в электроустановках с каким напряжением применяются автоматические воздушные выключатели

Воздушный выключатель: классификация, основные параметры, технические требования

Воздушный выключатель (air-blast switch) — это выключатель, в котором дуга образуется в потоке воздуха высокого давления (определение согласно ГОСТ Р 52565-2006).

Классификация

Для более четкого представления о требованиях, предъявляемых к современным воздушным выключателям, и параметрах выключателей целесообразно произвести их классификацию по назначению, виду установки, категории размещения, климатическому исполнению.

По назначению воздушные выключатели могут быть разбиты на следующие группы [2]:

1) 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 условие короткого замыкания:

а) Для нормальных условий эксплуатации, то есть предусмотренных требованиями ГОСТ Р 52565-2006.

б) Для частых коммутационных срабатываний с механическим и коммутационным ресурсом существенно более высоким, чем тот, что предусмотрен требованиями стандартов к выключателям общего назначения.

в) С повышенной скоростью нарастания (частотой) восстанавливающегося напряжения, допускающие эксплуатацию в тех точках энергосистем, где эта скорость существенно выше скорости, установленной стандартом на выключатели общего назначения;

г) С повышенной межконтактной электрической прочностью, существенно более высокой, чем у выключателей общего назначения.

2) 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.

3) 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.

4) Выключатели специального назначения:

а) включатели-отключатели на напряжение от 500 до 1150 кВ, предназначенные для безынерционного подключения к линии электропередачи шунтирующих реакторов при возникновении перенапряжений, превышающих заданный уровень, для коммутаций указанных реакторов, а также отключения в их цепи коротких замыканий;

б) защитные выключатели на напряжение от 6 до 20 кВ, применяемые для установки в цепях ударных генераторов испытательных стендов и предназначенные для нормальных коммутаций ударных генераторов, а также для защиты их при неуспешных отключениях испытуемых аппаратов;

в) выключатели нагрузки на напряжение от 110 до 500 кВ, предназначенные для пропускания и коммутаций тока в нормальных условиях работы цепи, а также для пропускания в течение заданного времени и включения токов при коротких замыканиях;

г) выключатели на напряжение от 6 до 35 кВ, применяемые в комплектных распределительных устройствах.

По виду установки воздушные выключатели делятся на следующие группы [2]:

1) Опорные, т. е. имеющие основную изоляцию на землю опорного типа.

2) Подвесные, т. е. имеющие основную изоляцию — на землю подвесного типа.

3) Настенные, т. е. укрепленные на стенах закрытых распредустройств.

4) Выкатные, т. е. имеющие приспособления для выкатки из ячеек распредустройств.

5) Встраиваемые в комплектные распределительные устройства.

По категориям размещения и климатическому исполнению воздушные выключатели в соответствии с ГОСТ 15150 разделяются на [2]:

а) пять категорий размещения (вне и внутри помещений с различными условиями обогрева и вентиляции);

б) шесть климатических исполнений (У, ХЛ, ТВ, ТС, Т и О) в зависимости от географического места установки;

Пример воздушных выключателей

Основные (номинальные) параметры

К номинальным параметрам воздушного выключателя относятся:

Значения номинальных параметров воздушного выключателя выбирают из ряда стандартных значений, приведенных в таблице 1.

Примечания к таблице 1:

* Только для воздушных выключателей, предназначенных для цепей генераторов.

** Номинальное вторичное напряжение трансформатора напряжения, используемого для питания вспомогательных цепей воздушного выключателя (привода).

Основные технические требования

Требования к электрической прочности изоляции.

Электрическая прочность изоляции воздушных выключателей — по ГОСТ 1516.3.

Длина пути утечки внешней изоляции и степень загрязнения изоляции (I, II, II*, III, IV) по ГОСТ 9920 для воздушных выключателей категории размещения 1 должны быть указаны в ТУ и эксплуатационных документах.

Требования к нагреву.

