Interruttori SF6: linee guida per la scelta e regole di connessione

Il principio di funzionamento dei meccanismi di azionamento

L'attuatore pneumatico funziona mediante la pressione dell'aria compressa che si sposta da una camera all'altra, azionando i pistoni, che alla fine applicano pressione all'asta di isolamento. L'impulso di comando iniziale viene trasmesso agli elettromagneti (accensione o spegnimento) che, aspirando i nuclei, aprono l'accesso dell'aria compressa alle camere dei pistoni.

L'azionamento idraulico funziona grazie alla pressione del fluido creata dalla stazione di pompaggio di piccola capacità. Il controllo avviene tramite un segnale idraulico (aumento della pressione). Vengono così azionate una serie di valvole, che trasmettono il movimento all'asta isolante, che a sua volta aziona il contatto mobile dell'interruttore SF6.Il movimento inverso del meccanismo viene effettuato riducendo la pressione del fluido.

L'azionamento a molla ha lo schema operativo più semplice, che si basa sulle proprietà della molla. Il funzionamento di un tale dispositivo si basa esclusivamente su componenti meccanici. Potente molla fissa con determinati parametri compressione. Con l'aiuto della maniglia di comando, il fissaggio viene rimosso e la molla, sbloccandosi, mette in movimento l'asta. Alcuni meccanismi sono integrati con sistemi idraulici per una fissazione più affidabile.

Costruzione di interruttori in SF6

La capacità di estinzione dell'arco del gas SF6 è più efficace ad un'alta velocità del suo getto rispetto all'arco di combustione. Sono possibili le seguenti esecuzioni di telecomando con gas SF6:
1) con soffiaggio automatico. La caduta di pressione necessaria per il soffiaggio è generata dall'energia di azionamento;
2) con il raffreddamento dell'arco da parte di SF6 durante il suo movimento, causato dall'interazione della corrente con il campo magnetico.
3) con spegnimento dell'arco dovuto al flusso di gas dal serbatoio di alta pressione al serbatoio di bassa pressione (doppi pressostati).
Attualmente, il primo metodo è ampiamente utilizzato. In fig. 22. Si trova in un serbatoio sigillato con una pressione del gas SF6 di 0,2–0,28 MPa. In questo caso è possibile ottenere la necessaria rigidità elettrica dell'isolamento interno. Quando è scollegato, si forma un arco tra i contatti 1 fisso e 2 mobili. Insieme al contatto mobile 2, quando disinserito, si muovono l'ugello in PTFE 3, la paratia 5 e il cilindro 6. Poiché il pistone 4 è fermo, il gas SF6 viene compresso e il suo flusso, passando attraverso l'ugello, lava l'arco longitudinalmente e ne garantisce l'efficace estinzione.

Riso. 22.Schema del dispositivo di spegnimento dell'arco dell'interruttore SF6 con scoppio autopneumatico
Riso. 23. Camera d'arco dell'interruttore SF6

Per i quadri è stato sviluppato un interruttore in SF6 con una tensione nominale di 110 e 220 kV, una corrente nominale di 2 kA e una corrente di interruzione nominale di 40 kA. Tempo di spegnimento 0,065, tempo di accensione 0,08 s, pressione nominale SF6 0,55 MPa, azionamento pneumatico con pressione dell'aria 2 MPa.
Camera di comando a distanza interruttore 220 kV SF6 con due rotture per polo mostrato in fig. 23. All'accensione dell'interruttore, il cilindro 1, insieme ai contatti principali 2 e ad arco 3 ad esso associati, si sposta a destra. In questo caso, il tubo 2 entra nella presa 5 e la presa 3 è collegata al contatto 4. Anche l'ugello in fluoroplastico 6 si sposta a destra e si sposta sul contatto tubolare cavo 4. Il gas SF6 viene aspirato nella cavità A e il gas SF6 viene spostato dalla cavità B.

