Электрические сети и системы

Стоимость элегаза существенно зависит от объёма его производства. При большом его потреблении стоимость единицы объёма элегаза, имеющего такую плотность, при которой достигается равная с маслом электрическая прочность, незначительно будет отличаться от стоимости единицы объёма масла. Но при правильной эксплуатации элегаз не стареет и не требует поэтому такого тщательного ухода за собой, как масло.

Элегаз представляет собой соединение, имеющее химическую формулу SF6. При нормальных условиях это бесцветный, не имеющий запаха газ, плотность которого 6,52 кг/м3 при нормальном атмосферном давлении и температуре 0C. Он приблизительно в пять раз тяжелее воздуха. Молекулярная масса элегаза 146,06. В нём содержится 21,95% серы и 78,05% фтора.

Одним из необходимых условий возможности использования того или иного соединения в электрических аппаратах является его химическая инертность. Оно не должно вступать в реакцию ни с каким материалом, применяемым в электроаппаратостроении. Чистый элегаз при обычных условиях удовлетворяет этому требованию, несмотря на то, что в состав его молекулы входит фтор, являющийся одним из наиболее активных химических элементов. По химической инертности чистый элегаз при нормальных условиях сравним с азотом или даже инертными газами. Строение молекулы и её энергетическое состояние определяют высокую стабильность элегаза.

Молекула элегаза содержит шесть атомов фтора, расположенных в вершинах правильного октаэдра, и атом серы, который находится в центре молекулы на равных расстояниях от атомов фтора. При таком геометрическом расположении атомов в молекуле обеспечивается максимальное перекрытие электронного облака серы и фтора и понижается общая энергия молекулы. В случае недеформированных электронных оболочек атомов фтора радиус молекулы элегаза равен 3,07.10-10 м. Радиус атома серы лишь на 20% больше радиуса атома фтора. При этом соотношении радиусов атомы фтора плотно облегают центральный атом серы, обеспечивая идеальную его защиту от внешних воздействий. В возбуждённом состоянии атом серы может образовывать шесть ковалентных связей. При атмосферном давлении элегаз, как и углекислый газ, может находиться только в газообразном состоянии. При pаб = 105 Па температура перехода из твёрдого состояния в газообразное (температура возгонки) равна - 63,8C. При давлении свыше раб = 2,28.105 Па элегаз в зависимости от температуры может находиться во всех трёх агрегатных состояниях. При этом давлении температура тройной точки равна -50,8C.

1.2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ЭЛЕГАЗОВЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

1.2.1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

Современные разработки конструкций выключателей с элегазовыми дугогаси­телями в настоящее время ведутся в различных направлениях, и прежде всего в тех, которые дают наиболее эффективное технико-экономическое использование специфических свойств этой дугогасящей и изоляционной среды. Такими направлениями являются следующие.

1. Модульные серии выключателей на высокие классы напряжения (100 кВ и выше), предназначенные для отключения предельно больших токов КЗ при наиболее неблагоприятных условиях КЗ.

2. Выключатели на номинальное напряжение 10-35 кВ в компактном исполнении для электрифицированного подвижного состава и других электрических установок специального назначения.

3. Выключатели нагрузки на номинальные напряжения 15-100 кВ и выше, предназначенные для отключения индуктивных токов ненагруженных трансформаторов и ёмкостных токов.

В настоящее время опытные и промышленные образцы и серии элегазовых вы­ключателей переменного тока высокого напряжения производятся различными фирмами во всём мире, характеристики этих аппаратов приведены в таблице 1.2.1.

1.2.2. ПРЕИМУЩЕСТВА

 Взрыво- и пожаробезопасность;

 Быстродействие и пригодность для работы в любом цикле АПВ;

 Возможность осуществления синхронного размыкания контактов непосредственно перед переходом тока через нуль;

 Высокая отключающая способность при особо тяжёлых условиях отключения (отключение неудалённых коротких замыканий и др.);

 Надёжное отключение ёмкостных токов холостых линий;

 Малый износ дугогасительных контактов;

 Лёгкий доступ к дугогасителям и простота их ревизии;

 Относительно малый вес (с баковыми масляными выключателями);

 Возможность создания серии с унификацией крупных узлов;

 Пригодность для наружной и внутренней установки.

1.2.3. НЕДОСТАТКИ

 Необходимость в наличии устройств для наполнения, перекачивания и очистки шестифтористой серы (SF6);

 Относительная сложность конструкции ряда деталей и узлов, а также необходимость применения высоконадёжных уплотнений;

 Относительно высокая стоимость дугогасящей среды и выключателя в целом.

Таблица 1.2.1

Технические данные элегазовых выключателей

1.3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ЭЛЕГАЗОВОГО

БАКОВОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ СЕРИИ ВГБ-35

Выключатель предназначен для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах, в сетях трехфазного переменного тока частоты 50 Гц с номинальным напряжением 35 кВ. Выключатель представляет собой комплексный аппарат, состоящий из собственно выключателя, встроенных трансформаторов тока и привода.

1.4. СТРУКТУРА УСЛОВНОГО ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВГБ Х - 35 II* - 12,5/630 Х I, где

В - выключатель; Г - элегазовый; Б - условное обозначение конструктивного исполнения (баковый); Х - условное обозначение электромагнитного привода (Э - электромагнитный постоянного тока; ЭП - электромагнитный переменного тока); 35 - номинальное напряжение, кВ; II* - категория по длине пути утечки внешней изоляции в соответствии с ГОСТ 9920-75; 12,5 - номинальный ток отключения, кА; 630 - номинальный ток, А; Х - климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543-70 (УХЛ или Т); I - категория размещения по ГОСТ 15150-69.

1.5. НАЗНАЧЕНИЕ И УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Выключатель изготовлен в климатическом исполнении УХЛ либо Т категории размещения 1 по ГОСТ 15150 и предназначен для наружной установки в районах с умеренным и холодным (тропическим) климатом при след. условиях:

• Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая пыли в концентрациях, снижающих параметры изделия в недопустимых пределах. По условиям загрязнения окружающая среда должна соответствовать атмосфере по ГОСТ 15150.

• Верхнее рабочее значение температуры окружающего воздуха для исполнения УХЛ1 - -плюс 40°С, для исполнения Т1 - плюс 55°С.

• Нижнее рабочее значение температуры окружающего воздуха для исполнения УХЛ1 - -минус 60°С, для исполнения Т1 - минус 10°С.

• Натяжение проводов в горизонтальном направлении в плоскости, перпендику­лярной продольной оси выключателя, не более 500 Н.

• Выключатель нормально работает в условиях гололеда при толщине корки льда до 20 мм и ветре скоростью до 15 м/с, а при отсутствии гололеда - при ветре скоростью до 40 м/с.

• Высота установки над уровнем моя не более 1000 м.

Выключатели соответствуют требованиям ГОСТ 687 "Выключатели переменного тока на напряжение свыше 1000 В. Общие технические условия".

1.6. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

Основные технические данные выключателя представлены в таблице 1.6.

Технические данные ВГБ-35 Таблица 1.6

1.7. ВОЗМОЖНОСТИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ

Выключатель выполняет следующие операции и циклы операций:

• Отключение (О)

• Включение (В)

• Включение-отключение (ВО)

• Отключение-включение (ОВ)

(при любой бестоковой паузе (1бт) между операциями, начиная с мин. значения)

• Коммутационный цикл 1 (О - 1бт - ВО - 180с - ВО)

• Коммутационный цикл 1а (О – 1бт - ВО - 20с - ВО)

• Коммутационный цикл 2 (О-180с- ВО – 180с- ВО)

Допускаемое для каждого полюса выключателя без осмотра и ремонта дугогасительных устройств, контактов и замены элегаза число операций отключения (ресурс по коммутационной стойкости) составляет не менее одной из величин:

• при токах в диапазоне свыше 60 до 100% ном. тока отключения - 33 операции;

• при токах в диапазоне от 30 до 60% номинального тока отключения - 70 операций;

• при номинальном токе нагрузки - 2000 операций (в том числе операций отключения емкостных токов до 600 А одиночных конденсаторных ба­тарей).

Допустимое дополнительное число операций включения составляет 50% от указанных числа операций отключения (при номинальном токе нагрузки - 100%).

Выключатель имеет следующие показатели надежности и долговечности:

• ресурс по механической стойкости до капитального ремонта - 5000 циклов "включение - произвольная пауза - отключение";

• срок службы до капитального ремонта - 15 лет с момента выпуска выключа­теля заводом-изготовителем (если до этого срока не исчерпаны ресурс по механической стойкости или ресурс по коммутационной стойкости);

• срок службы до списания - 25 лет. Ток нагрузки выключателя при температурах окружающего воздуха в тече­ние суток, не превышающих 20°С, 0°С, и минус 20°С, может быть увеличен соответст­венно на 10, 20 и 30%.

1.8. УСТРОЙСТВО

Выключатели серии ВГБ-35 относятся к электрическим коммутационным аппаратам высокого напряжения, в которых гасящей средой является элегаз.

Общий вид выключателя ВГБ-35 приведен на рис. 1.8.1. Выключатель состо­ит из трех полюсов, размещенных в одном баке 3, и управляется электромагнитным приводом 7 постоянного или переменного тока. Имеется вариант установки выключателя на удлиненной свае с установкой привода на удлиненной дистанционной трубе (на 500 мм по сравнению с базовым вари­антом) и дополнительным креплением привода к свае. Включение выключателя происходит за счет энергии включающего элек­тромагнита привода 7, отключение - за счет отключающих пружин выключателя, взве­дение которых происходит в процессе включения. Бак 3, вмещающий в себя трехполюсное контактно-механическое устройство (КМУ), укомплектован шестью вводами 1 со встроенными трансформа­торами тока 2 типа ТВЭ-35, клапаном 9, подогревательным устройством 6, сигнализа­тором давления 8 и клеммной коробкой 5.

Общий вид выключателя ВГБ-35

Рис. 1.8.1

1-ввод; 2-трасформатор тока; 3-бак; 4-фланец; 5-клемная коробка; 6-уст­ройст­во подогревательное; 7-шкаф с приводом; 8-сигнализатор давления; 9-клапан; 10-крышка; 11-механизм; 12,13,14-кольца уплотнительные.

Бак 3 заполняется на заводе-изготовителе элегазом, соответствующим ТУ 6-02-1249. Давление заполнения, приведенное к 20°С, указано в технических данных. Внутри, на дне бака, закреплен тканевый мешок с адсорбентом, который по­глощает как возможную влагу, так и газообразные продукты разложения, образую­щиеся при горении дуги.

Контактно-механическое устройство изображено в отключенном положе­нии на рис. 1.8.2, а; рис. 1.8.2, б. Оно содержит изоляционные диски 3, жестко закрепленные с помощью болтов 12 и стойки 18 на корпусе 17. Корпус 17 закреплен болтами 10 на фланце 5 бака выключателя. На дисках 3 размещены шесть дугогасительных катушек 2 и неподвижные кон­такты 1 (по две дугогасительных катушки и два неподвижных контакта на каждый по­люс). Неподвижные контакты1 состоят из основания, на котором закреплены подпру­жиненные ламели 13 и 14, причем ламели 14 снабжены дугостойкими металлокерамическими напайками. Неподвижные контакты 1 шинами 7 соединены с нижними конца­ми вводов 16. На главном валу 6 закреплена изоляционная траверса 8, несущая на своих концах, расположенных под 120°, подвижные контакты 4 трех полюсов.

Контактно-механическое устройство

Рис. 1.8.2, а

1-неподвижный контакт; 2-дугогасительная катушка; 3-диск; 4-подвижный контакт; 5-фланец; 6-главный вал; 7-шины; 8-траверса; 9-главный рычаг; 10-болт; 11-коробка механизма; 12-болты; 13,14-ламели; 15-пружина; 16-ввод; 17-корпус; 18-стойка.

Контактно-механическое устройство

Рис. 1.8.2, б

1-неподвижный контакт; 2-дугогасительная катушка; 3-диск; 4-подвижный контакт; 5-фланец; 6-главный вал; 7-шины; 8-траверса; 9-главный рычаг; 10-болт; 11-коробка механизма; 12-болты; 13,14-ламели; 15-пружина; 16-ввод; 17-корпус; 18-стойка.

Узел крепления и уплотнения главного вала установлен на фланце 5. Наружная часть вала, с закрепленным на ней главным рычагом 9, соединена с механизмом, расположенным в коробке 11.

Включенное положение подвижного контакта 1 (4 на рис. 1.8.2) и неподвижного контакта 2 (1 на рис. 1.8.2) показано на рис. 1.8.3, а. Подвижные контакты 1 снабжены наконечниками из дугостойкой металлокерамики. Взаимное расположение подвижных контактов 1 и дугогасительных катушек 6 (2 на рис. 1.8.2) в от­ключенном положении выключателя показано на рис. 1.8.3, б.