4.4.5. Выключатели высоковольтные элегазовые

Элегаз в 5 раз тяжелее воздуха, очень стойкий, негорючий, электроотрицательный, инертный, с превосходными изолирующими свойствами и прекрасной теплопроводностью. При атмосферном давлении диэлектрические свойства элегаза в 3 раза выше, чем воздуха, а при давлении 0,2 МПа – такие же, как у изоляционного масла. Дугогасящие свойства более чем в 10 раз превосходят таковые для воздуха. Продукты разложения элегаза под действием дуги нестойкие, и его изоляционные свойства восстанавливаются. Если элегаз не подвергается длительному воздействию короны, старение газа не происходит. При низких температурах элегаз может сжижаться в зависимости от его давления и плотности (например при давлении 1,5 МПа и температуре + 6 С). Для обеспечения нормальной работы выключателей при температуре – 30С и ниже необходимо подогревать помещение, в котором КРУЭ будет устанавливаться. При наружной установке КРУЭ следует проверять возможность возникновения указанных низких температур.

Рис. 4.13 Внешний вид элегазового выключателя на 500 кВ. (Siemens)

В настоящее время за рубежом и в России созданы и применяются комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией (КРУЭ) на напряжения 1101150 кВ.

В таких РУ все электрические аппараты– выключатели, разъединители, заземлители, а также разрядники, токопроводы и измерительные трансформаторы – заключены в алюминиевую оболочку, заполненную инертным газом – элегазом (шестифтористой серой SF₆). Эти РУ комплектуются из стандартных элементов схемы электрических соединений с аппаратурой управления, контроля, сигнализации, измерений и блокировки, что позволяет собрать любую схему КРУЭ. Изоляция – элегаз и литые из смол изоляторы, служащие для фиксации токоведущих частей в герметичном корпусе. Герметичность алюминиевой заземленной оболочки и работа по замкнутому циклу обеспечивает безопасность и отсутствие выбросов горячих газов и пламени в атмосферу, а также заметного шума при отключениях.

Процесс гашения дуги

В нормальном положении контакты выключателя замкнуты и ток проходит от верхнего токопровода к нижнему через главные контакты и компрессионный цилиндр (рис. 4.14).

При операции отключения подвижные части главного и дугогасящего контактов, а также компрессионный цилиндр и сопло сдвигаются в разомкнутое положение. Важно учитывать, что подвижные контакты, сопло и компрессионный цилиндр составляют один подвижный узел. Другими словами, процесс компрессорного дугогашения, применяемый в выключателях (серии HPL) компании АББ, имеет конструкцию с одноходовым движением для размыкания контактов.

Когда подвижный узел двигается в направлении разомкнутого положения контактов, клапан заполнения закрывается и элегаз начинает сжиматься между подвижным компрессионным цилиндром и неподвижным поршнем. Первыми разделяются главные контакты. Благодаря тому, что размыкание главных контактов происходит за время, достаточное до начала размыкания дугогасящих контактов, любая дуга будет зажигаться только между дугогасящими контактами в объеме, ограниченном геометрией сопла.

Когда начинают размыкаться дугогасящие контакты, между подвижным и неподвижным дугогаcящими контактами зажигается дуга. Во время горения дуги тело плазмы в некоторой степени блокирует движение элегаза через сопло, в результате чего в компрессорном объеме продолжает увеличиваться давление газа до того момента, когда токовая кривая проходит через нулевое значение и дуга становится сравнительно слабой. В этот момент поток сжатого под большим давлением элегаза вырывается из компрессионного объема через сопло и гасит дугу.

Рис. 4.14 Конструктивные особенности компрессионного (Puffer) дугогасительного устройства (ABB):

1 – верхний токопровод; 2 – неподвижный дугогасящий контакт; 3 – подвижный дугогасящий контакт; 4 – компрессионный объем; 5 – нижний токопровод; 6 – сопло; 7 – главный неподвижный контакт; 8 – главный подвижный контакт;

9 – компрессионный цилиндр; 10 – клапан наполнения; 11 – неподвижный поршень

В разомкнутом положении расстояние между неподвижным и подвижным контактами выбрано достаточным для того, чтобы выдерживать нормированные уровни диэлектрической прочности промежутка.

При операции включения клапан наполнения открывается и элегаз может свободно проходить в компрессионный объем.

Следует отметить, что давление элегаза, необходимое для гашения дуги, поднимается чисто механическим способом. Таким образом, выключатели с компрессионным методом гашения нуждаются в достаточно мощном приводе, чтобы преодолеть создаваемое газом давление в сжимаемом объеме, которое необходимо для отключения номинальных токов КЗ, но при этом обеспечить определенную скорость движения контактов, чтобы в образующемся межконтактном изоляционном промежутке выдерживать без повторных пробоев восстанавливающееся на контактах напряжение.

В разомкнутом положении между неподвижным и подвижным контактами существует достаточный изоляционный промежуток, способный обеспечить номинальные уровни диэлектрической прочности.

Элегазовые выключатели обладают следующими достоинствами:

• высокая электрическая прочность и дугогасящая способность элегаза позволяют создать дугогасительное устройство на ток отключения 40 кА при напряжении 220 кВ на один разрыв при высокой скорости восстановления напряжения сети;

• элегаз позволяет повысить нагрузку токоведущих частей и уменьшить их массу за счет своих охлаждающих свойств;

• выключатели удобно использовать в элегазовых КРУЭ, в которых элегаз используется для изоляции;

• по сравнению с воздушными выключателями имеют меньший размер, массу;

• не требуют сжатого воздуха для гашения дуги;

• гашение дуги происходит в замкнутом объеме без выхлопа в атмосферу.

Недостатками элегазовых выключателей являются:

высокие требования к качеству заполняющего элегаза; работоспособность выключателя зависит от температуры окружающей среды и при понижении температуры ниже определенного значения выключатель может отказать в гашении; при давлении 0,35 МПа и плотности элегаза 28 кг/м³предельная рабочая температура минус 40С, что затрудняет применение элегазовых выключателей при более низких температурах окружающего воздуха.

Расположение выключателей в ЗРУ улучшает условия работы выключателей и расширяет область их применения.