Выключатели высокого напряжения служат для коммутации электрических цепей во всех эксплуатационных режимах: включения и отключения токов нагрузки, токов намагничивания трансформаторов и зарядных токов линий и шин, отключения КЗ, а также при изменениях схем электрических установок.
Каждый режим работы имеет свои особенности, определяемые параметрами электрической цепи, в которой установлен выключатель. Тяжелым режимом работы является отключение тока КЗ, когда выключатель подвергается воздействию значительных электродинамических сил и высоких температур. Отключение сравнительно малых токов намагничивания и зарядных токов линий имеет свои особенности, связанные с возникновением опасных коммутационных перенапряжений, утяжеляющих работу выключателей.
Требования, предъявляемые к выключателям во всех режимах работы, следующие:
- надежное отключение любых токов в пределах номинальных значений;
- быстродействие при отключении, т.е. гашение дуги в возможно меньший промежуток времени, что вызвано необходимостью сохранения устойчивости параллельной работы станций при КЗ;
- пригодность для автоматического повторного включения после отключения электрической цепи защитой;
- взрыво- и пожаробезопасность;
- удобство обслуживания.
Для оперативного обслуживания необходимо, чтобы каждый выключатель или его привод имел хорошо видимый и безотказно работающий указатель положения («Включено», «Отключено»). Если выключатель не имеет открытых контактов и его привод отделен стенкой от выключателя, то указатель должен быть и на выключателе, и на приводе.
На подстанциях применяют выключатели разных типов и конструкций. В них заложены различные принципы гашения дуги и используются различные дугогасящие среды (трансформаторное масло, сжатый воздух, элегаз, твердые газогенерирующие материалы и т.д.). Однако преимущественное распространение получили масляные баковые выключатели с большим объемом масла, маломасляные выключатели с малым объемом масла и воздушные выключатели. Перспективны элегазовые и вакуумные выключатели.
Основными конструкционными частями выключателей всех типов являются токопроводящие и контактные системы с дугогасительными устройствами.
Для отключения электрических цепей с большими силами токов созданы отключающие аппараты, имеющие следующие дугогасящие устройства:
- газового дутья, у которых в дуговой канал поступает воздух извне или же образуется газ (за счет энергии самой дуги под действием ее температуры) из минерального масла, из органического стекла, из фибры гасительной камеры и проходит через дугу, что и приводит к ее погашению;
- с узкой щелью, в которых дуга с помощью магнитного дутья втягивается в узкую щель, стенки которой создаются из изолированного материала: на стенках щели происходят нейтрализация зарядов, охлаждение дуги и ее гашение;
- с разделением дуги на короткие дуги, в которых возникает падение напряжения около электродов на каждом коротком участке дуги, из-за чего энергия, выделяющаяся в дуге, оказывается недостаточной для ее горения.
В наиболее мощных аппаратах включения-отключения цепей высокого напряжения (в масляных и воздушных выключателях) применяются дугогасящие устройства, действующие по принципу газового дутья. В их дугогасительных камерах газовое дутье создает перемешивание неионизированного газа с ионизированными частицами. Это охлаждает дугу, снижает термоионизацию, что приводит к гашению дуги в момент прохождения тока через нулевое значение.