Quando è spento, il cilindro 1 e il tubo 7 si spostano a sinistra. Innanzitutto, i contatti principali (2, 5) divergono, quindi i contatti ad arco (3, 4). Al momento dell'apertura dei contatti 3 e 4, si verifica un arco che è soggetto a insufflazione di gas. Il pistone 10 rimane fermo. Nell'area A si forma un gas compresso e nell'area B uno rarefatto. Di conseguenza, il gas fluisce dalla regione A attraverso il contatto cavo 7 alla regione B attraverso i fori 8 e 9 sotto l'azione della differenza di pressione pl—(—Pb). Una grande caduta di pressione consente di ottenere la velocità di soffiaggio dell'arco necessaria (critica). In condizioni di arresto grave (cortocircuito non remoto), l'arco si spegne anche a causa del suo raffreddamento nell'ugello 6 dopo aver lasciato il contatto 4.
Riso. 24. Il dispositivo dell'interruttore SF6 per una tensione di 220 kV

Sulla fig.24 mostra la disposizione di base dell'interruttore SF6 per KRUE-220 per una tensione di 220 kV. Il contatto fisso dell'interruttore 1 è fissato al serbatoio dell'interruttore su un isolatore fuso 2. L'interruttore ha due PS 3 e 4 collegati in serie attraverso l'alloggiamento 11. La distribuzione uniforme della tensione sul PS è assicurata dalla ceramica condensatori 6. Per eliminare la corona, il PS è coperto da schermi 5. I cilindri 3 e 4 sono azionati nel movimento dell'asta isolante 8 Attraverso il meccanismo a leva 7. L'accensione e lo spegnimento dell'interruttore avviene tramite un azionamento pneumatico. L'interruttore è riempito con SF6 ad una pressione di 0,55 MPa. I contatti fissi dell'interruttore 1 sono portati fuori dal serbatoio attraverso un isolatore sigillato 9 e 10 - gas SF6-SF6, il che significa un passaggio dalla cavità dell'interruttore riempita di gas SF6 alla cavità del quadro completo, anch'essa riempita con gas SF6 SF6 (PRUE). Qui 9 è una partizione isolante, 10 è un contatto plug-in di tipo presa. Tale isolante consente di immagazzinare gas SF6 nell'interruttore quando è scollegato dal quadro.
L'interruttore SF6 descritto ha elevate prestazioni tecniche e consente un'interruzione di corrente di cortocircuito di 20 volte di un valore limite di 40 kA senza revisioni. La perdita di gas SF6 dal serbatoio non supera l'1% all'anno. La durata dell'interruttore prima della revisione è di 10 anni. Sono stati sviluppati FS con una tensione nominale di 220 kV per interruzione e una corrente di intervento di 40 kA con un tasso di recupero ad alta tensione. I prototipi di interruttori automatici SF6 consentono una corrente di interruzione fino a 100 kA con una tensione di interruzione di 245 kV e una corrente di 40 kA con una tensione di interruzione fino a 362 kV. Gli interruttori automatici SF6 sono più promettenti per tensioni superiori a 35 kV e possono essere creati tensione 800 kV e oltre.

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Principio operativo

Il principio di funzionamento degli interruttori automatici in aria si basa sull'estinzione di un arco elettrico che appare quando il carico viene interrotto. Questo processo può verificarsi in due tipi di movimento dell'aria:

1. Longitudinale;
2. Trasversale.

Un interruttore automatico in aria può avere diverse rotture di contatto e ciò dipende dalla tensione nominale per cui è classificato. Per facilitare lo spegnimento di archi particolarmente grandi, ai contatti dell'arco è collegata una resistenza di shunt. Gli interruttori automatici ad aria che funzionano secondo il principio dell'estinzione dell'arco in camere convenzionali non hanno tali elementi senza la presenza di aria compressa. La loro camera di estinzione dell'arco è costituita da partizioni che rompono l'arco in piccole parti, quindi non si infiamma e si spegne rapidamente. In questo articolo parleremo di più del funzionamento di interruttori ad alta tensione (sopra i 1000 Volt) che non sono dotati di built-in, ma hanno il controllo nel circuito di cui sono introdotte le protezioni a relè.

Il principio di funzionamento di un interruttore ad alta tensione con aria compressa differisce l'uno dall'altro per le caratteristiche del design e, in particolare, con e senza separatore.

