Элегазовый выключатель

1. Назначение и принцип работы

Элегазовый выключатель — это разновидность высоковольтного выключателя, коммутационный аппарат, использующий элегаз в качестве среды гашения электронной дуги; предназначенный для оперативных подключений и отключений индивидуальных цепей или электрооборудования в энергосистеме.

Рисунок 1 – Схема элегазового выключателя

Элегазовые выключатели начали усиленно разрабатываться с 1980 г. и имеют большие перспективы при напряжениях 110…1150 кВ и токах отключения до 80 кА. В технически развитых странах элегазовые выключатели высокого и сверхвысокого напряжения (110-1150 кВ) практически вытеснили все другие типы аппаратов.

Элегазовые выключатели высокого напряжения выполняют работу за счет изоляции фаз друг от друга посредством элегаза. Когда срабатывает уведомление о том, что нужно отключить электрооборудование, контакты некоторых камер (если аппарат колонковый) размыкаются. Таким способом, встроенные контакты образуют дугу, которая помещена в газовую среду. Она разлагает газ на разные компоненты, но при этом и сама уменьшается из-за высокого давления в емкости.

В процессе использования элегазового выключателя выполняются циклы подключения и отключения коммутационного аппарата. При различных дейсвий с выключателем в режимных целях, в большинстве случаев, ток отключения располагается в границах обозначенных значений. Количество потенциально возможных операций зависимо от тока отключения устанавливает изготовитель. Для того, найти суммарное число операций отключения, существенно нужно пользоваться особой диаграммой взаимосвязи, которую можно найти в паспорте выключателя. Чем больше ток, тем меньшее количество возможных циклов включения/отключения элегазового выключателя.
Выключатель специализирован для установки в ОРУ 110кВ, так как его номинальное рабочее напряжение – 126кВ. Выключатель делает работу в согласовании с заявленными производственным изготовителем при условиях:

• установки на возвышенности над ярусом морского побережья не больше тысячи м-ов;
• температуры окружающей среды от -350 С до +400 С;
• установки в согласовании с необходимыми условиями завода-изготовителя;

Элегазовые выключатели различают

• колонковые
• баковые

2 Колонковые выключатели

Колонковый элегазовый выключатель – такое приспособление с автокомпрессией в положении удовлетворить подходящую коммутационную способность всех условиях переключения. Выключатель сделан в колонковом трёхполюсном выполнен с совместной рамой для полюсов и привода. Устройство оснащёно: аппаратом соблюдения порядка плотности элегаза с контактами для предупредительной сигнализации о понижении давления и воспрещения пользоваться выключателем, указателями местоположения «ON — OFF» выключателя и расположения пружин, счётчиком процедур вмешательства, предохранительными клапанами для сбрасывания лишнего давления, манометром соблюдения порядка давления в аппарате, платформами заземления. Шкаф управления имеет герметичную пыле — влагоустойчивую конструкцию с подогревом.

Рисунок 2 – Конструкция колонкового выключателя

3 Баковые выключатели

Элегазовые баковые выключатели – могут быть использованы на подстанциях ОРУ типа классов напряжения 35-220 кВ для осуществления коммутации переходных процессов в энергосистемах, т.е. претворения процедур подключения и отключения индивидуальных цепей при ручном либо автоматическом управлении. Они делаются в трёхполюсном либо однополюсном выполнении. Полюсы коммутационного аппарата, с одноразрывными дугогасительными устройствами и высоковольтными вводами, покрытой горячим цинком и поставлены на опорной раме. Управление данным аппаратом исполняется пружинным приводом. Выключатель в однополюсном выполнении (один пружинный привод на каждый полюс) имеет схему управления, которая дает возможность (с пульта управления) при поддержки электромагнитовоперировать 3 – мя полюсами единовременно либо всяким полюсом отдельно в зависимости от схемы блокировки, управления, сигнализации и релейной защиты.

Преимуществами баковых элегазовых выключателей со встроенными трансформаторами тока перед комплектными наборами «колонковый элегазовый выключатель плюс отдельно стоящий трансформатор тока» являются: повышенная сейсмостойкость, наименьшая площадь отчуждаемой местности территорий подстанции. Также наименьший объем запрашиваемых фундаментных трудовых функций при постройки подстанций, усиленная защищенность состава кадров подстанции (дугогасительные устройства расположены в заземленных металлических резервуарах), вероятность осуществления применения обогрева элегаза при использовании в областях с прохладным климатом.

4. Принцип гашения дуги

Успехи в разработках элегазовых выключтаелей откровенно оказали значительное воздействие на введение в эксплуатационную деятельность компактно размещенных на небольшой территории открытых распределительных устройствах размещенных на открытом воздухе, закрытых распределительных устройствах – размещенных в помещении и элегазовых комплектно распределительных устройствах. В элегазовых выключателях могут использоваться, разные методы гашения дуги зависимо от номинального напряжения, номинального тока отключения и объективных оценок энергосистемы (а также различных электроустановок).

В элегазовых дугогасительных устройствах , в сравнение от воздушных дугогасительных устройств, при гашении дуги истечение газа через сопло происходит не в воздушную среду, а в скрытный в себе объем камеры, наполненный элегазом при условно сравнительно маленьком лишнем давлении.

