Выключатели и измерительные трансформаторы в КРУ 6-220 кВ - Элегазовые выключатели для КРУЭ 110 и 220 кВ

При повышении номинальных токов отключения и номинальных напряжений необходимо не только совершенствовать конструкцию выключателей, но и заниматься поисками дугогасительных сред, обладающих высокой электрической прочностью и дугогасительной способностью. Учеными были исследованы фреон, четыреххлористый углерод и шестифтористая сера. Благодаря высокой электрической прочности и большой дугогасящей способности была выбрана шестифтористая сера SF6. Этот газ получил название электротехнического или элегаза.
Элегаз является "электроотрицательным" газом. Его молекулы обладают способностью захватывать электроны. При этом образуются малоподвижные, тяжелые отрицательные ионы, которые медленно разгоняются электрическим полем. Благодаря этому элегаз обладает высокой электрической прочностью. При давлении 0.23 МПа разрядное напряжение в элегазе равно разрядному напряжению трансформаторного масла [3].
Элегаз 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 его электрическая прочность сравнима с прочностью масла. В элегазе при атмосферном давлении может быть погашена дуга с током, в несколько раз превышающим ток, отключаемый в воздухе при том же давлении. Такая способность элегаза гасить дугу объясняется его химическим составом. Молекулы газа улавливают электроны дугового столба и образуют относительно неподвижные отрицательные ионы. Потеря электронов делает дугу неустойчивой и она легко гаснет. В струе элегаза, т.е. при газовом дутье, поглощение электронов из дугового столба происходит еще более интенсивно.
При обычной температуре окружающей среды и номинальном давлении элегаз находится в газообразном состоянии. В этом состоянии он бесцветен, без запаха, не горюч и не токсичен, примерно до 250 °С он является химически не активным и поэтому не агрессивен по отношению к металлам, литьевой смоле и резинам. Газ не стареет, и при минимальном распаде под действием электрической дуги в выключателе он обеспечивает хорошую восстановительную способность диэлектрической прочности. Высокая диэлектрическая прочность элегаза обеспечивает требуемую степень изоляции (при соответствующем значении давления) при минимальных расстояниях. Хорошая способность гашения дуги элегаза позволяет иметь высокую отключающую способность коммутационного электрооборудования, его хорошая способность охлаждения обеспечивает уменьшение нагрева токоведущих частей.
Широкому распространению элегазовых выключателей особенно в КРУ на напряжение 110 и 220 кВ способствовали неоспоримые их достоинства: поставка выполняется полностью собранными элементами, что значительно упрощает и сокращает срок монтажа и ввод в эксплуатацию; взрыво- и пожаробезопасность; малые габариты, что уменьшает требуемую площадь под оборудование в 10 раз; увеличение межремонтных сроков до 10 лет; высокая надежность; полная автоматизация обслуживания; возможность эксплуатации в неблагоприятных атмосферных условиях; полная биологическая безопасность для окружающей среды с отсутствием электрических и магнитных полей, низким уровнем шума, отсутствием радиопомех. Их применение на напряжения 110 и 220 кВ целесообразно на подстанциях, сооружаемых в крупных городах в стесненных условиях, на крупных предприятиях, для которых характерно сильное загрязнение атмосферы, и в труднодоступных районах.
Применение элегазовых выключателей в КРУ в обогреваемых помещениях дает возможность круглогодично вести монтаж оборудования и исключает необходимость подогрева элегаза в период эксплуатации подстанции. Целесообразность строительства закрытых элегазовых распредустройств обусловливается тем, что их объем в 2-3 раза меньше, чем закрытого РУ традиционных конструкций.
Выключатели для КРУЭ типов ЯЭ-110 и ЯЭ-220 имеют пневматические приводы с питанием от централизованной сети сжатого воздуха (давление 2 МПа, влажность не более 60%).
Специфические особенности элегазовых выключателей (малые изоляционные расстояния, сравнительно высокая напряженность электрического поля, необходимость обеспечения равномерного или слабонеравномерного электрического поля) обязывают соблюдать повышенные требования к чистоте внутренних полостей выключателей.
Элегазовые выключатели КРУЭ напряжением 110 кВ типа ЯЭ-110 (рис. 30) и напряжением 220 кВ типа ЯЭ-220 (рис. 31)  размещается в герметизированных заземленных алюминиевых кожухах с проходными дисковыми изоляторами для электрического соединения их между собой, заполненных элегазом при давлении 0,4-0,6 МПа. Каждый кожух выключателя снабжен вентилем и трубами, подсоединенными к шкафу контроле давления (ШКД). Герметизированные кожухи каждой фазы выключателя, имеющие одинаковое давление, соединены между собой, вместе присоединены к своему входному вентили; и имеют отдельный контролирующий давление моновакуум метр, расположенный в ШКД.
Элегазовые выключатели на напряжения 110 и 220 кВ отдельно не изготавливаются, а входят в объем поставки КРУ на эти напряжения в виде отдельных элементов в полностью собран ном виде [3].

