Vysokonapäťové spínače: klasifikácia, zariadenie, princíp činnosti

Požiadavky na prepínače sú nasledovné:

1) spoľahlivosť pri práci a bezpečnosť pre ostatných;

2) rýchla odozva – možno krátky čas vypnutia;

3) jednoduchosť údržby;

4) jednoduchosť inštalácie;

5) tichá prevádzka;

6) relatívne nízke náklady.

V súčasnosti používané ističe uvedené požiadavky vo väčšej či menšej miere spĺňajú. Konštruktéri ističov sa však snažia lepšie zosúladiť charakteristiky ističov s vyššie uvedenými požiadavkami.

Olejové spínače

Existujú dva typy olejových spínačov - nádrž a nízka hladina oleja. Metódy deionizácie oblúkového priestoru v týchto kľúčoch sú rovnaké. Rozdiel je len v izolácii kontaktného systému od zemného podkladu a v množstve oleja.

Donedávna fungovali nádrže pre nádrže týchto typov: VM-35, S-35, ako aj spínače radu U s napätím od 35 do 220 kV. Spínače nádrží sú určené na vonkajšiu montáž, v súčasnosti sa nevyrábajú.

Hlavné nevýhody spínačov nádrží: výbuch a požiar; potreba pravidelného monitorovania stavu a hladiny oleja v nádrži a prívodoch; veľký objem ropy, čo vedie k veľkej investícii času na jej výmenu, potrebe veľkých zásob ropy; nie je vhodný pre vnútornú inštaláciu.

Spínače nízkej hladiny oleja

Nízkoolejové spínače (typ hrnca) sú široko používané v uzavretom a otvorenom rozvádzači všetky napätia. Olej v týchto spínačoch slúži hlavne ako oblúkové médium a len čiastočne ako izolácia medzi otvorenými kontaktmi.

Izolácia živých častí od seba navzájom a od uzemnených konštrukcií sa vykonáva porcelánom alebo inými pevnými izolačnými materiálmi. Kontakty spínačov pre vnútornú montáž sú umiestnené v oceľovej nádrži (hrnci), preto zostáva názov spínačov "hrncový typ".

Nízkoolejové ističe s napätím 35 kV a vyšším majú porcelánové telo. Najpoužívanejšie sú prívesky typu 6-10 kV (VMG-10, VMP-10). V týchto ističoch je teleso upevnené na porcelánových izolátoroch k spoločnému rámu pre tri póly. Každý pól má jeden kontaktný prerušovač a zhášací žľab.

Konštrukčné schémy spínačov s nízkym obsahom oleja 1 — pohyblivý kontakt; 2 — oblúkový žľab; 3 — pevný kontakt; 4 — pracovné kontakty

Pri vysokých menovitých prúdoch je obtiažne pracovať s jedným párom kontaktov (fungujúcich ako ovládacie a oblúkové kontakty), preto sú pracovné kontakty umiestnené mimo ističa a oblúkové kontakty sú v kovovej nádrži. Pri vysokých vypínacích prúdoch sú pre každý pól dva prerušenia oblúka. Podľa tejto schémy sú spínače série MGG a MG vyrobené pre napätie do 20 kV vrátane.Masívne externé prevádzkové kontakty 4 umožňujú navrhnúť istič pre vysoké menovité prúdy (až 9500 A). Pre napätie 35 kV a vyššie je teleso spínača vyrobené z porcelánu, séria VMK je stĺpový spínač s nízkym obsahom oleja). V automatických ističoch 35, 110 kV je zabezpečené jedno prerušenie na pól, pri vysokom napätí - dve alebo viac prerušení.

Nevýhody spínačov s nízkym obsahom oleja: riziko výbuchu a požiaru, aj keď oveľa menšie ako u spínačov nádrží; nemožnosť implementovať vysokorýchlostné automatické zatváranie; potreba periodickej kontroly, doplňovania, pomerne častá výmena oleja v oblúkových nádržiach; obtiažnosť inštalácie vstavaných prúdových transformátorov; relatívne nízka vypínacia schopnosť.

Oblasťou použitia nízkoolejových ističov sú uzavreté rozvádzače elektrární a rozvodní 6, 10, 20, 35 a 110 kV, kompletné rozvádzače 6, 10 a 35 kV a otvorené rozvádzače 35 a 110 kV.

