Interruptores automáticos de SF6: pautas de selección y reglas de conexión

El principio de funcionamiento de los mecanismos de accionamiento.

El actuador neumático funciona por la presión del aire comprimido que se mueve de una cámara a otra, impulsando pistones, que finalmente aplican presión a la varilla de aislamiento. El impulso de mando inicial se transmite a los electroimanes (encendido o apagado), que, al extraer los núcleos, abren el acceso del aire comprimido a las cámaras del pistón.

El accionamiento hidráulico funciona gracias a la presión del fluido creada por la estación de bombeo de baja potencia. El control se realiza mediante una señal hidráulica (aumento de presión). Así, se accionan una serie de válvulas que transmiten el movimiento a la varilla aislante, que a su vez acciona el contacto móvil del interruptor automático de SF6.El movimiento inverso del mecanismo se realiza reduciendo la presión del fluido.

El accionamiento por resorte tiene el esquema de operación más simple, que se basa en las propiedades del resorte. El funcionamiento de dicho dispositivo se basa puramente en componentes mecánicos. Resorte potente fijo con ciertos parámetros compresión. Con la ayuda de la manija de control, se quita la fijación y el resorte, al soltarse, pone la varilla en movimiento. Algunos mecanismos se complementan con sistemas hidráulicos para una fijación más fiable.

Construcción de disyuntores de SF6

La capacidad de extinción de arcos del gas SF6 es más efectiva a una alta velocidad de su chorro en relación con el arco de combustión. Son posibles las siguientes ejecuciones de control remoto con gas SF6:
1) con soplado autoneumático. La caída de presión requerida para soplar es generada por la energía de accionamiento;
2) con el enfriamiento del arco por SF6 durante su movimiento, provocado por la interacción de la corriente con el campo magnético.
3) con extinción de arco por flujo de gas desde el tanque de alta presión al tanque de baja presión (presostatos dobles).
En la actualidad, el primer método es ampliamente utilizado. En la fig. 22. Está ubicado en un tanque sellado con una presión de gas SF6 de 0,2–0,28 MPa. En este caso, es posible obtener la fuerza eléctrica necesaria del aislamiento interno. Cuando se desconecta, se produce un arco entre el contacto fijo 1 y el móvil 2. Junto con el contacto móvil 2, cuando se desconecta, se mueven la boquilla de PTFE 3, el tabique 5 y el cilindro 6. Como el pistón 4 está estacionario, el gas SF6 se comprime y su flujo, al pasar por la boquilla, lava el arco longitudinalmente y asegura su extinción efectiva.

Arroz. 22Esquema del dispositivo de extinción de arco del interruptor automático de SF6 con explosión autoneumática
Arroz. 23. Cámara de arco del interruptor automático de SF6

Para aparamenta se ha desarrollado un interruptor automático de SF6 con una tensión nominal de 110 y 220 kV, una corriente nominal de 2 kA y una corriente nominal de corte de 40 kA. Tiempo de apagado 0,065, tiempo de encendido 0,08 s, presión nominal SF6 0,55 MPa, accionamiento neumático con presión de aire 2 MPa.
Cámara de telemando de interruptor automático SF6 220 kV con dos rupturas por polo mostrado en la fig. 23. Cuando se enciende el interruptor automático, el cilindro 1, junto con los contactos principales 2 y 3 de arco asociados con él, se mueve hacia la derecha. En este caso, el tubo 2 entra en el casquillo 5 y el casquillo 3 se conecta al contacto 4. La boquilla de fluoroplástico 6 también se mueve hacia la derecha y se mueve hacia el contacto tubular hueco 4. El gas SF6 se succiona en la cavidad A y el gas SF6 se desplaza de la cavidad B.