По методике гашения электрической дуги при выключении различают последующие элегазовые выключатели:

• Автокомпрессионный элегазовый коммутационный аппарат , где существенно нужный крупно масштабный расход элегаза через сопла компрессионного дугогасительного устройства создается по ходу подвижной системы выключателя (автокомпрессионный выключатель с одной ступенью давления).
• Элегазовый выключатель с электромагнитным дутьем, в котором гашение дуги в дугогасительном устройстве гарантируется вращением её по кольцевым контактам под воздействием магнитного поля, формируемого отключаемым током.
• Элегазовый выключатель с камерами низкого и высокого давления, в каком принцип снабжения газового дутья через сопла в дугогасительном аппарате аналогичен воздушным дугогасительным устройствам (Элегазовый выключатель с 2 – мя ступенями давления).
• Автогенерирующий элегазовый выключатель, где очень важный крупномасштабный расход элегаза через сопла дугогасительного устройства формируется за счет подогрева и увеличения давления элегаза дугой отключения в специально подготовленной камере (автогенерирующий элегазовый выключатель с одной ступенью давления).

5. Достоинства и недостатки

Учитывая вышеупомянутое, между плюсами выключателей элегазового типа можно отметить следующее:

• возможность установки в электроустановках как закрытого, так и открытого выполнения буквально всех классов напряжения;
• отмечается простота и надежность конструкции в эксплуатации;
• высокая интенсивность скорости срабатывания;
• низкие динамические нагрузки на фундаментные опоры;
• неплохая отключающая способность;
• небольшие габаритные пропорции и сумма веса;
• наличие в приводе автоматического управления двух ступеней обогрева;
• большой коммутационный ресурс контактной системы;

Недостатки элегазовых выключателей:

• требуется более внимательное отношение к использованию и учету элегаза;
• высокие необходимые условия к качеству элегаза;
• необходимость специально подготовленных устройств для заполнения, перекачки и фильтрации элегаза;
• относительно высокая стоимость элегаза;
• сложность и накладность изготовления — при производственном изготовлении неизбежно нужно соблюдать высокоё качество аппарата;
• дороговизна конструкции и второстепенных элементов;
• при выводе из строя выключателя в режиме ЧП, починка данного аппарата может быть не актуальной.

Преимущества и недостатки использования ЭВ

Элегазовые выключатели, как и другие типы электрораспределительных устройств, имеют ряд преимуществ и недостатков. При выборе установки производят необходимые расчеты и, кроме технических характеристик и конструкционных особенностей, учитывают плюсы и минусы моделей.

Галерея изображений Фото из Универсальное применение в высоковольтных системах Оперативность выполнения рабочих функций Надежность и долговечность конструкции Работают с током высокого напряжения

Выключатели элегазового типа функционируют в сложных условиях с периодическими вибрациями, низкими температурами (с подогревом), в пожароопасных зонах.

К недостаткам относят высокую стоимость наполнителя – элегаза, специфику монтажа на щит или фундамент, необходимость определенной квалификации операторского состава.

Правила подключения и обслуживания ЭВ

Все действия, касающиеся монтажа, включения/выключения, ремонта и обслуживания элегазовых устройств, подчиняются строгим правилам, которые регламентированы ПУЭ 1.8.21.

Для подключения установки необходимо проверить наличие минимального давления в газонаполненной камере, иначе выключатель выйдет из строя. Чтобы предотвратить повреждения, установлена сигнализация, которая срабатывает при критическом понижении параметров давления. Уровень давления можно отследить с помощью манометра.

В шкафу привода установлены нагревательные элементы, эффективно препятствующие возникновению конденсата на элементах механизма. Оператору необходимо следить, чтобы нагреватели постоянно находились во включенном состоянии.

Осмотр установки производится каждый день в светлое время суток и примерно 2 раза в месяц в темное время суток. Если произошло аварийное отключение по одной из причин, требуется внеплановый осмотр

В процессе осмотра выключателя необходимо проверить наружную защиту, удалить загрязнения, исправить повреждения. Если нагреваются контакты, следует выяснить причину.

При наличии треска, подозрительного шума нужно выявить источник. Металлическая монтажная конструкция одновременно является частью заземляющего контура, поэтому следует проверять ее целостность.

Обязательно снимаются показатели манометра. Давление должно соответственно норме, рассчитанной производителем. Необходимо проверить исправность регулирующих и контролирующих приборов, а при выходе из строя одного или нескольких элементов принять меры – совершить замену или отправить в ремонт.

Если давление газа уменьшилось, следует пополнить камеру элегазом. Изоляция в чистке не нуждается, так как конструкция полностью герметична.

Определение и применение элегаза

Элегаз – это шестифтористая сера, которую относят к электротехническим газам. Благодаря изоляционным свойствам ее активно применяют при производстве электротехнических устройств.

В нейтральном состоянии элегаз представляет собой негорючий газ без цвета и запаха. Если его сравнивать с воздухом, то можно отметить высокую плотность (6,7) и молекулярную массу, превышающую воздушную в 5 раз.

