Елегазови прекъсвачи

ЕлектроапаратурaСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 1, 2011

Елегазови прекъсвачиЕлегазови прекъсвачиЕлегазови прекъсвачи

Предназначение, конструктивни схеми, дъгогасителни системи

В съответствие с предназначението им, комутационните апарати за високо напрежение* (АВН), които се използват за отваряне, затваряне и превключване на електрически вериги, могат да се класифицират в следните групи:
- Мощностни прекъсвачи (прекъсвачи). Това са комутационни АВН, които трябва да включват и изключват както при нормални експлоатационни режими, така и при всички аварийни режими, предвидени в стандартите.
- Мощностни разединители (прекъсвачи на товар). Изключват товарни токове със стойност до номиналния и включват при токове на къси съединения. Осигуряват видимо отворено положение.
- Разединители. Изключват и включват, след като веригата е изключена от прекъсвача. В някои случаи изключват малки токове със стойности, предвидени в стандартите. Гарантират безопасност чрез видимо отворено положение.
- Заземители. Това са АВН, чрез които се заземяват отделни участъци на електрическата мрежа. Най-често са конструктивно обединени с разединителите и мощностните разединители. В комплектните разпределителни устройства (КРУ) те са самостоятелни възли.
- Късосъединители. Това са АВН за свързване на веригите накъсо под товар.
- Предпазители. Апарати, които изключват при токове на претоварване и токове на късо съединение.
- Контактори. Изключват и включват токове до номиналния и неголеми претоварвания, като гарантират висока електрическа износоустойчивост при повишена честота на комутациите.
- Стъпални регулатори на напрежение. Превключват отклоненията на силови трансформатори под товар.

Класификация на прекъсвачите
Прекъсвачите могат да се класифицират по най-различни признаци: по вида на дъгогасителната камера; по вида на дъгогасителната среда; по начина на гасене на дъгата; по номиналните параметри; по вида на монтажа; по бързодействие; по климатично изпълнение и др. Видът на дъгогасителната среда е много важен параметър и регламентира и вида на вътрешната изолация на прекъсвача. По този основен признак прекъсвачите се делят на:
Маслени прекъсвачи. Те са най-старият тип и вече не се произвеждат. Предимствата им са: относително проста конструкция, висока изключваща способност и възможност за вграждане на токови трансформатори. Основните им недостатъци са: взриво- и пожароопасност; голямо тегло и материалоемкост; неголяма износоустойчивост и трудно ревизиране; необходимост от големи запаси резервно масло в подстанциите и маслоочистващи установки.
Маломаслени прекъсвачи. До периода на бурното развитие на елегазовите и вакуумните прекъсвачи, те бяха най-разпространени както за закрит, така и за открит монтаж. Те са по-прости и по-леки в сравнение с маслените и въздушните прекъсвачи и са сред най-евтините. Недостатъците им са: взриво- и пожароопасни са; необходим е контрол на нивото на маслото; имат ограничен комутационен ресурс; относително малка изключваща способност; непригодност за работа при чести изключвания.
Въздушни прекъсвачи. Те са взриво- и пожаробезопасни, бързодействащи и с висока изключвателна способност, добре изключват капацитивни токове и имат сравнително висок комутационен ресурс. Използват се предимно за открит монтаж, като при по-високите напрежения превъзхождат маслените и маломаслените прекъсвачи. Сред недостатъците им са: необходимост от наличие на компресори и въздухоочистителни установки в ОРУ или подстанциите, сложна конструкция и висока себестойност. Понастоящем се заместват почти изцяло от елегазовите прекъсвачи.
Вакуумни прекъсвачи. Обикновено се използват за комутиране на СрН. Има обаче разработки на вакуумни прекъсвачи за напрежение до 123 kV. Предимствата на вакуумните прекъсвачи са: пълна взриво- и пожаробезопасност; възможност за осъществяване на всякакви режими на изключване; висок комутационен ресурс; малки габарити и тегло; сравнително проста конструкция и лека експлоатация. Недостатъци са ограничената приложимост при високи напрежения, сравнително високата себестойност и възникването на пренапрежения при изключване на малки токове.
Елегазови прекъсвачи. Това са едни от най-съвременните типове прекъсвачи за средно и високо напрежение. В качеството на среда за гасене на дъгата се използва елегаз. На фиг. 1 и фиг. 2 са показани разрези на елегазови прекъсвачи. Те притежават посочените предимства на въздушните прекъсвачи, но същевременно ги превъзхождат по параметри при по-малки габаритни размери и тегла. За изработването им са необходими специални технологии, свързани с осигуряването на газоплътност и зареждане с елегаз.
Електромагнитни прекъсвачи. При тях се използва електромагнитното поле за вкарване, разтягане и охлаждане на дъгата в камера с тесни канали. Взриво- и пожаробезопасността им, възможността за чести комутации и сравнително високият комутационен ресурс ги правят предпочитани пред маломаслените прекъсвачи в някои случаи. Прилагат се само за СрН. Поради сложната конструкция, големи габарити и тегло и сравнително висока цена трудно конкурират вакуумните прекъсвачи. Намират приложение и за изключване на постоянен ток с напрежение до 3,6 kV.
Автогазови прекъсвачи. При тях за гасене на дъгата се използва продухване от газове, отделени в резултат на нейното въздействие върху специално газгенериращо вещество. Параметрите на такива дъгогасителни устройства не са високи.
В настоящата статия ще разгледаме устройството, действието, предимствата и недостатъците на елегазовите прекъсвачи.

Какво представлява елегазът
В енергетиката е прието с наименованието “елегаз” да се обозначава серният хексафлуорид SF6 (sulfuric hexafluoride) - инертен газ с плътност 5 пъти по-голяма от тази на въздуха. Електрическата му якост е 2 - 3 пъти по-висока от якостта на въздуха. В елегаз с нормално атмосферно налягане може да бъде угасена дъга с ток, който 100 пъти превишава тока, изключван във въздух при същите условия. Способността на елегаза да гаси дъгата се обяснява с това, че неговите молекули улавят електроните на дъговия стълб и образуват относително неподвижни отрицателни йони. Загубата на електрони прави дъгата неустойчива и тя лесно гасне. В струя на елегаз поглъщането на електроните от дъговия стълб става още по-интензивно.
Този газ е много устойчив, благодарение на шестте си ковалентни връзки в молекулата. Молекулното тегло на SF6 е 146,05, което означава, че е един от най-тежките газове. Елегазът може да се пренася в бутилки и се използва в различни отрасли на промишлеността - нефтохимическата, ядрената, електронната, металургията, в рентгенови установки, електронни микроскопи и др.
Свойства на елегаза:
- прозрачен,
- без миризма,
- инертен,
- нетоксичен,
- невъзпламеняем и взривобезопасен.
В течение на повече от 60 години, газът SF6 доказва своите преимущества в качеството на изолационна и прекъсваща среда в уредбите за високо и средно напрежение. Изолационната му способност обуславя широко приложение в разпределителни уредби за СрН и ВН, прекъсвачи и трансформатори, тъй като там е извънредно важно качественото изолиране на кабелите и комутационното оборудване, за да се избегнат дъгови разряди и къси съединения. Използването на елегазови прекъсвачи вместо въздушни такива икономисва значително монтажно пространство.
Названието “елегаз” (електрически газ) е дадено от руския физик Б. Гохберг. Той изказва предположение за потенциалното използване на SF6 в качеството на изолационна среда за оборудване ВН. През 1937 г. в General Electric се провеждат проучвания за индустриалното приложение на елегаз. Съществува информация, че първият SF6 прекъсвач е създаден в Германия през 1938 г. Независимо от това, трима американци през 1951 г патентоват конструкция на елегазов прекъсвач в САЩ. Счита се, че първите SF6 прекъсвачи за индустриално приложение са се появили на пазара през средата на петдесетте години на ХХ век.

Устройство на елегазов прекъсвач
На фиг. 1. е представен в разрез един полюс на елегазов прекъсвач за напрежение до 36 kV. Елегазът е затворен в херметизирано пространство, разположено в отлетите от изолационен компауд корпус 7 и капак 1. Подвижното кухо контактно жило 9 се премества нагоре (изключване) или надолу (включване) от непоказано пружинно задвижване чрез вала 2, лоста 3 и изолационната щанга 4. Горният токов извод 6 е електрически свързан с жилото 9 чрез ролкова контактна система 5. Заедно с жилото се премества и буталото 11, което при изключване на прекъсвача осъществява, с помощта на неподвижната преграда 8, автокомпресия на елегаза. Клапаните 10 служат за намаляване на съпротивлението при включване.
Дъгогасителната контактна система се състои от подвижно тръбно контактно тяло 12, подпряно от пружина и неподвижен контактен елемент 13. Гасенето на дъгите при изключване става с помощта на дюзата 14, направена от изолационен дъгоустойчив материал. Долният токов извод 16 е на дъното на корпуса 7. За поемане на влагата и продуктите, получени при взаимодействието на електрическите дъги с елегаза се използва подходящ абсорбиращ материал 15.
Разгледаният прекъсвач за СрН е за закрит монтаж, предназначен за монтиране в КРУ. И трите му измерения са от порядъка на един линеен метър.
Значително по-големи са прекъсвачите за напрежение над 72,5 kV, които се монтират на открито (фиг. 2). Полюсът е монтиран върху рамата 15. Двата свързани последователно дъгогасителни разрива 1 и 4 са свързани към картера 8, който е закрепен върху порцеланови опорни изолатори 9. Неподвижната 2 и подвижната 3 контактни системи са поместени в порцелановия изолатор на разрива. Подвижното контактно жило се движи в направляващите 6 и се задейства от хидравлично задвижване чрез изолационната щанга 10 и механичната система 7. За осъществяване на включване на прекъсвача, акумулираната в хидравличния акумулатор 14 енергия се предава на хидравличния цилиндър 13. При включване, разположената в металния корпус 11 изключвателна пружина 12 се натяга и при съответна команда извършва изключването.

Дъгогасителни системи на елегазови прекъсвачи
Когато стана въпрос за качествата на елегаза SF6, бе отбелязано, че той е с много по-добри дъгогасителни свойства от въздуха. Независимо от това, гасенето на дъгата при обикновено разтваряне на контактните елементи (пасивно гасене) се използва рядко. В дъгогасителните системи на прекъсвачите с елегаз винаги се прилагат средства за интензивно въздействие върху дъгата. По принцип те могат да се разделят на:
- Продухване на дъгата с елегаз от резервоар с високо налягане.
- Автоматичен принцип на продухване.
- Продухване в резултат на повишеното налягане на елегаза от топлинното въздействие на дъгата (автодъгов принцип на продухване).
- Охлаждане на бързодвижеща се дъга под въздействието на външно магнитно поле в неповижен елегаз.
- Комбинирани принципи на интензивно охлаждане на дъгата.
Съществуват патенти относно възможността да се разработи прекъсвач с гасене на дъгата в течен елегаз.

Дъгогасително устройство с две степени на налягането на елегаза
По пътя на своето развитие първите елегазови прекъсвачи са заимствали принципите на гасене на дъгата от въздушните прекъсвачи. Елегазът се съхранява в резервоар под високо налягане и с негова помощ се осъществява надлъжно продухване в дюза. Разликата е, че докато използваният за гасене на дъгата въздух се изхвърля в атмосферата, то елегазът остава в херметичното пространство на прекъсвача при ниско налягане. Тази затворена система с две степени на налягане и затворен цикъл е по-сложна, но осигурява съществени предимства спрямо въздушните прекъсвачи: няма изхвърляне на горещи газове и пламъци в атмосферата, изключването става практически безшумно, не се получават кондензати по повърхностите на твърдите изолационни материали и др. Усложнението се компенсира и от значително по-високата изключваща способност.
На фиг. 3 е показан принципът на гасене на дъгата в елегазов прекъсвач с две степени на налягане. Дъгогасителното устройство (ДУ) се състои от неподвижна контактна розетка 5, подвижен контактен тръбен елемент 2, дъгогасителен контактен елемент 4 и дюза 3, изработена от тефлон. Резервоарът с високо налягане 7 е затворен от клапана 6. Тръбопроводът 1 осъществява връзка със съседния последователно свързан разрив на прекъсвача. На фиг. 3а прекъсвачът е включен. При издърпване от задвижващия механизъм на подвижния контактен елемент 2 се изтегля и щангата 8, с което от резервоара 7 в дъгогасителното пространство нахлува елегаз с голяма скорост. На фиг. 3б се вижда момента на продухване на дъгата, която гори между дъгогасителния контактен елемент 4 и вътрешната част на тръбния елемент 2. Продухването е много интензивно и гасенето на дъгата става при първото преминаване на променливия ток през нулева стойност.


Автопневматично елегазово продухване
Последователността на работа на автопневматично дъгогасително устройство е показана на фиг. 4. ДУ е разположено в напълненото с елегаз под определено свръхналягане вътрешно пространство на порцелановия изолатор 9. Неподвижният тоководещ възел е свързан с горния извод 10, а подвижният - с долния извод 11. С 1 е означена главната контактна розетка, а с 2 - дъгогасителната. Автокомпресията се осъществява в пространството между подвижния цилиндър 5 и неподвижното бутало 6. Понятието автокомпресия се използва в случаи, когато повишено налягане на елегаза с цел продухване се получава от действието на собственото движение на подвижната контактна система.
На фигурата щангата 7 се премества надолу с голяма скорост (достигаща до 5-6 m/s) от енергията на изключвателната пружина на задвижването на прекъсвача. На фигурата в позиция А прекъсвачът е включен. С тръгването на цилиндъра 5 надолу, най-напред се отваря главната контактна система 1 - 4 (позиция Б). Налягането на елегаза в затвореното пространство между цилиндъра и буталото се увеличава над това на външния обем, където също се поддържа свръхналягане (напр. 5 bar). След още малко преместване се отваря и дъгогасителната контактна система 2 - 3 и се запалва дъга. Елегазът преминава през отворите и продухва надлъжно дъгата в изолационната дюза 8 (позиция В). Поради високата дъгогасителна способност на елегаза, дъгата изгасва при първото преминаване на променливия ток през нулева стойност. На позиция Г прекъсвачът вече е в отворено положение. Вредните продукти от разлагането при горенето на дъгата и влагата се поемат от статичен филтър.




Новият брой 8/2017

брой 8-2017

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

ЕКСКЛУЗИВНО

Top