Элегазовые выключатели: виды правила и особенности эксплуатации

Элегазовые выключатели

В зависимости от среды, в которой производят гашение дуги, различают воздушные выключатели, в которых дуга гасится сжатым воздухом, масляные выключатели, в которых контакты помещаются в ёмкость с маслом, а дуга гасится парами масла, элегазовые выключатели, в которых используется электропрочный газ SF6 – «элегаз», и вакуумные выключатели, в которых дугогашение происходит в вакууме – в так называемой вакуумной дугогасительной камере (ВДК).

Элегаз – это инертный газ без запаха, невоспламеняющийся, и в нормальных условиях нетоксичный.

При температуре выше 1000°C, элегаз разлагается на составляющие газы, включая высокотоксичный газ S2F 10.

Однако продукты распада при снижении температуры воссоединяются после погасания дуги.

Благодаря своей электрической прочности, элегаз обладает лучшими свойствами, чем вакуум и используется в качестве изоляционного материала и дугогасительной среды.

Это позволяет делать электрооборудование более компактного размера.

Элегаз – один из опасных нагретых газов в мире, из-за стабильного молекулярного состава, что делает его неразрушимым 1000-летия.

Элегазовый высоковольтный выключатель стоит дешевле, к примеру, вакуумного, хотя вакуумный высоковольтный выключатель имеет свои преимущества:

– вакуум не представляет угрозы для окружающей среды;

– легкость в производстве оборудования и почти на 50% меньше сборочных компонентов, чем в элегазовом высоковольтном выключателе;

Но элегазовый выключатель все равно дешевле.

Выключатели представляют собой 3-полюсный аппарат, полюсы которого имеют одну общую раму и управляются одним приводом, либо каждый из 3-х полюсов выключателей имеет собственную раму и управляется своим приводом.

Принцип работы аппаратов основан на гашении электрической дуги , возникающей между расходящимися контактами при отключении тока, потоком элегаза.

Существует 2 источника возникновения потока газа:

повышение давления в одной из заполненных газом полостей дугогасительного устройства, обусловленное уменьшением ее замкнутого объема, возможность истечения газа из которой в зону расхождения дугогасительных контактов появляется непосредственно перед их размыканием (при отключении малых токов);

повышение давления газа в этой же полости вследствие его расширения под действием тепловой энергии самой электрической дуги (при отключении больших токов)

Для колонкового исполнения, полюс представляет собой вертикальную колонну, состоящую из 2-х (и более) изоляторов, в верхнем из которых размещено дугогасительное устройство (ДУ), а нижний – служит опорой ДУ и обеспечивает ему требуемое изоляционное расстояние от заземленной рамы.

Внутри опорного изолятора размещена изоляционная штанга, соединяющая подвижный контакт ДУ с приводной системой аппарата.

Для бакового исполнения, полюс представляет собой металлический цилиндрический бак, на котором установлены 2 изолятора, образующие высоковольтные вводы выключателя.

ДУ в таком выключателе размещено в заземленном металлическом корпусе.

Для комбинированного исполнения, полюс представляет собой металлический корпус в виде сферы, на котором установлены фарфоровые изоляторы, образующие высоковольтные вводы выключателя, в одном из которых размещено дугогасительное устройство, а в другом встроенные трансформаторы тока.

В верхней части изолятора обычно устанавливается фильтр – поглотитель влаги и продуктов разложения элегаза под действием электрической дуги.

Фильтрующим элементом в нем служит активированный адсорбент – синтетический цеолит NAX.

Также на всех современных выключателях установлен предохранительный клапан – устройство с тонкостенной мембраной, разрывающейся при давлении, возникающем при внутреннем коротком замыкании, но не достигающем значения, при котором испытываются собственно изоляторы.

Дугогасительное устройство предназначено обеспечивать быстрое гашение электрической дуги, образующейся между контактами выключателя при их размыкании.

Разработка рациональной и надежной конструкции дугогасительного устройства обычно требует экспериментальной проверки.

Современные выключатели оснащены дугогасительным устройством автокомпрессионного типа, которые демонстрируют свои расчетные преимущества при отключении больших токов.

ДУ содержит неподвижную и подвижную контактные системы, в каждой из которых имеются главные контакты и снабженные элементами из дугостойкого материала дугогасительные контакты.

Главный контакт неподвижной системы и дугогасительный подвижной – розеточного типа, а главный контакт подвижной системы и дугогасительный неподвижной – штыревые.

Подвижная система содержит, кроме главного и дугогасительного контактов, связанную с токовым выводом ДУ неподвижную токоведущую гильзу; поршневое устройство, создающее при отключении повышенное давление в подпоршневой полости, и два фторопластовых сопла (большое и малое), которые направляют потоки газа из зоны повышенного давления в зону расхождения дугогасительных контактов. Большое сопло, кроме того, препятствует радиальному смещению контактов подвижной системы относительно контактов неподвижной, поскольку никогда не выходит из направляющей втулки главного неподвижного контакта.

Главный контакт подвижной системы представляет собой ступенчатую медную гильзу, узкая часть которой адаптирована к входу в розеточный главный контакт неподвижной системы, а широкая часть имеет два ручья, в которых размещены токосъемные (замкнутые проволочные) спирали, постоянно находящиеся в контакте с охватывающей их неподвижной токоведущей гильзой.

Устройства для вращения дуги в элегазе позволяет успешно отключать ток.

В подвижный и неподвижный контакты встроены постоянные магниты из феррита, которые создают магнитные поля, направленные встречно.

При размыкании контактов образуется дуга, ток которой взаимодействует с радиальным магнитным полем, в результате чего создается сила F, перемещающая дугу по кольцевым электродам.

Вращение дуги в элегазе способствует быстрому гашению.

Чем больше отключаемый ток, тем больше скорость перемещения дуги, это защищает контакты от обгорания.

Контактная система описанной конструкции помещается внутри фарфорового корпуса, заполненного элегазом и герметически закрытого.

Читайте также:

Строительство отмостки вокруг дома

Давление внутри камеры 0,3 МПа.

Подпитка при возможных утечках происходит из баллона со сжатым элегазом.

Газовая система аппаратов включает в себя:

клапаны автономной герметизации (КАГ) и заправки колонн;

коллектор, обеспечивающий во время работы аппарата связь газовых полостей колонн между собой и с сигнализатором изменения плотности элегаза;

сам сигнализатор, представляющий собой стрелочный электроконтактный манометр с устройством температурной компенсации, приводящим показания к величине давления при температуре 20ºС;

соединительные трубки с ниппелями и уплотнениями.

Сигнализатор изменения плотности элегаза (датчик плотности) имеет 3 пары контактов, одна из которых, замыкающаяся при значительном снижении плотности элегаза из-за его утечки, предназначена для подачи сигнала (например, светового) о необходимости дозаправки колонн; а 2 других, размыкающихся при недопустимом падении плотности элегаза, предназначены для блокирования управления выключателем или для автоматического отключения аппарата с одновременной блокировкой включения (что определяется проектом подстанции).

Приводы выключателей обеспечивают управление выключателем – включение, удержание во включенном положении и отключение. Вал привода соединяют с валом выключателя системой рычагов и тяг. Привод выключателя должен обеспечивать необходимую надежность и быстроту работы, а при электрическом управлении – наименьшее потребление электроэнергии.

