Olieschakelaar: soorten, markering + specifieke gebruikskenmerken

Onder de schakelapparatuur neemt de olieschakelaar een ereplaats in, als een veteraan, die wordt gebruikt in zowel gesloten als open schakelinstallaties van elke spanning.

Zijn hoofdfunctie is het in- en uitschakelen van afzonderlijke lijnen van een normaal werkend elektrisch systeem of in niet-standaard situaties. Het uitschakelen gebeurt afhankelijk van de omstandigheden automatisch of handmatig.

In dit artikel bekijken we de bestaande soorten van deze apparaten, hun classificatie en markering. Ook besteden we aandacht aan de voor- en nadelen van dergelijke schakelaars, de bijzonderheden en regels voor het gebruik. Voor een beter begrip van het materiaal hebben we schema's, tabellen, duidelijke foto's en thematische video-overzichten geselecteerd.

Voor- en nadelen van olieschakelaars

Deze apparaten hebben een relatief eenvoudige constructie. Ze hebben een goed uitschakelvermogen en zijn onafhankelijk van weersomstandigheden. Bij storingen kunnen reparatiewerkzaamheden worden uitgevoerd. Tankolieschakelaars zijn geschikt voor buitengebruik. Er zijn voorwaarden voor de montage van ingebouwde stroomtransformatoren.

Een belangrijke rol in de werking van de olieschakelaar speelt de snelheid van het uiteengaan van de contacten. Er kan een situatie ontstaan waarin de contacten met grote snelheid uiteengaan en de boog onmiddellijk een lengte bereikt die kritisch is. Hierbij kan de grootte van de herstellende spanning ontoereikend zijn om de tussencontactruimte te doorbreken.

Er zijn meer nadelen bij tankschakelaars. Ten eerste de aanwezigheid van een groot volume olie, wat leidt tot aanzienlijke afmetingen van deze eenheden en schakelinstallaties. Ten tweede brand- en explosiegevaar; bij noodsituaties kunnen de gevolgen zeer onvoorspelbaar zijn.

Het oliepeil, zowel in de tank als in de doorvoeringen, alsmede de toestand ervan, moet periodiek worden gecontroleerd. Bij aanwezigheid van olieschakelaars in de te onderhouden elektriciteitsnetten, is een speciale oliehuishouding nodig.

Op de foto de olieschakelaar VMG. Hij kan alle belastingsstromen en kortsluitstromen uitschakelen, inclusief de uiterste uitschakelstroom. Dit type wordt veel gebruikt op transformatorstations.

Classificatie van olieschakelaars

Het gebruik van olieschakelaars begon al aan het einde van de negentiende eeuw. Tot het midden van de twintigste eeuw waren er simpelweg geen andere uitschakelapparaten in hoogspanningsnetten.

Er bestaan twee grote groepen van deze apparaten:

1. Baktypes, die worden gekenmerkt door een grote hoeveelheid olie. Voor deze apparatuur fungeert de olie zowel als medium waarin de boog wordt gedoofd als als isolatie.
2. Oliearme of laagvolumetypes. De naam spreekt voor zich over de hoeveelheid vulmiddel. Deze schakelaars bevatten diëlektrische elementen, en de olie is hier alleen nodig voor het doven van de boog.

De eerste worden voornamelijk gebruikt in schakelinstallaties van 35 tot 220 kV. De tweede — tot 10 kV. De oliearme apparaten van de VMT-serie worden ook toegepast in buiten-schakelinstallaties, ontworpen voor 110 en 220 kV.

Het principe van boogdoving is voor beide typen identiek. De boog die ontstaat bij het openen van de hoogspanningscontacten van de schakelaar veroorzaakt snelle verdamping van de olie. Dit leidt tot de vorming van een gasschil rond de boog. Deze vorming bestaat uit oliedampen (ongeveer 20%) en waterstof (H2).

De boogruimte wordt gedeïoniseerd door snelle afkoeling van de boogkolom door vermenging van gassen met hoge en lage temperatuur in de schil.

Op het moment van boogvorming in het contactgebied is de temperatuur zeer hoog — ongeveer 6000°. Afhankelijk van de installatie worden schakelaars onderscheiden die worden gebruikt voor binnen- en buitengebruik, evenals voor gebruik in KRP — complete schakelinstallaties.

