Сравнительная характеристика масляных, вакуумных и элегазовых высоковольтных выключателей

Содержание

Из чего состоит оборудование и какие бывают конструкции?

Элегазовый высоковольтный выключатель – это устройство, назначение которого управлять и осуществлять контроль над высоковольтной линией энергоснабжения. Конструкция такого оборудования напоминает механизм масляного устройства, только для гашения применяется соединение газов вместо масляной смеси. Как правило, используется сера. В отличие от масляного прибора, элегазовый не требует особого ухода. Его главным достоинством считается долговечность.

Элегазовые выключатели делятся на:

Колонковый. Применение такого строения оптимальное только для сети 220 кВ. Это отключающее устройство работает на одну фазу. В конструкцию входит две системы, которые размещаются в емкости с элегазом. Это контактная и дугогасительная система. Также они могут быть как ручными, так и дистанционными. Это считается основной причиной их больших размеров.
Баковый. По габаритам меньше, чем колонковые. В конструкции имеется дополнительный привод, который имеет несколько фаз. Благодаря этому можно плавно и мягко регулировать включение и выключение напряжения. А из-за того, что в систему встроен трансформатор тока, механизм способен переносить большие нагрузки.

По методу гашения электрической дуги элегазовые силовые выключатели делятся на:

воздушный, его еще называют автокомпрессионный;
вращающий;
продольного дутья.

Достоинства и недостатки оборудования

Как и в любых конструкциях и механизмах в элегазовых выключателях существуют свои преимущества и недостатки. К достоинствам устройства относят:

Многофункциональность. Назначение и применение такого механизма возможно для любого напряжения в сети.
Скорость действия. Элегаз реагирует на присутствие электрической дуги за считанные секунды. Благодаря этому в случае аварийной ситуации есть возможность быстро отключить подконтрольную систему.
Возможное использование при вибрациях и в условиях пожарной опасности.
Долголетие. Нет необходимости заменять газовые смеси. Контакты, что соприкасаются со смесями, почти не подлежат изнашиванию, а внешний корпус обладает большими показателями защиты.
Могут применяться на сетях высокого напряжения. Их аналоги, такие как вакуумные приборы, этого делать не способны.

Но у этих выключателей есть и свои недостатки. Например:

Так как производство приборов очень сложное и элегазовые смеси стоят дорого, то и цена самой конструкции высокая.
Не работают прибор при низкой температуре.
При требуемом обслуживании следует применять определенное оборудование.
Прибор следует устанавливать на специальную платформу или фундамент, а для этого следует обладать опытом и специальными инструкциями.

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, в котором подробно рассказывается о том, как работает оборудование, заполненное элегазом, и для чего оно применяется:

Вот мы и рассмотрели устройство, назначение и принцип действия элегазовых выключателей. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Наверняка вы не знаете:

Как передается электроэнергия на расстояния
Для чего нужна релейная защита
Чем опасно наведенное напряжение

Элегазовые выключатели принцип действия

Метод гашения дуги разнообразными газовыми смесями давно известен как в научной физике, так и производственном процессе.

Современное оборудование, имеющее внутри себя подготовленный газ, широко используют в производственных целях для предотвращения аварийных ситуаций.

Но то, какие именно процессы в этот момент происходят в самом приборе, известно далеко не всем. Потому ниже мы рассмотрим принципы, на которых основан такой прибор как элегазовый выключатель.

Особенности конструкции

Элегазовый выключатель – прибор, предназначенный для контроля и осуществления надзора за высоковольтными электросетями. По своим конструкционным принципам он близок к масляному выключателю, но вместо масляной смеси внутри находится газ. Также подобное сравнение показывает, что элегазовый аппарат порядком долговечнее и требует меньшего ухода.

Обычно в качестве газа применяют серу, но существую и иные смеси.

Существуют следующие разновидности конструкции:

Также данный прибор классифицируют исходя из метода гашения:

вращающий;
воздушный;
продольный.

Принцип работы и сфера применения

Работа устройства основана на изоляции фаз методом использования элегаза.

Детально принцип работы колонкового выключателя выглядит следующим образом:

Поступление сигнала выключения заставляет сигналы камер разомкнуться.
После этого встроенные контакты прибора создают дугу.
Среда с активированной дугой заставляет газ активно делится на частицы.
Вызванное этим процессом высокое давление, снижает саму качественную проводимость среды и дуга тухнет.

В некоторых конструкциях предусмотрен отдельный компрессор, который помогает нагнетать ситуацию в приборах работающих не низком давлении. Также, при газовом дутье применяется шунтирование, благодаря которому сила тока выравнивается и процесс стабилизируется.