В элегазовых выключателя применяют 2 типа приводов:

аккумулятором энергии является комплект винтовых цилиндрических пружин,

управляющим органом является кинематическая система рычагов, кулачков и валов.

Элегазовые выключатели: ориентиры выбора и правила подключения

Функционирование высоковольтных электрических сетей по токовым характеристикам не сопоставимо с работой бытовых аналогов. Соответственно, при возникновении аварийной ситуации для отключения оборудования и гашения электродуги необходимы более мощные устройства, чем стандартные автоматические приборы.

В качестве защитных конструкций применяют элегазовые выключатели (ЭВ), которыми можно управлять как в ручном режиме, так и с помощью автоматики. Мы детально описали конструктивные особенности и принцип действия устройств. Привели рекомендации по установке, подключению и обслуживанию.

Определение и применение элегаза

Элегаз – это шестифтористая сера, которую относят к электротехническим газам. Благодаря изоляционным свойствам ее активно применяют при производстве электротехнических устройств.

В нейтральном состоянии элегаз представляет собой негорючий газ без цвета и запаха. Если его сравнивать с воздухом, то можно отметить высокую плотность (6,7) и молекулярную массу, превышающую воздушную в 5 раз.

Одно из преимуществ элегаза – устойчивость к внешним проявлениям. Он не меняет характеристик при любых условиях. Если происходит распад во время электроразряда, то вскоре наступает полноценное, необходимое для работы восстановление.

Секрет в том, что молекулы элегаза связывают электроны и образуют отрицательные ионы. Качество «электроотрицания» наделило 6-фтористую серу такой характеристикой, как электрическая прочность.

На практике электропрочность воздуха в 2-3 раза слабее, чем то же свойство элегаза. Кроме прочего, он пожаробезопасен, так как относится к негорючим веществам, и обладает охлаждающей способностью.

Когда возникла необходимость отыскать газ для гашения электродуги, стали изучать свойства SF6 (шестифтористой серы), 4-хлористого углерода и фреона. В испытаниях победила SF6

Перечисленные характеристики сделали элегаз максимально подходящим для применения в электротехнической сфере, в частности, в следующих устройствах:

силовые трансформаторы, работающие по принципу магнитной индукции;
распределительные устройства комплектного типа;
линии высокого напряжения, связывающие удаленные установки;
высоковольтные выключатели.

Но некоторые свойства элегаза привели к тому, что пришлось усовершенствовать конструкцию выключателя. Основной недостаток касается перехода газообразной фазы в жидкую, а это возможно при определенных соотношениях параметров давления и температуры.

Чтобы оборудование работало без перебоев, необходимо обеспечить комфортные условия. Предположим, для функционирования элегазовых устройств при -40º необходимо давление не более 0,4 МПа и плотность менее 0,03 г/см³. На практике при необходимости газ подогревают, что препятствует переходу в жидкую фазу.

Конструкция элегазового выключателя

Если сравнивать элегазовые устройства с аналогами других видов, то по конструкции они ближе всего к масляным приборам. Разница заключается в наполнении камер для гашения дуги.

В качестве наполнителя у масляных выключателей используется масляная смесь, а у элегазовых – 6-фтористая сера. Преимущество второго варианта в долговечности и минимуме технического обслуживания.

Схема элегазового устройства колонкового типа. Дугогасительные модули, закрепленные на высокой стойке, находятся в верхней части, шкаф управления – в нижней

Способы гашения электродуги зависят от многих факторов, среди которых решающими являются номинальный ток и напряжение, а также условия использования устройства.

Всего выделяют четыре вида ЭВ:

с электромагнитным дутьем;
с дутьем в элегазе – с 1 ступенью давления;
с продольным дутьем – с 2-мя ступенями давления;
с автогенерирующим дутьем.

Если в воздушных приборах в процессе гашения дуги газ поступает в атмосферу, то в элегазовых он остается в замкнутом пространстве, наполненном газовой смесью. При этом сохраняется небольшое избыточное давление.

Колонковые и баковые устройства

На практике применяются два вида элегазовых установок:

Отличия касаются как конструкционных особенностей, так и принципа гашения электродуги. По внешнему устройству колонковые напоминают маломасляные аналоги: состоят из двух функциональных частей – дугогасительной и контактной, имеют одинаково объемные размеры.

Отключающие устройства рассчитаны на работу от сети 220 В и относятся к однофазному оборудованию. Пример элегазового выключателя колонкового типа — LF 10 Schneider Electric.

Управление оборудованием может производиться двумя различными способами: вручную, когда регулировка и контроль осуществляются с помощью механических устройств, и дистанционно, автоматически

Баковые элегазовые приборы меньше по размерам и оснащены приводом с несколькими фазами. Такое распределение позволяет лучше контролировать и плавно регулировать параметры напряжения.

Одно из преимуществ баковых ЭВ – способность выдерживать увеличенные нагрузки. Такое качество обеспечивает внедренный в конструкцию трансформатор тока

Образцом бакового устройства является элегазовая установка DT2-550 F3 Alstom Grid. Подобные устройства положительно зарекомендовали себя в электросистемах с напряжением 500 кВ.

Конструкция собрана и оснащена таким образом, что функционирует без сбоев при низких температурах (критических), повышенной влажности, а также в регионах с сейсмической активностью и превышенной загрязненностью атмосферы.

Принцип гашения дуги

Как срабатывает устройство, рассмотрим на примере выключателя LW36 китайского производителя CHINT.

При отключении пружина действует на динамические элементы цилиндра, и они опускаются вниз. Все контакты, кроме дугогасительных, размыкаются. Когда отсоединяются и дугогасительные контакты, по которым проходит ток, возникает электрическая дуга.

Горячий газ перемещается в тепловую камеру, срабатывает обратный клапан. Когда газ из тепловой камеры выдувается в промежуток, происходит гашение дуги.

Если происходит отключение небольших по величине токов, то давления в тепловой камере недостаточно, поэтому привлекается давление из компрессионной камеры (оно всегда выше). Открывается обратный клапан, газ беспрепятственно поступает в промежуток и при переходе через ноль гасит дугу.

Схема внутреннего расположения и работы подвижных, неподвижных клапанов, декомпрессионных, обратных клапанов. Позиция 1 – включение; позиция 2 – отключение больших токов; позиция 3 – отключение малых токов; позиция 4 – отключение прибора

Современные колонковые установки обладают улучшенными характеристиками. Техническое обслуживание снижено до минимума, коммутационный ресурс увеличен. Элегазовые выключатели отличаются низким уровнем шума, надежной механикой, простотой монтажных и испытательных работ.

Регулировка баковых моделей производится с помощью привода и трансформаторов. Пружинный или пружинно-гидравлический привод контролирует процессы включения/отключения, уровень удержания электродуги.

Для чего нужен привод?

Привод призван выполнять все операции, связанные с включением/выключением или удержанием установки в определенном положении. На схеме показано, где именно может располагаться привод. Обычно это поверхность земли или невысокая опора, обеспечивающая обслуживающему персоналу легкий доступ к регулирующим устройствам.