Type #1 — apparatuur van het tanktype

Schakelapparatuur van dit type kan één of meer bakken hebben, afhankelijk van de spanning. In het eerste geval is dit tot 10 kV, in sommige gevallen tot 35. Elke fase van schakelaars die werken in installaties met hoge spanning is in een individuele bak geplaatst.

Alle bakschakelaars hebben ongeveer dezelfde opbouw. De stalen bak op de doorvoeren met olie bevat de boogdovingskamers. De externe contacten worden verbonden door een traverse.

Aandrijvingen voor zowel bak- als oliearme schakelaars kunnen handmatig, automatisch samengesteld op de inschakelspoel van een solenoid of veeraangedreven zijn. In het tweede geval wordt de magnetische eigenschap van de solenoid gebruikt om een metalen kern in te trekken, die via een speciaal systeem verbonden is met de as van de olieschakelaar.

Bij het toepassen van gelijkstroom op de spoel van de solenoid wordt de eenheid ingeschakeld door het intrekken van de stang van het magnetische circuit, gevolgd door het draaien van de as van de schakelaar.

Een speciale vergrendeling houdt de as in deze positie. Gelijktijdig met het inschakelen stelt de solenoid een bepaalde positie in voor de uitschakelveren, die bij ontvangst van een speciale elektrische impuls de olieschakelaar uitschakelen.

Het uitschakelproces wordt gestart door een tweede solenoid door het uitslaan van het rollermechanisme (vergrendeling). Als gevolg hiervan wordt de as onmiddellijk gedraaid door de veer en vindt uitschakeling plaats. Voor de werking van de solenoïde aandrijving is een accubatterij nodig om deze van gelijkstroom te voorzien.

Wanneer de batterij ontbreekt, wordt een veeraandrijving toegepast. Het inschakelen gebeurt met een elektromotor of door spierkracht. Handmatige uitschakeling is mogelijk voor laagvermogen eenheden met kortsluitstromen tot 30 kA, waarvoor een maximale kracht van 25 kg moet worden uitgeoefend.

Eentanks-olieschakelaar met open boog

In sommige verdeelinrichtingen worden tankschakelaars geïnstalleerd die geen boogdovingskamers hebben. De elektrische boog wordt hier op de eenvoudigste manier gedoofd — door tweevoudige onderbreking van de contacten in een met olie gevulde tank. Tot dergelijke apparaten met open boog behoren de binnenlandse modellen VMB en VME. Ze zijn ontworpen voor een nominale stroom van 1,25 kA.

Schema van VME-6-200. De constructie bestaat uit een tank (1), deksel (2), porseleinen isolatoren (3), vaste contacten (4), beweegbare contacten (5), travers (6), boogdovingscontacten (7), platen (8), veer (9), as (10).

Het symbool 'E' staat voor excavator, het cijfer 6 voor de nominale spanning van 6 kV, 200 voor de nominale stroom in ampère. De uitschakeldrempelstroom voor deze oliefschakelaar is 1,25 kA. De tank van deze oliefschakelaar is gemaakt van staal en verbonden met het deksel van gietijzer via bouten. De wanden van de tank zijn bedekt met isolatie (13).

Zes porseleinen isolatoren die door het deksel gaan, eindigen in koperen beugels die dienen als vaste werkcontacten. De serie VME heeft een handmatige wielaandrijving.

Op de travers of contactbrug bevinden zich de beweegbare contacten. Hier bevinden zich ook de boogdovende mobiele contacten in de vorm van messing hoekstukken. Platen van koper met messing punten aan de onderkant van de isolatoren zijn de vaste boogdovingscontacten. De isolerende trekstang geeft via contact met het aandrijfmechanisme beweging aan de beweegbare contacten.

Bij opgeheven stand van de travers zijn de vaste contacten gesloten, de uitschakelveer is samengedrukt, de oliefschakelaar is ingeschakeld. De schakelaar is verbonden met de as van de vergrendeling, die hem in de werkpositie houdt. Bij elke uitschakeling wordt de vergrendeling losgelaten, de veer ontspant en de travers gaat snel naar beneden. Hierbij vindt het opeenvolgende openen van de werkcontacten plaats: 4 en 5, vervolgens 7,8.