Одно из преимуществ элегаза – устойчивость к внешним проявлениям. Он не меняет характеристик при любых условиях. Если происходит распад во время электроразряда, то вскоре наступает полноценное, необходимое для работы восстановление.

Секрет в том, что молекулы элегаза связывают электроны и образуют отрицательные ионы. Качество «электроотрицания» наделило 6-фтористую серу такой характеристикой, как электрическая прочность.

На практике электропрочность воздуха в 2-3 раза слабее, чем то же свойство элегаза. Кроме прочего, он пожаробезопасен, так как относится к негорючим веществам, и обладает охлаждающей способностью.

Когда возникла необходимость отыскать газ для гашения электродуги, стали изучать свойства SF6 (шестифтористой серы), 4-хлористого углерода и фреона. В испытаниях победила SF6

Перечисленные характеристики сделали элегаз максимально подходящим для применения в электротехнической сфере, в частности, в следующих устройствах:

• силовые трансформаторы, работающие по принципу магнитной индукции;
• распределительные устройства комплектного типа;
• линии высокого напряжения, связывающие удаленные установки;
• высоковольтные выключатели.

Но некоторые свойства элегаза привели к тому, что пришлось усовершенствовать конструкцию выключателя. Основной недостаток касается перехода газообразной фазы в жидкую, а это возможно при определенных соотношениях параметров давления и температуры.

Чтобы оборудование работало без перебоев, необходимо обеспечить комфортные условия. Предположим, для функционирования элегазовых устройств при -40º необходимо давление не более 0,4 МПа и плотность менее 0,03 г/см³. На практике при необходимости газ подогревают, что препятствует переходу в жидкую фазу.

6. Технические характеристики

В таблице приведены технические характеристики выключателей ВГТ — 110 кВ.
Таблица 5.1 – Основные технические данные выключателя ВГТ — 110 кВ

Параметр	Допустимое значение
Номинальное напряжение	110 кВ
Время отключения	0,035 с
Номинальный ток	2500 А
Рабочее напряжение (максимальное)	126 кВ
Максимальный ток отключения	40 кА
Пауза при АПВ	0,3 с
Ток КЗ (максимальный)	100 кА
Время протекания тока КЗ	3 с
Утечка элегаза за 12 месяцев	0,8 %
Напряжение подогревательных устройств	220 В
Тип привода	Пружинный
Длина пути утечки	270 см
Масса элегаза	6,3 кг
Количество приводов	1
Масса выключателя	1700 кг
Срок до планового ремонта	12 лет
Срок эксплуатации	25 лет

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Паянен, Рейно Игоревич, 2015 год

Список использованной литературы

1. Becher, W. The Decomposition of SF6 in Electric Arcs and Sparks / W. Becher, J. Massonne // ETZ. — A91. — 1970. — N11. — P. 605 -610.

8. ТУ 6-02-1249-83. Элегаз повышенной чистоты. Фториды. Сера. Нормативно-технический документ. — М. : Стандартинформ, 1983. — 12 с.

24. Аракелян, В.Г. Элегазовое электротехническое оборудование. Технические требования к производству для обеспечения качества элегаза в оборудовании и меры обеспечения санитарно-гигиенической и экологической безопасности / В.Г. Аракелян // Руководящий документ. — 16.066 — 05. — 101 с.

27. Bartakova, B. Electrotech. / B. Bartakova, J.Klump // Obsor: 1978, — V.67. -N4.-P. 230-233.

31. КРУЭ типоряда 8DN8 // Каталог Siemens AG. Energy Sector. — M., 2011. -22 c.

32. Линии электропередачи с газовой изоляцией // Каталог Siemens AG. Energy Sector. -М., 2012. — 18 с.

41. Nitta, T. Factors controlling surface flashover in SF6 gas insulated systems / Nitta Т., Shibuya Y. // IEEE-PAS, 2004. — P. 12-15.

43. Карякин, Ю.В. Чистые химические вещества / Ю.В. Карякин, И.И. Ангелов. -М. : Химия, 1974. — 408 с.

47. Cady, G.H. Hydrolisys of sulfuryl fluoride / G.H. Cady, S. Misra // Inorganic chemistry, 1974. — 73 p.

48. Tominaga, S. SF6 gas equipment / S. Tominaga, H. Kuwahara // IEEE-PAS-100, 1981. -P. 18-21.

60. SF6 properties, and use in MV and HV switchgear. Cahier technique No. 188. Schneider Electric, 2003. — 81 p.

61. Инструкции по расследованию и учёту технологических нарушений в работе энергосистем, электростанций, котельных, электрических и тепловых сетей, М.: Энергосервис, 2003. —98 с.

62. Niemeyer, I. S2F10 in SF6 insulated equipment / I. Niemeyer // VIIth Intern. Sympos, Knoxville, 2006. — P. 42-45.

66. SF6 — оборудование и приборы для работы с элегазом // Каталог оборудования DILO. -М., 2011. — 114 с.

67. SF6 оборудование и приборы для работы с элегазом // Каталог оборудования DILO. -М., 2012. — 126 с.

69. Solvay fluor und derivate gmbh: concept for the reuse of used SF6 / Каталог оборудования Solvay. — GmbH., 2003. — Вып. №8 — 38 с.

70. SF6 — оборудование и приборы для работы с элегазом // Каталог оборудования DILO. -М., 2013.. — 132 с.

73. Перельштейн, И.И. Термодинамические свойства шестифтористой серы / И.И. Перельштейн. — М. : Госторгиздат, 1961. — 47 с.

74. Рапопорт, Ф.М. Лабораторные методы получения чистых газов / Ф.М. Рапопорт, А.И. Ильинская. — М. : Изд.хим.лит., 1963. — 420 с.

75. Мюллер, Г. Газы высокой чистоты / Г. Мюллер, Г. Гнаук ; пер. с нем. под ред. С. С. Бердоносова, А. Н. Несмеянова. — М. : Мир, 1968. — 236 с.

90. Sauers, I. On S2F10 formation in spark breakdown of SF6 / I. Sauers // IEEE symposium on electrical insulation, 1988. — P. 31-35.

93. Гельперин, Н.И. Основы техники кристаллизации расплавов / Н.И. Гельперин, Г.А. Носов. — М. : Химия, 1975. — 351 с.

97. Григорьев, В.А. Тепло- и массообменные аппараты криогенной техники / В.А. Григорьев, Ю.И. Крохин. — М. : Энергоиздат, 1982. — 312 с.

99. Батунер, JI.M. Математические методы в химической технике / JI.M. Батунер, М.Е. Позин — Л.: Химия, 1971. — 824 с.

102. Лыков, A.B. Тепломассобмен : справочник / A.B. Лыков. — М.: Энергия, 1972.-560 с.

104. Цуранов, O.A. Холодильная техника и технология: учебник для вузов / О.А.Цуранов, А.Г.Крысин. — СПб. : Санкт-Петербург, 2004. — 448 стр.

105. Перельштейн, И.И. Шестифтористая сера / И.И. Перелынтейн. — М. : Пищевая промышленность, 1962. —47 с.

106. Брайдерт, Г.-И. Проектирование холодильных установок / Г.-И. Брайдерт ; пер. с нем. под ред. Л.Н. Казанцева. — М. : Техносфера, 2006. — 336 с.

107. Румянцев, Ю.Д. Холодильная техника : учебник для вузов / Ю.Д. Румянцев, B.C. Калюнов. — СПб. : Изд-во Профессия, 2005 — 360 с.

108. Полевой, А. А. Холодильные установки / А. А. Полевой. — СПб. : Профессия, 2011.-472 с.

109. Курылёв, Е.С. Холодильные установки / Е.С. Курылёв, В.В. Оносовский, Ю.Д. Румянцев. — СПб. : Политехника, 1999. — 576 с.

110. Полевой, А. А. Монтаж холодильных установок / А. А. Полевой. — СПб. : Профессия, 2011. — 264 с.

111. Данзанов, В.Д. Основы хладотехники / В.Д. Данзанов. — СПб. : Профессия, 2012.-1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

113. Лебедев, Д. П. Тепло- и массообмен в процессах сублимации в вакууме / Д.П. Лебедев, Т.Л. Перельман. — М. : Энергия,1973. — 336 с.

114. Сывороткин, В.Л. Глубинная дегазация земли и глобальные катастрофы / В.Л. Сывороткин. — М. : Геоинформцентр, 2002. — 250 с.

Приложение А. Результаты экспериментальных исследований фазового равновесия бинарной смеси «азот-элегаз»

В данном приложении приводятся экспериментальные данные по масс-спектрометрическому анализу состава бинарной смеси «азот — элегаз». В нижеприведённых таблицах представлены данные по концентрациям различных примесей в изучаемой смеси в паровой и жидкой фазах.

Таблица А. 1 — Концентрации примесей в бинарной смеси «азот — элегаз» в паровой фазе (температура 17,3 °С).

Массовое число ионного пика Ионный пик по изотопу 32s Величина ионного пика, мА

127 sf5+ 1,186

108 sf4+ 0,086

89 sf3+ 0,275

70 sf2+ 0,127

51 sf+ 0,136

32 s+ 0,073 (*)

19 f+ 0,009

54 SF4″ 0,041

44,5 sf3++ 0,005

35 sf2++ 0,019

25,5 sf++ 0,004

Расчётная база Итого: 1,961

(*) — расчётная величина. Ионный пик 328+ рассчитывался с учётом пика 02+ через изотоп 348+.

1. Азот. Величина ионного пика — 0,0733 мА. (**)

А ЛаОО

Объёмная концентрация азота: Соб = ‘ * 100% = 3,74 % (объёмных),

1,961

Массовая концентрация азота: Смас = Соб* Мазота = 3,74 * 2*. = 0,72 %

Мэлегаза 146

(массовых).

2. Кислород. Величина ионного пика — 0,002 мА. (**)

Объёмная концентрация кислорода: С0б = °’002 * 100% = 0,102 %

1,961

(объёмных),

Массовая концентрация кислорода: Смас = Соб* м кислорода = о, 102 * =

Мэлегаза 146

0,022 % (массовых).

