Visokonapetostna stikala: razvrstitev, naprava, princip delovanja

Zahteve za stikala so naslednje:

1) zanesljivost pri delu in varnost za druge;

2) hiter odziv — po možnosti kratek čas zaustavitve;

3) enostavnost vzdrževanja;

4) enostavnost namestitve;

5) tiho delovanje;

6) relativno nizki stroški.

Trenutno uporabljeni odklopniki v večji ali manjši meri izpolnjujejo naštete zahteve. Oblikovalci odklopnikov pa si prizadevajo bolje uskladiti značilnosti odklopnikov z zgornjimi zahtevami.

Oljna stikala

Obstajata dve vrsti oljnih stikal - rezervoar in nizko olje. Metode deionizacije prostora loka v teh ključih so enake. Razlika je le v izolaciji kontaktnega sistema od ozemljitvene podlage in v količini olja.

Do nedavnega so delovali rezervoarji za rezervoarje naslednjih vrst: VM-35, S-35, pa tudi stikala serije U z napetostmi od 35 do 220 kV. Stikala za rezervoar so zasnovana za zunanjo montažo, trenutno niso v proizvodnji.

Glavne pomanjkljivosti stikal za rezervoarje: eksplozija in požar; potreba po rednem spremljanju stanja in nivoja olja v rezervoarju in dovodih; velika količina olja, kar vodi do velikega vlaganja časa za njegovo zamenjavo, potrebe po velikih rezervah olja; ni primeren za notranjo namestitev.

Stikala za nizko vsebnost olja

Stikala z nizko vsebnostjo olja (lončastega tipa) se pogosto uporabljajo v zaprtih in odprtih stikalnih napravah vse napetosti. Olje v teh stikalih služi predvsem kot medij za oblok in le delno kot izolacija med odprtimi kontakti.

Izolacija delov pod napetostjo drug od drugega in od ozemljenih konstrukcij se izvaja s porcelanom ali drugimi trdnimi izolacijskimi materiali. Kontakti stikal za notranjo montažo se nahajajo v jeklenem rezervoarju (loncu), zato se je ohranilo ime "lončna" stikala.

Nizkooljni odklopniki napetosti 35 kV in več imajo ohišje iz porcelana. Najbolj razširjeni so obeski tipa 6-10 kV (VMG-10, VMP-10). Pri teh odklopnikih je telo pritrjeno na porcelanske izolatorje na skupni okvir za tri poli. Vsak pol ima eno kontaktno prekinitev in obločni žleb.

Konstrukcijske sheme stikal z nizko vsebnostjo olja 1 — premični kontakt; 2 — obločni žleb; 3 — fiksni kontakt; 4 — delovni kontakti

Pri visokih nazivnih tokovih je težko delovati z enim parom kontaktov (ki delujejo kot delovni in obločni kontakti), zato so delovni kontakti nameščeni zunaj odklopnika, obločni kontakti pa so v kovinskem rezervoarju. Pri visokih prekinitvenih tokovih sta za vsak pol dva obloka. Po tej shemi so izdelana stikala serije MGG in MG za napetosti do vključno 20 kV.Masivni zunanji delovni kontakti 4 omogočajo, da je odklopnik zasnovan za visoke nazivne tokove (do 9500 A). Za napetosti 35 kV in več je telo stikala izdelano iz porcelana, serija VMK je stolpično stikalo z nizko vsebnostjo olja). V avtomatskih odklopnikih 35, 110 kV je zagotovljena ena prekinitev na pol, pri visoki napetosti - dve ali več prekinitev.

Slabosti stikal z nizko vsebnostjo olja: nevarnost eksplozije in požara, čeprav veliko manjša kot pri stikalih rezervoarjev; nezmožnost izvajanja hitrega avtomatskega zapiranja; potreba po občasnem nadzoru, dolivanju, razmeroma pogosti menjavi olja v obločnih rezervoarjih; težave pri namestitvi vgrajenih tokovnih transformatorjev; relativno nizka prekinitvena zmogljivost.

Področje uporabe nizkooljnih odklopnikov so zaprta stikalna postroja elektrarn in RTP 6, 10, 20, 35 in 110 kV, kompletna stikalna postroja 6, 10 in 35 kV ter odprta stikalna postroja 35 in 110 kV.

Za več podrobnosti si oglejte tukaj: Vrste oljnih stikal

Zračna stikala

Zračni odklopniki za napetosti 35 kV in več so zasnovani za prekinitev velikih tokov kratkega stika. Zrak je vklopljen napetost 15 kV se uporablja v elektrarnah kot generator. Njihove prednosti: hitra odzivnost, visoka prekinitvena zmogljivost, neznatno pregorevanje kontaktov, pomanjkanje dragih in premalo zanesljivih puš, požarna varnost, manjša teža v primerjavi z oljnimi stikali v rezervoarju. Slabosti: prisotnost okornega zračnega gospodarstva, nevarnost eksplozije, pomanjkanje vgrajenih tokovnih transformatorjev, zapletenost naprave in delovanja.

V zračnih stikalih se oblok ugasne s stisnjenim zrakom pri tlaku 2-4 MPa, izolacija delov pod napetostjo in naprava za gašenje obloka pa je izdelana s porcelanom ali drugimi trdnimi izolacijskimi materiali. Konstrukcijske sheme zračnih stikal so različne in so odvisne od njihove nazivne napetosti, načina ustvarjanja izolacijske reže med kontakti v izklopljenem položaju in načina dovajanja stisnjenega zraka v napravo za gašenje obloka.

Visoko ocenjeni odklopniki imajo glavno in obločno vezje podobno kot odklopniki MG in MGG z nizko vsebnostjo olja. Glavni del toka v zaprtem položaju stikala poteka skozi glavne kontakte 4, ki so odprti. Ko je stikalo izklopljeno, se najprej odprejo glavni kontakti, nato pa gre ves tok skozi obločne kontakte, zaprte v komori 2. Medtem ko se ti kontakti odprejo, se v komoro dovaja stisnjen zrak iz rezervoarja 1, ustvari se močan udar, ki ugasne lok. Vpihovanje je lahko vzdolžno ali prečno.

Potrebna izolacijska reža med kontakti v odprtem položaju se ustvari v obločni žleb tako, da se kontakti ločijo na zadostni razdalji. Stikala, izdelana po projektu z odprtim separatorjem, so izdelana za notranjo montažo za napetosti 15 in 20 kV ter tokove do 20.000 A (serija VVG). Pri tej vrsti stikal se po odklopu separatorja 5 dovod stisnjenega zraka v komore ustavi in ​​obločni kontakti se zaprejo.

Konstrukcijske sheme zračnih stikal 1 — rezervoar za stisnjen zrak; 2 — obločni žleb; 3 — ranžirni upor; 4 - glavni kontakti; 5 - separator; 6 - kapacitivni napetostni delilnik za 110 kV - dva prekinitve na fazo (d)

Pri zračnih odklopnikih za odprto montažo za napetost 35 kV (VV-35) zadošča ena prekinitev na fazo.

Pri stikalih z napetostjo 110 kV in več se po ugasnitvi obloka odprejo kontakti separatorja 5 in ostane separatorska komora ves čas polna stisnjenega zraka v izklopljenem položaju. V tem primeru se stisnjen zrak ne dovaja v obločni kanal in kontakti v njem so zaprti.

Odklopniki serije VV za napetosti do 500 kV so izdelani v skladu s to konstrukcijsko shemo. Višja kot je nazivna napetost in večja kot je omejevalna moč, več prekinitev mora biti v obločni žleb in v separatorju.

Zračni odklopniki serije VVB so izdelani po konstrukcijski shemi na sliki D. Napetost modula VVB je 110 kV pri tlaku stisnjenega zraka v gasilni komori 2 MPa. Nazivna napetost modula odklopnika VVBK (veliki modul) je 220 kV, zračni tlak v gasilni komori pa 4 MPa. Odklopniki serije VNV imajo podobno konstrukcijsko shemo: modul z napetostjo 220 kV pri tlaku 4 MPa.

Za odklopnike serije VVB je število obločnih žlebov (modulov) odvisno od napetosti (110 kV - ena; 220 kV - dve; 330 kV - štiri; 500 kV - šest; 750 kV - osem) in za velike moduli odklopnikov (VVBK, VNV), moduli s številkami dvakrat manj oz.

Odklopniki SF6

Plin SF6 (SF6 — žveplov heksafluorid) je inertni plin z gostoto, ki je 5-krat večja od gostote zraka. Električna trdnost plina SF6 je 2-3 krat večja od jakosti zraka; pri tlaku 0,2 MPa je dielektrična trdnost plina SF6 primerljiva z nafto.

V plinu SF6 pri atmosferskem tlaku lahko oblok ugasnemo s tokom, ki je 100-krat večji od toka, prekinjenega v zraku pod enakimi pogoji. Izjemna sposobnost plina SF6, da ugasne oblok, je razložena z dejstvom, da njegove molekule zajamejo elektrone stolpca obloka in tvorijo relativno nepremične negativne ione. Zaradi izgube elektronov je oblok nestabilen in zlahka ugasne. V toku plina SF6, torej pri brizganju plina, je absorpcija elektronov iz stebra obloka še intenzivnejša.

Odklopniki SF6 uporabljajo avtomatske pnevmatske (samodejno stiskanje) naprave za gašenje obloka, pri katerih je plin stisnjen z batno napravo med proženjem in usmerjen v območje obloka. Odklopnik SF6 je zaprt sistem brez emisij plinov navzven.

Trenutno se uporabljajo SF6 odklopniki za vse napetostne razrede (6-750 kV) pri tlaku 0,15 - 0,6 MPa. Za stikala višjih napetostnih razredov se uporablja povišan tlak. SF6 odklopniki naslednjih tujih podjetij so se dobro izkazali: ALSTOM; SIEMENS; Merlin Guerin in drugi. Obvladuje proizvodnjo sodobnih SF6 odklopnikov PO «Uralelectrotyazmash»: rezervoarskih odklopnikov serije VEB, VGB in stebrnih stikal serije VGT, VGU.

Kot primer upoštevajte zasnovo 6-10 kV LF odklopnika Merlina Gerina.

Osnovni model odklopnika je sestavljen iz naslednjih elementov:

— telo odklopnika, v katerem so vsi trije poli, ki predstavlja "tlačno posodo", napolnjeno s plinom SF6 pri nizkem nadtlaku (0,15 MPa ali 1,5 atm);

— mehanski pogon tipa RI;

— sprednja plošča aktuatorja z ročajem za ročno nalaganje vzmeti ter indikatorji stanja vzmeti in odklopnika;

— kontaktne ploščice za visokonapetostno napajanje;

— večpolni konektor za priključitev sekundarnih stikalnih vezij.

Vakuumski odklopniki

Dielektrična trdnost vakuuma je znatno višja kot pri drugih medijih, ki se uporabljajo v odklopnikih. To je razloženo s povečanjem povprečne proste poti elektronov, atomov, ionov in molekul z zmanjšanjem tlaka. V vakuumu povprečna prosta pot delcev presega dimenzije vakuumske komore.

1/4" regeneracija dielektrične trdnosti po prekinitvi toka 1600 A v vakuumu in različnih plinih pri atmosferskem tlaku

Pod temi pogoji se udarci delcev na stene komore pojavljajo veliko pogosteje kot trki delcev na delce. Na sliki je prikazana odvisnost prebojne napetosti vakuuma in zraka od razdalje med elektrodama s premerom 3/8 « volframa. Pri tako visoki dielektrični trdnosti je lahko razdalja med kontakti zelo majhna (2 — 2,5 cm), zato so lahko tudi dimenzije komore relativno majhne...

Postopek ponovne vzpostavitve električne trdnosti reže med kontakti, ko je tok izklopljen, se pojavi v vakuumu veliko hitreje kot v plinih.Stopnja vakuuma (tlak preostalega plina) v sodobnih industrijskih obločnih kanalih je običajno Pa. V skladu s teorijo električne trdnosti plinov so zahtevane izolacijske lastnosti vakuumske reže dosežene tudi pri nižjih nivojih vakuuma (reda Pa), vendar je za sedanjo raven vakuumske tehnologije ustvarjanje in vzdrževanje Raven Pa skozi celotno življenjsko dobo vakuumske komore ni problem.To zagotavlja vakuumskim komoram zalogo električne trdnosti za celotno življenjsko dobo (20-30 let).

Tipična zasnova vakuumskega odklopnika je prikazana na sliki.

Blok diagram vakuumskega odklopnika

Zasnova vakuumske komore je sestavljena iz para kontaktov (4; 5), od katerih je eden premičen (5), zaprt v vakuumsko tesno lupino, varjeno s keramičnimi ali steklenimi izolatorji (3; 7), zgornji in spodnji kovinski pokrovi (2; 8) ) in kovinski ščit (6). Gibanje gibljivega kontakta glede na fiksnega je zagotovljeno s tulko (9). Kabli kamere (1; 10) se uporabljajo za priključitev na glavno stikalno vezje.

Treba je opozoriti, da se za izdelavo ohišja vakuumske komore uporabljajo samo posebne kovine, odporne na vakuum, prečiščene iz raztopljenih plinov, baker in posebne zlitine ter posebna keramika. Kontakti vakuumske komore so izdelani iz kovinsko-keramične sestave (praviloma je to baker-krom v razmerju 50%-50% ali 70%-30%), ki zagotavlja visoko prekinitveno zmogljivost, odpornost proti obrabi. in preprečuje nastanek zvarov na kontaktni površini. Cilindrični keramični izolatorji skupaj z vakuumsko režo pri odprtih kontaktih zagotavljajo izolacijo med priključki komore, ko je stikalo izklopljeno.

Tavrida-electric je izdala novo zasnovo vakuumskega odklopnika z magnetno ključavnico. Njegova zasnova temelji na principu poravnave pogonskega elektromagneta in vakuumskega odklopnika v vsakem polu odklopnika.

Stikalo se zapre v naslednjem zaporedju.

V začetnem stanju so kontakti vakuumske prekinitvene komore odprti zaradi delovanja zapiralne vzmeti 7 na njih skozi vlečni izolator 5. Ko se napetost pozitivne polarnosti nanese na tuljavo 9 elektromagneta, magnetni tok se kopiči v reži magnetnega sistema.

V trenutku, ko tlačna sila armature, ki jo ustvari magnetni tok, preseže silo zavorne vzmeti 7, se armatura 11 elektromagneta skupaj z vlečnim izolatorjem 5 in premičnim kontaktom 3 vakuumske komore začne premikati. navzgor, stisnite vzmet za zaustavitev. V tem primeru se v navitju pojavi motor-EMF, ki preprečuje nadaljnje povečanje toka in ga celo nekoliko zmanjša.

V procesu gibanja armatura pridobi hitrost približno 1 m / s, kar preprečuje predhodne poškodbe pri vklopu in odpravlja odboj kontaktov VDK. Ko so kontakti vakuumske komore zaprti, ostane v magnetnem sistemu dodatna kompresijska reža 2 mm. Hitrost armature močno pade, saj mora premagati tudi vzmetno silo dodatne prednapetosti kontakta 6. Vendar pa se armatura 11 pod vplivom sile, ki jo ustvarja magnetni pretok in vztrajnost, še naprej premika navzgor, stiskanje vzmeti za prislon 7 in dodatna vzmet za prednapetost kontaktov 6.

V trenutku zapiranja magnetnega sistema se armatura dotakne zgornjega pokrova pogona 8 in se ustavi. Po postopku zapiranja se tok do pogonske tuljave izklopi. Stikalo ostane v zaprtem položaju zaradi preostale indukcije, ki jo ustvari obročni trajni magnet 10, ki drži armaturo 11 v potegnjenem položaju do zgornjega pokrova 8 brez dodatnega dovoda toka.

Za odpiranje stikala je treba na sponke tuljave uporabiti negativno napetost.

Trenutno so vakuumski odklopniki postali prevladujoče naprave za električna omrežja z napetostjo 6-36 kV. Tako delež vakuumskih odklopnikov v skupnem številu proizvedenih naprav v Evropi in ZDA doseže 70%, na Japonskem - 100%. V Rusiji je ta delež v zadnjih letih nenehno naraščal in leta 1997 presegel mejo 50%. Glavne prednosti eksplozivov (v primerjavi z naftnimi in plinskimi stikali), ki določajo rast njihovega tržnega deleža, so:

— večja zanesljivost;

— nižji stroški vzdrževanja.
Poglej tudi: Visokonapetostni vakuumski odklopniki – zasnova in princip delovanja