Лопатин В.П. Лекции по предмету / 4

Элегазовые выключатели.

Высокая способность элегаза (SF6) гасить электрическую дугу объясняется тем, что молекулы элегаза улавливают электроны дугового столба и образуют относительно неподвижные отрицательные ионы. Потеря электронов делает дугу неустойчивой и она быстро гаснет. Если добавить в процесс дугогашения газовое дутьё, которое может быть обеспечено или с помощью поршневого устройства, или с использованием современного принципа автогенерации; поглощение электронов из дугового столба происходит ещё эффективнее.

Принцип автогенерации состоит в том, что в процессе горения дуги элегаз находится в ограниченном объеме из-за нагрева расширяется, создается дополнительное давление, обеспечивающее газовое дутье. При этом принципе не расходуется дополнительная энергия для перемещения поршневого устройства.

В современных конструкциях элегазовых выключателей, охватывающих напряжение от 6 до 500 кВ используются известные принципы дугогашения: магнитное дутье, автогенерация, автокомпрессия.

Быстродействующие вакуумные коммутационные аппараты с управляемой коммутацией на основе вакуумных разрядников.

Управляемая коммутация успешно решает проблему предотвращения опасных бросков тока и возникновения перенапряжений, увеличения ресурса оборудования.

Например, использование управляемой коммутацией конденсаторных батарей эффективно как при включении, так и при отключении цепей в рабочих режимах при управляемом включении существенно снижаются броски тока, а при управляемом отключении снижается вероятность повторных пробоев межконтактного промежутка и как следствие – возникновение перенапряжения. Оптимальном моментом включения цепи является момент, когда напряжение на разрыве выключателя проходит через ноль. Чем дальше момент включения находится от нулевого значения напряжения на разрыве, тем выше броски тока. Управляемая коммутация номинальных токов дает возможность повысить ресурс выключателя, особенно, если он работает в режиме частых коммутаций и позволяет предотвратить срез тока.

Наиболее простым и дешевым способом управляемой коммутацией является использование новых типов вакуумных коммутационных устройств, к которым относятся вакуумные управляемые разрядники (РВУ), их комбинация с вакуумными выключателями позволит свести процесс включения коммутационного устройства к моментальному (единицы мкс) включению РВУ с последующим замыканием контактов выключателя.

Управляемый вакуумный разрядник, разработанный предприятием ВЭИ им. Ленина, представляем собой безнакальный трехэлектродный герметизированный прибор с давлением остаточных газов, не превышающих 10^-4 Па.

Включение управления разрядника осуществляется подачей пускового импульса напряжения на управляющий электрод. Этот импульс напряжения вызывает пробой диэлектрической вставки узла поджига и генерацию искрового разряда. Плазма искрового разряда заполняет пространство вакуумного промежутка и разряд переходит из искровой стадии в дуговую и разрядник включается. Вакуумный дуговой разряд сам себя поддерживает и гаснет, когда ток в основной цепи спадает до нуля. Время включения вакуумного управляемого разрядника может быть менее 1 мкс. Быстродействующее синхронизированное включение будет обеспечено, если разрядник установить параллельно выключателю.

Это синхронизированное включение обеспечит включение трансформаторов, шунтирующих реактор или подключение нагрузки к электрической сети к резервному источнику питания с высокой точностью в заданной фазе питающего напряжения при любой последовательности чередования фаз, что позволит исключить нежелательные переходные процессы, возникающие при выключении в произвольной фазе напряжения.

Альтернативные решения элегазовым и вакуумным выключателям.

1. Возможность использования других изоляционных и дугогасительных сред.

2. Перспективна полупроводниковая технология, однако разработки полупроводниковой техники не позволяют создать аналоги современным коммутационным аппаратам ( силовые ключи).

3. Исследуется возможность создания эффективных ограничителей тока на базе высокотемпературных сверхпроводящих материалов. Такие ограничители тока не только решают задачи коммутации электрических цепей, но и позволяют снизить массу оборудования за счет уменьшения токов термической и динамической устойчивости.

4. Работы по созданию «умных» аппаратов проводятся в двух направлениях : 1) разработка выключателей с управляемой синхронной коммутацией; 2) создание систем автоматизированной диагностики и мониторинга.

Характеристики синхронных аппаратов могут быть улучшены за счет использования управляемых разрядников, включающих цепь в любой момент времени с высокой точностью. Системы диагностики дают возможность проанализировать изменение изоляционных, коммутирующих характеристик аппарата во время эксплуатации и своевременно обнаруживать опасные отклонения этих характеристик от номинальных и предотвратить крутые аварии оборудования и ненужные ревизии.

Масляные выключатели.

Бывают двух конструктивных видов:

1) масляные баковые выключатели;

2) маломасляные ( горшковые).

Масляные баковые выключатели.

Применяются в открытых распределительных устройствах (ОРУ) подстанции 35, 110,220 кВ.

Масло в баковых выключателях служит для гашения дуги изоляции токоведущих частей. При напряжении 35 кВ и выше для каждой фазы применяют свой бак.

Движение подвижным контактам передается с помощью изолирующей тяги, связанной с приводом выключателя. При отключении выключателя в местах размыкания контактов возникают электрические дуги, которые разлагают и испаряют масло. Образуется газовый пузырь, содержащий до 70% водорода. Газ горючий, однако его возгорание не происходит из-за отсутствия кислорода. Время гашения дуги 100 мс.

В рассматриваемой конструкции специальных средств гашения дуги не предусмотрено. Масло в бак заливается не полностью. Воздушная подушка уменьшает силу удара в крышку выключателя в свзи с высоким давлением в процессе гашения дуги. Для выхода газа предусмотрена выхлопная труба. Если уровень масла будет недопустимо низким, то газы могут сильно нагреться и может произойти взрыв смеси водорода с воздухом. Для наружных установок с напряжением 35 кВ и выше применяются выключатели с дугогасительными устройствами. По принципу действия дугогасительного устройства можно разделить на три группы:

1) с автодутьем, в которых высокое давление и большая скорость движения газа в зоне дуги создается за счет выделяющейся в дуге энергии;

2) с принудительным масляным дутьем, у которых к месту разрыва масло нагнетается с помощью специальных механизмов;

3) с магнитным гашением в масле, в которых дуга под действием магнитного поля перемещается в узкие каналы и щели. Наиболее эффективным и простым являются дугогасительные устройства с автодутьем, которые работают тем эффективнее, чем больше ток в дуге. Количество разрывов в баковом выключателе должно быть тем больше, чем выше коммутационное напряжение. Для равномерно распределения напряжения между основными разрывами параллельно им включают шунтирующее сопротивление.

Преимущества баковых выключателей: простота конструкции, высокая отключающая способность, пригодность для наружной установки и наличие встроенных трансформаторов тока.

Недостатки: взрыво- и пожароопасность, не пригодны для выполнения быстродействующих систем автоматизированного повторного включения (АПВ), имеют большую массу, объем масла, не пригодны для установки внутри помещений.