Схема конструкции бакового выключателя: 1 – фарфоровые или полимерные модули; 2 – трансформаторы; 3 – бак с газогасительным устройством; 4 – камера с газом; 5 – привод гидравлического типа; 6 – металлическая рама; 7 – разъем для введения элегаза

Привод состоит из механизма включения, фиксирующего устройства – защелки, расцепляющего механизма. Процесс включения должен происходить максимально быстро, что избежать приваривания контактов.

Во время включения прилагают большие усилия для преодоления силы трения всех задействованных элементов. Отключение производится проще и заключается в обратном движении защелки, которая обеспечивает включение и его удержание.

Способов включения/отключения несколько:

механический;
пружинный;
грузовой;
пневматический;
электромагнитный.

Для маломощных систем используют ручное управление. В этом случае достаточно силы одного оператора. Выключение ручных механизмов обычно осуществляется в автоматическом режиме. Пружинный привод также приводится в действие вручную, но иногда привлекаются маломощные электродвигатели.

Традиционное расположение привода – около монтажной металлической рамы. Целостность и функционирование механизма обеспечивает прочный металлический кожух – ящик с удобной дверцей для операторской работы

Для применения электромагнитного привода требуется больше энергии, поэтому необходим постоянный источник тока примерно 58 А с напряжением 220 В. В качестве резервного механизма отключения имеется ручной рычаг. Электромагнитные устройства отличаются надежностью, поэтому их успешно эксплуатируют в зонах с суровыми зимами. Минус – потребность в мощном аккумуляторе.

Пневматический привод отличается тем, что вместо электромагнита главным рабочим элементом является пара цилиндр/поршень. Благодаря сжатому воздуху скорость включения намного выше, чем у предыдущих моделей.

Преимущества и недостатки использования ЭВ

Элегазовые выключатели, как и другие типы электрораспределительных устройств, имеют ряд преимуществ и недостатков. При выборе установки производят необходимые расчеты и, кроме технических характеристик и конструкционных особенностей, учитывают плюсы и минусы моделей.

Элегазовые выключатели отличаются универсальностью – их используют вне зависимости от напряжения сети

Чтобы погасить электрическую дугу при наступлении аварийного случая, элегазовому устройству необходимы доли секунды

Все части установки способны работать без ремонта на протяжении десятилетий, а элегаз не требует регулярной замены

Элегазовые дугогасительные устройства легко справляются с отключением высоковольтных систем. Для сравнения – вакуумные аналоги не выдерживают высокого напряжения

Элегазовые выключатели 110 кв, 220 кв

Для гашения электрической дуги часто используются различные газовые смеси. Элегазовые выключатели 110 кВ и 220 кВ работают именно по такому принципу и могут использоваться для работы в аварийных ситуациях.

Конструкция и виды

Элегазовые высоковольтные выключатели – это устройства оперативного управления для контроля высоковольтной линии энергоснабжения. Данные устройства имеют очень похожую конструкцию с масляными, но при этом, используют для гашения дуги не масляную смесь, а соединение газов. Зачастую это сера. Масляные выключатели требуют за собой особого ухода: по нормам необходимы периодическая замену масла и очистка рабочих контактов. Элегазовые в этом не нуждаются. Главное достоинство элегаза в его долговечности: он не стареет и минимально загрязняет механические части устройства.

Читайте также:

Эпоксидное напольное покрытие

Фото — высоковольтное оборудование

Колонковые (HPL 245B1, MF 24 Schneider Electric);
Баковые (242PMR, DT2-550 F3 – производитель Areva).

Колонковый элегазовый выключатель представляет стандартное отключающее устройство, работающее только на одну фазу (например, LF 10 от Шнайдер Электрик). Он используется для сети 220 кВ. Конструктивно состоят из двух систем: контактной и дугогасительной. Обе они располагаются в емкости, наполненной элегазом. Могут быть как ручными (контроль производится исключительно механически) или дистанционными. Из-за такого разделения они имеют довольно большие габаритные размеры.

Фото — чертеж конструкции

Баковые имеют меньшие габариты, их дополняет привод ППРМ 2 для элегазового выключателя. Привод распределяется на несколько фаз, что позволяет обеспечить мягкое регулирование напряжения (включение и выключение). Также их достоинство в том, что они могут переносить большие нагрузки благодаря встроенному в систему трансформатору тока.

Помимо конструктивных особенностей, выключатели элегазового типа классифицируются по принципу гашения дуги:

Автокомпрессионные или воздушные;
Вращающие;
Продольного дутья;
Продольного дутья с дополнительным разогревом элегаза.

Принцип работы и назначение

Элегазовые выключатели высокого напряжения работают за счет изоляции фаз друг от друга посредством элегаза. Когда срабатывает сигнал о том, что нужно отключить электрооборудование, контакты отдельных камер (если устройство колонковое) размыкаются. Таким образом, встроенные контакты образуют дугу, которая помещена в газовую среду. Она разлагает газ на отдельные компоненты, но при этом и сама снижается из-за высокого давления в емкости. Если система установлена на низком давлении, то используются дополнительные компрессоры для нагнетания давления и создания газового дутья. Для выравнивания тока дополнительно используется шунтирование. Визуально схема работы выглядит так:

Фото — схема работы

Отдельно нужно сказать про модели бакового типа. Их контроль выполняется приводами и трансформаторами. Приводной механизм для этой установки является регулятором: он необходим для включения, выключения электрической энергии и удержания дуги (при надобности) на определенном уровне. Приводы бывают:

Пружинные;
Пружинно-гидравлические.

Пружинный имеет очень простой принцип действия и высокий уровень надежности. В нем вся работа выполняется только за счет механических деталей. Пружина зажимается и фиксируется на определенном уровне, а при изменении положения контрольного рычага она разжимается. На основании его принципа работы часто готовится научная презентация действия шестифтористой серы в электрической среде.

Фото — ВГУ-35

Современные пружинно-гидравлические приводы помимо пружины дополнительно оснащены гидравлической системой управления. Они считаются более эффективными, т. к. пружинные механизмы могут сами поменять положение фиксатора.

Достоинства элегазовых выключателей:

Универсальность. Данные выключатели используются для контроля сетей с любым напряжением;
Быстрота действия. Реакции элегаза на наличие электрической дуги происходят за доли секунды, это позволяет обеспечить быстрое аварийное отключение подконтрольной системы;
Подходят для эксплуатации в условиях пожароопасности и вибрации;
Долговечность. Контакты, соприкасающиеся с элегазом, практически не изнашивают, газовые смеси не нуждаются в замене, а у наружной оболочки высокие показатели защиты;
Подходят для отключения переменного и постоянного тока высокого напряжения, в то время, как их аналоги – вакуумные модели не могут использоваться на высоковольтных сетях.

Но, такие приборы имеют определенные недостатки:

Высокая цена, обусловленная сложностью производства и дороговизной элегазовой смеси;
Монтаж осуществляется только на фундамент или специальный электрощит, причем, для этого нужна специальная инструкция и опыт;
Выключатели не работают при низких температурах;
При необходимом обслуживании должно использоваться специальное оборудование.

Видео: особенности элегазовых выключателей

Технические характеристики

Рассмотрим технические характеристики выключателей разных производителей и типов работы.

