Масляный автоматический выключатель

Масляный автоматический выключатель — это коммутационный аппарат высокого напряжения, предназначенный для включения и отключения электрических цепей в нормальных и аварийных режимах (при коротких замыканиях, перегрузках), в котором дугогашение происходит в среде трансформаторного масла. Относится к классу высоковольтных выключателей и является одним из первых и наиболее распространённых типов аппаратов для напряжений от 6 до 220 кВ.

История

Развитие масляных выключателей началось в конце XIX — начале XX века, одновременно с ростом сетей переменного тока и необходимостью надёжного отключения токов короткого замыкания. Первые конструкции представляли собой простые масляные рубильники, где дуга гасилась за счёт разрыва цепи под слоем масла. В 1900-х годах инженер Дж. Уэстон (США) и другие разработчики предложили использовать масло не только для изоляции, но и для интенсивного охлаждения и деионизации дуги.

В 1910-х годах появились баковые масляные выключатели с большим объёмом масла, которые доминировали в энергосистемах до середины XX века. В СССР серийное производство началось в 1930-х годах (например, выключатели серии ВМГ-133). С 1950-х годов, с развитием маломасляных и элегазовых конструкций, масляные выключатели постепенно вытеснялись, но оставались в эксплуатации на многих подстанциях до 2000-х годов.

Классификация

Масляные выключатели делятся на два основных типа по конструктивному исполнению и объёму масла:

Баковые (многообъёмные) выключатели

В баке, заполненном маслом, размещаются все контактные системы и дугогасительные камеры. Масло служит одновременно изолирующей средой между фазами и корпусом, а также средой для гашения дуги. Объём масла в одном баке может достигать нескольких тонн. Характерны для напряжений 35–220 кВ. Примеры: ВМ-35, ВМ-110, ВМ-220.

Маломасляные (горшковые) выключатели

Масло находится только в изолированных от земли дугогасительных камерах (горшках), а изоляция между фазами и на землю обеспечивается фарфором или другими твёрдыми диэлектриками. Объём масла значительно меньше (от нескольких литров до десятков литров). Применяются для напряжений 6–35 кВ. Примеры: ВМГ-10, ВМП-10, ВМК-35.

Устройство и принцип действия

Основные элементы масляного выключателя:

• Контактная система — неподвижные и подвижные контакты (главные и дугогасительные).
• Дугогасительная камера — устройство, в котором происходит интенсивное охлаждение и деионизация дуги.
• Маслонаполненный бак или горшок — корпус, заполненный трансформаторным маслом.
• Привод — пружинный, электромагнитный или пневматический механизм, обеспечивающий перемещение контактов.
• Вводы — изоляторы, через которые токоведущие части соединяются с внешней цепью.

Принцип действия основан на том, что при размыкании контактов в масле возникает электрическая дуга. Высокая температура (до нескольких тысяч градусов) вызывает интенсивное разложение масла: образуются газовые пузыри (водород, ацетилен, метан, углекислый газ, пары масла). Давление в камере резко возрастает, и газы выталкиваются через специальные каналы, выдувая и охлаждая дугу. Водород, обладающий высокой теплопроводностью, эффективно отводит тепло от дуги, способствуя её гашению при переходе тока через ноль.

Характеристики

Основные параметры масляных выключателей:

• Номинальное напряжение — от 6 до 220 кВ (в отдельных конструкциях до 330 кВ).
• Номинальный ток — от 200 до 3150 А (для баковых — до 10 000 А).
• Ток отключения — от 10 до 50 кА (для мощных баковых — до 63 кА).
• Время отключения — 0,06–0,12 с (для маломасляных) и 0,08–0,20 с (для баковых).
• Ресурс по коммутациям — от 10 до 100 операций при номинальном токе и 3–20 операций при токе короткого замыкания.

Применение

Масляные выключатели широко применялись в распределительных устройствах электростанций, подстанций и промышленных предприятий для напряжений 6–220 кВ. Основные функции:

• Коммутация линий электропередачи, трансформаторов, генераторов.
• Отключение токов короткого замыкания.
• Защита оборудования от перегрузок и аварийных режимов.

В настоящее время в новых проектах масляные выключатели практически не используются, уступая место элегазовым, вакуумным и воздушным. Однако на многих подстанциях, построенных в 1950–1980-х годах, они продолжают эксплуатироваться, проходя капитальные ремонты и модернизацию.

Достоинства и недостатки

Достоинства

• Простота конструкции и высокая надёжность при правильной эксплуатации.
• Относительно низкая стоимость по сравнению с элегазовыми и вакуумными аналогами (особенно для напряжений 35–110 кВ).
• Возможность работы в тяжёлых климатических условиях (при низких температурах масло не замерзает, но требуется подогрев).
• Хорошая изоляция между фазами и корпусом (для баковых выключателей).

Недостатки

• Пожаро- и взрывоопасность из-за большого объёма горючего масла.
• Необходимость регулярного контроля качества масла (испытания, замена, очистка).
• Большие габариты и масса (особенно баковые).
• Низкая коммутационная износостойкость при частых операциях.
• Сложность ремонта и обслуживания (слив масла, замена камер, чистка бака).
• Образование токсичных продуктов разложения масла (сажа, газы, кислоты).

Эксплуатация и обслуживание

Масляные выключатели требуют периодического технического обслуживания:

• Контроль уровня и качества масла (пробивное напряжение, влажность, кислотное число).
• Ревизия контактной системы (замер переходного сопротивления, замена обгоревших контактов).
• Очистка дугогасительных камер от нагара.
• Проверка работы привода и регулировка механизмов.
• Замена масла при его загрязнении или ухудшении свойств.

Межремонтные интервалы составляют от 2 до 6 лет в зависимости от интенсивности коммутаций и условий эксплуатации.

Интересные факты

• Первый в мире масляный выключатель был запатентован в 1899 году американским инженером Чарльзом Протеусом Штейнмецом.
• В СССР в 1960-х годах были разработаны масляные выключатели на напряжение 500 кВ (серия ВМ-500), но они не получили широкого распространения из-за огромных габаритов и массы.
• В некоторых странах (например, в Индии и Китае) масляные выключатели до сих пор выпускаются и устанавливаются на новых объектах ввиду их низкой стоимости.
• Масло в выключателе выполняет не только дугогасящую, но и изолирующую функцию — его электрическая прочность в 5–10 раз выше, чем у воздуха.

Источники

• Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 7-е издание.
• Афанасьев В. В., Яковлев В. И. «Электрические аппараты высокого напряжения». — М.: Энергоатомиздат, 1987.
• Родштейн Л. А. «Электрические аппараты». — Л.: Энергия, 1971.
• ГОСТ Р 52565-2006 «Выключатели переменного тока на напряжение от 3 до 750 кВ. Общие технические условия».
• Справочник по эксплуатации масляных выключателей серий ВМГ-10, ВМП-10, ВМ-35.