Элегазовые выключатели: критерии выбора и рекомендации по подключению

Работа высоковольтных электросетей значительно отличается от функционирования бытовых систем. В случае аварийной ситуации для отключения оборудования и тушения электрической дуги требуются более мощные аппараты по сравнению со стандартными автоматами.

В качестве защитных устройств используются элегазовые выключатели (ЭВ), которые могут управляться как вручную, так и автоматически. Мы подробно рассмотрели их конструктивные особенности и принцип работы, а также предоставили советы по установке, подключению и обслуживанию.

Выбор элегазового выключателя зависит от нескольких ключевых факторов, таких как номинальное напряжение, ток нагрузки и ожидаемые условия эксплуатации. Важно учитывать также требования по мощности и производительности, а также спецификации, установленные для конкретных условий сети. Например, некоторые ЭВ могут быть оптимизированы для работы в условиях высокой влажности или при резко изменяющихся температурах.

При установке элегазового выключателя необходимо соблюдать инструкции производителя и обеспечить правильное подключение всех элементов. Важными аспектами являются надежная Земля и правильная схема подключения для предотвращения коротких замыканий. Также рекомендуется проводить регулярную диагностику и техническое обслуживание, чтобы предотвратить возможные нарушения работы или аварийные ситуации.

Безопасность пользователей и оборудования является основным приоритетом, поэтому важно проводить все работы по установке и обслуживанию с осторожностью и в соответствии с действующими нормами и стандартами. Настоятельно рекомендуется привлечение квалифицированных специалистов для выполнения данных задач.

Характеристика и использование элегаза

Элегаз, представляющий собой шестифтористую серу, относится к газам, используемым в электротехнике. Благодаря своим изоляционным свойствам, он активно применяется в производстве электрических устройств.

В нормальных условиях элегаз является бесцветным и не имеющим запаха газом, который не горит. Если сравнить его с воздухом, то он имеет большую плотность (6,7) и молекулярную массу, превышающую воздушную в пять раз.

Одним из главных преимуществ элегаза является его стойкость к внешним воздействиям. Он сохраняет свои свойства при любых условиях. При разрыве в процессе электроразряда, он быстро восстанавливается, что важно для его работы.

Молекулы элегаза имеют способность связывать электроны и создавать отрицательные ионы, что обеспечивает высокую электрическую прочность. По этому показателю элегаз значительно превосходит воздух, чьи изоляционные свойства в 2-3 раза слабее. Кроме того, он относится к негорючим веществам и способен охлаждать.

Когда стало необходимо найти газ для гашения электрических дуг, изучали свойства таких веществ, как SF6 (шестифтористая сера), четыреххлористый углерод и фреон. В результате испытаний наилучшие результаты показал SF6.

Указанные характеристики сделали элегаз идеальным выбором для применения в электротехнической отрасли, в частности, в следующих устройствах:

• силовые трансформаторы с магнитной индукцией;
• распределительные устройства полного типа;
• линии высокого напряжения для соединения удаленных объектов;
• высоковольтные выключатели;
• первичные и вторичные распределительные установки;
• в устройствах для компенсации реактивной мощности.

Однако некоторые свойства элегаза потребовали доработки конструкции выключателя, основной из которых заключается в переходе газообразной фазы в жидкую, что возможно под определенными условиями давления и температуры. Использование элегаза в закрытых системах может повысить безопасность и надежность работы электрооборудования.

Для стабильной работы оборудования необходимо создать комфортные условия. Например, для нормального функционирования элегазовых устройств при температуре -40°С следует поддерживать давление не более 0,4 МПа и плотность менее 0,03 г/см³. На практике, при необходимости, газ подогревается, чтобы избежать перехода в жидкую форму. Элегаз также требует специальной системы мониторинга, чтобы контролировать его состояние и предотвратить утечки.

Кроме того, необходимо учитывать, что элегаз обладает высокой потенцией к парниковому эффекту: его использование необходимо ограничивать, если не обеспечены соответствующие меры по его утилизации и снижению воздействия на окружающую среду.

