Управление дугой

Page 1
background image

Page 2
background image

40

Июль

август

 2013

    

40

40

0

И

Ию

ль

ь

ь

а

а

а

а

а

а

а

а

а

а

а

а

а

а

а

а

а

а

в

в

в

вг

вг

вг

г

ус

ус

у

т

 

т

 

2

2

20

2

2

1

1

1

1

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

1

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

1

3

3

3

 

 

 

 

 

Управление 

Управление 

дугой

дугой


Page 3
background image

41

  

Июль

август

 2013

Когда пытливые умы наталкиваются на материалы 
с улучшенными свойствами, сразу начинаются 
разработки новых защитно-отключающих устройств.

Джин Вульф (Gene Wolf), 

технический писатель

Т

олчком

 

к

 

развитию

 

электрических

 

сетей

 

по

-

служило

 

появление

 

в

 1882 

году

 

первой

 

ком

-

мерческой

 

электроэнергетической

 

системы

Эта

 

распределительная

 

система

 

была

 

систе

-

мой

 

постоянного

 

тока

 

напряжением

 110 

В

имела

 

всего

 

59 

потребителей

 

и

 

охватывала

 

несколько

 

кварталов

 

Нижнего

 

Манхеттена

 

в

 

Нью

-

Йорке

но

 

она

 

положила

 

начало

 

растущему

 

спросу

 

потребителей

 

на

 

электро

-

энергию

Через

 

год

 

количество

 

потребителей

 

возросло

 

до

 513, 

а

 

всё

 

остальное

 

всем

 

известно

За

 

последние

 

130 

лет

 

количество

  «

энергозависимых

» 

людей

 

резко

 

увеличилось

 

и

 

перешагнуло

 

за

 

несколько

 

миллиардов

Электричество

 

стало

 

настолько

 

важным

 

для

 

обще

-

ства

что

 

его

 

напрямую

 

стали

 

привязывать

 

к

 

валовому

 

внутреннему

 

продукту

 

стран

Население

 

сильно

 

стра

-

дает

 

без

 

доступа

 

к

 

электричеству

В

 

докладе

 

Управ

-

ления

 

информации

 

по

 

энергетике

 

США

 (U.S. Energy 

Information Agency (EIA) 

отмечено

что

 

в

 2011 

году

 

по

-

требление

 

по

 

всему

 

миру

 

составило

 

около

 18 

триллио

-

нов

 

кВт

ч

 

электроэнергии

По

 

прогнозу

 EIA, 

к

 2035 

году

 

эта

 

цифра

 

вырастет

 

более

 

чем

 

на

 50%.

Это

 

всё

 

очень

 

интересно

если

 

вспом

-

нить

с

 

чем

 

пришлось

 

столкнуться

 

пио

-

нерам

 

электричества

таким

 

как

 

Томас

 

Эдисон

 (Thomas Edison), 

Джордж

 

Вестин

-

гауз

 (George Westinghouse), 

Никола

 

Тесла

 

(Nikola Tesla), 

Вернер

 

фон

 

Сименс

 (Werner 

von Siemens), 

Джонас

 

Венстром

 (Jonas 

Wenstrom), 

Доливо

-

Добровольский

когда

 

они

 

разрабатывали

 

основное

 

оборудование

 — 

трансформаторы

коммутационные

 

устрой

-

ства

выключатели

необходимые

 

для

 

за

-

рождающейся

 

промышленности

Один

 

Эдисон

 

с

 1879 

по

 1882 

год

 

получил

 

более

 

200 

патентов

 

во

 

время

 

работы

 

над

 

про

-

блемами

 

генерации

 

и

 

распределения

 

электроэнергии

Не

 

менее

 

интересна

 

и

 

глубина

 

предвидения

 

этих

 

гениев

 

электричества

 

в

 

отношении

 

промыш

-

ленности

Несомненно

что

 

энергетикой

 

дви

-

жут

 

изобретения

 

и

 

инновации

И

 

как

 

нигде

 

это

 

очевидно

 

на

 

примере

 

изо

-

бретения

 

силового

 

выключателя

которое

 

приписывают

 

американцу

 

Чарльзу

 

Графтону

 

Пейджу

 (Charles 

Grafton Page). 

Он

 

предложил

 

базо

-

вое

 

устройство

 

в

 1836 

году

будучи

 

вдохновлённым

 

наработками

 

ан

-

глийского

 

учёного

 

Майкла

 

Фарадея

 

(Michael Faraday) 

в

 

области

 

теории

 

переменного

 

тока

.

