ЭЛЕГАЗОВЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ В СОВРЕМЕННОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

Актуальность темы настоящей статьи определяется необходимостью повышения надежности электроснабжения потребителей и использование элегазовых выключателей позволяет повысить этот показатель.

Выключатель – это одно из важных устройств в электрических установках, в функции которого входит отключение и включением цепи в различных режимах: длительная нагрузка, перегруз, короткое замыкание, холостой ход. Очень важна функция отключения токов при коротком замыкании. В настоящее время на практике используют высоковольтные выключатели: масляные; воздушные; вакуумные; элегазовые.

История создания элегаза относит нас в 1938 год, когда были зарегистрированы первые патенты на использование элегаза, как прерывающей среды. Впервые элегаз для прерывания электрического тока использован в 1953 году, а масляные и воздушные выключатели стали постепенно уходить на второй план, уступая место элегазовым выключателям. Такое стремительное распространение на рынке элегазовых выключателей объясняется достаточно хорошими дугогасящими свойствами элегаза, химическая формула которого SF6, и повышенной безопасностью эксплуатации коммутационного оборудования с их применением. И хотя данный тип выключателей является недешевым, пока что не найдено достойных конкурентов по способам гашения дуги в элегазе [4, с.113-115].

Элегазовые выключатели - это устройства оперативного управления для наблюдения за высоковольтной линией энергоснабжения. По конструкции данные механизмы похожи на масляные выключатели, но отличием является то, что для гашения дуги применяются газы, а не масло. Распространенным случаем является то, что применяется сера. Масляные выключатели сложны в эксплуатации по той причине, что необходима частая замена этого масла и частая очистка рабочих контактов. К элегазовым такие требования не предъявляются. Важным преимуществом элегаза является его долговечность: он не теряет своих свойств со временем и минимально загрязняет механические части устройства. На рисунке 1 представлен внешний вид элегазового выключателя.

Рисунок 1. Элегазовые выключатели

Специалисты выделяют несколько видов элегазовых выключателей:

1.Колонковый. Использование такого типа допустимо только для сети 220 кВ. 2. Баковый. Размеры таких устройств меньше, нежели у колонковых. В строении находится еще один привод, обладающий несколькими фазами. Из-за этого появляется возможность плавно управлять включением и выключением напряжения. Также система обладает трансформатором тока, благодаря которому устройство может переносить большие нагрузки [1].

Указанные виды отличаются своими конструктивными особенностями, но кроме конструктивных отличий, выключатели элегазового типа делятся по способу гашения дуги на следующие виды:

• автокомпрессионные или воздушные;
• вращающие;
• продольного дутья;
• продольного дутья с дополнительным разогревом элегаза.

Элегазовые выключатели высокого напряжения работают за счет изоляции фаз друг от друга при помощи элегаза. При появлении сигнала о том, что необходимо отключить оборудование, контакты каждой камеры (если устройство колонковое) разъединяются. Так с помощью встроенных контактов появляется дуга, которая находится в газу. Она разделяет газ на отдельные элементы, параллельно снижаясь сама по причине большого давления в емкости. Если установка работает на низком давлении, то применяются вспомогательные компрессоры для увеличения давления и создания газового дутья. Для выравнивания тока дополнительно применяется шунтирование [6].

В качестве достоинств элегазовых выключателей следует выделить следующие:

• Универсальность. Такие выключатели применяются для управления сетями различных напряжений;
• Быстрота действия. Реакции элегаза на наличие электрической дуги происходят за доли секунды, это гарантирует мгновенное отключение всей системы или оборудования в аварийной ситуации;
• Допустима эксплуатация в условиях пожароопасности и вибрации;
• Долговечность. Контакты, соприкасающиеся с элегазом, практически не изнашивают, газовые смеси не нуждаются в замене, а у наружной оболочки высокие показатели защиты;
• Подходят для отключения переменного и постоянного тока высокого напряжения, в то время, как их аналоги - вакуумные модели не могут использоваться на высоковольтных сетях [7].