МЕК SF6 элегазовый пружинный выключатель HD4

Напряжение, кВ	12 … 40,5
Ток, А	630 … 3 600
Аварийный ток, кА	16 … 50

Элегазовый выключатель LTB 145D1/B:

Напряжение, кВ	145
Ток (номинальный/отключения), А/кА	3150/40
Время выключения, мс	25
Бестоковая пауза, мс	300
Привод	Пружинно-моторного типа

Номинально/наибольшее напряжение, кВ	220/252
Аварийный ток, кА	40/50
Рабочий ток, А	2000

ВГБЭП-35 (ВГБ-35, ВГБЭ):

Отключаемый ток, А	630
Содержание элегаза, %	32
Бестоковая пауза, с	0,3
Давление заполнения элегаза при 20° С, МПаабс (кгс/см2)	0.55 (5.5)
Напряжение постоянного тока и переменного, В	220/110-220

Ток, А	630
Климатическое исполнение	УХЛ
Напряжение в трехфазной сети переменного тока, В	От 35 до 1000
Частота, Гц	50

Номинальный ток, А	220
Ток отключения, кА	2500
Напряжение, кВ	250
Число приводов	1

Ток, А	3150
Отключение при, кА	40
Напряжение, кВ	110
Привод	1
Время отключения, мс	62

ВГУ-110 (газовый силовой):

Напряжение, В	110
Ток, А	3150
Отключение, кА	40
Климатическое исполнение	У1
Условия хранения	25 лет при температуре не менее 20 градусов и влажности не более 60 %

Колонковый выключатель GL314 Alstom:

Напряжение, кВ	220
Максимальное напряжение, кВ	240
Рабочий ток, А	4000
Отключение, кА	50
Износостойкость	М2

Генераторные силовые отключающие устройства с пружинным приводом – FKG 2:

Номинальный ток, А	9000
Номинальное напряжение, кВ	24
Отключение, кА	63
Время выключения, мс	60
Управление	Пружинный привод, трехполюсное

Элегазовый компрессионный выключатель фирмы Siemens (Сименс)3AP1FG-245 (для установки нужны фундаменты):

Рабочее напряжение, кВ	220
Отключение	В три периода
Привод	Пружинного типа
Ток, А	4000
Выключение сети при, кА	40

Купить подходящие элегазовые выключатели можно в любом электротехническом магазине. Их стоимость зависит от типа устройства и его производителя. Прайс-лист в Самаре, Москве, Екатеринбурге и других городах варьируется от 100 долларов до нескольких тысяч.

Подробно об элегазовых выключателях

При необходимости гашения нежелательной электрической дуги и аварийного разрыва цепи используют разные устройства. В высоковольтных сетях на практике часто прибегают к основанным на газовых смесях моделям. Такой принцип эксплуатирует элегазовый выключатель — приспособление для экстренного выключения.

Устройство и виды элегазовых выключателей

Эти системы предназначены для оперативного контроля состояния высоковольтных линий электропередач. Они очень похожи на масляные, но имеют иную рабочую среду — принцип действия основан на свойствах соединения газов вместо масла. В качестве среды используется SF6 (шестифтористая сера).

Преимущество элегаза — неприхотливость. Если масляным моделям требуется особый уход, периодическая замена масла и очистка, то элегазовые с такой проблемой не сталкиваются. Кроме того, газ долговечен: он не деградирует со временем и почти не вредит механическим элементам выключателя.

Физически SF6 — негорючий бесцветный и лишенный запаха газ. Он гораздо плотнее воздуха, а молекулярная масса в 5 раз превышает воздушную. Газ стоек ко внешним воздействиям и сохраняет характеристики: даже если в нем возникнет дуга и начнется распад, через некоторое время состояние смеси восстановится.

Элегазовые выключателя (далее ЭВ) бывают двух видов:

баковый;
колонковый ЭВ.

Колонковые ЭВ применяют в сетях 220 В, это стандартные однофазные выключатели. Они состоят из двух связанных между собой частей:

дугогасительная;
контактная часть.

Обе имеют одинаковые размеры и объем.

Баковые ЭВ меньше. В их состав входит один из видов, рассмотренных ниже приводов. Распределение привода идет на несколько фаз, благодаря чему устройство мягко изменяет уровень напряжения. Еще одно достоинство баковых — большая допустимая нагрузка, что достигается наличием встроенного трансформатора.

Привод здесь — одновременно и регулятор: он обеспечивает включение/разрыв потока электричества и поддержания электродуги. Выделяют следующие типы приводов ЭВ:

пружинно-гидравлические (ППРГ);
более простые пружинные (ППРМ).

Обычно привод монтируется на низкой опоре или у земли, чтобы обслуживающий персонал мог легко до него добраться и отрегулировать. Деталь состоит из:

включающего механизма;
устройства расцепления;
фиксирующей защелки.

Пружинные надежны и устроены весьма просто, в них используется лишь несложная механика. При вводе в эксплуатацию устанавливается определенное сжатие пружины, а после смещения контрольного рычага происходит ее распрямление с дальнейшим размыканием контактов. Этот тип ЭВ часто служит стендом для презентаций поведения шестифтористой серы под действием электрического поля.

Пружинно-гидравлическое элегазовое оборудование имеет гидравлическое управление. Оно дороже, но эффективнее, поскольку способно самостоятельно менять позицию фиксатора.

Помимо конструкции, различают виды ЭВ по принципу прерывания электрической дуги:

вращающие;
воздушные (автокомпрессионные) ЭВ;
продольного дутья;
аналогичные предыдущему пункту, с разогревом газа.

Все внутренние компоненты ЭВ размещены в заполненной элегазом емкости. Контроль работы осуществляется дистанционно, с помощью электроники, или механическим способом вручную. Схема расположения всех компонентов типичного ЭВ:

Такие особенности приводят к довольно крупным габаритам приборов. Отметим, что сугубо ручное управление актуально для маломощных образцов, в других случаях прибегают к:

механическому контролю;
грузовому управлению;
пружинному;
электромагнитному способу;
пневматическому.

Но практически везде предусмотрен аварийный ручной рычаг.

Электромагнитный привод нуждается во внешнем питании, поэтому такой ЭВ подключают к источнику тока на 220 В и 58 А. Система весьма надежна и успешно эксплуатируется в неблагоприятных условиях. У пневматического, рабочим узлом выступает цилиндр с поршнем. Действие сжатого воздуха обеспечивает высокую скорость срабатывания.

Принцип работы

Элегазовые выключатели выполняют свою функцию путем изолирования фаз газовой прослойкой. Получив сигнал на отключение электрооборудования, контакты размыкаются, образуется находящаяся в среде газа дуга. Электричество разлагает SF6, но дуга при этом слабеет за счет высокого уровня давления. Если же выключатель отрегулирован на малое давление, в действие вступают нагнетающие компрессоры. Также используют выравнивающие ток шунты.

Схема функционирования ЭВ:

Как уже указывалось, секрет заключен в рабочей среде — элегазе. Его молекулы легко связывают содержащиеся в SF6 электроны и производят отрицательные ионы. Иногда это свойство называют «электрической прочностью». У воздуха она, например, слабее почти в три раза. Кроме того, SF6 способен эффективно охлаждать.

Благодаря этому системы на его основе получили распространение в электротехники, например:

в силовом трансформаторном оборудовании;
распределительных устройствах;
выключателях высокого напряжения;
на соединяющих удаленные системы высоковольтных линиях электропередач.

В баковых образцах управление выполняется трансформаторами и входящими в схему приводами.