Эдисон

 

кое

-

что

 

подправил

 

в

 

устройстве

 

и

 

в

 

1879 

году

 

получил

 

патент

 

за

 

усовершенствование

 

кон

-

струкции

.

Другие

 

тоже

 

внесли

 

свою

 

лепту

 

в

 

разработку

но

 

прошли

 

многие

 

годы

прежде

 

чем

 

устройство

 

приобре

-

ло

 

приемлемые

 

характеристики

Что

 

делать

 

с

 

дугой

Чтобы

 

оценить

 

то

 

огромное

 

количество

 

проблем

с

 

которыми

 

сталкивались

 

первые

 

разработчики

 

вы

-

ключателя

достаточно

 

беглого

 

взгляда

 

на

 

некоторые

 

основные

 

принципы

 

выключателя

Дабы

  «

не

 

расте

-

каться

 

мыслью

 

по

 

древу

», 

давайте

 

получим

 

общее

 

представление

.

В

 

основном

 

выключатель

 

представляет

 

собой

 

ме

-

ханизм

который

 

соединяет

 

два

 

проводника

 

для

 

фор

-

мирования

 

токопроводящих

 

путей

При

 

срабатывании

 

выключателя

 

контакты

 

размыкаются

но

 

току

 

надо

 

продолжать

 

свой

 

путь

Контакты

 

подвергаются

 

воздей

-

ствию

 

электрической

 

дуги

которая

 

формируется

 

из

 

ионизированного

 

газа

  (

плазмы

между

 

размыкаю

-

щим

 

и

 

замыкающим

 

контактами

В

 

силовых

 

вы

-

ключателях

 

мощность

 

такой

 

электрической

 

дуги

 

огромна

и

 

она

 

растёт

 

с

 

повышением

 

тока

 

и

 

на

-

пряжения

Температура

 

дуги

 

может

 

достигать

 

30000°C 

при

 

давлении

 20 

МПа

 

и

 

больше

Как

 

её

 

отключить

Вот

 

это

 

и

 

было

 

проблемой

и

 

отцы

-

основатели

 

отрасли

 

поняли

 

это

Они

 

осознали

что

 

необ

-

ходимо

 

реализовать

 

возможность

 

безопасного

 

замыкания

 

и

 

размыкания

 

цепи

а

 

впереди

 

было

 

ещё

 

много

 

работы

Некоторые

 

первые

 

конструк

-

ции

 

выключателей

 

были

мягко

 

говоря

просто

 

убийственны

  (

никакого

 

каламбура

). 

Одним

 

из

 

самых

 

эффектных

 

устройств

 

был

 

выключатель

предназначенный

 

для

 

отключения

 

генератора

 

в

 

Берлине

Он

 

состоял

 

в

 

основном

 

из

 

медного

 

стержня

удерживаемого

 

на

 

месте

 

при

 

помощи

 

зажимов

Когда

 

зажимы

 

разжимались

стержень

 

падал

размыкая

 

цепь

.

Ещё

 

одним

 

из

 

ранних

 

выключателей

 

был

 

пе

-

реключатель

 

ножевого

 

типа

погружаемый

 

в

 

от

-

крытый

 

бак

 

с

 

водой

 

или

 

минеральным

 

маслом

Там

 

была

 

рычажно

-

поводковая

 

система

кото

-

рая

 

позволяла

 

кому

-

нибудь

стоящему

 

рядом

 

с

 

баком

размыкать

 

этот

 

переключатель

Эти

 

два

 

примера

 

придают

 

новое

 

значение

 

РАЗВИТИЕ

 Электротехники

Выключатель

 1891 

года

в

 

котором

 

в

 

качестве

 

элемента

размыкающего

 

электрическую

 

цепь

используется

 

ртуть

С

 

разрешения

 KEMA.

  

Июль

август

 2013


Page 4
background image

42

Июль

август

 2013

    

РАЗВИТИЕ

 Электротехники

Фабрика

 

компании

 ASEA 

по

 

производству

 

выключателей

 

на

 

напряжение

 130 

и

 300 

кВ

 

в

 1930 

году

С

 

разрешения

 ABB.

Внутреннее

 

устройство

 

масляного

 

автоматического

 

выключателя

 130 

кВ

 

в

 

1930 

году

С

 

разрешения

 ABB.

термину

  «

работа

 

в

 

течение

 

испытательного

 

срока

». 

На

 

ум

 

приходят

 

сцены

 

создания

 

монстра

 

из

 

фильма

 

«

Молодой

 

Франкенштейн

», 

а

 

не

 

мысли

 

о

 

развитии

 

электротехнической

 

промышленности

В

 

попытках

 

обезопасить

 

работу

 

исследователи

 

к

 

переключателю

 

ножевого

 

типа

 

добавили

 

электро

-

магнит

При

 

отключении

 

питания

 

электромагнита

 

вы

-

ключатель

 

размыкался

Ещё

 

в

 

одной

 

конструкции

 

в

 

качестве

 

размыкателя

 

цепи

 

использовался

 

ку

-

сок

 

угля

Когда

 

уголь

 

выгорал

цепь

 

размыка

-

лась

Только

 

представьте

 

себе

как

 

можно

 

было

 

управляться

 

с

 

этими

 

хитроумными

 

приспосо

-

блениями

.

Единственным

 

спасением

 

было

 

то

что

 

все

 

эти

 

устройства

 

работали

 

на

 

очень

 

низ

-

ких

 

уровнях

 

тока

 

и

 

напряжения

Выключатели

 

1880—1890 

годов

 

были

 

примитивными

гру

-

быми

 

и

 

опасными

Технологии

 

продолжали

 

развиваться

и

 

на

 

смену

 

этим

 

самоделкам

 

пришли

 

более

 

усовершенствованные

 

агрега

-

ты

 

типа

 

маслонаполненного

 

предохранителя

 

Ферранти

в

 

котором

 

использовались

 

пружи

-

ны

 

для

 

погружения

 

носителя

 

тока

 

в

 

масло

 

при

 

размыкании

Это

 

было

 

не

 

совсем

 

то

что

 

нуж

-

но

но

 

это

 

уже

 

был

 

шаг

 

вперёд

Чего

 

не

 

хватало

 

этим

 

системам

так

 

это

 

устройства

которое

 

бы

 

было

 

способно

 

от

-

ключать

 

цепь

 

и

 

защищать

 

всё

 

в

 

системе

 

от

 

по

-

вреждений

 

и

 

коротких

 

замыканий

Оно

 

должно

 

было

 

обладать

 

достаточным

 

быстродействием

 

(

предпочтительно

 

в

 

пределах

 

микросекунд


Page 5
background image

43

  

Июль

август

 2013

РАЗВИТИЕ

 Электротехники

Этому

 

выключателю

 130 

кВ

 

производства

 1940 

года

 

требовалось

 

огромное

 

количество

 

масла

С

 

разрешения

 ABB.

В

 1955 

году

 

для

 

этой

 

линии

 380 

кВ

 

потребовалось

 10 

выключателей

 

с

 

воздушным

 

дутьём

С

 

разрешения

 ABB.

для

 

переключения

 

с

 

проводника

 

на

 

изо

-

лятор

т

.

е

для

 

производства

 

отключения

Естественно

для

 

этого

 

лучше

 

всего

 

подо

-

шёл

 

бы

 

автоматический

 

выключатель

но

 

технологиям

 

того

 

времени

 

пришлось

 

пройти

 

долгий

 

и

 

мучительный

 

путь

 

развития

чтобы

 

достичь

 

этой

 

цели

Эта

 

идея

 

пришла

 

в

 

голову

 C.L.E. Brown, 

одному

 

из

 

основателей

 

компании

 Brown 

Boveri & Cie, 

сейчас

 ABB. 

В

 1897 

году

 

он

 

взял

 

существующий

 

воздушный

 

автомати

-

ческий

 

выключатель

 5 

кВ

 

и

 

поместил

 

его

 

в

 

бочку

 

с

 

минеральным

 

маслом

Испытания

 

были

 

успешными

 

и

 

стали

 

основой

 

для

 

соз

-

дания

 

первого

 

высоковольтного

 

выключа

-

теля

 (16 

кВ

), 

что

 

в

 

то

 

время

 

было

 

действи

-

тельно

 

высоким

 

напряжением

Усовершенствование

 

эксплуатационных

 

характеристик

Двадцатые

 

годы

 

прошлого

 

столетия

 

ознаменованы

 

высокой

 

активностью

 

в

 

об

-

ласти

 

исследований

 

и

 

разработок

 (R&D) 

автоматических

 

выключателей

Компания

 

Merlin Gerin 

в

 1921 

году

 

выпустила

 

масля

-

ный

 

выключатель

 (OCB), 

который

 

счита

-

ется

 

первым

 

в

 

мире

 

выключателем

 

про

-

мышленного

 

типа

В

 

середине

 

двадцатых

 

компания

 General Electric 

представила

 

выключатель

 

H-type. 

