Выключатели высоковольтные токовые характеристики

Разделение автоматических выключателей по время токовым характеристикам

Автоматический выключатель (АВ) – защитное электротехническое устройство, срабатывающее при коротких замыканиях или превышении допустимой нагрузки по сети. Современный рынок заполнен аппаратами немецкого (АВВ, Siemens), французского (Schneider, Legrand), японского (Terasaky), российского (IEK) производства. Они различаются между собой конструкцией, качеством и ценой. Но время токовые характеристики автоматических выключателей от разных изготовителей соответствуют действующим нормам и стандартам. Этот показатель дает возможность подобрать АВ под конкретные условия.

Что показывает время токовая характеристика

В электрических системах при возникновении аварии отключение электропитания следует производить очень быстро, чтобы свести к минимуму негативные последствия. Человек неспособен достаточно быстро отреагировать. Поэтому устанавливаются автоматические выключатели.

Для энергетической сферы существует деление на системы постоянного и переменного напряжения. Оборудование классифицируется на низковольтное (до 1000 В), высоковольтное (более 1000 В). Соответственно применяются различные типы автоматов.

Во всех случаях АВ предназначен для разрывания цепи при различных токовых величинах короткого замыкания (КЗ) и перегрузках. Первые безошибочно отсекаются электромагнитным расцепителем мгновенно. Вторые протекают по цепи определенное время, без каких-либо последствий, а лишь потом сработает тепловая защита.

Современные автоматические защитные аппараты содержат три вида расцепителей:

1. механический – эта ручка предназначена для включения, выключения автомата;
2. электромагнитный – отсекает нагрузку КЗ;
3. тепловой – предохраняет электрические цепи от перегрузки.

Рабочие параметры последних двух определяют время токовые характеристики для автоматических выключателей. Которые показывают зависимость времени отключения аппарата от соотношения между протекающим по нему током и его номинальным значением. Они сложны тем, что требуют графического выражения.

Благодаря тому, что автоматы с одинаковым номиналом имеют различные характеристики срабатывания, при одном и том же токовом значении их можно применять под разные типы нагрузки. Это обеспечивает минимальное число ложных отключений и защищает от токовых перегрузок.

Получается, что время токовая характеристика (ВТХ) показывает:

1. диапазон срабатывания защиты от короткого замыкания (максимально-токовой), который определяется параметрами встроенной электромагнитной катушки;
2. диапазон срабатывания при превышении нагрузки, определяемый встроенной биметаллической пластиной.

Общий вид ВТХ можно представить нижеприведенным графиком. Цифрой 1 отмечен участок срабатывания при определенном токовом соотношении теплового расцепителя, а цифрой 2 – время реакции электромагнитного.

Распространенные виды характеристик

Характеристики срабатывания автоматических выключателей указываются буквами латинского алфавита на их корпусе: А, B, C, D, Z, К. Они показывают на отношение уставки электромагнитного расцепителя к номинальному току данного аппарата, то есть чувствительность.

Рассмотрим их детально в таблице.

Время токовые характеристики АВ типа B, C, D представлены на рисунке.

У автоматических выключателей разные технические характеристики. Правильный выбор автомата по токовой нагрузке и время токовой характеристике позволяет установить защитное устройство, реагирующее на перегрузки сети должным образом. Это избавит от ложных отключений. Для домашних условий оптимальным вариантом будет использование автоматов типа В и С.

ИКВ-01 – Комплекс безразборного контроля высоковольтных выключателей

Комплекс ИКВ-01 предназначен для безразборного контроля всех типов высоковольтных выключателей (воздушных, элегазовых, вакуумных, масляных) на все классы напряжений от 10 до 1050 кВ. Состоит из ПКВ/У3.0, ПУВ-регулятор, МИКО-1.

Основные характеристики ИКВ-01

Комплекс ИКВ-01 состоит из трех приборов, что обеспечивает контроль большинства основных характеристик высоковольтных выключателей.

• Универсальный модифицированный прибор ПКВ/У3.0 ( ноутбук по дополнительному заказу );
• Микроомметра МИКО-1;
• Регулятора постоянного напряжения ПУВ-регулятор.
• Металлическая стойка в комплекс не входит !
  

