Масляные выключатели: разновидности, маркировка и особенности эксплуатации

В мире коммутационного оборудования масляный выключатель занимает важное место, как долговечный инструмент, используемый в закрытых и открытых распределительных устройствах для любых уровней напряжения.

Основное предназначение этих выключателей заключается в возможности включения и отключения отдельных линий как в стандартных, так и в экстренных ситуациях. В зависимости от ситуации, отключение может производиться автоматически или вручную.

В данном материале мы осветим существующие типы масляных выключателей, их классификацию и обозначения. Также рассмотрим преимущества и недостатки, специфику использования и правила эксплуатации. Для более полного восприятия информации к статье прилагаются схемы, таблицы, иллюстрации и видеоматериалы.

Достоинства и недостатки масляных выключателей

Эти устройства характеризуются простой конструкцией и высокой отключающей способностью, что делает их независимыми от погодных условий. В случае неисправностей возможен ремонт. Баковые масляные выключатели могут устанавливаться на улице. Также имеются условия для монтажа встроенных трансформаторов тока.

Скорость размыкания контактов играет ключевую роль в функционировании таких выключателей. Возможны случаи, когда контакты расходятся очень быстро, и электрическая дуга достигает критической длины, что может привести к недостаточному восстановительному напряжению для пробивания промежутка между контактами.

У баковых моделей обнаруживается больше недостатков. Первое — это большой объем масла, что приводит к значительным размерам оборудования. Второй минус — высокая вероятность пожара или взрыва, что может иметь серьезные последствия в экстренных ситуациях.

Уровень масла в баке и вводах, а также его состояние должны периодически проверяться. При наличии масляных выключателей в сети электроснабжения необходимо организовать специальное масляное хозяйство.

На представленном изображении масляный выключатель ВМГ. Он способен отключать любые токи нагрузки и короткие замыкания, включая предельные значения тока. Данный тип часто используется на трансформаторных подстанциях.

Классификация масляных выключателей

История использования масляных выключателей уходит корнями в конец XIX века. До середины XX века аналогичных устройств для отключения в высоковольтных сетях практически не существовало.

Существует две основные категории этих устройств:

1. Баковые, которые отличаются наличием большого объема масла, используемого как для гашения дуги, так и для изоляции.
2. Маломасляные или низковолumeные, в названии которых отражено наличие меньшего количества масла, применяемого только для гашения дуг.

Баковые выключатели в основном работают в распределительных установках с напряжением от 35 до 220 кВ, в то время как маломасляные — до 10 кВ. Маломасляные аппараты, такие как серия ВМТ, также используются в наружных распределительных устройствах на 110 и 220 кВ.

Процесс гашения дуги у обеих категорий аналогичен. При обрыве контактов появляется дуга, что вызывает быстрое испарение масла, формирующее газовую оболочку вокруг дуги. Эта оболочка состоит из паров масла и водорода (H2).

Дуговой промежуток деионизируется за счет быстрого охлаждения ствола дуги путем смешивания газов различных температур.

Температура при возникновении дуг достигает порядка 6000°. В зависимости от места установки выделяют выключатели для внутреннего и наружного применения, а также для комплектных распределительных устройств (КРП).

Тип #1 — оборудование бакового типа

Коммутационное оборудование данного типа может быть представлено одним или несколькими баками в зависимости от уровня напряжения. В первом случае это до 10 кВ, иногда до 35 кВ. Для высоковольтных лесок каждая фаза устанавливается в отдельный бак.

Все баковые выключатели имеют схожую компоновку. Стальной бак содержит масло и размещает дугогасительные камеры. Наружные контакты соединены траверсой.

Приводы могут быть ручными или автоматическими, основанными на включающей соленоидной катушке или пружине. Во втором случае используется магнитное поле соленоида, что позволяет втягивать металлический сердечник, связанный с валом выключателя через специальную систему.