Этот

 

тип

 

выключателей

 (H-type) 

имел

 

масло

-

наполненный

 

закрытый

 

бак

 

с

 

металлическими

 

дугога

-

сительными

 

ёмкостями

 

и

 

изоляционными

 

стаканами

через

 

которые

 

происходило

 

размыкание

 

контактов

Вскоре

 Westinghouse 

добавила

 

ещё

 

одно

 

усовершен

-

ствование

 

в

 

виде

 

деионизации

 

дугового

 

промежутка

Компания

 

использовала

 

электромагнитную

 

техноло

-

гию

чтобы

 

завести

 

дугу

 

в

 

изолированный

 

паз

тем

 

са

-

мым

 

повысив

 

эффективность

 

её

 

гашения

По

 

мере

 

усовершенствования

 

конструкции

 

и

 

вклю

-

чения

 

новых

 

функций

 

в

 

конструкцию

 

выключателей

 

усилия

 

разработчиков

 

и

 

исследователей

 

были

 

опла

-

чены

 

по

 

достоинству

Это

 

оказалось

 

удачным

 

ещё

 

и

 

потому

что

 

промышленность

 

нуждалась

 

в

 

более

 

высоких

 

уровнях

 

напряжения

 

и

 

более

 

высоких

 

то

-

ках

 

отключения

Технология

 

усовершенствовалась

но

 

если

 

бы

 

промышленность

 

была

 

более

 

надёжной

 

и

 

эффективной

то

 

ограничения

 

в

 

технологии

 

из

-

готовления

 

масляных

 

выключателей

 

должны

 

были

 

бы

 

совершенствоваться

 

и

 

заменяться

 

чем

-

нибудь

 

другим

.

Конкуренция

 

технологий

На

 

протяжении

 

всего

 

времени

 

исследований

 

разра

-

ботчики

 

экспериментировали

 

с

 

огромным

 

количеством

 

конфигураций

 

контактов

 

и

 

добавлением

 

различных

 

компонентов

 

в

 

конструкцию

 

выключателей

а

 

также

 

с

 

некоторыми

 

типами

 

изоляции

Появление

 

новых

 

ма

-

териалов

 

способствовало

 

развитию

 

существующих

 

технологий

 

и

 

совершенствованию

 

функциональных

 

возможностей

 

выключателей

В

 

тридцатые

 

годы

 

было

 

открыто

 

много

 

новых

 

материалов

но

 

их

 

при

-

менение

 

было

 

затруднено

 

во

 

время

 

Второй

 

мировой

 

войны

Всё

 

изменилось

 

с

 

окончанием

 

войны

поскольку

 

ла

-

боратории

 

вернулись

 

к

 

мирным

 

разработкам

В

 50-

х

 

годах

 

наблюдается

 

взрыв

 

технологий

 

для

 

про

-

изводства

 

силовых

 

выключателей

Началась

 

конкурен

-

ция

 

между

 

маломасляными

элегазовыми

вакуумными

 

и

 

воздушными

 

выключателями

Каждая

 

технология

 

имела

 

свои

 

плюсы

 

и

 

минусы

но

 

все

 

они

 

были

 

направлены

 

на

 


Page 6
background image

44

Июль

август

 2013

    

Элегазовая

 

подстанция

 

компании

 Saudi Electricity Co. 

С

 

разрешения

 ABB.

Высоковольтные

 

элегазовые

 

выключатели

 (400 

кВ

в

 

Чешской

 

Республике

С

 

разрешения

 

Siemens.

Испытания

 

грозозащитного

 

разрядника

 

1100 

кВ

 

для

 

системы

 HVDC 

в

 

Швеции

С

 

разрешения

 ABB.

удовлетворение

 

потребности

 

в

 

авто

-

матических

 

выключателях

.