1 — модули из фарфора или полимеров.
2 — трансформаторы.
3 — бак с прибором гашения.
4 — газонаполненная камера.
5 — расположенный внизу привод (в данном случае гидравлический).
6 — рама из металла.
7 — клапан для добавления элегаза.

Пример

Рассмотрим механизм срабатывания: в качестве примера используем выключатель элегазовый LW36 китайского производства. Когда происходит отключение:

встроенная пружина начинает действовать на подвижные элементы;
последние опускаются;
происходит размыкание контактов, за исключением дугогасящих;
после размыкания дугогасительных создается дуга;
нагретый газ переходит в тепловую камеру;
далее отрабатывает обратный клапан;
элегаз выходит из камеры в промежуток, электродуга гасится.

При гашении сравнительно слабого тока исходного давления рабочей камеры бывает мало, поэтому привлекается дополнительное из компрессионной емкости.

Преимущества и минусы элегазовых выключателей

Приборы обладают несомненными плюсами:

универсальность. Их можно ставить в сетях с практически любым напряжением;
неприхотливость — ЭВ работают даже в пожароопасных местах и сейсмоопасных зонах;
скорость срабатывания. Элегаз реагирует на возникновение дуги за доли секунды, благодаря чему происходит почти моментальное обесточивание защищаемых устройств;
долговечность. Газ не изнашивает соприкасающиеся с ним элементы, газовая смесь не деградирует и не нуждается в регулярной замене, а внешняя оболочка ЭВ прочна и хорошо защищает от неблагоприятных воздействий;
работают и с переменным, и с постоянным высоким напряжением. Это выгодно отличает их от не способных функционировать в высоковольтных сетях вакуумных;
взрыво- и пожаробезопасность;
замкнутая рабочая среда — при срабатывании не происходит выхлопа вовне.

Но есть и обусловленные конструкцией недостатки:

высокая стоимость. Элегазовый выключатель просто устроен, но сложен в производстве, синтез газовой смеси также довольно трудоемок и затратен;
нельзя поставить в произвольном месте. Выключатели монтируются только на особый электрический щит или специально подготовленных фундамент;
требовательность к температурным условиям — при низких температурах ЭВ неэффективны (но элегаз можно подогревать);
для обслуживания требуются специфические навыки и оборудование;
система с электромагнитным приводом нуждается в емком аккумуляторе.

Основной недостаток смеси — наблюдающийся при определенных условиях ее переход в жидкую фазу. Это происходит при некоторых соотношениях температуры и давления. Например, в холодных условиях (минус 40 градусов Цельсия) требуется давление не выше 0.4 МПа с плотностью газа ниже 0.03 килограмма на кубический сантиметр — что не обеспечивает должных характеристик. Поэтому на практике во избежание перехода в состояние жидкости элегаз подогревают.

Правила обслуживания элегазового выключателя

Обслуживание элегазовых выключателей регламентируется Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) 1.8.21.

При подключении системы следует проверить присутствие в баке минимального давления — без этого прибор сломается. Во избежание предупреждений конструкцией предусмотрена сигнализация, предупреждающая о критическом значении давления. Имеется также манометр для визуального контроля.

Шкаф привода содержит не позволяющие возникнуть конденсату на ответственных механизмах нагревательные элементы. Оператор ЭВ обязан следить за постоянной работой нагревателей и не допускать их выключения.

При осмотре ЭВ следует:

проконтролировать состояние внешней защиты;
убрать загрязнения при их наличии;
устранить повреждения;
выяснить и устранить причину нагрева контактов при наличии такового;
если обнаружены посторонние шумы и треск — выявить их источник;
проверить целостность металлической опорной рамы, поскольку она одновременно и часть контура заземления;
снять показания манометра и сверить их с указанными производителем паспортными данными;
проверить, исправны ли приборы управления и контроля, отремонтировать или заменить вышедшее из строя

При падении давления газа его запасы в камере пополняется.

Заключение

Элегазовые выключатели — довольно простые и эффективные приспособления, быстро и надежно размыкающие электрическую цепь. Благодаря характеристикам шестифтористой серы они эффективнее воздушных или масляных и нашли применение в энергосистемах высокого и сверхвысокого напряжения. Кроме того, газ не стареет со временем и не требует постоянного обслуживания — только пополнения при утечках, что в условиях должной эксплуатации случается редко. Современные модели обладают очень большими межревизионными сроками — вплоть до «пожизненной» гарантии на весь период службы, они взрыво- и пожаробезопасны.

Несмотря на обусловленную сложностью производства и высокими требованиями к качеству газовой смеси стоимость, набор эксплуатационных характеристик позволил ЭВ почти полностью вытеснить с рынка другие типы выключающих систем высокого и сверхвысокого напряжения. А постоянно ведущиеся в этом направлении разработки приводят к выпуску еще более надежных и компактных моделей: например, за рубежом уже массово переходят на небольшие комплектные электрораспределители с элегазовой изоляцией (КРУЭ) и ЭВ для открытых распределяющих комплексов с напряжением от 110 кВ.

Элегазовые выключатели 110 кВ

Элегазовый выключатель – это разновидность высоковольтного выключателя, коммутационный аппарат, использующий элегаз в качестве среды гашения электронной дуги; предназначенный для оперативных подключений и отключений индивидуальных цепей или электрооборудования в энергосистеме.

Рисунок 1 – Схема элегазового выключателя

Элегазовые выключатели начали усиленно разрабатываться с 1980 г. и имеют большие перспективы при напряжениях 110…1150 кВ и токах отключения до 80 кА. В технически развитых странах элегазовые выключатели высокого и сверхвысокого напряжения (110-1150 кВ) практически вытеснили все другие типы аппаратов.

Элегазовые выключатели высокого напряжения выполняют работу за счет изоляции фаз друг от друга посредством элегаза. Когда срабатывает уведомление о том, что нужно отключить электрооборудование, контакты некоторых камер (если аппарат колонковый) размыкаются. Таким способом, встроенные контакты образуют дугу, которая помещена в газовую среду. Она разлагает газ на разные компоненты, но при этом и сама уменьшается из-за высокого давления в емкости.

В процессе использования элегазового выключателя выполняются циклы подключения и отключения коммутационного аппарата. При различных дейсвий с выключателем в режимных целях, в большинстве случаев, ток отключения располагается в границах обозначенных значений. Количество потенциально возможных операций зависимо от тока отключения устанавливает изготовитель. Для того, найти суммарное число операций отключения, существенно нужно пользоваться особой диаграммой взаимосвязи, которую можно найти в паспорте выключателя. Чем больше ток, тем меньшее количество возможных циклов включения/отключения элегазового выключателя.
Выключатель специализирован для установки в ОРУ 110кВ, так как его номинальное рабочее напряжение – 126кВ. Выключатель делает работу в согласовании с заявленными производственным изготовителем при условиях:

установки на возвышенности над ярусом морского побережья не больше тысячи м-ов;
температуры окружающей среды от -350 С до +400 С;
установки в согласовании с необходимыми условиями завода-изготовителя;

Элегазовые выключатели различают

2 Колонковые выключатели

Колонковый элегазовый выключатель – такое приспособление с автокомпрессией в положении удовлетворить подходящую коммутационную способность всех условиях переключения. Выключатель сделан в колонковом трёхполюсном выполнен с совместной рамой для полюсов и привода. Устройство оснащёно: аппаратом соблюдения порядка плотности элегаза с контактами для предупредительной сигнализации о понижении давления и воспрещения пользоваться выключателем, указателями местоположения «ON – OFF» выключателя и расположения пружин, счётчиком процедур вмешательства, предохранительными клапанами для сбрасывания лишнего давления, манометром соблюдения порядка давления в аппарате, платформами заземления. Шкаф управления имеет герметичную пыле – влагоустойчивую конструкцию с подогревом.

Рисунок 2 – Конструкция колонкового выключателя

3 Баковые выключатели

Элегазовые баковые выключатели – могут быть использованы на подстанциях ОРУ типа классов напряжения 35-220 кВ для осуществления коммутации переходных процессов в энергосистемах, т.е. претворения процедур подключения и отключения индивидуальных цепей при ручном либо автоматическом управлении. Они делаются в трёхполюсном либо однополюсном выполнении. Полюсы коммутационного аппарата, с одноразрывными дугогасительными устройствами и высоковольтными вводами, покрытой горячим цинком и поставлены на опорной раме. Управление данным аппаратом исполняется пружинным приводом. Выключатель в однополюсном выполнении (один пружинный привод на каждый полюс) имеет схему управления, которая дает возможность (с пульта управления) при поддержки электромагнитовоперировать 3 – мя полюсами единовременно либо всяким полюсом отдельно в зависимости от схемы блокировки, управления, сигнализации и релейной защиты.

Преимуществами баковых элегазовых выключателей со встроенными трансформаторами тока перед комплектными наборами «колонковый элегазовый выключатель плюс отдельно стоящий трансформатор тока» являются: повышенная сейсмостойкость, наименьшая площадь отчуждаемой местности территорий подстанции. Также наименьший объем запрашиваемых фундаментных трудовых функций при постройки подстанций, усиленная защищенность состава кадров подстанции (дугогасительные устройства расположены в заземленных металлических резервуарах), вероятность осуществления применения обогрева элегаза при использовании в областях с прохладным климатом.

4. Принцип гашения дуги

Успехи в разработках элегазовых выключтаелей откровенно оказали значительное воздействие на введение в эксплуатационную деятельность компактно размещенных на небольшой территории открытых распределительных устройствах размещенных на открытом воздухе, закрытых распределительных устройствах – размещенных в помещении и элегазовых комплектно распределительных устройствах. В элегазовых выключателях могут использоваться, разные методы гашения дуги зависимо от номинального напряжения, номинального тока отключения и объективных оценок энергосистемы (а также различных электроустановок).

В элегазовых дугогасительных устройствах , в сравнение от воздушных дугогасительных устройств, при гашении дуги истечение газа через сопло происходит не в воздушную среду, а в скрытный в себе объем камеры, наполненный элегазом при условно сравнительно маленьком лишнем давлении.

По методике гашения электрической дуги при выключении различают последующие элегазовые выключатели:

Автокомпрессионный элегазовый коммутационный аппарат , где существенно нужный крупно масштабный расход элегаза через сопла компрессионного дугогасительного устройства создается по ходу подвижной системы выключателя (автокомпрессионный выключатель с одной ступенью давления).
Элегазовый выключатель с электромагнитным дутьем, в котором гашение дуги в дугогасительном устройстве гарантируется вращением её по кольцевым контактам под воздействием магнитного поля, формируемого отключаемым током.
Элегазовый выключатель с камерами низкого и высокого давления, в каком принцип снабжения газового дутья через сопла в дугогасительном аппарате аналогичен воздушным дугогасительным устройствам (Элегазовый выключатель с 2 – мя ступенями давления).
Автогенерирующий элегазовый выключатель, где очень важный крупномасштабный расход элегаза через сопла дугогасительного устройства формируется за счет подогрева и увеличения давления элегаза дугой отключения в специально подготовленной камере (автогенерирующий элегазовый выключатель с одной ступенью давления).

5. Достоинства и недостатки

Учитывая вышеупомянутое, между плюсами выключателей элегазового типа можно отметить следующее:

возможность установки в электроустановках как закрытого, так и открытого выполнения буквально всех классов напряжения;
отмечается простота и надежность конструкции в эксплуатации;
высокая интенсивность скорости срабатывания;
низкие динамические нагрузки на фундаментные опоры;
неплохая отключающая способность;
небольшие габаритные пропорции и сумма веса;
наличие в приводе автоматического управления двух ступеней обогрева;
большой коммутационный ресурс контактной системы;

Недостатки элегазовых выключателей:

требуется более внимательное отношение к использованию и учету элегаза;
высокие необходимые условия к качеству элегаза;
необходимость специально подготовленных устройств для заполнения, перекачки и фильтрации элегаза;
относительно высокая стоимость элегаза;
сложность и накладность изготовления – при производственном изготовлении неизбежно нужно соблюдать высокоё качество аппарата;
дороговизна конструкции и второстепенных элементов;
при выводе из строя выключателя в режиме ЧП, починка данного аппарата может быть не актуальной.

Читайте также:

Теплый пол из полипропилена

6. Технические характеристики

В таблице приведены технические характеристики выключателей ВГТ – 110 кВ.

Таблица 5.1 – Основные технические данные выключателя ВГТ – 110 кВ

Параметр	Допустимое значение
Номинальное напряжение	110 кВ
Время отключения	0,035 с
Номинальный ток	2500 А
Рабочее напряжение (максимальное)	126 кВ
Максимальный ток отключения	40 кА
Пауза при АПВ	0,3 с
Ток КЗ (максимальный)	100 кА
Время протекания тока КЗ	3 с
Утечка элегаза за 12 месяцев	0,8 %
Напряжение подогревательных устройств	220 В
Тип привода	Пружинный
Длина пути утечки	270 см
Масса элегаза	6,3 кг
Количество приводов	1
Масса выключателя	1700 кг
Срок до планового ремонта	12 лет
Срок эксплуатации	25 лет

Вывод:

выключатель использующий элегаз в качестве среды гашения электронной дуги, очень распространен на ОРУ и ЗРУ, без них не обходиться почти ни одна подстанции в мире. Их надежность и высокие технические характеристики дают понять, почему они так популярны в энергосистеме. В целом это оптимальный коммутационный аппарат в ценовой категории, и надежности по сравнению с воздушными, масляными и маломасляными высоковольтными выключателями.

Ссылки

1. ГОСТ 19431-84 “Энергетика и электрификация. Термины и определения”
2. Б.Н.Неклепаев «Электрическая часть электростанций и подстанций »; 2-е издание, переработанное и дополненное, 1980 г.

Элегазовые выключатели: ориентиры выбора и правила подключения

Элегазовые выключателя (далее ЭВ) бывают двух видов:

баковый;
колонковый ЭВ.

дугогасительная;
контактная часть.

Обе имеют одинаковые размеры и объем.

пружинно-гидравлические (ППРГ);
более простые пружинные (ППРМ).

включающего механизма;
устройства расцепления;
фиксирующей защелки.

Помимо конструкции, различают виды ЭВ по принципу прерывания электрической дуги:

вращающие;
воздушные (автокомпрессионные) ЭВ;
продольного дутья;
аналогичные предыдущему пункту, с разогревом газа.

механическому контролю;
грузовому управлению;
пружинному;
электромагнитному способу;
пневматическому.

Но практически везде предусмотрен аварийный ручной рычаг.

Панели

• местный переключатель «Включить/Отключить»;

• 3-х позиционный переключатель режима управления «Местное/Дистанционное/ Отключено»;

• несбрасываемый электромеханический счетчик числа срабатываний выключателя;

• механический индикатор взвода пружины, видимый через прозрачную шторку.

• стандартные клеммные колодки зажимного типа, в которых оголенный провод зажимается в клемме между двумя металлическими пластинами;

• блокировка для ручного взвода пружин;

• аппаратура управления — реле, автоматические микровыключатели, контакторы и т.д.;

На внутренней стороне задней дверцы находится отсек для документов с инструкциями по эксплуатации и окончательными вариантами чертежей. Там же закреплена и рукоятка для взвода.

Технические характеристики

Рассмотрим технические характеристики выключателей разных производителей и типов работы.

МЕК SF6 элегазовый пружинный выключатель HD4

Напряжение, кВ	12 … 40,5
Ток, А	630 … 3 600
Аварийный ток, кА	16 … 50

Элегазовый выключатель LTB 145D1/B:

Напряжение, кВ	145
Ток (номинальный/отключения), А/кА	3150/40
Время выключения, мс	25
Бестоковая пауза, мс	300
Привод	Пружинно-моторного типа

Номинально/наибольшее напряжение, кВ	220/252
Аварийный ток, кА	40/50
Рабочий ток, А	2000

ВГБЭП-35 (ВГБ-35, ВГБЭ):

Отключаемый ток, А	630
Содержание элегаза, %	32
Бестоковая пауза, с	0,3
Давление заполнения элегаза при 20° С, МПаабс (кгс/см2)	0.55 (5.5)
Напряжение постоянного тока и переменного, В	220/110-220

Ток, А	630
Климатическое исполнение	УХЛ
Напряжение в трехфазной сети переменного тока, В	От 35 до 1000
Частота, Гц	50

Номинальный ток, А	220
Ток отключения, кА	2500
Напряжение, кВ	250
Число приводов	1

Ток, А	3150
Отключение при, кА	40
Напряжение, кВ	110
Привод	1
Время отключения, мс	62

ВГУ-110 (газовый силовой):

Напряжение, В	110
Ток, А	3150
Отключение, кА	40
Климатическое исполнение	У1
Условия хранения	25 лет при температуре не менее 20 градусов и влажности не более 60 %

Колонковый выключатель GL314 Alstom:

Напряжение, кВ	220
Максимальное напряжение, кВ	240
Рабочий ток, А	4000
Отключение, кА	50
Износостойкость	М2

Генераторные силовые отключающие устройства с пружинным приводом – FKG 2:

Номинальный ток, А	9000
Номинальное напряжение, кВ	24
Отключение, кА	63
Время выключения, мс	60
Управление	Пружинный привод, трехполюсное

Элегазовый компрессионный выключатель фирмы Siemens (Сименс)3AP1FG-245 (для установки нужны фундаменты):

Рабочее напряжение, кВ	220
Отключение	В три периода
Привод	Пружинного типа
Ток, А	4000
Выключение сети при, кА	40

Элегазовые выключатели 110 кв, 220 кв

Конструкция и виды

Фото – высоковольтное оборудование

Колонковые (HPL 245B1, MF 24 Schneider Electric);
Баковые (ABB 242PMR, DT2-550 F3 – производитель Areva).

Автокомпрессионные или воздушные;
Вращающие;
Продольного дутья;
Продольного дутья с дополнительным разогревом элегаза.

Принцип работы и назначение

Достоинства элегазовых выключателей:

Универсальность. Данные выключатели используются для контроля сетей с любым напряжением;
Быстрота действия. Реакции элегаза на наличие электрической дуги происходят за доли секунды, это позволяет обеспечить быстрое аварийное отключение подконтрольной системы;
Подходят для эксплуатации в условиях пожароопасности и вибрации;
Долговечность. Контакты, соприкасающиеся с элегазом, практически не изнашивают, газовые смеси не нуждаются в замене, а у наружной оболочки высокие показатели защиты;
Подходят для отключения переменного и постоянного тока высокого напряжения, в то время, как их аналоги – вакуумные модели не могут использоваться на высоковольтных сетях.

Виды трансформаторов напряжения

Заземляемый
трансформатор напряжения — однофазный
трансформатор напряжения, один конец
первичной обмотки которого должен быть
наглухо заземлён,
или трёхфазный трансформатор напряжения,
нейтраль первичной обмотки которого
должна быть наглухо заземлена
(трансформатор с ослабленной изоляцией
одного из выводов — однофазный ТН
типа ЗНОМ или трёхфазные ТН типа НТМИ
и НАМИ).

Незаземляемый
трансформатор напряжения —
трансформатор напряжения, у которого
все части первичной обмотки, включая
зажимы, изолированы от земли до уровня,
соответствующего классу напряжения.

Каскадный
трансформатор напряжения —
трансформатор напряжения, первичная
обмотка которого разделена на несколько
последовательно соединённых секций,
передача мощности от которых к вторичным
обмоткам осуществляется при помощи
связующих и выравнивающих обмоток.

Ёмкостный
трансформатор напряжения —
трансформатор напряжения,
содержащий ёмкостный
делитель.

Двухобмоточный
трансформатор — трансформатор
напряжения, имеющий одну вторичную
обмотку напряжения.

Трёхобмоточный
трансформатор напряжения —
трансформатор напряжения, имеющий две
вторичные обмотки: основную и
дополнительную.

Подробно об элегазовых выключателях

За счет чего работает элегазовый выключатель большого напряжения? За счет изолированности фаз между собой посредством элегаза. Принцип работы механизма следующий: при поступлении сигнала об отключении электрического оборудования, контакты каждой камеры размыкаются. Встроенные контакты создают электрическую дугу, которая размещается в газовой среде.

Эта среда разделяет газ на отдельные частицы и компоненты, а из-за высокого давления в резервуаре, сама среда снижается. Возможное применение дополнительных компрессоров, если система работает на низком давлении. Тогда компрессоры усиливают давление и образовывают газовое дутье. Также используется шунтирование, применение которого необходимо для выравнивания тока.

Обозначение на схеме ниже указывает расположения каждого элемента в механизме выключателя:

Что касается моделей бакового вида, так в них контроль осуществляется с помощью приводов и трансформаторов. Для чего нужен привод? Его механизм является регулятором и его назначение заключается в том, чтобы включать или выключать электроэнергию и, если необходимо, удерживать дугу на установленном уровне.

Приводы делятся на пружинные и пружинно-гидравлические. Пружинные обладают большой степенью надежности и имеют простой принцип работы: вся работа делается благодаря механическим деталям. Пружина способна под действием специального рычага сжимать и разжиматься, а также фиксироваться на установленном уровне.

Пружинно-гидравлические приводы выключателей дополнительно имеют в конструкции гидравлическую систему управления. Такой привод считается более эффективным и надежным, ведь пружинное устройство может само изменить уровень фиксатора.

