Disjuntores de ar

Nos disjuntores abertos, o arco é extinto soprando ar comprimido(a uma pressão de 2-4 MPa e superior), vindo de um reservatório, na maioria das vezes integrado à base.

Os controles remotos dos interruptores de ar são feitos com uma ou mais quebras de fase e com jato de ar longitudinal ou transversal.

Um dispositivo de arco de interrupção única pode ser usado para interromper uma corrente significativa apenas em uma tensão relativamente pequena. Chaves com tensões de 220 kV e superiores devem ter vários disjuntores conectados em série. Por exemplo, a uma pressão de ar de 4 MPa e uma tensão de 110 kV, uma chave com um intervalo é capaz de desconectar uma corrente de cerca de 40 kA. Um disjuntor de 220 kV deve ter dois interruptores e um disjuntor de 500 kV deve ter quatro interruptores.

Os disjuntores abertos com tensões nominais de 110 a 1150 kV são projetados em série e montados a partir de peças padronizadas, sendo a mais importante um módulo extintor de arco com duas interrupções, projetado para uma determinada tensão nominal da ordem de 110-250 kV dependendo na pressão do ar. O número de módulos conectados em série é selecionado de acordo com a tensão nominal.

Uma condição necessária para o funcionamento satisfatório dos disjuntores com disjuntores múltiplos é a distribuição uniforme da tensão de restauração entre os disjuntores. Para garantir uma distribuição uniforme de tensão entre interrupções em qualquer frequência da tensão de recuperação, é aconselhável utilizar divisores de tensão capacitivos (Fig. 1.a). Essas chaves geralmente também são equipadas com resistores shunt conectados em paralelo com cada interrupção (Fig. 1.b). Neste caso, são necessários pequenos dispositivos de amortecimento (marcados com 1,2,3,4) em cada interrupção para desligar a corrente que a acompanha.

Arroz. 1.

Série de disjuntores a ar

O projeto dos disjuntores pneumáticos usados ​​​​em subestações é determinado principalmente pelo método de criação de uma lacuna isolante entre os contatos do disjuntor na posição aberta, pelo método de fornecimento de ar comprimido aos dispositivos de extinção de arco, pelo sistema de controle do disjuntor, a presença de resistores shunt e divisores de tensão e alguns outros recursos. As seguintes séries de disjuntores abertos são diferenciadas.

Disjuntor série VVB para tensões nominais de 110 a 750 kV

Os disjuntores a ar mais avançados são aqueles em que a câmara de extinção do arco está localizada diretamente no tanque de ar comprimido. Os módulos extintores de arco com duas interrupções e sopro unidirecional possuem tensão nominal de 110 kV. A quantidade de módulos para disjuntores com tensões nominais de 110, 220, 330, 500 e 750 kV é de 1, 2, 4, 6 e 8, respectivamente. Os módulos são instalados em colunas feitas de isoladores de porcelana. Os disjuntores de 110 kV possuem um módulo e uma coluna de suporte. Chaves 220-750 kV - dois módulos em cada coluna, localizados um acima do outro e conectados em série por meio de um jumper. A Figura 2 mostra um disjuntor aberto tipo VVB-220B-31.5/2000U1 para tensão nominal de 220 kV, isolação tipo B, corrente nominal de interrupção de 31,5 kV. corrente nominal de 2.000 A, para instalação em climas moderados ao ar livre.

O tempo total de desligamento é de 0,06 - 0,08 s. dependendo da tensão nominal. A operação mostrou sua alta confiabilidade.

Arroz. 2. Switch série VVB-220 com dois módulos em uma coluna: 1 - gabinete de controle; 2 – isolador de suporte; 3 – dispositivo extintor de arco; 4 - divisor de tensão; 5 - condutor de conexão; 6 - resistor de derivação.

A pressão do ar para disjuntores de 110, 220 e 500 kV é de 2 MPa; para disjuntores de 750 kV - 2,6 MPa; 330 kV - 2 e 2,6 MPa.

Os interruptores da série VVB possuem um sistema de controle pneumático. Nas colunas ocas de suporte são colocados dutos de ar feitos de material isolante, um dos quais é utilizado para reabastecer os tanques com ar comprimido e o segundo é utilizado para controlar as válvulas de contato e sopro dos módulos energizados.

Na Fig. 3.a mostra um pólo de um disjuntor da série VVB para uma tensão de 110 kV. O tanque de ar comprimido 1 está localizado no isolador de suporte 2, e os dutos de ar de controle passam pelo mesmo isolador. O gabinete de controle 3 está localizado na base do disjuntor. O controle remoto é conectado ao circuito externo pelas partes condutoras de corrente das buchas 4. A distribuição uniforme de tensão entre as duas interrupções do dispositivo é garantida por meio de capacitores 5. O diagrama de circuito do dispositivo é mostrado na Fig. b, onde 5 são capacitores shunt que garantem tensões iguais nas duas interrupções do dispositivo; 6 – principais contatos; 7 - auxiliar; 8 - resistores shunt que servem para reduzir a velocidade de recuperação de tensão. A corrente através dos resistores shunt é desligada pelos contatos 7 após a extinção do arco nas interrupções principais 6. Da Fig. 3.b é claro que o corpo do tanque 2 está energizado.

Arroz. 3.

No projeto considerado, apenas o tanque de aço está sob alta pressão. Isso permite aumentar a pressão do ar no tanque para 3,5 -4 MPa e aumentar a corrente comutada.

Várias misturas de gases são frequentemente usadas para extinguir um arco elétrico. Os disjuntores SF6 de 110 kV e 220 kV operam precisamente com base neste princípio e podem ser usados ​​para operação em situações de emergência.

Design e tipos

Os disjuntores de alta tensão isolados a gás são dispositivos de controle operacional para monitoramento linha de alta tensão fornecimento de energia. Esses dispositivos têm um design muito semelhante aos de óleo, mas ao mesmo tempo não utilizam uma mistura de óleo, mas um composto de gás para extinguir o arco. Muitas vezes isso é enxofre. Os interruptores de óleo requerem cuidados especiais: de acordo com os regulamentos, são necessárias trocas periódicas de óleo e limpeza dos contatos de trabalho. SF6 não precisa disso. A principal vantagem do gás SF6 é a durabilidade: não envelhece e polui minimamente as partes mecânicas do aparelho.

Foto – equipamento de alta tensão

Eles são:

1. Núcleo (HPL 245B1, MF 24 Schneider Electric);
2. Tanque (ABB 242PMR, DT2-550 F3 - fabricante Areva).

O disjuntor de coluna SF6 é um dispositivo de desconexão padrão que opera apenas em uma fase (por exemplo, LF 10 da Schneider Electric). É usado para rede de 220 kV. Estruturalmente consistem em dois sistemas: contato e extinção de arco. Ambos estão localizados em um recipiente cheio de gás SF6. Podem ser manuais (o controle é realizado exclusivamente mecanicamente) ou remotos. Devido a esta separação, eles apresentam dimensões gerais bastante grandes.

Foto – desenho de projeto

Os tanques possuem dimensões menores e são complementados pelo acionamento PPRM 2 para o disjuntor SF6. O inversor é distribuído em várias fases, o que permite a regulação suave da tensão (ligar e desligar). A sua vantagem é também que podem transportar cargas pesadas graças ao transformador de corrente incorporado no sistema.

Além das características de design, os interruptores isolados a gás são classificados de acordo com o princípio de extinção de arco:

1. Autocompressão ou ar;
2. Rotativo;
3. Explosão longitudinal;
4. Jato longitudinal com aquecimento adicional de gás SF6.

Princípio operacional e propósito

Os disjuntores SF6 de alta tensão operam isolando as fases umas das outras usando gás SF6. Quando é acionado um sinal de que o equipamento elétrico precisa ser desligado, os contatos das câmeras individuais (se o dispositivo for um alto-falante) se abrem. Assim, os contatos embutidos formam um arco, que é colocado em ambiente gasoso. Ele decompõe o gás em componentes individuais, mas ao mesmo tempo diminui devido à alta pressão no recipiente. Se o sistema for instalado em baixa pressão, compressores adicionais serão usados ​​para aumentar a pressão e criar uma explosão de gás. Para equalizar a corrente, a derivação é usada adicionalmente. Visualmente, o fluxo de trabalho é assim:

Foto - diagrama de trabalho

Separadamente, é necessário falar sobre os modelos do tipo tanque. Seu controle é realizado por drives e transformadores. O mecanismo de acionamento desta instalação é um regulador: é necessário ligar e desligar a energia elétrica e manter o arco (se necessário) em um determinado nível. As unidades são:

1. Primavera;
2. Mola-hidráulica.

O tipo mola possui um princípio de operação muito simples e um alto nível de confiabilidade. Nele, todo o trabalho é realizado apenas por peças mecânicas. A mola é fixada e fixada em um determinado nível e, quando a posição da alavanca de controle muda, ela é liberada. Com base no seu princípio de funcionamento, muitas vezes é preparada uma apresentação científica da ação do hexafluoreto de enxofre em ambiente elétrico.

Foto – VGU-35

Os modernos acionamentos hidráulicos de mola, além da mola, são equipados adicionalmente com um sistema de controle hidráulico. Eles são considerados mais eficazes porque os próprios mecanismos de mola podem alterar a posição da trava.

Vantagens dos disjuntores SF6:

1. Versatilidade. Essas chaves são utilizadas para controlar redes com qualquer tensão;
2. Velocidade de ação. As reações do gás SF6 à presença de um arco elétrico ocorrem em uma fração de segundo, o que permite um rápido desligamento de emergência do sistema controlado;
3. Adequado para uso em condições de risco de incêndio e vibração;
4. Durabilidade. Os contatos em contato com o gás SF6 praticamente não se desgastam, as misturas de gases não precisam ser substituídas e o invólucro externo possui altos indicadores de proteção;
5. Adequado para desconectar corrente alternada e contínua de alta tensão, enquanto seus análogos, modelos a vácuo, não podem ser usados ​​​​em redes de alta tensão.

Mas tais dispositivos têm certos imperfeições:

1. Preço elevado devido à complexidade de produção e ao alto custo da mistura de gases SF6;
2. A instalação é feita apenas na fundação ou em quadro elétrico especial, e para isso é necessário Instruções Especiais e experiência;
3. Os interruptores não funcionam em baixas temperaturas;
4. Quando for necessária manutenção, devem ser utilizados equipamentos especiais.

Foto – interruptor de carga industrial isolado a gás

Vídeo: recursos dos switches SF6

Especificações

Vamos considerar especificações interruptores de diferentes fabricantes e tipos de operação.

Disjuntor de mola a gás MEK SF6 HD4 (fábrica ABB):

VGBEP-35 (VGB-35, VGBE):

VGT-35 (VMT-35):

Núcleo VGT-110:

VGU-110 (potência a gás):

Chave de coluna GL314 Alstom:

Dispositivos de comutação de potência do gerador com acionamento por mola – FKG 2:

Disjuntor de compressão de gás SF6 da Siemens (Siemens) 3AP1FG-245 (fundações necessárias para instalação):

Você pode comprar interruptores SF6 adequados em qualquer loja de produtos elétricos. Seu custo depende do tipo de dispositivo e do fabricante. A lista de preços em Samara, Moscou, Yekaterinburg e outras cidades varia de 100 dólares a vários milhares.

Os disjuntores de alta tensão que utilizam gás SF6 como meio isolante e extintor de arco estão se tornando cada vez mais difundidos, pois possuem altos recursos mecânicos e de comutação, capacidade de interrupção, compacidade e confiabilidade em comparação com circuitos de alta tensão com ar, óleo e baixo teor de óleo. disjuntores.

Os avanços no desenvolvimento de painéis isolados a gás tiveram um impacto direto direto na implementação de painéis compactos para exteriores, painéis internos e painéis isolados a gás. Nos disjuntores SF6 eles são usados várias maneiras extinção de arco dependendo da tensão nominal, corrente nominal de interrupção e características do sistema de potência (ou instalação elétrica individual).

Nos dispositivos de extinção de arco de SF6, ao contrário dos dispositivos de extinção de arco de ar, ao extinguir o arco, a saída do gás através do bico não ocorre para a atmosfera, mas para um volume de câmara fechada preenchido com gás SF6 a uma sobrepressão relativamente baixa.

De acordo com o método de extinção do arco elétrico durante o desligamento, distinguem-se os seguintes disjuntores a gás SF6:

1. Disjuntor de autocompressão de gás SF6, onde o fluxo de massa necessário de gás SF6 através dos bicos do dispositivo de extinção de arco de compressão é criado ao longo do sistema móvel do disjuntor (disjuntor de autocompressão com um estágio de pressão).