Область применения комплекса ИКВ-01:

Комплекс ИКВ-01 предназначен для безразборного контроля всех типов высоковольтных выключателей (воздушных, элегазовых, вакуумных, масляных) на все классы напряжений от 6 до 1050 кВ, выведенных в ремонт, либо для профилактического обследования (со снятым высоким напряжением).

Контроль и диагностика с помощью ИКВ-01

Для временных характеристик воздушных выключателей измеряются все паспортные параметры (из-за многочисленности не перечислены), а для прочих типов выключателей – следующие параметры:

Временные характеристики ИКВ-01

Время включения/отключения полюса, собственное время включения/отключения выключателя, разновременность включения между полюсами и разновременность замыкания/размыкания между контактами полюса, время вибрации контактов, длительности командных импульсов, время завода пружинного привода, время работы насоса для восстановления давления в гидроприводе, время восстановления давления воздуха после операций, параметры сложных циклов.

Скоростные характеристики ИКВ-01

Скорость включения/отключения, максимальная скорость, средняя скорость на участке хода, мгновенная скорость в любой точке хода;

полный ход, ход до замыкания/размыкания полюса, ход в контактах (вжим), отскок, перелет, неодновременность по ходу замыкания/размыкания контактов, ход вибрации контактов, а также графики зависимостей: скорости от хода, скорости от времени, хода от времени.

Ток и напряжение

Ток срабатывания выключателя, запас тока срабатывания при данном напряжении на электромагнитах и соленоидах, максимальный ток, ток цепей обогрева привода и полюсов, ток электродвигателя привода, графики зависимости токов от времени, график зависимости напряжения на электромагнитах от времени, просадка напряжения в сети гарантированного электропитания при больших токах соленоидов и электромагнитов.

Проверки при пониженном напряжении

Миминимальное напряжение срабатывания выключателя, временные характеристики выключателя при пониженном напряжении, многократные опробования выключателя

Измерение сопротивлений

Переходные сопротивления контактов и всего токоведущего контура выключателей, разъединителей и отделителей; переходные сопротивления болтовых и сварных соединений проводов, шин и токопроводов и т.п.

Комплекс ИКВ-01 позволяет проверить

• исправность и надежность всех контактных соединений токоведущего контура выключателя;
• исправность, надежность и правильность работы механизма выключателя, контактной системы, демпфирующих устройств;
• исправность, надежность и правильность работы привода выключателя во всех эксплуатационных режимах;
• исправность, надежность и правильность работы цепей управления выключателем во всех эксплуатационных режимах.

Основные функции комплекса ИКВ-01

Комплекс ИКВ-01 измеряет в цифровом виде все временные и скоростные характеристики, характеристики хода, тока и напряжения для всех типов выключателей. Токи измеряются посредством встроенных или выносных шунтов, либо токовых клещей без разрыва цепи. Характеристики скорости и хода измеряются с помощью высокоточных инкрементных датчиков линейного и углового перемещений, имеющихся в комплекте ИКВ-01, или резистивных и контактных штатных датчиков выключателей.

Измерение сопротивлений в цепях проводится МИКО-1 из комплекта комплекса ИКВ-01.

По мере необходимости можно измерять такие параметры, как давление воздуха или жидкости, подключив датчики к соответствующим входам ПКВ/У3.

Все измерения производятся в динамике, при пусках выключателя. Для управления пусками прибор ПКВ/У3 содержит встроенный пульт, позволяющий задавать простые операции и сложные циклы с требуемыми длительностями. Для задания простых операций и сложных циклов с регулировкой выходного напряжения применяется ПКВ-35. Это позволяет проверять работу выключателей при пониженном напряжении. Определение напряжения срабатывания приводов (постоянного тока) выключателей возможно как в ручном режиме, так и автоматически по запрограммированному алгоритму.

Результаты измерений можно просматривать на дисплее ноутбука в цифровом и графическом виде, производить дополнительные курсорные измерения, вводить в базу данных, оформлять в виде протокола испытаний, передавать на принтер и компьютер через порты LPT, RS-232C и Ethernet.

Основные технические характеристики комплекса ИКВ-01

Приведенные цены являются ориентировочными и на момент заказа требуют уточнения

Высоковольтные выключатели постоянного и переменного тока

Высоковольтный выключатель

Высоковольтный выключатель — защитно-коммутационный аппарат, предназначенный для оперативных включений и отключений отдельных цепей или электрооборудования в энергосистеме в нормальных или аварийных режимах при ручном, дистанционном или автоматическом управлении.

Высоковольтный выключатель состоит из: контактной системы с дугогасительным устройством, токоведущих частей, корпуса, изоляционной конструкции и приводного механизма (например, электромагнитный привод, ручной привод).

Выключатели среднего и высокого напряжения (номинальное напряжение 6 — 1150 киловольт) и большим током отключения (до 50 килоампер) используются на электрических станциях и подстанциях. Эти выключатели представляют собой довольно сложную конструкцию, управляемую электромагнитными, пружинными, пневматическими или гидравлическими приводами.

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 ёмкость с маслом, а дуга гасится парами масла, элегазовые выключатели, в которых используется электропрочный газ SF6 — «элегаз», и вакуумные выключатели, в которых гашение дуги происходит в вакууме — в так называемой вакуумной дугогасительной камере (ВДК). Защитная среда одновременно с гашением дуги обеспечивает и диэлектрическую прочность промежутка между контактами в отключенном положении, от чего зависит и величина хода контактов.

Классификация высоковольтных выключателей

По способу гашения дуги

• Элегазовые выключатели (баковые и колонковые);
• Вакуумные выключатели;
• Масляные выключатели (баковые и маломасляные);
• Воздушные выключатели;
• Автогазовые выключатели;
• Электромагнитные выключатели;
• Автопневматические выключатели.

По назначению

• Сетевые выключатели на напряжения от 6 кВ и выше, применяемые в электрических цепях (кроме цепей электрических машин и электротермических установок) и предназначенные для пропускания и коммутирования тока в нормальных условиях работы цепи, а также для пропускания в течение заданного времени и коммутирования тока в заданных ненормальных условиях, таких как условия короткого замыкания.
• Генераторные выключатели на напряжения от 6 до 20 кВ, применяемые в цепях электрических машин (генераторов, синхронных компенсаторов, мощных электродвигателей) и предназначенные для пропускания и коммутаций тока в нормальных условиях, а также в пусковых режимах и при коротких замыканиях. Отличаются, как правило, большими значениями номинального тока (до 10000А) и тока отключения.
• Выключатели на напряжение от 6 до 220 кВ для электротермических установок, применяемые в цепях крупных электротермических установок (например, сталеплавильных, руднотермических и других печей) и предназначенные для пропускания и коммутаций тока в нормальных условиях, а также в различных эксплуатационных режимах и при коротких замыканиях.
• Выключатели нагрузки — выключатели, предназначенные для коммутаций под номинальным током, но не рассчитанные на разрыв сверхтоков. Применяются в сетях 3-10 кВ с изолированной нейтралью для коммутации небольших нагрузок — до нескольких мегавольт-ампер.
• Реклоузеры подвесные секционирующие дистанционно управляемые выключатели, снабжённые защитой и устанавливаемые на опорах воздушных ЛЭП.
• Выключатели специального назначения.

По виду установки

• Опорные, то есть имеющие основную изоляцию на землю опорного типа.
• Подвесные, то есть имеющие основную изоляцию на землю подвесного типа.
• Настенные, то есть укрепленные на стенах закрытых распределительных устройств.
• Выкатные, то есть имеющие приспособления для выкатывания из ячеек распредустройств (для обслуживания, ремонта и для создания т.н. «видимого разрыва» при работах на линиях).
• Встраиваемые в комплектные распределительные устройства (КРУ).

По категориям размещения и климатическому исполнению

• пять категорий размещения (вне и внутри помещений с различными условиями обогрева и вентиляции);
• десять климатических исполнений (У, ХЛ, УХЛ, ТВ, ТС, Т, М, ОМ, В и О) в зависимости от географического места установки.

Общее устройство и принцип действия высоковольтных выключателей

Воздушный выключатель

В воздушных выключателях (ВВ) энергия сжатого воздуха используется и как движущая сила, перемещающая контакты, и как дугогасящая среда. Принцип действия дугогасительного устройства (ВВ) заключается в том, что дуга, образующаяся между контактами, подвергается интенсивному охлаждению потоком сжатого воздуха, вытекающего в атмосферу. При прохождении тока через ноль температура дуги падает и сопротивление промежутка увеличивается. Одновременно происходит механическое разрушение дугового столба и вынос заряженных частиц из промежутка.

Воздушные выключатели конструктивно подразделяются на:

• Выключатель с открытым отделителем
• Выключатель с газонаполненным отделителем
• Выключатель с камерами в баке со сжатым воздухом

Элегазовый силовой выключатель

Изолирующей и гасящей средой выключателей служит гексафторид серы SF6 (элегаз). Выключатели представляют собой трехполюсный аппарат, полюсы которого имеют одну (общую) раму и управляются одним приводом, либо каждый из трех полюсов выключателей имеет собственную раму и управляется своим приводом (выключатель с пополюсным управлением).

Принцип работы аппаратов основан на гашении электрической дуги (возникающей между расходящимися контактами при отключении тока) потоком элегаза.

Источников возникновения потока газа — два:

• 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;
• повышение давления газа в этой же полости вследствие его расширения под действием тепловой энергии самой электрической дуги.

Первый источник превалирует при отключении малых токов, а второй — больших.

Полюс выключателя

Колонковое исполнение. Полюс представляет собой вертикальную колонну, состоящую из двух (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.

Баковое исполнение. Полюс представляет собой металлический цилиндрический бак, на котором установлены два изолятора, образующие высоковольтные вводы выключателя. ДУ в таком выключателе размещено в заземленном металлическом корпусе.

Комбинированное исполнение. 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 представляет значительные трудности, так как процессы, происходящие при гашении электрической дуги, чрезвычайно сложны, недостаточно изучены и обусловливаются многими факторами, предусмотреть которые заранее не всегда представляется возможным. Поэтому окончательная разработка дугогасительного устройства может считаться завершенной лишь после его 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 ко 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.

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 три 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 две 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 два 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.

Требования, предъявляемые к выключателям

Требования, предъявляемые к выключателям, заключаются в следующем:

• надежность в работе и безопасность для окружающих;
• возможно малое время отключения;
• по возможности малые габариты и масса;
• простота монтажа;
• бесшумность работы;
• сравнительно невысокая стоимость.

Применяемые в настоящее время выключатели отвечают перечисленным требованиям в большей или меньшей степени. Однако конструкторы выключателей стремятся к более полному соответствию характеристик выключателей выдвинутым выше требованиям.

Требование надежности является одним из важнейших требований, поскольку от надежности выключателей зависит надежность работы энергосистемы, следовательно, и надежность электроснабжения потребителей. Срок службы выключателя составляет не менее 20 лет.

Требование быстродействия следует понимать как возможно малое время отключения цепи при КЗ. Время отключения исчисляется от момента подачи команды на отключение до погасания дуги во всех полюсах. Приблизительно до 1940г. время отключения выключателей напряжением 110 кВ и выше составляло 8-10 периодов. Позднее это время было уменьшено до 6 и 4 периодов. В настоящее время большая часть выключателей 110 кВ и выше имеют время отключения 2 периода. За рубежом построены однопериодные выключатели (20 мс).

Уменьшение времени отключения КЗ (например, от 4 до 2 периодов) весьма желательно по следующим соображениям:

• увеличивается запас устойчивости параллельной работы станций системы, следовательно, увеличивается пропускная способность линий передачи;
• уменьшаются повреждения изоляторов и проводов линий электрической дугой;
• уменьшается опасность прикосновения к заземленным частям РУ;
• уменьшаются механические напряжения в элементах оборудования, вызванные электродинамическими силами.

Стоимость однопериодных выключателей значительно выше стоимости двухпериодных, однако дополнительные капиталовложения компенсируются увеличением передаваемой мощности по линии. Однопериодные выключатели необходимы также для токоограничивающих устройств, получивших применение в последнее время.

Испытания высоковольтных автоматических выключателей

Испытания высоковольтных выключателей проводятся непосредственно в лаборатории или с выездом на объект заказчика. Проверка выполняется с помощью высокоточного испытательного устройства, срок выполнения и стоимость проверки зависят от размера и сложности электроустановки.

Перед запуском электрической установки в эксплуатацию проводятся пуско-наладочные испытания, в том числе испытание выключателей. Объектами подобных испытаний являются используемые в электроустановке автоматические выключатели, назначение которых – защита распределительных сетей от коротких замыканий, возникающих при перегрузках и повреждениях изоляции.

Принцип работы автоматических выключателей

Стандартный автоматический выключатель для электроустановки состоит из двух частей. Это:

• Электромагнитный (мгновенный) расцепитель, который защищает от токов короткого замыкания и токов перегрузки.
• Электронный (тепловой) расцепитель, который размыкает электрическую цепь в случае прохождения через него токов, превышающих номинальные.

Согласно «Правилам устройства электроустановок» (глава 3.2, пункт 1.8.37) порог срабатывания электромагнитного расцепителя должен быть не более 1,1 верхнего предела тока срабатывания, указанного производителем (1,1Iн). Подтвердить соответствие установленным нормам могут только испытания высоковольтных выключателей, выполненные в условиях электроизмерительной лаборатории «МОСЭНЕРГОТЕСТ».

Стандартные параметры токов электромагнитного (мгновенного) расцепителя следующие:

• 3Iн-5Iн – для автоматических выключателей типа «В».
• 5Iн-10Iн – для автоматических выключателей типа «С».
• 10Iн-20Iн – для автоматических выключателей типа «D»,

где Iн – стандартный ток нагрузки.

Согласно пункту 28.3 «Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей» показатели срабатывания электромагнитного и теплового расцепителя должны соответствовать параметрам, установленным заводом-изготовителем.

Испытания выключателей нагрузки

Испытание выключателей в условиях электроизмерительной лаборатории выполняется на комплексном испытательном устройстве. Проверка порогов срабатывания расцепителей и технических характеристик выключателей выполняется при подключении к сети электропитания. За местом установки выключателя создаётся короткое замыкание, ток и время действия которого плавно увеличивается.

Испытания выключателей 10 кВ с тепловым расцепителем проводятся с целью определения времени срабатывания выключателя в пределах срабатывания теплового расцепителя по временной и токовой характеристикам. Для этого на испытательном устройстве создаётся ток, в три раза больший тока нагрузки (3Iн). Время срабатывания расцепителя должно составлять от 5 до 30 сек.

Проверка высоковольтных выключателей с электромагнитным расцепителем проводится с целью определения времени срабатывания выключателя в пределах срабатывания электромагнитного расцепителя по временной и токовой характеристикам. Для этого на испытательном устройстве задаётся максимальный нагрузочный ток (Iнmax), соответствующий верхним пределам заводских показателей. Измеряемыми величинами при проведении испытаний является величина тока и время отключения при заданном токе. Результаты исследований заносятся в протокол «Испытание автоматических выключателей». Все работы выполняются при температуре –10/+45 оС и влажности воздуха не более 98%.

Объёмы испытаний выключателей

Для электроустановок, смонтированных согласно требованиям «Правил устройства электроустановок» (раздел 6, главы 7.1 и 7.2) предусматривается прогрузка автоматических выключателей вводных и секционных цепей, цепей автоматического пожаротушения, пожарной сигнализации и аварийного освещения, а также выключателей групповых и распределительных сетей (не менее 2%). Для остальных электрических установок предусматривается испытание секционных и вводных выключателей, выключателей автоматического пожаротушения, пожарной сигнализации и аварийного освещения, а также остальных автоматических выключателей (не менее 1%).

В том случае, если во время испытаний обнаруживаются выключатели, не соответствующие требованиям стандартов, выполняется проверка в два раза большего их количества. После окончания испытаний на проверенные выключатели ставится штамп с логотипом лаборатории и словом «ИСПЫТАНО». Этот штамп является подтверждением того, что испытание выключателей прошло успешно и они пригодны к эксплуатации в электроустановках. Штамп с датой проведения проверки может быть поставлен на нижней, верхней или боковой плоскости выключателя. Он делается несмываемой быстросохнущей краской, устойчивой к внешним воздействиям.

Испытания высоковольтных выключателей проводятся непосредственно в лаборатории или с выездом на объект заказчика. Проверка выполняется с помощью высокоточного испытательного устройства, срок выполнения и стоимость проверки зависят от размера и сложности электроустановки.