Высоковольтный выключатель

Высоково́льтный выключа́тель, коммутационный электрический аппарат , работающий при напряжениях свыше 1 кВ, предназначен для включения и выключения электроустановок и устройств высокого напряжения в нормальных режимах, а также для автоматического отключения электрических цепей при токах перегрузки и короткого замыкания (КЗ) с целью предотвращения развития аварий в электроэнергетических системах.
Общими элементами всех высоковольтных выключателей являются:
- контактные системы, состоящие из подвижных и неподвижных контактов;
- дугогасительные устройства , приводы и изоляционные конструкции.
- номинальное напряжение (от 3 до 1100 кВ и выше);
- номинальный ток, который может длительно протекать через выключатель без нагрева его частей выше допустимой температуры (от 100 А до десятков килоампер);
- ток отключения, определяемый наибольшим током КЗ, который высоковольтный выключатель в состоянии отключать при данном напряжении (до нескольких сотен килоампер);
- время включения и отключения и др.
Высоковольтные выключатели должны обеспечивать многократную (до 103 раз) коммутацию токоведущих цепей при номинальном токе и отключение повреждённого участка сети при возникновении КЗ в течение нескольких полупериодов напряжения промышленной частоты (50 Гц).
Высоковольтные выключатели классифицируют по методу гашения электрической дуги , виду изоляции токоведущих частей между собой и от земли, конструктивному исполнению. В вакуумных выключателях контактная система помещена в вакуумную дугогасительную камеру, давление в которой составляет около 10–4 Па. Электрическая дуга возникает вследствие ионизации электронами паров металла в момент размыкания контактов и горит до тех пор, пока на контактах выделяется энергия, достаточная для поддержания в межконтактном промежутке концентрации паров, необходимой для существования дугового разряда .
Вакуумные высоковольтные выключатели характеризуются высокой скоростью восстановления электрической прочности межконтактного промежутка. Используются главным образом в электрических сетях напряжением 3–35 кВ при частых отключениях нагрузки.
В электромагнитных выключателях электрическая дуга горит в воздухе при атмосферном давлении. Гашение дуги происходит в результате её удлинения (растягивания) и интенсивного охлаждения при перемещении в узкой щели между стенками камеры под действием магнитного поля (т. н. магнитное дутьё), создаваемого электромагнитами , в обмотках которых протекает отключаемый ток. Такие высоковольтные выключатели применяются в основном в сетях напряжением 6 и 10 кВ.
В воздушных выключателях замыкание и размыкание контактов, а также гашение электрической дуги осуществляются потоком сжатого воздуха (при давлении 1–5 МПа). Воздух в этом случае одновременно является и изолирующей средой.
Наибольшее распространение получили выключатели, в которых дугогасительная камера находится в металлическом резервуаре со сжатым воздухом. Обдув дуги начинается с момента открытия т. н. дутьевого клапана, расположенного в выхлопной части камеры.
К недостаткам воздушных выключателей относятся:
- малая предельная отключающая способность;
- большие габаритные размеры;
- необходимость иметь на подстанции сложную компрессорную систему .
Основная область применения таких высоковольтных выключателей – электроустановки напряжением 110 кВ и выше.
В сетях напряжением до 220 кВ широко используются масляные выключатели, в которых дугогасящей средой служит минеральное (трансформаторное) масло. В процессе горения электрической дуги масло разлагается и выделяет газы, вследствие чего в камере выключателя повышается давление и происходит быстрое истечение газов из камеры. Газы, протекая по специальным каналам, гасят дугу и тем самым разрывают цепь тока. В масляных высоковольтных выключателях применяют дугогасительные устройства с камерами продольного и поперечного дутья (обдув дуги производится потоком масла, направленным соответственно вдоль или поперёк оси камеры).
Различают баковые (многообъёмные) выключатели, в которых масло используется для гашения электрической дуги и для изоляции токоведущих частей, и малообъёмные, или маломасляные (масло только для гашения дуги). Последние менее пожаро- и взрывоопасны , более удобны в эксплуатации, однако обладают меньшей надёжностью.
Наиболее перспективны для работы в установках высокого и сверхвысокого напряжения (вплоть до 1150 кВ) элегазовые выключатели, в которых образующаяся при разрыве цепи электрическая дуга гасится направленным потоком элегаза (гексафторид серы SF6), обладающего высокими изоляционными и дугогасительными свойствами. По номинальным параметрам, компактности и надёжности в эксплуатации они значительно превосходят другие высоковольтные выключатели.
Г. Н. Александров, В. В. Борисов
Опубликовано 14 октября 2022 г. в 19:56 (GMT+3). Последнее обновление 14 октября 2022 г. в 19:56 (GMT+3). Связаться с редакцией
Электрический выключатель

Электри́ческий выключа́тель, аппарат для включения и отключения электрического оборудования и устройств. Различают электрические выключатели низкого (до 1 кВ) и высокого (свыше 1 кВ) напряжения (см. Высоковольтный выключатель ).
Электрические выключатели низкого напряжения по принципу действия разделяют на электромеханические (или контактные), функционирование которых связано с перемещением подвижных частей контактной системы, приводимых в движение приводом (например, ручным, пружинным, электромагнитным), и статические (бесконтактные), функционирование которых осуществляется за счёт изменения электрической проводимости управляемых электронных приборов (главным образом силовых полупроводниковых приборов – транзисторов и тиристоров ). К основным достоинствам электромеханических электрических выключателей относятся:
- гальваническое разделение электрических цепей в отключённом состоянии и низкий уровень потерь мощности во включённом состоянии;
- возможность коммутации как очень больших токов (свыше 10 4 А), так и микротоков (до 10 −9 А);
- возможность работы при очень низких напряжениях (вплоть до 10 −5 В);
- высокая стойкость к аварийным режимам, сопряжённым с появлением сверхтоков и перенапряжений.
Существенные недостатки таких электрических выключателей – износ контактов под действием электрической дуги или искры в процессе коммутации и относительно невысокое быстродействие.
В бесконтактных (электронных) электрических выключателях полупроводниковые приборы (ПП) работают в ключевом режиме (состояние высокой проводимости прибора соответствует замкнутому состоянию цепи, а низкой проводимости – разомкнутому). Включение и отключение ПП осуществляется внешними сигналами или системой управления, входящей в состав аппарата. Характерная особенность таких электрических выключателей – отсутствие возникновения электрической дуги, которая в контактных выключателях выполняет функции поглощения энергии, накопленной в индуктивных элементах коммутируемой цепи.
Электронные электрические выключатели отличаются высоким быстродействием (0,01–10 −6 с) и способны коммутировать электрические цепи мощностью до десятков мегаватт на частотах до 10 кГц и более, однако не обеспечивают низкого уровня потерь мощности, гальванической развязки электрических цепей, а также не обладают необходимой стойкостью к перегрузкам по току и перенапряжениям.
В зависимости от назначения электрические выключатели подразделяются на бытовые и промышленные. Первые служат для включения и отключения электробытовых приборов и устройств переменного тока промышленной частоты (50 Гц) при напряжении до 220 В и силе тока до 10 А и изготовляются с ручным или (реже) с автоматическим управлением (главным образом для защиты от перегрузок по току).
Конструктивное выполнение электрических выключателей зависит от применяемого материала, назначения, художественного и конструктивного решения прибора (устройства). Наиболее широко применяются выключатели поворотные, переходные, кнопочные и клавишные. Существуют также электрические выключатели с сенсорным управлением и выключатели для светильников, совмещённые со светорегулятором, и др. Промышленные электрические выключатели (преимущественно одно- и трёхполюсные) на номинальные токи от нескольких десятков до тысяч ампер применяют в цепях распределения электрической энергии в основном для защиты от перегрузок и токов короткого замыкания и изготовляют с ручным и автоматическим управлением. К промышленным электрическим выключателям часто относят также рубильники , контакторы , пакетные выключатели , пускатели электродвигателей и т. п.
Важная разновидность электрических выключателей – автоматический выключатель (ВА), представляющий собой электромеханический коммутационный аппарат, контакты которого размыкаются и замыкаются в воздухе при атмосферном давлении , способный включать, проводить и отключать токи при нормальных условиях работы и прерывать их при определённых аномальных условиях (например, в случае короткого замыкания). Основные элементы ВА – контактное устройство с дугогасительной камерой , пружинно-рычажный привод с механизмом свободного расцепления и расцепители тока.
Дугогасительная камера ограждена изоляционным кожухом аппарата, в котором имеются вентиляционные отверстия с глушителями , предназначенные для выпуска наружу нагретых газов, образовавшихся во время гашения электрической дуги. Привод выключается рукояткой независимого действия, расположенной на лицевой стороне ВА. Автоматическое размыкание контактов при возникновении сверхтоков обеспечивается воздействием на привод расцепителями. Благодаря механизму свободного расцепления отключение происходит независимо от удержания во включённом состоянии рукоятки управления. В ВА классической конструкции применяются электромагнитный расцепитель, срабатывающий без выдержки времени и предназначенный для защиты в зоне токов короткого замыкания, и термобиметаллический (тепловой) расцепитель, срабатывающий с выдержкой времени и предназначенный для защиты в зоне токов перегрузки. Такие ВА выпускаются на номинальные токи до 630 А и получили название «установочные автоматы».
ВА производятся на напряжение до 1 кВ переменного тока с частотой 50–60 Гц и напряжение до 440 В постоянного тока и используются также для защиты электроустановок при частоте 400 Гц. Особую группу составляют т. н. бытовые ВА, предназначенные для защиты электроустановок зданий.
Опубликовано 22 ноября 2022 г. в 15:46 (GMT+3). Последнее обновление 22 ноября 2022 г. в 15:46 (GMT+3). Связаться с редакцией
Что такое высоковольтный выключатель
Высоковольтными выключателями – называют коммутационные аппараты, производящие оперативное включение или отключение отдельных линий и электрического оборудования при нормальном или аварийном режиме, управляемых вручную, дистанционно или автоматически. Рассмотрим конструктивные особенности данных устройств, выпускаемые разновидности, порядок проверки и технического обслуживания.