Требования в отношении нагрева воздушных выключателей в продолжительном режиме — по ГОСТ 8024.

Установленные ГОСТ 8024 наибольшие допустимые температуры нагрева частей аппаратов и соответствующие превышения температуры не должны быть превышены при следующих условиях:

Наибольшие допустимые температуры и соответствующие превышения температур обмоток и других элементов вспомогательных цепей (кроме электродвигателей), предназначенных для кратковременного режима (только в процессе операции включения или отключения воздушного выключателя), должны соответствовать требованиям ГОСТ 8024 после 10-кратного срабатывания при напряжении на выводах, равном 1,1 U_{п, ном} (для обмоток включающих электромагнитов приводов зависимого действия — при напряжении U_{п, ном}), при интервале между моментами подачи напряжения 10 с или, если конструкция не позволяет обеспечить интервал 10 с, — при минимально возможном интервале.

Если в цепи обмоток или в цепи таких элементов отсутствуют блок-контакты или другие коммутационные устройства, автоматически снимающие импульс на срабатывание, то обмотки должны выдерживать приложение напряжения 1,1 U_{п, ном} один раз в течение 15 с.

Наибольшие допустимые температуры и соответствующие превышения температур частей электродвигателей приводов должны соответствовать требованиям ГОСТ 183 после 10-кратного срабатывания привода при напряжении на зажимах двигателя, равном U_{п, ном}, с минимально возможными интервалами времени между моментами подачи напряжения.

Требования к механической работоспособности.

Воздушный выключатель должен выполнять следующие механические операции и (или) циклы операций при условиях, указанных ниже, и с характеристиками работы механизма воздушного выключателя, обеспечивающими нормированные параметры коммутационной способности воздушного выключателя:

Требуемые характеристики работы механизма воздушного выключателя с предельными отклонениями от их нормированных значений должны указываться в ТУ и эксплуатационных документах.

Примечание — Требования перечислений г) и д) относятся только к воздушных выключателям, предназначенным для работы при автоматическом повторном включении (АПВ).

Отключение воздушного выключателя должно обеспечиваться при напряжении на зажимах цепи управления отключением в диапазоне, ограниченном нижним и верхним пределами (в процентах номинальных значений указанных величин):

Воздушные выключатели, а также выключатели других видов с пневматическими приводами, питающимися из общего с выключателем резервуара воздуха, должны выполнять операции и циклы операций (указанные выше по тексту), при начальном (перед началом операции или цикла операций) избыточном давлении сжатого воздуха в резервуаре в диапазоне, ограниченном нормированным для данного выключателя (привода) нижним и верхним пределами начального избыточного давления в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2 — Давление воздуха в воздушных выключателях и пневматических приводах, МПа (кгс/см 2 )

Номинальное давление сжатого воздуха (газа) выключателей с индивидуальной компрессорной установкой, а также гидравлических приводов не нормируют; оно должно быть указано в эксплуатационных документах.

Воздушные выключатели, предназначенные для АПВ, должны выполнять операцию О при избыточном давлении, остающемся в резервуаре выключателя (привода) после одного цикла О-t_бт-B, выполненном при начальном избыточном давлении, равном нормированному нижнему пределу по таблице 2.

Собственные времена отключения и включения воздушного выключателя, разновременность замыкания и размыкания контактов полюсов и разрывов следует указывать в эксплуатационных документах.

При отсутствии специальных указаний наибольшая разница между моментами замыкания контактов полюсов при включении не должна превышать 0,005 с, наибольшая разница между моментами размыкания контактов полюсов воздушных выключателей при отключении не должна превышать 0,0033 с, наибольшая разница между моментами размыкания контактов разрывов одного полюса для воздушных выключателей с несколькими разрывами при отключении не должна превышать 0,0025 с.

