Элегазовые выключатели
Красная вертикальная штука –дугогасящая
камера. Как видно, это гораздо меньше,
чем у воздушных выключателей.
Элегаз (SF6) – шестифтористая сера (гексафторид серы). Элегаз плотнее и тяжелее воздуха примерно в 5 раз. Стоит её нагреть, резко увеличится давление. И дуга нагревает элегаз, увеличивает давление. Элегаз будет выходит (как показано стрелками на рисунке) будет выходить не сколько из-за поршневых систем (привода), а из-за нагрева. Поэтому давления требуется на порядок меньше, чем в воздушных выключателях.
По сути, это бутылка с пробкой (подвижный контакт). Сначала эта "пробка" была слева, рядом с неподвижным контактом, и она закрывала "горлышко". Привод потянул контакт вправо. Чёрным цветом (прямоугольник между контактами) обозначена растягивающаяся дуга. Как только "пробка" вышла из зацепления с "горлышком", появился зазор, и элегаз выходит.
Элегаз не токсичен для человека (конечно, будет удушье, потому что газ тяжёлый, но надо буквально перевернуть себя вниз головой и газ вытечет вниз). А вот продукты распада элегаза (особенно фторид тионила) ядовиты и химически активны. И устраивают необратимые процессы в наших лёгких. Они образуются в момент горения/гашения дуги. И если в этот момент произойдёт разгерметизация, то будет уже плохо для человека. Распознавательный признак – запах сероводорода = запах тухлых яиц. В таких случаях надо быстро покинуть помещение, продышаться, обратиться к врачу. И эта проблема ещё открыта.
Позитивные свойства элегаза:
1) не горюч
2) инертен. Не окисляет контакты.
3) Дешёвый (300 руб/кг). Он дорогой из-за металлической начинки
Ну и вот собственно начинка. Разрежем бак (картинка справа) вдоль.
Синее – главные контакты. Там течёт
ток, как по трубе, и они размыкаются в
первую очередь. Итак, начинаем размыкать:
Разомкнулись главные контакты. Разомкнулись без дуги, потому что ток перекинулся на дугогасительный контакт (синий цвет). Справа оранжевым неподвижный контакт, слева белый – подвижный контакт.
Размыкаем дугогасительный контакт. Появляется дуга между ними. Всё это время сдавливался объём (синий цвет). Всё жёлтое это элегаз. При каком-то давлении элегаз открывает клапаны (где стрелки возле синего цвета), он выходит из зоны высокого давления в зону низкого давления, ушёл в дугу, разрубив её поперечным образом. И вот выключатель в отключенном положении. (Серое это экраны из старопласта).
Элегаз сам по себе не просто "дунул", а обеспечил рекомбинацию (плюс склеивается с минусом и образуется электронейтральная частица). Дуга – это плазма, а это раскалённый ионизированный проводящий газ. Ионизированный – из-за действия температуры с электронейтральных частиц (серы, фтора) оторвали электроны. Отдельно летят электроны, отдельно положительные ионы. Ломать не строить, обратно собрать частицы тяжёлые. И тут важное свойство нужно – электроотрицательность (ЭО). Это свойство элемента захватывать электроны и присоединять к себе. Фтор – самый электроотрицательный элемент. Если б можно было сделать, делали бы фторные выключатели, но фтор активный элемент. Поэтому соединяем с серой.
Это колонковый выключатель слева, а
справа Т-образный выключатель, который
имеет шунтирующие конденсаторы (это
редкость) (до этого мы смотрели баковый).
На напряжении 6-10 кВ выключатели становятся другими, более миниатюрные (с почтовый ящик размером):
Там нет поршневых систем. Всё зелёное – элегаз. Ток сначала течёт по главным контактам (оранжевый цвет), они размыкаются в первую очередь, потом ток перекидывается на дугогасительный контакт (синий цвет). Там возникает дуга (нижний рисунок). Эта дуга греет элегаз внутри розовой камеры, ему деваться некуда, кроме как уйти в трубку (внизу розовой камеры), которая является подвижным контактом. Чтобы дугогашение происходило быстрее, навешивают электромагниты, которые создают поперечное магнитное поле, которое вращает дугу в горизонтальной плоскости. И тогда она сильнее обдувает на токоведущие части.
Итоги:
1) Элегаз применяется на всех напряжения (кроме до 1 кВ, там воздух). Единственный достойный конкурент – вакуум.
2) На морозах элегаз сжижается и теряет свою коммутационную способность. Это значит, что если выключатель баковый, то его надо обогревать. Если колонковый, то смешивают элегаз с азотом или хладоном (инертным газом) в пропорции 50 на 50, чтобы увести точку росы в зону экстремально арктических температур (сжижался при -35°С, а будет сжижаться при -65°С).
3) Функциональность зависит от давления внутри выключателя, точнее от плотности. И если на воздушных выключателях стоят манометры, то здесь плотномеры (или денсиметры). Денсиметры отличаются от манометров тем, что они понимают по какой причине снизилось давление. И тут две ситуации: а) стало холоднее, давление снизилось, в такой ситуации ничего делать не надо; б) есть отверстие, элегаз покидает камеру, в этом случае выключатель блокируют (запрещают ему включаться и отключаться), так как дугу он не погасит, а может повредиться вплоть до взрыва.
4) Самая дорогая техника, вакуумная дешевле (азот почти не удешевляет конструкцию, Титков обманул нас).
5) Самые мощные в плане коммутационной способности. То есть могут гасить токи до 250 кА. Это ток КЗ на генераторе реактора ВВЭР–1200 на ЛАЭС-2.
Если в своём дипломе применять только элегаз, то мы не ошибёмся, правда выйдет дороговато, и если токи КЗ позволяют, то лучше на собственных нуждах (6-35 кВ) ставить вакуумные. Но только ни в коем случае не применять масло.