Spkb-optics.ru

СПКБ Оптик
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принцип гашения дуги выключателях нагрузки

Выключатели нагрузки ВНА, ВНР и ВНВР на 10 кВ

Выключатели нагрузки — это аппараты, служащие только для включения и отключения номинальных токов установки. Отключение токов короткого замыкания и перегрузок производит высоковольтный предохранитель, включенный с выключателем нагрузки последовательно.

Выключатели нагрузки применяются в комплектных трансформаторных подстанциях КТП и шкафах комплектных распределительных устройств КРУ, в том числе, в камерах сборных одностороннего обслуживания (ячейках КСО).

Выключатель нагрузки имеет дугогасительное устройство, рассчитанное на коммутацию номинальных токов и токов холостого хода трансформаторов и ЛЭП. Гашение дуги в автогазовом дугогасительном устройстве выключателей нагрузки осуществляется потоком газов, выделяющихся из стенок дугогасящей камеры при воздействии на них гасимой дуги.

По уровню допускаемых коммутационных токов выключатели нагрузки занимают промежуточное положение между разъединителями, для которых коммутации под нагрузкой запрещены (как исключение допускается включение на холостой ход линий трансформаторов) и выключателями (вакуумными, воздушными, электромагнитными, элегазовыми), которые способны отключать без повреждения как номинальные нагрузочные токи, так и токи при аварийных режимах.

Выключатели со встроенными предохранителями служит для защиты силовых трансформаторов, воздушных и кабельных линий от токов перегрузки и короткого замыкания.

Выключатели нагрузки ВНА и ВНР имеют конструктивные различия. Оба вида выключателей включаются и отключаются при помощи ручных приводов и мускульной силы оператора, но скорость включения и отключения выключателя ВНА не зависит от скорости оперирования приводом, а включение выключателя ВНР зависит от скорости работы оператора.

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.

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.

Выключатель нагрузки: для чего нужен?

Что такое выключатель нагрузки?

По виду выключатель нагрузки (ВН) практически не отличается от обычного автомата, но имеет особое назначение в мире электрики. В то время как автоматические выключатели призваны защищать электропроводку от токов короткого замыкания и перегрузок электросети, ВН выполняет функцию принудительного включения или отключения подачи электричества. Выключатель нагрузки — высоковольтный коммутационный аппарат, выполняющий функцию соединения токов трехфазной электросети в номинальном режиме.

Читать еще:  Дифференциальные защитные автоматические выключатели

Контакты ВН гораздо толще автоматических и предназначены для безопасного отключения электросети под нагрузкой. Если вы будете использовать для регулярного включения-выключения автоматы, то эти действия могут быстро привести к слипанию или разрушению силовых контактов, а, как следствие, и к поломке электроприборов. Устройством ВН не предусмотрено аварийное отключение токов, поэтому монтировать его следует вместе с предохранителями от короткого замыкания и перегрузки.

Виды ВН

По количеству полюсов. Ваш выбор будет зависеть от количества фаз в вашей сети и требуется ли рвать ноль при отключении. Есть 4 вида:

Также можно сгруппировать все ВН по принципу гашения дуги:

Вакуумные — из названия понятно, что принцип заключается в отсутствии распространения дуги в условиях вакуума. Стабильный и эффективный вид, но к минусам можно отнести дороговизну.

Автопневматические — в момент отключения тока сжимание воздуха гасит элетрическую дугу.

Автогазовые — в камере гашения тока вырабатывается газ и под его воздействием происходит гашения дуги.

Элегазовые — эта группа приборов работает по одному принципу с автогазовыми, но для подавления дуги используется шестифтористая сера, а не воздух.

Электромагнитные — электромагнитное поле меняет направление электрической дуги.

По конструкции аппараты можно разгруппировать на:

Еще раз следует отметить, что данное устройство не работает в автоматическом режиме. Для размыкания и смыкания цепи необходимо будет человеческое вмешательство, следовательно при использовании выключателя нагрузки необходимо дополнительно защищать автоматом.

Принцип работы выключателя нагрузки

Подробнее остановимся на принципе действия выключателя нагрузки. Визуально и конструктивно устройство очень похоже на обычных разъединитель, разница только в том, что у ВН есть специальное устройство для гашения электродуги.

В момент отключения первыми размыкаются обычные контакты, а после них дугогасительные. Электрическая дуга, образовавшаяся в момент разрыва контактов попадает прямиком дугогасительную камеру, в которой успешно нейтрализуется за несколько миллисекунд различными способами. Либо она попадает в вакуум, либо гасится выделяющимися в камере газами.

Контакты автоматов защиты

После срабатывания, то есть нештатной ситуации, прибор способен возвратиться к нормальному режиму функционирования. Потому вводится параметр – максимальный ток расцепления. Это гигантское число, недостижимое в бытовой реальности, показывающее некий предел, ниже которого автомат защиты останется целым, не сгорит и не расплавится. Отмечаются конструктивные особенности:

Конструкция защитного устройства

  1. Для номинальных токов ниже 200 А токонесущая часть состоит из одинарных контактов. Сюда уложится даже обладатель небольшого поместья: потребляемая мощность приборов составит 44 кВт. Для административного здания уже маловато, если вспомнить, что созданы электрические котлы на 100 и более кВт.
  2. Перекатывающиеся контакты имеют Г или Т-образную форму со скруглённой вершиной. В момент замыкания и размыкания дуга возникает и гаснет на боковине. А рабочая площадь, используемая в штатном режиме, разрушительными процессами не затрагивается. В результате срок службы изделия намного повышается.
  3. Типовым решением сбережения поверхности рабочей поверхности от подгорания становится применение дугогасительных контактов. Цепь разрывается в два этапа. Вначале выходят из взаимодействия друг с другом главные контакты. Когда процесс завершён, начинается образование разряда. Но дуга горит между защитными контактами, там образуется нагар. Рабочая поверхность не страдает.
  4. Торцевые контакты несимметричные. Один имеет вид трубы, второй напоминает гриб, шляпка которого подпружинена и покачивается для лучшего соприкосновение обеих поверхностей. В результате нивелируются износ и несоосность. Вдобавок увеличивается площадь контакта.

От площади контактов почти не зависит сопротивление, но сильно изменяются условия работы. К примеру, массивные поверхности позволяют пропустить больший ток. Наиболее охотно в качестве проводящих материалов используются медь и сплавы. Для снижения уровня окислительных процессов применяются лужение оловом и защитные серебряные прокладки. Периодически применяются алюминий и сталь. Они защищаются от коррозии, соответственно, слоем цинка и кадмия. Но самыми прочными признаны вольфрамовые контакты, допускающие нагрев до высоких температур.

Читать еще:  Автоматический выключатель формат dwg

Контакты на автомате защиты

Тем, где необходима высокая точность, но значительные токи отсутствуют, используют серебро, платину и никель. Плёнка AgO быстро покрывает металл характеризуясь замечательной электропроводностью. Платина не окисляется вовсе.

В момент размыкания и замыкания контактов возникают вибрации вызванные сильными изменения электромагнитного поля. Многочисленные скачки тока вызывают неоднородное искрение. Вибрации заставляют контакты соударяться и приводят в негодность рабочую поверхность, являясь одним из ограничивающих факторов срока службы автомата защиты.

Отличия от автоматического выключателя

В домашних условиях часто используются другие устройства – автоматические дифференциальные выключатели. Их устанавливают на различные бытовые приборы для защиты от скачков напряжения. Они могут обесточить помещение при необходимости, защитить токоприемники и проводку от агрессивного воздействия высоких токов. Автоматические выключатели не подходят для частых отключений и выключений. Это может привести к быстрому износу модуля и выгоранию рабочего ресурса, после чего устройство придется менять. Для таких целей рекомендуется использовать модульные выключатели нагрузки. Коммутаторы ввода обеспечивают высокую безопасность распределительных щитов, бесперебойную подачу электричества, удобство размыкания цепи. Оптимальным вариантом является использование переключателя нагрузки и автомата одновременно. Тогда повышается безопасность электросети.

Главным отличием от автомата является невозможность работы в автоматическом режиме. Для переключения требуется внешнее вмешательство – ручное или дистанционное. Автомат срабатывает при достижении предельного тока. Также приборы могут отличаться по маркировке и внешнему виду.

Виды выключателей нагрузки

По способу приведения в действие эти устройства делятся на три группы:

  1. Первая – выключатели с ручным приводом. Их обозначают аббревиатурой ВНР (выключатель нагрузки с ручным приводом).
  2. Вторая – с пружинным приводом автогазовые. Обозначаются они ВНА, и включение их осуществляется с помощью рычага. А отключение – взведенным пружинным приводом.
  3. И третий вид – с пружинным приводом и плавкими предохранителями. Этот тип обозначается как ВНП. Его особенность заключается в том, что он может работать как защита от КЗ благодаря размещенным на его раме плавким вставкам и механизму отключения при их перегорании.

Дугогасительные камеры

Сфера применения дугогасительных камер

  • автоматические выключатели;
  • выключатели-разъединители (они же рубильники, выключатели нагрузки);
  • контакторы (включены в пускатели);
  • иные малоизвестные устройства (например, электромагнитное реле, контролёры).

Само название «дугогасительная камера» несёт однозначную информацию про её назначение. Представляет собой выделенный объём в непосредственной близости от контактов, в котором эффективно и кратковременно гаснет электрическая дуга.

Фотографии электротехники и дугогасительных устройств:

Дугогасительные камеры автоматического выключателя АП50Б на 1,6 ампера, встроенные на его крышке
Деионная решётка, снятая с трёхполюсного автоматического выключателя АЕ 2056 на 125 ампер
Фотография промышленного автоматического выключателя ВА 57-35 на 100 ампер со скрученной лицевой крышкой, вверху слева снята дугогасительная камера
Снизу на фотографии просматриваются дугогасительные камеры («окружают» главные контакты) селективного автоматического выключателя ВА 55-41 на номинальный ток 1000 ампер
Дугогасительная камера реверсивного выключателя-разъединителя ВР32-39 на 630 ампер и фотография самого аппарата рядом

Опасности связанные с горением дуги

  • проведение электрической энергии на участки, которые при нормальной работе не проводят ток;
  • ускоренное выгорание материала главных контактов (коммутационный износ);
  • воздействие высоких температур, которые могут привести к возгоранию.
Читать еще:  Как через выключатель пропустить провод

Устройство или конструкция дугогасительной камеры

  • веерообразно укреплены на изоляционном основании ;
  • электрически не связаны друг с другом;
  • имеют V-образный вырез .
  • является проводником электрического тока;
  • имеет высокую теплопроводность (большую теплоёмкость).

Дополнительно пластины могут покрывать слоем меди или хрома, что приводит к повышению электропроводимости и стойкости к появлению окислов.

Пластины закрепляют веером, чтобы при движении дуги вызывалось её удлинение.

Изоляционным основанием является электротехнический картон либо термостойкий пластик.

V-образный вырез необходим для увеличения зоны захвата. В этом вырезе перемещается подвижный контакт (следовательно, форма выреза пропорциональна облику контакта).

Замедленная съёмка гашения электрической дуги в модульном выключателе ABB:

Процессы на деионной решётке

  • света;
  • рентгеновских лучей;
  • электрического поля;
  • высокой температуры.

При горении электрической дуги решающим фактором является увеличенная температура, которая запускает механизмы термической ионизации.
Она сопровождается свечением всего объема, в котором появляются ионизированные газы. Большое скопление ионов ведёт к возникновению хорошей проводимости, сравнимой с электрическими свойствами самого проводника. Пары меди, испаряющиеся с поверхности контактов, поддерживают горение.

То есть для успешного гашения снижают температуру в стволе дуги с помощью:

  • её разбиения на несколько мелких дуг (пластины в камере имеют скруглённые кромки, которые приводят к рассечению);
  • её удлинения (пластины расходятся веером);
  • отбиранием тепловой энергии материалом пластин (дуга контактирует с металлом и охлаждается).

Электрическая дуга заходит на кромки стальных пластин, так как старается проходить по участкам с наименьшим электрическим сопротивлением. Минимальное сопротивление именно на деионной решётке, поэтому она втягивается в зазоры, тем самым рассекаясь, и гаситься при переходе переменного напряжения через ноль.

Дополнительная информация

Аппараты, в которых вмонтированы дугогасительные камеры, коммутируют активные, смешанные активные и индуктивные нагрузки, включая умеренные перегрузки, и цепи с высокими индуктивными нагрузками.

Для обеспечения большей эффективности гашения, конструктивно некоторые дугогасительные устройства:

  • снабжают магнитным дутьём (монтируют магнит с постоянным электромагнитным полем или встраивают дополнительную катушку);
  • изготавливают в закрытой камере, стенки которой под действием температуры выделяют газ, а он создаёт избыточное давление;
  • изготавливают в камере с вакуумом (нет вещества для порождения ионов);
  • снабжают дополнительным элементом из полупроводника, который вводят в промежуток между расходящимися контактами;
  • работают совместно с главными контактами, гарантирующими двойной разрыв цепи (молниеносно возрастает расстояние между катодом и анодом).

В частности для автоматических выключателей, на выходе из дугогасительных камер устанавливают искрогасители. Выброс разогретых коммутационных газов производится через них. В близости от зоны выброса не должны располагаться горючие материалы, кроме того нормируется минимальное расстояние до ближайших металлических частей.

Если разъединитель не снабжён дугогасительными камерами, и служит для пропускания тока и разъединения электрической сети без нагрузки, рядом с его рукояткой, в случае проведения ремонтных либо профилактических работ, следует предусматривать надпись «Не отключать под нагрузкой» и обеспечить её видимость. Когда такие устройства монтируют в низковольтных комплектных устройствах, то для исключения непреднамеренного (случайного) воздействия на рукоятку персоналом (человеческий фактор, который может привести к авариям и пожарам), используют съёмную рукоятку.

Выключатели нагрузки характеризуются тремя важными параметрами:

  • номинальным напряжением;
  • током термической стойкости;
  • номинальным током ВН.

Другие параметры учитываются исходя из условий расположения, желаемого способа коммутации и выбора типа исполнения.

В качестве примера приводим таблицу параметров для ВН:

Тип
изделия
U ном,
кВ
Тип
предохранителя
I ном. предохранителя, кА
максимальный ток, кА
Масса
(без привода),
кг

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector