Элегазовый выключатель 110

Для гашения электрической дуги часто используются различные газовые смеси. Элегазовые выключатели 110 кВ и 220 кВ работают именно по такому принципу и могут использоваться для работы в аварийных ситуациях.

Конструкция и виды

Элегазовые высоковольтные выключатели – это устройства оперативного управления для контроля высоковольтной линии энергоснабжения. Данные устройства имеют очень похожую конструкцию с масляными, но при этом, используют для гашения дуги не масляную смесь, а соединение газов. Зачастую это сера. Масляные выключатели требуют за собой особого ухода: по нормам необходимы периодическая замену масла и очистка рабочих контактов. Элегазовые в этом не нуждаются. Главное достоинство элегаза в его долговечности: он не стареет и минимально загрязняет механические части устройства.

Фото — высоковольтное оборудование

Они бывают:

  1. Колонковые (HPL 245B1, MF 24 Schneider Electric);
  2. Баковые (242PMR, DT2-550 F3 – производитель Areva).

Колонковый элегазовый выключатель представляет стандартное отключающее устройство, работающее только на одну фазу (например, LF 10 от Шнайдер Электрик). Он используется для сети 220 кВ. Конструктивно состоят из двух систем: контактной и дугогасительной. Обе они располагаются в емкости, наполненной элегазом. Могут быть как ручными (контроль производится исключительно механически) или дистанционными. Из-за такого разделения они имеют довольно большие габаритные размеры.

Фото — чертеж конструкции

Баковые имеют меньшие габариты, их дополняет привод ППРМ 2 для элегазового выключателя. Привод распределяется на несколько фаз, что позволяет обеспечить мягкое регулирование напряжения (включение и выключение). Также их достоинство в том, что они могут переносить большие нагрузки благодаря встроенному в систему трансформатору тока.

Помимо конструктивных особенностей, выключатели элегазового типа классифицируются по принципу гашения дуги:

  1. Автокомпрессионные или воздушные;
  2. Вращающие;
  3. Продольного дутья;
  4. Продольного дутья с дополнительным разогревом элегаза.

Принцип работы и назначение

Элегазовые выключатели высокого напряжения работают за счет изоляции фаз друг от друга посредством элегаза. Когда срабатывает сигнал о том, что нужно отключить электрооборудование, контакты отдельных камер (если устройство колонковое) размыкаются. Таким образом, встроенные контакты образуют дугу, которая помещена в газовую среду. Она разлагает газ на отдельные компоненты, но при этом и сама снижается из-за высокого давления в емкости. Если система установлена на низком давлении, то используются дополнительные компрессоры для нагнетания давления и создания газового дутья. Для выравнивания тока дополнительно используется шунтирование. Визуально схема работы выглядит так:

Фото — схема работы

Отдельно нужно сказать про модели бакового типа. Их контроль выполняется приводами и трансформаторами. Приводной механизм для этой установки является регулятором: он необходим для включения, выключения электрической энергии и удержания дуги (при надобности) на определенном уровне. Приводы бывают:

  1. Пружинные;
  2. Пружинно-гидравлические.

Пружинный имеет очень простой принцип действия и высокий уровень надежности. В нем вся работа выполняется только за счет механических деталей. Пружина зажимается и фиксируется на определенном уровне, а при изменении положения контрольного рычага она разжимается. На основании его принципа работы часто готовится научная презентация действия шестифтористой серы в электрической среде.

Фото — ВГУ-35

Современные пружинно-гидравлические приводы помимо пружины дополнительно оснащены гидравлической системой управления. Они считаются более эффективными, т. к. пружинные механизмы могут сами поменять положение фиксатора.

Достоинства элегазовых выключателей:

  1. Универсальность. Данные выключатели используются для контроля сетей с любым напряжением;
  2. Быстрота действия. Реакции элегаза на наличие электрической дуги происходят за доли секунды, это позволяет обеспечить быстрое аварийное отключение подконтрольной системы;
  3. Подходят для эксплуатации в условиях пожароопасности и вибрации;
  4. Долговечность. Контакты, соприкасающиеся с элегазом, практически не изнашивают, газовые смеси не нуждаются в замене, а у наружной оболочки высокие показатели защиты;
  5. Подходят для отключения переменного и постоянного тока высокого напряжения, в то время, как их аналоги – вакуумные модели не могут использоваться на высоковольтных сетях.

Но, такие приборы имеют определенные недостатки:

  1. Высокая цена, обусловленная сложностью производства и дороговизной элегазовой смеси;
  2. Монтаж осуществляется только на фундамент или специальный электрощит, причем, для этого нужна специальная инструкция и опыт;
  3. Выключатели не работают при низких температурах;
  4. При необходимом обслуживании должно использоваться специальное оборудование.

Фото — промышленный элегазовый выключатель нагрузки

Видео: особенности элегазовых выключателей

Технические характеристики

Рассмотрим технические характеристики выключателей разных производителей и типов работы.

МЕК SF6 элегазовый пружинный выключатель HD4

Напряжение, кВ 12 … 40,5
Ток, А 630 … 3 600
Аварийный ток, кА 16 … 50

Элегазовый выключатель LTB 145D1/B:

Напряжение, кВ 145
Ток (номинальный/отключения), А/кА 3150/40
Время выключения, мс 25
Бестоковая пауза, мс 300
Привод Пружинно-моторного типа

ВГБУ-220:

Номинально/наибольшее напряжение, кВ 220/252
Аварийный ток, кА 40/50
Рабочий ток, А 2000

ВГБЭП-35 (ВГБ-35, ВГБЭ):

ВГТ-35 (ВМТ-35):

Ток, А 630
Климатическое исполнение УХЛ
Напряжение в трехфазной сети переменного тока, В От 35 до 1000
Частота, Гц 50

ВЭБ-220:

Номинальный ток, А 220
Ток отключения, кА 2500
Напряжение, кВ 250
Число приводов 1

Колонковый ВГТ-110:

Ток, А 3150
Отключение при, кА 40
Напряжение, кВ 110
Привод 1
Время отключения, мс 62

ВГУ-110 (газовый силовой):

Напряжение, В 110
Ток, А 3150
Отключение, кА 40
Климатическое исполнение У1
Условия хранения 25 лет при температуре не менее 20 градусов и влажности не более 60 %

Колонковый выключатель GL314 Alstom:

Напряжение, кВ 220
Максимальное напряжение, кВ 240
Рабочий ток, А 4000
Отключение, кА 50
Износостойкость М2

Генераторные силовые отключающие устройства с пружинным приводом – FKG 2:

Номинальный ток, А 9000
Номинальное напряжение, кВ 24
Отключение, кА 63
Время выключения, мс 60
Управление Пружинный привод, трехполюсное

Элегазовый компрессионный выключатель фирмы Siemens (Сименс)3AP1FG-245 (для установки нужны фундаменты):

Рабочее напряжение, кВ 220
Отключение В три периода
Привод Пружинного типа
Ток, А 4000
Выключение сети при, кА 40

Купить подходящие элегазовые выключатели можно в любом электротехническом магазине. Их стоимость зависит от типа устройства и его производителя. Прайс-лист в Самаре, Москве, Екатеринбурге и других городах варьируется от 100 долларов до нескольких тысяч.

Элегаз и его применение. Свойства и производство

7 октября 2011 в 10:00

Элегаз (электротехнический газ) представляет собой бесцветный, без запаха, не горючий газ, который при нормальном атмосферном давлении и температуре 20 °C в 5 раз тяжелее воздуха и обладает в 5 раз большей, чем у воздуха молекулярной массой. Соединение было впервые получено и описано французским химиком Анри Муассаном в ходе работ по изучению свойств фтора в конце XIX века.

Химически элегаз представляет собой шестифтористую серу SF6 (рис. 1). Соединение не стареет, т. е. не меняет своих свойств с течением времени, при электрическом разряде распадается, но быстро рекомбинирует (процесс, обратный ионизации), восстанавливая первоначальную диэлектрическую прочность, по этой причине элегаз является основным изоляционном материалом в коммутационном оборудовании 35 кВ и выше.

Производство элегаза

Получение элегаза осуществляется следующими способами:

  • — основной промышленный метод получения: в результате прямой реакции между расплавленной серой и газообразным фтором, полученным при его электролизе (сжигание серы в потоке фтора — рис. 2). Реакция проходит при температуре 138 — 149 °C в стальном горизонтальном реакторе (крекинг — печь). Реактор разделен перегородкой на камеру загрузки и камеру сгорания. Камера загрузки имеет люк для загрузки серы и электронагреватель для ее плавления. Камера сгорания имеет сопло для подачи фтора, охлаждаемое водой, термопару и конденсатор для возгонов серы, расположенной над камерой. Расплав серы поступает из камеры загрузки в камеру сгорания через отверстие внизу перегородки, закрытое расплавом, что исключает выход фтора в камеру загрузки. Несмотря на свою простоту, данная конструкция реактора имеет некоторые недостатки, а именно:
    • фторирование серы идет на поверхности расплава с выделением большого количества тепла, которое вызывает усиленную коррозию реактора фтором на границе раздела фаз;
    • при увеличении производительности реактора возникает проблема отвода большого количества тепла и подбора коррозионностойкого материала реактора;
    • еще одним недостатком метода является то, что при таком синтезе элегаза попутно образуются и другие фториды — S2F2, SF2, SF4, и S2F10, а также примеси из-за присутствия влаги, воздуха и угольных анодов, используемых для электролиза фтора. Концентрация этих веществ невелика, в среднем составляет 0,01 — 0,1% по объему. Но если химически чистый элегаз нетоксичен и является весьма инертным соединением, которое до температуры 300°С не реагирует ни с какими материалами, то примеси могут изменить упомянутые свойства продукта и даже сделать его непригодным для использования. Поэтому необходима тщательная очистка производимого элегаза. Состав чистого элегаза регламентируется ТУ 6-02-2-686-82 и стандартом МЭК 6о 376 (отсутствие токсичных примесей, имеющих место в технологии его производства, гарантируется заводом — изготовителем на основе биологического контроля партии);

Рис. 2

  • по реакции фтора с четырехфтористой серой SF4 в присутствии катализатора;
  • термическим разложением SF5CI при 200…300 °C;
  • фторированием соединений серы (например, COS). Данный способ безотходного производства элегаза, основанный на повторном фторировании загрязняющих продуктов, в Российской Федерации пока не используется, как и предыдущие два.

Физические и химические свойства элегаза

Элегаз является чрезвычайно химически инертным соединением. Он не взаимодействует с щелочами, кислотами, окислителями, восстановителями, устойчив к действию расплавленных металлов. Элегаз так же очень слабо растворяется в воде и взаимодействует лишь с органическими растворителями.

Соединение распадается при температуре выше 1100 °С. Газообразные продукты распада элегаза ядовиты и обладают резким, специфическим запахом. Элегаз не поддерживает горения и дыхания, поэтому при накоплении его в производственных помещениях может возникнуть кислородная недостаточность. По ГОСТ 12.1.007-76 по степени воздействия на организм элегаз относится к 4 классу опасности, к которому принадлежат малоопасные вещества. Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны производных помещений 5000 мг/м3. Предельно допустимая концентрация в атмосферном воздухе — 0,001 мг/м3.

