Элегазовые выключатели нагрузки зарубежных производителей - Статьи :: Международный Электротехнический Журнал Электрик
Рубрика

Техника и технологии

7047
Элегазовые выключатели нагрузки зарубежных производителей

В большинстве случаев выключатели нагрузки (ВН) устанавливаются в комплекте с высоковольтными предохранителями (ПК), действующими при КЗ и сверхтоках, которые превышают величины, допустимые для выключателя, опережая его действие. В таком сочетании ВН заменяет силовой выключатель небольшой или средней мощности.

Основным элементом каждого высоковольтного ВН является дугогасящая камера (далее – ДК), в которой для гашения электрической дуги используются различные дугогасящие среды. В простейшем случае её корпус изготавливают из пластмассы и снабжают изготовленными из органического стекла газогенерирующими сменными вкладышами, которые (под воздействием высокой температуры, возникающей при отключении выключателем электрической дуги) выделяют большое количество газов, образующих энергичный газовый поток, гасящий дугу. При каждом отключении электроустановки выключателем происходит некоторый износ таких дугогасящих вкладышей и обгорание подвижных и неподвижных дугогасящих контактов. Поэтому регламентированное в технических характеристиках ВН допустимое число их отключений на весь срок службы ВН без смены вкладышей и без зачистки контактов, зависящее от напряжения и отключаемого тока (табл.1), оказывается недостаточным для ВН типов ВН-16 и др., что вызывает необходимость частой замены их вкладышей [1].

Поэтому, начиная с 1980-х годов, многие ведущие электротехнические компании мира в качестве изолирующей и дугогасящей среды в ВН стали применять элегаз [2], а также вакуум.

В данной статье подробно рассматривается применение вакуумного дугогашения в высоковольтных выключателях, а также конкретные типы ВН с вакуумными и воздушными дугогасительными камерами (ДГК) ведущих мировых электротехнических компаний.

 

Особенности применения вакуумного дугогашения в высоковольтных выключателях

Вакуумное гашение дуги, впервые примененное в 1923 г. в выключателе на 2,3 кВ переменного тока, в дальнейшем, начиная с 1960-х годов, стало одним из быстро развивающихся направлений создания новых конструкций высоковольтных выключателей, отличающихся меньшими габаритами и отвечающих требованиям современной энергетики по коммутационной способности и надежности. Произошло это даже несмотря на то, что создание первого выключателя с вакуумным дугогашением осталось практически незамеченным, так как из-за трудностей изготовления в то время герметичных ДГК, способных длительно сохранять высокий вакуум, этот выключатель вскоре вышел из строя. И лишь в 1960-х годах, после получения фундаментальных результатов по гашению электрической дуги в вакууме, конструкторы вновь стали создавать высоковольтные вакуумные выключатели, в том числе и вакуумные ВН. Именно вакуумные выключатели, наряду с элегазовыми, постепенно стали вытеснять морально и физически устаревшие конструкции масляных и воздушных выключателей, так как у последних, отработавших в электросетях России и Украины более 30 лет, затраты на техническое обслуживание и ремонт за их срок службы в 2,5–3,5 раза превышают затраты, необходимые для установки новых выключателей.

Устойчивый рост применения в мире вакуумных и элегазовых высоковольтных выключателей напряжением 6...35 кВ за последние 40 лет, по сравнению с масляными и воздушными выключателями, хорошо иллюстрируют показанные на рис.1 [3] графики. Они показывают, что в настоящее время 80% мирового парка выключателей на напряжение 6...35 кВ занимают вакуумные, а около 20% – элегазовые высоковольтные выключатели.

Отметим, что в электросетях среднего класса напряжения 6...35 кВ доля вакуумных выключателей в общем количестве выпускаемых коммутационных аппаратов в Европе и США превышает 70%. В Японии она составляет 100%, а в России эта доля в последние годы имеет постоянную тенденцию к росту и в настоящее время превысила 65%.

Вакуумные и элегазовые выключатели на напряжение 6...35 кВ по своим техническим характеристикам в основном равноценны. Однако элегазовые выключатели примерно в 1,5 раза дороже, а в электроустановках с частыми коммутациями вакуумные выключатели более надежны, чем и вызвано их широкое применение в электросетях среднего класса напряжения. Кроме того, широкому применению вакуумных выключателей способствуют также приведенные ниже их конструктивные и эксплуатационные преимущества по сравнению с традиционными маломасляными, электромагнитными и воздушными выключателями на напряжение 6...35 кВ [5].

