Элегазовые выключатели: ориентиры выбора и правила подключения

Элегазовые выключатели принцип действия

Метод гашения дуги разнообразными газовыми смесями давно известен как в научной физике, так и производственном процессе.

Современное оборудование, имеющее внутри себя подготовленный газ, широко используют в производственных целях для предотвращения аварийных ситуаций.

Но то, какие именно процессы в этот момент происходят в самом приборе, известно далеко не всем. Потому ниже мы рассмотрим принципы, на которых основан такой прибор как элегазовый выключатель.

Особенности конструкции

Элегазовый выключатель – прибор, предназначенный для контроля и осуществления надзора за высоковольтными электросетями. По своим конструкционным принципам он близок к масляному выключателю, но вместо масляной смеси внутри находится газ. Также подобное сравнение показывает, что элегазовый аппарат порядком долговечнее и требует меньшего ухода.

Обычно в качестве газа применяют серу, но существую и иные смеси.

Существуют следующие разновидности конструкции:

Также данный прибор классифицируют исходя из метода гашения:

• вращающий;
• воздушный;
• продольный.

Принцип работы и сфера применения

Работа устройства основана на изоляции фаз методом использования элегаза.

Детально принцип работы колонкового выключателя выглядит следующим образом:

1. Поступление сигнала выключения заставляет сигналы камер разомкнуться.
2. После этого встроенные контакты прибора создают дугу.
3. Среда с активированной дугой заставляет газ активно делится на частицы.
4. Вызванное этим процессом высокое давление, снижает саму качественную проводимость среды и дуга тухнет.

В некоторых конструкциях предусмотрен отдельный компрессор, который помогает нагнетать ситуацию в приборах работающих не низком давлении. Также, при газовом дутье применяется шунтирование, благодаря которому сила тока выравнивается и процесс стабилизируется.

Принципы работы колонковых устройств несколько отличаются:

• контроль прибора осуществляется трансформаторами и дополнительными приводами. Такой подход обеспечивает возможность удерживания дуги в рамках определенной мощности, а также контролируемое выключение и включение всей сети;
• сами приводы бывают гидравлическими и пружинными. Сугубо пружинные механизмы полностью построены на механических сочленениях, потому они конструктивно простые и надежные. Гидравлические приводы — являются дополненной гидравликой версией пружинного механизма.

Гидравлическая система более надежна благодаря гидравлической страховке, но при этом обременена рисками, связанными с ней же.

Достоинства и недостатки

Любой механизм или прибор обладает рядом преимуществ и недостатков.

В нашем случае к первым относят:

1. Многофункциональность – напряжений, с которыми не мог бы справиться прибор, попросту не существует.
2. Скорость – скорость реакции элегаза измеряется тысячными секунды, что позволяет произвести аварийное отключение в действительно короткие сроки.
3. Пожаробезопасность и устойчивость к вибрации.
4. Срок эксплуатации – корпус устройства надежно защищен, а контакты, защищаемые газовой средой, не подлежат износу в принципе.
5. Работоспособность в сетях высокого напряжения – те же вакуумные приборы этого не могут.

На этом лучшие особенности такого выключателя заканчиваются, потому перейдем к недостаткам:

1. Цена – сама элегазовая смесь стоит дорого, при этом и работы по созданию прибора являются достаточно затратными, потому этот выключатель достаточно дорогой.
2. Низкие температуры – самый большой минус этого аппарата. Прибор в принципе не способен работать при маленьких температурах, ведь они сильно влияют на физические свойства содержимого, нарушая работоспособность всей системы.
3. Дорогое обслуживание – работы по ремонту устройств данного типа достаточно редкое явление. Его конструктивные особенности помогают ему оставаться надежным почти всегда, но если ремонт необходим – он будет стоить очень дорого. Во-первых, производить такой ремонт можно только высокоточной техникой, которая сама по себе редкость, во-вторых, специалисты, умеющие обращаться с этой техникой, также просят высокую плату.
4. Дорогой монтаж – ситуация полностью аналогична обслуживанию. Монтаж крайне сложен в исполнении, потому работы по подготовке специальной платформы может производить только профессионал.

Подробнее ознакомиться с устройством и принципом действия элегазового выключателя вы можете на видео ниже:

Напоследок

Надеемся, что теперь для вас не осталось пробелов в теоретических принципах работы элегазовых выключателей высокого напряжения.

Свойства

Гексафторид серы (также элегаз или шестифтористая сера, SF6)

бесцветный, нетоксичный, негорючий тяжелый газ, при нормальных условиях в 6 раз тяжелее воздуха.