Ďalšie podrobnosti nájdete tu: Typy olejových spínačov

Vzduchové spínače

Vzduchové ističe pre napätie 35 kV a vyššie sú určené na prerušenie veľkých skratových prúdov. Vzduch je zapnutý napätie 15 kV sa používa v elektrárňach ako generátor. Ich výhody: rýchla odozva, vysoká vypínacia schopnosť, nepatrné spálenie kontaktov, nedostatok drahých a nedostatočne spoľahlivých vývodiek, požiarna bezpečnosť, menšia hmotnosť v porovnaní s olejovými spínačmi v nádrži. Nevýhody: prítomnosť ťažkopádnej vzduchovej ekonomiky, nebezpečenstvo výbuchu, nedostatok vstavaných prúdových transformátorov, zložitosť zariadenia a prevádzky.

Vo vzduchových spínačoch sa oblúk zháša stlačeným vzduchom pri tlaku 2-4 MPa a izolácia živých častí a zariadenia na zhášanie oblúka je vyrobená z porcelánu alebo iných pevných izolačných materiálov. Konštrukčné schémy vzduchových spínačov sú rôzne a závisia od ich menovitého napätia, spôsobu vytvorenia izolačnej medzery medzi kontaktmi vo vypnutej polohe a spôsobu dodávania stlačeného vzduchu do zariadenia na zhášanie oblúka.

Vysoko výkonné ističe majú hlavný a oblúkový obvod podobný ako nízkoolejové ističe MG a MGG. Hlavná časť prúdu v zatvorenej polohe spínača prechádza cez hlavné kontakty 4, ktoré sú umiestnené otvorené. Keď je spínač vypnutý, hlavné kontakty sa najskôr otvoria, potom všetok prúd prechádza cez oblúkové kontakty uzavreté v komore 2. Kým sa tieto kontakty otvoria, stlačený vzduch z nádrže 1 sa privedie do komory, vytvorí sa silný výbuch, ktorý zhasne oblúk. Fúkanie môže byť pozdĺžne alebo priečne.

Potrebná izolačná medzera medzi kontaktmi v otvorenej polohe vzniká v zhášecej komore oddelením kontaktov na dostatočnú vzdialenosť. Spínače vyrobené podľa projektu s otvoreným separátorom sú vyrábané pre vnútornú inštaláciu pre napätie 15 a 20 kV a prúdy do 20 000 A (rad VVG). Pri tomto type spínačov sa po odpojení separátora 5 zastaví prívod stlačeného vzduchu do komôr a zatvoria sa oblúkové kontakty.

Konštrukčné schémy vzduchových spínačov 1 — nádrž na stlačený vzduch; 2 — oblúkový žľab; 3 — posunovací odpor; 4 — hlavné kontakty; 5 — separátor; 6 – kapacitný delič napätia pre 110 kV – dve prerušenia na fázu (d)

Vo vzduchových ističoch pre otvorenú inštaláciu pre napätie 35 kV (VV-35) stačí mať jedno prerušenie na fázu.

V spínačoch s napätím 110 kV a viac sa po zhasnutí oblúka rozopnú kontakty separátora 5 a komora separátora zostane po celý čas plná stlačeného vzduchu vo vypnutej polohe. V tomto prípade nie je stlačený vzduch privádzaný do oblúkovej komory a kontakty v nej sú zatvorené.

Podľa tejto konštrukčnej schémy sú vytvorené ističe série VV pre napätie do 500 kV. Čím vyššie je menovité napätie a čím vyšší je limitný výkon, tým viac prerušení musí byť vo zhášecej komore a v separátore.

Vzduchom plnené ističe radu VVB sú vyrobené podľa konštrukčnej schémy na obr., D. Napätie modulu VVB je 110 kV pri tlaku stlačeného vzduchu v hasiacej komore 2 MPa. Menovité napätie modulu ističa VVBK (veľký modul) je 220 kV a tlak vzduchu v hasiacej komore je 4 MPa. Ističe radu VNV majú podobnú konštrukčnú schému: modul s napätím 220 kV pri tlaku 4 MPa.

Pri ističoch radu VVB závisí počet zhášacích komôr (modulov) od napätia (110 kV — jeden; 220 kV — dva; 330 kV — štyri; 500 kV — šesť; 750 kV — osem) a pre veľké ističových modulov (VVBK, VNV), modulov s číslami dvakrát menšími, resp.

Ističe SF6

Plyn SF6 (SF6 – fluorid sírový) je inertný plyn s hustotou 5-krát vyššou ako hustota vzduchu. Elektrická sila plynu SF6 je 2-3 krát vyššia ako sila vzduchu; pri tlaku 0,2 MPa je dielektrická pevnosť plynu SF6 porovnateľná s dielektrickou pevnosťou ropy.

V plyne SF6 pri atmosférickom tlaku môže byť oblúk za rovnakých podmienok uhasený prúdom, ktorý je 100-krát vyšší ako prúd prerušený vo vzduchu. Výnimočná schopnosť plynu SF6 uhasiť oblúk sa vysvetľuje tým, že jeho molekuly zachytávajú elektróny stĺpca oblúka a vytvárajú relatívne nepohyblivé záporné ióny. Strata elektrónov spôsobuje, že oblúk je nestabilný a ľahko zhasne. V prúde plynu SF6, to znamená pri prúdení plynu, je absorpcia elektrónov zo stĺpca oblúka ešte intenzívnejšia.

Ističe SF6 používajú autopneumatické (auto-kompresné) zhášacie zariadenia oblúka, kde je plyn stlačený piestovým zariadením počas vypnutia a smerovaný do oblasti oblúka. Istič SF6 je uzavretý systém bez emisií plynov do vonkajšieho prostredia.

V súčasnosti sa ističe SF6 používajú pre všetky napäťové triedy (6-750 kV) pri tlaku 0,15 — 0,6 MPa. Zvýšený tlak sa používa pre spínače s vyššími napäťovými triedami. Dobre sa osvedčili ističe SF6 nasledujúcich zahraničných spoločností: ALSTOM; SIEMENS; Merlin Guerin a ďalší. Výroba moderných ističov SF6 PO «Uralelectrotyazmash» je zvládnutá: ističe nádrží série VEB, VGB a stĺpcové spínače série VGT, VGU.

Ako príklad zvážte návrh 6-10 kV LF ističa od Merlina Gerina.

Základný model ističa pozostáva z nasledujúcich prvkov:

— teleso ističa, v ktorom sú umiestnené všetky tri póly, predstavujúce „tlakovú nádobu“ naplnenú plynom SF6 pri nízkom pretlaku (0,15 MPa alebo 1,5 atm);

— mechanický pohon typu RI;

— predný panel ovládača s ručnou pružinou a indikátormi stavu pružiny a ističa;

— kontaktné podložky pre vysokonapäťové napájanie;

— viackolíkový konektor na pripojenie sekundárnych spínacích obvodov.

Vákuové ističe

Dielektrická pevnosť vákua je výrazne vyššia ako u iných médií používaných v ističoch. To sa vysvetľuje zvýšením strednej voľnej dráhy elektrónov, atómov, iónov a molekúl s poklesom tlaku. Vo vákuu stredná voľná dráha častíc presahuje rozmery vákuovej komory.

Dielektrická pevnosť obnovenia 1/4" medzery po prerušení prúdu 1600 A vo vákuu a rôznych plynoch pri atmosférickom tlaku

Za týchto podmienok dochádza k nárazom častíc na steny komory oveľa častejšie ako k zrážkam častíc. Obrázok ukazuje závislosť prierazného napätia vákua a vzduchu od vzdialenosti medzi elektródami s priemerom 3/8 « volfrámu. Pri tak vysokej dielektrickej pevnosti môže byť vzdialenosť medzi kontaktmi veľmi malá (2 — 2,5 cm), takže rozmery komory môžu byť aj relatívne malé...

Proces obnovy elektrickej pevnosti medzery medzi kontaktmi, keď je prúd vypnutý, prebieha vo vákuu oveľa rýchlejšie ako v plynoch Úroveň vákua (tlak zvyškového plynu) v moderných priemyselných oblúkových potrubiach je zvyčajne Pa. V súlade s teóriou elektrickej pevnosti plynov sa požadované izolačné vlastnosti vákuovej medzery dosahujú aj pri nižších úrovniach vákua (rádovo Pa), ale pre súčasnú úroveň vákuovej techniky je vytváranie a udržiavanie Úroveň Pa počas životnosti vákuovej komory nie je problém.To poskytuje vákuovým komorám rezervy elektrickej sily počas celej životnosti (20-30 rokov).

Typický dizajn vákuového ističa je znázornený na obrázku.

