Элегазовые выключатели

Элегаз SF₆ представляет собой инертный газ, плотность которого в 5 раз превышает плотность воздуха. Электрическая прочность элегаза в 2 — 3 раза выше прочности воздуха. В элегазовых выключателях применяются автокомпрессионные дугогасительные устройства (рис. 47). При отключении цилиндр 4 вместе с контактом 3 перемещается вниз, образуется разрыв между подвижным 3 и неподвижным 1 контактами и загорается дуга. Поршень 5 остается неподвижным, поэтому при движении цилиндра вниз элегаз над поршнем сжимается, создается дутье в объем камеры и полый контакт 1, столб дуги интенсивно охлаждается, и она гаснет. При включении цилиндр 4 перемещается вверх, контакт 1 оказывается в верхней камере цилиндра и цепь замыкается.

Элегазовый выключатель представляет собой замкнутую систему без выброса газа наружу.

Более эффективным является двустороннее дутье, именно такие дугогасительные камеры применяются в современных элегазовых выключателях, построенных на модульном принципе. Так в выключателях на 11ОкВ— один дугогасительный модуль, на 220 кВ — два, на 500 кВ — четыре. Соответственно меняется изоляция относительно земли.

Рис. 48. Выключатель элегазовый ВГУ-220-45/3150:

1 – модуль дугогасительный; 2 – колонка опорная; 3 – шкаф управления с приводом; 4 – шкаф распределительный; 5 – конденсаторы (емкостные делители)

На рис. 48 показан выключатель ВГУ-220-45/3150У1 (U_H0M = 220кВ, Iоткл.ном-45 кА, I_НОМ=3150 А, климат — умеренный, установка— открытая). Полюс имеет Y-образную компоновку. Емкостные делители обеспечивают равномерное распределение напряжения между разрывами полюса. Отключение осуществляется пневматическим приводом, включение — пружинами, которые заводятся при отключении. Механический ресурс

выключателя 3000 циклов ВО; ресурс коммутационной спо­собности: при токе 45 кА число операций О/В — 15/17; при токе 27 кА — 22/11, при рабочем токе 3150А- 3000/3000.

Распределительный шкаф 4 предназначен для пневматической и электрической связи трех полюсов выключателя.

Новая серия баковых выключателей на 35 кВ позволяет иметь встроенные трансформаторы тока (рис. 49), что упрощает конструкцию распределительных устройств. Вводы и трансформаторы тока укреплены на баке, внутри которого находятся контактная и дугогасительная системы. Номинальное давление элегаза 0,45 МПа, при снижении давления до 0,33 МПа срабатывает сигнализация, а при 0,3 МПа выключатель отключается автоматически. Гашение дуги осуществляется за счет вращения электрической дуги в элегазе с помощью магнитного поля, созданного отключаемым током. Привод выключателя электромагнитный. По сравнению с масляными выключателями С-35 и ВТ-35 элегазовый выключатель имеет значительные преимущества и более совершенные трансформаторы тока. Рассмотренный выключатель ВГБЭ-35-12,5/630 рассчитан на ток отключения 12,5 кА, полное время отключения 0,07 с, электродинамическую стойкость 35 кА. Выключатель пригоден для АПВ. Элегазовые выключатели имеют большую механическую и коммутационную износоустойчивость.

Баковые выключатели с элегазом на 110 кВ выпускаются фирмой АББ типа 145РМ40, номинальный ток 3000 А, ток динамической устойчивости 100 кА, I_откл = 0,05 с. Дугогасительное устройство подобно рассмотренному выше (рис. 47). На наружной части ввода располагаются трансформаторы тока.

Колонковые выключатели этой же фирмы типа LTB145D1/B рассчитаны на напряжение 110 кВ, номинальный ток 3150 А, ток отключения 40 кА.

Рис.49. Выключатель элегазовый баковый ВГБЭ-35

1— ввод; 2 — трансформатор тока; 3 — бак с контактной и дугогасительной

системами; 4 — коробка механизма; 5 — клапан; 6 — сигнализатор давления; 7— клеммная коробка; 8 — подогрев; 9 — шкаф с приводом

В этой серии выпускаются выключатели напряжением до 800 кВ. Особенностью серии LTB являются: высокая сейсмостойкость, возможность работы в экстремальных условиях окружающей среды.