Молекула имеет октаэдрическую конфигурацию. Чрезвычайно химически инертен. Не взаимодействует с щелочами, кислотами, окислителями, восстановителями. Устойчив к действию расплавленного натрия. Не реагирует с расплавленными алюминием и магнием, защищает их от воздействия кислорода атмосферы. Гексафторид серы очень слабо растворяется в воде; растворяется в неполярных органических растворителях. При атмосферном давлении возгоняется из твердого состояния в газообразное, минуя жидкость.

Обладает высокими электроизолирующими и дугогасящими свойствами, высоким напряжением пробоя, при этом практически инертен — инертность выше чем у азота и немного не дотягивает до инертности гелия, при этом гораздо дешевле.

Разлагается при температуре выше 1100 °С. Газообразные продукты разложения элегаза ядовиты и обладают резким, специфическим запахом. Элегаз не поддерживает горения и дыхания. 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 вещества малоопасные. Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны производных помещений 5000 мг/м³.

Предельно допустимая концентрация в атмосферном возхдухе — 0,001 мг/м³.

В соответствии с Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации помещения с ячейками комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) должны быть оборудованы устройствами, сигнализирующими о недопустимой концентрации элегаза и включающими приточно-вытяжную вентиляцию.

Экологические характеристики:

Потенциал разрушения озонового слоя ODP = 0

Потенциал глобального потепления GWP = 24 900, входит в число так называемых «новых газов» Киотского протокола.

Основные свойства:

Химическая формула	SF6
CAS №	2551-62-4
№ ООН	1080
Молекулярная масса	146,06 г/моль
Плотность газа при 20 °C , давлении 1 атм.	6,139 г/л
Температура плавления при 0,227 МПа	-50,8 °С (222 К)
Критическая температура	45,6 °С (318 К)
Температура сублимации	-63,8 °С (209 К)
Критическое давление	3.76 МПа
Критическая плотность	740 кг/м³
Плотность при температуре 20 °C и атмосферном давлении	6.139 г/л
Плотность твердого продукта при -195,2°С	2,683 г/см³
Плотность жидкого продукта при -50 °С	1,878 г/см³
Теплота образования	-1221,66 кДж/моль
Теплота испарения при 20 °С	9,6419

Физико-химические показатели по ТУ 6-02-1249-83 (элегаз повышенной чистоты)

Наименование показателя	Норма	Фактические
Массовая доля шестифтористой серы, %, не менее	99,9	99,99
Массовая доля примесей	кислород, азот, воздух (суммарно), %, не более	0,05	0,01
тетрафторметан, %, не более	0,05	<0,0002
Массовая доля воды, %, не более*	0,0015*	<0,0005
Кислотность в пересчете на массовую долю фтористого водорода, %, не более	0,00003	<0,00001
Массовая доля гидролизуемых фторидов в пересчете на массовую долю фтористого водорода, %, не более	0,0001	<0,00002
Токсичность	не токсичен

Фактически в большинстве случаев содержание примесей в выпускаемом по данному ТУ элегазе существенно меньше допускаемых нормативных значений.

Физико-химические показатели по международным стандартам

(Элегаз – гексафторид серы (SF6) технического качества для использования в электрическом оборудовании. Технические условия IEC 60376(2005) и др.)

Grade Classificastion	Qualified	Technical Grade	High-purity Grade
SF6 Content, %	min. 99.8	min. 99.9	min. 99.99
Air Content, %	max. 0.05	max. 0.03	max.0.003
CF4 Content, %	max. 0.05	max. 0.03	max. 0.003
Moisture Content, ppm	max. 8	max. 2	max. 1
Acid Content, ppm ( in terms of HF)	max. 0.3	max. 0.3	max. 0.3
Hydrolysable Fluoride Content, ppm	max. 1.0	max. 0.3	max. 0.3
Mineral Oil Content, ppm	max. 10	max. 3	max. 3
Toxicity	non- toxic

Европейские стандарты (EN)

EN 60376:2005	Технические условия на элегаз (SF6) технического сорта для электрического оборудования
EN 60480:2004	Руководство по проверке и обработке элегаза (SF6), взятого из электротехнического оборудования, и технические условия на его повторное использование

Стандарты Международной электротехнической комиссии (IEC)

IEC 60376:2005	Технические условия на элегаз (SF6) технического сорта для электрического оборудования
IEC 60480:2004	Руководство по проверке и обработке серы шестифтористой (SF6), взятой из электротехнического оборудования, и технические условия на ее повторное использование

Классификация по способу гашения электрической дуги

Дугогасящие устройства различаются по способу воздействия на электрическую дугу с целью ее охлаждения:

• Автопневматический (компрессионный) обдув происходит при переходе газа в момент разрыва контакта из емкости с давлением 1,5 — 2 МПа в емкость с более низким давлением. За счет обдува дуга охлаждается и гаснет.