2. Disjuntor a gás SF6 com explosão eletromagnética, em que a extinção do arco no extintor de arco é garantida pela sua rotação ao longo dos contatos anulares sob a influência do campo magnético criado pela corrente comutada.

3. Disjuntor SF6 com alto e baixo pressão baixa, em que o princípio de fornecimento de jato de gás através dos bicos do extintor de arco é semelhante aos extintores de arco a ar (disjuntor a gás SF6 com dois estágios de pressão).

4. Disjuntor de gás SF6 com autogeração, onde o fluxo de massa necessário de gás SF6 através dos bicos do dispositivo de extinção de arco é criado aquecendo e aumentando a pressão do gás SF6 por um arco de desligamento em uma câmara especial (autogeração de SF6 disjuntor a gás com um estágio de pressão).

Vejamos alguns projetos típicos de disjuntores SF6 para 110 kV e superiores.

Os disjuntores SF6 de 110 kV e superiores por interrupção de diversas empresas possuem os seguintes parâmetros nominais: Unom = 110-330 kV, Inom = 1-8 kA, Io.nom = 25-63 kA, pressão do gás SF6 pH = 0,45-0,7 MPa (abs), o tempo de desligamento é de 2-3 períodos de corrente de curto-circuito. Intensas pesquisas e testes de empresas nacionais e estrangeiras permitiram desenvolver e colocar em operação um disjuntor isolado a gás com uma interrupção em Unom = 330-550 kV em Io.nom = 40 - 50 kA e o tempo de interrupção da corrente é um período de corrente de curto-circuito.

Um projeto típico de um disjuntor SF6 de autocompressão é mostrado na Fig. 1.

O dispositivo está na posição desligado e os contatos 5 e 3 estão abertos.

Arroz. 1.

O fornecimento de corrente ao contato fixo 3 é realizado através do flange 2, e ao contato móvel 5 através do flange 9. Uma câmara com adsorvente é montada na tampa superior 1. A estrutura isolante de suporte da chave SF6 é montada no apoio para os pés 11. Quando a chave é ligada, um atuador pneumático 13 é acionado, cuja haste 12 é conectada através de uma haste isolante 10 e uma haste de aço 8 com contato móvel 5. Este último está rigidamente conectado a um bico fluoroplástico 4 e a um cilindro móvel 6. Todo o sistema EV móvel (elementos 12-10-8-6-5) se move para cima em relação ao pistão estacionário 7, e a cavidade K do sistema de extinção de arco do disjuntor aumenta.

Quando o interruptor é desligado, a haste 12 do mecanismo de potência de acionamento puxa o sistema móvel para baixo e é criada uma pressão aumentada na cavidade K em comparação com a pressão na câmara do interruptor. Esta autocompressão do gás SF6 garante a saída do meio gasoso pelo bico, resfriamento intensivo do arco elétrico que ocorre entre os contatos 3 e 5 durante o desligamento. O indicador de posição 14 fornece posicão inicial sistema de contato de comutação. Em vários projetos de disjuntores de gás SF6 de autocompressão, são usados ​​​​mecanismos de acionamento hidráulico por mola, e o fluxo de gás SF6 através dos bicos na câmara de extinção de arco é realizado de acordo com o princípio da detonação dupla-face .

Na Fig. A Figura 2 mostra uma chave SF6 tipo tanque do tipo VGBU 220 kV (Inom=2500 A, Io.nom=40 kA NIIVA OJSC com acionamento hidráulico autônomo 5 e transformadores de corrente integrados 2. O EV possui controle trifásico (um acionamento para três fases) e é equipado com pneus de porcelana (polímero) de 1 entrada de ar-SF6.

No tanque cheio de gás 3 existe um dispositivo extintor de arco, que é conectado ao acionamento hidráulico 5 através de um mecanismo de transmissão localizado na câmara cheia de gás 4. O projeto do disjuntor SF6 do tanque é montado em uma estrutura metálica 6 . Para encher o disjuntor com gás SF6, é utilizado o conector 7. Ao instalar o disjuntor em um quadro externo, a pressão do gás nas câmaras é geralmente igual a um atm (abs.) e então é necessário garantir p. = pH.