Рис.3

Напряжение пробоя (кВ)

Напряжение пробоя и функция давления для неоднородного электрического поля

Захватывая электроны, элегаз образует малоподвижные ионы, которые медленно разгоняются в электрическом поле и развитие электронных лавин затруднено.

Значительная диэлектрическая прочность элегаза обеспечивает высокую степень изоляции при минимальных размерах и расстояниях, что позволяет уменьшить массу и габариты электротехнического оборудования, а хорошая способность гашения дуги и охлаждаемость элегаза увеличивают отключающую способность коммутационных аппаратов и уменьшают нагрев токоведущих частей.

Применение элегаза позволяет при прочих равных условиях увеличить токовую нагрузку на 25% и допустимую температуру медных контактов до 90°С (в воздушной среде 75°С) благодаря химической стойкости, негорючести, пожаробезопасности и большей охлаждающей способности элегаза.

В электрическом поле элегаз обладает способностью захватывать электроны (количество носителей заряда уменьшается), что и обусловливает его высокую электрическую прочность (на примере сравнения с азотом — рис. 3).

При увеличении давления электрическая прочность элегаза возрастает почти пропорционально давлению и может быть выше электрической прочности жидких и некоторых твердых диэлектриков.

Однако это преимущество становится недостатком элегаза при низких температурах по причине перехода его в жидкое состояние и потере изоляционных свойств, что определяет дополнительные требования к температурному режиму элегазового оборудования в эксплуатации. На рис. 4 приведена зависимость состояния элегаза от давления и температуры.

Рис. 4

Как видно из рис. 4, температура сжижения элегаза при избыточном давлении (давлении заполнения оборудования) 0,3 МПа составляет -45 °С, а при 0,5 МПа она повышается до -30 °С. Таким образом, наибольшее рабочее давление и, следовательно, наибольший уровень электрической прочности элегаза в изоляционной конструкции ограничиваются возможностью сжижения элегаза при низких температурах.

В связи с этим, выходом из ситуации является применение смеси элегаза с другими газами, у которых электрическая прочность лишь на 10…15 % ниже прочности чистого элегаза, а допустимое давление резко возрастает. Так, например, у смеси из 30 % элегаза и 70 % азота сжижение при температуре -45 °С наступает при давлении 8 МПа.

Таким образом, допустимое рабочее давление для смеси оказывается примерно в 30 раз выше, чем для чистого элегаза.

Еще одним вариантом повышения надежности работы электрооборудования при температурах — 40 °С и ниже является подогрев элегаза (бак элегазового выключателя во избежание перехода элегаза в жидкое состояние нагревают до плюс 12°С).

Эксплуатационная способность элегаза улучшается в равномерном электрическом поле, поэтому конструкция отдельных элементов распределительных устройств должна обеспечивать наибольшую равномерность и однородность электрического поля.

В неоднородном поле появляются местные перенапряжения электрического поля, которые вызывают коронирующие разряды. Под действием этих разрядов элегаз разлагается, образуя в своей среде низшие фториды (SF2, SF4), вредно действующие на конструкционные материалы коммутационного оборудования.

Во избежание разрядов поверхности отдельных металлических деталей коммутационного оборудования выполняются особо гладкими, они не должны иметь загрязнений, шероховатостей и заусенцев. Обязательность выполнения этих требований диктуется тем, что грязь, пыль, металлические частицы также создают местные напряженности электрического поля, а при этом ухудшается электрическая прочность элегазовой изоляции.

Теплопроводность SF6 ниже, чем у воздуха, но его полная теплоотдача, в особенности, если учесть конвекцию очень хорошая (как у водорода или гелия), выше чем у воздуха, но ниже чем у азота (рис. 5).

Рис.5

Как видно из графика теплопроводности, при температурах около 2000 К теплоемкость элегаза резко увеличивается вследствие диссоциации (распад молекул на ионы). Поэтому теплопроводность плазмы, а следовательно и дугогасительная способность элегаза в области температур 2000 — 3000 К при прочих равных условиях значительно выше (на два порядка), чем воздуха.

При температурах порядка 4000 К диссоциация молекул заканчивается и начинается рекомбинация молекул. В этой области температур теплопроводность плазмы еще значительная, идет охлаждение дуги, этому способствует также удаление свободных электронов из плазмы за счет захвата их молекулами элегаза и атомарным фтором. Электрическая прочность промежутка постепенно увеличивается и в конечном счете восстанавливается.

При дальнейшем росте температуры (до 7000 К) теплопроводность плазмы падает, достигая теплопроводности воздуха. Вплоть до температур порядка 8000 — 12 000 К такие процессы уменьшают напряжение и сопротивление горящей дуги в элегазе на 20 — 30% по сравнению с дугой в воздухе.

Особенность гашения дуги в элегазе заключается в том, что при токе, близком к нулевому значению, тонкий стержень дуги еще поддерживается и обрывается в последний момент перехода тока через нуль. К тому же после прохода тока через нуль остаточный столб дуги в элегазе интенсивно охлаждается, в том числе за счет еще большего увеличения теплоемкости плазмы при температурах порядка 2000 К, и электрическая прочность быстро увеличивается.

Такая стабильность горения дуги в элегазе до минимальных значений тока при относительно низких температурах приводит к отсутствию срезов тока и больших перенапряжений при гашении дуги.
В воздухе электрическая прочность промежутка в момент прохождения тока дуги через нуль больше, но из-за большой постоянной времени дуги у воздуха скорость нарастания электрической прочности после прохождения значения тока через нуль меньше.