Преимущества и минусы элегазовых выключателей

Приборы обладают несомненными плюсами:

универсальность. Их можно ставить в сетях с практически любым напряжением;
неприхотливость — ЭВ работают даже в пожароопасных местах и сейсмоопасных зонах;
скорость срабатывания. Элегаз реагирует на возникновение дуги за доли секунды, благодаря чему происходит почти моментальное обесточивание защищаемых устройств;
долговечность. Газ не изнашивает соприкасающиеся с ним элементы, газовая смесь не деградирует и не нуждается в регулярной замене, а внешняя оболочка ЭВ прочна и хорошо защищает от неблагоприятных воздействий;
работают и с переменным, и с постоянным высоким напряжением. Это выгодно отличает их от не способных функционировать в высоковольтных сетях вакуумных;
взрыво- и пожаробезопасность;
замкнутая рабочая среда — при срабатывании не происходит выхлопа вовне.

Но есть и обусловленные конструкцией недостатки:

высокая стоимость. Элегазовый выключатель просто устроен, но сложен в производстве, синтез газовой смеси также довольно трудоемок и затратен;
нельзя поставить в произвольном месте. Выключатели монтируются только на особый электрический щит или специально подготовленных фундамент;
требовательность к температурным условиям — при низких температурах ЭВ неэффективны (но элегаз можно подогревать);
для обслуживания требуются специфические навыки и оборудование;
система с электромагнитным приводом нуждается в емком аккумуляторе.

Свойства элегаза.

Элегаз (электротехнический газ) представляет собой шестифтористую серу SF6 .
При рабочих давлениях и обычной температуре элегаз — бесцветный, без запаха, не горюч, в 5 раз тяжелее воздуха. Элегаз не стареет, т.е, не меняет своих свойств с течением времени, при электрическом разряде распадается, но быстро рекомбинирует, восстанавливая первоначальную диэлектрическую прочность. При температурах до 1000 К элегаз инертен и нагревостоек, до температур Порядка 500 К химически не активен и не агрессивен по отношению к металлам, литьевой смоле и резинам.
Элегаз является «электроотрицательным» газом. Его молекулы в электрическом поле обладают способностью захватывать электроны, образуя малоподвижные, тяжелые отрицательные ионы. Благодаря этому элегаз обладает высокой электрической прочностью. При давлении 0,23 МПа разрядное напряжение в элегазе равно разрядному напряжению трансформаторного масла. В элегазе при атмосферном давлении может быть погашена дуга с током, в несколько раз превышающим ток, отключаемый в воздухе при том же давлении молекулы элегаза улавливают электроны дугового столба; потеря электронов делает дугу неустойчивой, и она легко гаснет. В струе элегаза, т.е, при газовом дутье, электроны из дугового столба поглощаются еще более интенсивно.
Эксплуатационная способность элегаза улучшается в равномерном поле, поэтому конструкция отдельных элементов выключателя должна обеспечивать наибольшую равномерность и однородность электрического поля.
В неоднородном поле появляются местные перенапряженности электрического поля, которые вызывают коронирующие разряды. Под действием этих разрядов элегаз разлагается, образуя низшие фториды, действующие неблагоприятно на конструкционные материалы, используемые в дугогасящем устройстве. Во избежание разрядов поверхности металлических экранов, выравнивающих поле, должны быть чистыми, гладкими, без заусенцев. Грязь, пыль, металлические частицы на поверхности экранов создают локальную неоднородность поля, ухудшающую электрическую прочность элегазовой изоляции.
Высокая диэлектрическая прочность элегаза обеспечивает высокую степень изоляции при минимальных размерах и расстояниях, а надежное гашение дуги и охлаждаемость элегаза увеличивают отключающую способность выключателей и уменьшают нагрев токоведущих частей. Применение элегаза позволяет при прочих равных условиях увеличить токовую нагрузку на 25 %.
Недостатком элегаза является переход его в жидкое состояние при сравнительно высоких температурах (-40°С), что определяет дополнительные требования к температурному режиму элегазового оборудования в эксплуатации, например, бак элегазового выключателя нагревают до +12С.

Элегазовый выключатель с гашением дуги вращением.

Элегазовые выключатели среднего класса напряжения имеют больше разновидностей, чем вакуумные. Выше мы рассмотрели наиболее распространенный элегазовый компрессионный выключатель. Сейчас рассмотрим принцип действия более нового элегазового выключателя, принцип действия которого радикально отличается от описанного выше выключателя. На рис. 9. представлен элегазовый выключатель с гашением дуги вращением.
При включенном состоянии ток течёт по главному токопроводу, который состоит из верхнего и нижнего токового ввода (1и 14) и из неподвижного дугогасящего контакта и подвижного контакта главного токопровода и дугогасящего контакта (7,10 и 11). После команды отключения привод приводит в действие вал (13), который вращаясь через систему уплотнения, передает механически момент рычагу (12).

1 — верхний токовый ввод.
абсорбирующий материал. корпус из изолирующего материала
точки крепления катушка
главный токовый ввод неподвижный дугогасящий контакт
верхнее кольцо дуги нижнее кольцо дуги
подвижный контакт главного токопровода подвижный дугогасящий контакт
рычаг из изолирующего материала вал с герметизируюииш уплотнением
нижний токовый ввод Рис. 9. Элегазовый выключатель с гашением дуги вращением.

Замкнутый выключатель Разомкнутый главный контакт Период дугогашения Разомкнутый
выключатель Рис. 10. Принцип работы элегазового выключателя с гашением дуги вращением.
Рычаг тянет за собой вниз подвижный контакт главного токопровода, на котором закреплен подвижный дугогасящий контакт. После разрыва главного токопровода дуга начинает гореть между неподвижным и подвижным дугогасящими контактами и переходит между верхним и нижним кольцами дуги. При этом отключаемый ток перераспределяется от главного токопровода на дугогасительный токопровод, протекая через катушку (5) верхнего и нижнего колец дуги . После перераспределения тока от главного токопровода на дугогасительный, под воздействием магнитного поля катушки, дуга начинает вращаться на поверхности колец, выдуваясь и охлаждаясь элегазом. После гашения тока при переходе через нуль дуга полностью гаснет и элегаз восстанавливает изоляционную прочность между верхним и нижним кольцами. Описанный процесс изображен на рис. 10. Гибридной конструкцией вышеописанных, автокомпрессионного и с гашением дуги вращением, элегазовых выключателей является, так называемый, автокомпрессионный элегазовый выключатель с гашением дуги вращением, принцип действия которого приводится на рис 11. Рис. 11. Принцип работы автокомпрессионного элегазового выключателя с гашением дуги вращением.
Из рисунка видно, что при включенном состоянии ток течет через главный токопровод. После команды отключения, в начальный момент, происходит разрыв главного токопровода. При этом неподвижный и подвижный дугогасящие контакты остаются замкнутыми и отключаемый ток перераспределяется от главного токопровода на дугогасительный токопровод протекая через катушку неподвижного дугогасящего контакта, подвижный дугогасящий контакт и через гибкую шину. После расхождения неподвижного и подвижного дугогасящих контактов, между ними загорается дуга, которая под воздействием магнитного поля катушки вращается по поверхности неподвижного и подвижного дугогасящих контактов, выдувается и охлаждается элегазом через подвижный дугогасительный контакт под воздействием избыточного давления дугогасительной камеры. При полном расхождении контактов дуга полностью гаснет и элегаз восстанавливает изоляционную прочность между контактами.