При необходимости в ТУ и эксплуатационных документах следует также указывать требуемые значения с допустимыми отклонениями для скоростей включения и отключения воздушного выключателя, электрических сопротивлений и токов потребления электромагнитов включения и отключения, контактного нажатия пружин размыкаемых контактов, а также минимального напряжения, минимального давления и минимального натяжения пружин, при которых обеспечивается выполнение воздушным выключателем операций отключения и включения.

Значения временных и скоростных характеристик воздушного выключателя следует нормировать при:

Воздушные выключатели категории размещения 1 должны нормально работать в условиях гололеда при толщине корки льда до 20 мм и ветре скоростью до 15 м/с, а при отсутствии гололеда — при ветре со скоростью до 40 м/с.

Требования к стойкости при сквозных токах короткого замыкания.

Воздушный выключатель во включенном положении должен выдерживать без повреждений, могущих препятствовать его исправной работе, электродинамическое и термическое воздействие сквозных токов короткого замыкания с параметрами вплоть до следующих нормированных значений:

Обмотки и другие элементы цепей максимального расцепителя тока, встроенных в привод, должны при подтянутом якоре выдерживать без повреждений протекание тока, равного 150 А, в течение 1 с — для расцепителей мгновенного действия на уставке отключающего тока менее 80 А и в течение 2 с — для расцепителей с выдержкой времени, а обмотки электромагнитов расцепителей мгновенного действия на уставке отключающего тока 80 А и более должны выдерживать протекание тока 250 А в течение 1 с.

Требования к коммутационной способности при коротких замыканиях.

Коммутационная способность выключателей при коротких замыканиях должна обеспечиваться при указанных в настоящем подразделе характеристиках и условиях.

Напряжение сети — вплоть до равного наибольшему рабочему напряжению выключателя U_н.р, соответствующему номинальному напряжению выключателя U_ном.

Примечание — Для выключателей на U_ном = 15 кВ, предназначенных также для использования в сетях с U_ном = 13,8 кВ, и выключателей на U_ном = 20 кВ, предназначенных также для использования в сетях с U_ном = 18 кВ, допускается дополнительно нормировать коммутационную способность при указанных номинальных напряжениях сетей, исходя из наибольших рабочих напряжений 15,2 и 19,8 кВ.

Источник

Воздушный выключатель: принцип работы и преимущества

Воздушный выключатель представляет собой коммутационное механическое устройство, обеспечивающее гашение дуги с помощью сжатого воздуха, и отключение, проведение, включение токов при установленном состоянии цепи. Он используется для предупреждения коротких замыканий и перегрузок на электрических установках, а также в управлении электрическими цепями. Некоторые агрегаты оснащаются дополнительной функцией защиты от критического падения напряжения и других ситуаций.

Описание

К устройствам подобного вида предъявляются определенные требования, среди них обеспечение безопасного продолжительного использования и надежная защита от перегрузок и замыканий в сети. Качество исполнения прибора имеет особую роль, так как эксплуатация воздушных выключателей может происходить в различных температурных и влажностных условиях, при наличии вибронагрузок и частого переключения. Электроприемники находятся под электродинамическим и тепловым воздействием от выключателей, благодаря этому минимизируются технологические потери и увеличивается срок эксплуатации.

Автоматические воздушные выключатели одновременно управляют сетью и защищают ее. Они классифицируются на несколько видов по времени реагирования, которое отводится на размыкание контактов с момента сигнала:

Почему выключатель называется воздушным?

Использование слова «воздушный» в названии автоматического выключателя связано со способом гашения электрической дуги внутри аппарата.

При размыкании и смыкании контактов выключателя между ними возникает электрическая дуга, которую необходимо быстро погасить, чтобы не допустить повреждения прибора.

Полюсы автоматического воздушного выключателя находятся не в отдельных камерах, а в едином пространстве, заполненном воздухом и разделенном перегородками. Таким образом, гашение дугового разряда у них происходит в воздушной среде. Отсюда и название.