Dit veroorzaakt op elke pool van de schakelaar het openen van de stroomkring op twee punten, het ontstaan van een boog en ontleding van de olie. Binnen de omhulsels 12 bereikt de druk 0,5 tot 1 MPa, waardoor het deïonisatieproces wordt geactiveerd. Binnen maximaal 0,1 s worden de bogen gedoofd en komen de omhulsels, omhoog bewegend, onder het deksel te liggen, waardoor het volume van het luchtkussen toeneemt.

Wanneer alle fasen van de oliefschakelaar zich in één tank bevinden, isoleert de olie de contacten onderling en van de tankbehuizing, die verplicht geaard wordt.

De laatste fungeert als buffer die de kracht van de stoot tijdens het doven van de boog vermindert. De normale hoogte van het luchtkussen is ongeveer 25% van het volume. Overschrijding van deze drempel kan tot een explosie leiden.

Dergelijke schakelaars zijn eenvoudig in gebruik, relatief goedkoop, en ze zijn handig voor toepassing in open onderstations. Maar hete oliedampen ontbranden gemakkelijk, zelfs bij eenvoudig contact met zuurstof.

Het branden van de boog in een olieomgeving start een polycondensatieproces, wat de elektrische sterkte van de olie verslechtert. De tank raakt verstopt door een neerslag bestaande uit koolstofdeeltjes. Daarom zijn revisies van het apparaat met olieverversing noodzakelijk.

Olieschakelaars met boogdovende kamer

De uitschakelcapaciteit en betrouwbaarheid van de werking van tankschakelaars wordt aanzienlijk verhoogd door de aanwezigheid van een boogdovende kamer. Deze wordt geplaatst in de olie die zich in de tank bevindt. Bij drietankschakelaars wordt elke fase in een aparte tank geplaatst.

Een pool van de tankschakelaar in doorsnede. Hij is uitgerust met een boogdovende kamer C -35 – 630 – 10. De markering geeft aan dat de schakelaar bedoeld is voor installatie in schakelinstallaties van 35 kV en hoger, ontworpen voor een nominale stroom van 630,4 kA, uitschakelvermogen van 10 kA.

De constructie is complexer dan die van olieschakelaars zonder boogdovende kamers en bestaat uit:

• pool (1);
• stroomtransformator (2);
• aandrijfhuis (3);
• stang (4);
• vast contact (5);
• boogdovende kamer (6);
• isolatie (7);
• verwarmingselement (8);
• olieafvoerapparaat (9).

Het bovenste deel van de kamer is voorzien van een vast contact. Bij inschakeling dringt een bewegend contact in de vorm van een stang in dit vaste contact. Bij uitschakeling verlaat de stang het vaste contact, waardoor er een boog in de kamer ontstaat. De hierbij optredende druk is een orde van grootte hoger dan de overeenkomstige parameter van schakelaars die niet zijn uitgerust met een boogdovende kamer.

Een druk van 8-7 Mpa verkleint de diameter van de boog en vergroot de doorslagsterkte van de tussenruimte nadat de stroom door het nulpunt is gegaan. Het resultaat is een sneller doven van de boog. Na het verlaten van de beweegbare contact uit de kamer, volgt er een uitlaat van gassen met gedeeltelijk meenemen van olie door de vrije opening.

De boogkolom wordt snel gekoeld en er vindt intensieve deïonisatie plaats. Met toenemende stroom neemt de efficiëntie van de werking van de boogdovende kamer toe. De olieschakelaar kan ook werken als apparatuur met een open boog bij het uitschakelen van kleine stromen.

Naast het verhogen van de druk van het stoommengsel in de boogruimte, wordt voor het versnellen van het doven van de boog een methode zoals versterkt blazen van het stoommengsel in het booggebied gebruikt. Er zijn longitudinale, transversale en tegenstroom blaasmethoden.