При подаче постоянного тока на обмотку соленоида происходит включение устройства, когда сердечник втягивается, поворачивая вал выключателя.

В этом положении вал удерживается специальной защелкой. При включении соленоид устанавливает положение отключающих пружин, которые, получив соответствующий электрический импульс, отключают выключатель.

Процесс отключения инициируется вторым соленоидом, выбивающим роликовый механизм (защелку). Вал сразу же поворачивается под действием пружины, происходит отключение. Для работы соленоидного привода требуется наличие аккумулятора для питания постоянным током.

При отсутствии аккумулятора возможна работа с пружинным приводом. Включение осуществляется с помощью электродвигателя или вручную. Ручное отключение возможно для маломощных агрегатов с токами короткого замыкания до 30 кА, для чего необходимо прикладывать усилие не более 25 кг.

Однобаковый МВ с открытой дугой

В некоторых распределительных устройствах устанавливаются баковые выключатели без дугогасительных камер, где электрическая дуга гасится простым разрывом контактов дважды в масляном баке. К таким устройствам с открытой дугой относятся отечественные модели ВМБ и ВМЭ, рассчитанные на номинальный ток 1,25 кА.

На схеме ВМЭ-6-200 видно, что конструкция состоит из бака (1), крышки (2), фарфоровых изоляторов (3), неподвижных контактов (4), подвижных контактов (5), траверсы (6), дугогасительных контактов (7), пластин (8), пружины (9) и вала (10).

Символ «Э» указывает на экскаваторный, а цифра 6 — на номинальное напряжение в 6 кВ, 200 — на номинальный ток в амперах. Пороговый ток отключения для этого масляного выключателя составляет 1,25 кА. Бак выполнен из стали и соединен с крышкой из чугунного литья болтами. Стенки бака изолированы (13).

Шесть фарфоровых изоляторов, проходящих через крышку, заканчиваются медными скобами, препаративными неподвижными контактами. Серия ВМЭ оборудована ручным маховичным приводом.

На траверсе расположены подвижные контакты, а также дугогасительные контакты в виде латунных угольников. Пластины из меди с латунными наконечниками, находящиеся под изоляторами, служат неподвижными дугогасительными контактами. Изолирующая тяга передает движение подвижным контактам.

При поднятии траверсы неподвижные контакты замыкаются, пружина отключения сжимается, и выключатель включается. Привод связан с валом защелки, которая держит его в рабочем положении. При отключении защелка освобождается, пружина разжимается, и траверса резко уходит вниз. В результате происходит последовательное размыкание рабочих контактов: 4 и 5, затем 7 и 8.

Это приводит к размыканию цепи на каждом полюсе выключателя в двух местах, возникновению дуги и разложению масла. Внутри оболочек давление может достичь 0,5-1 МПа, способствуя деионизации. Дуговой процесс заканчивается в течение 0,1 секунды, а оболочка поднимается и оказывается под крышкой, увеличивая воздушную подушку.

Когда все фазы находятся в одном баке, масло изолирует контакты друг от друга и от корпуса, который обязательно заземляют.

Заземление выполняет роль буфера, уменьшая силу удара во время гашения дуги. Обычно высота воздушной подушки составляет около 25% от объема. Превышение этого уровня может вызвать взрыв.

Такие выключатели просты в использовании, недороги и удобно устанавливаются на открытых подстанциях. Однако горячие пары масла могут воспламеняться при контакте с кислородом.

Возгорание дуги в масляной среде провоцирует процесс поликонденсации, что значительно ухудшает электропроводность масла. Бак забивается осадком из частиц углерода, что делает регулярные ревизии и замену масла необходимыми.

Масляные выключатели с дугогасительной камерой

Присутствие дугогасительной камеры существенно улучшает отключающую способность и надежность работы баковых выключателей. Эта камера расположена в масле внутри бака. В трехбаковых моделях каждая фаза размещается в отдельной емкости.

На представленном снимке разрез одного полюса бакового выключателя с дугогасительной камерой С-35-630-10, где маркировка указывает на возможность установки в распределительных устройствах на 35 кВ и выше с номинальным током 630,4 кА и номиналом отключения 10 кА.

Конструкция такой модели сложнее, чем у выключателей без дугогасительных камер, и включает:

• полюс (1);
• трансформатор тока (2);
• корпус привода (3);
• штангу (4);
• неподвижный контакт (5);
• дугогасительную камеру (6);
• изоляцию (7);
• нагревательный элемент (8);
• устройство для спуска масла (9).

В верхней части камеры находится неподвижный контакт. При включении движущийся контакт (стержень) проникает в него. При отключении стержень выходит из контакта, что приводит к образованию дуги в камере. Давление, возникающее в данном процессе, заметно превышает аналогичное значение у выключателей без дугогасительной камеры.

Давление в диапазоне 8-7 МПа приводит к уменьшению диаметра дуги и увеличивает её пробивную способность в промежутке, когда ток проходит через нулевую точку. Это, в свою очередь, ускоряет процесс гашения дуги. После выхода подвижного контакта из камеры газа происходит выброс с частичным захватом масла через свободное отверстие.

Ствол дуги скоростно охлаждается, и начинается глубокая деионизация. С ростом тока повышается эффективность работы дугогасительной камеры. МВ может функционировать также как устройство с открытой дугой, если отключаются малые токи.

Для ускорения процесса потухания дуги, помимо повышения давления паровой смеси в промежутке, применяется метод активного дутья парового коктейля в зону дуги. Основные типы дутьев включают продольное, поперечное и встречное.

Тип автоматического дутья определяется конструкцией дугогасительной камеры. В случае продольного дутья направление вектора паров совпадает с направлением ствола дуги (фрагмент а). При поперечном дутье поток движется под перпендикулярным углом к столбу дуги или под определённым углом (фрагмент б).

Когда направление потока противоположно движению подвижного контакта, это называется встречным дутьем. Часто в дугогасительных устройствах комбинируются разные способы дутья.

Гашение дуги в МВ происходит в три этапа. На первом этапе (а) выделяется энергия электричества, создавая высокое давление внутри замкнутой оболочки. Когда смесь выходит наружу, начинается второй этап (б). На третьем этапе (в) из камеры удаляются остатки перегретых газов и продуктов их распада.

На заключительном этапе происходит подготовка камеры к следующему циклу отключения, который крайне важен для автоматического повторного отключения.

Тип #2 — горшковые или маломасляные выключатели

В закрытых установках горшковые выключатели функционируют как генераторы и распределители. В открытых применяются для подстанций и распределительных систем. Изоляционные функции не выполняет масло, оно служит лишь для гашения дуги.

Уровень пожаро- и взрывоопасности маломасляных выключателей значительно ниже, чем у баковых. Их устанавливают как в открытых, так и в закрытых распределительных устройствах любого напряжения до 110 кВ. Полюсами между собой и землёй изолируют такие диэлектрики, как фарфор, литая смола и стеатит.

Объём масла в таких выключателях составляет всего 3-4% от общего объёма полюса. Небольшие размеры, легкий вес и компактность являются неоспоримыми преимуществами этого оборудования. В то же время они используются в тех участках системы, где к выключателям не предъявляются высокие технические требования.

Эти ограничения связаны с прочной зависимостью между отключающей способностью и отключаемым током, а также неподходящей конструкцией для частых отключений.

Также существуют сложности с реализацией многократных быстрых автоматических повторных включений (АПВ). В маломасляных выключателях применяются различные типы масляного дутья: поперечное, продольное и смешанное. Наиболее эффективным считается первое из них.

В выключателях, предназначенных для закрытых распределительных устройств, контакты помещаются в стальной бак. Для напряжений 35 кВ и выше используется оболочка из фарфора. Применяются в основном подвесные конструкции для 6-10 кВ, где корпус крепится на общей раме для всех полюсов. Каждый полюс оснащен дугогасительной камерой, рассчитанной на один разрыв контактов, а при высоких напряжениях — на два и более разрыва.

Конструкция маломасляных выключателей подразумевает наличие подвижного и неподвижного контактов (1 и 3), а также дугогасительной камеры (2) и рабочих контактов (4).

На данной схеме показаны выключатели ВМП, ВМГ, МГ, которые предназначены для номинального напряжения до 20 кВ. Уникальными чертами конструкции больших токовых выключателей являются расположение рабочих контактов снаружи и дугогасительных внутри бачка.

Выключатели серии ВМП широко применяются в закрытых устройствах и в КРУ 6-10 кВ. В комплектных распределительных устройствах устанавливаются выключатели серии ВК, которые имеют встроенные электромагнитные или пружинные приводы и могут отключать токи в диапазоне 20 – 31,5 кА с номинальными токами от 630 до 3150 А.

Колонковые выключатели, специально изготовленные для КРУ, имеют выдвижной механизм. На установках 35 кВ устанавливаются ВМ колонкового типа серий ВМК и ВМУЭ, а распределительные устройства 110 и 220 кВ комплектуются выключателями серии ВМТ. Эти агрегаты имеют сварную основу, на которой размещаются три полюса, и управляются пружинным приводом.

На фотографии показан выключатель ВМТ-110. На левом изображении выделены узлы, из которых он состоит: пружинный привод (1), опорный изолятор полюса (2), дугогасительное устройство (3), основание (4) и управляющий механизм (5).

На правой стороне фотографии виден модуль, где: 1 — токоотвод, 2 — подвижный контакт, соединённый с токоотводом через токосъемные устройства. Дугогасительная камера обозначена номером 3, неподвижный контакт — 5. Все это помещено в полый изолятор (4) из фарфора, внутри которого располагается трансформаторное масло, а сверху установлен колпак (6).

На крышке колпака есть манометр для контроля давления внутри модуля, а также узел для заполнения сжатой газовой смесью, автоматический выпускной клапан и маслоуказатель (8). Подвижный контакт и управляющее устройство соединены изоляционными тягами.

Структурное исполнение полюсов схоже для всей линейки выключателей. В бачках маломасляных выключателей для номиналов токов от 630 до 1600 А размещается 5,5 кг масла, а для токов от 1600 до 3150 А — 8 кг.

Для повышения надёжности в некоторые выключатели дополнительно включают системы управления и защиты:

• Отключающие электромагниты;
• Реле, работающие моментально либо с задержкой на пороговом токе;
• Реле минимального напряжения;
• Дополнительные контакты.

В зависимости от конструкции бывают маломасляные выключатели с дугогасительной камерой, расположенной снизу или сверху. В первом варианте подвижный контакт движется сверху вниз, во втором — наоборот, причём отключающая способность верхних выше.

Маркировка масляных выключателей

Расшифровка маркировки, нанесенной производителем на масляный выключатель, предоставляет основные сведения о нём. Например, рассмотрим маркировку выключателя ВМГ-133. Первый символ «В» указывает на то, что это выключатель.

На данной схеме представлен состав условного обозначения для выключателей высокого напряжения, включая маслонаполненное оборудование.

Второй символ «М» указывает на тип выключателя, в данном случае — маломасляный. Буква «Г» обозначает горшковый тип. 133 соответствует серии МВ.

Правила эксплуатации МВ

Сотрудники ремонтных и обслуживающих служб, а также специалисты, занимающиеся эксплуатацией масляных выключателей, обязаны быть знакомыми с соответствующими инструкциями, устройством и принципами работы данной техники.