Принципы работы колонковых устройств несколько отличаются:

контроль прибора осуществляется трансформаторами и дополнительными приводами. Такой подход обеспечивает возможность удерживания дуги в рамках определенной мощности, а также контролируемое выключение и включение всей сети;
сами приводы бывают гидравлическими и пружинными. Сугубо пружинные механизмы полностью построены на механических сочленениях, потому они конструктивно простые и надежные. Гидравлические приводы — являются дополненной гидравликой версией пружинного механизма.

Гидравлическая система более надежна благодаря гидравлической страховке, но при этом обременена рисками, связанными с ней же.

Достоинства и недостатки

Любой механизм или прибор обладает рядом преимуществ и недостатков.

В нашем случае к первым относят:

Многофункциональность – напряжений, с которыми не мог бы справиться прибор, попросту не существует.
Скорость – скорость реакции элегаза измеряется тысячными секунды, что позволяет произвести аварийное отключение в действительно короткие сроки.
Пожаробезопасность и устойчивость к вибрации.
Срок эксплуатации – корпус устройства надежно защищен, а контакты, защищаемые газовой средой, не подлежат износу в принципе.
Работоспособность в сетях высокого напряжения – те же вакуумные приборы этого не могут.

Советуем изучить Взрывозащищенные светильники. характеристика и применение

На этом лучшие особенности такого выключателя заканчиваются, потому перейдем к недостаткам:

Цена – сама элегазовая смесь стоит дорого, при этом и работы по созданию прибора являются достаточно затратными, потому этот выключатель достаточно дорогой.
Низкие температуры – самый большой минус этого аппарата. Прибор в принципе не способен работать при маленьких температурах, ведь они сильно влияют на физические свойства содержимого, нарушая работоспособность всей системы.
Дорогое обслуживание – работы по ремонту устройств данного типа достаточно редкое явление. Его конструктивные особенности помогают ему оставаться надежным почти всегда, но если ремонт необходим – он будет стоить очень дорого. Во-первых, производить такой ремонт можно только высокоточной техникой, которая сама по себе редкость, во-вторых, специалисты, умеющие обращаться с этой техникой, также просят высокую плату.
Дорогой монтаж – ситуация полностью аналогична обслуживанию. Монтаж крайне сложен в исполнении, потому работы по подготовке специальной платформы может производить только профессионал.

Подробнее ознакомиться с устройством и принципом действия элегазового выключателя вы можете на видео ниже:

Напоследок

Надеемся, что теперь для вас не осталось пробелов в теоретических принципах работы элегазовых выключателей высокого напряжения.

Правильный монтаж устройства

Перед установкой выключателя вакуумного типа проводится тщательный осмотр всех комплектующих. Необходимо убедиться, что в комплекте имеется все необходимое. Для этого следует воспользоваться списком и чертежами из руководства по эксплуатации.

Во время монтажа контролируется чистота и отсутствие царапин и неровностей на всех токопроводящих поверхностях. Если имеются загрязнения, они устраняются смоченной в спирте тканью. Пыль и грязь на изолирующих частях и корпусе убираются сухой ветошью.

Перед установкой несколько раз проводится ручное включение и отключение выключателя. Это необходимо, чтобы убедиться в подвижности его механических частей и исключить их заклинивание в рабочем режиме.

Подключение кабельной линии

Для подключения к устройству кабелей используются наконечники. Лучше применять новые наконечники из упаковки. Если используются старые, их необходимо тщательно зачистить. Методика очистки определяется видом материала.

Алюминиевые или медные наконечники без серебряного покрытия зачищаются наждачной бумагой с размером зерна не более 20. Затем они обезжириваются смоченной в спирте тканью.

Коммутационный модуль реклоузера

Наконечники с покрытием из серебра очищаются неворсистой тканью без применения растворителей. Использование наждачной бумаги недопустимо. Есть риск повреждения защитного слоя.

Заземление вакуумного выключателя

Выключатели для стационарной работы подсоединяются к заземлению с помощью винта М12. Для этого на корпусе аппарата предусмотрен соответствующий контакт с пометкой «земля».

Существуют также выключатели с выкатным элементом. В таких устройствах заземление является составной частью тележки. Перед вводом в эксплуатацию следует убедиться в надежности состыковки контактов такого заземлителя.

Ввод в работу и периодичность осмотра

Вакуумные выключатели управляются с помощью современных цифровых приборов. Работа с ними определенно вызовет затруднения у неподготовленного персонала. Поэтому перед тем как начать нажимать на кнопки, необходимо выяснить их назначение, то есть подробно ознакомиться с руководством по эксплуатации прибора. Там же имеется обозначение на схеме самого выключателя и периферийных устройств.