Лекция 8. Элегазовая изоляция электрооборудования электрических станций и подстанций

Газовая изоляция. Для выполнения газовой изоляции в высоковольтных конструкциях используется элегаз, или шестифтористая сера . Элегаз в газообразном состоянии бесцветный, без запаха, негорючий, неядовитый и взрывобезопасный, представляет собой газ с шестифтористыми молекулами: в центре молекулы расположен атом серы и на равном расстоянии от него в вершинах правильного октаэдра располагаются шесть атомов фтора. В нем содержится 21,95% серы и 78,05% фтора. Его молекулярная масса 146,06. Плотность элегаза при q = 273оК и р=0,1 МПа составляет 6,56 кГ/м3. Абсолютная диэлектрическая постоянная eа = 1,0021. Критические давление и температура элегаза, при которых граница между газом и жидкостью стирается, составляют 3,71 МПа и 318,7 оК. Эти значения определяют критическую точку – элегаз находится в парообразном состоянии.

Элегаз – электроотрицательный газ, т.е. при взаимодействии его молекулы с электроном он способен образовать устойчивый отрицательный ион. Молекула элегаза представляет собой высококомпактное и высокосимметричное образование сильно электроотрицательных атомов с большой молекулярной массой. При этом образуются малоподвижные, тяжелые отрицательные ионы, которые медленно разгоняются электрическим полем. В центре молекулы расположен атом серы, и на равном расстоянии от него в вершинах правильного октаэдра располагаются шесть атомов фтора. Это определяет высокую эффективность захвата электронов молекулами, их относительно большую длину свободного пробега и слабую реакционную способность.

Чистый газообразный элегаз безвреден, химически неактивен, обладает повышенной теплоотводящей способностью и является очень хорошей дугогасящей средой; он не горит и не поддерживает горение. Электрическая прочность элегаза в нормальных условиях примерно в 2,5 раза выше прочности воздуха.

Высокая электрическая прочность элегаза объясняется тем, что его молекулы легко присоединяют электроны, образуя устойчивые отрицательные ионы. Из-за этого затрудняется процесс размножения электронов в сильном электрическом поле, который составляет основу развития электрического разряда.

При увеличении давления электрическая прочность элегаза возрастает почти пропорционально давлению и может быть выше прочности жидких и некоторых твердых диэлектриков. Наибольшее рабочее давление и, следовательно, наибольший уровень электрической прочности элегаза в изоляционной конструкции ограничивается возможностью сжижения элегаза при низких температурах, например, температура сжижения элегаза при давлении 0,3 МПа составляет -45 °С, а при 0,5 МПа равна -30 °С. Такие температуры у отключенного оборудования наружной установки вполне возможны зимой во многих районах страны.

Поведение элегаза отвечает в пределах широкого диапазона давлений закону Пашена. При более высоких давлениях однако наблюдаются отклонения при некоторых условиях. Напряжение пробоя элегаза не зависит от частоты. Следовательно элегаз является идеальным изолирующим газом для ультракороткого волнового электрооборудования.

Напряжение возникновения короны при использовании элегаза в неоднородных полях также значительно больше, чем при использовании воздуха.

Высокая электрическая прочность элегаза позволяет сократить изоляционные расстояния, уменьшить давления, что дает значительный выигрыш в габаритах, размерах и массе аппаратов и распредустройств.

Хотя удельная теплоемкость элегаза немного ниже, чем воздуха, удельная объемная теплоемкость (энергия, необходимая для подъема температуры 1см3 элегаза на 1 оС) почти в 4 раза больше воздуха. Благодаря этому охлаждающая способность элегаза выше, чем воздуха. При естественной конвекции теплопередача в элегазе в 1,9 раза выше, чем в воздухе. Это позволяет повысить токовую нагрузку на 15-20% и при этом уменьшить сечение токоведущей цепи аппарата.

Элегаз химически крайне инертен и при отсутствии в нем примесей абсолютно безвреден для человека. Безвреден элегаз и в смеси с воздухом. Чистый элегаз не разлагается до температуры 800оС и не взаимодействует с металлами до высокой температуры. Даже при температуре около 500 оС элегаз не действует на стекло, не реагирует с Н2 , О2 и с другими активными веществами, не взаимодействует с медью. Диэлектрики не изменяют свои свойства в атмосфере чистого элегаза.

Благодаря химической инертности элегаза допустимая температура медных контактов может быть увеличена с 75 оС (для воздуха) до 90 оС. Это позволяет дополнительно повысить токовую нагрузку аппарата. Положительные свойства позволили широко использовать элегаз в силовых трансформаторах, кабелях высокого напряжения и герметизированных комплектных распределительных устройствах (КРУЭ).

Элегаз не стареет, то есть не меняет своих свойств с течением времени, при электрическом разряде распадается, но быстро рекомбинирует, восстанавливая первоначальную электрическую прочность.

Дугогасительная способность элегаза в 4,5-5 раз больше, чем при воздушном дутье при одинаковых условиях. Указанное преимущество объясняется главным образом составом плазмы и температурной зависимостью теплоемкости, теплопроводности, электропроводности от температуры. Скорость восстановления электрической прочности промежутка после угасания электрической дуги в элегазе примерно на порядок выше, чем в воздухе.

Для крепления токоведущих частей в комбинации с элегазом используются опорные изоляционные конструкции из литой эпоксидной изоляции. Основным материалом в ней является эпоксидная или эпоксидно-диановая смола.

При температурах выше 3000 °С может начаться разложение элегаза с выделением свободных атомов фтора. Образуются газообразные отравляющие вещества. Вероятность их появления существует для некоторых типов выключателей, предназначенных для отключения больших токов КЗ. Поскольку выключатели герметически закрыты, появление ядовитых газов не опасно для эксплуатационного персонала и окружающей среды, но при ремонте и вскрытии выключателя необходимо принимать специальные защитные меры.

Элегаз является весьма перспективным изоляционным материалом.

