Работа высоковольтных электрических сетей отличается от функционирования бытовых устройств по своим токовым характеристикам. Поэтому, в случае аварийной ситуации, для отключения оборудования и гашения электродуги нужны более мощные средства, чем обычные автоматические приборы.
В качестве защитных элементов используются элегазовые выключатели (ЭВ), которые могут управляться как вручную, так и автоматически. Мы подробно ознакомим вас с конструктивными особенностями и принципом работы этих устройств, а также предоставим рекомендации по их установке, подключению и обслуживанию.
Элегазовые выключатели обладают рядом преимуществ, среди которых высокие показатели длительности и надежности работы, отсутствие необходимости в обслуживании в процессе эксплуатации, а также меньшие габариты по сравнению с масляными или воздушными выключателями. Эти устройства способны мгновенно отключать электрическую цепь при возникновении короткого замыкания, что существенно повышает безопасность всей электрической сети.
При выборе элегазового выключателя необходимо учитывать несколько критически важных факторов. К ним относятся: номинальное напряжение и ток, габариты и вес устройства, уровень механической прочности, а также рабочие температуры и условия окружающей среды. Эти параметры помогут подобрать оптимальный вариант выключателя, соответствующий специфике вашего электроснабжения.
Установка элегазового выключателя должна производиться с соблюдением всех норм безопасности и рекомендаций производителей. Важно правильно выбрать место установки, обеспечивающее максимальный доступ для обслуживания, и принять меры по защите оборудования от воздействия агрессивных внешних факторов. Также рекомендуется провести предварительное тестирование всех систем перед вводом в эксплуатацию.
Не секрет, что регулярное техническое обслуживание обеспечивает надежность работы элегазового выключателя. Рекомендуется проводить плановые осмотры и тесты для выявления возможных неисправностей до их возникновения. Своевременная замена компонентов и устранение дефектов помогут избежать серьезных аварий и увеличить срок службы оборудования.
Что такое элегаз и где он применяется
Элегаз, представляющий собой шестифтористую серу, относится к категории электротехнических газов и используется в производстве электрических устройств благодаря своим изоляционным свойствам.
В своем естественном состоянии элегаз является бесцветным и без запаха инертным газом. Его плотность составляет 6,7, что в пять раз больше, чем у воздуха, а молекулярная масса также значительно превышает воздушную.
Одним из главных преимуществ элегаза является его устойчивость к внешним воздействиям. Он не теряет своих свойств при разных условиях. Если во время электроразряда происходит его распад, то вскоре происходит полное восстановление, необходимое для нормальной работы.
Молекулы элегаза способны связывать электроны, образуя отрицательные ионы. Свойство, известное как «электроотрицание», придает 6-фтористой сере высокую электрическую прочность.
На практике наблюдается, что электрическая прочность воздуха в 2-3 раза ниже, чем у элегаза. Кроме того, элегаз пожаробезопасен, так как не горит, и обладающет охлаждающей способностью.
Когда возникла необходимость разработать газ для гашения электродуги, начали исследовать свойства шестифтористой серы (SF6), 4-хлористого углерода и фреона, и в испытаниях именно SF6 показал наилучшие результаты.
Эти характеристики делают элегаз идеальным для использования в сфере электротехники, включая:
- силовые трансформаторы, работающие по принципу магнитной индукции;
- полные распределительные устройства;
- линии высокого напряжения для соединения удаленных объектов;
- высоковольтные выключатели;
- кабельные линии и подземные распределительные сети;
- изоляцию в высоковольтных кабелях.
Тем не менее, некоторые свойства элегаза потребовали доработки конструкции выключателей. Главный недостаток заключается в переходе газообразной фазы в жидкость, что может произойти при определенных параметрах давления и температуры.
Чтобы обеспечить надежную работу оборудования, необходимо создать оптимальные условия. Например, для функционирования элегазовых устройств при температуре -40° необходимое давление не должно превышать 0,4 МПа, а плотность — быть ниже 0,03 г/см³. В некоторых случаях газ подогревают, чтобы предотвратить переход в жидкую фазу.
Стоит отметить, что шестифтористая сера также вызывает определенные экологические опасения. В связи с её потепляющим эффектом (потенциал глобального потепления в 23 500 раз выше углерода) разработаны рекомендации по контролю и утилизации элегаза. Одна из таких инициатив предполагает использование альтернативных газов с меньшим воздействием на климат, что может привести к переосмотру технологий, использующих этот газ в будущем.