Конструктивные преимущества вакуумных выключателей:

·         высокое быстродействие, отключение тока уже при первом переходе его через нуль после разведения контактов;

·         высокая скорость восстановления электрической прочности межконтактного промежутка в вакууме после погасания дуги;

·         высокий коммутационный и механический ресурс, определяемый высокой износостойкостью контактов при коммутации номинальных токов и токов КЗ;

·         взрыво- и пожаробезопасность, даже при работе в агрессивных средах;

·         широкий диапазон рабочих температур;

·         повышенная стойкость к ударным и вибрационным нагрузкам;

·         малые габариты и масса, что очень важно при выполнении монтажа;

·         возможность произвольного пространственного расположения ВДК выключателя без ухудшения его качественных параметров, что создает дополнительные удобства при монтаже.

Эксплуатационные преимущества вакуумных выключателей:

·         высокая надежность: меньшая интенсивность отказов, меньшие время восстановления, частота и длительность ремонтов;

·         бесшумность, отсутствие выбросов, продуктов горения дуги и внешних эффектов при отключении токов КЗ, экологичность вследствие отсутствия загрязнения окружающей среды;

·         малообслуживаемость в процессе эксплуатации, что позволяет существенно сократить перерывы в электроснабжении, связанные с выполнением регламентных работ;

·         отсутствие необходимости в проведении текущего, среднего и капитального ремонта;

·         низкие эксплуатационные затраты вследствие отсутствия необходимости содержания масляного и компрессорного хозяйств, кроме того, ВДК выключателя не требуют пополнения дугогасящей среды;

·         полная совместимость с любыми существующими типами ячеек КРУ и КСО.

Некоторые недостатки в работе вакуумных выключателей:

·         увеличение переходного сопротивления контактов и разгерметизация ВДК, хотя это может случиться очень редко: по данным лучших производителей, надежность ВДК при современной технологии производства очень высока – декларируемая наработка на отказ составляет 2000 лет;

·         вблизи нуля наблюдается срез тока, сопровождающийся перенапряжениями при отключении малых индуктивных токов, что делает необходимым применять RC-цепочки, ОПН, либо использовать выключатели с электромеханическим способом устранения перенапряжения.

 

Вакуумные выключатели нагрузки ведущих зарубежных компаний

Вакуумные выключатели нагрузки серии Evolis

Выключатель нагрузки серии Evolis компании Merlin Gerin (Schneider Electric) представляет собой компактный выключатель, специально разработанный мировым лидером в области коммутационной аппаратуры компанией Schneider Electric. Он предназначен для установки в ячейках КРУ и КСО российских и украинских производителей, например, в ячейки КРУ-20АТ, внешний вид которого с вакуумным выключателем Evolis на 20 кВ показан на рис.2 [4]. Этот выключатель используется также для замены выключателей, отслуживших свой срок службы.

Выключатели нагрузки серии Evolis применяются для управления распределительными промышленными сетями среднего класса напряжения и для защиты всевозможных объектов (кабельных линий, электродвигателей, трансформаторов, приводов и др.). Они позволяют обеспечить широкий рациональный выбор вариантов установки выключателей в случаях, когда имеются: 2 номинальных напряжения (6...10 кВ); 3 номинальных тока отключения (25...31 и 25...40 кА); 3 номинальных рабочих тока (630–1250–2500 А).

Вакуумные выключатели нагрузки серии Evolis надежны в эксплуатации, имеют простой и компактный привод:

- пружинный с ручным и электрическим управлением;

- с ручным включением при отсутствии оперативного тока.

Отличительная особенность выключателей серии Evolis – оснащение их лучшими в мире вакуумными ДГК, герметично запаянный корпус, который позволяет поддерживать в течение 30 лет высокий (менее чем 10–2Па) уровень вакуума внутри выключателя, достаточный для обеспечения изоляции между контактами.

