Высоковольтные выключатели, в которых используется элегаз SF6 как изоляционная и дугогасительная среда, получают все более широкое распространение, так как имеют высокие показатели коммутационного и механического ресурсов, отключающей способности, компактности и надежности по сравнению с воздушными, масляными и маломасляными высоковольтными выключателями.

Успехи в разработках элегазовых выключтаелей непосредственно оказали значительное влияние на внедрение в эксплуатацию компактных ОРУ, ЗРУ и элегазовых КРУЭ. В элегазовых выключателях применяются различные способы гашения дуги в зависимости от номинального напряжения, номинального тока отключения и характеристик энергосистемы (или отдельной электроустановки).

В элегазовых дугогасительных устройствах , в отличие от воздушных дугогасительных устройств, при гашении дуги истечение газа через сопло происходит не в атмосферу, а в замкнутый объем камеры, заполненный элегазом при относительно небольшом избыточном давлении.

По способу гашения электрической дуги при отключении различают следующие элегазовые выключатели:

1. Автокомпрессионный элегазовый выключатель, где необходимый массовый расход элегаза через сопла компрессионного дугогасительного устройства создается по ходу подвижной системы выключателя (автокомпрессионный выключатель с одной ступенью давления).

2. Элегазовый выключатель с электромагнитным дутьем, в котором гашение дуги в дугогасительном устройстве обеспечивается вращением ее по кольцевым контактам под действием магнитного поля, создаваемого отключаемым током.

3. Элегазовый выключатель с камерами высокого и низкого давления, в котором принцип обеспечения газового дутья через сопла в дугогасительном устройстве аналогичен воздушным дугогасительным устройствам (Элегазовый выключатель с двумя ступенями давления).

4. Автогенерирующий элегазовый выключатель, где необходимый массовый расход элегаза через сопла дугогасительного устройства создается за счет разогрева и повышения давления элегаза дугой отключения в специальной камере (автогенерирующий элегазовый выключатель с одной ступенью давления). 

Рассмотрим некоторые типичные конструкции элегазовых выключателей (ЭВ) на 110 кВ и выше.

Элегазовые выключатели 110 кВ и выше на один разрыв различных фирм имеют следующие номинальные параметры: Uном=110-330 кВ, Iном=1-8 кА, Iо.ном=25-63 кА, давление элегаза рном=0,45-0,7 МПа(абс), время отключения 2-3 периода тока КЗ. Интенсивные исследования и испытания отечественных и зарубежных фирм позволили разработать и внедрить в эксплуатацию ЭВ с одним разрывом на Uном = 330-550 кВ при Iо.ном= 40 - 50 кА и времени отключения тока один период тока КЗ.

Типичная конструкция автокомпрессионного элегазового выключателя приведена на рис. 1.

Аппарат находится в отключенном положении и контакты 5 и 3 разомкнуты. 

Рис. 1. 

Токоподвод к неподвижному контакту 3 осуществляется через фланец 2, а к подвижному контакту 5 через фланец 9. В верхней крышке 1 монтируется камера с адсорбентом. Опорная изоляционная конструкция ЭВ закреплена на подножнике 11. При включении ЭВ срабатывает пневмопривод 13, шток 12 которого соединен через изоляционную тягу 10 и стальной стержень 8 с подвижным контакт 5. Последний жестко связан с фторопластовым соплом 4 и подвижным цилиндром 6. Вся подвижная система ЭВ (элементы 12-10-8-6-5) движется вверх относительно неподвижного поршня 7, и полость К дугогасительной системы ЭВ увеличивается.

При отключении ЭВ шток 12 приводного силового механизма тянет подвижную систему вниз и в полости К создается повышенное давление по сравнению с давлением в камере выключателя. Такая автокомпрессия элегаза обеспечивает истечение газовой среды через сопло, интенсивное охлаждение электрической дуги, возникающей между контактами 3 и 5 при отключении. Указатель положения 14 дает возможность визуального контроля исходного положения контактной системы ЭВ. В ряде конструкций автокомпрессионных ЭВ используются пружинные, гидравлические силовые приводные механизмы, а истечение элегаза через сопла в дугогасительной камере осуществляется по принципу двухстороннего дутья.

На рис. 2 приведен баковый элегазовый выключатель типа ВГБУ 220 кВ (Iном=2500 А, Iо.ном=40 кА ОАО «НИИВА» с автономным гидравлическим приводом 5 и встроенными трансформаторами тока 2. ЭВ имеет трехфазное управление (один привод на три фазы) и снабжен фарфоровыми (полимерными) покрышками 1 вводов «воздух-элегаз».

В газонаполненном баке 3 находится дугогасительное устройтсво, которое соединено с гидроприводом 5 через передаточный механизм размещенный в газонаполненной камере 4. Конструкция бакового ЭВ закреплена на металлической раме 6. Для заполнения элегазом ЭВ используется разъем 7. При установке ЭВ в ОРУ обычно давление элегаза в камерах ЭВ равно одной атм(абс.) и далее необходимо обеспечить р = рном. 

Рис. 2.

Преимуществами баковых ЭВ со встроенными трансформаторами тока перед комплектами «колонковый ЭВ плюс отдельно стоящий трансформатор тока» являются: повышенная сейсмостойкость, меньшая площадь отчуждаемой территории подстанции, меньший объем требуемых фундаментных работ при строительстве подстанций, повышенная безопасность персонала подстанции (дугогасительные устройства расположены в заземленных металлических резервуарах), возможность применения подогрева элегаза при использовании в районах с холодным климатом.

В конструкциях баковых ЭВ 220 кВ и выше для ОРУ необходимо повышение номинального давления элегаза (рном > 4,5атм(абс.)), поэтому вводят подогрев газовой среды с целью предотвращения сжижения элегаза при низких значениях температуры окружающей среды или используют смеси элегаза с азотом или тетрафторметаном.

Как показывает практика, для номинального напряжения 330–500 кВ баковые ЭВ с одним разрывом на номинальные токи 40-63 кА - наиболее перспективный вид коммутационного оборудования для ОРУ и КРУЭ.

Выключатель ВГБ-750-50/4000 У1 разработки ОАО «НИИВА» (рис. 3) с двухразрывным автокомпрессионным дугогасительным устройством, встроенными трансформаторами тока, полимерными вводами «воздух-элегаз» снабжен двумя гидроприводами на полюс, что позволяет обеспечить полное время отключения не более длительности двух периодов тока промышленной частоты. 

Рис. 3.

На рис. 4 изображен разрез ДУ одного полуполюса ВГБ-750-50/4000У1 с предвключаемыми резисторами (для ограничения коммутационных перенапряжений). Подвижный контакт этих резисторов механически связан с подвижной системой ЭВ. 

Рис. 4

Во включенном положении ЭВ резисторы зашунтированы главными контактами. При отключении первыми размыкаются контакты резисторов, далее – главные, затем - дугогасительные контакты. При включении первыми замыкаются контакты резисторов, а затем – дугогасительные и главные контакты. Для выравнивания распределения напряжения каждый разрыв шунтирован конденсаторами.

Распространение получили колонковые элегазовые выключатели с одним разрывом на номинальное напряжение 110-220 кВ с номинальным током отключения 40-50 кА. 

Рис. 5

Типичная конструкция колонкового элегазового выключателя типа ВГП 110 кВ (Iном=2500 А, Iо.ном=40 кА) с пружинным приводом ОАО «Электроаппарат» приведена на рис. 5.