Oljebrytare: typer, märkning + specifikationer för användning

Bland kopplingsutrustningen har oljebrytaren en hedersplats som veteran, och används i både slutna och öppna ställverk oavsett spänning.

Dess huvudfunktion är att koppla in och frånkoppla enskilda ledningar i ett normalt fungerande elsystem eller i onormala situationer. Frånkoppling sker automatiskt eller manuellt beroende på omständigheterna.

I denna artikel kommer vi att titta på de befintliga typerna av dessa enheter, deras klassificering och märkning. Vi kommer också att uppmärksamma för- och nackdelarna med sådana brytare, deras egenskaper och användningsregler. För bättre förståelse av materialet har vi valt ut diagram, tabeller, tydliga foton och tematiska videoöversikter.

För- och nackdelar med oljebrytare

Dessa enheter har en relativt enkel konstruktion. De har god brytförmåga och är oberoende av väderförhållanden. Vid fel kan reparationer utföras. Tankoljebrytare är lämpliga för utomhusinstallation. Det finns förutsättningar för att installera inbyggda strömtransformatorer.

En viktig roll i oljebrytarens funktion spelar kontakternas separationshastighet. Det kan uppstå en situation där kontakterna separerar med enorm hastighet och ljusbågen omedelbart når en kritisk längd. I sådana fall kan den återhämtande spänningen inte vara tillräcklig för att slå över kontaktgapet.

Nackdelarna är fler hos tankoljebrytare. För det första: närvaron av en stor oljemängd, vilket medför betydande dimensioner på dessa enheter och ställverk. För det andra: brand- och explosionsrisk, där konsekvenserna i onormala situationer kan vara helt oförutsägbara.

Oljenivån i både tanken och genomföringarna, samt dess tillstånd, måste hållas under periodisk kontroll. Om det finns oljebrytare i de elnät som underhålls, måste ett speciellt oljehanteringssystem finnas.

På bilden syns oljebrytare VMG. Den kan bryta alla lastströmmar och kortslutningsströmmar, inklusive den maximala brytströmmen. Denna typ används ofta på transformatorstationer.

Klassificering av oljebrytare

Användningen av oljebrytare började redan i slutet av förrförra seklet. Nästan fram till mitten av 1900-talet fanns det helt enkelt inga andra brytande enheter i högspänningsnät.

Det finns två stora grupper av dessa apparater:

1. Tankoljebrytare, som kännetecknas av en stor volym olja. För denna utrustning fungerar oljan både som medium för bågsläckning och som isolering.
2. Oljefattiga eller lågvolymsbrytare. Namnet talar om mängden fyllmedel. Dessa brytare innehåller dielektriska element, och oljan behövs endast för bågsläckning.

De första används huvudsakligen i ställverk från 35 till 220 kV. De andra upp till 10 kV. Oljefattiga instrument i serie VMT används även i utomhusställverk avsedda för 110 och 220 kV.

Principen för bågsläckning är identisk för båda typerna. Den båge som uppstår när högspänningskontakterna öppnas orsakar snabb förångning av oljan. Detta leder till att ett gashölje bildas runt bågen. Denna bildning består av oljeångor (cirka 20%) och väte (H2).

Bågspalten dejoniseras genom snabb kylning av bågen genom att blanda gaser med hög och låg temperatur i höljet.

När bågar uppstår i kontaktdelen är temperaturen mycket hög – cirka 6000⁰. Beroende på installationen skiljer man på brytare som används för inomhus- och utomhusbruk, samt för användning i KRP – kompakta ställverk.

Typ #1 — utrustning av tanktyp

Kopplingsutrustning av denna typ kan ha en eller flera tankar beroende på spänningen. I det första fallet gäller det upp till 10 kV, i vissa fall upp till 35. Varje fas hos brytare som arbetar i installationer med högre spänning är placerad i en separat tank.

Alla tankoljebrytare har ungefär samma uppbyggnad. En ståltank med olja på genomföringarna innehåller bågsläckningskamrarna. De yttre kontakterna överbryggas av en travers.

Drivdon för både tankoljebrytare och oljefattiga brytare kan vara manuella, automatiska med en inkopplingsspole från en solenoid eller fjäderdrivna. I det senare fallet används solenoidens magnetiska egenskap för att dra in en metallkärna, som via ett speciellt system är kopplad till brytarens axel.

När en elektrisk likström läggs på solenoidlindningen slås aggregatet på genom att magnetkärnans stav dras in, vilket sedan vrider brytarens axel.

En speciell spärrhake håller axeln i detta läge. Samtidigt som solenoiden slås på, sätter den avstängningsfjädrarna i ett visst läge, vilka vid en speciell elektrisk impuls kommer att frånkoppla oljebrytaren.

Frånkopplingsprocessen startas av en andra solenoid som slår ut en rullmekanism (spärrhake). Som ett resultat vrids axeln omedelbart av fjädern och frånkoppling sker. För solenoiddrivdonets funktion krävs ett batteri för att mata det med likström.

När batteriet saknas används fjäderdrift. Inkoppling sker med elmotor eller med muskelkraft. Manuell frånkoppling är möjlig för lågeffektsaggregat med kortslutningsströmmar upp till 30 kA, för vilka en kraft på max 25 kg krävs.

Enkelbassängs oljebrytare med öppen ljusbåge

I vissa ställverk installeras bassängbrytare utan ljusbågssläckningskammare. Ljusbågen släckes här på det enklaste sättet – genom dubbel kontaktbrytning i en oljefylld behållare. Till sådana enheter med öppen ljusbåge hör inhemska modeller VMB och VME. De är avsedda för märkström 1,25 kA.

Schema VME-6-200. Konstruktionen består av bassäng (1), lock (2), porslinsisolatorer (3), fasta kontakter (4), rörliga kontakter (5), travers (6), ljusbågssläckningskontakter (7), plattor (8), fjäder (9), axel (10)

Symbolen 'E' betecknar grävmaskinsanvändning, siffran 6 anger märkspänning 6 kV, 200 anger märkström i ampere. Tröskelbrytningsström för denna oljebrytare är 1,25 kA. Bassängen på denna oljebrytare är tillverkad av stål och ansluten till locket i gjutjärn med bultar. Bassängens väggar är täckta med isolering (13).

Sex porslinsisolatorer som går genom locket avslutas med kopparbagar som fungerar som fasta arbetskontakter. Serien VME har manuell svänghjulsdrift.

På traversen eller kontaktbryggan finns rörliga kontakter. Här finns också ljusbågssläckande rörliga kontakter i form av mässingsvinklar. Skivor av koppar med mässingsspetsar som sitter nedtill på isolatorernas ändar är fasta ljusbågssläckningskontakter. Den isolerande dragstången förmedlar rörelse till de rörliga kontakterna via kontakt med drivmekanismen.

När traversen är i höjt läge är fasta kontakter slutna, frånkopplingsfjädern är spänd, oljebrytaren är påslagen. Brytaren är kopplad till drivaxelns spärrhake som håller den i arbetsläge. Vid varje frånkoppling frigörs spärrhaken, fjädern slappnar av och traversen går snabbt ner. Då sker successiv öppning av arbetskontakterna: 4 och 5, därefter 7,8.

Detta orsakar på varje brytarpol kretsbrytning i två punkter, uppkomst av ljusbåge och oljenedbrytning. Inuti höljena 12 når trycket 0,5 till 1 MPa, vilket aktiverar dejoniseringsprocessen. Inom max 0,1 s släckes ljusbågarna, och höljena stiger upp under locket och ökar volymen på luftkudden.

När alla faser i oljebrytaren finns i en gemensam behållare isolerar oljan kontakterna från varandra och från bassänghuset, som måste jordas.

Den sistnämnda fungerar som en buffert som minskar slagkraften under ljusbågsläckningen. Normal höjd på luftkudden är cirka 25 % av volymen. Att överskrida denna tröskel kan leda till explosion.

Sådana brytare är enkla att använda, relativt billiga och bekväma att använda på utomhusstationer. Men varma oljeångor antänds lätt även vid enkel kontakt med syre.

Förbränning av ljusbågen i oljemiljö startar en polykondensationsprocess som försämrar oljans elektriska hållfasthet. Tanken förorenas av sediment bestående av kolpartiklar. Därför krävs revision av aggregatet med oljebyte.

Oljebrytare med ljusbågsläckningskammare

Frånkopplingsförmågan och driftsäkerheten hos tankbrytare ökar avsevärt när en ljusbågsläckningskammare finns. Den placeras i oljan i tanken. I tre-tanksbrytare placeras varje fas i en separat tank.

En pol av en tankbrytare i genomskärning. Den är utrustad med en ljusbågsläckningskammare C-35–630–10. Märkningen anger att brytaren är avsedd för installation i ställverk 35 kV och högre, konstruerad för nominell ström 630,4 kA, brytförmåga 10 kA.

Konstruktionen är mer komplex än för OB utan ljusbågsläckningskammare och består av:

• pol (1);
• strömtransformator (2);
• drivenhetens hölje (3);
• stång (4);
• fast kontakt (5);
• ljusbågsläckningskammare (6);
• isolering (7);
• värmeelement (8);
• anordning för oljeavtappning (9).

Kammarens övre del är utrustad med en fast kontakt. Vid inkoppling tränger en rörlig kontakt i form av en stav in i den. Vid frånkoppling lämnar staven den fasta kontakten, vilket resulterar i att en ljusbåge uppstår i kammaren. Trycket som då uppstår är en storleksordning högre än motsvarande parameter för brytare som inte är utrustade med ljusbågsläckningskammare.

Trycket 8-7 MPa minskar ljusbågens diameter, ökar genomslagshållfastheten i mellanrummet efter att strömmen passerat nollpunkten. Resultatet är en snabbare ljusbågsläckningsprocess. Efter att den rörliga kontakten lämnar kammaren följer gasutblåsning genom ett fritt hål med partiellt oljeinnehåll.

Ljusbågens skaft kyls snabbt och intensiv dejonisering sker. Med ökande ström ökar effektiviteten hos ljusbågsläckningskammaren. OB kan också arbeta som utrustning med öppen ljusbåge vid frånkoppling av små strömmar.

Förutom att öka trycket på ångblandningen i ljusbågsgapet för att påskynda släckningen av ljusbågen används en metod som förstärkt blåsning av ångcocktail in i ljusbågszonen. Det finns längsgående blåsning, tvärgående och motriktad blåsning.

Typen av automatisk blåsning bestäms av konstruktionen av ljusbågssläckningskammaren. I det första fallet har ångblandningsvektorn en längsgående riktning i förhållande till ljusbågskolonnen (fragment a). Vid tvärgående blåsning rör sig flödet i en riktning vinkelrät mot ljusbågskolonnen eller i en viss vinkel (fragment b).

När flödets riktning är motsatt rörelsevektorn för den rörliga kontakten med ljusbågen, uppstår motblåsning. Ofta används kombinationer av dessa metoder i ljusbågssläckningsanordningar.

Ljusbågen i oljebrytaren släckes i 3 steg. I det första (a) sker utsläpp av elektrisk energi i ljusbågen och ett högt tryck genereras i den slutna kapslingen. När blandningen lämnar kapslingen börjar det andra steget (b). Det tredje (c) är avlägsnande av resterna av heta gaser och sönderfallsprodukter från kammaren.

I det sista steget förbereds kammaren för att delta i nästa frånslagscykel. För automatisk återinkoppling är detta steg mycket viktigt.

Typ #2 — grytbrytare eller lågoljebrytare

I slutna installationer används kärlbrytare som generator- och distributionsbrytare. I öppna installationer som transformator- och distributionsbrytare. I brytare av denna typ utför oljan inga isoleringsfunktioner, den behövs endast som medium för ljusbågssläckning.

Brand- och explosionsrisken för lågoljebrytare är betydligt lägre än för tankbrytare. De installeras både i utomhusställverk och inomhusställverk för alla spänningar upp till 110 kV. Isoleringsrollen för polerna i förhållande till varandra och jord utförs av dielektrika som porslin, gjutharts, steatit.

Oljan i dessa oljebrytare upptar endast 3 till 4% av polens volym. Liten oljevolym, låg vikt och bekväma dimensioner är en otvivelaktig fördel med denna utrustning. Men de används i sådana delar av systemet där inga höga krav ställs på brytarna.

Dessa begränsningar förklaras av det starka sambandet mellan brytförmågan och frånkopplingsströmmen, samt konstruktionens olämplighet för arbete under frekventa frånkopplingar.

En annan orsak är svårigheterna med att genomföra flera snabba automatiska återinkopplingar. I lågoljebrytare används följande typer av oljeblåsning: tvärgående, längsgående, blandad. Experter anser att den första av dem är mest effektiv.

För brytare av denna typ, avsedda för inomhusställverk, är kontakterna placerade i en stålbehållare. Oljebrytare med spänning 35 kV och högre har en kåpa av porslin. Den mest använda är den hängande utrustningen för 6-10 kV. Dess hölje är fixerat på en gemensam ram för alla poler. Alla tre poler har en ljusbågssläckningskammare, var och en är konstruerad för ett kontaktsbrott, och vid högre spänningar för 2 eller fler.

Konstruktionen av lågoljebrytare inkluderar rörlig och fast kontakt (1 och 3), ljusbågssläckningskammare (2), arbetskontakter (4)

Enligt det angivna schemat tillverkas brytare VMP, VMG, MG, avsedda för spänning upp till 20 kV. En konstruktionsegenskap för brytare för höga märkströmmar är att arbetskontakterna är placerade utanpå och bågsläckningskontakterna inuti tanken.

Brytare i serien VMP används ofta i slutna anläggningar samt i KRU 6-10 kV. I kompakta ställverk installeras brytare i serien VK. De är utrustade med inbyggd elektromagnetisk eller fjäderdriven manöverdon och är avsedda för brytströmmar på 20–31,5 kA och märkströmmar på 630–3150 A.

Pelarbrytare, tillverkade speciellt för KRU, har en utdragbar utförande. I 35 kV-anläggningar installeras VM-pelarbrytare av serierna VMK och VMUE. Ställverk 110, 220 kV utrustas med brytare i serien VMT. Aggregatet har en svetsad bas på vilken dess tre poler är placerade. Manövrering sker med fjäderdriven manöverdon.

På bilden visas brytare VMT-110. På vänster bild visas de komponenter som den består av: fjäderdriven manöverdon (1), isolatorstöd för brytarens pol (2), ljusbågssläckningsanordning (3), bas (4), manövermekanism (5).

På höger sida av bilden visas en modul där: 1 — strömavledare, 2 — rörlig kontakt ansluten till strömavledaren via strömavtagningsanordningar. Ljusbågssläckningskammaren är markerad med nummer 3, fast kontakt — 5. Allt ovanstående är placerat i en ihålig isolator (4) av porslin. Inuti den finns transformatorolja och ovanpå finns en kåpa (6).

Den senare är utrustad med en manometer för att kunna övervaka trycket i modulen. Dessutom finns på locket en enhet för påfyllning av komprimerad gasblandning, automatisk avluftningsventil, oljeindikator (8). Den rörliga kontakten och manöveranordningen är förbundna med isolerande dragstänger.

Polens konstruktion är identisk för hela brytarserien. I MB-tankar för märkströmmar från 630 till 1600 A finns 5,5 kg olja, över 1600 och upp till 3150 A inklusive — 8 kg.

För att öka tillförlitligheten inkluderar konstruktionen för vissa brytare ytterligare manöver- och skyddselement:

• utlösningsmagneter;
• reläer som fungerar omedelbart och med fördröjning vid tröskelström;
• underspänningsrelä;
• extra kontakter.

Beroende på layout finns det lågoljebrytare med ljusbågssläckningskammaren placerad nedtill och motsatt — upptill. I det första fallet utför den rörliga kontakten en rörelse uppifrån och ner, i det andra fallet tvärtom. Brytförmågan för de senare är högre.

Märkning av oljebrytare

Tolkning av märkningen som tillverkaren anbringat på oljebrytaren gör det möjligt att bekanta sig med grundläggande information om den. Låt oss som exempel ta märkningen av brytare VMG-133. Den första symbolen 'V' säger att du har en brytare framför dig.

Detta schema visar sammansättningen av beteckningen för högspänningsbrytare, inklusive för oljefylld utrustning

Den andra — «M» anger typen av brytare, i detta fall en lågoljebrytare. Bokstaven «G» bestämmer tillhörigheten till en viss typ — grytbrytare. 133 — serie av oljebrytare.

Driftsregler för oljebrytare

Reparations- och driftpersonal, specialister som är involverade i underhåll och drift av oljebrytare måste känna till tillämpliga instruktioner, utrustningens konstruktion och arbetsprincip.

Arbetare som servar oljebrytare måste under drift övervaka:

1. Aktuell spänning och belastningsström. Värdena får inte avvika från tabellvärdena.
2. Oljenivån i polerna och frånvaro av läckor.
3. Närvaro av smörjmedel på rörliga delar. Kontakterna kan förlora rörlighet och fastna om smörjmedlet blir tjockt och smutsigt.
4. Dammnivån i rum där ställverk är placerade.
5. Överensstämmelse mellan mekaniska egenskaper hos använda brytare och tabellnormer.

Efter varje kortslutningsfrånkoppling måste utrustningen inspekteras. Information om dessa frånkopplingar ska antecknas i en särskild loggbok. En defektloggbok måste finnas för att anteckna fel som upptäcks under aggregatets drift. Brytare som har frånkopplat på grund av kortslutning måste inspekteras.

Kontrollera om det skett oljeutsläpp. Om så har skett i stor mängd tyder det på en onormal kortslutningsfrånkoppling. Utrustningen tas ur drift och inspekteras. När oljan är mörk krävs byte. Oljans viskositet påverkar frånkopplingshastigheten negativt och ökar när temperaturen sjunker.

Ibland är det nödvändigt att byta ut gammalt smörjmedel under reparation mot nytt: Tsiatim-221, GOI-54 eller Tsiatim-201.

Tabell med tekniska data för oljebrytare. Om verkliga värden inte överensstämmer med fabriksvärdena görs justeringen om

Efter att oljebrytaren tagits ur drift ska stödisolatorer, dragstänger och kapslingsisolering noggrant inspekteras med avseende på sprickor. Kraftigt nedsmutsad isolering torkas av. Behovet av extra reparation uppstår efter ett visst antal kortslutningar.

Periodisk inspektion (PO) utförs varje månad. Man uppmärksammar då graden av uppvärmning av brytaren. Löpande underhåll (LU) utförs årligen. Det innefattar arbete som kontroll och åtgärdande av defekter på fästelement, drivningens kinematik, oljenivå och tätningar. Isoleringsdetaljer kontrolleras också med avseende på integritet.

Efter 3-4 år efter en större reparation utförs en mellanreparation (MR). Den innefattar alla arbeten från den löpande reparationen plus ytterligare mätningar av polernas övergångsmotstånd och kontroll av mekaniska och hastighetsparametrar.

Om kontrollerade egenskaper inte överensstämmer med tabelldata, demonteras brytaren, och justering samt ett fullständigt högspänningstest utförs.

Vid ett extra reparation försöker man i huvudsak lämna den tidigare justeringen oförändrad. Av denna anledning demonteras brytaren minimalt. Periodiciteten för större reparation är 6 till 8 år. I dess omfattning ingår allmän inspektion, demontering av cylindrar från ramen, frånkoppling av ledningsskenor, reparation av drivdon, ljusbågssläckningsanordningar och blockkontakter.

Efter allt detta görs justering, målning, ledningsskenor ansluts, och tester utförs. Allt arbete dokumenteras.

Förutom oljebrytare används även andra frånkopplingsenheter i högspänningsnät. Till exempel SF6-brytare och vakuumbrytare. På vår webbplats finns andra artiklar som i detalj behandlar egenskaper och konstruktion för dessa brytartyper samt deras användningsfunktioner:

• Vakuumbrytare: konstruktion och funktionsprincip + nyanser vid val och anslutning
• Gasbrytare (SF6): vägledning för val och installationsregler

Slutsatser och användbar video om ämnet

Oljebrytare: konstruktion, typer, ändamål och drift:

Detaljerad översikt av VMP-10:

Oljebrytare uppfyller alla grundläggande krav som ställs på brytare som arbetar under högspänning. De flesta är säkra och pålitliga i drift, ger snabb frånkoppling och är enkla att installera. Trots detta strävar tillverkarna efter att ytterligare förbättra överensstämmelsen med de krav som ställs på oljebrytare.

Du har kunskap om oljebrytare och vill komplettera det presenterade materialet med användbar information? Kanske du har märkt en avvikelse eller ett fel? Eller har du frågor om ämnet? Skriv till oss under artikeln – vi skulle vara tacksamma.