• Магнитное (вращающее) воздействие возникает при разрыве контактов, оснащенных постоянными магнитами или последовательно подключенной катушкой. Магнитное (электромагнитное) поле, возникающее между ними, создает завихрение электрической дуги, ее охлаждение и постепенное гашение.

• Продольное дутье провоцируется при перемещении подвижного контакта оснащенного перегородкой в сторону поршня. Элегаз под действием давления, возникающего между поршнем и перегородкой, выдувается через предусмотренные отверстия и формируется в газовую струю специальным соплом.

Особенностью шестифтористой серы является ее способность сжижаться при довольно высоких температурах, что делает затруднительным использования выключателей в холодный период. Для решения этой проблемы применяется нагреватель, работающий на схеме автоматики, который обеспечивает постоянную температуру SF6.

Таким образом, некоторые модели ЭВ способны работать при температурах от -35°С до +45°С и на высоте более 1000 м над уровнем моря.

Настройка элегазового выключателя

После того как элегазовый выключатель установлен, необходимо провести его настройку. Настройка позволяет задать параметры работы выключателя согласно требованиям и условиям эксплуатации.

Для настройки элегазового выключателя следуйте данным инструкциям:

1. Проверьте правильность подключения элегазового выключателя к электропроводке. Убедитесь, что соединения надежные, кабели не повреждены и все контакты хорошо зажаты.

2. Проверьте наличие питания. Убедитесь, что элегазовый выключатель получает достаточное напряжение, необходимое для своей работы.

3. Ознакомьтесь с руководством по эксплуатации элегазового выключателя. Прочитайте основные разделы, касающиеся настройки и параметров работы выключателя.

4. Включите питание. Установите режим работы выключателя согласно рекомендациям производителя и требованиям вашей системы.

5. Настройте чувствительность выключателя. Используя предлагаемые регулировки, установите оптимальные параметры срабатывания выключателя в зависимости от требований и условий работы.

6. Проверьте работу выключателя. Оперативно проверьте, что выключатель срабатывает и отключает подачу газа при возникновении опасной ситуации. Убедитесь также, что выключатель не срабатывает случайно или при незначительных колебаниях.

После проведения настройки и проверки работоспособности элегазового выключателя, не забудьте записать полученные настройки и сохранить важные рекомендации для дальнейшей эксплуатации.

Особенности обслуживания выключателя

Правильное обслуживание выключателей является одним из ключевых условий для обеспечения их длительной и надежной работы. Ниже перечислены основные особенности обслуживания выключателя.

• Регулярная проверка состояния выключателя: необходимо периодически осматривать выключатель с целью обнаружения видимых повреждений, признаков коррозии, утечек и других неисправностей.
• Чистка и удаление загрязнений: при работе в загрязненных условиях необходимо регулярно очищать выключатель от пыли, грязи и других загрязнений, используя мягкую ткань или щетку.
• Проверка электрической прочности: для обеспечения безопасности и предотвращения потенциальных аварийных ситуаций, рекомендуется периодически проверять электрическую прочность выключателя.
• Замена изношенных или поврежденных деталей: при необходимости следует заменить изношенные или поврежденные детали выключателя согласно рекомендациям производителя.
• Периодическая калибровка и настройка: рекомендуется регулярно проверять и калибровать выключатель, чтобы убедиться в правильной работе и точности его настроек.

Однако следует помнить, что обслуживание выключателя должно проводиться только квалифицированными специалистами в соответствии с указаниями и рекомендациями производителя. При необходимости обслуживания всегда следуйте инструкциям производителя и выполняйте работы в соответствии с действующими нормами и правилами техники безопасности.

Выдержка

Процесс отключения может характеризоваться наличием выдержки или ее отсутствием. Разновидность выключателя, в частности скорость его реагирования, зависит от временного интервала, в течение которого происходит превышение существующего значения и расхождение контактов. Так, приобрели распространение быстродействующие, селективные и стандартные выключатели. У двух последних вариантов отсутствует возможность токоограничения. В селективных устройствах защита сетей производится при помощи установленных выключателей, имеющих различную скорость срабатывания: минимальное значение имеет потребитель, постепенно к источнику питания данный параметр увеличивается.

Измерительный трансформа́тор то́ка

Измерительный трансформа́тор то́ка — трансформатор, предназначенный для преобразования тока до значения, удобного для измерения. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке.