(**) — величины пиков Ы2+ и 02+ даны с учётом поправочных коэффициентов; значение пика 02+ вычислено с учётом величины иона 328+.

Таблица А.2 — Концентрации примесей в бинарной смеси «азот — элегаз» в жидкой фазе (температура 17,3 °С).

Массовое число ионного пика Ионный пик по изотопу 32s Величина ионного пика, мА

127 sf5+ 1,263

108 sf4+ 0,093

89 sf3+ 0,295

70 sf2+ 0,139

51 sf+ 0,148

32 s+ 0,075 (*)

19 f+ 0,010

54 SF4″ 0,044

44,5 sf3++ 0,006

35 sf2++ 0,020

25,5 sf+t~ 0,004

Расчётная база Итого: 2,096

(*) — расчётная величина. Ионный пик 328+ рассчитывался с учётом пика 02+ через изотоп 348+.

1. Азот. Величина ионного пика — 0,015 мА. (**)

Объёмная концентрация азота: Соб = 0,015 * 100% = 0,715 % (объёмных),

2,096

Массовая концентрация азота: Смас = С0б* Мазота = 0,715 * — = 0,137

Мэлегаза 146

% (массовых).

2. Кислород. Величина ионного пика — 0,0004 мА. (**)

Объёмная концентрация кислорода: С0б = 0,0004 * 100% = 0,019 %

2,096

(объёмных),

Массовая концентрация кислорода: Смас = Соб* м кислорода = о,019 * =

М элегаза 146

0,0042 % (массовых).

(**) — величины пиков 1М2+ и 02+ даны с учётом поправочных коэффициентов; значение пика 02+ вычислено с учётом величины иона з28+.

Таблица А.З — Концентрации примесей в бинарной смеси «азот — элегаз» в паровой фазе (температура 17,3 °С).

Массовое число ионного пика Ионный пик по изотопу 32$ Величина ионного пика, мА

127 8Р5+ 1,173

108 8Р4+ 0,077

89 8Б3+ 0,265

70 8Р2+ 0,121

51 8Р+ 0,131

32 8+ 0,067 (*)

19 Р+ 0,007

54 8Р4++ 0,033

44,5 8Р3++ 0,004

35 8Р2++ 0,013

25,5 8Р++ 0,003

Расчётная база

Итого:

1,894

(*) — расчётная величина. Ионный пик 32S+ рассчитывался с учётом пика 02+ через изотоп 34S+.

1. Азот. Величина ионного пика — 0,0337 мА. (**)

Объёмная концентрация азота: С0б = 0,0337 * 100% = 1,78 % (объёмных),

1,894

Массовая концентрация азота: Смас = Соб* Мазота = 1,78 * 2*. = 0,341 %

Мэлегаза 146

(массовых).

2. Кислород. Величина ионного пика — 0,001 мА. (**)

Объёмная концентрация кислорода: С0б = 0,001 * 100% = 0,053 %

1,894

(объёмных),

Массовая концентрация кислорода: Смас = Соб * М кислорода = 0j053 * J2_ =

Мэлегаза 146

0,012 % (массовых).

(**) — величины пиков N2+ и 02+ даны с учётом поправочных коэффициентов; значение пика 02+ вычислено с учётом величины иона 32S+.

Таблица А.4 — Концентрации примесей в бинарной смеси «азот — элегаз» в жидкой фазе (температура 17,3 °С).

Массовое число ионного пика Ионный пик по изотопу 32s Величина ионного пика, мА

127 sf5+ 1,253

108 sf4+ 0,084

89 sf3+ 0,284

70 sf2+ 0,129

51 sf+ 0,141

32 s+ 0,069 (*)

19 F+ 0,008

54 SF^ 0,039

44,5 SF^ 0,004

35 SF^ 0,015

25,5 SF»4″ 0,003

Расчётная база Итого: 2,029

(*) — расчётная величина. Ионный пик 32S+ рассчитывался с учётом пика 02+ через изотоп 34S+.

1. Азот. Величина ионного пика — 0,0093 мА. (**)

Объёмная концентрация азота: Соб = 0,0093 * 100% = 0,46 % (объёмных),

2,029

Массовая концентрация азота: смас = Соб* Мазота = 0,46 * 2*. = 0,088 %

Мэлегаза 146

(массовых).

2. Кислород. Величина ионного пика — 0,00023 мА. (**)

Объёмная концентрация кислорода: Соб = 0,00023 * 100% = 0,0113 %

2,029

(объёмных),

Массовая концентрация кислорода: смас = соб* Мкислорода = 0,0113 * 22.

Мэлегаза 146

= 0,0025 % (массовых).

(**) — величины пиков N2+ и 02+ даны с учётом поправочных коэффициентов; значение пика 02+ вычислено с учётом величины иона 32S+.

Таблица А.5 — Концентрации примесей в бинарной смеси «азот — элегаз» в паровой фазе (температура 17,3 °С).

