы.

• Утечки побочных газов токсичны для окружающей среды (парниковый газ) и вызывают проблемы с дыханием.
• SF6 тяжелее воздуха, поэтому он вытесняет кислород в замкнутом пространстве, вызывая проблемы с дыханием.
• Падение давления вызывает снижение диэлектрической прочности элегаза.
• SF6 очень дорогой.

Утечку можно контролировать с помощью манометра или с помощью детектора SF6.

Похожие сообщения:

• Разница между автоматическими выключателями MCB, MCCB, ELCB и RCB, RCD или RCCB
• Разница между предохранителем и автоматическим выключателем

Преимущества и недостатки элегазового выключателя

Преимущества

• Гексафторид серы или газ SF6 обладает превосходными свойствами гашения дуги, которые в 100 раз эффективнее воздуха.
• Слишком короткое время горения дуги.
• SF6 обладает высокой диэлектрической прочностью из-за электроотрицательности. Она увеличивается с повышением давления.
• Из-за высокой диэлектрической прочности необходимое расстояние между контактами невелико, чтобы предотвратить повторное зажигание дуги.
• Благодаря высокой диэлектрической прочности может прерывать большой ток.
• Имеет компактный дизайн. Таким образом, требуется небольшое пространство и затраты на установку.
• Элегаз SF6 может справиться со всеми видами коммутационных явлений.
• SF6 CB имеет замкнутую газовую систему без утечек. Поэтому его можно установить в любых экстремальных условиях.
• Благодаря замкнутой газовой системе не возникает проблем с влажностью.
• Диэлектрическая прочность не снижается, поскольку при дуговом разряде не образуются частицы углерода.
• Не требует дорогостоящей и громоздкой системы сжатия воздуха, за исключением устаревшего типа с двойным давлением.
• Работа элегазового выключателя бесшумна.
Газ
• SF6 в чистом виде нетоксичен.
Газ
• SF6 негорюч, поэтому пожароопасности не существует.
• Поскольку его работа безупречна, он требует меньше обслуживания.

Недостатки

• Утечки побочных газов, образованных элегазом при дуговом разряде, токсичны для окружающей среды
• Разложившийся SF6 токсичен.
• SF6 — дорогой газ, поэтому эти автоматические выключатели дороги.
• Необходимо постоянно контролировать утечку элегаза из соединений.
• Требуется специальная транспортировка и поддержание качества газа.
• SF6 тяжелее кислорода и может вызвать затруднение дыхания.
• Для рекомбинации и восстановления элегаза требуется дополнительное оборудование.

Применение элегазового выключателя

Элегазовые выключатели в основном используются для защиты цепей очень высокого напряжения до 800 кВ от тока короткого замыкания. он может безопасно разорвать и обесточить цепь высокого напряжения для любого вида проверки или обслуживания.

Каждый прерыватель может выдерживать ток 60 кА в диапазоне 80 кВ. Несколько блоков прерывателей соединены последовательно, чтобы увеличить их пропускную способность по напряжению в соответствии с системой. Они используются для защиты систем передачи и распределения электроэнергии. Их устанавливают на электростанциях и в электрических сетях.

Похожие сообщения:

• Как найти правильный размер автоматического выключателя? Калькулятор выключателя и примеры
• Автоматический выключатель HVDC – типы, работа и применение
• Можно ли использовать автоматический выключатель переменного тока для цепи постоянного тока и наоборот?
• Электронный автоматический выключатель — схема и работа
• Автоматический выключатель Smart WiFi — конструкция, установка и работа
• Почему мощность автоматического выключателя оценивалась в МВА, а теперь в кА и кВ?
• Как подключить главную панель 120 В и 240 В? Установка коробки выключателя — США — NEC
• Как подключить однофазный потребительский блок 230 В (блок выключателя) с УЗО? МЭК, Великобритания и ЕС
  

URL-адрес скопирован

Элегазовые выключатели — конструкция, типы и работа

В элегазовых выключателях в качестве дугогасительной среды используется газообразный гексафторид серы.

Газообразный гексафторид серы (SF6) представляет собой электроотрицательный газ и имеет сильную тенденцию поглощать свободные электроны. Контакты выключателя размыкаются в потоке газа элегаза (SF6) под высоким давлением, и между ними зажигается дуга.

Газ захватывает проводящие свободные электроны в дуге с образованием относительно неподвижных отрицательных ионов. Эта потеря проводящих электронов в дуге быстро создает достаточную прочность изоляции, чтобы погасить дугу.

По сравнению с другими типами автоматических выключателей, элегазовые выключатели оказались очень эффективными для работы с большой мощностью и высоким напряжением .

Элегазовые выключатели используются на подстанциях для всех напряжений от 144 до 765 кВ или даже выше. Непрерывные токи до 8000 А и симметричные номиналы отключения до 63 кА при 765 кВ и 80 кА при 230 кВ.

Содержание

Конструкция элегазового выключателя

Элегазовый выключатель состоит из двух основных частей:

1. Блок прерывателя
2. Газовая система

Блок прерывателя

Блок прерывателя элегазового выключателя состоит из неподвижных и подвижных контактов , заключенных в камеру.

Камера называется камерой дугогасительной камеры , которая содержит газ SF6. Эта камера соединена с газовым резервуаром с гексафторидом серы (SF6). Клапанный механизм позволяет газу поступать в дугогасительную камеру.

Когда контакты выключателя разомкнуты , клапанный механизм позволяет газообразному гексафториду серы (SF6) под высоким давлением течь из резервуара к дугогасительной камере.

Конструкция элегазового выключателя

Неподвижный контакт представляет собой полый цилиндрический токоведущий контакт, оснащенный дугогасительным рожком. Подвижный контакт также представляет собой полый цилиндр с прямоугольными отверстиями по бокам.

Отверстия позволяют газообразному гексафториду серы (SF6) выходить через них после прохождения вдоль и поперек дуги.

Наконечники фиксированного контакта, подвижного контакта и дугогасительного рожка покрыты медно-вольфрамовым дугостойким материалом .

Поскольку элегаз дорог, его восстанавливают и утилизируют с помощью подходящей вспомогательной системы после каждой операции выключателя.

Газовая система

Так как давление газа очень высокое, необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить утечку газа в стыках, обеспечивая идеальное удаление накипи.

Системы низкого и высокого давления оснащены сигнализаторами низкого давления и набором блокировочных выключателей, которые подают предупреждение в момент падения давления газа ниже определенного значения, поскольку в противном случае будет снижена диэлектрическая прочность и способность гашения дуги выключателя находится под угрозой.

Если достигнут предел опасности, устройства безопасности блокируют выключатель. Устройства первостепенной защиты следят за тем, чтобы неисправность в цепи управления не позволяла компрессору создать избыточное давление в ресивере высокого давления или продолжить откачку газа в атмосферу в случае крупной утечки.

Газ хранится в камере высокого давления при 16 атмосферах, тогда как давление газа на стороне низкого давления составляет 3 атмосферы.

Температура 20◦C для предотвращения сжижения газа в камере высокого давления при низкой температуре; в камере высокого давления установлен нагреватель. Термостат настроен на включение при температуре окружающей среды ниже 16◦C.

Работа элегазового выключателя

Работа элегазового выключателя аналогична работе обычного автоматического выключателя, который мы обсуждали в предыдущих статьях.

В замкнутом положении выключателя контакты остаются окруженными элегазом (SF6) под давлением около 2,8 кг/см ² .

При срабатывании выключателя подвижный контакт раздвигается и между контактами зажигается дуга. (Для получения более подробной информации см. Явление дуги в автоматическом выключателе.)

Движение подвижного контакта синхронизировано с открытием клапана. Клапан пропускает газ гексафторид серы (SF6) под давлением 14 кг/см ² из резервуара в дугогасительную камеру.

Поток газообразного гексафторида серы (SF6) под высоким давлением быстро поглощает свободные электроны на пути дуги. Он образует неподвижные отрицательные ионы, которые неэффективны в качестве носителей заряда.

В результате среда между контактами быстро приобретает высокую диэлектрическую прочность и вызывает гашение дуги.

После срабатывания выключателя (т.е. после гашения дуги в выключателе) клапан закрывается под действием набора пружин.

Конструкция и принцип работы элегазового выключателя

SF6 CB Анимация практической работы

В этом видеоролике показано практическое размыкание и включение элегазового выключателя.

Типы элегазовых выключателей

Элегазовые выключатели были разработаны несколькими производителями, и появилось несколько конструкций. Типы элегазовых выключателей можно условно разделить на 9.0005

1. Двойное давление Тип SF6 CB
2. Одинарная напорная форсунка, тип SF6 CB

В элегазовом выключателе двойного давления газ из системы высокого давления выпускается в систему низкого давления через сопло во время процессов гашения дуги. Этот дизайн устарел .

Система двойного давления работала по принципу, очень похожему на конструкцию воздушной продувки, но была модифицирована для создания системы с замкнутым контуром для выхлопных газов. После гашения дуги газы в резервуаре низкого давления фильтруются, сжимаются и затем сохраняются в резервуаре высокого давления для дальнейшего использования. Также были установлены нагреватели, чтобы газ не превращался в жидкость при низких температурах, что делало бы среду непригодной для использования в качестве прерывателя.

Элегазовый выключатель двойного давления

В элегазовом выключателе одинарного давления элегаз сжимается системой подвижного цилиндра и выпускается через сопло при гашении дуги. Эта конструкция наиболее популярна в широком диапазоне напряжений от 13,6 кВ до 760 кВ.

Элегазовый автоматический выключатель с одним нагнетателем давления

Элегазовые выключатели

были впервые успешно изготовлены компанией Westinghouse в 1957 году. К 1970-м годам высоковольтные распределительные устройства с элегазом стали популярными.

В первоначальных проектах использовалась система двойного давления, которая была заменена в 1970-х годах конструкцией типа дутья одинарного давления.

Принцип работы элегазового выключателя типов с испарителем

Конструкции элегазового выключателя (рабочий бак и мертвый бак)

Как для двойного давления, так и для одинарного давления, элегазовое распределительное устройство имеет конструкцию либо с мертвым баком, либо с рабочим баком.

Конструкция мертвого бака предназначена для наружной установки, а живого резервуара (или модульной конструкции) — для внутренней установки. Баковые выключатели все чаще интегрируются в подстанции с элегазовой изоляцией для внутренней или наружной установки.

Доступны элегазовые выключатели следующих конструкций.

1. баковый автоматический выключатель
2. баковый автоматический выключатель
3. конструкции резервуаров с заземлением.

Резервуар под напряжением означает, что прерывание происходит в корпусе, который находится под потенциалом линии. Такой элегазовый выключатель имеет камеру прерывателя, которая установлена ​​на изоляторах и находится под линейным потенциалом. Прерыватель с такой модульной конструкцией может быть соединен последовательно для работы при более высоких уровнях напряжения.

Автоматический выключатель рабочего бака и резервного бака

Резервный бак означает, что прерывание происходит в заземленном корпусе. Трансформаторы тока расположены по обеим сторонам разрыва (т. е. контакты прерывателя). В таких автоматических выключателях обслуживание отключения происходит на уровне земли. И его сейсмостойкость лучше, чем у автоматических выключателей с конструкциями бака под напряжением.

Однако им требуется больше изолирующего газа, чтобы обеспечить надлежащую изоляцию между прерывателем и заземленным корпусом резервуара. Модульный мертвый резервуар CB был специально разработан для интеграции систем подстанций с элегазовой изоляцией.