Вакуумный выключатель нагрузки разработан и изготовлен так, чтобы гарантировалась простота его эксплуатации и обеспечивалась максимальная безопасность обслуживающего персонала, достигаемая за счет наличия системы защитных блокировок, предотвращающих ошибки оператора при вкатывании выключателя в ячейку КРУ или КСО или его выкатывании из ячейки. Кроме того, безопасность обслуживающего персонала обеспечивается также тем, что вкатывание/выкатывание выключателя возможно осуществить только при закрытой дверце отсека выключателя.

Технические характеристики выключателей нагрузки серии Evolis напряжением 6...10 кВ приведены в табл.2 [4].

Выключатели серииEvolis соответствуют МЭК 62271-100 и ГОСТ Р 52562-2006.

Вакуумные силовые выключатели Sion

Компактные, простые в монтаже вакуумные силовые выключатели Sion производства компании SIEMENS с номинальным напряжением от 7,2 до 24 кВ, номинальным током отключения от 12,5 до 40 кА, номинальным рабочим током от 800 до 3150 А применяются для коммутации трансформаторов, воздушных и кабельных линий электропередачи, конденсаторов, индуктивных реакторов, двигателей, фильтров, электродуговых печей и других видов нагрузки. В качестве исключительно эффективного средства гашения электрической дуги в выключателе используется успешно применяемая более 30 лет отработанная технология создания вакуума в вакуумных дугогасительных камерах (ВДГ).

Общие виды выключателя Sion стационарного исполнения и вакуумной ДГК этого выключателя показаны на фото в начале статьи и на рис.3 [5] соответственно.

Кроме выключателя Sion для стационарной установки компания SIEMENS выпускает также выключатель Sion в кассете, общий вид которого показан на рис.4, где обозначено:

1 – неподвижный контакт;

2 – проходной изолятор;

3 – шторка;

4 – контакт;

5 – круглая шина;

6 – кассета;

7 – низковольтный отсек;

8 – вакуумный силовой выключатель;

9 – выкатная тележка.

Вакуумный выключатель на выкатной тележке помещается в кассету вращательными движениями шпинделя с рукоятью. Шторочный механизм управляется с помощью боковых кулис, а шторка открывается для замыкания контакта. Сигналы о рабочем состоянии и состоянии разъединителей подаются через позиционный выключатель в выкатной тележке к соединительному модулю в низковольтном отсеке вакуумного выключателя.

В выключателе применяется хорошо себя зарекомендовавший в течение многих лет эксплуатации моторно-пружинный привод, эффективно выполняющий следующие коммутационные задачи: синхронизация, быстрое переключение и АПВ. Выключатель имеет также функцию ручного отключения (со свободным расцеплением) согласно МЭК 62271-100.

Вакуумные силовые выключатели SION, имеющие высокий коммутационный ресурс и низкие затраты на техобслуживание, успешно выполняют все коммутационные задачи в распределительных сетях среднего напряжения и подходят для использования во всех серийно выпускаемых новых КРУЭ на этот класс напряжения с воздушной изоляцией, а также для модернизации имеющихся КРУЭ. Основные технические характеристики КРУ КЕ-02 с вакуумным выключателем Sion приведены в табл.2 [5].

Вакуумный выключатель нагрузки серии VEIVACUUM-L

Вакуумный выключатель нагрузки серии VEIVACUUM-L, общий вид стационарного исполнения которого показан на рис.4 [6], производства итальянской компании VEI Power Distribution SpA предназначен для эксплуатации в сетях трехфазного переменного тока промышленной частоты 50 и 60 Гц с номинальным напряжением 6, 10, 15 и 20 кВ с изолированной и компенсированной нейтралью в нормальных и аварийных режимах. Выключатели этой серии применяются в ячейках КРУ как при вводе выключателя в эксплуатацию, так и при замене оборудования подстанций, для защиты кабельных и воздушных присоединений, трансформаторов, двигателей, генераторов и конденсаторных батарей.

Выключатель состоит из трех полюсов и приводного механизма, закрепленных на металлической раме. Такая конструкция позволяет проводить быстрый и нетрудоемкий монтаж выключателя даже в малогабаритные ячейки. Полюса состоят из оболочки (эпоксидный компаунд), в которую устанавливаются следующие элементы:

- верхние неподвижные контакты;

- ВДК;

- гибкое соединение с нижним отходящим контактом;

- изоляционные стержни для поддержания контактов ВДК.

ВДК выключателя состоит из закрытого герметичного керамического корпуса, обеспечивающего электрическую прочность во внутренней поверхности за счет находящегося внутри нее глубокого (10–2 Па) вакуума, токоведущих стержней с коммутирующими контактами, системы металлических экранов и других элементов. Внутри этого корпуса установлены неподвижный и подвижный контакты, окруженные главным электростатическим экраном, который служит для охлаждения и конденсации на нем паров металла, образующихся в камере при коммутации выключателя. Помимо центрального экрана предусмотрены также концевые экраны, защищающие от попадания на поверхность изоляционного корпуса паров металла, доходящих в процессе коммутации до торцевых фланцев камеры и отражающихся от них в межконтактный промежуток, составляющий 6...14 мм. Высокая электрическая плотность вакуума обеспечивает небольшой ход контактов. Электрическая дуга, возникающая за счет ионизации электронами испарившихся частиц расплавленного мостика между контактами в начальный момент размыкания, горит в парах металла, генерируемых самими контактами, до тех пор, пока на контактах выделяется энергия, достаточная для поддержания в межконтактном промежутке концентрации паров металла, при которой может существовать дуговой разряд. При подходе тока к нулевому значению выделяющаяся на электродах энергия резко уменьшается, и дуга гаснет при переходе тока в коммутируемой цепи через ноль.

Особенностью выключателя является то, что его токоведущая система с коммутирующими контактами обеспечивает длительное протекание номинального тока, кратковременное (до 3 с) протекание тока КЗ и гашение дуги в процессе отключения. Система экранов обеспечивает защиту внутренней поверхности изоляционного корпуса от попадания испарившихся частиц материала контактов, выравнивание распределения напряженности поля внутри камеры.

В выключателях серии VEIVACUUM-L применяется механический приводной механизм, принцип действия которого основан на использовании энергии сжатой пружины и свободном расцеплении. Предусмотрена также возможность выполнения дистанционного управления выключателя при установке дополнительных комплектующих (двигателя взвода пружины, катушки отключения и др.).

Рама, на которой крепятся полюса и приводной механизм, является крепежной рамой выключателя стационарного исполнения. Выкатное исполнение выключателя дополнительно комплектуется тележкой с колесиками, втычными контактами и кабелем с разъемом для подключения вторичных цепей.

Выключатели серии VEIVACUUM-L обладают следующими основными отличительными особенностями по сравнению с традиционными выключателями:

- высокой надежностью;

- высоким коммутационным ресурсом ВО: при номинальном токе – не менее 30000, при номинальном токе отключения – не менее 100);

- высоким механическим ресурсом;

- высоким быстродействием при включении и отключении;

- отсутствием необходимости проведения текущего, среднего и капитального ремонтов;

- малыми габаритами и массой;

- простотой монтажа и обслуживания.

Технические характеристики выключателя серии VEIVACUUM-L приведены в табл.3 [6].

Выключатели серии VEIVACUUM-L соответствуют требованиям стандарта ГОСТ 687-78, стандарта МЭК IEC 62271-100, стандарта CEI 17-1 и других международных стандартов.

 

Литература

1. Метельский В. Высоковольтные выключатели нагрузки, выпускаемые в странах СНГ // Электрик. – 2012. – №5.

2. Кравченко А., Метельский В. Элегазовые выключатели нагрузки зарубежных производителей // Электрик. – 2012. – №7–8.

3. Назарычев А.Н. Анализ основных преимуществ применения вакуумных выключателей. – http://www.bester54.ru/cms.php?type=page&id=22.

4. Вакуумный выключатель Evolis 6–10 кВ.Каталог компании Schneider Electric.

5. Вакуумный силовой выключатель Sion для среднего напряжения. Каталог HG 11.02.2011 компании SIEMENS.

6. VEIVACUUM-L – вакуумный выключатель 6/10/15/20 кВ – 630/1250/2000 А – 16/20/25 кВ. Каталог компании VEI Power Distribution SpA.

Понравилась статья? Расскажите друзьям!
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ
comments powered by Disqus