Аппараты вакуумного типа обладают плохой устойчивостью к токам короткого замыкания. Поэтому после каждого аварийного отключения выключателя по КЗ производится визуальный контроль состояния его контактов. При штатной эксплуатации такой осмотр рекомендуется производить не реже 1 раза в месяц и при нахождении проблем осуществлять технический ремонт.

Правила подключения и обслуживания ЭВ

Все действия, касающиеся монтажа, включения/выключения, ремонта и обслуживания элегазовых устройств, подчиняются строгим правилам, которые регламентированы ПУЭ 1.8.21.

Для подключения установки необходимо проверить наличие минимального давления в газонаполненной камере, иначе выключатель выйдет из строя. Чтобы предотвратить повреждения, установлена сигнализация, которая срабатывает при критическом понижении параметров давления. Уровень давления можно отследить с помощью манометра.

В шкафу привода установлены нагревательные элементы, эффективно препятствующие возникновению конденсата на элементах механизма. Оператору необходимо следить, чтобы нагреватели постоянно находились во включенном состоянии.

Осмотр установки производится каждый день в светлое время суток и примерно 2 раза в месяц в темное время суток. Если произошло аварийное отключение по одной из причин, требуется внеплановый осмотр

В процессе осмотра выключателя необходимо проверить наружную защиту, удалить загрязнения, исправить повреждения. Если нагреваются контакты, следует выяснить причину. При наличии треска, подозрительного шума нужно выявить источник. Металлическая монтажная конструкция одновременно является частью заземляющего контура, поэтому следует проверять ее целостность.

Обязательно снимаются показатели манометра. Давление должно соответственно норме, рассчитанной производителем. Необходимо проверить исправность регулирующих и контролирующих приборов, а при выходе из строя одного или нескольких элементов принять меры – совершить замену или отправить в ремонт.

Если давление газа уменьшилось, следует пополнить камеру элегазом. Изоляция в чистке не нуждается, так как конструкция полностью герметична.

Совместимость с другими агрегатами

Автономность интеллектуального выключателя зависит от конструктивных нюансов. Аппараты с приемником сигнала Wi-Fi управляются непосредственно с телефона без дополнительных приспособлений. Аналоги с системами Z-Wave или Zig-Bee нуждаются в дополнительном контроллере, выполняющего функцию посредника между смартфоном и выключателем. Идентичное устройство используется также для хранения заданных программ. Например, диапазон автоматического отключения и включения ламп.

Инновационные технологии дают возможность монтировать взаимодействующую систему, включающую в себя несколько интеллектуальных приборов. Пользователю доступна настройка выключателя в нескольких режимах, включая срабатывание аппарата при открывании дверей по сигналу датчика. Уровень светового потока, в свою очередь, может влиять на работу прочих бытовых устройств, например, кондиционера или увлажнителя воздуха.

Конструктивные различия устройств

Различают три вида высоковольтных выключателей с использованием электротехнического газа:

Колонковые – имеют вид вертикальных наборов изоляторов (два или более), представляющих колонны – полюсы. В верхнем элементе располагается дугогасящее устройство, а нижний является опорным и служит диэлектрической прослойкой между аппаратом и металлической рамой. Рама может быть индивидуальной для каждого полюса, а может быть общей для всех трех. Внутри нижнего элемента находится рычаг (изоляционная тяга), передающий движение от приводной системы на подвижный контакт выключателя.

Баковые – изготовлены в виде металлической емкости цилиндрической формы, сверху которой размещаются два изолятора, являющиеся вводами высокого напряжения. Устройство для погашения электрической дуги помещено в металлическую емкость, заполненную элегазом.

Комбинированные – совмещают две предыдущие модели, то есть металлический бак с двумя рядами фарфоровых изоляторов. Один из них содержит дугогасящее устройство. Во втором изоляторном ряду находится встроенный токовый трансформатор.

Электрические дуговые разряды приводят к возникновению в элегазе вредных для человеческого организма примесей. Их образование может увеличиваться из-за присутствия частиц кислорода или водяных паров. Этот факт способен понизить электроизоляционные параметры аппарата, поэтому в верхней части первого изоляторного ряда, помещается фильтр для вбирания влаги и продуктов газового распада.

Находящиеся в эксплуатации морально и физически устаревшие выключатели создают много проблем.

По данным РАО ЕЭС 15% всех выключателей высокого напряжения не соответствуют условиям эксплуатации; износ подстанционного оборудования превышает 50%. Более трети воздушных выключателей 330-750 кВ, составляющих основу коммутационного оборудования межсистемных электросетей, имеет срок службы более 20-ти и даже 30-ти лет. Аналогичная ситуация с коммутационным оборудованием на напряжение 110-220 кВ.

Устаревшие выключатели и системы их обеспечения требуют больших эксплуатационных расходов.

На мировом рынке до 2010 г. не просматривается альтернативы элегазовым и вакуумным выключателям. Поэтому продолжаются работы по их совершенствованию.

Применяется комбинация автопневматического способа гашения и, получившего в настоящие годы широкое распространение, способа автогенерации давления в элегазовых выключателях. Это позволяет уменьшить энергоемкость привода и делает возможным применение экономичного и надежного пружинного привода для элегазовых выключателей напряжением 245 кВ и выше.

Повышение эффективности гашения дуги дает возможность увеличить напряжение на один разрыв выключателя до 360-550 кВ.

Проводятся работы по дальнейшему совершенствованию контактных систем ВДК, поиску оптимального распределения магнитного поля для эффективного гашения вакуумной дуги и уменьшения диаметра камер. Продолжаются работы по созданию ВДК на напряжение более 35 кВ (110 кВ и выше) для вакуумных выключателей высокого напряжения.

Вакуумная аппаратура начинает использоваться на низком напряжении (1140 В и ниже), причем не только в виде контакторов, но и выключателей, аппаратов управления.

Проводятся работы по замене элегаза на смеси его с другими газами, а также использованию других газов.

Уровень разработок элегазовой и вакуумной аппаратуры в основном удовлетворяет требованиям потребителя.

На сегодня объем подачи на российском рынке зарубежной элегазовой аппаратуры значительно превосходит объем продаж отечественных аппаратов. Российским производителям все труднее конкурировать с зарубежными из-за технологической отсталости и отсутствия средств на техническое переоборудование.

3529

Закладки

Последние публикации

«Россети Сибирь» взяли на баланс 8,6 тысяч километров линий электропередачи

Вчера, в 13:36

Удмуртэнерго модернизировало систему уличного освещения в с. Завьялово

Вчера, в 12:38

Курскэнерго приняло участие в тренировке по ликвидации последствий ЧС

Вчера, в 10:21

Цвета водорода

29 сентября в 17:51

Глава Республики Марий Эл поблагодарил Игоря Маковского за помощь при тушении крупных лесных пожаров

29 сентября в 17:33

Команда «Россети Сибирь» вошла в десятку лучших на Всероссийских соревнованиях

29 сентября в 14:45

TDM ELECTRIC представляет: розетки и выключатели серии «Лама»

28 сентября в 18:14

Программно-технический комплекс КРУГ-2000 поставлен для автоматизации котельной в АгидельНовая публикация

28 сентября в 17:20

Мощные стабилизаторы напряжения «Сатурн» для Министерства Обороны РФ!

28 сентября в 11:57

«Россети Сибирь» полностью восстановили электроснабжение после непогоды в Кузбассе

28 сентября в 08:59

Самые интересные публикации

Новая газотурбинная ТЭЦ в Касимове выдаст в энергосистему Рязанской области более 18 МВт мощности

4 июня 2012 в 11:00

200429

Выключатель элегазовый типа ВГБ-35, ВГБЭ-35, ВГБЭП-35

12 июля 2011 в 08:56

44315

Выключатели нагрузки на напряжение 6, 10 кВ

28 ноября 2011 в 10:00

34127

Распределительные устройства 6(10) Кв с микропроцессорными терминалами БМРЗ-100

16 августа 2012 в 16:00

20019

Элегазовые баковые выключатели типа ВЭБ-110II

21 июля 2011 в 10:00

19825

Признаки неисправности работы силовых трансформаторов при эксплуатации

29 февраля 2012 в 10:00

18033

Оформляем «Ведомость эксплуатационных документов»

24 мая 2017 в 10:00

15985

Правильная утилизация батареек

14 ноября 2012 в 10:00

13986

Проблемы в системе понятий. Отсутствие логики

25 декабря 2012 в 10:00

12054

Порядок переключений в электроустановках 0,4 — 10 кВ распределительных сетей

31 января 2012 в 10:00

11235

Вакуумные выключатели 6-35 кВ. Преимущества и недоставки

Вакуумные выключатели, разработанные в 30-х годах прошлого века, достаточно быстро вытеснили с рынка морально и технологически устаревшие выключатели с масляной и воздушной дугогасящей средой. Такая популярность вакуумных выключателей объясняется рядом достоинств, которыми они обладают.

