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.

Основные параметры:

• 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.