Масляный выключатель, являясь одним из основных секторов в сфере коммутационного оборудования, по праву считается «ветераном», поскольку используется в распределительных устройствах различного напряжения как на открытых, так и на закрытых объектах.
Главная задача этого устройства — это осуществление переключения отдельных линий как в обычных, так и в непредвиденных условиях электрической сети. В зависимости от ситуации отключение может производиться как автоматически, так и вручную.
Статья рассмотрит разнообразие этих устройств, их классификацию и обозначения. Мы также проанализируем положительные и отрицательные стороны масляных выключателей, их особенности и рекомендации к использованию. Для лучшего усвоения материала будут представлены схемы, таблицы, иллюстрации и тематические видеообзоры.
Краткое содержание статьи
Плюсы и минусы масляных выключателей
Эти аппараты обладают достаточно простой конструкцией и отличной отключающей способностью, не зависящей от атмосферных условий. В случае возникновения неполадок возможно осуществление ремонта. Баковые масляные выключатели идеально подходят для установки на открытом воздухе, однако необходимо учитывать условия монтажа встроенных трансформаторов тока.
Ключевым моментом в их функционировании является скорость размыкания контактов. Бывает, что контакты размыкаются с большой скоростью, и дуга мгновенно достигает критической длины, при этом величина восстанавливающего напряжения может оказаться недостаточной для преодоления межконтактного промежутка.
Баковые выключатели имеют ряд недостатков. Во-первых, они имеют значительный объём масла, что приводит к увеличению их размеров и соответственно габаритов распределительных устройств. Во-вторых, существуют риски, связанные с пожаро- и взрывоопасностью, последствия таких инцидентов могут быть крайне непредсказуемыми.
Необходимо периодически контролировать уровень масла в баке и вводах, а также следить за его качеством. Если в обслуживаемых электросетях используются масляные выключатели, следует предусмотреть специальное масляное хозяйство.
На изображении представлен масляный выключатель ВМГ, который способен отключать любые токи нагрузки и короткого замыкания, включая предельные токи отключения. Данный тип аппаратуры широко применяется на трансформаторных подстанциях.
Классификация выключателей масляных
Применение масляных выключателей началось еще в конце девятнадцатого века, и до середины двадцатого века не существовало других аналогичных устройств для отключения в высоковольтных сетях.
Эти аппараты делятся на две основные категории:
- Баковые, для которых характерно наличие значительного объема масла, служащего как для гашения дуги, так и для изоляции.
- Маломасляные или малообъемные. Название говорит само за себя. В этих выключателях масло требуется только для гашения дуги, так как основную изоляцию обеспечивают диэлектрические элементы.
Баковые типы часто используются в распределительных установках напряжением от 35 до 220 кВ, а маломасляные — до 10 кВ. Приборы маломасляной серии ВМТ также применяются в наружных распределительных устройствах на 110 и 220 кВ.
Принцип гашения дуги в обеих категориях остается одинаковым. При размыкании высоковольтных контактов в выключателе происходит образование дуги, что вызывает быстрое испарение масла и образование газовой оболочки из паров масла и водорода (H2).
Дуговой промежуток очищается благодаря быстрому охлаждению ствола дуги через смешение газов с различной температурой.
В момент появления дуги в зоне контакта температура может достигать порядка 6000°С. В зависимости от назначения выделяются выключатели для внутреннего и наружного применения, а также для комплектных распределительных устройств (КРП).
Вид #1 — оборудование бакового типа
Комутационное оборудование бакового типа может включать один или несколько баков в зависимости от напряжения. При установке на напряжение до 10 кВ может использоваться один бак, в некоторых случаях до 35 кВ, тогда как каждая фаза в мощных установках имеет индивидуальный бак.
Все баковые выключатели имеют схожую компоновку. Стальной бак заполняется маслом и содержит дугогасительные камеры, а периферийные контакты замыкаются с помощью траверсы.
Приводы для баковых и маломасляных выключателей могут быть ручными или автоматическими, основанными на использующихся соленоидах или пружинах. Во втором варианте магнитное свойство соленоида позволяет втягивать металлический сердечник, соединенный с валом выключателя.