Виды
Производится несколько разновидностей выключателей, отличающихся конструктивным устройством и характеристиками. Далее – детальнее о различных видах данного оборудования. Каждый вид выключателя отличается по величине напряжения, номинальному току и току отключения(Iкз).
По способу гашения дуги:
- Элегазовые выключатели (баковые и колонковые),
- Вакуумные выключатели,
- Масляные выключатели (баковые и маломасляные),
- Воздушные выключатели,
- Автогазовые выключатели,
- Электромагнитные выключатели,
- Автопневматические выключатели.
- 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 10000 А) 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.
Также читайте: Разделительный трансформатор
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 распредустройств.
- 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.
Ниже представлены конструкции выключателей, каждая схема кликабельна и её можно увеличить кликнув по ней.
Элегазовый
Изолирует фазы газовой средой, чем и объясняется принцип действия элемента. При поступлении сигнала на отключение, происходит замыкание контакта камер с созданием электрической дуги в газовой среде. От воздействия дуги, газ разделяется на составляющие. Дуга гасится за счёт резкого повышения давления газа.
Конструктивно такой элемент состоит из следующих частей:

- фарфорового корпуса;
- подвижного и неподвижного контактов;
- среднего контакта;
- сопла;
- тяги.
Данные устройства отличаются следующими преимуществами:
- многофункциональностью;
- высокой скоростью срабатывания;
- пригодностью для применения в экстренных случаях;
- продолжительностью эксплуатации.
Среди недостатков – высокая стоимость в производстве и продаже, трудности в уходе, устройство специального основания для монтажа.
Указанные элементы отличаются следующими техническими характеристиками:
- номинальным напряжением;
- номинальным током;
- аварийным током(током короткого замыкания).
В зависимости от характеристик и расценок производителя, данные устройства могут стоить от 6000 рублей и на порядок выше.
Вакуумный
Состоит из следующих элементов:

- подвижного и неподвижного контактов;
- дугогасительной камеры;
- гибкого токосъёма;
- тягового изолятора;
- отключающей и дожимной пружин;
- включающего электромагнита;
- якоря.
Изделие работает за счёт изолирующих свойств вакуума, обеспечивающих гашение возникающей дуги.
Также читайте: Трёхфазный сухой трансформатор напряжения – НТС
Достоинства такого устройства в следующем:
- конструктивной простоте, облегчающей ремонт и эксплуатацию;
- возможности различного расположения (вертикально или горизонтально);
- надёжности и длительности работы;
- компактным размерам;
- пожарной безопасности.
К недостаткам причисляют малый ресурс в случае короткого замыкания, большую цену и возможность образования перенапряжения в процессе коммутации.
Устройства подбираются с учётом следующих технических характеристик:
- номинального напряжения;
- номинального тока;
- отключающего тока – в пределах 25 кА.
Цена может колебаться в пределах от 12 до 240 тысяч рублей.
Масляный