Negli interruttori dotati di separatori, i contatti di potenza sono collegati a pistoni speciali e formano un meccanismo di contatto-pistone. Il separatore è collegato in serie ai contatti di spegnimento dell'arco. Cioè, un separatore con contatti ad arco forma un polo dell'interruttore. In posizione chiusa, sia i contatti d'arco che il separatore sono nello stesso stato chiuso. Quando viene dato un segnale di spegnimento, viene azionata una valvola pneumatica meccanica, che a sua volta apre l'attuatore pneumatico, mentre l'aria proveniente dall'espansore agisce sui contatti di spegnimento dell'arco.L'espansore, tra l'altro, è anche chiamato ricevitore dagli esperti. In questo caso, i contatti di potenza si aprono e l'arco risultante viene estinto da un flusso di aria compressa. Successivamente, il separatore stesso viene spento, interrompendo la corrente che rimane. L'alimentazione dell'aria deve essere regolata con precisione in modo che sia sufficiente per l'estinzione sicura dell'arco. Dopo l'interruzione dell'alimentazione dell'aria, i contatti d'arco assumono la posizione di attivazione e il circuito viene interrotto solo da un interruttore aperto. Pertanto, quando si lavora su impianti elettrici alimentati da tali interruttori, è indispensabile aprire i sezionatori per un lavoro sicuro. Uno spegnimento dell'interruttore pneumatico non è sufficiente! Molto spesso, nei circuiti fino a 35 kV, viene utilizzato un design con separatori aperti e se la tensione a cui opera l'interruttore è maggiore, i separatori sono già realizzati sotto forma di speciali camere riempite d'aria. Gli interruttori con separatore, ad esempio, sono stati prodotti in Unione Sovietica con il marchio VVG-20.

Se l'interruttore dell'aria ad alta tensione non ha un separatore, i suoi contatti ad arco svolgono anche il ruolo di interrompere il circuito e spegnere l'arco risultante. L'azionamento in essi è separato dal mezzo in cui avviene lo smorzamento e i contatti possono avere uno o anche due stadi di funzionamento.

Caratteristiche di manutenzione e funzionamento

Durante il funzionamento di tali dispositivi di commutazione su quadri esterni (quadri aperti), è necessario tenere conto del fatto che la condensa può accumularsi negli armadi elettrici, il che porta alla corrosione dei sistemi del meccanismo, nonché dei circuiti di controllo e segnalazione secondari. Per fare ciò, il produttore fornisce resistenze di riscaldamento all'interno degli armadi che funzionano costantemente.

Tutte le azioni per accendere o spegnere i dispositivi sono possibili solo se la pressione del gas non è inferiore a quella consentita, se viene trascurata, esiste un'alta probabilità di danni e guasti di un interruttore relativamente costoso. A tal fine è necessario predisporre un allarme di minima pressione, oltre al blocco dei circuiti di controllo.

Se il personale ha notato che la pressione è diminuita, il dispositivo deve essere rimosso per la riparazione e dovrebbe essere avviata la ricerca dei motivi della diminuzione di questo indicatore vitale. Naturalmente, il suo ritiro dall'opera deve essere effettuato con tutti i requisiti di sicurezza necessari per questo impianto elettrico e indicati nelle istruzioni locali.

Per controllare la pressione, deve esserci un manometro di lavoro e, dopo aver eliminato la perdita di gas, vale la pena integrarlo attraverso una connessione speciale, che si trova all'interno del meccanismo di azionamento.

L'ispezione degli interruttori automatici SF6 viene eseguita quotidianamente e una volta ogni due settimane di notte

Con tempo umido umido, è necessario prestare attenzione al verificarsi della corona elettrica. Se il valore della corrente disconnessa era il massimo consentito (durante i cortocircuiti), è necessario garantire un mantenimento della qualità

Il numero degli arresti, sia programmati che di emergenza, è registrato in registri appositamente destinati a queste esigenze.

Nonostante le carenze esistenti, l'interruttore SF6 ha i suoi punti di forza, quindi è un degno sostituto non solo dell'olio, ma anche degli interruttori aperti ad alta tensione.

