Описание конструкции элегазовых колонковых выключателей: дугогасительное устройство, опорный изолятор, привод, шкаф управления, предохранительный клапан, приборы и устройства, контролирующие состояние элегаза, мониторинг параметров
Описание элегазовых колонковых выключателей типа hpl-245b1
Выключатели типа HPL-245B1 относятся к электрическим коммутационным аппаратам высокого напряжения, в которых в качестве дугогасительной и изоляционной среды используется элегаз (шестифтористая сера SF6). Серия выключателей типа HPL компании «АББ» на номинальные напряжения 72–800 кВ и ток отключения до 63 (80) кА удовлетворяет самым высоким требованиям. Компания «АББ» производит элегазовые выключатели с компрессионными устройствами гашения дуги с 1981 года. Принцип работы компрессионных дугогасительных устройств представлен на рис. 2.
Разделение контактов
Замкнутое Основное Горение Гашение Разомкнутое Включение
положение положение дуги дуги положение
Рис. 2. Принцип работы компрессионных дугогасительных устройств.
В нормальном положении контакты выключателя замкнуты и ток проходит от верхнего токопровода к нижнему через главные контакты и компрессионный цилиндр.
При операции отключения, подвижные части главного и дугогасящего контактов, а также компрессионный цилиндр и сопло сдвигаются в разомкнутое положение. Важно учитывать, что подвижные контакты, сопло и компрессионный цилиндр составляют один подвижный узел. Другими словами, процесс компрессорного дугогашения, применяемый в выключателях (серии HPL) компании «АББ», имеет конструкцию с одноходовым движением для размыкания контактов. Когда подвижный узел двигается в направлении разомкнутого положения контактов, клапан заполнения закрывается и элегаз начинает сжиматься между подвижным компрессионным цилиндром и неподвижным поршнем. Первыми разделяются главные контакты. Благодаря тому, что размыкание главных контактов происходит за время, достаточное до начала размыкания дугогасящих контактов, любая дуга будет зажигаться только между дугогасящими контактами в объёме, ограниченном геометрией сопла. Когда начинают размыкаться дугогасящие контакты, между подвижным и неподвижным дугогаcящими контактами зажигается дуга. Во время горения дуги тело плазмы в некоторой степени блокирует движение элегаза через сопло, в результате чего в компрессорном объёме продолжает увеличиваться давление газа до того момента, когда токовая кривая проходит через нулевое значение, и дуга становится сравнительно слабой. В этот момент поток сжатого под большим давлением элегаза вырывается из компрессионного объёма через сопло и гасит дугу. В разомкнутом положении расстояние между неподвижным и подвижным контактами выбрано достаточным для того, чтобы выдерживать нормированные уровни диэлектрической прочности промежутка.
При операции включения клапан наполнения открывается и элегаз может свободно проходить в компрессионный объем. Следует отметить, что давление элегаза, необходимое для гашения дуги, поднимается чисто механическим способом. Таким образом, выключатели с компрессионным методом гашения нуждаются в достаточно мощном приводе, чтобы преодолеть создаваемое газом давление в сжимаемом объёме, которое необходимо для отключения номинальных токов КЗ, но при этом обеспечить определённую скорость движения контактов, чтобы в образующемся межконтактном изоляционном промежутке выдерживать без повторных пробоев восстанавливающееся на контактах напряжение.
Дугогасительные устройства автокомпрессионного типа (Auto-Puffer™) демонстрируют свои расчетные преимущества главным образом при отключении больших токов (например, номинального тока КЗ).