Колонковые выключатели с элегазом выпускаются ОАО «Урал-электротяжмаш» на напряжение 110 — 500 кВ.

Для замены устаревших выключателей в КРУ типов К-Х, К-ХП, K-XXV, K-XXVI фирмой АББ производятся выкатные элементы с элегазовыми выключателями серий VF и HD2GT.

Достоинства элегазовых выключателей:пожаро- и взрывобезопасность, быстрота действия, высокая отключающая способность, малый износ дугогасительных контактов, возможность создания серий с унифицированными узлами (модулями), пригодность для наружной и внутренней установки.

Недостатки:необходимость специальных устройств для наполне­ния, перекачки и очистки SF₆, относительно высокая стоимость SF₆.

Выбор выключателей

В общих сведениях о выключателях рассмотрены те параметры, которые характеризуют выключатели по ГОСТ 687—78Е. При выборе выключателей необходимо учесть 12 различных параметров, но так как заводами-изготовителями гарантируется определенная зависимость параметров, например I_{вкл.ном}≥I_{откл.ном}; i_{вкл.ном}≥1,8√2 I_{откл.ном}

допустимо производить выбор выключателей по важнейшим параметрам:

напряжению U_H0М > U_{сет.ном};

длительному току I_ном≥I_{норм.расч}; к_пгI_ном≥I_{прод.расч}.

Проверку выключателей следует производить на симметричный ток отключения по условию

I_{откл.ном}≥I_nt

Затем проверяется возможность отключения апериодической составляющей тока КЗ

где i_аном — номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключаемом токе для времени t; β_норм — нормированное значение содержания апериодической составляющей в отключаемом токе, % (по каталогам или по рис. 33); t_ат— апериодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения контактов ι; ι — наименьшее время от начала КЗ до момента расхождения дугогасительных контактов

Где t_з.min=0,01 с — минимальное время действия релейной защиты; t_CB — собственное время отключения выключателя.

Если условие I_пт< I_откл._ном соблюдается, а i_ат>i_а.ном то допускается проверку по отключающей способности производить по полному току КЗ:

По включающей способности проверка производится по условию

где i_вкл— наибольший пик тока включения (по каталогу); i_уд — ударный ток КЗ в цепи выключателя; I_вкл — номинальный ток включения (действующее значение периодической составляю­щей); I_п0 — начальное значение периодической составляющей тока КЗ в цепи выключателя. Заводами-изготовителями соблюдается условие , где к_уд = 1,8 — ударный коэффици­ент, нормированный для выключателей. Проверка по двум усло­виям необходима потому, что для конкретной системы к_уд может быть более 1,8.

На электродинамическую стойкость выключатель проверяется по предельным сквозным токам КЗ:

где i_пр.скв — наибольший пик (ток электродинамической стойко­сти) по каталогу; I_пр._скв — действующее значение периодической составляющей предельного сквозного тока КЗ (по каталогу).

На термическую стойкость выключатель проверяется по тепловому импульсу тока КЗ:

| где I_тер — ток термической стойкости по каталогу; t_теp — длитель­ность протекания тока термической стойкости по каталогу, с; В_К — тепловой импульс тока КЗ (интеграл Джоуля) по расчету. Если t_откл< t_Tep, то условие проверки:

Проверка выключателей по параметрам восстанавливающегося напряжения на контактах выключателя в учебном проектировании обычно не производится, так как в большинстве энергосистем реальные условия восстановления напряжения соответствуют условиям испытания выключателя. Если возникает необходимость проверки выключателя по параметрам восстанавливающегося напряжения, то по конкретным данным электроустановки — мощности источников, реактивным сопротивлениям, емкостям трансформаторов, шин, аппаратов и т.д. — производят расчет и построение кривой переходного процесса восстанавливающегося напряжения (ПВН). Согласно ГОСТ 687—78Е эта кривая не должна пересекаться с нормированными кривыми ПВН.