Het type automatische blussing wordt bepaald door de constructie van de boogbluskamer. In het eerste geval heeft de vector van het dampmengsel een longitudinale richting ten opzichte van de boogkolom (fragment a). Bij een transversale richting beweegt de blusstroom in een richting loodrecht op de boogkolom of onder een bepaalde hoek (fragment b).

In het geval dat de stromingsrichting tegengesteld is aan de vector van de beweging van het mobiele contact met de boog, vindt er tegenblussing plaats. Vaak worden in boogblusinrichtingen combinaties van deze methoden toegepast.

De boog in de oliearme schakelaar wordt in 3 fasen geblust. In de eerste fase (a) vindt er in de boog afgifte van elektrische energie plaats en wordt er in de gesloten omhulling een hoge druk gegenereerd. Op het moment dat het mengsel uit de omhulling ontsnapt, begint de tweede fase (b). De derde fase (c) is het verwijderen van de resten van verhitte gassen en ontledingsproducten uit de kamer.

In de laatste fase wordt de kamer voorbereid voor deelname aan de volgende uitschakelcyclus. Voor automatische herschakeling is deze fase uiterst belangrijk.

Type #2 — pot- of oliearme schakelaars

In gesloten installaties worden pot-type schakelaars gebruikt als generator- en distributieschakelaars. In open installaties dienen ze als onderstation- en distributieschakelaars. In schakelaars van dit type vervult olie geen isolatiefunctie; het is alleen nodig als medium voor boogblussing.

Het brand- en explosiegevaar van oliearme schakelaars is aanzienlijk lager dan dat van tank-type schakelaars. Ze worden zowel in open als in gesloten schakelinstallaties geïnstalleerd voor spanningen tot 110 kV. De isolatie van de polen ten opzichte van elkaar en van de aarde wordt verzorgd door diëlektrica zoals porselein, gietkunsthars en steatiet.

Olie neemt in deze schakelaars slechts 3 tot 4% van het poolvolume in beslag. Het kleine olievolume, het lage gewicht en de handige afmetingen zijn onmiskenbare voordelen van deze apparatuur. Ze worden echter toegepast in systeemknooppunten waar geen hoge eisen aan de schakelaars worden gesteld.

Deze beperkingen worden verklaard door de sterke afhankelijkheid van het uitschakelvermogen van de uitschakelstroom en de ongeschiktheid van de constructie voor gebruik bij frequente uitschakelingen.

Een andere reden zijn de moeilijkheden bij het realiseren van meervoudige snelle automatische herinschakeling. In oliearme schakelaars worden de volgende soorten olieblussing toegepast: transversaal, longitudinaal, gemengd. Experts beschouwen de eerste als het meest effectief.

Bij schakelaars van dit type, bestemd voor gesloten schakelinstallaties, zijn de contacten in een stalen tank geplaatst. Oliearme schakelaars met een spanning van 35 kV en hoger hebben een omhulling van porselein. Vaker gebruikt is de hangende apparatuur van 6-10 kV. De behuizing ervan is bevestigd op een gemeenschappelijk frame voor alle polen. Alle drie polen hebben een boogbluskamer, elk is ontworpen voor één contactonderbreking, en bij hogere spanningen voor twee of meer.

De constructie van oliearme schakelaars omvat beweegbare en vaste contacten (1 en 3), een boogbluskamer (2), en werkcontacten (4).

Volgens het gegeven schema worden schakelaars VMP, VMG, MG geproduceerd, ontworpen voor spanningen tot 20 kV. Een kenmerk van de constructie van schakelaars voor hoge nominale stromen is dat de werkcontacten aan de buitenkant zijn geplaatst en de boogbluscontacten in de binnenkant van de tank.

Schakelaars uit de VMP-serie worden vaak gebruikt in gesloten inrichtingen, alsook in KRI van 6-10 kV. In complete verdeelinrichtingen worden schakelaars uit de VK-serie geïnstalleerd. Ze zijn uitgerust met een ingebouwde elektromagnetische of veerbediening en zijn ontworpen voor uitschakelstromen van 20 – 31,5 kA en nominale stromen van 630 – 3150 A.