Cuando está apagado, el cilindro 1 y la tubería 7 se mueven hacia la izquierda. Primero, los contactos principales (2, 5) divergen, luego los contactos de arco (3, 4). En el momento de abrir los contactos 3 y 4, se produce un arco, que se somete a soplado de gas. El pistón 10 permanece estacionario. En la zona A se forma un gas comprimido y en la B uno enrarecido. Como resultado, el gas fluye desde la región A a través del contacto hueco 7 a la región B a través de los orificios 8 y 9 bajo la acción de la diferencia de presión pl—(—Pb). Una gran caída de presión permite obtener la velocidad necesaria (crítica) de soplado del arco. En condiciones severas de apagado (cortocircuito no remoto), el arco también se extingue debido a su enfriamiento en la boquilla 6 después de que sale del contacto 4.
Arroz. 24. El dispositivo del disyuntor de SF6 para voltaje 220 kV

En la fig.24 muestra la disposición básica del interruptor automático de SF6 para KRUE-220 para una tensión de 220 kV. El contacto fijo del interruptor automático 1 está unido al tanque del interruptor automático en un aislador fundido 2. El interruptor automático tiene dos PS 3 y 4 conectados en serie a través de la carcasa 11. La distribución uniforme de voltaje sobre el PS está asegurada por cerámica condensadores 6. Para eliminar la corona, el PS está cubierto con pantallas 5. Los cilindros 3 y 4 se impulsan en el movimiento de la varilla aislante 8 A través del mecanismo de palanca 7. El encendido y apagado del interruptor automático se realiza mediante un accionamiento neumático. El interruptor automático está lleno de SF6 a una presión de 0,55 MPa. Los contactos fijos del interruptor 1 se sacan del tanque a través de un aislador sellado 9 y 10, lo que significa la transición de la cavidad del interruptor llena de gas SF6 a la cavidad de la celda completa, también llena de gas SF6 (PRUE ). Aquí 9 es una partición aislante, 10 es un contacto enchufable de tipo enchufe. Un aislador de este tipo permite almacenar gas SF6 en el interruptor automático cuando se desconecta de la aparamenta.
El disyuntor de SF6 descrito tiene un alto rendimiento técnico y permite una interrupción de corriente de cortocircuito de 20 veces de un valor límite de 40 kA sin revisiones. La fuga de gas SF6 del tanque no supera el 1% anual. La vida útil del interruptor automático antes de la revisión es de 10 años. Se han desarrollado DD con tensión nominal de 220 kV por corte y corriente de disparo de 40 kA a alta tasa de recuperación de tensión. Los prototipos de interruptores automáticos de SF6 permiten una corriente de corte de hasta 100 kA a una tensión de corte de 245 kV y una corriente de 40 kA a una tensión de corte de hasta 362 kV. Los disyuntores de SF6 son los más prometedores para voltajes superiores a 35 kV y se pueden crear en tensión de 800 kV y superior.

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Principio de operación

El principio de funcionamiento de los interruptores automáticos de aire se basa en la extinción de un arco eléctrico que aparece cuando se rompe la carga. Este proceso puede ocurrir en dos tipos de movimiento de aire:

1. Longitudinal;
2. Transverso.

Un disyuntor de aire puede tener varias rupturas de contacto, y esto depende de la clasificación de voltaje para la que está clasificado. Para facilitar la extinción de tipos de arcos particularmente grandes, se conecta una resistencia de derivación a los contactos de arco. Los interruptores automáticos de aire que funcionan según el principio de extinción de arco en cámaras convencionales no tienen tales elementos sin la presencia de aire comprimido. Su cámara de extinción de arco consta de particiones que rompen el arco en partes pequeñas y, por lo tanto, no se enciende y se apaga rápidamente. En este artículo, hablaremos más sobre la operación de interruptores de alto voltaje (por encima de 1000 voltios) que no están equipados con una función incorporada, pero tienen control en el circuito del cual se introducen protecciones de relé.

El principio de funcionamiento de un interruptor automático de alta tensión con aire comprimido difiere entre sí en las características de diseño y, en particular, con y sin separador.

