Выключатели нагрузки «NAL». Общие понятия, особенности и преимущества относительно аналогов.

03.11.2021

Выключатели нагрузки «NAL».

Общие понятия, особенности и преимущества относительно аналогов.

   Выключатели нагрузки (далее по тексту – ВН) внутренней установки «NAL» предназначены для применения в распределительных сетях среднего класса напряжения 12-24 кВ. Используются в качестве коммутационных аппаратов в составе камер КСО и КРУ в распределительных и трансформаторных подстанциях, а также распределительных пунктах промышленных предприятий. Производятся с 1978 года на заводе ABB Sp. z o.o. в Пшасныше, Республика Польша. Выпущено более 600000 экземпляров.

   В классе напряжения 12 кВ выключатель нагрузки «NAL» выпускается в следующих модификациях:

• на коммутируемый ток нагрузки: 400, 630 (типовое исполнение) и 1250 А;
• на межполюсное расстояние: 150, 170 (типовое исполнение) и 210 мм.

   Давайте разберемся в том, что такое выключатель нагрузки.

   Само словосочетание уже дает нам ответ.

  Выключатель нагрузки – это коммутационный аппарат, который способен выполнять операции под нагрузкой. И в этом его главная отличительная особенность от разъединителей, для выполнения операций, с которыми требуется сначала обесточить цепь. Это осуществляется вышестоящим аппаратом – силовым автоматическим выключателем или выключателем нагрузки.

   Выключатели нагрузки, помимо главных силовых контактов, дополнительно оснащены дугогасительными контактами и камерами (см. рис.1). Они предназначены для гашения электрической дуги, которая возникает в момент размыкания контактов коммутационного аппарата в процессе отключения потребителя от источника питания, то есть размыкания цепи под нагрузкой. Ее возникновение и длительное горение может привести к повреждению контактов, оплавлению металла, разрушению элементов как самого устройства, так и установки в целом и может стать причиной короткого замыкания в цепи. Именно благодаря дугогасительным контактам и камерам, выключатели нагрузки защищены от таких последствий. В процессе включения ВН сначала замыкаются главные контакты, а потом дугогасительные. При отключении также сначала размыкаются главные контакты, а затем дугогасительные, на которых и происходит процесс гашения дуги (см. рис.2). В отключенном состоянии выключателя нагрузки между главными контактами имеется видимый разрыв.

Рис.1 – Выключатель нагрузки 12 кВ «NAL»

   По типу применяемого принципа гашения дуги на среднем уровне напряжений различают несколько классов выключателей нагрузки:

• МАСЛЯНЫЕ, гашение дуги происходит в масле. Класс морально устарел и, практически, нигде сейчас не применяется и не производится.
• ГАЗОВЫЕ, гашение дуги в атмосфере газа. К данному классу можно отнести элегазовые трехпозиционные коммутационные аппараты и моноблочные установки, которые в последнее время набирают популярность в нашей стране. Плюсом является большой коммутационный ресурс, который чаще всего является излишним. Главными недостатками являются высокая стоимость и экологическая небезопасность. В Европе и вовсе применение элегаза в классе среднего уровня напряжения до 35 кВ считается экономически нецелесообразным и небезопасным. Альтернатива – моноблочные установки, заполненные сухим воздухом – Xiria и Xiria E (Eaton).
• ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ. Процесс гашения дуги происходит путем растяжения или перемещения ее с помощью магнитного поля. Также, как и масляный это- очень редкий класс выключателей нагрузки.
• АВТОГАЗОВЫЕ. В выключателях нагрузки данного класса дуга гасится потоком газов, выделяющихся из стенок дугогасительной камеры при воздействии на них электрической дугой. Наверное, это- самый распространенный класс выключателей нагрузки. Простой по конструкции, дешевый, не требовательный к квалификации обслуживающего персонала. Автогазовые выключатели нагрузки, как правило, имеют средний коммутационный ресурс.
• ВАКУУМНЫЕ, гашение дуги происходит в вакуумной дугогасительной камере. Редкий, но встречающийся в РБ класс. Все встречающиеся экземпляры произведены в Китае, либо из китайских комплектующих. Качество хромает и зависит от конкретного производителя, завода. В Европе данный класс популярность не получил.
• АВТОКОМПРЕССИОННЫЕ. Процесс гашения дуги происходит путем сжатия газа и воздействия его потоком на электрическую дугу в момент отключения выключателя нагрузки. Данный класс большого распространения не получил. Основным недостатком является низкий коммутационный ресурс по причине отсутствия среды, которая более активно производит процесс гашения дуги.

   Из всех перечисленных классов на среднем уровне напряжений, выключатели нагрузки типа «NAL» стоят особняком. Они являются представителем сразу двух классов – автогазового и автокомпрессионного.  Объединение двух технологий и принципов гашения дуги позволило получить отличное сочетание цены, качества и долговечности. Конструкция и решение получились настолько удачными, что с момента выпуска первых экземпляров в 1978 году, практически не претерпели существенных изменений. Четкая сбалансированность позволила получить отличные показатели по коммутационному и механическому ресурсу.

  Особенность заключается в применении двойной системы гашения дуги (см. рис.2). При такой системе в момент отключения выключателя нагрузки и прерывания тока дугогасительными контактами на электрическую дугу воздействуют:

Рис.2 – Цикл операций «Включить»-«Отключить» выключатель нагрузки (цикл «В-t_п-О»)

• автокомпрессионное или воздушное автопневматическое гашение – поток сжатого воздуха, который не зависит от величины прерываемого тока. Поток создается поршнями, которые находятся в специальных цилиндрах-изоляторах со стороны неподвижных контактов выключателя нагрузки. Поршни и главные подвижные силовые контакты механически связаны с приводным валом аппарата. Весь механизм спроектирован таким образом, что гашение потоком воздуха начинается в соответствующий момент во время размыкания контактов аппарата, когда поршни начинают сжимать воздух внутри цилиндров-изоляторов;
• автогазовое гашение ­­– поток газа, который зависит от значения прерываемого тока. Газ выделяется из материала стенок дугогасительной камеры/сопла под воздействием электрической дуги, возникающей в процессе отключения. Электрическая дуга имеет относительно большую энергию, которая и нагревает стенки. Чем больший ток нагрузки прерывается, тем большую энергию имеет гасимая электрическая дуга и тем больше нагреваются стенки и выделяется газа.  Во время процесса автогазового гашения происходит существенное охлаждение дуги и ее окончательное затухание.

   Зависимость концентрации выделяемого газа от величины прерываемого тока называется газовым эффектом Харта. Данный эффект является одни из самых важных в технике больших токов. Газовый эффект Харта срабатывает только при больших значениях тока, тогда как воздушное автопневматическое гашение осуществляется всегда (см. рис.3).

Рис.3 – График эффективности размыкания тока в зависимости от типа гашения

   Благодаря четко сбалансированному использованию сжатого воздуха и выделяющегося из материала газа, обеспечивается правильная работа двойной системы гашения дуги. Поэтому данная система обладает высокой надежностью и может выдержать большое количество срабатываний без чрезмерного износа. Выключатель нагрузки внутренней установки типа «NAL», оснащенный данной системой, соответствует стандарту IEC 60265‑1, для отключающей способности под нагрузкой наивысшего класса – E3.

  Важной характеристикой ВН «NAL», выделяющей его в ряду иных аппаратов схожих типов, является то, что весь типовой ряд по напряжениям протестирован на не менее 100 срабатываний под нагрузкой номинальным током 630 A.

 Еще одна отличительная особенность выключателей нагрузки «NAL» – это модульность конструкции и широкий перечень дополнительных принадлежностей (см. рис.7).

   Стандартное исполнение выключателя нагрузки – это главный элемент (несущая рама, изоляторы и токоведущие части) и пружинный привод, установленный непосредственно на раме (см. рис.4).

   Существует два различных типа механизмов пружинного привода выключателя нагрузки «NAL»: типа K (однопружинный) мгновенного действия, и механизм, накапливающий энергию, типа A (двухпружинный).

Рис. 4 – Два исполнения главных элементов ВН «NAL»

   В выключателе нагрузки, который оснащен приводом типа «А», в замкнутом положении открывающая пружина всегда находится во взведенном состоянии. Это дает возможность отключить выключатель нагрузки с помощью независимого расцепителя либо бойка предохранителя через механизм автоматического отключения главных контактов при перегорании предохранителя(-ей).

  С приводом типа «К» все проще. Операции «Включить» и «Отключить» выключателя нагрузки осуществляются путем натяжения пружины за позицию мертвой точки механизма.

   Оба типа пружинных механизмов «A» и «K» могут взаимодействовать как с ручными приводами, так и с моторными (24 В AC/DC или 220 В AC/DC). Управление моторными приводами осуществляется платой управления. Плата поставляется комплектно и может быть установлена в любом шкафу управления.

   Существует модификация выключателя нагрузки «NAL F», оснащенного токоограничивающими предохранителями «CEF» (см. рис.5). Такая комбинация дает идеальный результат, позволяющий предотвратить большинство типов аварий в сетях среднего напряжения.

Рис. 5 – Модификация «NAL F» с токоограничивающими предохранителями, платой с держателями предохранителей и механической блокировкой

   Плата с держателями предохранителей типа «F», а также заземлители типа «E» или «EB» (см. рис.6), монтируются на выключателе нагрузки со стороны оси вращения главных ножей либо отдельно со стороны неподвижных контактов, и являются дополнительным оснащением выключателя нагрузки. Эти модули легко комбинируются в зависимости от потребностей клиента.

