Высоковольтные элегазовые выключатели переменного тока
Элегаз (SF6 - шестифтористая сера) - представляет собой инертный газ, плотность которого превышает плотность воздуха в 5 раз. Электрическая прочность элегаза в 2-3 раза выше прочности воздуха; при давлении 0,2 МПа электрическая прочность элегаза сравнима с прочностью масла.
В элегазе при атмосферном давлении может быть погашена дуга с током, который в 100 раз превышает ток, отключаемый в воздухе при тех же условиях. Исключительная способность элегаза гасить дугу объясняется тем, что его молекулы улавливают электроны дугового столба и образуют относительно неподвижные отрицательные ионы. Потеря электронов делает дугу неустойчивой, и она легко гаснет. В струе элегаза, т.е. при газовом дутье, поглощение электронов из дугового столба происходит еще интенсивнее.
В элегазовых выключателях применяют автопневматические дугогасительные устройства, в которых газ в процессе отключения сжимается поршневым устройством и направляется в зону дуги. Элегазовый выключатель представляет собой замкнутую систему без выброса газа наружу.
Принципиальная схема дугогасительного устройства элегазового выключателя конструкции ВЭИ приведена на рис.1.
Рис.1. Схема автопневматического гасительного устройства
элегазового выключателя с односторонним дутьем:
а - положение «включено»;
б - начальная фаза процесса отключения;
в - конечная фаза процесса отключения;
г - положение «отключено»
Поршень 1 и полый контакт 2 неподвижны. Цилиндр 3 с соплом 4 из фторопласта с розеточным контактом 5 перемещаются по горизонтальной оси с помощью пневматического привода (на рисунке не показан). Рис.1,а соответствует положению «включено»: контакты 2 и 5 замкнуты. В процессе отключения (рис.1,б) цилиндр 3 перемещается приводом вправо. При этом газ в полости А сжимается, контакты размыкаются и между ними образуется дуга.
На выходе вспомогательного электрода 6 из внутренней полости контакта 2 газ начинает вытекать через эту полость. Если отключаемый ток мал (порядка нескольких десятков ампер), поток газа через внутреннюю полость контакта 2 достаточен, чтобы погасить дугу при относительно небольшой ее длине в течение приблизительно 10 мс. При отключении тока КЗ (рис.1,в) гашение дуги происходит по выходе контакта 2 из сопла 4, когда вследствие увеличивающегося давления газа в полости А создается сильный поток газа сквозь столб дуги. При включении выключателя цилиндр с соплом и розеточным контактом перемещаются влево.
Рис.2. Автопневматическое гасительное устройство элегазового выключателя
с двухсторонним дутьем (положение «отключено»)
Исследования показали, что более эффективным является гасительное устройство аналогичной конструкции, но с двухсторонним дутьем (рис.2). В положении «включено» подвижный цилиндр 1 с контактом 2 и соплом 3 смещен влево и розеточный контакт 2 охватывает неподвижный контакт 4. В процессе отключения цилиндр 1 перемешается относительно неподвижного поршня 5 направо; контакты размыкаются и зажигается дуга; давление газа в полости А увеличивается; образуется двухстороннее дутье через полые контакты и дуга угасает.
Рис.3. Элегазовый выключатель типа ВЭК-110
Внешний вид элегазового выключателя типа ВЭК-110Б-40/2000 показан на рис.3. Основные характеристики его таковы; номинальное напряжение 110 кВ; номинальный ток 2000 А; номинальный ток отключения 40 кА; время отключения 3 периода; привод пневматический; масса 3,9 т.
Фирмой «Вестингауз» (США) разработана серия элегазовых выключателей для номинальных напряжений от 115 до 330 кВ включительно и номинальных токов отключения от 20 до 63 кА. Элегаз используется в качестве изоляции, дугогасящей среды, а также для управления выключателем. Отключение обеспечивается при скорости ПВН 5 кВ/мкс. Гашение дуги происходит при первом переходе тока через нулевое значение при расстоянии между контактами около 100 мм. Продолжительность горения дуги составляет 20-25 мс и время отключения 2 периода. В отличие от воздушных выключателей отключение происходит бесшумно.
Рис.4. Полюс элегазового выключателя фирмы «Вестингауз»
На рис.4 показан полюс выключателя с номинальным напряжением 230 кВ и номинальным током отключения 50 кА. Он имеет два разрыва с двухсторонним дутьем, включенных последовательно.
Здесь 1 - зажимы, 2 - ввод с фарфоровым покрытием, 3 - трансформатор тока, 4 - подогреватели, 5 - U-образный проводник, 6 - резервуар с элегазом, 7 - опорные устройства, 8 - гасительные устройства, 9 - трубки системы управления, 10 - операторы, 11 - стальная коробка для защиты от атмосферных воздействий.
Рис.5. Трехполюсный элегазовый выключатель фирмы «Вестингауз»
(внешний вид)
Гасительное устройство разделено на две области: высокого (1 МПа) и низкого (0,02 МПа) давления. Три полюса устанавливают на общей стальной конструкции из двутавровых балок (рис.5). Снизу расположен резервуар с запасом элегаза при давлении 0,02 МПа. В периоды ремонта выключателя он используется для сохранения всего газа, содержащегося в выключателе. Сбоку установлен шкаф, в котором расположены элементы управления и герметизированный компрессор, поддерживающий необходимое давление газа в выключателе. Система управления состоит из двух частей: общего привода, пристроенного к среднему полюсу, и индивидуальных операторов, расположенных над дугогасительными устройствами. К числу достоинств выключателя следует отнести наличие встроенных трансформаторов тока (шесть трансформаторов тока на каждый полюс).