Заземленный бак означает, что прерывание происходит в корпусе, который частично находится под потенциалом линии и частично под потенциалом земли. Эволюция конструкции выключателя с заземленным резервуаром является результатом установки прерывателя выключателя в рабочем резервуаре в конструкцию выключателя в бездействующем резервуаре.

Свойства элегаза

Важными свойствами элегазового выключателя являются:

1. Токсичность
   • SF6 не имеет запаха, цвета, вкуса и нетоксичен в чистом виде. Однако он может исключить доступ кислорода и вызвать удушье. Если нормальное содержание кислорода в воздухе снижается с 21 процента до менее 13 процентов, удушье может произойти без предупреждения.
2. Диэлектрическая прочность
   • SF6 имеет диэлектрическую прочность примерно , что в три раза больше, чем у воздуха , при давлении в одну атмосферу для данного расстояния между электродами. Диэлектрическая прочность увеличивается с увеличением давления; а при трех атмосферах диэлектрическая прочность примерно эквивалентна трансформаторному маслу.
3. Теплопроводность
   • Теплопроводность SF6 ниже, чем у воздуха, но его общая способность к теплопередаче, особенно с учетом конвекции, превосходна и аналогична теплопроводности таких газов, как водород и гелий, но выше, чем у воздуха.
   • При высоких температурах кривая теплопроводности SF6 выявляет одно из исключительных свойств газа, которое позволяет использовать его для гашения дуги путем теплового переноса.
4. Гашение дуги
   • SF6 примерно в 100 раз эффективнее воздуха при гашении ложной дуги. Элегаз также обладает высокой теплоемкостью, которая может поглощать энергию дуги без значительного повышения температуры.
5. Электрические свойства
   • Отличные диэлектрические свойства SF6 обусловлены электроотрицательным характером его молекул. Он имеет ярко выраженную тенденцию захватывать свободные электроны, образуя тяжелые ионы с низкой подвижностью, что очень затрудняет развитие электронных лавин.
   • Из-за способности SF6 гасить дугу коронный разряд и искрение в SF6 не возникают до тех пор, пока уровень напряжения не превысит уровень возникновения коронного разряда и дугового разряда в воздухе. SF6 будет медленно разлагаться при постоянном воздействии коронного разряда.
6. Химические свойства
   • SF6 полностью удовлетворяет требованиям валентности молекулы серы. Его молекулярная структура октаэдрическая с молекулой фтора на каждой вершине. Шесть связей являются ковалентными, что объясняет исключительную стабильность этого соединения.
   • SF6 можно нагревать без разложения до 500°C в отсутствие каталитических металлов. SF6 негорюч, и водород, хлор и кислород не действуют на него. SF6 нерастворим в воде и не подвергается воздействию кислот .
7. Токсичность продуктов дуги
   • T продукты кислородного разложения образуются , когда элегаз подвергается воздействию электрической дуги. Продукты разложения представляют собой фториды металлов и образуют порошок белого или желтовато-коричневого цвета.
   • Также образуются токсичные газы, имеющие характерный запах тухлых яиц.

Преимущества и недостатки газа SF6

В чистом виде газ SF6 бесцветен, не имеет запаха, вкуса и нетоксичен . При комнатной температуре и давлении он является газообразным и имеет плотность 6,16 г/л, что примерно в пять раз превышает плотность воздуха. Поскольку его критическая температура составляет 45,6°C, он может быть сжижен путем сжатия и обычно транспортируется в жидком виде.

Благодаря превосходным дугогасительным свойствам газа элегаза (SF6), автоматические выключатели на основе элегаза (SF6) имеют много преимуществ перед масляными выключателями и выключателями с воздушным дутьем.

