Немаловажными факторами развития современной мировой электроэнергетики являются возобновляемость и экологичность. В свете чего, к высоковольтным выключателям - значимым звеньям в системе передачи и распределения электроэнергии, предъявляются повышенные требования по безопасности и экологической чистоте. Попробуем разобраться, какой из типов современных выключателей имеет наибольшие перспективы получить работу в электрических сетях будущего?
Поиск и решения в области новых возобновляемых и экологически чистых источников энергии, требуют, чтобы передача и распределение этой энергии совершалась наиболее безопасным и эффективным способом. Выключатели высокого напряжения, предназначенные для работы в электрической сети при нормальных условиях, а также для отключений при нарушениях в ее работе, уже более 100 лет играют важную роль в энергетических системах. Однако, исследование, развитие и совершенствование конструкций выключателей не остановилось, и по прежнему актуально.
Данная статья ставит своей целью сделать обзор различных типов высоковольтных выключателей и сравнение между собой наиболее часто используемых из них - вакуумных и элегазовых. Какой из этих типов выключателей имеет наибольшие перспективы применяться в экологически дружественных электрических сетях будущего?
Введение
Высоковольтный выключатель - коммутационное устройство, которое способно замкнуть или разомкнуть электрическую цепь за долю секунды, при чем, как в обычных условиях, так и при коротких замыканиях.
Процесс прерывания тока в высоковольтном выключателе начинается тогда, когда контакты начинают размыкаться. Как следствие, площадь контакта уменьшается, а плотность тока становится больше, энергия вызывает испарение металла и появление дуги. Несмотря на физическое разделение контактов, возникновение дуги делает возможным протекание тока (рис. 1). Прерывание тока будет достигнуто при разрыве дуги.
Рисунок 1. Структура электрической дуги.
По способу гашения дуги высоковольтные выключатели делятся на следующие типы:
- Электромагнитные выключатели
- Воздушные выключатели
- Масляные выключатели
- Элегазовые (SF6) выключатели
- Вакуумные выключатели
Масляные выключатели, в связи с своей способностью отключать большие токи, были первыми. Но их пожароопасность и высокая стоимость обслуживания вынуждали к поиску новых идей. Появившиеся электромагнитные и воздушные выключатели не получили большого распространения, вследствие некоторых своих недостатков, в т.ч. больших габаритов. В середине прошлого века были разработаны элегазовые и вакуумные выключатели. Элегазовые выключатели начали быстро заменять масляные и воздушные выключатели в сетях 110 кВ и выше, т. к. элегаз имеет высокую электрическую прочность и высокую теплопроводность. Вакуумные выключатели, наоборот, получили распространения в сетях среднего напряжения - от 6 до 35 кВ.
Хотя достаточно много масляных и воздушных выключателей все еще находятся в работе, элегазовые выключатели, безусловно, являются наиболее распространенными высоковольтными выключателями в мире. Но, они также имеют свои ограничения и недостатки. Вакуумная коммутационная техника, широко используемая для средних уровней напряжения (6-35 кВ), возникла как альтернатива для высокого напряжения из-за своей экологической чистоты. Последние исследования в области гашения дуги в вакууме привели к развитию различным прототипам вакуумных выключателей для высших уровней напряжения.
Элегазовые выключатели
В элегазовых выключателях, при отключении, поток газа отводит тепло из дуги и позволяет добиться ее исчезновения при прохождении тока через нуль. Поток деионизированного элегаза между контактами восстанавливает диэлектрическую прочность промежутка, препятствуя повторному зажиганию дуги. Необходимость дутья определяет сложность управляющего механизма и его стоимость. Новые разработки в сфере гашения электрической дуги в элегазе направлены на сокращение или ликвидацию этого дополнительного фактора стоимости.