Массовое число ионного пика Ионный пик по изотопу 32s Величина ионного пика, мА

127 sf5+ 1,166

108 sf4+ 0,072

89 sf3+ 0,261

70 sf2+ 0,117

51 sf+ 0,128

32 s+ 0,063 (*)

19 f+ 0,006

54 sf г 0,032

44,5 sf^ 0,003

35 sf2^ 0,011

25,5 sf»4″ 0,003

Расчётная база Итого: 1,862

(*) — расчётная величина. Ионный пик 328+ рассчитывался с учётом пика 02+ через изотоп 34Б+.

1. Азот. Величина ионного пика — 0,0091 мА. (**)

Объёмная концентрация азота: Соб = * 100% = 0,49 % (объёмных),

1,862

Массовая концентрация азота: Смас = Соб * Мазота = 0,49 * 2*. = 0,094 %

Мэлегаза 146

(массовых).

2. Кислород. Величина ионного пика — 0,0006 мА. (**)

Объёмная концентрация кислорода: Соб = 0,0006 * 100% = 0,032 %

1,862

(объёмных),

Массовая концентрация кислорода: Смас = Соб* Мкислорода = 0,032 * 22^ =

Мэлегаза 146

0,007 % (массовых).

(**) — величины пиков 1чГ2+ и 02+ даны с учётом поправочных коэффициентов; значение пика 02+ вычислено с учётом величины иона 328+.

Таблица А.6 — Концентрации примесей в бинарной смеси «азот — элегаз»

в жидкой фазе (температура 17,3 °С).

Массовое число ионного пика Ионный пик по изотопу 32S Величина ионного пика, мА

127 sf5+ 1,246

108 sf4+ 0,078

89 sf3+ 0,278

70 sf2+ 0,126

51 sf+ 0,139

32 s+ 0,067 (*)

19 f+ 0,007

54 0,036

44,5 sf^ 0,004

35 sf^ 0,013

25,5 sf^ 0,003

Расчётная база Итого: 1,997

(*) — расчётная величина. Ионный пик 32Ь рассчитывался с учетом пика 02+ через изотоп 348+.

1. Азот. Величина ионного пика — 0,002 мА. (**)

Объёмная концентрация азота: С0д = °’002 * 100% = 0,101 % (объёмных),

1,997

Массовая концентрация азота: Смас = Соб* Мазота =0,101 * 2И =0,019

Мэлегаза 146

% (массовых).

2. Кислород. Величина ионного пика — 0,00013 мА. (**)

Объёмная концентрация кислорода: Соб = 0,00013 * 100% = 0,0065 %

1,997

(объёмных),

Массовая концентрация кислорода: Смас = Соб * Мкислорода = 0,0065 * 22.

Мэлегаза 146

= 0,0014 % (массовых).

(**) — величины пиков И2+ и 02+ даны с учётом поправочных коэффициентов; значение пика 02+ вычислено с учётом величины иона 328+.

Таблица А.7 — Масс-спектрометрический анализ состава жидкой фазы элегаза до начала эксперимента.

Массовое число ионного Ионный пик по изотопу Величина ионного пика,

пика 32s мА

127 sf5+ 4,158

108 sf4+ 0,31

89 sf3+ 0,941

70 sf2+ 0,354

51 sf+ 0,363

32 s+ 0,186 (*)

19 f+ 0,018

54 sf^ 0,155

44,5 sf^ 0,021

35 sf^ 0,062

25,5 sf^ 0,013

Расчётная база Итого: 6,581

(*) — расчётная величина. Ионный пик 32S+ рассчитывался с учётом пика 02+ через изотоп 34S+.

Азот. Величина ионного пика — 0,0163 мА. (**)

Объёмная концентрация азота: C0q = 0,0163 * 100% = 0,25 % (объёмных),

6,581

Массовая концентрация азота: Смас = Соб. Мазота = 0,25 * 2И = 0,048 %

М элегаза 146

(массовых).

(**) — величина пика N2+ дана с учётом поправочного коэффициента.

Таблица А.8 — Масс-спектрометрический анализ состава жидкой фазы

элегаза после проведения эксперимента.

Массовое число ионного пика Ионный пик по изотопу 32s Величина ионного пика, мА

127 sf5+ 4,305

108 sf4+ 0,318

89 sf3+ 0,985

70 sf2+ 0,387

51 sf+ 0,404

32 s+ 0,209 (*)

19 f+ 0,021

54 sf4^ 0,154

44,5 sf3^ 0,021

35 sf2++ 0,062

Одной из наиболее ответственных систем элегазовых выключателей является привод — совокупность механизмов и устройств, обеспечивающая перемещение контактной системы элегазовых выключателей по требуемому динамическому закону как при отключении, так и при включении аппарата. Из многочисленных и разнообразных элементов привода элегазовых выключателей выделим для рассмотрения силовой приводной механизм и тягу, которая обеспечивает передачу усилия от силового механизма к контактной системе. В качестве силовых механизмов в автокомпрессионных элегазовых выключателей используются пневматические, гидравлические или пружинные приводные устройства. Приводные механизмы в таких элегазовых выключателях работают при высоких динамических нагрузках, и к ним предъявляются более жесткие требования. Это прежде всего относится к приводам элегазовых выключателей сверхвысокого напряжения, где приведенные массы подвижных систем составляют более 100 кг, скорость достигает 6 — 8 м/с, предельные усилия 80 кН, а ход контактов равен 200 — 250 мм. Несмотря на значительное уменьшение числа движущихся элементов в элегазовых выключателях и повышение их надежности, число аварий по механическим причинам составляет 70 — 80% всех аварий. Поэтому зарубежные фирмы, выпускающие элегазовые выключатели, обращают особое внимание на механические элементы конструкции элегазовых выключателей. К примеру, при испытаниях пневматического привода число срабатываний доводится до 20000 со скоростью, близкой к предельной, число срабатываний клапанной системы привода — до 10 000. При этом привод работает при влажном сжатом воздухе прямо от маломощного компрессора.