Таким образом, несмотря на очевидные преимущества, связанные с использованием элегаза в электротехнике, необходимо учитывать его влияние на окружающую среду и стремиться к минимизации негативных последствий.
Строение элегазового выключателя
При сравнении элегазовых устройств с аналогами других видов можно отметить, что по конструкции они наиболее близки к масляным выключателям, отличаясь лишь наполнением камер для гашения дуги.
В масляных выключателях в качестве наполнителя используется масляная смесь, в то время как элегазовые устройства заполнены 6-фтористой серой. Преимущества последнего варианта заключаются в долговечности и минимальном количестве требуемого технического обслуживания.
На схеме представлено элегазовое устройство колонкового типа: дугогасительные модули находятся в верхней части и установлены на высокой стойке, а шкаф управления размещен внизу.
Способы гашения электродуги зависят от многих факторов, среди которых ключевыми являются номинальный ток и напряжение, а также условия эксплуатации устройства.
Существуют четыре основных типа ЭВ:
- с электромагнитным дутьем;
- с дутьем в элегазе — с одной ступенью давления;
- с продольным дутьем — с двумя ступенями давления;
- с автогенерирующим дутьем.
В отличие от воздушных приборов, где газ во время гашения дуги выбрасывается в атмосферу, элегазовые устройства используют замкнутое пространство с газовой смесью, поддерживая небольшое избыточное давление.
Типы колонковых и баковых устройств
На практике применяются два основных типа элегазовых установок:
Эти устройства различаются как по конструктивным особенностям, так и по принципу гашения дуги. По внешнему виду колонковые модели напоминают маломасляные аналоги и состоят из двух основных частей — дугогасительной и контактной, размеры у них сопоставимы.
Отключающие устройства функционируют от сети 220 В и относятся к однофазному оборудованию. В качестве примера можно привести элегазовый выключатель колонкового типа — LF 10 фирмы Schneider Electric.
К управлению оборудованием можно подойти двумя способами: вручную — с помощью механических устройств, и дистанционно — автоматически.
Баковые элегазовые устройства меньшего размера имеют привод с несколькими фазами. Такое распределение обеспечивает более точный контроль и плавную регулировку параметров напряжения.
Одним из достоинств баковых ЭВ является их возможность выдерживать повышенные нагрузки благодаря встроенному трансформатору тока.
Образцом бакового устройства является элегазовая установка DT2-550 F3 фирмы Alstom Grid. Эти устройства зарекомендовали себя в электросистемах с напряжением 500 кВ.
Конструкция выполнена так, что оборудование функционирует надежно при низких температурах и повышенной влажности, а также в регионах с высокой сейсмической активностью и значительным загрязнением атмосферы.
Как происходит гашение дуги
Для примера рассмотрим работу выключателя LW36 от китайского производителя CHINT.
В момент отключения пружина действует на динамические элементы цилиндра, которые опускаются. Все контакты, кроме дугогасительных, размыкаются. При отключении дугогасительных контактов возникает электрическая дуга, по которой проходит ток.
Горячий газ попадает в тепловую камеру и активирует обратный клапан. Когда газ выдувается из тепловой камеры в промежуток, дуга гасится.
Если отключаются токи небольшой величины, давление в тепловой камере может быть недостаточным, и тогда используется давление из компрессионной камеры, которое всегда будет выше. Обратный клапан открывается, и газ поступает в промежуток, снимая дугу при переходе через ноль.
Схема внутреннего устройства и работы подвижных и неподвижных клапанов, декомпрессионных и обратных клапанов. Позиция 1 — включение; позиция 2 — отключение больших токов; позиция 3 — отключение малых токов; позиция 4 — отключение прибора.
Современные колонковые установки имеют улучшенные параметры. Техническое обслуживание сведено к минимуму, а срок службы компонентов увеличен. Элегазовые выключатели отличаются низким уровнем шума и надежной механикой, что упрощает монтажные работы и испытания.
Регулирование баковых моделей осуществляется через привод и трансформаторы. Пружинный или пружинно-гидравлический привод контролирует процессы включения и отключения, а также уровень удержания электродуги.
Назначение привода
Привод выполняет все операции, связанные с включением и отключением установки или удержанием ее в заданном положении. На схеме указано, где может располагаться привод, обычно это земля или низкая опора, что обеспечивает легкий доступ для обслуживающего персонала к регулирующим элементам.
Схема устройства бакового выключателя: 1 — фарфоровые или полимерные модули; 2 — трансформаторы; 3 — бак с газогасительным устройством; 4 — газовая камера; 5 — гидравлический привод; 6 — металлическая рама; 7 — разъем для введения элегаза.
Привод включает механизм включения, фиксирующее устройство — защелку и расцепляющий механизм. Процесс включения должен проходить максимально быстро, чтобы избежать прилипания контактов.
При включении необходимы сильные усилия для преодоления трения между всеми задействованными элементами. Отключение производится проще, через обратное движение защелки, которая фиксирует включение и удерживает его.
Существуют различные способы включения и отключения:
- механический;
- пружинный;
- грузовой;
- пневматический;
- электромагнитный.
Для маломощных систем зачастую используется ручное управление. В этом случае достаточно усилий одного оператора. Автоматическое отключение ручных механизмов обычно осуществляется без участия человека. Пружинный привод также может быть активирован вручную, иногда могут использоваться маломощные электродвигатели.
Традиционно привод располагают рядом с монтажной рамой. Надежность механизма обеспечивается прочным металлическим корпусом — ящиком с удобной дверцей для работы операторов.
Для электромагнитного привода требуется больше энергии, поэтому необходим постоянный источник тока мощностью примерно 58 А с напряжением 220 В. В качестве резервного механизма отключения предусмотрен ручной рычаг. Электромагнитные устройства отличаются надежностью и успешно применяются в суровых зимних условиях. Однако их недостатком является необходимость использовать мощный аккумулятор.
Пневматический привод использует цилиндр и поршень вместо электромагнита, что обеспечивает большую скорость включения по сравнению с предыдущими моделями.
Еще одним преимуществом элегазовых выключателей является то, что данный вид оборудования не подвержен коррозии. В отличие от масляных выключателей, которые могут иметь проблемы с гниением и осложнениями из-за воздействия воды и влажности, элегазовые устройства обеспечивают стабильную работу и долговечность при любых погодных условиях.
Ещё важно отметить, что элегаз имеет значительно лучшие изоляционные характеристики, что позволяет использовать меньшие размеры оборудования, снижая тем самым его вес и габариты, что особенно актуально для ограниченных пространств.
Современные технологии производства элегазовых выключателей также выводят их на новый уровень безопасности. В случае утечки элегаза существуют системы обнаружения и сигнализации, что гарантирует безопасность эксплуатации оборудования.
Элегазовые установки также имеют высокий коэффициент вспомогательной надежности, что делает их идеальными для использования в критически важных системах, таких как подстанции и электростанции.
Достоинства и недостатки элегазовых выключателей
Элегазовые выключатели, как и другие устройства для распределения электроэнергии, обладают своими преимуществами и недостатками. При выборе оборудования важно учитывать как технические характеристики, так и конструктивные особенности, а также плюсы и минусы каждого типа моделей.
Выключатели на основе элегаза характеризуются своей универсальностью и могут использоваться при любых значениях напряжения в сети.
В случае возникновения аварийной ситуации, для гашения электрической дуги элегазовому оборудованию требуется всего лишь доля секунды.
Все компоненты данной системы способны функционировать без необходимости в ремонте на протяжении многих десятилетий, а элегаз не нуждается в периодической замене.
Элегазовые устройства, предназначенные для гашения дуг, эффективно справляются с отключением систем высокого напряжения. В отличие от них, вакуумные аналоги не могут withstand высокие напряжения.
К преимуществам элегазовых выключателей также можно отнести высокую степень надежности и безопасность в эксплуатации, так как элегаз не представляет опасности для окружающей среды.
Кроме того, они имеют компактные размеры, что позволяет экономить пространство на подстанциях и в электросетях. Однако недостатком является высокая стоимость как самих выключателей, так и их установки, что может стать препятствием для многих компаний.
Также стоит отметить, что элегазовые выключатели могут быть чувствительны к изменению температуры и влажности окружающей среды, что может потребовать дополнительных мер по защите оборудования в сложных климатических условиях.