Эволюция реклоузера OSM38-300

В линейке электротехнического высоковольтного оборудования устройства отключения занимают ведущее место. Реклоузеры OSM-38, работающие с номинальным напряжением 35 кВ, являются устройствами, на примере которых наиболее ярко видима динамика развития этого типа оборудования. Номинальные характеристики у всех рассматриваемых систем одинаковы.

 

Выключатель МКП-35

 

Масляный камерный подстанционный выполнен по схеме раздельных масляных баков с электромеханическим приводом подвижного контакта на каждой фазе. Три бака закреплены на общей несущей раме. В верхней части бака закреплены два проходных керамических изолятора. Использование раздельных баков уменьшило объем масла и упростило обслуживание.

 

Особенностью этой модели является наличие камер гашения дуги на каждом проходном изоляторе, т.е. разрыв происходит в двух точках, что позволяет уменьшить интенсивность (длину) дуги и расстояние между контактами, необходимое для гашения дуги. Подвижные контакты соединены траверсой, к которой прикладывается усилие от электромагнитной катушки втягивания. При срабатывании на втягивание происходит взвод возвратной пружины и фиксация положения «Отключено». Разблокирование фиксатора происходит вручную или отдельным соленоидом. Неподвижный контакт имеет демпфирующую и поджимающую пружину и связан  гибкой шиной с тоководом фарфорового изолятора. Дугогасительная камера закреплена на неподвижном контакте и имеет отверстия в нижней текстолитовой части из трех пластин для отвода газов, возникающих при образовании дуги, и отверстие для штока подвижного контакта.

 

Несмотря на принятые меры по снижению воздействия дуги, масляный выключатель требует регулярного обслуживания. При возникновении дуги происходит сгорание масла с выделением водорода, который становится причиной разрушения корпуса выключателя. При пониженном уровне масла перегретый водород вырывается из дугогасящей камеры и, не успевая остыть, соединяется с кислородом воздуха в верхней части бака, что приводит к взрыву. При повышенном уровне масла водород и газ создают ударную нагрузку по всему объему бака, что приводит к его разрушению. Для снижения вероятности изменения уровня масла, баки соединены трубкой по принципу сообщающихся сосудов. Для сброса давления в крышке установлен обратный клапан.

 

Серьезным недостатком масляных выключателей является сложность регламентного обслуживания. Для проверки или регулировки контактной пары, замены проходного изолятора и других регламентных работ необходимо сливать масло.

 

Выключатель этого типа считается высокоскоростным. Ход подвижных контактов составляет 270…280 мм, ход пружины дополнительного поджима — 16 мм. Скорость перемещения подвижного контакта в камере гашения дуги 0,9…1,2 м/с. Количество циклов В-О не нормируется, т.к. износ контактов зависит от числа операций, величины превышения номинального тока и степени загрязненности масла. Величину износа контролируют измерением зазоров в механизме привода подвижного контакта. Сухой вес — 1900 кг, с маслом и приводом — 3200 кг.

 

Выключатель элегазовый типа ВГБ-35

 

Элегазовые выключатели являются развитием масляных выключателей с применением в качестве дугогасящего наполнителя шестифтористой серы и различными схемами гашения дуги.

 

Наполнитель (элегазовая смесь) имеет высокие эксплуатационные свойства и закачивается в емкость под давлением 0.55 (5.5) МПа (кгс/см2). При возникновении дуги шестифтористая сера распадается на составляющие в виде газа, а при погасшей дуге рекомбинирует. При допустимой потере газа 0,5% в год это свойство наполнителя позволяет использовать устройство в течение всего периода эксплуатации без необходимости проведения регламентных работ. Величина утечки контролируются датчиком давления.

 

Основным типом привода является комбинация рычагов и пружин, которые включают выключатель с помощью электромагнитной муфты. В этом плане привод мало отличается от привода масляного выключателя. Габариты уменьшились за счет уменьшения рабочего хода подвижных контактов иих размещения на общей опоре в виде трехлучевой изолирующей траверсы, которая крепится на приводном валу.

 

В элегазовых выключателях нет, как таковой, камеры гашения дуги. В зоне образования дуги размешают устройства для «растягивания» дуги за счет:

• вращения дуги в магнитном поле, которое создается электромагнитом;
• подачи с повышенным давлением газового компонента смеси в зону горения дуги в перпендикулярном направлении оси дуги.

 

Время срабатывания составляет 0,06 с. Механический ресурс при срабатывании под номинальной нагрузкой — 5000. Вес — 650 кг (4 кг элегаза). Устройство можно размещать на опорах линии электропередач.

 

Встроенный трансформатор тока предназначен для питания системы управления. В состав системы управления и защиты входят основные функции:

• предаварийная сигнализация;
• аварийная сигнализация с блокировкой;
• повторное аварийное включение.

 

Дополнительные функции можно реализовать с помощью модульных систем управления, но надо учитывать, что в штатной комплектации присутствуют 3 датчика тока, 3 напряжения и 6 контактов цепей управления, работающих от вала привода.

 

К недостаткам относятся:

• Высокая стоимость смеси;
• Необходимость подогревать емкость при температуре ниже -20° С;
• Герметичность рабочего объема, т.к. внутри бака расположен механизм привода подвижного контакта с внешним приводом и система гашения дуги (магниты, устройства пассивного или активного продольного дутья);
• Высокая стоимость производства;
• Невозможность ремонта без специализированного оборудования или в полевых условиях.

 

Вывод: при повышении стоимости элегазового выключателя, более чем в три раза относительно масляного, длительность межремонтного периода увеличилась, а затратность эксплуатации уменьшилась  Кроме этого, возросла эксплуатационная безопасность. Наибольшая эффективность достигается в сетях с напряжением свыше 100 кВ. Однако вопросы с эксплуатацией в районах с низкими температурами, экологическая безопасность и необходимость ППР осталсиь. 

 

Вакуумные выключатели

 

Выключатели с вакуумной дугогасящей камерой стали безальтернативным устройством в сетях с номинальным напряжением до 35 кВ. Вакуумная камера гашения дуги с сильфонным герметизирующим элементом получила широкое распространение благодаря технологичности производства.

 

Горение дуги внутри камеры поддерживается за счет частиц металла, которые испаряются с поверхности контактов. При переходе синусоиды тока через ноль дуга гаснет, а частицы оседают на поверхность контактов и стенки камеры. Поверхность контактов имеет сложную форму, что снижает плотность дуги в осевом направлении и уменьшает интенсивность испарения. При этом время горения составляет не более 0,005 с.

 

Привод подвижного контакта значительно упростился, т.к. расстояние пробоя в вакууме при напряжении 35 кВ составляет 4…6 мм. Отключение производится за счет энергии взведенной пружины. Для взведения применяются две схемы — соленоидная и моторная.

 

Большую роль в развитии вакуумных выключателей сыграли развитие электронных и микропроцессорных схем управления защиты и автоматики, которые хорошо согласовывались с возможностями привода вакуумного выключателя и скоростными показателями гашения дуги. Кроме этого, применение датчиков, на основе катушек Роговского или трансформаторов тока с двойными сердечниками, позволили снимать точные характеристики сети в любой конфигурации. Шкаф управления реклоузером может заменить оборудование для учета и ряд других систем РЗиА.

 

В состав шкафа управления входят:

• системы защиты от всех возможных отклонений по напряжению, току и частоте на стороне потребителя и поставщика;
• системы учета потребляемой энергии по качеству синусоиды и видам — активная, реактивная и полная;
• система накопления и передачи информации, что позволило реализовать эффективное дистанционное управление.

 

Все системы имеют возможность тонкой настройки алгоритма реагирования на изменения в сети, по большинству важных параметров, и построены по модульному принципу. Сложность набора функций определяется потребностями заказчика, что существенно расширяет возможность выбора и улучшает соотношение цена/функциональность.

 

Вывод: При массогабаритной характеристике, соответствующей элегазовому реклоузеру, его цена вдвое ниже, а функциональность на порядок выше.

 

Об эффективности вакуумных выключателей в сетях с напряжением до 35 кВ говорит тот факт, что в Европе они составляют 70% от числа всех типов, в Америке — до 85%, а в Китае — более 90%.

 

Применение вакуумных реклоузеров OSM38-300 на подстанциях даёт ощутимо больше, чем просто установка вакуумного выключателя:

 

• встроенные трансформаторы тока (3 шт.) и датчики напряжения (6 шт.)

• Встроенные трансформаторы тока для ДЗТ

• Минимальный ток чувствительной ОЗЗ всего 0,2 А

• встроенная система РЗА с логической защитой трансформатора

• Протоколы связи МЭК 60870-5-101, МЭК 60870-5-104, МЭК 61850

• Встроенная система измерения параметров и показателей качества э/э

• Защита персонала и имущества от внутренних дуговых замыканий внутри аппарата 

• Аппарат поставляется в запрограммированном и оттестированном под конкретное применение состоянии

 

Что потребитель получает с применением реклоузера OSM38 при ретрофите?

• Сокращение сроков проектирования

•Снижение вероятности ошибок проектирования

•Сокращение сроков поставки оборудования

•Сокращение сроков монтажа и пуско-наладки

 

Как изменится эффективность работы ОРУ при ретрофите с применением реклоузеров OSM38?

•ОЗЗ на вводах и внутри трансформатора идентифицируются чувствительной ОЗЗ, предотвращающей развитие аварии

•Времена ликвидации внутренних повреждений в трансформаторе (и вероятность развития аварии) существенно снижаются за счёт использования  ЛЗТ (особенно, для «малых» трансформаторов)

•Пропадает необходимость в обслуживание ТТ на весь срок службы по 35 кВ для основной РЗА и дифференциальной защиты

•Вероятность ошибочной работы РЗА существенно снижается

•Осциллографирование аварийных событий с частотой 1600 Гц. •Анализ качества э/э, в т.ч. гармонических искажений (до 15-ой гармоники)

 

Как изменится надёжность работы ОРУ при ретрофите с применением реклоузеров OSM38?

• Целевые показатели надежности (MTBF) ключевых элементов реклоузеров:

•Коммутационный модуль  > 2000 лет

•Модуль управления  > 700 лет

•Процент отказов при вводе в эксплуатацию не более 0,15%

 

•Факторы, влияющие на повышение надежности конечного решения (по сравнению с классическим ретрофитом):

•Существенное уменьшение количества интерфейсов цепей управления

•Отсутствие дополнительных трансформаторов тока

•Применение привода с магнитной защёлкой, работоспособной в широком диапазоне изменения температур (без подогрева) – MTBF по приводу ~20 000 лет, процент отказов при вводе в эксплуатацию ~0,03%