Vantaggi e svantaggi

Ci sono pochi vantaggi di dispositivi così obsoleti, ecco i principali:

1. A causa dell'uso di lunga data, c'è molta esperienza sia nel funzionamento che nella riparazione;
2. A differenza di altre controparti più moderne (soprattutto SF6), questi interruttori possono essere riparati.

Tra le carenze, vorrei evidenziare quanto segue:

1. Disponibilità di apparecchiature pneumatiche aggiuntive o compressori per il funzionamento;
2. Aumento del rumore durante lo spegnimento, specialmente durante le modalità di cortocircuito di emergenza;
3. Grandi dimensioni non moderne, che determinano un aumento del territorio destinato ai quadri esterni;
4. Hanno paura dell'aria umida e della polvere. Pertanto, vengono adottate misure aggiuntive per i sistemi d'aria, vengono installate apparecchiature volte a ridurre questi fattori dannosi.

2.4.5 SF6 e l'ambiente

Gli inquinanti atmosferici generati dall'attività umana sono divisi in due categorie in base al loro impatto:
— impoverimento stratosferico dell'ozono (buchi nello strato di ozono);
- riscaldamento globale (effetto serra).
L'SF6 ha scarso effetto sull'esaurimento dell'ozono stratosferico, poiché non contiene cloro, che è il principale reagente nella catalisi dell'ozono, né sull'effetto serra, poiché le sue quantità presenti in atmosfera sono trascurabili (IEC 1634 (1995)).
L'utilizzo del gas SF6 nei quadri per tutte le condizioni operative ha portato vantaggi in termini di prestazioni, dimensioni, peso, costo complessivo e affidabilità. Il costo di acquisto e di esercizio, che include i costi di manutenzione, può essere notevolmente inferiore al costo delle apparecchiature di commutazione legacy.
Molti anni di esperienza operativa dimostrano che l'SF6 non rappresenta alcun pericolo per il personale operativo o per l'ambiente, a condizione che vengano rispettate le regole elementari per la manipolazione e il funzionamento di apparecchiature isolate con gas.

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Principio operativo

L'interruttore si basa sul principio dell'estinzione di un arco elettrico mediante un flusso ad alta velocità di una miscela di aria compressa fornita ai canali di scoppio. Sotto l'influenza del flusso d'aria, la colonna di scarico viene allungata e diretta ai canali di scoppio, dove viene infine estinta.

I design degli scivoli ad arco differiscono sia per la disposizione reciproca dei condotti dell'aria che per i contatti di rottura. Su questa base, i seguenti schemi di esplosione:

1. Soffiaggio longitudinale attraverso un canale metallico.
2. Soffiaggio longitudinale attraverso il canale isolante.
3. Spurgo simmetrico su entrambi i lati.
4. Asimmetrico bilaterale.

Schemi di soffiaggio Delle opzioni presentate, l'ultima è la più efficace.

Classificazione e tipi di interruttori aperti

Gli interruttori di potenza, compresi quelli ad aria, sono classificati principalmente in base al tipo di costruzione e allo scopo, dopodiché si considerano già le caratteristiche tecniche. Cominciamo con un criterio di classificazione più prioritario.

Su appuntamento

A seconda dello scopo, gli interruttori dell'aria sono suddivisi nei seguenti tipi:

• Gruppo di rete, comprende dispositivi elettromeccanici, con tensione nominale a partire da 6,0 kV. Possono essere utilizzati sia per la commutazione operativa dei circuiti che per l'arresto di emergenza, ad esempio in caso di cortocircuito.
• gruppo generatore. Include dispositivi elettrici progettati per 6,0-20,0 kV. Questi dispositivi possono commutare il circuito, sia in condizioni normali che in caso di cortocircuito o presenza di correnti di spunto.
• Categoria per il lavoro con i consumatori ad alta intensità energetica (forni ad arco, per minerali minerali, per la fusione dell'acciaio, ecc.).
• Gruppo per scopi speciali. Comprende le seguenti sottospecie:

1. Interruttori in aria di categoria ad altissima tensione, utilizzati per collegare i reattori shunt alle linee elettriche in caso di sovratensione nella linea.
2. Interruttori automatici con generatori di shock (usati nelle prove al banco), progettati per la manovra in condizioni di normale funzionamento e in situazioni di emergenza.
3. Dispositivi nei circuiti 110,0-500,0 kV, che forniscono il passaggio, sia in condizioni operative normali, sia per un certo tempo durante il cortocircuito.
4. Interruttori dell'aria inclusi nel kit del quadro.