- металлического бака, заполненного маслом;
- крышки;
- проходного изолятора;
- отключающей пружины;
- вала выключателя;
- подвижных и неподвижных контактов;
- изоляции стенок бака.
Дуга охлаждается потоком газа и пара от испаряемого масла.
Отличаются надёжностью, простотой в использовании и прочностью конструкции. Из минусов следует отметить большие габаритные размеры, пожарную опасность и сложность монтажа.
Технические характеристики отличаются следующими значениями показателей:
- номинальным напряжением;
- номинальным током;
- предельным током.
Стоимость – от 15 до 400 тысяч рублей за единицу.
Воздушный
Конструкция данного устройства предусматривает наличие следующих составных частей:

- резервуара, наполненного сжатым воздухом;
- дугогасительной камеры;
- шунтирующего резистора;
- главных контактов;
- отделителя;
- делителя напряжения.
Дуга в данных элементах гасится сжатым воздухом, с выводом через дутьевые каналы и окончательным гашением.
Из преимуществ указанных устройств:
- быстрое срабатывание;
- высокие свойства пожаробезопасности;
- продолжительность эксплуатации.
В числе недостатков большая цена на оборудование и необходимость регулярного обслуживания.
Из технических характеристик следует отметить величины:
- номинального напряжения – от 3 до 1150 кВ;
- номинального тока – от 200 до 2500 А;
- максимального тока – от 26 до 32 кА.
Стоимость данных установок – от 100 до 800 тысяч рублей и выше.
Выключатель нагрузки
Это высоковольтное коммутационное устройство с промежуточными характеристикам, если сравнивать разъединители и выключатели. Бывают автогазовыми, вакуумными, элегазовыми, воздушными и электромагнитными.

Контакты замыкаются ножами. В рабочем состоянии происходит замыкание контактов разъединителей и дугогасительных камер. Размыкание происходит последовательно, начиная с разъединителей и оканчивая вспомогательными ножами. Зажигаемая дуга гасится газовым потоком.
В отключённом положении надёжность изоляционных разрывов обеспечивается внешним расположением ножей относительно дугогасительных камер.
Также читайте: Что такое однофазный трансформатор
Отличаются следующими техническими характеристиками:
- номинальным напряжением – от 3 до 10 кВ;
- номинальным током – от 32 до 200 А;
- максимальным током – от 12 до 32 А.
Цена данной продукции – в пределах от 300 до 30 000 рублей.
Требования к эксплуатации
При эксплуатации данного оборудования должны соблюдаться следующие требования:
- правильный выбор элемента с учётом технических характеристик;
- надлежащее техническое обслуживание, согласно требованиям, предусмотренным заводом-изготовителем;
- соблюдение условий эксплуатации, допустимых для конкретного устройства;
- наличие обученного и аттестованного персонала, допускаемого к обслуживанию оборудования.
Установленные устройства должны надлежащим образом проходить регулярные проверки, испытания и другие необходимые виды работ.
Выбор выключателя


Испытания и проверки, какими приборами ведётся контроль
Эксплуатация высоковольтных выключателей предусматривает проведение следующих проверок:
- визуального осмотра на предмет наличия внешних дефектов;
- замеров сопротивления изолирующего покрытия;
- проверок сопротивления обмоток и контактов, при сравнении полученного значения с нормируемыми показателями;
- времени срабатывания;
- температуры контактов и другие.
Инструментальные измерения выполняются мегомметром, термометром и секундомером. Также для проверки устройств могут использоваться специальные стенды, предназначенные для выполнения данных видов работ.
Техническое обслуживание выключателей
Выключатели должны регулярно осматриваться для определения наличия повреждений, которые можно выявить по внешнему виду устройства. При остановках оборудования в рамках технического обслуживания должна проводиться его очистка, настройка, удаление нагара с контактов, другие необходимые операции, предусмотренные технической документацией изготовителя.
Каждые 4 года устройства подвергаются регламентированному текущему, а 8 лет – капитальному ремонту. Необходимость проведения текущего ремонта может быть обусловлена:
- нарушением целостности элементов;
- шумом и треском в ходе срабатывания выключателя;
- перегревом контактов;
- повышенным расходом масла.
Работы обычно выполняются по месту эксплуатации устройств, к их выполнению привлекается обученный персонал в составе специализированной организации.
Высоковольтные выключатели – важные устройства, от исправности которых зависит правильность выполнения коммутационных операций.
Более подробно можете прочитать в учебнике(начиная со страницы 237, а про выбор выключателя со страницы 268): Открыть и читать книгу
Высоковольтные выключатели для коммутации и защиты ЛЭП – устройство, типы, принцип работы и рекомендации по эксплуатации