Вторичные обмотки трансформатора тока (не менее одной на каждый магнитопровод) обязательно нагружаются. Сопротивление нагрузки строго регламентировано требованиями к точности коэффициента трансформации. Незначительное отклонение сопротивления вторичной цепи от номинала (указанного на табличке) по модулю полного Z или cos φ (обычно cos φ = 0,8 индукт.

) приводит к изменению погрешности преобразования и возможно ухудшению измерительных качеств трансформатора. Значительное увеличение сопротивления нагрузки создает высокое напряжение во вторичной обмотке, достаточное для пробоя изоляции трансформатора, что приводит к выходу трансформатора из строя, а также создаёт угрозу жизни обслуживающего персонала.

При этом магнитный поток, созданный первичной обмоткой имеет очень высокое значение и потери в магнитопроводе сильно нагревают его. В конструктивном отношении трансформаторы тока выполнены в виде сердечника, шихтованного из холоднокатанной кремнистой трансформаторной стали, на которую наматываются одна или несколько вторичных изолированных обмоток.

Читать далее: Уплотнитель для холодильника Бирюса; замена уплотнительной резинки на двери своими руками

Первичная обмотка также может быть выполнена в виде катушки, намотанной на сердечник, либо в виде шины. В некоторых конструкциях вообще не предусмотрена встроенная первичная обмотка; первичная обмотка выполняется потребителем путём пропускания провода через специальное окно. Обмотки и сердечник заключаются в корпус для изоляции и предохранения обмоток.

1. По назначению:

• измерительные;
• защитные;
• промежуточные (для включения измерительных приборов в токовые цепи релейной защиты, для выравнивания токов в схемах дифференциальных защит и т. д.);
• лабораторные (высокой точности, а также со многими коэффициентами трансформации).

2. По роду установки:

• для наружной установки (в открытых распределительных устройствах);
• для внутренней установки;
• встроенные в электрические аппараты и машины: выключатели, трансформаторы, генераторы и т. д.;
• накладные — надевающиеся сверху на проходной изолятор (например, на высоковольтный ввод силового трансформатора);
• переносные (для контрольных измерений и лабораторных испытаний).

3. По конструкции первичной обмотки:

• многовитковые (катушечные, с петлевой обмоткой и с т. н. «восьмёрочной обмоткой»);
• одновитковые (стержневые);
• шинные.

5. По выполнению изоляции:

• с сухой изоляцией (фарфор, бакелит, литая эпоксидная изоляция и т. д.);
• с бумажно-масляной изоляцией и с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией;
• газонаполненные (элегаз);
• с заливкой компаундом.

6. По числу ступеней трансформации:

• одноступенчатые;
• двухступенчатые (каскадные).

7. По рабочему напряжению:

• на номинальное напряжение свыше 1000 В;
• на номинальное напряжение до 1000 В.

Правила подключения и обслуживания ЭВ

Все действия, касающиеся монтажа, включения/выключения, ремонта и обслуживания элегазовых устройств, подчиняются строгим правилам, которые регламентированы ПУЭ 1.8.21.

Для подключения установки необходимо проверить наличие минимального давления в газонаполненной камере, иначе выключатель выйдет из строя. Чтобы предотвратить повреждения, установлена сигнализация, которая срабатывает при критическом понижении параметров давления. Уровень давления можно отследить с помощью манометра.

В шкафу привода установлены нагревательные элементы, эффективно препятствующие возникновению конденсата на элементах механизма. Оператору необходимо следить, чтобы нагреватели постоянно находились во включенном состоянии.

Осмотр установки производится каждый день в светлое время суток и примерно 2 раза в месяц в темное время суток. Если произошло аварийное отключение по одной из причин, требуется внеплановый осмотр

В процессе осмотра выключателя необходимо проверить наружную защиту, удалить загрязнения, исправить повреждения. Если нагреваются контакты, следует выяснить причину. При наличии треска, подозрительного шума нужно выявить источник. Металлическая монтажная конструкция одновременно является частью заземляющего контура, поэтому следует проверять ее целостность.

Обязательно снимаются показатели манометра. Давление должно соответственно норме, рассчитанной производителем. Необходимо проверить исправность регулирующих и контролирующих приборов, а при выходе из строя одного или нескольких элементов принять меры – совершить замену или отправить в ремонт.

Если давление газа уменьшилось, следует пополнить камеру элегазом. Изоляция в чистке не нуждается, так как конструкция полностью герметична.

Элегазовые выключатели 110 кв, 220 кв

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

1. Колонковые (HPL 245B1, MF 24 Schneider Electric);
2. Баковые (ABB 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.

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.

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:

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.

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.