Проблема эксплуатации высоковольтных вакуумных выключателей

Надёжность и диагностирование технического состояния электроэнергетических ...

УДК 621.3.061

ПРОБЛЕМА ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ВАКУУМНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

С.П. Кукляев

Рассмотрены преимущества вакуумных высоковольтных выключателей над выключателями с масляной и воздушной дугогасящей средой, поставлена проблема их эксплуатации в связи с возникновением коммутационных перенапряжений.

Ключевые слова: вакуумные высоковольтные выключатели, дугогасящая среда, гашение дуги, коммутационные перенапряжения.

Высоковольтный выключатель - электротехнический защитно-коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения электрической цепи в различных режимах. Одной из разновидностей высоковольтных выключателей являются вакуумные выключатели.

Разработанные в тридцатых годах прошлого века в настоящее время все больше вытесняют масляные, электромагнитные и воздушные выключатели. Объясняется это тем, что электрическая прочность вакуума намного выше прочности других дугогасящих сред. Обладает он таким свойством благодаря малой концентрации частиц в вакуумной дугогасящей камере и, как следствие, неспособности среды поддерживать длительное горение дуги. Из-за использования данной дугогасящей среды вакуумные выключатели обладают следующими достоинствами.

1. Самостоятельность работы. Отсутствие необходимости в масляном и компрессорном хозяйствах снижает расходы на содержание (относительно масляных и воздушных выключателей).

2. Высокая технологическая надежность. Частота отказов вакуумных выключателей в несколько раз ниже по сравнению с электромагнитными или масляными выключателями.

3. Механическая надёжность и быстродействие. Высокая механическая надёжность достигается малым ходом контактов (всего 6.. .10 мм при напряжении 10 кВ). Для масляных и электромагнитных выключателей на это же напряжение ход контактов достигает 100.200 мм. Это преимущество в купе с относительно малой массой обеспечивает высокое быстродействие, что делает пригодными вакуумные выключатели для использования в схемах быстродействующих устройств.

4. Коммутационная износостойкость. Число отключений номинальных токов (без ревизий и ремонта) достигает 10.20 тысяч, а токов аварийных режимов - от 20 до 200 в зависимости от типа дугогасительной камеры и значения тока. В это же время масляные выключатели нуждаются в ревизии после 500 - 1000 отключений номинальных токов или 3 - 10

Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 8

отключений аварийных токов. Для выключателей с воздушной дугогася-щей средой эти цифры составляют 1000 - 2500 и 6 - 15 отключений соответственно. Также высокая коммутационная износостойкость значительно сокращает расходы на обслуживание, перерывы в электроснабжении (выполняемые из-за регламентных работ).

5. Высокая безопасность эксплуатации. Вследствие небольших динамических нагрузок, малой энергии привода, отсутствия выброса газов и масла, относительно малой массы вакуумных выключателей обеспечивается бесшумность работы, повышается культура обслуживания и предотвращается загрязнение окружающей среды. Герметичное исполнение и отсутствие среды (поддерживающей горение) предполагают высокую пожарную безопасность и возможность работы в агрессивных средах.

Но несмотря на все достоинства, у вакуумных выключателей есть несколько существенных недостатков, главным из которых является возникновение коммутационных перенапряжений. Дело в том, что большая скорость отключения вакуумных выключателей приводит к возникновению перенапряжений, обусловленных срезом тока, многократными повторными зажиганиями и трёхфазным одновременным отключением. Силовые трансформаторы с облегченным уровнем изоляции рассчитаны на импульсные перенапряжения с максимальным значением 23 и 34 кВ соответственно для классов напряжения 6 и 10 кВ, что без применения защиты может оказаться недостаточным для выдерживания максимальных перенапряжений. Наибольшую опасность представляют собой коммутационные перенапряжения для электродвигателей, так как они имеют пониженные по сравнению с трансформаторами уровни изоляции и в особенности пониженную импульсную прочность обмотки при воздействии волн с крутым фронтом. Волновые сопротивления двигателей примерно на два порядка ниже, чем у трансформаторов, поэтому уровни перенапряжении при обычном срезе тока также значительно ниже. Однако включение двигателя или отключение его пускового тока, как правило, сопровождается многократными повторными зажиганиями и воздействиями волн перенапряжений с крутым фронтом. При определенном сочетании параметров схемы и начальных условий наблюдается постепенное нарастание максимумов волн (эскалация напряжений), при котором они могут достигать 5-кратных значений по отношению к фазному напряжению двигателя.

В связи с опасностью влияния коммутационных перенапряжений возникает проблема эксплуатации вакуумных выключателей. Следовательно, вместе с вакуумными выключателями необходимо применять дополнительные аппараты защиты. А при разработке новых типов высоковольтных выключателей необходимо уделять внимание проблеме перенапряжений, так как они могут привести к значительным неисправностям в изоляции электрооборудования.

Надёжность и диагностирование технического состояния электроэнергетических

Список литературы

1. Барыбин Ю.Г. Справочник по проектированию электроснабжения / М.: Энергоатомиздат, 1990.

2. Федоров А. А. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: 2 т. М.: Энергоатомиздат, 1987.

Кукляев Семен Петрович, студент, semjon kukliaev@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет.

PROBLEM OF USING VAKUUM CIRCUIT BREAKERS S. P. Kukliaev

The advantages of vacuum high-voltage switches on switches with oil and air arc-extinguishing fluid are considered. The question of their use in connection with the occurrence of switching surges is raised.

Key words: vacuum high-voltage switches, arc-extinguishing fluid, extinguishing the arc, switching surges.

Kukliaev Semen Petrovich, student, semjon kukliaev@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.311.171

ГРОЗОЗАЩИТА И ЗАЗЕМЛЕНИЕ

А.Г. Лагутенков

Рассмотрены способы заземления и грозозащиты, указаны области их применения. Указаны основные условия применения грозозащитных тросов. Приведены формулы для расчета механического напряжения, действующего на трос, и стрел провеса троса, а также основные указания для выбора его параметров.

Ключевые слова: заземление, грозозащитный трос, грозовая активность, опора, стрела провеса, грозовой режим, разрядник.

Самым эффективным способом защиты линий электропередачи является применение заземленных тросовых молниеотводов, подвешиваемых по всей длине. Их используют на линиях с металлическими и железобетонными опорами напряжением 110 кВ и выше.

Применение защитных тросов на линиях с деревянными опорами приведет к резкому и неоправданному удорожанию. Поэтому в качестве защиты от перенапряжений используются только места с ослабленной изо-

113