Colomschakelaars, speciaal vervaardigd voor KRI, hebben een uitschuifbare uitvoering. In installaties van 35 kV worden VM-colomschakelaars van de series VMK en VMUE geplaatst. RU van 110, 220 kV worden uitgerust met schakelaars van de serie VMT. Het geheel heeft een gelaste basis waarop de drie polen zijn geplaatst. Bediening: veermechanisme.

Op de foto is schakelaar VMT-110 te zien. Links op de afbeelding zijn de componenten weergegeven waaruit hij bestaat: veermechanisme (1), steunisolator van de schakelaarpool (2), boogblusinrichting (3), basis (4), besturingsmechanisme (5).

Aan de rechterkant van de foto is de module getoond, waar: 1 — stroomafvoer, 2 — beweegbaar contact, verbonden met de stroomafvoer via stroomafname-inrichtingen. De boogbluskamer is gemarkeerd als 3, het vaste contact als 5. Al het genoemde is geplaatst in een holle isolator (4) van porselein. Binnenin bevindt zich transformatorolie, en bovenop een kap (6).

De laatste is uitgerust met een manometer om de druk in de module te kunnen controleren. Daarnaast bevindt zich op de kap een eenheid voor het vullen met een samengeperst gasmengsel, een automatische uitlaatklep, en een oliepeilindicator (8). Het beweegbare contact en de besturingsinrichting zijn verbonden door isolerende trekstangen.

De constructieve uitvoering van de pool is identiek voor de gehele serie schakelaars. In de tanks van MV voor nominale stromen van 630 tot 1600 A bevindt zich 5,5 kg olie, en voor stromen boven 1600 tot en met 3150 A — 8 kg.

Om de betrouwbaarheid te vergroten worden in de constructie van afzonderlijke schakelaars extra bedienings- en beveiligingselementen opgenomen:

• uitschakelelektromagneten;
• relais die onmiddellijk en met vertraging werken bij drempelstroom;
• minimale-spanningrelais;
• extra contacten.

Afhankelijk van de manier van opstelling zijn er oliearme schakelaars met een lagere plaatsing van de boogbluskamer en het tegenovergestelde — hogere. In het eerste geval maakt het beweegbare contact een beweging van boven naar beneden, in het tweede geval omgekeerd. De uitschakelcapaciteit van de laatste is hoger.

Markering van olieschakelaars

Het decoderen van de markering die door de fabrikant op de olie-schakelaar is aangebracht, stelt u in staat kennis te maken met de basisinformatie erover. Laten we als voorbeeld de markering van de schakelaar VMG-133 bekijken. Het eerste symbool 'V' geeft aan dat u een schakelaar voor zich heeft.

Dit schema geeft de samenstelling weer van de symbolische aanduiding van hoogspanningsschakelaars, ook voor oliegevulde apparatuur.

De tweede — «M» geeft het type schakelaar aan, in dit specifieke geval — een minieme olie-schakelaar. De letter «G» bepaalt de toewijzing aan een bepaald type — pottype. 133 — de MV-serie.

Gebruiksregels voor olieschakelaars

Reparatiepersoneel, operationeel personeel en specialisten die betrokken zijn bij het onderhoud en de exploitatie van olie-onderbrekers, zijn verplicht de desbetreffende instructies, de constructie en het werkingsprincipe van de apparatuur te kennen.

Werknemers die MV onderhouden, moeten tijdens de exploitatie het volgende controleren:

1. De operationele spanning, de belastingsstroom. De indicatoren mogen de tabelwaarden niet overschrijden.
2. De hoogte van de oliespiegel in de polen, de afwezigheid van lekkages.
3. De aanwezigheid van smering op bewegende delen. Contacten kunnen hun beweeglijkheid verliezen en vastlopen als de smering van de wrijvende elementen dik en vuil wordt.
4. De stofbelasting van de ruimtes waarin de verdeelinrichtingen zijn geplaatst.
5. De overeenstemming van de mechanische kenmerken van de in bedrijf zijnde schakelaars met de tabelnormen.

Na elke uitschakeling van een kortsluiting moet de apparatuur worden geïnspecteerd. Gegevens over deze uitschakelingen worden in een speciaal logboek genoteerd. Er moet absoluut een defectenlogboek aanwezig zijn om gegevens over storingen die tijdens het bedrijf van het apparaat zijn ontdekt, te registreren. De schakelaar waarop een uitschakeling als gevolg van een kortsluiting heeft plaatsgevonden, moet worden geïnspecteerd.