Arroz. 2.

As vantagens dos disjuntores SF6 tipo tanque com transformadores de corrente integrados sobre os conjuntos de “disjuntor SF6 de coluna mais transformador de corrente independente” são: maior resistência sísmica, menor área do território alienado da subestação, menos volume de obras de fundação necessárias durante a construção das subestações, maior segurança do pessoal da subestação (os extintores de arco estão localizados em tanques metálicos aterrados), possibilidade de utilização de aquecimento a gás SF6 quando utilizado em áreas de clima frio.

Nos projetos de disjuntores tanque de 220 kV e superiores, para quadros externos é necessário aumentar a pressão nominal do gás SF6 (pnom > 4,5 atm (abs.)), portanto, o aquecimento do ambiente de gás é introduzido para evitar liquefação de gás SF6 em baixas temperaturas ambientes ou misturas de gás SF6 com nitrogênio ou tetrafluorometano.

Como mostra a prática, para uma tensão nominal de 330–500 kV, os interruptores tanque com uma interrupção para correntes nominais de 40–63 kA são o tipo mais promissor de equipamento de comutação para painéis e painéis externos.

O disjuntor VGB-750-50/4000 U1 desenvolvido por OJSC NIIVA (Fig. 3) com dispositivo extintor de arco de autocompressão de interrupção dupla, transformadores de corrente embutidos, buchas de polímero ar-SF6, é equipado com dois acionamentos hidráulicos por pólo, que permite um tempo total de desligamento não superior a dois períodos de corrente de frequência industrial.

Na posição ligada do disjuntor SF6, os resistores são interligados pelos contatos principais. Ao desconectar, os contatos do resistor abrem primeiro, depois os principais e depois os contatos do arco. Quando ligado, os contatos do resistor fecham primeiro, seguidos pela extinção do arco e pelos contatos principais. Para equalizar a distribuição de tensão, cada lacuna é desviada com capacitores.

Os disjuntores de coluna SF6 com uma interrupção para uma tensão nominal de 110-220 kV com uma corrente de interrupção nominal de 40-50 kA tornaram-se difundidos.

Arroz. 5

Um projeto típico de um disjuntor SF6 tipo coluna do tipo VGP 110 kV (Inom = 2500 A, Io.nom = 40 kA) com acionamento por mola da Elektroapparat OJSC é mostrado na Fig. 5.

Várias misturas de gases são frequentemente usadas para extinguir um arco elétrico. Os disjuntores SF6 de 110 kV e 220 kV operam precisamente com base neste princípio e podem ser usados ​​para operação em situações de emergência.

Design e tipos

Os disjuntores de alta tensão isolados a gás são dispositivos de controle operacional para monitoramento de linhas de alimentação de alta tensão. Esses dispositivos têm um design muito semelhante aos de óleo, mas ao mesmo tempo não utilizam uma mistura de óleo, mas um composto de gás para extinguir o arco. Muitas vezes isso é enxofre. Os interruptores de óleo requerem cuidados especiais: de acordo com os regulamentos, são necessárias trocas periódicas de óleo e limpeza dos contatos de trabalho. Os SF6 não precisam disso. A principal vantagem do gás SF6 é a durabilidade: não envelhece e polui minimamente as partes mecânicas do aparelho.

Foto – equipamento de alta tensão

Eles são:

1. Núcleo (HPL 245B1, MF 24 Schneider Electric);
2. Tanque (ABB 242PMR, DT2-550 F3 - fabricante Areva).

O disjuntor de coluna SF6 é um dispositivo de desconexão padrão que opera apenas em uma fase (por exemplo, LF 10 da Schneider Electric). É usado para rede de 220 kV. Estruturalmente consistem em dois sistemas: contato e extinção de arco. Ambos estão localizados em um recipiente cheio de gás SF6. Podem ser manuais (o controle é realizado exclusivamente mecanicamente) ou remotos. Devido a esta separação, eles apresentam dimensões gerais bastante grandes.

Foto – desenho de projeto

Os tanques possuem dimensões menores e são complementados pelo acionamento PPRM 2 para o disjuntor SF6. O inversor é distribuído em várias fases, o que permite a regulação suave da tensão (ligar e desligar). A sua vantagem é também que podem transportar cargas pesadas graças ao transformador de corrente incorporado no sistema.

Além das características de design, os interruptores isolados a gás são classificados de acordo com o princípio de extinção de arco:

1. Autocompressão ou ar;
2. Rotativo;
3. Explosão longitudinal;
4. Jato longitudinal com aquecimento adicional de gás SF6.

Princípio operacional e propósito

Os disjuntores SF6 de alta tensão operam isolando as fases umas das outras usando gás SF6. Quando é acionado um sinal de que o equipamento elétrico precisa ser desligado, os contatos das câmeras individuais (se o dispositivo for um alto-falante) se abrem. Assim, os contatos embutidos formam um arco, que é colocado em ambiente gasoso. Ele decompõe o gás em componentes individuais, mas ao mesmo tempo diminui devido à alta pressão no recipiente. Se o sistema for instalado em baixa pressão, compressores adicionais serão usados ​​para aumentar a pressão e criar uma explosão de gás. Para equalizar a corrente, a derivação é usada adicionalmente. Visualmente, o fluxo de trabalho é assim:

Foto - diagrama de trabalho

Separadamente, é necessário falar sobre os modelos do tipo tanque. Seu controle é realizado por drives e transformadores. O mecanismo de acionamento desta instalação é um regulador: é necessário ligar e desligar a energia elétrica e manter o arco (se necessário) em um determinado nível. As unidades são:

1. Primavera;
2. Mola-hidráulica.

O tipo mola possui um princípio de operação muito simples e um alto nível de confiabilidade. Nele, todo o trabalho é realizado apenas por peças mecânicas. A mola é fixada e fixada em um determinado nível e, quando a posição da alavanca de controle muda, ela é liberada. Com base no seu princípio de funcionamento, muitas vezes é preparada uma apresentação científica da ação do hexafluoreto de enxofre em ambiente elétrico.

Foto – VGU-35

Os modernos acionamentos hidráulicos de mola, além da mola, são equipados adicionalmente com um sistema de controle hidráulico. Eles são considerados mais eficazes porque os próprios mecanismos de mola podem alterar a posição da trava.

Vantagens dos disjuntores SF6:

1. Versatilidade. Essas chaves são utilizadas para controlar redes com qualquer tensão;
2. Velocidade de ação. As reações do gás SF6 à presença de um arco elétrico ocorrem em uma fração de segundo, o que permite um rápido desligamento de emergência do sistema controlado;
3. Adequado para uso em condições de risco de incêndio e vibração;
4. Durabilidade. Os contatos em contato com o gás SF6 praticamente não se desgastam, as misturas de gases não precisam ser substituídas e o invólucro externo possui altos indicadores de proteção;
5. Adequado para desconectar corrente alternada e contínua de alta tensão, enquanto seus análogos, modelos a vácuo, não podem ser usados ​​​​em redes de alta tensão.

Mas tais dispositivos têm certos imperfeições:

1. Preço elevado devido à complexidade de produção e ao alto custo da mistura de gases SF6;
2. A instalação é realizada apenas sobre uma fundação ou quadro elétrico especial, o que requer instruções e experiência especiais;
3. Os interruptores não funcionam em baixas temperaturas;
4. Quando for necessária manutenção, devem ser utilizados equipamentos especiais.

Foto – interruptor de carga industrial isolado a gás

Vídeo: recursos dos switches SF6

Especificações

Consideremos as características técnicas dos interruptores de diferentes fabricantes e tipos de operação.

Disjuntor de mola a gás MEK SF6 HD4 (fábrica ABB):

VGBEP-35 (VGB-35, VGBE):

VGT-35 (VMT-35):

Núcleo VGT-110:

VGU-110 (potência a gás):

Chave de coluna GL314 Alstom:

Dispositivos de comutação de potência do gerador com acionamento por mola – FKG 2:

Disjuntor de compressão de gás SF6 da Siemens (Siemens) 3AP1FG-245 (fundações necessárias para instalação):

Você pode comprar interruptores SF6 adequados em qualquer loja de produtos elétricos. Seu custo depende do tipo de dispositivo e do fabricante. A lista de preços em Samara, Moscou, Yekaterinburg e outras cidades varia de 100 dólares a vários milhares.