Выключатели HPL работают от приводов типа BLG с взводом пружин электродвигателями. Выключатели HPL могут работать с 1-но и 3-х полюсным управлением. Выключатели, имеющие одно дугогасительное устройство на полюс, могут работать в обоих режимах управления. Выключатели с двумя дугогасительными устройствами на полюс допускают управление только на один полюс, т.е. пофазное. Три полюса выключателя монтируются на отдельных полюсных опорах. При трехполюсном режиме управления полюса выключателя и привод соединены между собой тягами. Каждый полюс выключателя оборудован своей отдельной отключающей пружиной. Каждый полюс выключателя собран в герметичную колонку, заполненную элегазом, состоящую из дугогасительной камеры, пустотелого опорного изолятора и корпуса механизма. Эксплуатационная надежность и срок службы элегазового выключателя во многом зависят от способности обеспечить герметизацию объёма с элегазом и нейтрализовать влияние влажности и продуктов разложения газа внутри камеры.
Риск утечки газа незначителен благодаря применению двойных кольцевых уплотнений и крестообразных кольцевых уплотнений из нитрильного каучука.
В каждой дугогасительной камере помещается абсорбционный фильтр (диссикант), который поглощает из элегаза остаточную влажность и задерживает продукты распада элегаза, образующиеся в процессе горения дуги.
Поскольку отключающая способность зависит от плотности элегаза, полюс выключателя HPL оборудован монитором плотности.
Монитор плотности представляет собой реле давления с температурной компенсацией, поэтому предупредительный сигнал и функция блокировки включаются только в том случае, когда давление элегаза снижается из-за его утечки. Конструкция соответствует требованиям стандартов МЭК и ANSI. Существуют также специальные конструкторские решения, соответствующие требованиям иных стандартов и/или спецификаций.
Способность к коммутации токов.
Все выключатели типа HPL способны отключать токи КЗ в течение максимум 40 мс. Благодаря оптимизации конструкции контактов и скорости их движения гарантируется отключение емкостных токов с очень низкой вероятностью повторных пробоев. При отключении индуктивных токов значения перенапряжений невелики благодаря оптимальному режиму гашения дуги при переходе тока через нулевое значение. Выключатели HPL обладают высокой диэлектрической прочностью даже при атмосферном давлении элегаза вследствие оптимизации размера межконтактного промежутка и высокой диэлектрической прочности элегаза. Для управляемой коммутации особенно важно, чтобы времена операций включения и выключения имели постоянные значения. Гарантируется точность выдержки времени ±1 мс для всех выключателей типа HPL.
Выключатели HPL предназначены и применяются для работы в различных климатических условиях, от полярных до пустынных. При установке выключателей в зонах с экстремальными температурами существует опасность конденсации элегаза. Чтобы избежать ее последствий, применяют одну из следующих газовых смесей:
SF6 (элегаз) и N2 (азот);
SF6 и CF4 (хладон).
Выбор алюминия и его сплавов для изготовления компонентов (корпуса приводов, высоковольтные аппаратные выводы, шкафы) обеспечивают высокую степень коррозионной стойкости без необходимости дополнительной защиты.
При эксплуатации в экстремальных внешних условиях выключатели HPL могут поставляться с защитными лакокрасочными покрытиями. Опорная конструкция и защитные трубы для тяг механизмов управления выполнены из стали с горячим цинкованием. В качестве дополнительной системы контроля элегазовый колонковый выключатель может работать в системе мониторинга (система снятия и передачи в режиме реального времени данных о состоянии выключателя в пункт диспетчерского управления).
Устройство оперативного мониторинга в режиме реального времени (OLM2, On-line monitoring) и модуля анализа (Explorer) системы OLM, представляющего собой средство наблюдения и анализа данных. Эти устройства предназначены для сбора измерительных данных и оптимального оперативного анализа состояния высоковольтных выключателей:
Функциональные категории: оперативные времена срабатывания, оперативные скорости срабатывания, оперативное время соленоида катушки, пиковый ток катушки, время демпфирования, избыточный ход и отскок.
Счётчики, регистрирующие число операций выключателя и число включений электродвигателя.
Пиковый ток электродвигателя и время взвода пружины.
Внутренняя температура привода.
Температура окружающего воздуха.
Напряжения и токи источников питания (системы OLM и нагревателей).
Плотность элегаза с анализом тренда.
Износ контактов (дополнительная возможность).
Ход контакта и положение контакта.