Елегазови превключватели: ориентири за избор и правила за свързване

Функционирането на високоволтовите електрически мрежи по токови характеристики не е сравнимо с работата на битовите аналози. Съответно, при възникване на аварийна ситуация за изключване на оборудването и гасене на електродъгата са необходими по-мощни устройства от стандартните автоматични уреди.

Като защитни конструкции се използват елегазови прекъсвачи (ЕП), които могат да се управляват както в ръчен режим, така и с помощта на автоматика. Ние детайлно описахме конструктивните особености и принципа на действие на устройствата. Дадохме препоръки за монтаж, свързване и обслужване.

Определение и приложение на елегаза

Елегазът представлява серен хексафлуорид, който се отнася към електротехническите газове. Благодарение на изолационните си свойства той се използва активно при производството на електротехнически устройства.

В неутрално състояние елегазът представлява незапалим газ без цвят и мирис. Ако го сравним с въздуха, може да се отбележи висока плътност (6,7) и молекулна маса, надвишаваща въздушната 5 пъти.

Едно от предимствата на елегаза е устойчивостта към външни проявления. Той не променя характеристиките си при всякакви условия. Ако настъпи разпад по време на електрически разряд, скоро настъпва пълноценно, необходимо за работата възстановяване.

Тайната се състои в това, че молекулите на елегаза свързват електрони и образуват отрицателни йони. Качеството «електроотрицание» е дарило серния хексафлуорид с такава характеристика като електрическа якост.

На практика електрическата якост на въздуха е 2-3 пъти по-слаба от същото свойство на елегаза. Освен това, той е пожаробезопасен, тъй като се отнася към незапалими вещества, и притежава охлаждаща способност.

Когато възникна необходимост да се намери газ за гасене на електродъгата, започнаха да се изучават свойствата на SF6 (серен хексафлуорид), въглероден тетрахлорид и фреон. В изпитванията SF6 победи.

Изброените характеристики направиха елегаза максимално подходящ за приложение в електротехническата сфера, по-специално в следните устройства:

• силови трансформатори, работещи по принципа на магнитната индукция;
• разпределителни устройства от комплектен тип;
• линии с високо напрежение, свързващи отдалечени инсталации;
• високоволтови прекъсвачи.

Но някои свойства на елегаза доведоха до това, че се наложи да се усъвършенства конструкцията на изключвателя. Основният недостатък засяга прехода на газообразната фаза в течна, а това е възможно при определени съотношения на параметрите на налягане и температура.

За да работи оборудването без прекъсвания, е необходимо да се осигурят комфортни условия. Да предположим, че за функционирането на елегазовите устройства при -40º е необходимо налягане не повече от 0,4 МПа и плътност под 0,03 г/см³. На практика при необходимост газът се подгрява, което възпрепятства прехода в течна фаза.

Конструкция на елегазов прекъсвач

Ако сравняваме елегазовите устройства с аналози от други видове, то по конструкция те са най-близки до маслените уреди. Разликата се състои в напълването на камерите за гасене на дъгата.

Като пълнител при маслените изключватели се използва маслена смес, а при елегазовите – 6-фториста сяра. Предимството на втория вариант е в дълготрайността и минимума техническо обслужване.

Схема на елегазово устройство от колонков тип. Дъгогасителните модули, закрепени на висока стойка, се намират в горната част, шкафът за управление – в долната.

Начините на гасене на електродъгата зависят от много фактори, сред които решаващи са номиналният ток и напрежение, както и условията на използване на устройството.

Общо се разграничават четири вида ЕИ:

• с електромагнитно духане;
• с духане в елегаз – с 1 степен на налягане;
• с надлъжно духане – с 2 степени на налягане;
• с автогенериращо духане.

Ако при въздушните уреди в процеса на гасене на дъгата газът постъпва в атмосферата, то при елегазовите той остава в затворено пространство, изпълнено с газова смес. При това се запазва малко свръхналягане.

Колонкови и бакови устройства

На практика се прилагат два вида елегазови инсталации:

• бакови;
• колонкови.