Преимущества элегазового выключателя

Важными преимуществами элегазового выключателя являются:

1. превосходное дугогасительное свойство газа гексафторида серы (SF6). Благодаря этому элегазовые выключатели имеют очень короткое время дуги . Следовательно, газ SF6 используется на подстанциях с газовой изоляцией.
2. Диэлектрическая прочность газа гексафторида серы (SF6) в 2-3 раза выше, чем у воздуха. Таким образом, элегазовые выключатели могут отключать гораздо большие токи .
3. Выключатель на элегазе (SF6) обеспечивает бесшумную работу благодаря замкнутому газовому контуру и отсутствию выброса в атмосферу, в отличие от выключателя с воздушным дутьем.
4. Компактная конструкция элегазовых выключателей существенно снижает требования к пространству и затраты на установку здания.
5. Элегазовые выключатели справляются со всеми известными коммутационными явлениями.
6. Элегазовые автоматические выключатели прекрасно адаптируются к экологическим требованиям . Они имеют полностью закрытую газовую систему, исключающую выхлоп во время операций переключения.
7. Расстояние между контактами в элегазовых выключателях составляет минимум из-за диэлектрической прочности, обеспечиваемой элегазом высокого давления.

Недостатки элегазовых выключателей

В целом важным недостатком элегазовых выключателей по сравнению с другими выключателями является их относительно высокая стоимость . Стоимость в последние годы несколько снизилась.

Некоторые другие недостатки элегазового выключателя:

1. Тяжелые операции переключения могут генерировать вредные побочные продукты разложения . Во время типичной герметичной работы эти побочные продукты рекомбинируют в SF6. Однако во время дуги или в случае отказа распределительного устройства SF6 и его побочные продукты могут быть выброшены в окружающую среду .
2. Неисправные соединения в элегазовом выключателе приводят к утечке элегаза. Таким образом, требуется устройства непрерывного мониторинга .
3. Газообразный элегаз SF6 ядовит и его нельзя вдыхать.
4. Хотя SF6 в чистом виде не токсичен, он не поддерживает жизнь и поэтому может стать опасным для дыхания , если он накопится. Поскольку он тяжелее воздуха, он обычно может собираться близко к земле, например, в кабельных траншеях или дренажных системах. Поэтому персонал площадки проинструктирован заботиться о такой среде.
5. Воздействие твердых побочных продуктов при вдыхании включает раздражение открытых участков кожи и глаз, носа, горла и легких; дополнительные симптомы могут возникнуть, если достаточный объем достигает желудочно-кишечного тракта.
6. Специальные средства необходимы для транспортировки газа, передачи газа и для поддержания качества газа. Ухудшение качества газа влияет на рабочие характеристики и, следовательно, на надежность элегазового выключателя.

Безопасность и техническое обслуживание элегазового выключателя

Техническое обслуживание элегазового выключателя необходимо из-за его важности для обычных переключений и защиты другого оборудования.

Система электропередачи выходит из строя, и может произойти разрушение оборудования, если автоматический выключатель не сработает из-за отсутствия профилактического обслуживания.

Выключатели, которые простаивают в течение 6 месяцев и более, следует размыкать и замыкать несколько раз подряд, чтобы проверить правильность работы и удалить любое скопление пыли или инородных материалов на движущихся частях и контактах.

Хотя чистый элегаз не токсичен, он не содержит кислорода и поэтому не поддерживает жизнь.

Высокая плотность SF6, в пять раз превышающая плотность воздуха, означает, что любая утечка приведет к скоплению газа в низких местах, таких как кабельные траншеи, и операторы должны быть осведомлены об опасности удушья.

Однако смесь 20 % кислорода и 80 % SF6 можно безопасно вдыхать, и такие смеси использовались в лабораторных экспериментах на людях при изучении аэродинамики легких.

Дуга в элегазе образует низшие фториды серы, газообразные и токсичные. Эти газы эффективно контролируются и поглощаются подходящими агентами, т.е. активированный оксид алюминия или молекулярные сита, входящие в комплект оборудования.

Кроме того, газы имеют резкий неприятный запах, который служит достаточным предупреждением об их присутствии.

Как упоминалось выше, фториды металлов в виде мелкой пыли также образуются в процессе прерывания.