Сравнительный анализ высоковольтных выключателей

Научная статья на тему “сравнительный анализ высоковольтных выключателей”

В высоковольтной системе выключатель является самым ответственным звеном. Прямое назначение выключателя заключается в том, что он всегда должен обеспечивать четкую работу при аварии. В случае отказа выключателя авария развивается, следствием чего являются тяжелые разрушения и большие материальные потери, которые связаны с недоотпуском электроэнергии и остановкой работы крупных предприятий.

Выключатели, которые используются на электрических подстанциях, должны обладать очень большим номинальным напряжением (6—1150 кВ) и очень большим током отключения (до 50 кА). Данные выключатели представляют собой довольно сложную конструкцию, управляемую электромагнитными, пружин­ными, гидравлическими или пневматическими приводами [2].

В зависимости от среды, в которой производят гашение дуги, различают несколько видов выключателей [3, с. 11].

Первый тип выключателей — масляные. В данном виде выключателей дуга гасится парами масла, при этом контакты находятся в емкости с маслом. Масляные выключатели отличаются простотой изготовления, сравнительно низкой стоимостью, высокой отключающей способностью.Существует две разновидности масляных выключателей — маломасляные и баковые. В настоящее время баковые выключатели не производятся, в связи с тем, что обладают рядом недостатков, таких как: взрыво- и пожароопасность, необходимость больших запасов масла, непригодность для установки внутри помещений, необходимость периодического контроля за состоянием и уровнем масла в баке.

Маломасляные выключатели широко используются в закрытых и открытых распределительных устройствах всех напряжений. Масло в этих выключателях в основном выполняет функцию дугогасящей среды и только частично является изоляцией между разомкнутыми контактами.

Второй тип выключателей — воздушные. В данных выключателях гашение дуги производится сжатым воздухом при давлении 2—4 МПа, осуществление изоляции токоведущих частей и дугогасительного устройства производится фарфором или другими твердыми изолирующими материалами.

Недостатками воздушных выключателей являются: увеличение подачи воздуха на вентиляцию в период дождей и необходимость дополнительного электрического обогрева в распределительном шкафу и в шкафах управления полюсов при понижении темпера­туры ниже 5°С.

К достоинствам воздушных выключателей по сравнению с масляными относится их быстродействие, однако воздушные выключатели значительно сложнее масляных и обладают высо­кой стоимостью.

Следующий вид выключателей — вакуумные, в них дугогашение происходит в вакуумной дугогасительное камере (ВДК). Электрическая прочность вакуума значительно превышает прочность других сред, которые применяют в выключателях. Среди достоинств вакуумных выключателей следует отметить такие как: простота конструкции, надежность, высокая коммутационная износостойкость, малые размеры, пожаро- и взрывобезопасность, отсутствие шума при операциях, отсутствие загрязнения окружающей среды, удобство эксплуатации и малые эксплуатационные расходы [4, с. 68].

К недостаткам вакуумных выключателей относятся: сравни­тельно небольшие номинальные токи и токи отключения, возможность коммутационных перенапряжений при отключении малых индуктивных токов, небольшой ресурс дугогасительного устройства по отключению токов короткого замыкания.

Последний тип выключателей, которые мы рассмотрим, — элегазовые выключатели. В данных выключателях используется электропрочный газ SF6, так называемый «элегаз», представляющий собой инертный газ, плотность которого превышает плотность воздуха в 5 раз. Электрическая прочность элегаза в 2—3 раза выше прочности воздуха, при давлении 0,2 МПа электрическая прочность элегаза сравнима с прочностью масла [1, с. 36].

Элегазовые автоматические выключатели нашли успешное применение благодаря таким характеристикам как: простота дугогасительной камеры, которая не нуждается во вспомогательных камерах; высокая сопротивляемость воздействиям электрического тока; надёжность при сравнительно невысокой стоимости; пониженный уровень шума.

Наряду со множеством достоинств существуют и проблемы, связанные с элегазовыми выключателями: гексафторид серы — это газ, который вызывает «парниковый эффект»; в случае создания электрической дуги в среде с небольшим количеством SF6, происходит образование газов низшего порядка. Некоторые из этих побочных продуктов являются токсичными и могут вызвать болезненное раздражение глаз и дыхательной системы.

Выключатели должны отвечать следующим требованиям [5, c. 48]:

·безопасность для окружающих и надежность в работе;

·быстродействие;

·удобство в обслуживании;

·простота монтажа;

·бесшумность работы;

·сравнительно невысокая стоимость.

В табл. 1 приведена сравнительная характеристика различных видов выключателей.

Таблица 1.

Сравнительная характеристика масляного, воздушного, вакуумного и элегазового выключателей

Многолетний опыт показывает, что два типа выключателей — маломасляные и воздушные — являются пригодными для всего диапазона напряжений и мощностей короткого замыкания. Каждый из этих типов выключателей внутри определенного диапазона напряжений имеет свои преимущества, которые вытекают из техни­ческих и экономических аспектов.

При сравнении элегазовых и вакуумных выключателей следует отметить, что элегаз обладает лучшими свойствами электрической прочности, чем вакуум. В связи с этим элегаз используется в качестве изоляционного материала и дугогасительной среды. Также одним из преимуществ элегазовых выключалей является то, что номинальные токи и токи отключения у данных выключателей выше, чем у вакуумных. Использование элегаза позволяет делать электро­оборудование более компактного размера и предоставляет больше пространства для его устройства.

В заключении хотелось бы отметить, что выбор того или иного выключателя зависит от ряда факторов, таких как: необходимое номинальное напряжение, номинальные токи отключения, влияние на окружающую среду, стоимость электрического аппарата, его габариты и т. д.