Повышение давления газа является одним из путей увеличения его электрической прочности. При достаточно высоком давлении электрическая прочность многих газов превышает электрическую прочность широко применяемых в электротехнической промышленности трансформаторного масла и электротехнического фарфора. Наиболее широкое применение нашел элегаз — шестифтористая сера FS6

В ряде случаев в качестве изоляции применяют не чистый элегаз, а его смесь с азотом или с фтористым углеродом.

Для элегазового оборудования просматривается тенденция выпуска коммутационной аппаратуры на параметры, соответствующие наиболее широким областям применения оборудования распределительных устройств для классов среднего напряжения.

Выпускаемая элегазовая коммутационная аппаратура характеризуется значительным разнообразием: контакторы, отдельные выключатели — внутренней и наружной установки. Комплектные распределительные устройства (КРУ) с элегазовыми коммутационными аппаратами, КРУ с элегазовой изоляцией (КРУЭ). Дополнительные преимущества КРУЭ по массо-габаритным характеристикам придали конструкции шкафного типа (в виде отдельных ячеек или группы ячеек, объединенных схемно в упрощенную подстанцию).

Элегазовым выключателям следует отдать предпочтение в области применения на напряжения 110-550 кВ, токи отключения до 50 кА, времена отключения 0,04-0,06 с, апериодическая составляющая менее 60 %, в климатических районах с минимальными минусовыми температурами выше минус 30 оС. Поскольку число дней с температурами ниже минус 30 оС в Татарстане невелико, то применение элегазовых выключателей в нашей республике имеет явные перспективы.

В отечественной практике принята установка КРУЭ в закрытых и подогреваемых (для поддержания температуры не ниже минус 5 оС) помещениях для защиты от атмосферных осадков и предотвращения коррозии, круглогодичном удобстве монтажа и эксплуатации, необходимости устройств для подогрева элегаза, что является экономически вполне оправданным с учетом небольших габаритов КРУЭ.

Фундаментальные исследования в области высоковольтного оборудования, с использованием элегазовой изоляции, предшествующего современному поколению комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией были начаты в Европе в конце пятидесятых годов и завершились в 1967 году получением фирмой АВВ первого коммерческого заказа на изготовление пробной установки (170 кВ, смонтирована в Цюрихе и до настоящего времени находится в повседневной эксплуатации). Ранние серии производились в сравнительно малых количествах. Современное поколение КРУЭ пущено в эксплуатацию в 1975-1976 годах за рубежом и в начале 80-х годов в нашей стране (в Москве и Ленинграде).

Преимущества КРУЭ перед ОРУ и ЗРУ заключаются в следующем.

Во-первых, все элементы, находящиеся под напряжением, расположены внутри заземленного корпуса, что повышает безопасность работы обслуживающего персонала и существенно уменьшает размеры распределительного устройства.

Во-вторых, КРУЭ могут быть установлены в подвалах зданий или специальных помещениях под землей, что особенно важно при строительстве или расширении РУ в черте города, поскольку в крупных городах очень трудно отыскать свободную площадь под открытую подстанцию. Кроме того, ОРУ нарушают архитектурный облик города, создают повышенные радио- и акустические помехи, в то время как КРУЭ работают практически бесшумно и не создают радиопомех.

В-третьих, изоляция КРУЭ непосредственно не контактирует с атмосферой и потому надежность ее работы не зависит от погодных условий и загрязненности атмосферы. В- четвертых, КРУЭ пожаробезопасны.

КРУЭ собираются из отдельных однофазных или трехфазных ячеек. Крепление и перемещение токоведущих частей обеспечивается изоляционными элементами из твердых материалов. Для повышения надежности, облегчения монтажа и упрощения эксплуатации ячейки КРУЭ выполняют состоящими из отсеков, отделенных друг от друга с помощью герметизирующих проходных втулок-изоляторов.

Для обеспечения требуемой электрической прочности КРУЭ конструкция элементов КРУЭ должна быть такой, чтобы электрическое поле между электродами было близким к однородному. Для этой цели соединительные шины выполняются в виде коаксиальных соосных цилиндров.

В КРУЭ положение внутреннего электрода фиксируется внутри заземленного цилиндра с помощью изоляторов-распорок, обычно изготавливаемых из эпоксидного компаунда. Разрядные напряжения вдоль поверхности изолятора, как правило, ниже, чем для чисто газового промежутка, и зависят от качества контакта с внутренним электродом, от наличия адсорбированных боковой поверхностью изолятора при его изготовлении паров металлов, от формы изолятора. Важно снизить напряженность электрического поля в месте контакта изолятора с внутренним электродом, что достигается приданием изолятору специальной формы или установки кольцевых экранов.

В условиях эксплуатации в КРУЭ чистота и давление элегаза должны поддерживаться в заданных пределах, а появление пыли, грязи и влаги должно предотвращаться. Особое внимание уделяется ограничению содержания в элегазе влаги, поскольку наличие влаги приводит к появлению в техническом элегазе кислотообразующих соединений. Влага проникает из атмосферы через поры в металлических кожухах и уплотнениях.

Согласно рекомендациям Мировой энергетической комиссии максимально допустимая концентрация воды в 1 кг элегаза составляет 0,015 г. Для ее удаления используются фильтры и поглотители. Для поддержания требуемого давления элегаза КРУЭ имеют автоматические системы подпитки и циркуляции газа. Рабочее давление элегаза 200 кПа. Необходимы периодическое добавление элегаза и проверка регуляторов плотности элегаза.

Модульная конструкция КРУЭ обеспечивает высокую степень гибкости, отвечая требованиям размещения как на подстанциях, так и на электростанциях, и давая возможность эффективно использовать имеющееся пространство.

Достоинства КРУЭ особенно очевидны в тех случаях, когда во внимание принимаются факторы экономии, например, сокращение занимаемой площади, затрат на строительные работы, уменьшение экологического воздействия, снижение затрат на рабочую силу и эксплуатацию оборудования.

Экономический анализ показывает, что при учете всех дополнительных затрат, суммарные капиталовложения в случае КРУЭ примерно на 10 % выше по сравнению с обычным оборудование при данном уровне напряжения (по данным фирмы АВВ). Однако при анализе эксплуатационных издержек в расчете на тридцатилетний срок службы станции, суммарная расчетная стоимость КРУЭ получается даже несколько ниже. Преимущества КРУЭ становятся еще более очевидными, если учитывать плату за пользование земельным участком.

Фирмой АВВ разработаны элегазовые блоки PASS (система «Штепсель — выключатель»). Конструктивно блок PASS представляет собой один элемент, включающий в себя комбинированные разъединители-заземлители, выключатель, комбинированный трансформатор тока и напряжения. Для PASS требуется на 70 % меньше площади, чем для обычного оборудования.

Кабели с элегазовой изоляцией под давлением устроены следующим образом. В стальной трубе на распорках из твердого диэлектрика закреплена жила (или три жилы). Линия собирается из отрезков таких труб и заполняется высокопрочным газом — элегазом под давлением. Такие кабели имеют сравнительно простую конструкцию, малые диэлектрические потери, способность к восстановлению электрической прочности после случайного пробоя, малую емкость на единицу длины.

    • Пресс-офис
    • База законодательной документации
      • Кодексы
      • НПА без категории
      • Обзоры правовых изменений ТЭК России и мира
      • Определения
      • Письма
      • Постановления
      • Приказы
      • Распоряжения
      • Решения
      • Судебная практика на рынках э/э
      • Указы
      • Федеральные Законы
    • База отраслевой НТД
      • ГОСТ
      • ГОСТ Р
      • ИТС
      • МУК
      • НП, ПБЯ, ПНАЭ Г, РБ
      • НТД без категории
      • Нормы МАГАТЭ по безопасности
      • ОСТ
      • Охрана труда и ПБ
      • ПНСТ
      • ПУЭ
      • Регламенты ОРЭМ
      • Руководящие документы
      • СП, СНиП, ВСН, СН
      • СТ ЦКБА
      • СТО
        • Газпром
        • НОСТРОЙ
        • Россети
        • СО ЕЭС
        • СТО без категории
        • ФСК ЕЭС
        • ЦКТИ
      • Сметы (ФЕР, ГЭСН, НЦС, ОЭСН, ТСН)
      • ТУ
      • Технологические карты
    • База международных стандартов
      • ASTM
      • British standard
      • IEC / МЭК
      • IEEE
      • ISO
      • НТД Белоруссии
      • НТД Казахстана
      • НТД Украины
    • Библиотека энергетика
      • CIGRE (СИГРЭ). Отчетные материалы
      • CIRED. Отчетные материалы
    • Инновационное развитие
      • Архив информационных исследований
        • Воздушные линии
        • Кабельные линии
        • Электрические подстанции
      • Архив информационных обзоров
      • Исходные материалы по исследованиям
        • Активно-адаптивные сети
        • Воздушные линии
        • Кабельные линии
        • Новые материалы и технологии в электроэнергетике
        • Системы связи
        • Системы управления
        • Сквозные технологии
        • Цифровые подстанции
      • НИОКР
        • Реестр внедренного оборудования и технологий
        • ТЗ, темы (архив)
    • Цифровая трансформация
      • Ежемесячный мониторинг
      • Еженедельный мониторинг
    • База проектной документации
    • Учебные фильмы
      • Передача и распределение
        • Настройка оборудования и ПО. Ремонт и испытания
          • Воздушные линии
          • Кабельные линии
          • Подстанции
          • Релейная защита
          • Системы связи и IT
          • АСУ
          • Учет и контроль качества электроэнергии
        • Аварии, происшествия и их ликвидация
        • Обзорные фильмы
      • Генерация
        • Настройка оборудования и ПО. Ремонт и испытания
        • Аварии, происшествия и их ликвидация
        • Альтернативные источники энергии
        • Обзорные фильмы
      • Охрана труда
        • Охрана труда и техника безопасности
        • Пожарная безопасность
        • Первая медицинская помощь
      • Фильмы без категории
    • База по оборудованию
      • Документация по оборудованию
      • Каталог продукции компаний партнёров
      • Поставщики продукции и услуг
      • Презентационные материалы
    • Главные мероприятия по энергетике
      • Расписание мероприятий
      • Условия информационного партнерства
      • Архив
        • Архив расписаний
        • Архив материалов
    • Вебинары
      • Расписание
      • Прошедшие
      • Видео-архив
    • О проекте
    • Информационные исследования
    • Реклама в информационной системе
    • Корпоративные пользователи
    • Контакты

Эксплуатация выключателей

  • Главная
  • Избранное
  • Популярное
  • Новые добавления
  • Случайная статья

⇐ Предыдущая12

4.1 Эксплуатация воздушных выключателей

Конструктивные схемы воздушных выключателей различны. Однко их общими элементами являются:

1) дугогасительные устройства;

2) устройства создания изоляционного промежутка между контактами выключателя при его отключенном положении;

3) изоляционные конструкции;

4) шунтирующие резисторы;

5) резервуары для хранения сжатого воздуха;

6) механизмы системы управления.

В воздушных выключателях сжатый воздух выполняет следующие две функции: гашение дуги и управление механизмом выключателя.

Конструктивные схемы воздушных выключателей на ПС отличаются способом создания изоляционного промежутка между контактами выключателя, способом подачи сжатого воздуха в дугогасящие устройства, системой управления выключателем, наличием шунтирующих резисторов и делителей напряжения и др.

В качестве материала для изоляции токоведущих частей от земли служит фарфор.

