Конструкции элегазовых выключателей

Одним из быстро развивающихся направлений создания новых конструкций выключателей переменного тока высокого и сверхвысокого напряжения, отличающихся меньшими габаритами и отвечающих требованиям современной энергетики по коммутационной способности и надежности, является применение дугогасящих сред, более эффективных по сравнению с воздухом и маслом. Использование элегаза для этих целей обусловлено удачным сочетанием в нем высоких изоляционных и дугогасящих свойств. Эти преимущества элегаза способствовали, особенно в последнее десятилетие, развитию разработок и совершенствованию элегазовых выключателей.

В элегазовых выключателях применяются различные способы гашения дуги в зависимости от номинального напряжения, номинального тока отключения и жесткости сети. В элегазовых дугогасительных устройств в отличие от воздушных дугогасительных устройств при гашении дуги истечение газа через сопло происходит не в атмосферу, а в замкнутый объем камеры, заполненный элегазом при относительно небольшом избыточном давлении. По способу гашения дуги в элегазе различаются следующие элегазовые выключатели:

автокомпрессионные с дутьем в элегазе, создаваемым посредством компрессионного устройства (элегазовые выключатели с одной ступенью давления);

в которых гашение дуги в дугогасительных устройствах обеспечивается вращением её по кольцевым контактам под действием поперечного магнитного поля, создаваемого отключаемым током (элегазовые выключатели с электромагнитным дутьем);

с дугогасительным устройством продольного дутья, в которую предварительно сжатый газ поступает из резервуара с относительно высоким давлением элегаза (элегазовые выключатели с двумя ступенями давления);

с дугогасительным устройством продольного дутья, в которых повышение давления элегаза происходит за счет разогрева газовой среды дугой отключения в специальной камере (элегазовые выключатели с автогенерирующим дутьем).

Рассмотрим конструкцию автокомпрессионного элегазового выключателя высокого напряжения (выключатель с одной ступенью давления), который вытеснил с международного рынка воздушные и маломасляные выключатели различного назначения, а также успешно конкурирует с вакуумными выключателями на средние классы напряжения. Автокомпрессионные элегазовые выключатели выпускаются как отдельно стоящие выключатели для ОРУ и различных электроэнергетических, установок, так и для элегазовых ГРУ. Такие выключатели имеют простую конструкцию, малое количество движущихся элементов, малый уровень шума и не выбрасывают пламени и газов в окружающее пространство. Автокомпрессионные элегазовые выключатели по сравнению с воздушными выключателями отличаются более высокой отключающей способностью на один разрыв, меньшими массой и объемом, более высокой надежностью, в таких выключателях отсутствуют многие механические, пневмомеханические элементы и системы воздушных выключателей, которые в совокупности вызывают более 40% всех аварий по механическим причинам. Для элегазовых выключателей нет необходимости в компрессорной станции высокого давления, аварийность которой составляет 10 %.

Типичная конструкция автокомпрессионного элегазового выключателя приведена на рис. 1. Аппарат находится в отключенном положении и контакты 5 и 3 разомкнуты. Токоподвод к неподвижному контакту 3 осуществляется через фланец 2, а к подвижному контакту 5 через фланец 9. В верхней крышке 1 монтируется камера с адсорбентом. При включении элегазового выключателя срабатывает пневмопривод 13 (жестко закрепленный на фланце 11), шток 12 которого соединен через изоляционную тягу 10 и стальной стержень 8 с подвижным контактом. Последний жестко связан с фторопластовым соплом 4 и подвижным цилиндром 6. Вся подвижная система элегазового выключателя (элементы 12 — 10—8 — 6 — 5) движется вверх относительно неподвижного поршня 7 и полость К дугогасительной системы элегазового выключателя увеличивается.

Рис. 1. Автокомпрессионный элегазовый выключатель

При отключении элегазового выключателя шток 12 приводного силового механизма тянет подвижную систему вниз и в полости К создается повышенное давление элегаза по сравнению с давлением в камере Б (рис. 1). Такая автокомпрессия элегаза обеспечивает истечение газовой среды через сопло, интенсивное охлаждение электрической дуги, возникающей между контактами 3 и 5 при отключении. Указатель положения 14 дает возможность визуального контроля исходного положения контактной системы элегазового выключателя. В ряде конструкций автокомпрессионных элегазовых выключателей используются пружинные, гидравлические силовые приводные механизмы, а организация истечения элегаза через сопла в дугогасительной камере осуществляется по принципу двухстороннего несимметричного дутья.

Для подобных элегазовых выключателей на один разрыв (рис. 1) различные фирмы имеют следующие номинальные параметры: Uном = = 174- 245 кВ, Iном = 1,25-4 кА; Iоном = 31,5-50 кА, исходное давление элегаза Рном = 0,3-0,6 МПа; время отключения — два — три периода тока КЗ. В настоящее время проводятся интенсивные исследования и испытания для достижения более высоких номинальных параметров на один разрыв: до Uном = = 300-420 кВ при Iо.ном = 40 - 50 кА и время отключения тока — один период тока КЗ.

На рис. 1 приведена принципиальная схема автокомпрессионного элегазового выключателя неразборного типа серии FG фирмы Merlin Gerin (Франция) на номинальные параметры: U = 8-24 кВ; Iном = 0,6-3 кА; Iоном = 25-60 кА; Рном = 0,2-0,65 МПа; время отключения 0,06-0,1 с. Гарантированное количество операций ВО без ревизии 10 000.

Каждый полюс элегазового выключателя (рис. 2) представляет собой герметичный корпус 2 из синтетической смолы, внутри которого имеется главный токоведущий контур 5, образуемый верхним 20 и нижним 19 вводами и разъединителем рубящего типа. Параллельно главному токоведущему контуру имеется дугогасительный контур с неподвижным контактом 4 и подвижным контактом 7. Газовое дутье из-под двигающегося поршня 8 через изоляционное сопло 6 создается благодаря перемещению поршня 8 в неподвижном цилиндре и сжатию элегаза в полости К (рис. 2). Подвижная система выключателя приводится в действие пружинным приводом (на рис. 2 не показан) через рычаг 13, изоляционную тягу 12 и направляющую 10. Последняя жестко соединена с поршнем 8 и ножом разъединителя. Вал 16 с хвостовиком 15 вводится в корпус 2 через уплотнение 14. Корпус 2 сверху и снизу закрывается крышками 1 и 17, которые приклеиваются к корпусу специальным клеем, то есть образуется неразборная герметичная конструкция. С помощью соединений 3, 11 камера крепится к металлическому каркасу ячейки. В камере имеется адсорбент 18, поглощающий влагу и газообразные продукты разложения элегаза, образующиеся под действием дуги. Во включенном положении направляющая 10 поднята вверх, дугогасительные контакты замкнуты (нижний контакт 7 взводит пружину 9), а главная цепь замкнута ножом разъединителя. При отключении направляющая 10 движется вниз и обеспечивает размыкание разъединителя и далее дугогасительных контактов. Возникающая между ними дуга обдувается потоком элегаза и гаснет при переходе тока через нулевое значение.

В заключение следует отметить некоторые особенности автокомпрессионных элегазовых выключателей, которые связаны с принципом действия таких элегазовых выключателей:

1) ограниченный расход газовой среды как по величине, так и по продолжительности, вследствие чего действие газового потока на дугу носит импульсный характер;

относительно большая приведенная масса подвижной системы элегазовых выключателей, которая увеличивается с ростом не только токовой нагрузки, но и номинального напряжения;

относительно большой ход контактов.

Рис. 2. Конструкция элегазового выключателя на средние классы напряжения