Er wordt gecontroleerd of er olie is vrijgekomen. Als dit is gebeurd, en in grote hoeveelheden, wijst dit op een abnormale uitschakeling van een kortsluiting. De apparatuur wordt buiten bedrijf gesteld en geïnspecteerd. Wanneer de olie donker is, is vervanging nodig. De openingssnelheid wordt negatief beïnvloed door de viscositeit van de olie, die toeneemt bij een daling van de temperatuur.

Soms is het nodig om tijdens reparatie de oude smeermiddel te vervangen door een nieuw: Tsiatim-221, GOI-54 of Tsiatim-201.

Tabel met technische specificaties van olie-onderbrekers. Als de werkelijke waarden niet overeenkomen met de fabriekswaarden, wordt de afstelling opnieuw uitgevoerd.

Nadat de MV uit bedrijf is genomen, worden de steunisolatoren, trekstangen en de isolatie van de behuizingen zorgvuldig geïnspecteerd op scheuren. Zwaar vervuilde isolatie wordt afgeveegd. De noodzaak voor een tussentijdse reparatie ontstaat na een bepaald aantal kortsluitingen.

Periodieke inspectie (PI) wordt maandelijks uitgevoerd. Hierbij wordt aandacht besteed aan de mate van verwarming van de schakelaar. Lopend onderhoud (LO) wordt jaarlijks uitgevoerd. Het omvat werkzaamheden zoals controle en herstel van defecten aan bevestigingen, de kinematica van de aandrijving, het oliepeil en afdichtingen. Ook worden de isolatiedelen gecontroleerd op hun integriteit.

Na 3-4 jaar na een grote reparatie wordt een middelgrote reparatie (SR) uitgevoerd. Deze omvat de volledige set van werkzaamheden van de TR plus extra metingen van de overgangsweerstand van de polen en controle van mechanische en snelheidsparameters.

In geval van afwijking van de gecontroleerde kenmerken van de tabelgegevens, wordt de schakelaar gedemonteerd, worden afstelling en een volledige reeks hoogspanningstests uitgevoerd.

Tijdens een tussentijdse reparatie probeert men meestal de vorige afstelling ongewijzigd te laten. Om deze reden wordt de schakelaar minimaal gedemonteerd. De frequentie van grote reparaties is 6 tot 8 jaar. De omvang ervan omvat een algemene inspectie, het verwijderen van cilinders van het frame, het loskoppelen van rails, het repareren van de aandrijving, boogblusinrichtingen en hulpcontacten.

Daarna worden afstelling, schilderwerk, het aansluiten van rails en tests uitgevoerd. Voor alle werkzaamheden wordt documentatie opgesteld.

Naast olie-type schakelaars worden in hoogspanningsnetten ook andere uitschakelapparaten gebruikt. Bijvoorbeeld gasgeïsoleerde (SF6) en vacuümschakelaars. Op onze website staan andere artikelen waarin de kenmerken en constructie van deze typen schakelaars en de bijzonderheden van het gebruik ervan in detail worden besproken:

• Vacuümschakelaar: werking en principe + nuances van keuze en aansluiting
• Gasgevulde schakelaars (SF6): richtlijnen voor selectie en aansluitregels

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Constructie, typen, doel en gebruik van MV:

Gedetailleerd overzicht van de VMP-10:

Aan alle belangrijkste eisen die worden gesteld aan schakelaars die onder hoge spanning werken, voldoen ook olieschakelaars. De meeste zijn veilig en betrouwbaar in gebruik, zorgen voor snelle uitschakeling en zijn eenvoudig te installeren. Desondanks streven fabrikanten ernaar om nog beter te voldoen aan de eisen die aan MV worden gesteld.

U beschikt over kennis van olieschakelaars en wilt u het gepresenteerde materiaal aanvullen met nuttige informatie? Hebt u een afwijking of fout opgemerkt? Of hebt u nog vragen over het onderwerp? Schrijf ons dan alstublieft onder het artikel – wij zullen u dankbaar zijn.