Bloková schéma vákuového ističa

Konštrukcia vákuovej komory pozostáva z dvojice kontaktov (4; 5), z ktorých jeden je pohyblivý (5), uzavretých vo vákuovo nepriepustnom plášti zvarenom keramickými alebo sklenenými izolátormi (3; 7), horným a spodným kovovým kryty (2; 8) ) a kovový štít (6). Pohyb pohyblivého kontaktu voči pevnému je zabezpečený pomocou objímky (9). Káble kamery (1; 10) sa používajú na pripojenie k obvodu hlavného vypínača.

Treba poznamenať, že na výrobu krytu vákuovej komory sa používajú iba špeciálne kovy odolné voči vákuu, čistené od rozpustených plynov, medi a špeciálnych zliatin, ako aj špeciálna keramika. Kontakty vákuovej komory sú vyrobené z kovokeramickej kompozície (spravidla je to meď-chróm v pomere 50%-50% alebo 70%-30%), ktorá poskytuje vysokú vypínaciu schopnosť, odolnosť proti opotrebovaniu a zabraňuje vzniku zvarových bodov na kontaktnej ploche. Cylindrické keramické izolátory spolu s vákuovou medzerou na otvorených kontaktoch poskytujú izoláciu medzi svorkami komory, keď je spínač vypnutý.

Tavrida-electric vydala nový dizajnový vákuový istič s magnetickým zámkom. Jeho konštrukcia je založená na princípe zoradenia hnacieho elektromagnetu a vákuového ističa v každom póle ističa.

Spínač sa zatvára v nasledujúcom poradí.

V počiatočnom stave sú kontakty vákuovej spínacej komory otvorené pôsobením uzatváracej pružiny 7 na ne cez ťahový izolátor 5. Keď sa na cievku 9 elektromagnetu privedie napätie s kladnou polaritou, magnetický tok sa hromadí v medzere magnetického systému.

V momente, keď tlaková sila kotvy vytvorená magnetickým tokom presiahne silu dorazovej pružiny 7, kotva 11 elektromagnetu sa spolu s trakčným izolátorom 5 a pohyblivým kontaktom 3 vákuovej komory začne pohybovať. nahor, stlačením pružiny na zastavenie. V tomto prípade sa vo vinutí vyskytuje motor-EMF, ktorý zabraňuje ďalšiemu zvýšeniu prúdu a dokonca ho trochu znižuje.

V procese pohybu kotva získava rýchlosť asi 1 m / s, čo zabraňuje predbežnému poškodeniu pri zapnutí a eliminuje odskakovanie kontaktov VDK. Keď sú kontakty vákuovej komory uzavreté, v magnetickom systéme zostáva dodatočná kompresná medzera 2 mm. Rýchlosť kotvy prudko klesá, pretože musí prekonať aj silu pružiny dodatočného predpätia kontaktu 6. Pod vplyvom sily vytvorenej magnetickým tokom a zotrvačnosťou sa však kotva 11 naďalej pohybuje nahor. stlačenie pružiny pre doraz 7 a prídavnú pružinu pre predpätie kontaktov 6.

V momente zatvorenia magnetického systému sa kotva dotkne horného krytu pohonu 8 a zastaví sa. Po procese zatvárania sa prúd do cievky pohonu vypne. Spínač zostáva v zatvorenej polohe kvôli zvyškovej indukcii vytvorenej pomocou prstencový permanentný magnet 10, ktorý drží kotvu 11 v pritiahnutej polohe k hornému krytu 8 bez dodatočného napájania prúdom.

Na otvorenie spínača musí byť na svorky cievky privedené záporné napätie.

V súčasnosti sa vákuové ističe stali dominantnými zariadeniami pre elektrické siete s napätím 6-36 kV. Podiel vákuových ističov na celkovom počte vyrobených zariadení v Európe a USA tak dosahuje 70%, v Japonsku - 100%. V Rusku má tento podiel v posledných rokoch neustále stúpajúcu tendenciu a v roku 1997 prekročil hranicu 50 %. Hlavné výhody výbušnín (v porovnaní s ropnými a plynovými spínačmi), ktoré určujú rast ich podielu na trhu, sú:

— vyššia spoľahlivosť;

— nižšie náklady na údržbu.
Pozri tiež: Vysokonapäťové vákuové ističe – konštrukcia a princíp činnosti