1 ВВ серииВНВ на 500 кВ. 1 резервуар, 2 опорная колонка, 3 экран, 4 модуль ДУ, 5 делитель напряжения

2

3 5. Элегазовые выключатели 5.1. Элегаз среда для электротехнического оборудования Э лектрическая прочность газовой изоляции в однородных или слабо неоднородных полях увеличивается с ростом давления и при определенных условиях может превысить электрическую прочность трансформаторного масла, фарфора и высокого вакуума.

4 Однако лишь некоторые могут удовлетворить требованиям, предъявляемым к электрической изоляции. Например, ССl 4, имеющий в газообразном состоянии электрическую прочность, в 6,3 раза большую, чем воздух, в обычных условиях находится в жидком состоянии.

5 Единственным газом, из известных человечеству, наиболее полно удовлетворяющим все электротехнические требования, является элегаз. Чистый газообразный элегаз совершенно безвреден, химически не активен, не взаимодействует ни с какими материалами, применяемыми в аппаратостроении, обладает повышенной теплоотводящей способностью и является очень хорошей дугогасительной средой. В однородном поле электрическая прочность элегаза в 2,3-2,5 раза выше прочности воздуха.

Основные физические свойства элегаза SF 6 Строение молекулы элегаза

7 При нормальных условиях это бесцветный, не имеющий запаха газ, плотность которого 6,52 кг/м 3 при нормальном атмосферном давлении и температуре 0°С. Он приблизительно в 5 раз тяжелее воздуха. Молекулярная масса элегаза 146,06. В нем содержится 21,95% серы и 78,05% фтора.

8 При атмосферных условиях может находиться только в газообразном или твердом состояниях. При давлении 10 5 Па температура перехода из твердого состояния в газообразное (температура восгонки) равна минус 63,8°С. Температура тройной точки минус 50,8°С. Кривая давления насыщенного пара приведена на рис Из кривой видно, что элегаз можно сжижать давлением. Обычно его транспортируют в жидком состоянии в баллонах.

9 Рис Кривая давления насыщенного пара элегаза Критическая температура элегаза, при которой исчезают различия в физических свойствах между жидкостью и паром, равна плюс 45,6°С.

10 Большая молекулярная масса элегаза и, следовательно, его высокая плотность обусловливает меньшую, чем в воздухе, скорость распространения звука, примерно в 2,4 раза меньше скорости звука в воздухе (с SF6 =138,5 м/с). Это значит, что при прочих равных условиях расход элегаза на гашение дуги в элегазовых выключателях будет значительно меньше, чем расход воздуха в воздушных в воздушных выключателях. Именно это свойство элегаза в значительной мере обусловило возможность создания мощных автопневматических элегазовых выключателей.

11 Удельная теплоемкость элегаза на единицу объема в 3,7 раза больше удельной теплоемкости воздуха. С учетом конвекции теплопередача в элегазе приближается к теплопередаче таких хороших теплоносителей, как гелий и водород.

Сравнение электрической прочности элегаза с прочностью воздуха и масла При решении тех или иных практических задач, и в частности при технико- экономическом обосновании конструктивных вариантов, возникает необходимость сравнить электрическую прочность элегаза с прочностью воздуха и масла.

13 Зависимость пробивного напряжения между электродами диаметром 40 мм, установленных в фарфоровую покрышку диаметром 100 мм от давления для воздуха и элегаза на промышленной частоте представлено на рис Рис Кривые пробивного напряжения элегаза и воздуха при промышленной частоте

14 На рис. 5.4 приведено сравнение пробивных напряжений для масла, воздуха и элегаза системы электродов шар- плоскость (диаметр шара 12,7 мм). Видно, что электрическая прочность элегаза может достигать прочности трансформаторного масла и при относительно низком давлении элегаза.

Гашение дуги в элегазе Существует, по крайней мере, три подхода, которые реализуются при конструировании дугогасительных камер элегазовых выключателей.

