Високонапонски прекидачи: класификација, уређај, принцип рада

Захтеви за прекидаче су следећи:

1) поузданост на раду и безбедност за друге;

2) брз одговор — могуће кратко време гашења;

3) једноставност одржавања;

4) једноставност уградње;

5) тихи рад;

6) релативно ниска цена.

Тренутно коришћени прекидачи у већој или мањој мери испуњавају наведене захтеве. Међутим, дизајнери прекидача настоје да боље ускладе карактеристике прекидача са горе наведеним захтевима.

Прекидачи за уље

Постоје две врсте прекидача за уље - резервоар и низак ниво уља. Методе дејонизације лучног простора у овим кључевима су исте. Једина разлика је у изолацији контактног система од подлоге земље и у количини уља.

До недавно су радили резервоари за резервоаре следећих типова: ВМ-35, С-35, као и прекидачи серије У са напоном од 35 до 220 кВ. Прекидачи резервоара су дизајнирани за спољну монтажу, тренутно нису у производњи.

Главни недостаци прекидача резервоара: експлозија и пожар; потреба за периодичним праћењем стања и нивоа уља у резервоару и улазима; велика количина нафте, што доводи до великог улагања времена за његову замену, потребе за великим резервама нафте; није погодно за унутрашњу инсталацију.

Прекидачи за мало уља

Прекидачи са мало уља (тип лонца) се широко користе у затвореним и отвореним разводним апаратима сви напони. Уље у овим прекидачима служи углавном као лучно средство и само делимично као изолација између отворених контаката.

Изолација делова под напоном један од другог и од уземљених конструкција врши се порцеланом или другим чврстим изолационим материјалима. Контакти прекидача за унутрашњу монтажу налазе се у челичном резервоару (лонцу), због чега је задржан назив прекидача типа "пот".

Нискоуљни прекидачи напона 35 кВ и више имају тело од порцелана. Највише се користе привесци типа 6-10 кВ (ВМГ-10, ВМП-10). У овим прекидачима тело је причвршћено на порцеланским изолаторима на заједнички оквир за три пола. Сваки стуб има један контактни прекид и лучни отвор.

Пројектне шеме прекидача са мало уља 1 — покретни контакт; 2 — лучни отвор; 3 — фиксни контакт; 4 — радни контакти

При високим називним струјама, тешко је радити са једним паром контаката (који служе као радни и лучни контакти), стога су радни контакти обезбеђени изван прекидача, а лучни контакти су у металном резервоару. При великим струјама прекида постоје два прекида лука за сваки пол. Према овој шеми израђују се прекидачи серије МГГ и МГ за напоне до и укључујући 20 кВ.Масивни спољни радни контакти 4 омогућавају да се прекидач конструише за високе називне струје (до 9500 А). За напоне од 35 кВ и више, тело прекидача је направљено од порцелана, серија ВМК је стубни прекидач са мало уља). У аутоматским прекидачима 35, 110 кВ предвиђен је један прекид по полу, на високом напону — два или више прекида.

Недостаци прекидача са мало уља: опасност од експлозије и пожара, иако је много мања него код прекидача резервоара; немогућност имплементације аутоматског затварања велике брзине; потреба за периодичном контролом, допуном, релативно честа замена уља у резервоарима за лук; тешкоћа уградње уграђених струјних трансформатора; релативно мали прекидни капацитет.

Област примене нискоуљних прекидача су затворена расклопна постројења електрана и трафостаница 6, 10, 20, 35 и 110 кВ, комплетна расклопна постројења 6, 10 и 35 кВ и отворена расклопна постројења 35 и 110 кВ.

Погледајте овде за више детаља: Врсте прекидача за уље

Ваздушни прекидачи

Ваздушни прекидачи за напоне од 35 кВ и више су дизајнирани да прекину велике струје кратког споја. Ваздух се укључује на напон 15 кВ користи се у електранама као генератор. Њихове предности: брза реакција, велики прекидни капацитет, незнатно сагоревање контаката, недостатак скупих и недовољно поузданих чаура, сигурност од пожара, мања тежина у поређењу са прекидачима уља у резервоару. Недостаци: присуство гломазне ваздушне економије, опасност од експлозије, недостатак уграђених струјних трансформатора, сложеност уређаја и рада.

У ваздушним прекидачима лук се гаси компримованим ваздухом под притиском од 2-4 МПа, а изолација делова под напоном и уређаја за гашење лука се израђује порцеланом или другим чврстим изолационим материјалима. Пројектне шеме ваздушних прекидача су различите и зависе од њиховог напона, начина стварања изолационог зазора између контаката у искљученом положају и начина довода компримованог ваздуха у уређај за гашење лука.