Различията засягат както конструкционните особености, така и принципа на гасене на електродъгата. По външно устройство колонковите наподобяват маломаслените аналози: състоят се от две функционални части – дъгогасителна и контактна, имат еднакво обемни размери.

Изключващите устройства са проектирани за работа от мрежа 220 V и принадлежат към еднофазно оборудване. Пример за елегазов изключвател от колонков тип – LF 10 Schneider Electric.

Управлението на оборудването може да се извършва по два различни начина: ръчно, когато регулирането и контролът се осъществяват с помощта на механични устройства, и дистанционно, автоматично.

Баковите елегазови уреди са по-малки по размери и са оборудвани с привод с няколко фази. Такова разпределение позволява по-добре да се контролират и плавно да се регулират параметрите на напрежението.

Едно от предимствата на резервоарните ЕВ е способността да издържат на увеличени натоварвания. Такова качество осигурява вграденият в конструкцията токов трансформатор.

Пример за резервоарно устройство е елегазовата инсталация DT2-550 F3 на Алстом Грид. Подобни устройства са се доказали положително в електросистеми с напрежение 500 кВ.

Конструкцията е сглобена и оборудвана по такъв начин, че функционира без смущения при ниски (критични) температури, повишена влажност, както и в региони със сеизмична активност и прекомерно замърсяване на атмосферата.

Принцип на гасене на дъгата

Как работи устройството, ще разгледаме на примера на изключвателя LW36 на китайския производител ЧИНТ.

При изключване пружината действа върху динамичните елементи на цилиндъра и те се спускат надолу. Всички контакти, освен дъгогасителните, се разтварят. Когато се разединят и дъгогасителните контакти, през които преминава токът, възниква електрическа дъга.

Горещият газ се премества в топлинната камера, задейства се обратният клапан. Когато газът от топлинната камера се издухва в промеждутъка, настъпва гасене на дъгата.

Ако се извършва изключване на малки по големина токове, то налягането в топлинната камера е недостатъчно, поради което се привлича налягане от компресионната камера (то винаги е по-високо). Отваря се обратният клапан, газът безпрепятствено постъпва в промеждутъка и при преминаване през нулата гаси дъгата.

Схема на вътрешното разположение и работа на подвижните, неподвижните клапани, декомпресионните, обратните клапани. Позиция 1 – включване; позиция 2 – изключване на големи токове; позиция 3 – изключване на малки токове; позиция 4 – изключване на уреда.

Съвременните колонкови инсталации притежават подобрени характеристики. Техническото обслужване е сведено до минимум, комутационният ресурс е увеличен. Елегазовите изключватели се отличават с ниско ниво на шум, надеждна механика и простота на монтажните и изпитвателните работи.

Регулировката на резервоарните модели се извършва с помощта на задвижващия механизъм и трансформатори. Пружинният или пружинно-хидравличният задвижващ механизъм контролира процесите на включване/изключване и нивото на задържане на електрическата дъга.

За какво служи задвижването?

Задвижващият механизъм е предназначен да изпълнява всички операции, свързани с включване/изключване или задържане на инсталацията в определено положение. На схемата е показано къде точно може да бъде разположен задвижващият механизъм. Обикновено това е повърхността на земята или ниска опора, осигуряваща на обслужващия персонал лесен достъп до регулиращите устройства.

Схема на конструкцията на резервоарния изключвател: 1 – порцеланови или полимерни модули; 2 – трансформатори; 3 – резервоар с газогасително устройство; 4 – камера с газ; 5 – задвижващ механизъм от хидравличен тип; 6 – метална рама; 7 – съединител за въвеждане на елегаз.

Задвижването се състои от механизъм за включване, фиксиращо устройство – резец, разединителен механизъм. Процесът на включване трябва да протича максимално бързо, за да се избегне заваряването на контактите.

По време на включване се полагат големи усилия за преодоляване на силата на триене на всички задействани елементи. Изключването се извършва по-лесно и се състои в обратно движение на резето, което осигурява включване и неговото задържане.

Начините на включване/изключване са няколко:

• механичен;
• пружинен;
• товарен;
• пневматичен;
• електромагнитен.