En los interruptores equipados con separadores, los contactos de potencia están conectados a pistones especiales y forman un mecanismo de pistón de contacto. El separador está conectado en serie a los contactos de extinción de arco. Es decir, un separador con contactos de arco forma un polo del interruptor automático. En la posición cerrada, tanto los contactos de arco como el separador están en el mismo estado cerrado. Cuando se da una señal de apagado, se activa una válvula neumática mecánica, que a su vez abre el actuador neumático, mientras que el aire del expansor actúa sobre los contactos de extinción de arco.El expansor, por cierto, también es llamado receptor por los expertos. En este caso, los contactos de potencia se abren y el arco resultante se extingue mediante una corriente de aire comprimido. Después de eso, el separador en sí se apaga, interrumpiendo la corriente que queda. El suministro de aire debe ajustarse con precisión para que sea suficiente para una extinción segura del arco. Después de que se interrumpe el suministro de aire, los contactos de arco toman la posición de encendido y el circuito se interrumpe solo por un disyuntor abierto. Por lo tanto, cuando se trabaja en instalaciones eléctricas alimentadas por tales interruptores, es imperativo abrir los seccionadores para un trabajo seguro. ¡Un apagado del interruptor neumático no es suficiente! La mayoría de las veces, en circuitos de hasta 35 kV, se usa un diseño con separadores abiertos, y si el voltaje al que opera el interruptor es más alto, los separadores ya están hechos en forma de cámaras especiales llenas de aire. Los interruptores con separador, por ejemplo, se produjeron en la Unión Soviética bajo la marca VVG-20.

Si el interruptor de aire de alto voltaje no tiene un separador, sus contactos de arco también juegan el papel de romper el circuito y extinguir el arco resultante. El accionamiento en ellos está separado del medio en el que tiene lugar la amortiguación, y los contactos pueden tener una o incluso dos etapas de funcionamiento.

Características de mantenimiento y operación.

Durante el funcionamiento de tales dispositivos de conmutación en aparamenta exterior (aparamenta abierta), debe tenerse en cuenta que se puede acumular condensado en los armarios de distribución, lo que conduce a la corrosión de los sistemas de mecanismos, así como a los circuitos secundarios de control y señalización. Para ello, el fabricante proporciona resistencias calefactoras en el interior de los armarios que funcionan constantemente.

Todas las acciones para encender o apagar los dispositivos solo son posibles si la presión del gas no es inferior a la permitida; si esto se descuida, existe una alta probabilidad de daño y falla de un interruptor relativamente costoso. Para estos efectos, se debe configurar una alarma de presión mínima, así como bloquear los circuitos de control.

Si el personal notó que la presión ha bajado, se debe sacar el dispositivo para su reparación y se debe iniciar la búsqueda de las razones de la disminución de este indicador vital para ello. Naturalmente, su retiro del trabajo debe realizarse con todos los requisitos de seguridad necesarios para esta instalación eléctrica y establecidos en las instrucciones locales.

Para controlar la presión, debe haber un manómetro que funcione, y después de eliminar la fuga de gas, vale la pena complementarlo a través de una conexión especial, que se encuentra dentro del mecanismo de accionamiento.

La inspección de los disyuntores de SF6 se realiza diariamente, así como una vez cada dos semanas por la noche.

En climas húmedos y húmedos, debe prestar atención a la aparición de coronación eléctrica. Si el valor de la corriente desconectada fue el máximo permitido (durante cortocircuitos), entonces se debe garantizar un mantenimiento de calidad.

El número de paradas, tanto planificadas como de emergencia, se registra en bitácoras especialmente asignadas para estas necesidades.

A pesar de las deficiencias existentes, el interruptor automático de SF6 tiene sus puntos fuertes, por lo que es un reemplazo digno no solo para el aceite, sino también para los interruptores automáticos de aire de alto voltaje.