Рис. 1. Силовой приводной пневматический механизм для элегазового выключателя
Рассмотрим силовой пневматический приводной механизм (рис. 1) для элегазовых выключателей фирмы «Магрини» (Италия) на номинальные напряжения 72,5 — 170 кВ (7). Поршень 5 показан в том положении, когда выключатель включен. Полости под поршнем 5 и над ним соединены с атмосферой через каналы виг. Выходное отверстие, соединяющее объем 1 с высоким давлением воздуха с полостью под поршнем 5, закрыто тарелкой 11, которая посредством штока соединена с поршнем 12. Изоляционная тяга 10 соединяет шток поршня 5 с подвижным контактом выключателя.
При отключении командный импульс подается на электромагнит отключения 3, его сердечник перемещается справа налево и открывает доступ сжатому воздуху сначала к поршню 2, а затем и в пространство под поршнем 12. Когда давление воздуха под поршнем 12 и над ним выравнивается, поршень 12 не удерживает тарелку 11 и последняя под действием сжатого воздуха поднимается, открывая доступ сжатому воздуху в полость под поршнем 5. Боковая поверхность тарелки 11 перекрывает канал г. Поршень 5 вместе с изоляционной тягой 10 поднимается, размыкая контакты выключателя. Давление воздуха над поршнем 5 регулируется предохранительными клапанами 9. Сжатие воздуха в этом пространстве обеспечивает плавный подход поршня к конечному положению. В верхнем положении поршень 5 удерживается механической защелкой.
После прекращения командного импульса сердечник электромагнита 3 перемещается слева направо и прекращает доступ воздуха к поршню 2. Воздух, находящийся слева от поршня 2, выходит в атмосферу через отверстие а. Под действием пружины тарелка 13 вместе со штоком и поршнем 2 перемещается справа налево и закрывает доступ сжатому воздуху из объема 1 в полость под поршнем 12. Воздух из этой полости выходит в атмосферу через кольцевой зазор между штоком, соединяющим поршень 2 с тарелкой 13, и далее через отверстие б. Поршень 12 и тарелка 11 опускаются, прекращая поступление воздуха в полость под поршнем 5. Воздух из этой полости выходит в атмосферу через отверстие г.
При включении командный импульс подается на электромагнит включения 8, его сердечник втягивается и открывает доступ сжатому воздуху к поршню 7. Последний опускается и отводит тарелку б от седла. Тогда сжатый воздух из трубки 4 поступает в полость над поршнем 5, начальное перемещение которого обеспечивает освобождение механической защелки. Поршень 5 и тяга 10 опускаются, включая выключатель.

