Воздушный выключатель относится к категории коммутационных аппаратов, при помощи которых коммутируется, то есть замыкается и размыкается цепь электрического тока. Коммутационные аппараты разделяются по величине напряжения:
- Аппараты до 1000 В (или до 1 кВ);
- Аппараты выше 1000 В (выше 1 кВ).
Для коммутации цепей напряжением менее 1 кВ используются рубильники, пускатели, тумблеры и другие варианты переключателей, причем, наряду с автоматическими механизмами встречаются рубильники с ручным приводом несложных конструкций. Размыкание цепей высокого напряжения производится специальными выключателями, рассчитанными на работу при напряжениях до 220 кВ.
Особенности коммутации высоковольтных цепей
При размыкании электрической высоковольтной цепи возникает мощный разряд в виде электродуги. Для образования дуги вполне достаточно напряжения на контактах порядка 10 В при токе силой 0,1 А. Но когда происходит размыкание цепи напряжением свыше 100 кВ при большом токе, температура внутри дуги может превысить 15 тысяч градусов Ц, от которой расплавятся токоведущие части, контакты и несущие элементы конструкции.
Электрическая дуга в мощных силовых цепях представляет повышенную опасность, ее длина при напряжениях, превышающих 110 кВ, достигает нескольких метров.
Поэтому в число задач коммутационных устройств высокого напряжения входит не только механическое размыкание контактов, но погашение возникающей при этом дуги, чтобы обеспечить полноценное отключение элементов обслуживаемой цепи без повреждения коммутационного аппарата.
Процессы гашения дуги при переменном и постоянном токе протекают различным образом. При размыкании цепи переменного тока выделение энергии периодически прекращается, дуга может самопроизвольно погаснуть, затем снова загореться.
Способы погашения электродуги в выключателях высокого напряжения
Выключателем высокого напряжения является коммутационный аппарат, предназначенный для включения/отключения нагрузочных токов, токов короткого замыкания погашения электрической дуги, при этом возникающей между контактами. Поэтому главным элементов конструкции выключателя считается дугогасительная камера, в которой необходимо погасить электрическую дугу, возникающую при расхождении контактов в процессе разрыва силовой цепи.
В зависимости от химсостава и фазового состояния среды, в которой происходит гашение дуги, происходит разделение приборов на следующие конструктивные модели:
- Вакуумные выключатели, в которых дуга сама гаснет, поскольку вакуум горение не поддерживает;
- Воздушные выключатели высокого напряжения (для напряжения 110 кВ и выше), гасящие дугу сжатой воздушной струей под давлением 8-20 кГс/ кв. см;
- Масляные выключатели;
- Элегазовые выключатели, заполняемые элегазом (фтористым соединением серы).
Использование сжатого воздуха в воздушных выключателях
Сжатый воздух способен эффективно гасить электрическую дугу путем воздействия потоков воздуха с максимально возможными скоростями на дуговой канал. У сжатого воздуха высокая теплопроводность, поэтому при обтекании дуги с большой скоростью происходит ее охлаждение.
Параллельно обеспечивается деионизация дугового столба. А поскольку сжатый под высоким давлением воздух обладает к тому же значительной электрической прочностью, электрическая прочность промежутка нарастает с высокой скоростью. Конструкция воздушного выключателя включает в себя дугогасительное устройство, в соплах (дутьевых каналах) которого происходит процесс гашения дуги. Дуговой столб, образовавшийся на разомкнутых контактах, под действием интенсивного потока воздуха вытягивается и перемещается в сопла для погашения.
Для успешного выполнения своего предназначения воздушный выключатель должен дополнительно оснащаться:
- Компрессором для создания сжатого воздуха;
- Системой пневмопроводов для подачи сжатого воздуха;
- Ресивером для хранения сжатого воздуха.
Тепловизионный контроль воздушных выключателей
В соответствии со сложившейся практикой современного диагностирования электрооборудования неразрушающими методами и на основании требований РД 34.45-51.300-97 « Объем и нормы испытаний электрооборудования» проводится тепловизионная диагностика воздушного выключателя.
Методы ИК-диагностики способны выявить следующие дефекты и неисправности воздушных выключателей:
- Неплотное касание контактов камеры;
- Заедание Z-образных контактов;
- Недостаточную затяжку соединений механизмов контактов.
По результатам измерения температур производится оценка следующих параметров:
- Одновременность размыкания контактов дугогасительных камер;
- Определение фазы, в которой процесс гашения электродуги носит более затяжной характер по сравнению с другими фазами.
При выявлении местоположения дефекта полученные данные позволяют оценить характер его развития и определиться с мерами по его устранению.
Воздушные выключатели уже полвека находятся на вооружении энергетиков. Благодаря высокой ремонтопригодности оборудования воздушные выключатели показали себя надежной коммутационной системой, способной работать в любых погодных условиях.