Ventajas y desventajas

Hay pocas ventajas de tales dispositivos obsoletos, aquí están los principales:

1. Debido al uso prolongado, hay mucha experiencia tanto en operación como en reparación;
2. A diferencia de otras contrapartes más modernas (especialmente SF6), estos interruptores se pueden reparar.

Entre las deficiencias, me gustaría destacar las siguientes:

1. Disponibilidad de equipos neumáticos o compresores adicionales para la operación;
2. Mayor ruido durante el apagado, especialmente durante los modos de cortocircuito de emergencia;
3. Grandes dimensiones no modernas, lo que provoca un aumento del territorio destinado a aparamenta exterior;
4. Tienen miedo al aire húmedo y al polvo. Por lo tanto, se toman medidas adicionales para los sistemas de aire, se instalan equipos destinados a reducir estos factores nocivos.

2.4.5 SF6 y medio ambiente

Las sustancias que contaminan la atmósfera como resultado de las actividades humanas se dividen en dos categorías según el impacto que tienen:
— agotamiento del ozono estratosférico (agujeros en la capa de ozono);
- calentamiento global (efecto invernadero).
El SF6 tiene poco efecto sobre el agotamiento del ozono estratosférico, ya que no contiene cloro, que es el principal reactivo en la catálisis del ozono, ni sobre el efecto invernadero, ya que sus cantidades presentes en la atmósfera son insignificantes (IEC 1634 (1995)).
El uso de gas SF6 en aparamenta para todas las condiciones de operación ha traído beneficios en términos de desempeño, tamaño, peso, costo total y confiabilidad. El costo de compra y operación, que incluye los costos de mantenimiento, puede ser significativamente menor que el costo de los equipos de conmutación heredados.
Muchos años de experiencia operativa muestran que el SF6 no representa ningún peligro para el personal operativo o el medio ambiente, siempre que se observen las reglas elementales para el manejo y funcionamiento de equipos aislados con gas.

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Principio de operación

El funcionamiento del interruptor se basa en el principio de extinguir un arco eléctrico mediante un flujo de alta velocidad de una mezcla de aire comprimido suministrada a los canales de explosión. Bajo la influencia del flujo de aire, la columna de descarga se estira y se dirige a los canales de explosión, donde finalmente se apaga.

Los diseños de las cámaras de arco difieren tanto en la disposición mutua de los conductos de aire como en los contactos de ruptura. Sobre esta base, los siguientes esquemas de voladura:

1. Soplado longitudinal a través de un canal metálico.
2. Soplado longitudinal a través del canal aislante.
3. Purga simétrica de doble cara.
4. Asimétrica bilateral.

Esquemas de soplado De las opciones presentadas, la última es la más efectiva.

Clasificación y tipos de disyuntores de aire.

Los interruptores de potencia, incluidos los de aire, se clasifican principalmente según el tipo de construcción y el propósito, después de lo cual ya se consideran las características técnicas. Comencemos con un criterio de clasificación más prioritario.

Con cita

Dependiendo del propósito, los interruptores de aire se dividen en los siguientes tipos:

• Grupo de red, incluye dispositivos electromecánicos, con tensión nominal a partir de 6,0 kV. Se pueden utilizar tanto para la conmutación operativa de circuitos como para el apagado de emergencia, por ejemplo, en caso de cortocircuito.
• grupo generador. Incluye dispositivos eléctricos diseñados para 6.0-20.0 kV. Estos dispositivos pueden conmutar el circuito, tanto en condiciones normales como en caso de cortocircuito o presencia de corrientes de irrupción.
• Categoría para trabajo con consumidores intensivos en energía (horno de arco, termometalúrgico, de fundición de acero, etc.).
• Grupo de Propósito Especial. Incluye las siguientes subespecies:

1. Seccionadores neumáticos de categoría de ultra alta tensión, utilizados para conectar reactores de derivación a líneas eléctricas si se produce una sobretensión en la línea.
2. Interruptores automáticos con generadores de choque (utilizados en banco de pruebas), diseñados para maniobrar en funcionamiento normal y en situaciones de emergencia.
3. Dispositivos en circuitos de 110,0-500,0 kV, que proporcionan paso, tanto en condiciones normales de funcionamiento como durante un tiempo determinado durante un cortocircuito.
4. Interruptores de aire incluidos en el kit de interruptores.