16 1) Гашение дуги посредством продувки элегаза через дугогасительную систему электродов. Этот принцип аналогичен гашению дуги в воздушных выключателях. Разница заключается в том, что в воздушных выключателях воздух сбрасывается в атмосферу, в элегазовых выключателях отработанный газ поступает в резервуар низкого давления.

17 2) Автопневматическое гашение дуги. Рис Принцип автопневматическо го гашения дуги

18 Во включенном положении аппарата подвижные главные контакты 1 плотно охватывают неподвижный трубчатый контакт 2. Дугогасительный контакт 3 находится во внутренней полости трубы. При отключении подвижная система, содержащая цилиндр 4, контакты 1 и 3 и камеру 5, опускается вниз. Объем между неподвижным поршнем 6 и дном цилиндра 4 сокращается, давление в этой области повышается. Под действием этого давления возникает дутье, обеспечивающее гашение дуги, возникающей между контактами 2 и 3.

19

20 3) Электромагнитное гашение дуги в элегазе гашение дуги, перемещающейся под действием магнитного поля в неподвижном элегазе. Рис Принципиальная схема устройства с электромагнитным гашением дуги с радиальным магнитным полем

21 Рис Принципиальная схема устройства с электромагнитны м гашением дуги с продольным магнитным полем

22 Рис Элегазовый выключатель с электромагнитным гашением дуги в разные моменты при отключении

Перспективы развития элегазовых выключателей Достоинством всех типов элегазовых выключателей является: простота конструкции, небольшое количество разрывов, малая длительность горения дуги и незначительная энергия, выделяющаяся в дуге.

24 Перечисленные особенности аппаратов обеспечивают удобство их обслуживания, незначительные эксплуатационные расходы и малый износ контактов.

25 В патентной литературе приводятся конструкции выключателей с гашением дуги в жидком элегазе. На рис приведена одна из предлагаемых конструкций. Дугогасительное устройство заключено в металлический резервуар 3, по торцам которого установлены выводы 1. На одном из выводов может быть смонтирован трансформатор тока 2.

26 При отключении сначала размыкаются контакты 10 и 7 и образуется вспомогательная дуга 9, которая разлагает некоторое количество элегаза, вследствие чего в камере 6 к моменту образования главной дуги 5 создается высокое давление. Под действием этого давления, а также давления, возникающего при разложении элегаза дугой 5, горящей между контактами 7 и 4, из камеры 6 происходит интенсивное истечение газовой смеси обеспечивающей гашение дуги 5 при переходе тока через нуль. Отработанный газообразный элегаз сжижается, а продукты разложения (сера и фтор) рекомбинируют, образуя исходный продукт элегаз.

27 В некоторых конструкциях дугогасительной камеры с применением жидкого элегаза предлагается гасить дугу струей жидкого элегаза. Отмечается, что выключатели с жидким элегазом могут иметь отключающую способность в несколько раз большую, чем с газообразным элегазом.

28 В настоящее время энергетики ряда стран ставят задачу создания выключателей, не требующих обслуживания в течение всего периода эксплуатационной жизни выключателя, который равен 25 годам. Считается, что один из подходящих аппаратов с этой точки зрения, является элегазовый выключатель. Наиболее близки к поставленной цели автодутьевые выключатели. В настоящее время ресурс автодутьевого выключателя составляет операций включено-отключено.

29 Наиболее слабым местом оказался механический привод, для нормальной работы которого требуется смазка механизма после 3000 и 6000 операций. Ведутся работы по созданию приводов, работающих без смазки в течение всего срока эксплуатации выключателя.

30 Вторая, не менее важная проблема, утечки элегаза. Эта проблема может быть решена за счет применения современных технологий сварки, улучшения качества используемых материалов. Так фирма "Сименс" в качестве уплотняющих прокладок стала применять неопрен (кремнийорганический каучук), который обеспечивает работу выключателя в течение 5 лет без добавления элегаза. За 5 лет утечка элегаза не превысила 2% общего его количества.

31 В настоящее время в большинстве развитых стран при напряжениях 220 кВ и выше применяются только элегазовые выключатели.