Функціонування високовольтних електричних мереж по струмовим характеристиками не можна порівняти з роботою побутових аналогів. Відповідно, при виникненні аварійної ситуації для відключення обладнання та гасіння електродуги необхідні більш потужні пристрої, ніж стандартні автоматичні прилади.
В якості захисних конструкцій застосовують елегазові вимикачі (ЕВ), якими можна управляти як в ручному режимі, так і за допомогою автоматики. Ми детально описали конструктивні особливості і принцип дії пристроїв. Привели рекомендації по установці, підключення та обслуговування.
Визначення та застосування елегазу
Елегаз - це шестифториста сірка, яку відносять до електротехнічним газам. Завдяки ізоляційним властивостям її активно застосовують при виробництві електротехнічних пристроїв.
У нейтральному стані елегаз є негорючий газ без кольору і запаху. Якщо його порівнювати з повітрям, то можна відзначити високу щільність (6, 7) і молекулярну масу, що перевищує повітряну в 5 разів.
Одна з переваг елегазу - стійкість до зовнішніх проявів. Він не змінює характеристик при будь-яких умовах. Якщо відбувається розпад під час електричного розряду, то незабаром настає повноцінне, необхідне для роботи відновлення.
Секрет в тому, що молекули елегазу пов'язують електрони і утворюють негативні іони. Якість «електроотріцанія» наділило 6-фтористу сірку такою характеристикою, як електрична міцність.
На практиці електропрочность повітря в 2-3 рази слабкіше, ніж той же властивість елегазу. Крім іншого, він пожежобезпечний, так як відноситься до негорючих речовин, і володіє охолоджуючої здатністю.
Коли виникла необхідність відшукати газ для гасіння електродуги, стали вивчати властивості SF6 (шестифтористой сірки), 4-хлористого вуглецю і фреону. У випробуваннях перемогла SF6
Перераховані характеристики зробили елегаз максимально відповідним для застосування в електротехнічній сфері, зокрема, в наступних пристроях:
- силові трансформатори, що працюють за принципом магнітної індукції;
- розподільні пристрої комплектного типу;
- лінії високої напруги, що зв'язують віддалені установки;
- високовольтні вимикачі.
Але деякі властивості елегазу привели до того, що довелося вдосконалити конструкцію вимикача. Основний недолік стосується переходу газоподібної фази в рідку, а це можливо за певних співвідношеннях параметрів тиску і температури.
Щоб обладнання працювало без перебоїв, необхідно забезпечити комфортні умови. Припустимо, для функціонування елегазових пристроїв при -40º необхідний тиск не більше 0, 4 МПа і щільність менше 0, 03 г / см³. На практиці при необхідності газ підігрівають, що перешкоджає переходу в рідку фазу.
Конструкція елегазового вимикача
Якщо порівнювати елегазові пристрої з аналогами інших видів, то по конструкції вони найближче до масляним приладів. Різниця полягає в наповненні камер для гасіння дуги.
В якості наповнювача у масляних вимикачів використовується масляна суміш, а у елегазових - 6-фториста сірка. Перевага другого варіанта в довговічності і мінімумі технічного обслуговування.
Схема елегазового пристрою колонкового типу. Дугогасительниє модулі, закріплені на високій стійці, знаходяться у верхній частині, шафа управління - в нижній
Способи гасіння електродуги залежать від багатьох чинників, серед яких вирішальними є номінальний струм і напруга, а також умови використання пристрою.
Всього виділяють чотири види ЕВ:
- з електромагнітним дуттям;
- з дуттям в елегазі - з 1 ступенем тиску;
- з поздовжнім дутьем - з 2-ма ступенями тиску;
- з автогенерірующім дутьем.
Якщо в повітряних приладах в процесі гасіння дуги газ надходить в атмосферу, то в елегазових він залишається в замкнутому просторі, наповненому газовою сумішшю. При цьому зберігається невеликий надлишковий тиск.
Подвійні колонкові і бакові пристрої
На практиці застосовуються два види елегазових установок:
- бакові;
- колонкові.
Відмінності стосуються як конструкційних особливостей, так і принципу гасіння електродуги. За зовнішнього пристрою колонкові нагадують маломасляний аналоги: складаються з двох функціональних частин - дугогасительной і контактної, мають однаково об'ємні розміри.
Пристрої, що вимикають розраховані на роботу від мережі 220 В і відносяться до однофаз обладнання. Приклад елегазового вимикача колонкового типу - LF 10 Schneider Electric.
Управління обладнанням може здійснюватися двома різними способами: вручну, коли регулювання і контроль здійснюються за допомогою механічних пристроїв, і дистанційно, автоматично
Бакові елегазові прилади менше за розмірами і оснащені приводом з декількома фазами. Такий розподіл дозволяє краще контролювати і плавно регулювати параметри напруги.
Одна з переваг бакових ЕВ - здатність витримувати збільшені навантаження. Така якість забезпечує впроваджений в конструкцію трансформатор струму
Зразком бакового пристрою є елегазові установка DT2-550 F3 Alstom Grid. Подібні пристрої позитивно зарекомендували себе в електросистемах з напругою 500 кВ.
Конструкція зібрана і оснащена таким чином, що функціонує без збоїв при низьких температурах (критичних), підвищеної вологості, а також в регіонах з сейсмічною активністю і перевищеній забрудненістю атмосфери.
Принцип гасіння дуги
Як спрацьовує пристрій, розглянемо на прикладі вимикача LW36 китайського виробника CHINT.
При відключенні пружина діє на динамічні елементи циліндра, і вони опускаються вниз. Всі контакти, крім дугогасильних, розмикаються. Коли від'єднуються і дугогасильні контакти, за якими проходить струм, виникає електрична дуга.
Гарячий газ переміщається в теплову камеру, спрацьовує зворотний клапан. Коли газ з теплової камери видувається в проміжок, відбувається гасіння дуги.
Якщо відбувається відключення невеликих за величиною струмів, то тиску в тепловій камері недостатньо, тому залучається тиск з компресійної камери (воно завжди вище). Відкривається зворотний клапан, газ безперешкодно надходить в проміжок і при переході через нуль гасить дугу.
Схема внутрішнього розташування і роботи рухомих, нерухомих клапанів, декомпрессионних, зворотних клапанів. Позиція 1 - включення; позиція 2 - відключення великих струмів; позиція 3 - відключення малих струмів; позиція 4 - відключення приладу
Сучасні колонкові установки мають поліпшені характеристики. Технічне обслуговування знижено до мінімуму, комутаційний ресурс збільшений. Елегазові вимикачі відрізняються низьким рівнем шуму, надійної механікою, простотою монтажних і випробувальних робіт.
Регулювання бакових моделей проводиться за допомогою приводу і трансформаторів. Пружинний або пружинно-гідравлічний привід контролює процеси включення / відключення, рівень утримання електродуги.
Для чого потрібен привід?
Привід покликаний виконувати всі операції, пов'язані з включенням / виключенням або утриманням установки в певному положенні. На схемі показано, де саме може розташовуватися привід. Зазвичай це поверхня землі або невисока опора, що забезпечує обслуговуючому персоналу легкий доступ до регулюючих пристроїв.
Схема конструкції бакового вимикача: 1 - порцелянові або полімерні модулі; 2 - трансформатори; 3 - бак з газогасітельним пристроєм; 4 - камера з газом; 5 - привід гідравлічного типу; 6 - металева рама; 7 - роз'єм для введення елегазу
Привід складається з механізму включення, фіксуючого пристрою - засувки, розчіплює механізму. Процес включення повинен відбуватися максимально швидко, що уникнути приварювання контактів.
Під час включення докладають великих зусиль для подолання сили тертя всіх задіяних елементів. Відключення проводиться простіше і полягає в зворотному русі засувки, яка забезпечує включення і його утримання.
Способів включення / відключення кілька:
- механічний;
- пружинний;
- вантажний;
- пневматичний;
- електромагнітний.
Для малопотужних систем використовують ручне управління. У цьому випадку досить сили одного оператора. Вимкнення ручних механізмів зазвичай здійснюється в автоматичному режимі. Пружинний привід також наводиться в дію вручну, але іноді залучаються малопотужні електродвигуни.
Традиційне розташування приводу - близько монтажної металевої рами. Цілісність і функціонування механізму забезпечує міцний металевий кожух - ящик зі зручною дверцятами для операторської роботи
Для застосування електромагнітного приводу потрібно більше енергії, тому необхідний постійний джерело струму приблизно 58 А з напругою 220 В. В якості резервного механізму відключення є ручний важіль. Електромагнітні пристрої відрізняються надійністю, тому їх успішно експлуатують в зонах з суворими зимами. Мінус - потреба в потужному акумуляторі.
Пневматичний привід відрізняється тим, що замість електромагніту головним робочим елементом є пара циліндр / поршень. Завдяки стислому повітрю швидкість включення набагато вище, ніж у попередніх моделей.
Переваги і недоліки використання ЕВ
Елегазові вимикачі, як і інші типи електророзподільних пристроїв, мають ряд переваг і недоліків. При виборі установки виробляють необхідні розрахунки і, крім технічних характеристик і конструкційних особливостей, враховують плюси і мінуси моделей.
Елегазові вимикачі відрізняються універсальністю - їх використовують незалежно від напруги мережі 
Щоб погасити електричну дугу при настанні аварійного випадку, елегазові пристрою необхідні частки секунди 
Всі частини установки здатні працювати без ремонту протягом десятиліть, а елегаз не вимагає регулярної заміни 
Елегазові дугогасительниє пристрої легко справляються з відключенням високовольтних систем. Для порівняння - вакуумні аналоги не витримують високої напруги
Вимикачі елегазового типу функціонують в складних умовах з періодичними вібраціями, низькими температурами (з підігрівом), в пожежонебезпечних зонах.
До недоліків відносять високу вартість наповнювача - елегазу, специфіку монтажу на щит або фундамент, необхідність певної кваліфікації операторського складу.
Правила підключення і обслуговування ЕВ
Всі дії, що стосуються монтажу, включення / вимикання, ремонту та обслуговування елегазових пристроїв, підпорядковуються суворим правилам, які регламентовані ПУЕ 1.8.21.
Для підключення установки необхідно перевірити наявність мінімального тиску в газонаповненої камері, інакше вимикач вийде з ладу. Щоб запобігти пошкодженням, встановлена сигналізація, яка спрацьовує при критичному зниженні параметрів тиску. Рівень тиску можна відстежити за допомогою манометра.
У шафі приводу встановлені нагрівальні елементи, ефективно перешкоджають виникненню конденсату на елементах механізму. Оператору необхідно стежити, щоб нагрівачі постійно перебували у включеному стані.
Огляд установки проводиться щодня в світлий час доби і приблизно 2 рази на місяць в темний час доби. Якщо сталося аварійне відключення по одній з причин, потрібно позаплановий огляд
В процесі огляду вимикача необхідно перевірити зовнішню захист, видалити забруднення, виправити ушкодження. Якщо нагріваються контакти, слід з'ясувати причину.
При наявності тріска, підозрілого шуму потрібно виявити джерело. Металева монтажна конструкція одночасно є частиною заземлювального контуру, тому слід перевіряти її цілісність.
Обов'язково знімаються показники манометра. Тиск повинен відповідно нормі, розрахованої виробником. Необхідно перевірити справність регулюючих і контролюючих приладів, а при виході з ладу одного або декількох елементів вжити заходів - зробити заміну або відправити в ремонт.
Якщо тиск газу зменшилася, слід поповнити камеру елегазом. Ізоляція в чищенні не потребує, так як конструкція повністю герметична.
Висновки і корисне відео по темі
Як влаштовані елегазові вимикачі, за яким принципом відбувається гасіння дуги і які бувають види пристроїв, ви можете дізнатися з корисного і інформативного відео.
Відео # 1. Огляд елегазових вимикачів з описом пристрою і принципу роботи:
Відео # 2. Особливості конструкції установок:
Відео # 3. Як проводиться монтаж вимикача:
Елегазові вимикачі виходять з заводського конвеєра в повній експлуатаційної готовності і призначені для роботи в різноманітних кліматичних зонах, від тропічної до холодної, тому активно застосовуються промисловими компаніями різних країн.