Por diseño

Las características de diseño de los interruptores determinan su tipo de instalación. Dependiendo de esto, se distinguen los siguientes tipos de dispositivos:

• Incluido en el kit para el cuadro (empotrado).
• Los despliegues de celdas de aparamenta equipadas con dispositivos especiales son del tipo de despliegue.

  Disyuntor de aire extraíble Metasol

• Ejecución de muros. Dispositivos instalados en paredes en un tablero de distribución de tipo cerrado.
• Suspendido y de apoyo (difieren en el tipo de aislamiento al "suelo").

Los interruptores automáticos moral y físicamente obsoletos que están en funcionamiento crean muchos problemas.

Según RAO UES, el 15% de todos los interruptores automáticos de alta tensión no cumplen las condiciones de funcionamiento; el desgaste de los equipos de la subestación supera el 50%. Más de un tercio de los interruptores automáticos de aire de 330-750 kV, que forman la base del equipo de conmutación de las redes eléctricas entre sistemas, tiene una vida útil de más de 20 o incluso 30 años. Una situación similar es con equipos de conmutación para un voltaje de 110-220 kV.

Los interruptores automáticos obsoletos y sus sistemas de soporte requieren altos costos de mantenimiento.

En el mercado mundial hasta 2010, no existe alternativa al SF6 y los interruptores automáticos al vacío.Por lo tanto, se continúa trabajando para mejorarlos.

Se utiliza una combinación del método de extinción autoneumático y el método de autogeneración de presión en disyuntores de SF6, que se ha generalizado en los últimos años. Esto reduce el consumo de energía del accionamiento y hace posible utilizar un accionamiento por resorte económico y fiable para interruptores automáticos de SF6 con una tensión de 245 kV y superior.

El aumento de la eficiencia de la extinción del arco permite aumentar la tensión por interrupción del interruptor automático hasta 360-550 kV.

Se está trabajando para mejorar aún más los sistemas de contacto del VDC, para buscar la distribución óptima del campo magnético para amortiguar eficazmente el arco de vacío y reducir el diámetro de las cámaras. Se continúa trabajando en la creación de VDC para una tensión de más de 35 kV (110 kV y superior) para interruptores automáticos de vacío de alta tensión.

Se empiezan a utilizar equipos de vacío a baja tensión (1140 V y menos), y no solo en forma de contactores, sino también interruptores y dispositivos de control.

Se trabaja en la sustitución del SF6 por mezclas del mismo con otros gases, así como en la utilización de otros gases.

El nivel de desarrollo de los equipos de SF6 y vacío satisface básicamente los requerimientos del consumidor.

suministro de hoy en el mercado exterior ruso de equipos con aislamiento de gas supera significativamente el volumen de ventas de equipos domésticos. Cada vez es más difícil para los fabricantes rusos competir con los extranjeros debido al atraso tecnológico y la falta de fondos para el reequipamiento técnico.

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Área de aplicación

El transformador de tensión SF6 se utiliza en diversas subestaciones eléctricas. El dispositivo es capaz de transmitir una señal a instrumentos de medición, componentes de protección de aparamenta. Los transformadores de SF6 se conectan a una red trifásica (industrial). Su tarea es transformar corriente alterna 50 Hz. Se permite la instalación en zonas climáticas medias y moderadamente frías.

El funcionamiento de transformadores basados ​​en aislamiento de SF6 es posible en casi todas las ramas de la actividad industrial humana. El funcionamiento del equipo le permite transmitir la señal procesada a instrumentos de medición, seguridad, sistemas de protección. La instalación se utiliza para garantizar el funcionamiento de varios dispositivos de medición de electricidad.

El transformador de corriente SF6 es ideal para subestaciones cerradas o subterráneas que operan dentro de la ciudad. Las instalaciones se montan en zonas críticas desde el punto de vista ecológico. En tales áreas, la fuga de aceite es inaceptable. Aquí solo se pueden utilizar equipos de SF6.

Principio de funcionamiento y alcance

¿Cómo funciona un disyuntor de SF6 de alta tensión? Por el aislamiento de las fases entre sí mediante gas SF6. El principio de funcionamiento del mecanismo es el siguiente: cuando se recibe una señal para apagar el equipo eléctrico, los contactos de cada cámara se abren. Los contactos incorporados crean un arco eléctrico, que se coloca en un ambiente gaseoso.

Este medio separa el gas en partículas y componentes individuales y, debido a la alta presión en el tanque, el medio mismo se reduce. Posible uso de compresores adicionales si el sistema opera a baja presión. Luego, los compresores aumentan la presión y forman una explosión de gas.También se utiliza la derivación, cuyo uso es necesario para igualar la corriente.

La designación en el siguiente diagrama indica la ubicación de cada elemento en el mecanismo del interruptor automático:

En cuanto a los modelos tipo tanque, el control se lleva a cabo con la ayuda de variadores y transformadores. ¿Para qué sirve el disco? Su mecanismo es un regulador y su función es encender o apagar y, si es necesario, mantener el arco en un nivel establecido.

Las unidades se dividen en resorte y resorte hidráulico. Los resortes tienen un alto grado de confiabilidad y tienen un principio de funcionamiento simple: todo el trabajo se realiza gracias a piezas mecánicas. El resorte es capaz de comprimirse y descomprimirse bajo la acción de una palanca especial, además de fijarse en el nivel establecido.

Los accionamientos hidráulicos de resorte de los interruptores automáticos tienen además un sistema de control hidráulico en su diseño. Tal accionamiento se considera más eficiente y confiable, porque el propio dispositivo de resorte puede cambiar el nivel del pestillo.

El dispositivo y el diseño del interruptor automático de aire.

Considere cómo se organiza el disyuntor de aire utilizando el ejemplo de un interruptor de alimentación VVB, su diagrama estructural simplificado se presenta a continuación.

Diseño típico de los interruptores automáticos de aire de la serie VVB

Designaciones:

• A - Recipiente, depósito en el que se bombea aire hasta formar un nivel de presión correspondiente al nominal.
• B - Depósito metálico de la cámara de arco.
• C - Brida final.
• D - Condensador divisor de voltaje (no se usa en diseños modernos de interruptores).
• E - Varilla de montaje del grupo de contacto móvil.
• F - Aislante de porcelana.
• G - Contacto de arco adicional para derivación.
• H - Resistencia de derivación.
• I - Válvula de chorro de aire.
• J - Tubo de conducto de impulsión.
• K - Suministro principal de mezcla de aire.
• L - Grupo de válvulas.

Como puede ver, en esta serie, el grupo de contacto (E, G), el mecanismo de encendido/apagado y la válvula de soplado (I) están encerrados en un contenedor de metal (B). El tanque en sí está lleno de una mezcla de aire comprimido. Los polos del interruptor están separados por un aislador intermedio. Dado que el alto voltaje está presente en el recipiente, la protección de la columna de soporte es de particular importancia. Está hecho con la ayuda de "camisas" aislantes de porcelana.

La mezcla de aire se suministra a través de dos conductos de aire K y J. El primero principal se usa para bombear aire al tanque, el segundo funciona en modo pulsado (suministra la mezcla de aire cuando los contactos del interruptor están apagados y se reinicia cuando está apagado). cerrado).