В качестве недостатков специалисты выделили:

• Высокая цена, связана с трудностью производства и дороговизной элегазовой смеси;
• Монтаж производится непосредственно на фундамент или специальный электрощит, с предоставлением инструкции;
• Выключатели не функционируют при низких температурах;
• Для обслуживания необходимо специальное оборудование.

Дугогасительное устройство выключателя элегазового типа характеризуется малыми размерами и легкостью конструкции. Гашение дуги осуществляется при малом числе разрывов и быстро. Далее представлены конструктивные особенности и способ гашения дуги в выключателе.

Конструктивные особенности гашения дуги представлены на рисунке 2.

Каждый из трех полюсов рассматриваемого коммутационного аппарата - герметичный резервуар из металла, который заполнен элегазом с давлением 0,6 МПа. В полюсе выключателя находится автопневматический механизм для гашения дуги.

При включенном положении неподвижный контакт 5 плотно соединен с ламелями подвижного контакта 3. При отключении выключателя цилиндр 4, подвижный контакт 3 и сопло из фторопласта 4 опускаются вниз, сжимая при этом элегаз в камере 6. Находящийся по давлением электрический газ движется в сопло, где гасит электрическую дугу, возникающую при расхождении подвижного и неподвижного контактов.

Рисунок 2. Конструктивные особенности гашения дуги

Эксплуатация элегазового выключателя на подстанциях с обслуживающим оперативным персоналом. Элегазовые выключатели, используемые на открытых распределительных устройствах электроустановок, подвержены появлению конденсата, которые образуется в шкафу привода самого выключателя. Он способен привести к повреждению механизма привода выключателя и вторичных цепей управления и сигнализации. Из-за этого необходимо обеспечить наличие нагревательных резисторов, которые всегда включены.

Операции включения и выключения необходимо проводить только при условии, что система обладает необходимым давлением элегаза. В негативном случае произойдет повреждение выключателя. Для ликвидации таких случаев предусмотрена система, сигнализирующая о пониженном давлении, а также блокировка цепей управления выключателем при понижении давления элегаза до критического значения, при котором не осуществляется изоляция и гашение дуги при коммутации токов [4].

В настоящее время элегазовые выключатели наиболее популярны на напряжение 110...1150 кВ. Ведутся многочисленные исследования по разработке малогабаритных электрических выключателей на напряжение 10...35кВ, которые составляют конкуренцию вакуумным выключателям.

В заключение следует отметить динамичное развитие электроэнергетики. В том числе, в сфере эксплуатации железнодорожного транспорта находятся альтернативные источники энергии, руководители холдинга ОАО РЖД модернизируют оборудование. В связи с этим, выгоды от использования элегазовых выключателей значительны, их использование актуально и прогрессивно.

Список литературы:

1. Аметистов Е.И. Основы современной энергетики под общей редакцией чл.-корр. РАН Е.В. Аметистова. Москва: Издательство МЭИ, 2004. 822 с.
2. Афонин В.В. Элегазовые выключатели распределительных устройств высокого напряжения: учебное пособие / В.В. Афонин, К.А. Набатов. Тамбов: Издательство Тамбовского государственного технического университета, 2009. 96 с.
3. Балобанов Р.Н., Лопухова Т.В., Зацаринная Ю.Н. Влияние времени эксплуатации элегазового оборудования на состояние изоляции / Балобанов Р.Н., Лопухова Т.В., Зацаринная Ю.Н.// Вестник Казанского технологического университета. . - 2012. - №14
4. Ершов С.В., Сухова Ю.В., элегазовые выключатели в современной энергетике // Известия тульского государственного университета. Технические науки/ 2018 - №12 – с.113-115
5. Зацаринная Ю.Н., Габбасов М.Ф., Зорин А.П. Элегаз и его применение в энергетике / Зацаринная Ю.Н., Габбасов М.Ф., Зорин А.П. // Вестник Казанского технологического университета. . - 2014. - №6
6. Усов С.В. Электрическая часть станций / С.В.Усов [и др.]; М.:Энергия,1977. 420 с.
7. Электрические аппараты высокого напряжения / Под редакцией Г.Н. Александрова. Ленинград: Энергоатомиздат, 1989. 344 с.