Прекидачи са високим номиналним вредностима имају главни и лучни круг сличан МГ и МГГ прекидачима са ниским уљем. Главни део струје у затвореном положају прекидача пролази кроз главне контакте 4, који се налазе отворени. Када је прекидач искључен, главни контакти се прво отварају, а затим сва струја пролази кроз лучне контакте затворене у комори 2. Док се ови контакти отварају, компримовани ваздух из резервоара 1 се доводи у комору, ствара се снажан удар који се гаси. лук. Дување може бити уздужно или попречно.

Неопходан изолациони размак између контаката у отвореном положају ствара се у лучном каналу одвајањем контаката на довољном растојању. Прекидачи израђени по пројекту са отвореним сепаратором производе се за унутрашњу инсталацију за напоне 15 и 20 кВ и струје до 20.000 А (серија ВВГ). Код овог типа прекидача, након искључивања сепаратора 5, довод компримованог ваздуха у коморе се зауставља и лучни контакти се затварају.

Конструкциони дијаграми ваздушних прекидача 1 — резервоар за компримовани ваздух; 2 — лучни отвор; 3 — ранжирни отпорник; 4 — главни контакти; 5 — сепаратор; 6 — капацитивни делилац напона за 110 кВ — два прекида по фази (д)

Код ваздушних прекидача за отворену инсталацију за напон 35 кВ (ВВ-35) довољно је имати један прекид по фази.

У прекидачима напона 110 кВ и више, након гашења лука, контакти сепаратора 5 се отварају и комора сепаратора остаје пуна компримованог ваздуха све време у искљученом положају. У овом случају, компримовани ваздух се не доводи у лучни отвор и контакти у њему су затворени.

Прекидачи серије ВВ за напоне до 500 кВ креирани су према овој шеми дизајна. Што је већи називни напон и што је већа гранична снага, то више прекида мора бити у лучном отвору и у сепаратору.

Прекидачи пуњени ваздухом серије ВВБ израђени су према пројектној шеми на сл., Д. Напон ВВБ модула је 110 кВ при притиску компримованог ваздуха у комори за гашење пожара од 2 МПа. Називни напон ВВБК модула прекидача (велики модул) је 220 кВ и притисак ваздуха у комори за гашење је 4 МПа. Прекидачи серије ВНВ имају сличну шему дизајна: модул са напоном од 220 кВ под притиском од 4 МПа.

За прекидаче серије ВВБ, број лучних жлебова (модула) зависи од напона (110 кВ — један; 220 кВ — два; 330 кВ — четири; 500 кВ — шест; 750 кВ — осам), а за велике модули прекидача (ВВБК, ВНВ), модули са дупло мањим бројевима, респективно.

Прекидачи СФ6

Гас СФ6 (СФ6 — сумпор хексафлуорид) је инертан гас густине 5 пута веће од густине ваздуха. Електрична снага гаса СФ6 је 2-3 пута већа од јачине ваздуха; при притиску од 0,2 МПа, диелектрична чврстоћа гаса СФ6 је упоредива са оном нафте.

У гасу СФ6 при атмосферском притиску, лук се може угасити струјом која је 100 пута већа од струје прекинуте у ваздуху под истим условима. Изузетна способност гаса СФ6 да угаси лук објашњава се чињеницом да његови молекули хватају електроне стуба лука и формирају релативно непокретне негативне јоне. Губитак електрона чини лук нестабилним и лако се гаси. У струјању гаса СФ6, односно при млазу гаса, апсорпција електрона из стуба лука је још интензивнија.

СФ6 прекидачи користе ауто-пнеуматске (ауто-компресионе) уређаје за гашење лука где се гас компримира клипним уређајем током исклапања и усмерава у подручје лука. СФ6 прекидач је затворен систем без емисије гасова напоље.

Тренутно се СФ6 прекидачи користе за све класе напона (6-750 кВ) при притиску од 0,15 — 0,6 МПа. Повећан притисак се користи за прекидаче са вишим напонским класама. Добро су се доказали СФ6 прекидачи следећих страних компанија: АЛСТОМ; СИЕМЕНС; Мерлин Герен и други. Савладана је производња савремених СФ6 прекидача ПО «Уралелектротјазмаш»: резервоарских прекидача серије ВЕБ, ВГБ и стубних прекидача серије ВГТ, ВГУ.

Као пример, размотрите дизајн 6-10 кВ ЛФ прекидача Мерлина Герина.

Основни модел прекидача састоји се од следећих елемената:

— тело прекидача, у коме су смештена сва три пола, који представљају „посуду под притиском“, напуњену гасом СФ6 при ниском вишком притиска (0,15 МПа или 1,5 атм);

— механички погон типа РИ;

— предњи панел актуатора са ручком за ручно пуњење опруге и индикаторима статуса опруге и прекидача;

— контактне плоче за напајање високог напона;

— вишепински конектор за повезивање секундарних склопних кола.

Вакумски прекидачи

Диелектрична чврстоћа вакуума је знатно већа него код других медија који се користе у прекидачима. Ово се објашњава повећањем средњег слободног пута електрона, атома, јона и молекула са смањењем притиска. У вакууму, средња слободна путања честица премашује димензије вакуумске коморе.

1/4" диелектрична чврстоћа поврата јаза након прекида струје од 1600 А у вакууму и разним гасовима при атмосферском притиску

У овим условима, удари честица на зидове коморе се дешавају много чешће од судара честица до честица. На слици је приказана зависност пробојног напона вакуума и ваздуха од растојања између електрода пречника 3/8 « волфрама. Са тако великом диелектричном чврстоћом, растојање између контаката може бити веома мало (2—2,5 цм), тако да и димензије коморе могу бити релативно мале...

Процес обнављања електричне чврстоће зазора између контаката када је струја искључена дешава се у вакууму много брже него у гасовима.Ниво вакуума (притисак преосталог гаса) у савременим индустријским лучним каналима је обично Па. У складу са теоријом електричне чврстоће гасова, потребна изолациона својства вакумског зазора се постижу и на нижим нивоима вакуума (реда Па), али за садашњи ниво вакуумске технологије стварање и одржавање вакумског зазора постижу се и на нижим нивоима вакуума (реда од Па). Па ниво током животног века вакуум коморе није проблем.Ово обезбеђује вакуумским коморама резерве електричне снаге за цео радни век (20-30 година).

Типичан дизајн вакуумског прекидача је приказан на слици.

Блок шема вакуумског прекидача

Конструкција вакуум коморе састоји се од пара контаката (4; 5), од којих је један помичан (5), затворен у вакумско непропусну шкољку заварену керамичким или стакленим изолаторима (3; 7), горњи и доњи метал поклопци (2; 8) ) и метални штит (6). Померање покретног контакта у односу на фиксни обезбеђује се помоћу чауре (9). Каблови камере (1; 10) се користе за повезивање са главним прекидачем.

Треба напоменути да се за производњу кућишта вакуумске коморе користе само специјални метали отпорни на вакуум, пречишћени од растворених гасова, бакра и специјалних легура, као и специјална керамика. Контакти вакуумске коморе су направљени од метал-керамичке композиције (по правилу је бакар-хром у односу 50%-50% или 70%-30%), што обезбеђује високу прекидну моћ, отпорност на хабање и спречава појаву места заваривања на додирној површини. Цилиндрични керамички изолатори, заједно са вакуумским размаком на отвореним контактима, обезбеђују изолацију између терминала коморе када је прекидач искључен.

Таврида-елецтриц је објавио нови дизајн вакуумског прекидача са магнетном бравом. Његов дизајн је заснован на принципу поравнања погонског електромагнета и вакуумског прекидача у сваком полу прекидача.

Прекидач се затвара у следећем редоследу.

У почетном стању, контакти коморе вакуумског прекидача су отворени услед дејства опруге за затварање 7 на њих кроз вучни изолатор 5. Када се на калем 9 електромагнета примени напон позитивног поларитета, магнетни флукс акумулира се у процепу магнетног система.

У тренутку када сила притиска арматуре створена магнетним флуксом премаши силу зауставне опруге 7, арматура 11 електромагнета, заједно са вучним изолатором 5 и покретним контактом 3 вакуумске коморе, почиње да се креће. горе, сабијајући опругу за заустављање. У овом случају у намотају се јавља мотор-ЕМФ, који спречава даље повећање струје и чак га донекле смањује.

У процесу кретања, арматура добија брзину од око 1 м / с, чиме се избегава прелиминарна оштећења при укључивању и елиминише одскакање ВДК контаката. Када су контакти вакуумске коморе затворени, у магнетном систему остаје додатни компресијски размак од 2 мм. Брзина арматуре нагло опада, пошто она мора да савлада и силу опруге додатног предоптерећења контакта 6. Међутим, под утицајем силе коју ствара магнетни флукс и инерција, арматура 11 наставља да се креће нагоре, сабијање опруге за заустављање 7 и додатну опругу за контакте за предоптерећење 6.

У тренутку затварања магнетног система, арматура долази у контакт са горњим поклопцем погона 8 и зауставља се. Након процеса затварања, струја до погонског намотаја се искључује. Прекидач остаје у затвореном положају због преостале индукције коју ствара прстенасти трајни магнет 10, који држи арматуру 11 у повученом положају за горњи поклопац 8 без додатног напајања струјом.

Да бисте отворили прекидач, негативни напон се мора применити на терминале завојнице.

Тренутно су вакуумски прекидачи постали доминантни уређаји за електричне мреже напона 6-36 кВ. Тако удео вакуумских прекидача у укупном броју произведених уређаја у Европи и САД достиже 70%, у Јапану - 100%. У Русији је последњих година овај удео имао константан тренд раста, да би 1997. године прешао границу од 50%. Главне предности експлозива (у поређењу са прекидачима за нафту и гас) које одређују раст њиховог тржишног удела су:

— већа поузданост;

— мањи трошкови одржавања.
Такође видети: Високонапонски вакуумски прекидачи — дизајн и принцип рада