 
Рис. 6 – Заземлители для выключателей нагрузки «NAL»

    Основным отличием заземлителей типа «E» и «EB» в том, что заземлитель типа «E» может устанавливаться на выключателе нагрузки со стороны оси вращения главных ножей (см. рис.8) и на плате с держателями предохранителей (снизу, см. рис.5), а вот заземлитель типа «EB» предназначен для независимого монтажа с обеих сторон выключателя нагрузки. Заземлитель типа «EB» может быть установлен на выключателе нагрузки со стороны неподвижных главных контактов в качестве заземлителя сборных шин секции распределительного устройства (сверху, см. рис.8).

   Заземлители типа «E» и «EB» являются быстродействующими. В отличие от обычных заземлителей они дополнительно оснащены пружинным механизмом, который позволяет практически мгновенно замкнуть контакты и выполнить заземление. Это очень важно с точки зрения обеспечения безопасности обслуживающего персонала и сохранности оборудования. Ведь отключенная, даже со всех сторон, разъединителями линия может находиться под наведенным напряжением, и при применении обычных заземляющих ножей, которые включаются медленно, высока вероятность возникновения дуги и подгорания контактных поверхностей. А в случаях, когда производится ошибочное заземление линии, при наличии напряжения на ней, возможны и более серьезные последствия использования обычных заземлителей, когда сила дуги в разы выше и время ее протекания будет ограничено только временем работы релейных защит. Быстрые же заземлители, по сути, лишены этого недостатка, благодаря высокой скорости замыкания контактов, независящей от оперативного персонала.

Рис. 7 – Перечень принадлежностей для ВН «NAL»

   Существует одна особенность установки моторного привода у выключателя нагрузки «NAL», о которой сам производитель почему-то решил умолчать, но на которую стоит отдельно обратить внимание. Так, по каталогу ABB существует три вида кронштейнов для крепления моторных приводов:

• 1YMX000044M0001 – кронштейн шириной 39мм, для установки привода справа на ВН с пружинным механизмом типа «K»;
• 1YMX000044M0005 – кронштейн шириной 39мм, для установки привода справа на ВН с пружинным механизмом типа «А»;
• 1YMX000044M0002 – универсальный кронштейн шириной 55мм, для установки привода слева на ВН с пружинным механизмом типа «К» или «А».

   Когда, к примеру, устанавливаешь мотор справа ВН с пружинным механизмом типа «А» – применяй соответствующий кронштейн 1YMX000044M0005, если слева – универсальный 1YMX000044M0002. Есть одно, «НО»!

   В случаях, когда помимо нижнего линейного заземлителя (тип «Е») выключатель нагрузки «NAL» требуется оснастить и верхним заземлителем сборных шин (тип «EB», описание см. выше), в обязательном порядке, необходимо реализовать две механические блокировки между заземлителями и главными контактами выключателя нагрузки. Однако, механические блокировки и моторный привод могут быть установлены только с противоположной стороны от ручного привода (см. рис.8), что при применении универсального кронштейна шириной 55 мм (для монтажа моторного привода слева) реализовать невозможно. Для монтажа всех элементов (кронштейн, моторный привод, две механические блокировки) попросту не хватает длины вала привода главных контактов. Что если применить кронштейн шириной 39мм (для установки привода справа на ВН с пружинным механизмом типа «K») и установить его слева на саму раму выключателя нагрузки? Конструктивно, два кронштейна 1YMX000044M0001 и 1YMX000044M0002 различаются между собой только шириной. Все установочные габариты и посадочные отверстия совпадают. Берем и применяем вместо универсального кронштейна 1YMX000044M0002 кронштейн 1YMX000044M0001. При этом, используемый тип пружинного механизма выключателя нагрузки не имеет никакого значения.

   Благодаря применению кронштейна 1YMX000044M0002 для установки слева, обеспечивается возможность монтажа необходимой механической блокировки между выключателем нагрузки «NAL» и верхним заземлителем «EB» (см. рис.8).

Рис. 8 – Выключатель нагрузки «NAL» с двумя заземляющими ножами и механическими блокировками

   Чтобы не потеряться в многообразии комбинаций мы предлагаем ознакомится с каталогами на русском и английском языках, а также инструкцией по сборке выключателя нагрузки «NAL».

   Задать вопросы авторам статьи: loiko@lsys.by, pashkov@lsys.by.

Уточнить цены, наличие, получить квалифицированную консультацию можно по телефонам ☎️ +375 17 247-19-99, +375 44 567-19-99, +375 29 787-19-99 либо у своего менеджера.