In base alla progettazione

Le caratteristiche di progettazione degli interruttori determinano il loro tipo di installazione. A seconda di ciò, si distinguono i seguenti tipi di dispositivi:

• Incluso nel kit per il quadro (da incasso).
• I roll-out da celle di quadro dotate di dispositivi speciali sono del tipo roll-out.

  Interruttore aria estraibile Metasol

• Esecuzione a parete. Dispositivi installati a parete in un quadro di tipo chiuso.
• Sospesi e portanti (si differenziano per il tipo di isolamento dal "terreno").

Gli interruttori moralmente e fisicamente obsoleti che sono in funzione creano molti problemi.

Secondo RAO UES, il 15% di tutti gli interruttori di alta tensione non soddisfa le condizioni operative; l'usura delle apparecchiature della sottostazione supera il 50%. Più di un terzo degli interruttori automatici aperti da 330-750 kV, che costituiscono la base delle apparecchiature di commutazione delle reti elettriche intersistemiche, hanno una durata di servizio di oltre 20 o addirittura 30 anni. Una situazione simile è con apparecchiature di commutazione per una tensione di 110-220 kV.

Interruttori automatici obsoleti e relativi sistemi di supporto richiedono elevati costi di manutenzione.

Fino al 2010 non si possono vedere sul mercato mondiale alternative all'SF6 e agli interruttori in vuoto.Pertanto, il lavoro continua per migliorarli.

Viene utilizzata una combinazione del metodo di spegnimento autopneumatico e del metodo di autogenerazione della pressione negli interruttori in SF6, che si è diffuso negli ultimi anni. Ciò riduce il consumo di energia dell'azionamento e consente di utilizzare un azionamento a molla economico e affidabile per interruttori automatici SF6 con una tensione di 245 kV e oltre.

L'aumento dell'efficienza di spegnimento dell'arco consente di aumentare la tensione per interruzione dell'interruttore fino a 360-550 kV.

Sono in corso i lavori per migliorare ulteriormente i sistemi di contatto del VDC, per ricercare la distribuzione ottimale del campo magnetico per un efficace smorzamento dell'arco del vuoto e per ridurre il diametro delle camere. Proseguono i lavori per la realizzazione di VDC per una tensione superiore a 35 kV (110 kV e oltre) per interruttori in vuoto ad alta tensione.

Le apparecchiature per il vuoto stanno iniziando ad essere utilizzate a bassa tensione (1140 V e inferiore) e non solo sotto forma di contattori, ma anche interruttori e dispositivi di controllo.

Sono in corso lavori per sostituire l'SF6 con una miscela di esso con altri gas, nonché per utilizzare altri gas.

Il livello di sviluppo dell'SF6 e delle apparecchiature per il vuoto soddisfa sostanzialmente le esigenze del consumatore.

La fornitura di oggi sul mercato estero russo di apparecchiature isolate con gas supera significativamente il volume delle vendite di dispositivi domestici. Sta diventando sempre più difficile per i produttori russi competere con quelli stranieri a causa dell'arretratezza tecnologica e della mancanza di fondi per il riequipaggiamento tecnico.

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Area di applicazione

Il trasformatore di tensione SF6 è utilizzato in diverse cabine elettriche. Il dispositivo è in grado di trasmettere un segnale a strumenti di misura, componenti di protezione di quadri. I trasformatori SF6 sono collegati a una rete trifase (industriale). Il loro compito è trasformare la corrente alternata a 50 Hz. L'installazione è consentita in zone climatiche medio e moderatamente fredde.

Il funzionamento di trasformatori basati sull'isolamento SF6 è possibile in quasi tutti i rami dell'attività industriale umana. Il funzionamento dell'apparecchiatura consente di trasmettere il segnale elaborato a strumenti di misura, sicurezza, sistemi di protezione. L'installazione viene utilizzata per garantire il funzionamento di vari dispositivi di misurazione dell'elettricità.

Il trasformatore di corrente SF6 è ideale per sottostazioni chiuse o sotterranee operanti all'interno della città. Le installazioni sono montate in aree critiche dal punto di vista ecologico. In tali aree, la perdita di olio è inaccettabile. Qui possono essere utilizzate solo apparecchiature SF6.

Principio di funzionamento e portata

Come funziona un interruttore SF6 ad alta tensione? A causa dell'isolamento delle fasi l'una dall'altra mediante gas SF6. Il principio di funzionamento del meccanismo è il seguente: quando viene ricevuto un segnale per spegnere l'apparecchiatura elettrica, i contatti di ciascuna camera si aprono. I contatti integrati creano un arco elettrico, che si trova in un ambiente gassoso.

Questo mezzo separa il gas in singole particelle e componenti e, a causa dell'elevata pressione nel serbatoio, il mezzo stesso viene ridotto. Possibile utilizzo di compressori aggiuntivi se l'impianto funziona a bassa pressione. Quindi i compressori aumentano la pressione e formano un getto di gas.Viene anche utilizzato lo shunt, il cui uso è necessario per equalizzare la corrente.

La designazione nel diagramma seguente indica la posizione di ciascun elemento nel meccanismo dell'interruttore:

Per quanto riguarda i modelli a serbatoio, il controllo viene effettuato con l'ausilio di azionamenti e trasformatori. A cosa serve l'unità? Il suo meccanismo è un regolatore e il suo scopo è quello di accendere o spegnere l'alimentazione e, se necessario, di mantenere l'arco ad un livello prestabilito.

Gli azionamenti sono suddivisi in molla e molla idraulica. Le molle hanno un alto grado di affidabilità e hanno un principio di funzionamento semplice: tutto il lavoro viene svolto grazie a parti meccaniche. La molla è in grado di comprimersi e decomprimersi sotto l'azione di una speciale leva, oltre ad essere fissata al livello impostato.

Gli azionamenti idraulici a molla degli interruttori automatici hanno anche un sistema di controllo idraulico nel loro design. Tale azionamento è considerato più efficiente e affidabile, perché il dispositivo a molla stesso può cambiare il livello del fermo.

Il dispositivo e il design dell'interruttore automatico dell'aria

Considera come è disposto l'interruttore automatico in aria usando l'esempio di un interruttore di alimentazione VVB, il suo diagramma strutturale semplificato è presentato di seguito.

Design tipico degli interruttori aperti della serie VVB

Designazioni:

• A - Ricevitore, un serbatoio in cui viene pompata aria fino a raggiungere un livello di pressione corrispondente a quello nominale.
• B - Serbatoio metallico dello scivolo ad arco.
• C - Flangia terminale.
• D - Condensatore divisore di tensione (non utilizzato nei moderni modelli di interruttori).
• E - Asta di montaggio del gruppo contatti mobili.
• F - Isolante in porcellana.
• G - Contatto ad arco aggiuntivo per la manovra.
• H - Resistenza di shunt.
• I - Valvola del getto d'aria.
• J - Tubo condotto impulsi.
• K - Alimentazione principale della miscela d'aria.
• L - Gruppo di valvole.

Come si può notare, in questa serie, il gruppo contatti (E, G), il meccanismo di collegamento/scollegamento e la valvola soffiante (I) sono racchiusi in un contenitore metallico (B). Il serbatoio stesso è riempito con una miscela di aria compressa. I poli dell'interruttore sono separati da un isolatore intermedio. Poiché sulla nave è presente un'alta tensione, la protezione della colonna di supporto è di particolare importanza. È realizzato con l'aiuto di "camicie" isolanti in porcellana.

La miscela d'aria viene fornita attraverso due condotti dell'aria K e J. Il primo principale è utilizzato per pompare aria nel serbatoio, il secondo funziona in modalità pulsata (fornisce la miscela d'aria quando i contatti dell'interruttore sono spenti e si ripristina quando è Chiuso).