Масляные устройства

Такие изделия выполняются в виде резервуара прямоугольной, овальной или круглой формы. Масляные воздушные выключатели были изобретены в конце прошлого столетия и выступали в качестве выключателя в цепях, характеризующихся высоким напряжением. Через их крышку пропускаются изоляторы с неподвижными контактами, фиксируемые на обоих концах. При помощи изоляционной тяги приводное устройство соединяется с подвижным контактом, который, в свою очередь, находится между двумя однополюсными неподвижными контактами. Они полностью покрыты трансформаторным маслом, которое заполняет резервуар до определенного уровня. Воздушная подушка занимает пространство между крышкой и масляной поверхностью.

Примеры применения автоматических воздушных выключателей

Сильноточные воздушные автоматические выключатели могут применяться везде, где требуется обеспечить защиту силовых электроцепей, – как на объектах гражданского, так и промышленного назначения.

Например, они используются в качестве вводных автоматов в трансформаторных подстанциях (ТП) и главных распределительных щитах (ГРЩ) многоквартирных домов, в которые от ТП и поступает электрическая энергия.

Широко «воздушники» применяются и в промышленности, обеспечивая защиту сталеплавильных печей, прокатных станов и другого производственного электрооборудования.

Крепление

Конструкция аппарата заключается в диэлектрическом корпусе. Автоматические воздушные выключатели, используемые для небольшого напряжения, фиксируются на установочном месте при помощи DIN-рейки. К винтовым элементам подключается проводка, а при помощи рычага производится отключение и включение прибора. Корпус держится на рейке за счет специальной защелки — так устройство можно быстро снять, предварительно отодвинув ее. Неподвижный и подвижный контакты необходимы для процесса коммутации цепи. В подвижном элементе используется пружина для обеспечения возможности разъединения контактов. Данное действие может выполняться магнитным или тепловым расщепителем.

Основные характеристики воздушного выключателя

Одной из основных характеристик автоматического воздушного выключателя является номинальный ток расцепителя. Это ток, на который рассчитана эксплуатация прибора. Он протекает через выключатель, не вызывая его срабатывания. Выключение аппарата происходит лишь в случае превышения значения номинального тока.

Другая важная характеристика выключателя – предельная коммутационная способность (ПКС). Это наибольший ток короткого замыкания, который «воздушник» способен отключить.

Еще один немаловажный параметр автомата – коммутационная (электрическая) износостойкость. Ее значение отражает количество циклов включения и выключения – ресурс работы аппарата.

Тепловой расщепитель

Биметаллическая пластина, из которой состоит расщепитель теплового вида, нагревается протекающим напряжением. Механизм расщепления происходит после изгибания пластины, вызванного прохождением тока с напряжением, выше установленного значения. Свойства тока напрямую влияют на период реагирования, который может находиться в пределах часа. Элемент срабатывает на напряжение, установленное в ходе производства. Воздушный выключатель ВНВ может использоваться сразу после того, как пластина достигнет нормальной температуры, что нехарактерно для поплавкового предохранителя.

Выдвижные воздушные выключатели

Силовые воздушные выключатели выпускаются в стационарном и выдвижном исполнениях. Выдвижной автомат – это система, состоящая из самого аппарата и корзины, в которую он устанавливается.

Корзина крепится к рейкам вводно-распределительного устройства. Она имеет направляющие и шасси для легкого вкатывания и выкатывания воздушного выключателя.

Перемещение автомата в корзине вперед или назад осуществляется вращением специальной ручки. Выдвижной выключатель может находится в трех положениях: «Рабочее», «Тест», «Отключено».

В рабочем положении включены все цепи – главная и вспомогательная: аппарат функционирует в нормальном режиме. При выдвижении выключателя контакты главной цепи размыкаются, и «воздушник» оказывается в положении, позволяющем проводить его тестирование. Дальнейшее вращение ручки выдвижного механизма приводит уже и к размыканию контактов вспомогательной цепи, что позволяет производить работы по обслуживанию автоматического выключателя.

Магнитный расщепитель

Механизм действия магнитного устройства приводится в действие подвижным сердечником. Расщепитель данного вида является соленоидом, через обмотку которого проходит ток, идущий через выключатель, при превышении номинального значения сердечник начинает втягиваться. Магнитный вид обладает свойством моментального срабатывания, чем не может похвастаться тепловой, но реакция происходит только в случае существенного превышения установленного порога. Используется несколько разновидностей, которые обладают различной степенью чувствительности.

В процессе расщепления возникает вероятность появления электрической дуги. Для предотвращения этого рядом с контактами размещается дугогасительная решетка, а сами элементы выполняются в особой форме.

Воздушный выключатель может иметь различные характеристики и особенности, по которым производится разделение на определенные типы:

Дугогашение

Конструкция может иметь от одного до четырех полюсов, при этом в любом варианте присутствуют вспомогательные контакты, расщепитель, устройство для расщепления, система гашения электрической дуги и основная система контактов. Она может быть одноступенчатой (в случае применения металлокерамических элементов), двухступенчатой (дугогасительные и основные контакты) и трехступенчатой (помимо дугогасительных и основных, добавляются промежуточные контакты).

Система для гашения дуги может выполняться со специальными дугогасительными решетками в камерах или иметь камеры с небольшими просветами. Для эксплуатации при высоком напряжении используются комбинированные виды, объединяющие в себе два варианта гашения дуги.

Особенности

Любой воздушный выключатель ВВБ имеет установленное предельное значение напряжения короткого замыкания, при наличии тока выше имеющегося параметра присутствует вероятность сваривания или подгорания контактов, и как следствие, поломки устройства. Оно может выполняться в выдвижном или стационарном варианте, и иметь привод двигательного либо ручного вида. Привод может обладать пневматическим, дистанционным, электромагнитным и другим действием и предназначается для отключения и включения устройства.

В качестве расщепителя выступает реле с прямым механизмом действия. Термобиметаллические или электромагнитные детали в этом случае обеспечивают отключение, если первичная сеть характеризуется отсутствием тока, а также при перегрузке и коротком замыкании. В конструкцию расщепления входят отключающие пружины, коромысла, защелки и рычаги. Помимо отключения выключателя он используется для предотвращения возможности включения на замыкание.

Назначение автоматических воздушных выключателей

Автоматические выключатели воздушного типа применяются для:

Выдержка

Процесс отключения может характеризоваться наличием выдержки или ее отсутствием. Разновидность выключателя, в частности скорость его реагирования, зависит от временного интервала, в течение которого происходит превышение существующего значения и расхождение контактов. Так, приобрели распространение быстродействующие, селективные и стандартные выключатели. У двух последних вариантов отсутствует возможность токоограничения. В селективных устройствах защита сетей производится при помощи установленных выключателей, имеющих различную скорость срабатывания: минимальное значение имеет потребитель, постепенно к источнику питания данный параметр увеличивается.

Выключатель и предохранитель

Перегрузки в сети способны привести к возгоранию или как минимум к порче установленного электрооборудования. Для предотвращения таких ситуаций используется воздушный выключатель для STP 100 и предохранитель, механизм действия которых заключается в прерывании тока, но при этом каждый из них имеет свои особенности. Основная часть предохранителя представлена металлическим элементом, расплавляемым при чрезмерном нагреве. Воздушный выключатель использует специальный механизм, который срабатывает на критическое напряжение, также устройство после реагирования достаточно привести в действие, в то время как предохранители зачастую приходится заменять на новые, но их главным преимуществом является быстрая скорость срабатывания.

Также стоит отметить, что в зависимости от условий эксплуатации каждый из вариантов является более предпочтительным. Предохранители реализуются во всех магазинах сопутствующих товаров и отличаются невысокой стоимостью. Быстрое реагирование на превышение напряжения позволяет обеспечить надежную защиту для устройств, отличающихся высокой чувствительностью.

Помимо возможности сброса, воздушный выключатель 110 кВ обладает множеством других положительных сторон. К примеру, можно сразу определить среагировавшее устройство и быстро привести его в работу.

Управление воздушным выключателем

Управлять выключателем можно как в ручном режиме, так и дистанционно. Чтобы вручную запустить его в работу, необходимо с помощью специальной рукоятки взвести пружину механизма расцепления, а затем нажать кнопку включения. Вывод «воздушника» из работы производится нажатием кнопки отключения.

Дистанционное включение аппарата осуществляется посредством моторного привода, который после подачи питания автоматически взводит пружину, и катушки включения, замыкающей контакты. За отключение отвечает другая катушка, размыкающая контакты.

Отрицательные стороны

Главным недостатком является дорогостоящий монтаж и последующий ремонт воздушных выключателей. Также они отличаются меньшей скоростью срабатывания на превышение номинального тока, из-за этого есть вероятность повреждения электронных устройств. Помимо этого, они отличаются чувствительностью к механическим воздействиям и вибрациям.

С учетом того, что воздушный выключатель и предохранитель предназначаются для различных функций, они не могут заменять друг друга. Для того чтобы определиться с тем, какое устройство необходимо, стоит обратиться к профессионалам, они помогут подобрать оптимальный вариант для имеющейся электрической сети.

Дополнительная защита

Для предотвращения повреждения устройств, вызванного скачками напряжения, используется сетевая защита от пиков напряжения. Возможно два варианта монтажа таких аппаратов: на специальную рейку в электрическом шкафу при использовании для группы энергопотребителей или локально у определенного прибора.

Такие приспособления позволяют производить фильтрацию аварийных скачков напряжения во внешней сети и блокировать высокомощные потоки. Несмотря на то что до энергопотребителей пики напряжения не доходят, течение тока остается на прежнем уровне. Новейшие электронные схемы обеспечивают продолжительный период работы и быструю скорость срабатывания. Защита сети за счет электронных процессоров реагирует на превышение параметров в тысячные доли секунды.

Эффективность

Сегодня различные типы воздушных выключателей стали более совершенными и функциональными, это было достигнуто внесением следующих дополнений:

Автоматические воздушные выключатели EKF

Компания EKF выпускает широкий спектр автоматов, в том числе воздушные выключатели линеек ВА-45 и ВА-450 EKF PROxima. Серия ВА-45 объединяет в себе аппараты, рассчитанные на токи от 630 до 5 000 А и имеющие предельную коммутационную способность от 80 до 100 кА. «Воздушники» 450-й серии с ПКС 80 кА предназначены для работы с токами от 200 до 1600 А.

Автоматические воздушные выключатели EKF выпускаются в двух исполнениях – стационарном и выкатном. В базовую комплектацию аппаратов ВА входят катушки включения и отключения, электропривод взвода пружины, реле минимального напряжения и дополнительные контакты, к которым можно подключить устройства для дистанционного мониторинга состояния выключателя.

Автомат силовой трехфазный ВА-45 оснащен электронным блоком управления (микропроцессорным расцепителем), функционал которого не ограничивается защитой от перегрузки и короткого замыкания. Он обладает широким диапазоном настроек, осуществляет вывод на дисплей текущих показателей токов по каждой фазе и информацию о параметрах срабатывания. Кроме того, электронная система управления ВА-45 имеет функции тепловой памяти, короткой выдержки, контроля температуры среды, тестирования и самодиагностики.

Аппараты ВА-450 являются довольно компактными для воздушных выключателей устройствами и имеют, вне зависимости от номинала, один габарит. В ряду функций их электронного блока управления – защита от перегрузки, короткого замыкания и замыкания на землю, память неисправностей, тепловая память и самодиагностика.

Линейка воздушных выключателей от компании EKF включает в себя большое количество моделей, что позволяет без труда подобрать оптимальный аппарат для конкретного проекта, вне зависимости от его масштаба и уровня сложности.

Источник