В

 

выключателях

 

с

 

воздушным

 

дутьём

 

гашение

 

дуги

 

выполнял

 

по

-

ток

 

сжатого

 

воздуха

преимуще

-

ством

 

этой

 

технологии

 

была

 

высо

-

кая

 

отключающая

 

способность

 

и

 

высокое

 

быстродействие

Компа

-

ния

 ASEA, 

сейчас

 ABB, 

в

 1952 

го

-

ду

 

впервые

 

в

 

мире

 

представила

 

выключатель

 

с

 

воздушным

 

дутьём

 

на

 

напряжение

 420 

кВ

открыв

 

путь

 

электропередаче

 

большой

 

про

-

пускной

 

способности

Выключа

-

тели

 

с

 

воздушным

 

дутьём

 

стали

 

фактором

меняющим

 

ход

 

игры

К

 1965 

году

 

технология

 

воздушного

 

дутья

 

перебралась

 

на

 

более

 

высо

-

кие

 

уровни

 

напряжения

когда

 ASEA 

ввела

 

в

 

эксплуатацию

 

первый

 

вы

-

ключатель

 

с

 

воздушным

 

дутьём

 

на

 

напряжение

 800 

кВ

что

конечно

было

 

огромным

 

скачком

 

вперёд

Однако

 

технология

 

имеет

 

несколь

-

ко

 

недостатков

По

 

этой

 

технологии

 

максимальная

 

величина

 

прерывае

-

мого

 

тока

 

составляет

 90 

кА

но

 

для

 

этого

 

потребовались

 

мощнейшие

 

компрессоры

установка

 

создавала

 

сильный

 

шум

 

и

 

имела

 

ограниченную

 

диэлектрическую

 

прочность

.

Маломасляные

 

выключатели

 

были

 

хорошим

 

дополнением

 

к

 

па

-

кету

 

конструкторских

 

разработок

Блок

 

отключения

 

размещался

 

в

 

изо

-

ляционной

 

камере

 

на

 

одном

 

потен

-

циале

 

с

 

изоляционным

 

маслом

для

 

чего

 

требуется

 

меньше

 

масла

чем

 

РАЗВИТИЕ

 Электротехники


Page 7
background image

45

  

Июль

август

 2013

в

 

многообъёмных

 

масляных

 

выключателях

Такие

 

вы

-

ключатели

 

имеют

 

меньший

 

объём

что

 

в

 

свою

 

очередь

 

требует

 

меньше

 

бетона

 

и

 

менее

 

объёмных

 

опорных

 

конструкций

а

 

также

 

меньшего

 

технического

 

обслужи

-

вания

что

 

увеличивает

 

добавочную

 

стоимость

 

самого

 

устройства

.

Маломасляные

 

выключатели

 

хорошо

 

зарекомендо

-

вали

 

себя

 

на

 

высоких

 

токах

которые

 

вызывают

 

резкий

 

рост

 

давления

 

и

 

сильную

 

конвекцию

но

как

 

выключа

-

тели

 

с

 

воздушным

 

дутьём

имеют

 

свои

 

недостатки

На

 

низких

 

токах

 

они

 

работают

 

не

 

очень

 

хорошо

Это

 

про

-

исходит

 

вследствие

 

того

что

 

дутьевой

 

эффект

 

дугога

-

шения

 

развивается

 

в

 

неполной

 

мере

 

без

 

помощи

 

дви

-

жущегося

 

поршня

 

и

 

создания

 

повышенного

 

давления

 

в

 

отключающей

 

камере

Эти

 

проблемы

 

были

 

решены

но

 

развивающиеся

 

технологии

 

уже

 

выводили

 

на

 

рынок

 

новые

 

средства

.

А

 

победитель

 

всё

-

таки

 

есть

После

 

появления

 

элегазовых

 

выключателей

 

мир

 

отключающих

 

устройств

 

начал

 

меняться

В

 

элегазо

-

вых

 

выключателях

 

первого

 

поколения

 

использовалась

 

камера

 

с

 

двойным

 

давлением

 

подобно

 

технологии

 

с

 

воздушным

 

дутьём

Элегаз

 

в

 

сжатом

 

состоянии

 

по

-

мещался

 

в

 

бак

 

высокого

 

давления

но

 

при

 

повышении

 

давления

 

и

 

падении

 

температуры

 

элегаз

 

может

 

перей

-

ти

 

в

 

жидкое

 

состояние

В

 

качестве

 

жидкости

 

элегаз

 

не

 

имеет

 

диэлектрических

 

свойств

необходимых

 

для

 

прерывания

 

тока

К

 

сожалению

давление

необходи

-

мое

 

для

 

хранения

может

 

превратить

 

элегаз

 

в

 

жид

-

кость

 

при

 

низких

 

температурах

что

 

было

 

подтвержде

-

но

 

во

 

многих

 

установках

Производители

 

добавили

 

в

 

оборудование

 

обогреватели

а

 

ведь

 

это

 

ещё

 

один

 

эле

-

мент

который

 

необходимо

 

обслуживать

Элегазовые

 

выключатели

 

второго

 

поколения

пред

-

ставленные

 

разработчиками

были

 

модернизирован

-

ным

 

вариантом

 

первого

 

поколения

.  

В

 

них

 

использова

-

лась

 

подвижная

 

система

 

с

 

одной

 

ступенью

 

давления

 

для

 

гашения

 

электрической

 

дуги

подаваемого

 

ходом

 

размыкания

 

контактной

 

системы

За

 

этим

 

последовали

 

выключатели

 

с

 

новой

 

автокомпрессионной

 

технологи

-

ей

в

 

которой

 

используется

 

вращение

 

дуги

 

по

 

кольце

-

вым

 

контактам

В

 

автокомпрессионных

 

выключателях

 

использует

-

ся

 

технология

 

подвижного

 

контакта

 

с

 

подключаемым

 

соплом

Здесь

 

также

 

используется

 

поршень

 

для

 

сжа

-

тия

 

элегаза

 

при

 

движении

 

контактов

При

 

развитии

 

дуги

 

холодный

 

сжатый

 

элегаз

 

задувает

 

дугу

 

в

 

про

-

дольном

 

направлении

рассеивая

 

её

 

энергию

Авто

-

компрессионные

 

выключатели

 

не

 

производят

 

шума

 

ис

-

течения

 

выхлопных

 

газов

для

 

их

 

работы

 

не

 

требуется

 

приспособлений

 

для

 

внешнего

 

сжатия

.

Инженеры

 

не

 

останавливаются

 

на

 

достигнутом

Кто

-

то

 

внёс

 

идею

 

скомбинировать

 

автокомпрессион

-

РАЗВИТИЕ

 Электротехники

В

 

настоя

-

щее

 

время

 

на

 

подстанциях

 

Единой

 

нацио

-

нальной

 

элек

-

трической

 

сети

  (

ЕНЭС

эксплуати

-

руются

 

все

 

виды

 

высоковольтных

 

выключателей

 

на

 

классы

 

напряже

-

ния

 6—1150 

кВ

 — 

от

 

баковых

 

мас

-

ляных

воздушных

 

до

 

современных

 

элегазовых

Выключатели

 

должны

 

обладать

 

следующими

 

важными

 

свойствами

быстродействием

 

коммутации

отключением

 

токов

 

короткого

 

за

-

мыкания

 

сети

устойчивостью

 

к

 

климатическим

 

воздействиям

на

-

дёжностью

 

работы

требовать

 

минимальные

 

затраты

 

на

 

обслужи

-

вание

 

в

 

течение

 

всего

 

срока

 

службы

.

Развитие

 

энергосистем

 

с

 

увели

-

чением

 

генерации

 

электроэнергии

 

и

 

её

 

потребления

 

постоянно

 

предъяв

-

ляет

 

всё

 

более

 

высокие

 

требования

 

к

 

свойствам

 

выключателей

Извест

-

ны

 

все

 

недостатки

 

и

 

преимущества

 

каждого

 

вида

 

выключателей

Масляные

 

выключатели

 

не

 

могут

 

обеспечить

 

необходимое

 

быстро

-

действие

отключение

 

токов

 

КЗ

 

в

 

сетях

 

напряжением

 330 

кВ

 

и

 

выше

.

Воздушные

 

выключатели

 

с

 

систе

-

мой

 

подготовки

 

воздуха

 

не

 

обеспе

-

чивают

 

необходимой

 

надёжности

 

и

 

требуют

 

высоких

 

затрат

 

на

 

обслу

-

живание

.

При

 

эксплуатации

 

элегазовых

 

выключателей

 

отсутствуют

 

ука

-

занные

 

выше

 

недостатки

в

 

то

 

же

 

время

 

для

 

решения

 

проблемы

 

влия

-

ния

 

низких

 

температур

 

необходимо

 

принимать

 

специальные

 

меры

та

-

кие

 

как

 

подогрев

  (

при

 

этом

 

увели

-

чиваются

 

расходы

 

на

 

собственные

 

нужды

 

подстанции

 

и

 

сни

-

жается

 

надёжность

 

вы

-

ключателя

или

 

использо

-

вание

 

газовой

 

смеси

что

 

ведёт

 

к

 

ухудшению

 

элек

-

трических

 

характеристик

 

аппарата

.