Наиболее характерными причинами отказов воздушных выключателей являются следующие:

1) отказы в отключении токов КЗ, которые происходят из-за недостаточной отключающей способности воздушных выключателей гасить электрическую дугу, а также при отключении неудаленных КЗ, сопровождающихся большой скоростью восстановления напряжения на контактах. При удалении точки КЗ от шин ПС скорость восстановления напряжения уменьшается. Для улучшения работы выключателей в таких случаях применяется шунтирование дугового разрыва низкоомным резистором и повышение эффективности дугогасящих устройств путем увеличения последовательно включенных мест разрыва;

2) дефекты контактных систем из-за дефектов конструкций отдельных узлов выключателя, заклинивания деталей, приводящих к зависанию подвижных контактов в промежуточном положении или к недостаточному вжиманию контактов. Если зависание происходит во время отключения КЗ, то горящей дугой разрушаются контактные системы и фарфоровая изоляция;

3) перекрытия опорной изоляции по наружной поверхности, которые обусловлены в основном загрязнением изоляторов уносами с предприятий и пылью при ее увлажнении. Проникновение влаги внутрь изоляторов, а также прекращение продувки внутренних полостей воздухопроводов приводит к перекрытию изоляции по внутренней поверхности и разрушениям выключателей;

4) неисправности механизмов приводов и клапанов, с которыми связано значительное число отказов в работе выключателей, обусловленных дефектами клапанов, попаданием под клапаны посторонних предметов, повреждением электромагнитов и цепей управления. Иногда происходит самопроизвольное уменьшение сброса давления из-за попадания в каналы клапанов пыли и смазки. Все эти неисправности, как правило, приводят к неполнофазной работе выключателей;

5) повреждение резиновых уплотнителей происходит из-за потери упругих свойств резины и приводит к нарушению герметичности соединений. Для устранения таких нежелательных явлений производится обжатие всех элементов эластичного крепления изоляторов. Следует учесть, что частые обжатия приводят к деформации и преждевременному выходу из строя резиновых прокладок и уплотнений.

Осмотры воздушных выключателей являются неотъемлемой частью процедуры их обслуживания.

При осмотре по показаниям сигнальных ламп и манометров проверяется фактическое положение всех фаз воздушного выключателя, отсутствие утечек воздуха, целостность изоляторов гасительных камер, отделителей, шунтирующих резисторов и емкостных делителей напряжения, опорных колонок и изолирующих растяжек, а также отсутствие загрязненности поверхности изоляторов.

По манометрам, установленным в распределительном шкафу, контролируется давление воздуха в резервуарах выключателя и поступление его на вентиляцию.

У воздушных выключателей давление должно быть на уровне 2 МПа. При давлении ниже 1,6 МПа один из манометров размыкает цепь включения и отключения, а другой при давлении ниже 1,9 МПа переключает цепи АПВ на отключение.

Контроль за поступлением воздуха на вентиляцию ведется по указателю продувки, представляющему собой стеклянную трубку с находящимся в ней алюминиевым шариком. Шарик под действием струи воздуха должен находиться во взвешенном состоянии между рисками, нанесенными на указателе. Регулирование расхода воздуха осуществляется винтом на верхней части редукторного клапана.

Включение выключателей, длительно находящихся без вентиляции, должно производиться после просушки их изоляции путем усиления продувки в течение 12–24 ч. При этом шарик указателя продувки будет находиться в верхнем положении.

При осмотре визуально проверяется целостность резиновых уплотнений в соединениях изоляторов гасительных камер, отделителей и их опорных колонок.

Обслуживание выключателей в процессе эксплуатации включает проведение следующих мероприятий:

1) из резервуаров выключателей с периодичностью 1–2 раза в месяц удаляется накопившийся в них конденсат;

2) с той же периодичностью продувается сжатым воздухом рабочего давления воздухораспределительная сеть. Несоблюдение периодичности продувок при резких изменениях температуры окружающей среды приводит к конденсации влаги в резервуарах выключателей и образованию льда в воздухораспределительной сети;

3) чтобы не допускать скопления конденсата в блоках пневматических клапанов, из них также удаляют конденсат через спускной клапан;

4) при понижении температуры окружающего воздуха ниже 5 °C в шкафах управления и в распределительном шкафу включают электрический обогрев;

5) не реже 2 раз в год проверяют работоспособность выключателя путем контрольных опробований на отключение и включение при номинальном и минимально допустимом давлении.

Воздух, поступающий в резервуары выключателей, должен быть очищен от механических примесей. Очистка и осушка воздуха производятся компрессорной воздухоприготовительной установкой. Для дополнительной очистки сжатого воздуха в распределительных шкафах выключателей установлены войлочно-волосяные фильтры. Смена фильтрующих патронов в них должна производиться систематически в зависимости от степени загрязнения воздуха.

4.2 Эксплуатация элегазовых выключателей

Элегазовые выключатели являются одним из самых современных типов высоковольтных выключателей и получают все более широкое применение, в основном в КРУ 110–220 кВ. Эти выключатели являются достаточно надежными в работе и долговечными; они позволяют осуществлять не менее 10 тысяч операций включения и отключения номинального тока и 40 отключений номинального тока КЗ.

В качестве дугогасительной, изолирующей и теплоотводящей среды в них применяется электротермический газ (элегаз) — шестифтористая сера SF6.

Элегаз обладает следующими достоинствами: он безвреден, химически не активен, не горит и не поддерживает горение, обладает повышенной теплопроводностью, удачно сочетает в себе изоляционные и дугогасящие свойства и легкодоступен. Электрическая прочность элегаза в 2,5 раза больше прочности воздуха. Его электрические характеристики обладают высокой стабильностью. При нормальной эксплуатации элегаз не действует на материалы и конструкции, не стареет и не требует такого ухода, как, например, масло.