При подаче электрического постоянного тока на обмотку соленоида происходит его включение, за счет чего сердечник втягивается, что ведет к повороту вала выключателя.
Специальная защелка удерживает вал в этом положении. Одновременно с включением соленоид задает положение отключающим пружинам, которые, получив специальный электрический импульс, выполнят отключение масляного выключателя.
Процесс отключения осуществляется с помощью второго соленоида, который активирует механизм выбивания защелки. В итоге вал поворачивается под действием пружины, и выключатель отключается. Для работы соленоидного привода необходима аккумуляторная батарея для обеспечения питания постоянным током.
При отсутствии батареи активируется пружинный привод, включение можно осуществить вручную с помощью электродвигателя или за счет мышечной силы. Ручное отключение допустимо для маломощных аппаратов с токами короткого замыкания до 30 кА, где усилие не превышает 25 кг.
Однобаковый МВ с открытой дугой
В некоторых распределительных устройствах устанавливаются баковые выключатели без дугогасительных камер. В этом случае электродуга гасится простым разрывом контактов в маслянном баке. К таким устройствам с открытой дугой относятся отечественные модели ВМБ и ВМЭ, предназначенные для номинального тока 1,25 кА.
Схема ВМЭ-6-200 включает: бак (1), крышку (2), фарфоровые изоляторы (3), неподвижные контакты (4), подвижные контакты (5), траверсу (6), дугогасительные контакты (7), пластины (8), пружину (9) и вал (10).
Символ «Э» указывает на экскаваторный тип, цифра 6 обозначает номинальное напряжение 6 кВ, а 200 — номинальный ток в амперах. Пороговый ток отключения данного выключателя составляет 1,25 кА. Бак выполнен из стали и соединен с крышкой из чугунного литья с помощью болтов, а стенки бака изолированы.
Шесть фарфоровых изоляторов, проходящих через крышку, заканчиваются медными скобами, выполняющими роль неподвижных рабочих контактов. Серия ВМЭ комплектуется ручным маховичным приводом.
На траверсе или контактном мосту находятся подвижные контакты и латунные угольные дугогасительные контакты. Неподвижные дугогасительные контакты представлены медными пластинами с латунными наконечниками и расположены внизу на концах изоляторов. Изолирующая тяга передает движение на подвижные контакты через механическую связь с приводным механизмом.
При повышенном положении траверсы неподвижные контакты замкнуты, пружина для отключения сжата, и масса выключателя активна. Выключатель удерживается с помощью защелки, которая фиксирует его в рабочем положении. В процессе отключения защелка освобождается, пружина разжимается, и траверса стремительно опускается. В результате происходит последовательное размыкание рабочих контактов: 4 и 5, затем 7 и 8.
Такое последовательно размыкание контактов вызывает появление дуги и разложение масла в каждом полюсе выключателя. Давление внутри оболочек 12 достигает 0,5–1 МПа, что стимулирует процесс деионизации. В течение 0,1 секунды дуги гаснут, а оболочки, поднимаясь, оказываются под крышкой, увеличивая объем воздушной подушки.
При наличии всех фаз выключателя в одной емкости масло обеспечивает изоляцию контактов и защиту от корпуса бака, который должен быть заземлен.
Заземление выполняет функцию буфера для снижения силы удара при деионизации. Оптимальная высота воздушной подушки составляет примерно 25% от общего объема. Превышение этой величины может спровоцировать взрыв.
Данные выключатели обладают простотой эксплуатации, имеют относительно невысокую стоимость и удобны для использования на открытых подстанциях. Тем не менее, горячие масляные пары легко воспламеняются даже при контакте с кислородом.
Горение дуги в масляной среде запускает процесс поликонденсации, что ухудшает диэлектрические свойства масла. Бак также может содержать осадок из частиц углерода, что требует периодической ревизии с заменой масла.
Выключатели масляные с дугогасительной камерой
Наличие дугогасительной камеры значительно улучшает отключающую способность и надежность работы масляных выключателей. Она размещается в масле внутри бака. В трехбаковых устройствах каждая фаза находится в отдельном баке.
Изображение одного полюса бакового выключателя в разрезе с дугогасительной камерой С -35 – 630 – 10 указывает на его назначение для установки в РУ 35 кВ и выше, с номинальным током 630,4 кА и номинальной отключающей способностью 10 кА.
Конструкция таких аппаратов представляет собой более сложную систему по сравнению с моделями без дугогасительных камер и включает:
- полюс (1);
- трансформатор тока (2);
- корпус привода (3);
- штангу (4);
- неподвижный контакт (5);
- дугогасительную камеру (6);
- изоляцию (7);
- нагревательный элемент (8);
- устройство для слива масла (9).
В верхней части камеры находится неподвижный контакт, в который при включении проникает движущийся контакт в форме стержня. При отключении стержень выходит из контакта, образуя дугу в камере. Давление, возникающее при этом процессе, значительно превышает параметры выключателей без дугогасительных камер.
Давление в пределах 8-7 МПа снижает диаметр дуги, что способствует повышению пробивной прочности промежутка после того, как ток проходит через нулевую отметку. В результате этот процесс приводит к более быстрому гашению дуги. Как только подвижный контакт выходит из камеры, через отверстие происходит выброс газов, к которому присоединяется часть масла.
Ствол дуги быстро остужается, что приводит к активной деионизации. С увеличением тока повышается эффективность работы дугогасительной камеры. Маломасляные выключатели могут также функционировать как устройства с открытой дугой при отключении малых токов.
Для повышения давления паровой смеси в зоне дуги и ускорения гашения применяют метод интенсивного дутья парового коктейля в область дуги. Различают продольное, поперечное и встречное дутье.
Тип автоматического дутья зависит от конструкции дугогасительной камеры. При продольном дутье вектор смеси паров направлен по оси ствола дуги (фрагмент а). При поперечном дутье поток смеси движется перпендикулярно к столбу дуги или под определённым углом (фрагмент б).
Когда направление потока противоположно вектору движения мобильного контакта с дугой, это называется встречным дутьем. В дугогасительных устройствах нередко используют комбинации этих двух методов.
Процесс гашения дуги в маломасляных выключателях осуществляется в три этапа. На первом (а) выделяется электроэнергия в дуге, что приводит к образованию высокого давления внутри замкнутой оболочки. При выходе смеси из оболочки начинается второй этап (б). Завершающий этап (в) включает удаление оставшихся горячих газов и продуктов распада из камеры.
На финальном этапе камера подготавливается к следующему циклу отключения. Этот этап критически важен для автоматического повторного отключения.
Тип #2 — горшковые или маломасляные выключатели
В закрытых установках горшковые выключатели могут использоваться как генераторные и распределительные устройства, а в открытых — в роли подстанционных и распределительных. В этих выключателях масло не выполняет изоляционные функции; оно необходимо только для гасящих свойств.
Уровень пожаро- и взрывоопасности маломасляных выключателей существенно ниже, чем у масляных с большим объемом. Эти устройства устанавливаются как в открытых распределительных устройствах (ОРУ), так и в закрытых (ЗРУ) на напряжения до 110 кВ. Изолирующую функцию между полюсами и землей выполняют такие диэлектрики, как фарфор, литая смола и стеатит.
Объем масла в этих выключателях составляет всего 3-4% от общего объема полюса. Небольшой объем масла, легкость и компактные размеры являются значительными преимуществами данного оборудования. Тем не менее, их применение ограничено в тех узлах системы, где не предъявляют высоких требований к выключателям.
Эти ограничения объясняются сильной зависимостью отключающей способности от отключаемого тока и непригодностью конструкции для работы в условиях частых отключений.
Кроме того, возникают сложности при реализации многократных быстродействующих автоматических отключений. В маломасляных выключателях применяют различные типы масляного дутья: поперечное, продольное, смешанное. Специалисты считают наиболее эффективным поперечное дутье.
В выключателях этого типа, предназначенных для ЗРУ, контакты размещены в стальном резервуаре, в то время как маломасляные выключатели в напряжении 35 кВ и выше имеют порцелановую оболочку. Более распространённы подвесные устройства на 6-10 кВ, чья конструкция фиксируется на общей раме для всех полюсов. У каждого полюса имеется дугогасительная камера, рассчитанная на один разрыв контактов, а при высоких напряжениях — на два и более.
Конструкция маломасляных выключателей включает подвижный и неподвижный контакты (1 и 3), дугогасительную камеру (2) и рабочие контакты (4).
На схеме представлены выключатели ВМП, ВМГ, МГ, предназначенные для работы при напряжении до 20 кВ. Отличительной чертой конструкций для больших токов является размещение рабочих контактов снаружи, в то время как дугогасительные элементы находятся внутри бачка.
Выключатели серии ВМП часто применяются в замкнутых установках и в комплектных распределительных устройствах на 6-10 кВ. В таких устройствах широко используют выключатели серии ВК, оснастённые встроенным электромагнитным или пружинным приводом, и предназначенные для отключающих токов 20-31,5 кА и номинальных значений тока от 630 до 3150 А.
Колонковые выключатели, специально изготовленные для комплектации КРУ, обладают выдвижной конструкцией. В установках напряжением 35 кВ используют колонковые выключатели серий ВМК и ВМУЭ. Распределительные устройства на 110 и 220 кВ оснащены выключателями ВМТ, которые имеют сварную основу с тремя полюсами. Управление осуществляется с помощью пружинного привода.
На фотографии представлен выключатель ВМТ-110. На изображении слева показаны его составляющие: пружинный привод (1), опорный изолятор полюса выключателя (2), устройство для гашения дуги (3), основание (4), управляющий механизм (5).
С правой стороны фотографии показан модуль, в котором: 1 — токоотвод, 2 — подвижный контакт, соединённый с токоотводом через токосъёмные устройства; номером 3 обозначена дугогасительная камера, 5 — неподвижный контакт. Все перечисленные части расположены в фарфоровом изоляторе (4). Внутри него находится трансформаторное масло, а сверху предусмотрен колпак (6).
К колпаку прикреплён манометр, позволяющий контролировать давление в модуле. Кроме того, на крышке имеется узел для заполнения сжимаемым газом, автоматический выпускной клапан, а также указатель уровня масла (8). Мобильный контакт и управляющее устройство связаны изоляционными тягами.
Конструкция полюсов одинакова для всей серии выключателей. В бачках маломасляных выключателей для токовых значений от 630 до 1600 А находится 5,5 кг масла, а для токов свыше 1600 А и до 3150 А – 8 кг масла.
Для повышения надёжности некоторых выключателей дополнительно включают элементы управления и защиты:
- отключающие электромагниты;
- реле, работающие мгновенно и с задержкой при пороговом токе;
- реле минимального напряжения;
- дополнительные контакты.
В зависимости от схемы компоновки бывают маломасляные выключатели с нижним и верхним положением дугогасительной камеры. В первом случае подвижный контакт движется сверху вниз, во втором – наоборот. У верхних конструкции отключающая способность выше.
Маркировка масляных выключателей
Декодирование маркировки, нанесенной производителем на масляный выключатель, поможет ознакомиться с важными сведениями о нем. Рассмотрим маркировку выключателя ВМГ-133. Первый символ «В» указывает на то, что это выключатель.
На диаграмме представлена структура условного обозначения высоковольтных выключателей, включая масляные устройства.
Второй символ «М» обозначает тип выключателя, в данном случае — маломасляный. Буква «Г» указывает на принадлежность к конкретному типу — горшковый. 133 обозначает серию МВ.
Правила эксплуатации МВ
Персонал по ремонту, оперативные работники и специалисты, занимающиеся обслуживанием и эксплуатацией масляных выключателей, должны быть знакомы с соответствующими инструкциями, устройством и принципом работы оборудования.
Работники, отвечающие за обслуживание маломасляных выключателей, во время их эксплуатации должны контролировать следующие параметры:
- Текущие значения напряжения и нагрузки. Они не должны превышать предельные значения, указанные в таблицах.
- Высоту масляного столба в полюсах и отсутствие утечек масла.
- Наличие смазки на движущихся частях. Если смазка загрязнена или слишком густая, это может привести к заеданию контактов.
- Уровень загрязнённости помещений, где находятся распределительные устройства.
- Соответствие механических характеристик используемых выключателей установленным нормам.
После каждого отключения из-за короткого замыкания необходимо проводить осмотр оборудования. Информация об отключениях фиксируется в специальном журнале. Также следует иметь журнал, в который заносятся данные о выявленных неисправностях, возникших в процессе работы устройства. Выключатель, отключившийся по причине короткого замыкания, подлежит обязательному осмотру.
Необходимо проверить, нет ли утечек масла. Если они имеются в значительных объемах, это указывает на нештатное отключение из-за короткого замыкания. В таком случае оборудование необходимо вывести из эксплуатации и осмотреть. Если масло потемнело, потребуется его замена. Вязкость масла, увеличивающаяся при снижении температуры, негативно сказывается на скорости размыкания.
Иногда становится необходимым заменить старую смазку на новую во время ремонта: ЦИАТИМ-221, ГОИ-54 или ЦИАТИМ-201.
В таблице представлены технические характеристики масляных выключателей. Если реальные значения не совпадают с заводскими, корректировку необходимо производить повторно.
После вывода выключателя из эксплуатации стоит тщательно проверить опорные изоляторы, тяги и изоляцию баков на наличие трещин. Сильно загрязнённую изоляцию следует очистить. Необходимость внепланового ремонта может возникнуть после определённого количества коротких замыканий.
Периодический осмотр (ПО) проводится ежемесячно. В ходе него необходимо обращать внимание на уровень нагрева выключателя. Текущий ремонт (ТР) выполняется раз в год. Он включает проверку и устранение неисправностей крепежа, кинематики привода, уровня масла и уплотнений. Также следует проверять целостность изоляционных деталей.
Спустя 3-4 года после капитального ремонта проводится средний ремонт (СР). Он включает все работы текущего ремонта, а также измерение переходного сопротивления полюсов и проверку механических и скоростных характеристик.
При обнаружении несоответствия контрольных характеристик с табличными данными, выключатель разбирают для регулировки и полного комплекса высоковольтных испытаний.
При проведении внепланового ремонта стараются максимально сохранить предыдущие настройки. Поэтому разборка выключателя осуществляется только в минимально необходимом объеме. Обычно капитальный ремонт требуется каждые 6-8 лет. В рамках такого ремонта выполняется комплексное обследование, демонтируются цилиндры с рамы, отключаются шины, производится ремонт привода, устройств дугогасения и блок-контактов.
После завершения всех работ выполняется настройка, покраска, подсоединяются шины и проводятся испытания. Все этапы ремонта сопровождаются документированием.
Кроме масляных выключателей, в высоковольтных сетях применяются и другие типы отключающих устройств, такие как элегазовые и вакуумные. На нашем сайте вы можете найти статьи, в которых подробно рассматриваются характеристики и конструкции этих выключателей, а также их особенности в эксплуатации:
- Вакуумные выключатели: устройство и принцип работы + советы по выбору и подключению
- Элегазовые выключатели: рекомендации по выбору и правила подключения
Выводы и полезное видео по теме
Структура, виды, цель и использование масляных выключателей:
Подробная информация о ВМП-10:
Масляные выключатели полностью соответствуют основным требованиям, предъявляемым к оборудованию, работающему под высоким напряжением. Они обеспечивают высокую безопасность, надежность, позволяют быстро отключать цепь и отличаются простотой монтажа. Тем не менее, производители продолжают работать над совершенствованием этих устройств, пытаясь обеспечить еще более высокие стандарты для масляных выключателей.
Если у вас есть знания о масляных выключателях и вы хотите дополнить представленную информацию полезными данными, заметили ошибки или несоответствия, либо же у вас остались вопросы по данной теме, пожалуйста, сообщите нам об этом в комментариях под статьей — мы будем вам признательны.