Для того чтобы на линии электропередачи было оперативно отключено или наоборот подключено оборудование, используются специальные высоковольтные выключатели (коммутаторы).
Для того чтобы на линии электропередачи было оперативно отключено или наоборот подключено оборудование, используются специальные высоковольтные выключатели (коммутаторы). Они могут срабатывать на отключение агрегатов или отдельной линии как в нормальном, так и в аварийном режиме работы. Управляются такие устройства и дистанционно, и вручную.
К основным качествам высоковольтных выключателей можно отнести:
- надежность и безопасность для технического персонала, обслуживающего ЛЭП;
- минимальная задержка при срабатывании;
- легкость в монтаже и простота в эксплуатации;
- при работе не издают сильных шумов;
- стоят относительно недорого, несмотря на свою надежность и высокое качество.
Виды высоковольтных выключателей
Такие устройства могут выпускаться в разных вариациях, что зависит от их назначения, конструктивных особенностей и других факторов. Например, высоковольтные выключатели классифицируют по принципу гашения дуги. Это могут быть:
- элегазовые, включая колонковые и баковые;
- вакуумные;
- масляные устройства, в том числе маломасляные и баковые;
- воздушные;
- автогазовые;
- автопневматические;
- электромагнитные выключатели.
Часто такие коммутаторы делят по их назначению.
- В электрических цепях используют сетевые устройства для выключения с рабочими напряжениями от 6 кВ и более. Они пропускают и коммутируют ток при нормальном функционировании цепи, а также помогают в пропуске тока в случае короткого замыкания или других ненормальных условиях на линии.
- Для напряжений от 6 до 20 кВ применяют генераторные коммутаторы, которые обеспечивают пропускание тока в электрических машинах в пусковом и нормальном режиме работы. У них обычно высокое значение номинального тока отключения и номинального.
- Для крупных электротермических установок, работающие в диапазоне напряжения от 6 до 220 кВ. Они также срабатывают в нормальных условиях, при коротких замыканию и в других режимах эксплуатации оборудования.
- выключатели нагрузки, которые не работают со сверхтоками и используются обычно в сетях под напряжением от 3 до 10 кВ. Причем в этих сетях должна быть изолированная нейтраль, благодаря которой осуществляется коммутация небольших нагрузок.
- Реклоузеры, представляющие собой выключатели с дистанционными управлением, размещаемые в подвесном формате и наделенные специальной защитой. Их размещают на опорах ВЛИ.
- Выключатели специального назначения, наделенные уникальными особенностями в зависимости от сферы их использования.
Разделение выключателей можно произвести и по способу установки, так как есть:
- опорные, с основной изоляцией на землю опорного типа;
- подвесные, с аналогичным устройством в подвесном состоянии;
- настенные, с укреплением в закрытых распределительных устройствах.
Выделяют еще выкатные и встраиваемые выключатели. Первые — снабжены приспособлениями для выкатывания из распределительных устройств. Вторые — идут в комплекте с такими устройствами.
В зависимости от размещения внутри помещений и вне их в разных условиях, а также от географии установки, выключатели делятся на устройства различного климатического исполнения.
Эксплуатация высоковольтных выключателей
В ходе эксплуатации высоковольтных выключателей необходимо тщательно проверять их. В частности, проводится визуальный осмотр, есть ли какие-то видимые дефекты у таких устройств. Осуществляется замер сопротивления изоляции, проверяют обмотки и контакты, насколько быстро срабатывает коммутатор и другие характеристики.
Когда оборудование остановлено и есть возможность произвести профилактические процедуры, выполняют чистку, удаление нагара с контактов и другие действия, предусмотренные регламентом технического обслуживания устройств. Текущий ремонт должен осуществляться раз в 4 года, а капитальный – один раз в 8 лет. Причем все работы проводятся непосредственно на месте эксплуатации выключателей квалифицированными специалистами.