Электрическая дуга частично разлагает элегаз. Основная масса продуктов разложения восстанавливается (рекомбинирует). Оставшаяся часть поглощается фильтрами-поглотителями, встроенными в резервуары выключателей. Продукты разложения, не поглощенные фильтрами, взаимодействуют с влагой, кислородом и парами металла и выпадают в выключателях в виде тонкого слоя порошка. Сухой порошок является хорошим диэлектриком.

Полюс элегазового выключателя представляет собой герметичный заземленный, заполненный сжатым воздухом металлический резервуар, в котором размещено дугогасительное устройство. Оно крепится к стенкам резервуара с помощью эпоксидных опорных изоляторов.

Подвижные части дугогасящего устройства выключателя перемещаются изоляционной тягой, связанной с пневматическим приводом, шток которого входит в резервуар.

В процессе обслуживания элегазовых выключателей персонал обязан следить за давлением элегаза в резервуарах выключателей, с тем чтобы предотвратить чрезмерные утечки элегаза и снижение по этой причине электрической прочности изоляционных промежутков.

Контроль давления осуществляется по показаниям манометров и плотномеров. Плотномеры используются в случаях, когда температура окружающей среды изменяется в широких пределах, что затрудняет измерение давления.

При эксплуатации практически невозможно обеспечить абсолютную герметизацию резервуара, в связи с чем утечки элегаза неизбежны, но они не должны превышать 3 % общей массы в год.

Проводить операции с выключателями при пониженном давлении элегаза не допускается.

При осмотрах выключателей проверяется: чистота наружной поверхности, отсутствие звуков электрических разрядов, треска, вибраций, работа приточно-вытяжной вентиляции, температура в помещении РУ (должна поддерживаться на уровне не ниже 5 °C), а также проверяется давление в резервуарах пневматических приводов выключателей (должно находиться в пределах 1,6–2,1 МПа).

Элегаз в 5 раз тяжелее воздуха и при утечках скапливается в пониженных местах (на полу, в подвалах, траншеях, кабельных каналах). Персонал, находящийся в таких местах, почувствует недостаток кислорода и удушье. Безопасный уровень концентрации чистого (не загрязненного продуктами разложения) элегаза в помещении составляет порядка 0,1 % (5000 мг/м3), а при кратковременном пребывании — до 1 %.

Поэтому проведение работ в помещениях РУ, где обнаружена утечка элегаза, может допускаться при включенной приточно-вытяжной вентиляции и применении средств индивидуальной защиты. Следует иметь в виду, что в продуктах разложения элегаза электрической дугой содержатся активные высокотоксичные фториды и сернистые соединения. Наличие продуктов разложения обнаруживается по неприятному запаху. Эти химические соединения в газообразном и твердом состоянии очень опасны для людей.

4.3 Эксплуатация вакуумных выключателей

Вакуумные выключатели находят широкое применение в электроустановках напряжением 10 кВ и выше. По сравнению с другими выключателями высокого напряжения вакуумные выключатели имеют следующие преимущества:

1) высокое быстродействие;

2) полную взрыво- и пожаробезопасность;

3) экологическую чистоту;

4) широкий диапазон температур (от +200 до −70 °C);

5) надежность в работе;

6) минимальные эксплуатационные затраты;

7) минимальные габаритные размеры;

8) повышенную устойчивость к ударным вибрационным нагрузкам;

9) высокую изностойкость при коммутации токов нагрузки;

10) произвольное рабочее положение вакуумного дугогасительного устройства.

Принцип использования вакуума для гашения дуги при высоких напряжениях был известен давно. Однако на практике их стали применять лишь после появления технических возможностей — создания вакуумночистых проводниковых и изоляционных материалов больших размеров, проведения вакуумночистых сборок этих материалов и получения высокого вакуума.

Главной частью вакуумного выключателя является вакуумная дугогасительная камера.

Конструктивно вакуумный выключатель выполнен следующим образом.

Цилиндрический корпус камеры, как правило, состоит из двух секций полых керамических изоляторов, соединенных металлической прокладкой и закрытых с торцов фланцами. Внутри камеры расположена контактная система и электростатические экраны, защищающие изоляционные поверхности от металлизации продуктами эрозии контактов и способствующие распределению потенциалов внутри камеры. Неподвижный контакт жестко прикреплен к нижнему фланцу камеры, а подвижный контакт проходит через верхний фланец камеры и соединяется с ним сильфоном из нержавеющей стали, создающим герметичное подвижное соединение. Камеры полюсов выключателя крепятся на металлическом каркасе с помощью опорных изоляторов.

Подвижные контакты камер управляются общим приводом с помощью изоляционных тяг и перемещаются при отключении на 12 мм, что позволяет достигать высоких скоростей отключения — порядка 1,7–2,3 м/с.

Воздух из камер откачан до глубокого вакуума, который сохраняется в течение всего срока их службы. Поэтому гашение электрической дуги в вакуумном выключателе происходит при полном отсутствии среды, проводящей электрический ток. Вследствие этого изоляция межэлектродного промежутка восстанавливается быстро и дуга гаснет при первом же прохождении тока через нулевое значение. При этом эрозия контактов под действием дуги незначительна — в пределах допустимого значения (4 мм).

При обслуживании вакуумных выключателей проверяется отсутствие дефектов изоляторов (сколов и трещин) и загрязнений их поверхности, а также отсутствие следов разрядов и коронирования.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы мной были произведены расчеты, которые необходимы для составления структурной схемы электростанции. Также были произведены расчеты необходимые для выбора трансформаторов, с последующим вычислением их коэффициентов загрузки трансформаторов. Также были описаны принципы эксплуатации трёх типов выключателей.

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх