Элегазовые выключатели начали усиленно разрабатываться с 1980 г. и имеют большие перспективы при напряжениях 110…1150 кВ и токах отключения до 80 кА. Преимущества, которыми обладают электроотрицательные газы с их высокой электрической прочностью, побудили конструкторов использовать в газовых выключателях элегаз.
Элегаз (SF6 – шестифтористая сера) представляет 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 трансформаторного масла.
В элегазе при атмосферном давлении может быть погашена дуга с током, который в 100 раз превышает ток, отключаемый в воздухе при тех же условиях. Исключительная способность элегаза гасить дугу объясняется его электроотрицательностью: его молекулы улавливают электроны дугового столба и образуют относительно неподвижные отрицательные ионы, которые рекомбинируют с положительными ионами, превращаясь в нейтральные молекулы. Интенсивная рекомбинация электрически заряженных частиц быстро понижает проводимость межконтактного промежутка (потеря электронов делает дугу неустойчивой, и она легко гаснет), а также существенно повышает скорость увеличения его электрической прочности после погасания дуги. При газовом дутье (в струе элегаза) поглощение электронов из дугового промежутка происходит еще интенсивнее.
Элегаз негорюч, бесцветен, не имеет запаха, химически крайне инертен и при отсутствии в нем примесей абсолютно безвреден для человека. Безвреден элегаз и в смеси с воздухом. Чистый элегаз не разлагается до температуры 8000С и не взаимодействует с металлами до высокой температуры. Даже при температуре около 5000С элегаз не действует на стекло, не реагирует с Н2, О2 и другими активными веществами. Одним из его немногочисленных недостатков является способность разлагать влагосодержащие синтетические изоляционные материалы при соприкосновении с ними. Поэтому рекомендуется применять в элегазовых конструкциях стойкие изоляционные материалы, например тефлон.
Кроме того, опыт и специальные исследования показали, что элегаз, сам по себе не являющийся ядовитым, под влиянием температуры дуги расщепляется на ядовитые составляющие (в основном низшие фториды серы). Состав продуктов разложения зависит от интенсивности дуги, материала конструктивных элементов и от посторонних включений в элегазе, таких как воздух или влага. Анализ продуктов разложения элегаза является мощным средством, указывающим, когда нужно ремонтировать оборудование и какова наиболее вероятная причина аварии. Исследование проб дефектного элегаза включает в себя анализ продуктов разложения элегаза, содержания влаги в элегазе, определение интенсивности и длительности горения дуги.
Молекулы элегаза термически достаточно стойки, однако под влиянием высокой температуры дуги диссоциируют. При диссоциации поглащается много энергии, вследствие чего ствол дуги охлаждается, что способствует ее гашению. После погасания дуги происходит интенсивная рекомбинация ионов и элегаз самовосстанавливает свои свойства, хотя и не полностью. Для улавливания остаточных продуктов разложения применяют молекулярные фильтры или газоочистители из активированного алюминия. Однако эти устройства не могут быть рассчитаны на весь объем продуктов разложения, образующихся в аварийных условиях, и рано или поздно требуется очистка элегаза от продуктов разложения и ревизия контактной системы выключателя.
В элегазовых выключателях применяют автопневматические дугогасительные устройства, в которых газ в процессе отключения сжимается поршневым устройством и направляется в зону дуги. Элегазовый выключатель представляет собой замкнутую систему без выброса газа наружу.
По конструкции различают колонковые и баковые выключатели. Колонковые ни внешне, ни по размерам принципиально не отличаются от маломасляных, кроме того, что в современных элегазовых выключателях 220 кВ только один разрыв на фазу. Баковые элегазовые выключатели имеют гораздо меньшие габариты по сравнению с масляными, имеют один общий привод на три полюса, встроенные трансформаторы тока.
Применение элегаза вместо масла и сжатого воздуха позволяет в 2…2,5 раза повысить параметры ДГУ и в 2 раза сократить их количество в выключателях 220…1150 кВ, уменьшить габариты и массу аппаратов, значительно повысить надежность их работы и снизить эксплуатационные расходы за счет увеличения межремонтного периода до 15 лет.
Основные параметры колонковых элегазовых выключателей ПО «УЭТМ» приведены в табл.6, баковых выключателей ОАО ВО «Электроаппарат» – в табл.5
Ведутся работы по увеличению отключающей способности одного разрыва до 63 кА.
За рубежом разработаны выключатели на напряжение 12 кВ с отключающей способностью до 40 кА и на 7 кА с током отключения 50 кА. Например, VF 07.20.50 и VF 12.16.40 фирмы АВВ, которые, как и вакуумные, отличаются компактностью, высоким быстродействием, длительным сроком службы, надежностью, высоким коммутационным и механическим ресурсом, минимальными затратами на обслуживание.
Достоинства элегазовых выключателей:
- возможность применения на все напряжения свыше 1 кВ;
- высокая коммутационная способность;
- надежное отключение малых индуктивных и емкостных токов в момент перехода тока через нуль без среза и возникновения перенапряжений;
- отсутствие необходимости использования ОПН с любыми типами нагрузки на напряжение 6-35 кВ;
- повышенная надежность;
- гашение дуги происходит в замкнутом объеме без выхлопа в атмосферу;
- относительно малые габариты и масса;
- бесшумная работа.
Недостатки элегазовых выключателей:
- высокие требования к качеству элегаза;
- работоспособность выключателя зависит от температуры окружающей среды и при понижении температуры ниже определенного значения выключатель может отказать из-за перехода элегаза в жидкую фазу;
