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 емкость с маслом, а дуга гасится парами масла;
- элегазовые выключатели, в которых используется электропрочный газ SF6 - «элегаз»;
- 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;
- компактность.
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)
Полюс выключателя
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
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.
Давление внутри камеры 0,3 МПа.
Подпитка при возможных утечках происходит из баллона со сжатым элегазом.
Газовая система
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).
Привод
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:
Пружинный привод:
аккумулятором энергии является комплект винтовых цилиндрических пружин,
управляющим органом является кинематическая система рычагов, кулачков и валов.
Пружинно-гидравлический привод:
аккумулятором энергии является комплект тарельчатых пружин,
управляющим органом является гидросистема.