Работники, обслуживающие МВ, должны:

1. Контролировать действующее напряжение и ток нагрузки, чтобы они не превышали допустимые значения;
2. Следить за уровнем масла в полюсах и отсутствием утечек;
3. Убедиться в наличии смазки на трущихся частях, поскольку густая и грязная смазка может привести к заклиниванию контактов;
4. Обращать внимание на уровень пыли в помещениях, где расположены распределительные устройства;
5. Контролировать соответствие механических характеристик работающих выключателей стандартам.

После каждого отключения из-за короткого замыкания необходимо осматривать оборудование. Информация о таких отключениях должна фиксироваться в специальном журнале. Обязательно должен вестись журнал дефектов, куда заносятся сведения о найденных неисправностях во время работы устройства. Выключатель, на котором произошло отключение в результате короткого замыкания, должен быть осмотрен.

Проверяется наличие вытекшего масла. Если утечка значительная, это может указывать на неправомерное отключение при коротком замыкании. Оборудование следует вывезти из эксплуатации для осмотра. Если масло потемнело, требуется его замена. Вязкость масла влияет на скорость размыкания, она увеличивается при снижении температуры.

Иногда возникает необходимость заменить старую смазку, применяя новую: ЦИАТИМ-221, ГОИ-54 или ЦИАТИМ-201.

Представлена таблица с техническими характеристиками масляных выключателей. Если фактические показатели отличаются от заводских, необходимо провести повторную регулировку.

После вывода МВ из работы необходимо внимательно проверить опорные изоляторы, тяги и изоляцию контейнеров на наличие трещин. Сильно загрязнённую изоляцию нужно протереть. Невозможность выполнения текущего ремонта может возникнуть после определённого количества отключений из-за короткого замыкания.

Периодический осмотр (ПО) осуществляется ежемесячно с акцентом на уровень нагрева выключателя. Текущий ремонт (ТР) проводятся ежегодно и включает в себя проверку и исправление дефектов крепления, работоспособности приводов, уровня масла и состояния уплотнений. Необходимо также проверить изоляционные элементы на наличие повреждений.

По прошествии 3-4 лет после капитального ремонта выполняется средний ремонт (СР), который включает весь набор работ текущего ремонта, а также дополнительные измерения переходного сопротивления полюсов и проверку механических и скоростных характеристик.

В случае обнаружения несоответствий контролируемых спецификаций заводским, выключатель разбирается для выполнения регулировки и полного комплекса высоковольтных испытаний.

В процессе внеочередного ремонта обычно стремятся сохранить предыдущую настройку выключателя. Поэтому его разбирают минимально. Капитальный ремонт проводится каждые шесть-восемь лет. В рамках этого ремонта осуществляется общий анализ состояния, извлекаются цилиндры с рамы, отключаются шины, производится ремонт привода, устройств для гашения дуг и блок-контактов.

Завершив указанные работы, выполняют регулировку, окраску, подключают шины и проводят необходимые испытания. Все этапы фиксируются в документации.

Кроме масляных выключателей, в высоковольтных системах также применяются другие виды отключающих устройств, такие как элегазовые и вакуумные выключатели. На нашем сайте можно найти дополнительные статьи, в которых подробно объясняются особенности и характеристики этих устройств, а также рекомендации по их использованию:

• Вакуумный выключатель: устройство, принцип действия, советы по выбору и подключению
• Элегазовые выключатели: критерии выбора и правила подключения

Итоги и полезное видео по теме

Структура, типы, назначения и эксплуатационные характеристики МВ:

Подробный анализ ВМП-10:

Масляные выключатели отвечают всем основным требованиям, предъявляемым к устройствам, работающим при высоком напряжении. Большинство из них безопасны, надежны и обеспечивают быстрое отключение, а также имеют простоту монтажа. Тем не менее, производители продолжают стремиться к улучшению соответствия масляных выключателей установленным требованиям.

Если у вас есть дополнительная информация о масляных выключателях или вы заметили какую-либо неточность, либо остались вопросы по данной теме — напишите, пожалуйста, об этом в комментариях под статьей. Мы будем признательны вам за ваш вклад.