Рис. 30. Полюс элегазового выключателя на 110 кВ:
1 — вал; 2 — тяга изоляционная; 3 — экран; 4 — изолятор дисковый; 5, 6 — подвижный и неподвижный контакты; 7 — изолятор опорный; 8 — кожух; 9 — фильтр-поглотитель

Рис. 31. Полюс элегазового выключателя на 220 кВ:
1 — кожух; 2,9 — изолятор опорный; 3 — тяга изоляционная; 4 — экран; 5, 7 — подвижный и неподвижный контакты; 6 — конденсатор; 8 — изолятор дисковый; 10 — фильтр-поглотитель
Элегазовые выключатели расположены горизонтально. В КРУ напряжением 110 кВ выключатель находится в нижней части каждого полюса и на нем устанавливаются все элементы полюса; в КРУ 220 кВ - в верхней части полюса, а все остальные элементы полюса расположены под ним.
В выключателе на 110 кВ (рис. 30) вал соединяется с приводом. Рычаг, закрепленный на этом валу, посредством изоляционной тяги соединяется с подвижным контактом. Неподвижный контакт укреплен на опорном изоляторе. Соединение подвижного и неподвижного контактов с токоведущими частями других элементов ячейки осуществляется специальными контактами, закрепленными на дисковых изоляторах. Контактные части закрыты  экраном. фильтр-поглотитель служит для очистки элегаза от пр0дуКТОВ разложения, образующихся при гашении электрической дуги, а также для поглощения остаточной влаги. Все части элегазового выключателя находятся внутри герметизированного кожуха. Элегазовый выключатель на 110 кВ имеет один разрыв на полюс; масса выключателя 1000 кг.
В выключателе на 220 кВ (рис.. 31) изоляционная тяга соединяется с одной стороны с пневматическим приводом, а с другой - с рычажным механизмом, осуществляющим перемещение подвижного контакта. Корпус рычажного механизма установлен на полом опорном изоляторе и закрыт экраном. Неподвижный контакт укреплен на опорном изоляторе и соединяется с токоведущими частями другого элемента ячейки посредством специальных контактов, укрепленных в дисковом изоляторе. Фильтр-поглотитель имеет то же назначение, что у выключателя на 110 кВ. Все части выключателя находятся внутри герметичного кожуха.
Выключатели на 220 кВ имеют несколько разрывов на полюс, поэтому они зашунтированы конденсаторами для равномерного распределения напряжения между разрывами; масса выключателя 1600 кг.
Дугогасительное устройство элегазовых выключателей на напряжения 110 и 220 кВ (рис. 32) состоит из подвижной и неподвижной части. Подвижная часть состоит из цилиндра, главного подвижного контакта, фторопластового сопла и дугогасительного ламельного контакта. Все эти детали укреплены на полом штоке, который соединен посредством вилки с механизмом выключателя.