В

 

соответствии

 

с

 

про

-

граммой

 

НИОКР

 2010—

2014 

гг

ОАО

  «

ФСК

 

ЕЭС

» 

разработало

 

и

 

внедряет

 

т о к о о г р а н и ч и в а ю щ е е

 

устройство

 

с

 

механиче

-

ским

 

расцепителем

 

взрыв

-

ного

 

типа

 220 

кВ

что

 

позволит

 

в

 

дальнейшем

 

частично

 

решить

 

пробле

-

му

 

увеличения

 

токов

 

КЗ

 

в

 

крупных

 

городах

 

без

 

реализации

 

дорогостоящей

 

программы

 

замены

 

выключателей

 

с

 

увеличенной

 

комму

-

тационной

 

способностью

.

Возможно

в

 

будущем

 

будут

 

раз

-

работаны

 

инновационные

 

выключа

-

тели

работающие

 

на

 

ином

 

принципе

 

коммутации

 

электрической

 

цепи

ре

-

шающие

 

задачи

 

по

 

управлению

 

ЕНЭС

которые

 

обеспечат

 

требуемые

 

ха

-

рактеристики

 

и

 

при

 

этом

 

будут

 

об

-

ладать

 

простотой

 

конструкции

 

и

 

высокой

 

ремонтопригодностью

.

КОММЕНТАРИЙ

Юрий Горюшин, врио директора по инновационному развитию, 
начальник Департамента технологического развития и инноваций 
ОАО «ФСК ЕЭС»:


Page 8
background image

46

Июль

август

 2013

    

ИСПЫТАНИЕ

 

ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

За

 

такое

 

короткое

 

время

 

мы

 

проделали

 

с

 

вами

 

долгий

 

путь

Во

 

время

 

становления

 

промышлен

-

ности

 

не

 

было

 

сложных

 

высоковольтных

 

лабора

-

торий

 

для

 

испытания

 

различных

 

устройств

Всё

 

придумали

 

инженеры

В

 

одном

 

из

 

исторических

 

архивов

 ABB 

была

 

найдена

 

следующая

 

фраза

 

одного

 

из

 

первых

 

лиц

 

компании

:

«

В

 

самом

 

начале

 

испытания

 

выключателей

 

проводились

 

на

 

существующих

 

электростанциях

 

или

 

при

 

испытаниях

 

новых

 

генераторов

Одно

 

такое

 

испытание

 

было

 

проведено

 

в

 

октябре

 

1909 

года

 

в

 

г

Вастерас

Швеция

Во

 

время

 

КЗ

 

ге

-

нератора

 

на

 

напряжении

 8 

кВ

 

произошло

 

следую

-

щее

В

 

течение

 1/5 

секунды

 

выключатель

 

автома

-

тически

 

отключился

Генератор

 

завибрировал

 

в

 

подшипниках

 

и

 

издал

 

глухой

 

звук

как

 

будто

 

кто

-

то

 

застучал

 

в

 

металлическую

 

трубу

Дуга

 

внутри

 

масляного

 

выключателя

 

вызвала

 

довольно

 

силь

-

ный

 

взрыв

в

 

результате

 

которого

 

от

 10 

до

 20 

ли

-

тров

 

масла

 

выплеснулось

 

через

 

зазоры

 

в

 

нижней

 

плите

 

выключателя

.

Несмотря

 

на

 

драматические

 

события

выклю

-

чателю

 

удалось

 

разомкнуть

 

цепь

 

и

 

испытания

 

ге

-

нератора

 

продолжились

». 

Современная

 

высоковольтная

 

испытательная

 

лаборатория

.

С

 

разрешения

 ABB.

РАЗВИТИЕ

 Электротехники

ную

 

технологию

 

с

 

технологией

 

автодутья

Результат

 

был

 

назван

 

автокомпрессионным

 

выключателем

 

с

 

ду

-

тьём

 

в

 

элегазе

т

.

е

с

 

размыканием

 

от

 

дуги

 

и

 

тепловым

 

размыканием

Это

 

устройство

 

использует

 

энергию

 

дуги

 

для

 

генерации

 

давления

 

гашения

 

в

 

камере

 

размыка

-

ния

а

 

не

 

при

 

помощи

 

приводного

 

механизма

который

 

создаёт

 

давление

 

для

 

дугогашения

как

 

это

 

обычно

 

происходит

 

в

 

автокомпрессионных

 

выключателях

.  

Всё

 

умнее

 

и

 

умнее

История

 

разработки

 

автоматических

 

выключате

-

лей

 — 

это

 

непрерывное

 

развитие

 

технологии

которая

 

использует

 

последние

 

достижения

 

материаловеде

-

ния

комбинирование

 

уже

 

существующих

 

технологий

разработка

 

и

 

введение

 

новых

 

концепций

 

в

 

конструк

-

цию

Изоляционная

 

среда

 

также

 

не

 

стояла

 

на

 

месте

от

 

воды

 

и

 

минеральных

 

масел

 

она

 

перешла

 

к

 

сжатому

 

воздуху

 

и

 

некоторым

 

инертным

 

газам

Производители

 

ради

 

эффективного

  «

обуздания

» 

дуги

возникающей

 

во

 

время

 

переключений

экспериментируют

 

с

 

материа

-

лами

 

для

 

контактов

 

и

 

их

 

конфигурацией

.

Для

 

снижения

 

степени

 

воздействия

 

помех

 

от

 

пере

-

ходных

 

процессов

вызванных

 

коммутацией

они

 

до

-

полняют

 

устройства

 

различными

 

приспособлениями

такими

 

как

 

предвключённые

 

резисторы

 

и

 

выравниваю

-

щие

 

конденсаторы

Это

 

происходит

 

вследствие

 

того

что

 

выключатели

 

замыкаются

 

и

 

размыкаются

 

в

 

совер

-

шенно

 

неопределённой

 

последовательности

Что

 

слу

-

чится

если

 

выключатель

 

срабатывает

 

на

 

размыкание

 

при

 

нулевом

 

токе

 

и

 

на

 

замыкание

 

при

 

нулевом

 

напря

-

жении

Это

 

будет

 

настоящее

 

управление

 

дугой

 

при

 

использовании

 

интеллектуальной

 

технологии

 (Smart 

Technology). 

Скажем

 

так

эта

 

опция

 

уже

 

доступна

 

в

 

течение

 

нескольких

 

лет

 

и

 

приобретает

 

популярность

 

с

 

ростом

 

информированности

Она

 

называется

 

син

-

хронизированной

 

коммутацией

для

 

которой

 

требуется

 

выключатель

 

с

 

независимым

 

расцепителем

 (IPO).

Управляемое

 

переключение

 

стало

 

возможным

 

при

 

комбинировании

 

технологии

 

умных

 

сетей

 

с

 IPO. 

Техно

-

логия

 

умных

 

сетей

 

управляет

 IPO 

при

 

помощи

 

специ

-

ального

 

интеллектуального

 

электронного

 

устройства

 

(IED), 

размещённого

 

в

 

системе

 

управления

 

выклю

-

чателем

Это

 

управляющее

 

устройство

 

называется

 

Point-on-wave. IED 

получает

 

команду

 

на

 

замыкание

 

или

 

отключение

 

и

 

на

 

несколько

 

миллисекунд

 

задер

-

живает

 

операцию

 

срабатывания

 

выключателя

для

 

того

 

чтобы

 

последний

 

сработал

 

со

 

специальной

 

точки

 

на

 

кривой

 

тока

 

или

 

напряжения

Таким

 

образом

 

сни

-

жается

 

степень

 

воздействия

 

переходных

 

процессов

улучшаются

 

эксплуатационные

 

характеристики

 

вы

-

ключателей

 

и

 

сокращается

 

объём

 

технического

 

об

-

служивания

 

для

 

поддержания

 

выключателя

 

в

 

рабочем

 

состоянии

.

Идеи

мотивация

инновации

С

 

тех

 

пор

 

как

 

отцы

-

основатели

 

впервые

 

задали

 

во

-

прос

как

 

отключить

 

электроэнергию

прошла

 

уйма

 

вре

-

мени

 

и

 

было

 

затрачено

 

огромное

 

количество

 

средств

 

и

 

денег

 

на

 

усовершенствование

 

технологии

 

выключате

-

лей

 

и

 

самой

 

отрасли

Но

 

важнейшую

 

роль

 

продолжает

 

играть

 

управление

 

электрической

 

дугой

Этот

 

посто

-

янный

 

технологический

 

прорыв

 

вперёд

 

усилил

 

роль

 

автоматических

 

выключателей

Удивительно

изобре

-

тению

 

Графтона

 

Пейджа

 (Charles Grafton Page ) 

уже

 

почти

 180 

лет

но

 

выключатель

 

всё