Преимущества

Высокая надежность и быстродействие

Показатели безаварийной работы вакуумных выключателей в разы превышают показатели масляных и воздушных выключателей. Высокая электрическая прочность вакуума позволила в разы сократить ход подвижных контактов вакуумного выключателя по сравнению с масляными и воздушными, обеспечив тем самым повышенное быстродействие и механическую надежность всего аппарата. К примеру, если при номинальном напряжении 10 кВ ход контактов вакуумного выключателя составляет 6-10 мм, то у масляного он достигает 100-200 мм на то же напряжение.

Коммутационная износостойкость

Технология эффективного гашения дуги и более совершенный конструктив вакуумных выключателей позволяют производителям заявлять о ресурсе вакуумных выключателей порядка 10 000 отключений номинального тока и до 200 отключений токов короткого замыкания, в то время как аналогичные параметры у масляных выключателей составляют 500 – 1000 и 3-10 отключений соответственно. Такой ресурс позволил значительно сократить расходы на техническое обслуживание и снизить число перебоев в электроснабжении потребителей.

Безопасность в эксплуатации

Вакуумные выключатели конструктивно подвергаются меньшим динамическим нагрузкам, имеют малую энергию привода, отсутствуют выбросы газа и масла, выключатель имеет меньшие габариты и массу, чем масляные и воздушные выключатели, а герметичное исполнение и отсутствие среды, поддерживающей горение, делают эти выключатели пожаробезопасными в процессе эксплуатации.

Недостатки

minus

Высокая стоимость ячейки

В начале статьи мы упоминали о преимуществах компактных ячеек типа КСО в сравнении с громоздкими многоотсечными КРУ с выкатным элементом. На данный момент на российском рынке представлены ячейки КСО с вакуумным выключателем только до 20 кВ, соответствующие требованиям ГОСТ. Но если речь заходит о напряжении 35 кВ, то дешевых и компактных ячеек типа КСО с вакуумным выключателем, соответствующих требованиям ГОСТ, в России нет.

minus

Коммутационные перенапряжения

Коммутационное перенапряжение — существенный недостаток вакуумных выключателей, в силу которого применение таких выключателей, к примеру, для электроснабжения шахтных трансформаторов и электрических машин, находящихся в условиях повышенной влажности и загрязненности, невозможно без дополнительного специального оборудования. Перенапряжения, возникающие при коммутации вакуумных выключателей, носят различных характер:

перенапряжения, вызванные токами среза
эскалация перенапряжений в цикле высокочастотных (ВЧ) повторных пробоев
перенапряжения при включении в цикле ВЧ встречных пробоев
перенапряжения в результате виртуальных токов среза
ВЧ броски тока высокой амплитуды

Приведенные выше физические явления характерны для выключателей с жесткими дугогасящими средами, к которым относится вакуум. Высокие кратности перенапряжений в первую очередь опасны для виткового оборудования (силовых трансформаторов и электрических машин). К примеру, силовые трансформаторы с облегченным уровнем изоляции рассчитаны до 23 и 34 кВ импульсных перенапряжений при 6 и 10 кВ номинального напряжения соответственно. Таких значений зачастую бывает недостаточно и использование вакуумных выключателей требует применения дополнительного оборудования для защиты таких потребителей.

Еще серьёзнее ситуация выглядит, когда потребителем является электродвигатель, так как двигатели обладают более низким уровнем изоляции по сравнению с трансформаторами и, в особенности, пониженной импульсной прочностью обмоток при воздействии волн с крутым фронтом. При определенном сочетании параметров схемы и начальных условий наблюдается постепенное нарастание максимумов волн (эскалация напряжений), при котором они могут достигать 5-тикратных значений по отношению к фазному напряжению двигателя. Такие процессы негативно сказываются на работе двигателей и приводят к их преждевременному выходу из строя.

Экономия при эксплуатации вакуумных выключателей

Этот пункт напрямую вытекает из предыдущего:

Чтобы проверить вакуумный выключатель, не нужно масляного и компрессорного хозяйства, соответственно не нужно тратить деньги на их содержание, как в случае с другими типами выключателей.
Также вакуумная камера, в которой гасится электрическая дуга, не требует никакого пополнения внутренней среды, как в случае масляного или элегазового выключателя.
Также вакуумные выключатели отличаются высокой коммутационной износостойкостью, благодаря чему можно сократить расходы на его обслуживание.
За счет этого сокращаются и перерывы в электроснабжении из-за редко проводимых регламентных работ.