Рис. 32. Дугогасительное устройство элегазового выключателя на 110—220 кВ: 1 — подшипник; 2 — цилиндр; 3 — контакт скользящий; 4 — поршень; 5 — шток; 6 7 — контакты подвижные главный и дугогасительный; 8 — сопло; 9, 10 — контакты неподвижные главный и дугогасительный

Неподвижная часть дугогасительного устройства состоит из поршня, основание которого жестко укреплено на проходном изоляторе. Неподвижный главный и дугогасительный контакты соприкасаются со своими подвижными контактами. Переход тока с поршня на цилиндр осуществляется скользящими контактами. На рис. 32 изображено включенное положение элементов дугогасительного устройства. При отключении элегазового выключателя подвижная часть дугогасительного устройства перемещается справа налево, в результате этого происходит сжатие элегаза справа от поршня и размыкание главных контактов. Затем, после размыкания дугогасительных контактов, образуется дуга, которая втягивается в сопла и интенсивно обдувается элегазом. Продукты горения выносятся в объем, образующийся слева от поршня, через отверстия в штоке. После того как сопло сойдет с неподвижного контакта, поток элегаза будет вытекать из объема справа от поршня в объем кожуха элегазового выключателя.
Оперирование элегазовым выключателем осуществляется пневматическим приводом двустороннего действия. Привод имеет механический указатель положения и контакты вспомогательных цепей. Ручное отключение элегазового выключателя не предусмотрено. Технические характеристики элегазовых выключателей приведены в табл. 28.
Элегазовые выключатели климатического исполнения У4 рассчитаны для внутренней установки, но с нижним значением температуры минус 5 °С, без кондиционирования воздуха.
Коммутационный ресурс элегазовых выключателей примерно в 2-3 раза выше, чем у маломасляных. У элегазового выключателя износ дугогасящей среды при отключении тока весьма низок, продукты разложения элегаза поглощаются специальными фильтрами-поглотителями (сорберы - активизированный алюмогель или молекулярные сети), а утечка элегаза из корпусов выключателя обычно не превышает 3% в год (у лучших зарубежных образцов до 1 % в год). Дозаполнение элегаза возможно без снятия напряжения. Практически межревизионные сроки для элегазовых выключателей определяются работой и уходом за его приводом. В полюсах выключателей элегаз используется не только для изоляции цепи высокого напряжения, но и как дугогасящая среда.
Допустимое для каждого полюса выключателя без осмотра и ремонта дугогасительного устройства суммарное число операций включения и отключения (коммутационная износостой кость): 16 операций, в том числе 11 операций О — для токов свыше 60 до 100% номинального тока отключения; 30 операций, в том числе 20 операций О - для токов от 30 до 60%  Iо.ном, 1000 операций, в том числе 500 операций О - при нагрузочных токах, близких к Iном.

При операциях с различными токами число отключений л, допустимое без осмотра и ремонта дугогасительного устройства, удовлетворяет неравенству I Ki Ioi 450, где
I = 1
1 - порядковый номер операции отключения; Ioi - ток отключения при 1-м отключении; Ki - коэффициент, равный 1 при 1I > 5 кА и 0,8 при 1I < 5 кА.
Аппаратура управления, сигнализации, контроля, распределения сигналов вспомогательных цепей выключателей расположена в полюсном и распределительном шкафах и в шкафу трансформатора напряжения. Распределительный шкаф устанавливается перед фасадом своей ячейки. Полюсные шкафы устанавливаются на той же опоре перед каждым полюсом  ячейки. В полюсе ячейки расположены электромагниты отключения и включения, контакты вспомогательных цепей привода выключателя; двигатель с муфтой сцепления и выпрямительным мостом (к электродвигательному приводу) или пневмораспределитель с электромагнитами отключения и включения (к электропневматическому приводу). В распределительном шкафу расположены контактор защиты электромагнитов привода выключателя от токовой перегрузки, манометры давления воздуха в пневмоприводе выключателя, аппаратура электрических блокировок, сигнальные лампы положения выключателя.
Трехполюсное управление выключателем осуществляется дистанционно с центрального щита управления или блочного щита электропневматическим приводом.