Рис. 2 Силовой приводной гидравлический механизм для элегазового выключателя
В конструкциях элегазовых выключателей в ГРУ зарубежных фирм распространение получили гидравлические силовые приводные механизмы (рис. 2). Приводной механизм изображен в положении, когда контакты выключателя разомкнуты. Контактная система выключателя 7 соединена изоляционной тягой со штоком 10 поршня 11, находящегося в цилиндре 3. Пространство А над поршнем 11 постоянно заполнено жидкостью под высоким давлением и соединено каналом 8 с пневмогидроаккумулятором 9, а каналом 1 — с пространством слева от тарелки 18. Постоянство высокого давления в пневмогидроаккумуляторе 9 поддерживается системой питания от маломощной насосной станции (на рисунке не показано).
Пространство Б под поршнем 11 соединено с пневмогидроаккумулятором низкого давления 12. Устройство управления состоит из тарелки 18 и клапана сброса 15, жестко связанных между собой и с поршнем 14 посредством штока 17.
При подаче команды на включение гидросигнал, поступающий по каналу 13, передвигает подвижную часть устройства управления справа налево. При том тарелка 18 отходит от седла, а тарелка клапана сброса 15 прижимается к седлу 16.
Жидкость, находящаяся под высоким давлением, поступает в пространство Б под поршнем 11. С обеих сторон поршня 11 давление быстро выравнивается. Но так как площадь поршня снизу больше площади сверху на площадь штока, то поршень начнет подниматься, осуществляя включение выключателя. Незадолго до подхода поршня 11 к конечному положению боковая поверхность поршня перекрывает входное отверстие в канал 4. Теперь жидкость, находящаяся под высоким давлением, поступает в канал I и пространство под поршнем 11 через канал 6 и регулируемый дроссель 5. Регулировкой дросселя можно изменять давление над этим поршнем, а следовательно, плавно уменьшать скорость его движения в конце хода.
В конечном положении поршня 11 давление с обеих его сторон выравнивается, и он удерживается в этом положении из-за разности рабочих площадей.
Торможение подвижной системы в устройстве управления осуществляется «по пути» при перемещении хвостовика 18 в объеме 19.
При подаче сигнала на отключение сбрасывается давление жидкости справа от поршня 14. Тогда клапан сброса перемещается слева направо, выпуская жидкость из пространства Б в сливную систему с пневмогидроаккумулятором низкого давления 12. Тарелка 18 садится на свое седло и прекращает доступ жидкости, находящейся под высоким давлением, из канала I в пространство Б под поршнем 11. Давление под поршнем 11 уменьшается и он опускается, осуществляя отключение выключателя. Торможение поршня 11 при его подходе к отключенному положению осуществляется благодаря уменьшению поперечного сечения канала, по которому масло из пространства Б вытекает в систему низкого давления (шток 2 на этапе торможения входит в канал Б, сильно уменьшая его поперечное сечение).
Методы расчета и проектирования пневматических и гидравлических силовых механизмов рассмотрены в работе. Поэтому отметим лишь некоторые особенности этих механизмов. Так, для гидравлических приводных устройств (модель Г) с исходным давлением в пневмогидроаккумуляторе ро = 25+35 МПа характерно постоянство скорости подвижной системы на большей части хода контактов. Следовательно, движение поршня (элемент приведения массы внешних усилий) в гидроцилиндре в первом приближении можно принять как равномерное. Пневматический силовой приводной механизм (П) может обеспечить как равноускоренное (дифференциальный или прямоходовой механизм), так и равномерное (пневмомеханизм с автоторможением) движение подвижной системы элегазовых выключателей. Для пружинных приводных устройств характерно постоянство активного усилия, действующего на подвижную систему, т.е. движение звена приведения приближается к равноускоренному.
Принимая во внимание особенности приводных механизмов элегазовых выключателей для дальнейшего динамического анализа и синтеза выделим две исходные приближенные модели приводных устройств: модель П, где начальные условия для динамической модели элегазового выключателя соответствуют равноускоренному движению подвижной системы элегазового выключателя с массой т = const (сила привода Fa постоянна); модель Г, где начальные условия соответствуют равномерному движению подвижной системы с массой т = const (начальная скорость подвижной системы х0 постоянна).
Для передачи усилия от силового приводного механизма к контактной системе используется изоляционная тяга, которая должна выдерживать значительные механические напряжения, быть устойчивой к продуктам разложения элегаза, легкой, иметь высокую электрическую прочность. Значительное внимание уделяется металлическим наконечникам изоляционной трубы, технологии насадки, а также механическим испытаниям тяги совместно с силовым механизмом и контактной системой. Процесс передачи силового импульса посредством тяги определяется как геометрическими, так и акустическими параметрами всего соединения. Поэтому при расчетах необходимо различать работу тяги при различной длительности импульсного нагружения, и в качестве критерия использовать параметр туд = ty!/tn, где Гуя — продолжительность ударного нагружения, с; Гп = 21/в3 — время двойного пробега волны напряжения по тяге, с; в3 = V£/y — скорость звука в стержне, м/с; / — длина тяги, м; Е — модуль упругости, Па; у — плотность материала, кг/м3. При туя < 3 следует пользоваться методами волновой механики, при Гуд > 3, когда тело тяги полностью охвачено деформацией, возможен расчет в сосредоточенных параметрах.
Основным направлением совершенствования силовых приводных механизмов элегазовых выключателей является уменьшение энергоемкости и повышение надежности в эксплуатации.
Достижения в данных направлениях связаны, в частности, с повышением эффективности использования элегаза как дугогасящей и изолирующей среды в дугогасительных устройствах. На рис. 3 представлена диаграмма энергоемкости приводного механизма в зависимости от конструкции дугогасительного устройства при известном номинальном токе отключения для элегазовых выключателей среднего напряжения (до 35 кВ). Здесь I — автокомпрессионные дугогасительные устройства дугогасительных устройств, 2 — комбинированные дугогасительные устройства (автокомпрессия и автогенерация), 3 — комбинированные дугогасительные устройства (автогенерация и электромагнитное дутье).
Однако окончательный выбор приводного механизма и дугогасительного устройства определяется номинальными параметрами выключателя и требованиями эксплуатации.

Рис. 3.Диаграмма энергоемкости приводных механизмов

Вывод:

выключатель использующий элегаз в качестве среды гашения электронной дуги, очень распространен на ОРУ и ЗРУ, без них не обходиться почти ни одна подстанции в мире. Их надежность и высокие технические характеристики дают понять, почему они так популярны в энергосистеме. В целом это оптимальный коммутационный аппарат в ценовой категории, и надежности по сравнению с воздушными, масляными и маломасляными высоковольтными выключателями.

Ссылки

1. ГОСТ 19431-84 «Энергетика и электрификация. Термины и определения»
2. Б.Н.Неклепаев «Электрическая часть электростанций и подстанций «; 2-е издание, переработанное и дополненное, 1980 г.