Высоковольтные выключатели: назначение, виды и основные параметры выбора
Высоковольтный выключатель — один из основных коммутационных аппаратов электрической подстанции или распределительного устройства. Он предназначен для включения и отключения электрической цепи как в нормальном рабочем режиме, так и при возникновении аварийных токов.
В отличие от разъединителя, высоковольтный выключатель способен отключать ток нагрузки и ток короткого замыкания. Именно поэтому такие аппараты работают совместно с устройствами релейной защиты и автоматики.
При возникновении повреждения РЗА фиксирует ненормальный режим и подает команду на отключение. Выключатель размыкает цепь и изолирует поврежденный участок от остальной энергосистемы.
Где применяются высоковольтные выключатели
Выключатели устанавливаются на электростанциях, промышленных предприятиях, распределительных пунктах, трансформаторных подстанциях, а также в составе ОРУ и КРУЭ.
В зависимости от проекта они могут применяться для коммутации линий электропередачи, силовых трансформаторов, шин, реакторов и других присоединений.
Для оборудования 6–35 кВ широко используются вакуумные выключатели. В сетях 110, 220, 500 кВ и выше применяются аппараты, рассчитанные на соответствующие уровни напряжения и токи короткого замыкания.
Основное назначение выключателя
Главная задача аппарата — безопасно разорвать электрическую цепь при наличии тока.
В момент размыкания контактов между ними возникает электрическая дуга. Конструкция выключателя должна обеспечить ее быстрое гашение и восстановление электрической прочности изоляционного промежутка.
От характеристик дугогасительной системы зависит способность аппарата отключать значительные токи без повреждения оборудования.
Какие операции выполняет выключатель
В процессе эксплуатации высоковольтный выключатель выполняет несколько основных функций:
- включение и отключение рабочих токов;
- отключение токов короткого замыкания;
- автоматическое отключение по команде релейной защиты;
- выполнение повторных коммутационных операций;
- секционирование отдельных участков электрической сети.
Конкретные требования к аппарату определяются схемой подстанции и характеристиками присоединения.
Основные виды высоковольтных выключателей
Высоковольтные выключатели различаются прежде всего способом гашения электрической дуги.
Вакуумные выключатели
В вакуумных выключателях размыкание контактов происходит внутри герметичной вакуумной камеры.
Такие аппараты получили широкое распространение в распределительных сетях среднего напряжения благодаря компактности, высокой механической и коммутационной стойкости и относительно небольшим требованиям к обслуживанию.
Вакуумные выключатели часто входят в состав КРУ, КРУН и других распределительных устройств 6–10–20–35 кВ.
Элегазовые выключатели
В элегазовых выключателях в качестве изоляционной и дугогасительной среды применяется газовая система на основе SF6.
Такое оборудование широко использовалось и продолжает применяться на подстанциях высокого и сверхвысокого напряжения. Элегаз позволяет создавать компактные аппараты с высокой отключающей способностью.
При выборе необходимо учитывать требования по эксплуатации, контролю состояния газовой среды и действующие экологические ограничения, предусмотренные для конкретного проекта.
Баковые и колонковые выключатели
По конструкции высоковольтные выключатели также могут быть баковыми и колонковыми.
У баковых моделей коммутационные элементы размещаются внутри заземленного корпуса. Колонковые выключатели имеют изоляционные колонны, внутри которых расположены основные элементы дугогасительной системы.
Выбор конструкции зависит от класса напряжения, схемы подстанции, климатических условий и требований заказчика.
Какие параметры учитывать при выборе
Подбор высоковольтного выключателя начинается с анализа параметров электрической сети.
В первую очередь определяется номинальное напряжение. Аппарат должен соответствовать классу напряжения подстанции и максимально допустимому рабочему напряжению сети.
Второй важный показатель — номинальный ток. Он определяет ток, который оборудование способно длительно пропускать в нормальном режиме без превышения допустимого нагрева.
Не менее важна номинальная отключающая способность. Выключатель должен безопасно отключать расчетный ток короткого замыкания в точке его установки.
Ток термической и электродинамической стойкости
При коротком замыкании через оборудование кратковременно проходит ток, значительно превышающий нормальный рабочий.
Выключатель должен выдерживать тепловое и механическое воздействие такого тока до момента его отключения.
Поэтому характеристики аппарата сравниваются с расчетными токами короткого замыкания, полученными при проектировании электрической сети.
Привод выключателя
Для выполнения коммутационных операций используется привод.
В зависимости от конструкции это может быть пружинный, электромагнитный или другой тип привода. Он обеспечивает включение и отключение аппарата, а также возможность дистанционного управления.
При проектировании подстанции учитывается совместимость привода с цепями оперативного питания, системами автоматики и релейной защиты.
Климатическое исполнение и условия установки
Высоковольтное оборудование должно соответствовать условиям конкретного объекта.
При подборе учитываются минимальная и максимальная температура окружающего воздуха, высота над уровнем моря, загрязненность атмосферы, влажность и тип размещения.
Для ОРУ особенно важна стойкость оборудования к осадкам, ветровой нагрузке, температурным перепадам и другим внешним воздействиям.
Почему выключатель выбирают по расчету
Аппарат нельзя подбирать только по номинальному напряжению.
Даже два выключателя одного класса напряжения могут значительно отличаться по номинальному току, отключающей способности, стойкости к токам короткого замыкания, типу привода и конструктивному исполнению.
Поэтому характеристики оборудования должны соответствовать расчетам и проектной документации конкретного объекта.
KazElectroSnab комплектует энергетические и промышленные объекты высоковольтным оборудованием различных классов напряжения. При подборе учитываются параметры электрической сети, требования проекта, условия эксплуатации и характеристики присоединения.