Структура элегазового выключателя

Сравнивая элегазовые устройства с аналогами других типов, отмечаем, что по конструкции они наиболее близки к масляным выключателям. Но основное отличие заключается в наполнителе камер, где происходит гашение дуги.

Для масляных выключателей используется специальная масляная смесь, а для элегазовых применяется 6-фтористая сера, что делает вторые более долговечными и с меньшими требованиями к обслуживанию.

Элегазовые устройства колонкового типа имеют конструктивную схему, где дугогасительные элементы располагаются в верхней части, а шкаф управления внизу.

Методы гашения электродуги зависят от множества факторов, среди которых ключевыми являются номинальный ток и напряжение, а также условия эксплуатации.

Существует четыре основных типа ЭВ:

• с электромагнитным дутьем;
• с дутьем в элегазе – с одной ступенью давления;
• с продольным дутьем – с двумя ступенями давления;
• с автогенерирующим дутьем.

В отличие от воздушных аппаратов, где газ выходит в атмосферу в процессе гашения, элегазовые выключатели сохраняют газ в замкнутом пространстве с небольшой избыточной давлением.

Типы колонковых и баковых устройств

На практике используется два типа элегазовых установок:

Эти устройства различаются как конструктивно, так и по принципу гашения дуги. Внешне колонковые устройства напоминают маломасляные: они состоят из двух функциональных частей – дугогасительной и контактной, и имеют одинаковые габариты.

Отключающие устройства работают от однофазной сети 220 В. Примером колонкового элегазового выключателя является LF 10 от Schneider Electric.

Управление оборудованием может проходить двумя способами: вручную, с использованием механических устройств, или дистанционно, в автоматическом режиме.

Баковые элегазовые приборы меньшего размера и обладают многофазным приводом, что улучшает контроль и плавную регулировку параметров напряжения.

Одним из преимуществ баковых ЭВ является их способность выдерживать повышенные нагрузки благодаря встроенному трансформатору тока.

Примером бакового устройства служит элегазовая установка DT2-550 F3 от Alstom Grid. Эти приборы зарекомендовали себя положительно в электросистемах напряжением 500 кВ.

Конструкция этих устройств обеспечивает надежную работу в условиях низких температур, повышенной влажности, а также в регионах с сейсмической активностью и высоким уровнем загрязнения атмосферы.

Как происходит гашение дуги

Рассмотрим работу устройства на примере выключателя LW36 от китайского производителя CHINT.

При отключении пружина воздействует на элементы цилиндра, которые опускаются вниз. Все контакты, кроме дугогасительных, размыкаются. В момент размыкания дугогасительных контактов, по которым проходит ток, возникает электрическая дуга.

Горячий газ перемещается в камеру охлаждения, срабатывает обратный клапан. Когда газ из этой камеры выдувается в промежуток, происходит гашение дуги.

Для отключения небольших токов давления в камере может быть недостаточно, тогда подключается давление из компрессионной камеры, которое всегда выше. Обратный клапан открывается, газ поступает в промежуток, и при переходе через ноль гасит дугу.

Схема внутреннего расположения подвижных и неподвижных клапанов, декомпрессионных и обратных клапанов показывает следующие позиции: 1 – включение; 2 – отключение больших токов; 3 – отключение малых токов; 4 – отключение устройства.

Современные колонковые установки обладают усовершенствованными характеристиками, минимизированное техническое обслуживание и увеличенный ресурс коммутации. Элегазовые выключатели отличаются низким уровнем шума, надежной механикой и простотой монтажа и тестирования.

Управление баковых моделей осуществляется с помощью привода и трансформаторов. Пружинный или пружинно-гидравлический привод контролирует включение/отключение и удержание электродуги.

Назначение привода

Привод отвечает за выполнение всех операций, связанных с включением и отключением или удержанием устройства в заданном положении. На схеме показано, где расположить привод. Обычно он устанавливается на уровне земли или на невысокой опоре, что обеспечивает удобный доступ обслуживающего персонала.

Схематически конструкция бакового выключателя включает: 1 – фарфоровые или полимерные модули; 2 – трансформаторы; 3 – бак с газогасительным устройством; 4 – газовая камера; 5 – гидравлический привод; 6 – металлическая рама; 7 – разъем для ввода элегаза.

В состав привода входят механизмы для включения, фиксации (защелка) и расцепления. Процесс включения должен происходить максимально быстро, чтобы избежать сваривания контактов.

Во время включения необходимо преодолеть существенную силу трения всех движущихся частей. Отключение происходит проще, благодаря обратному движению защелки, которая отвечает за включение и его удержание.

Есть несколько способов включения и отключения:

• механический;
• пружинный;
• грузовой;
• пневматический;
• электромагнитный.

Для маломощных систем используется ручное управление, где усилия одного оператора достаточно. Отключение ручных механизмов производится обычно в автоматическом режиме. Пружинный привод также может быть активирован вручную, иногда с задействованием маломощных электродвигателей.

Привод обычно располагается рядом с металлической монтажной рамой. Надежность и работоспособность механизма обеспечивается прочным металлическим корпусом с удобной дверцей для обслуживания.

Электромагнитный привод требует больше энергии, что подразумевает наличие постоянного источника питания около 58 А при 220 В. В качестве резервного механизма отключения часто используется ручной рычаг. Электромагнитные устройства славятся своей надежностью, что делает их популярными в условиях суровых зим. Недостаток – необходимость наличия мощного аккумулятора.

Пневматический привод работает на основе цилиндра с поршнем вместо электромагнита, а наличие сжатого воздуха позволяет существенно увеличить скорость включения по сравнению с предыдущими моделями.

Важно отметить, что элегазовые выключатели также имеют встроенные системы мониторинга, которые позволяют отслеживать состояние оборудования в реальном времени. Такие системы позволяют заранее обнаруживать потенциальные проблемы и проводить профилактическое обслуживание, что значительно увеличивает срок службы оборудования и снижает риск аварий.

Кроме того, современные элегазовые выключатели могут быть оснащены цифровыми устройствами управления и защиты, что позволяет интегрировать их в автоматизированные системы управления электросетью. Это повышает эффективность и надежность работы электросистем.

Сравнение различных моделей элегазовых выключателей также показывает, что их конструкции постоянно совершенствуются, чтобы обеспечить более высокую устойчивость к внешним воздействиям и улучшить возможность применения в условиях климатических изменений, что особенно актуально в свете современных требований к надежности и безопасности электросетей.

Плюсы и минусы использования ЭВ

Элегазовые выключатели, как и другие типы электрораспределительных устройств, имеют свои преимущества и недостатки. При выборе установки важно учитывать не только технические характеристики и конструктивные особенности, но и все плюсы и минусы каждой модели.

Галерея изображений

Выключатели на основе элегаза обладают высоким уровнем универсальности и могут применяться при различных значениях напряжения в сети.

Для того чтобы эффективно ликвидировать электрическую дугу в случае аварии, элегазовому оборудованию требуется всего лишь несколько десятков малозаметных секунд.

Все компоненты такой установки могут функционировать без необходимости в ремонте на протяжении многих лет, а сам элегаз не предъявляет требований к регулярной замене.

Элегазовые устройства, предназначенные для гашения дуги, с лёгкостью выполняют отключение высоковольтных систем. В отличие от них, вакуумные устройства не способны работать при высоких напряжениях.

К преимуществам элегазовых выключателей также относится их экологичность. Элегаз некоррозийный и не токсичный, что делает его более безопасным по сравнению с маслами, используемыми в других типах выключателей. Кроме того, такие устройства характеризуются низким уровнем шумов при работе, что может быть важным фактором в густонаселенных районах.

Однако стоит отметить и некоторые недостатки. Высокая стоимость элегазовых выключателей может стать серьезным фактором при их приобретении, особенно для малых и средних предприятий. Также следует учитывать, что технологии их обслуживания могут требовать специфических навыков и обучения для персонала.

Тем не менее, современные тенденции показывают, что с учетом долговечности и надежности элегазовые выключатели становятся все более предпочтительным выбором для новых установок и модернизации существующих систем.