За маломощни системи се използва ръчно управление. В този случай е достатъчна силата на един оператор. Изключването на ръчни механизми обикновено се осъществява в автоматичен режим. Пружинното задвижване също се задейства ръчно, но понякога се привличат маломощни електродвигатели.

Традиционното разположение на задвижването е около монтажна метална рамка. Целостността и функционирането на механизма се осигурява от здрав метален кожух – кутия с удобна вратичка за операторска работа.

За прилагане на електромагнитно задвижване се изисква повече енергия, поради което е необходим постоянен източник на ток около 58 А с напрежение 220 V. Като резервен механизъм за изключване е наличен ръчен лост. Електромагнитните устройства се отличават с надеждност, поради което те се използват успешно в зони със сурови зими. Недостатък – необходимост от мощен акумулатор.

Пневматичното задвижване се отличава с това, че вместо електромагнит главният работен елемент е двойка цилиндър/бутало. Благодарение на сгъстен въздух скоростта на включване е много по-висока от тази на предишните модели.

Предимства и недостатъци на използването на ЕП

Елегазовите изключватели, както и другите видове електроразпределителни устройства, имат редица предимства и недостатъци. При избора на инсталация се извършват необходимите изчисления и, освен техническите характеристики и конструкционните особености, се вземат предвид плюсовете и минусите на моделите.

Изключвателите от елегазов тип функционират в сложни условия с периодични вибрации, ниски температури (с отопление), в пожароопасни зони.

Към недостатъците се отнасят високата цена на пълнителя – елегаз, спецификата на монтаж на табло или фундамент, необходимостта от определена квалификация на операторския състав.

Правила за свързване и обслужване на ЕП

Всички действия, отнасящи се до монтажа, включване/изключване, ремонт и обслужване на елегазови устройства, се подчиняват на строги правила, които са регламентирани от ПУЕ 1.8.21.

За свързване на инсталацията е необходимо да се провери наличието на минимално налягане в газонапълнената камера, в противен случай изключвателят ще се повреди. За да се предотвратят повреди, е инсталирана сигнализация, която се задейства при критично понижение на параметрите на налягането. Нивото на налягане може да се следи с помощта на манометър.

В шкафа на задвижването са инсталирани нагревателни елементи, които ефективно предотвратяват възникването на конденз по елементите на механизма. Операторът трябва да следи нагревателите постоянно да бъдат включени.

Прегледът на инсталацията се извършва всеки ден през светлата част на денонощието и приблизително 2 пъти месечно през тъмната част на денонощието. Ако е настъпило аварийно изключване по една от причините, се изисква извънреден преглед.

По време на прегледа на изключвателя е необходимо да се провери външната защита, да се отстранят замърсяванията, да се поправят повредите. Ако контактите се нагряват, трябва да се установи причината.

При наличие на пукот, подозрителен шум трябва да се открие източникът. Металната монтажна конструкция едновременно е част от заземителния контур, затова трябва да се проверява нейната цялост.

Задължително се отчитат показателите на манометъра. Налягането трябва да съответства на нормата, изчислена от производителя. Необходимо е да се провери изправността на регулиращите и контролиращите уреди, а при повреда на един или няколко елемента да се предприемат мерки – да се извърши замяна или да се изпрати за ремонт.

Ако налягането на газа е намаляло, трябва да се допълни камерата с елегаз. Изолацията не се нуждае от почистване, тъй като конструкцията е напълно херметична.

Изводи и полезно видео по темата

Как са устроени елегазовите изключватели, по какъв принцип се извършва гашенето на дъгата и какви видове устройства съществуват, можете да научите от полезно и информативно видео.

Видео #1. Преглед на елегазови изключватели с описание на устройството и принципа на работа:

Видео #2. Особености на конструкцията на инсталациите:

Видео #3. Как се извършва монтажът на изключвателя:

Елегазовите изключватели излизат от заводската поточна линия в пълна експлоатационна готовност и са предназначени за работа в разнообразни климатични зони, от тропическа до студена, затова се прилагат активно от промишлени компании от различни страни.