Разъединители. Устройство и работа. Применение и особенности

Разъединители — аппараты коммутации, служащие для выключения и включения цепи тока без потребителя, или с небольшой нагрузкой. Таким небольшим током может служить ток намагничивания трансформатора, либо другой ток не выше 15 ампер.

Также разъединители служат для образования разрыва цепи при выключении электрической сети. Это нужно для создания безопасности при проведении работ по ремонту электрооборудования. В этом случае разъединитель образует видимый разрыв между цепью рабочего оборудования и устройств, находящихся в ремонте.

Устройство

Конструкцию разъединителей можно изучить на примере аппарата коммутации с 3-мя полюсами, рубящего вида.

Он представляет собой находящиеся на одной раме три полюса. У всех полюсов есть по два контакта: подвижный и неподвижный. Подвижные виды клемм полюсов скреплены изоляторами с одним валом. Также вал соединен с рычагом механизма привода аппарата. При управлении механизмом разъединителя сразу включаются все три ножа одновременно.

Соединение контактов сделано жестким с помощью специальных пружин. Они нажимают на пластины из стали, придавливают ножи подвижного контакта к стационарному.

Во время короткого замыкания по разъединителю проходит большой ток, который приводит к его разрушению. Для решения этой проблемы в конструкцию разъединителя вмонтировали магнитный замок, который включает в себя 2 пластины, находящиеся по сторонам двигающегося контакта. Эти пластины намагничиваются от действия тока короткого замыкания, сильно притягиваются друг к другу, и создают дополнительную упругость между контактами.

В конструкции разъединителей не предусмотрено устройство для гашения электрической дуги, поэтому при включенной нагрузке выключать разъединитель запрещается. Для таких целей предназначены другие устройства, например, выключатели. Чтобы не произошло выключение цепи разъединителем при включенной нагрузке, в их конструкции предусмотрены механические блокираторы. Также для этих целей служат механические фиксаторы.

Требования к разъединителям

Такие требования нужны для обслуживания разъединителей электромонтером, либо другим обслуживающим персоналом:

• Конструкция разъединителей выполняется такой, чтобы был виден разрыв цепи по классу напряжения.
• Приводы должны быть оборудованы жесткого закрепления ножей в выключенном и включенном положении. Также должны быть хорошие упоры для ограничения поворота ножа больше положенного.
• Разъединители должны быть приспособлены для любых погодных условий.
• Изоляторы и тяги должны иметь достаточную прочность, не разрушаться при выполнении переключений.
• Главные ножи разъединителей обязательно должны оснащаться блокировкой с ножами заземления, не допускающей одновременного включения.

Принцип действия и порядок выполнения переключений

В распредустройствах действия с разъединителями должны производиться только после того, как проверено отключенное состояние выключателя цепи.

Перед отключением разъединителя нужно снаружи осмотреть всю конструкцию. На разъединителях, блокирующих устройствах и их приводах не должно иметься повреждений, которые могли бы помешать выполнению операции выключения. Особо нужно осмотреть, нет ли шунтирующих перемычек для разъединителей.

Если обнаружены какие-либо дефекты и неисправности, то выключение разъединителя необходимо выполнять осторожно, с разрешения должностного лица, распорядившегося сделать переключение. При обнаружении трещин на изоляторах запрещается производить какие-либо операции с разъединителями.

При ручном механизме привода разъединитель нужно включать быстро и аккуратно, в конце хода не нужно допускать удара. Если во время включения появилась электрическая дуга, то ножи отводить обратно нельзя, так как размер дуги увеличится и перекроет междуфазное пространство, вызвав короткое замыкание. В любом случае операцию необходимо довести до завершения. Когда контакты замкнутся, то дуга исчезнет, и не создаст никаких проблем.

Обратную операцию по разъединению цепи производят не торопясь, с осторожностью. Сначала производят небольшое движение рычагом для проверки действия тяг, поломок изоляторов, люфтов в соединениях. Если при расцеплении цепи появляется дуга, то нужно сразу разъединитель вернуть обратно на свое место, выяснить причину. До выяснения переключения делать запрещается.

Выключение однополюсных разъединителей

Такие операции проводятся специальными штангами, в определенной последовательности, чтобы обеспечить максимальную защиту персонала. Представим такой случай, когда электромонтер начал выполнять отключение ошибочно, не отключив нагрузку.

С включенной нагрузке 1-й разъединитель выключать не опасно, так как сильная дуга не образуется. При расцеплении контактов может возникнуть только малое напряжение, с одной стороны разъединитель будет иметь напряжение источника, с другой будет одинаковая разность потенциалов, которая наводится работающими двигателями, а также конденсаторами, имеющимися в сети.

При выключении 2-го разъединителя может возникнуть мощная дуга. На 3-м разъединителе не будет большой мощности. Поэтому, как бы ни располагались разъединители, первым надо отключать средний разъединитель, далее верхний, затем нижний (при вертикальном расположении). Если расположение горизонтальное, то принцип тот же самый, только вместо верхнего и нижнего, нужно отключать правый и левый в любом порядке.

Если выключатели оснащены пружинами, то работать с разъединителями нужно, ослабив сначала пружины на выключателях, во избежание случайных срабатываний выключателей при операциях с разъединителями.

На линии 6-10 киловольт, где есть компенсация тока на заземление, перед тем как отключить ток намагничивания, сначала отключают реактор дугогашения, чтобы не было перенапряжений. Они могут возникнуть из-за неодновременного расцепления контактов фаз.

Особенности применения

Разъединители служат для видимого расцепления участка электрической цепи во время ремонта оборудования, создания безопасности, исключают подачу питания на ремонтный участок. Также расцепители можно применить для переключения питания электрическим током с одной цепи на другую.

По правилам разъединители могут включать и отключать:

• Нейтрали трансформаторов до 220 киловольт.
• Дугогасящие заземляющие реакторы, если нет замыкания на землю.
• Тока намагничивания.
• Подключение трансформаторов на холостом ходу до 750 кВА.
• Тока заряда и замыкания на заземление воздушных линий питания.
• Тока заряда шин, других подключений, удовлетворяющих требованиям нормативов.
• Отключение токов уравнения до 70 ампер в кольцевых сетях, замыкание сети при отличии напряжений на клеммах не выше 5%.

Отключение уравнительных токов

Разъединители могут отключать, включать токи заряда воздушных и кабельных сетей, токи намагничивания, в том числе силовых, уравнивающие токи, а также слабые токи нагрузки. Это подтверждено директивными и регламентирующими документами. Уравнительный ток – это ток между участками электрической замкнутой сети, обусловленный разностью значений напряжений во время коммутации электрической связи, то есть, во время отключения или соединения.

В закрытых распредустройствах до 10 кВ разъединителями можно включать и выключать токи намагничивания силовых трансформаторов, токов заряда линий, замыкания на землю, не больше следующих величин:

• При 6 киловольтах – ток 3,5 ампер, ток заряда 2,5 ампер, ток замыкания на землю 4 ампера.
• При 10 киловольтах – ток намагничивания 3 ампера, ток заряда 2 ампера, замыкающий ток на землю 3 ампера.

Если между полюсами установлены перегородки из диэлектрического материала, то допускаемый ток при переключениях можно увеличить в 1,5 раза.

Разъединителями при напряжении от 6 до 10 киловольт можно включать и выключать токи уравнивания до 70 ампер, а также токи нагрузки линии до 15 ампер, если операция переключения проводится 3-полюсными разъединителями внешней установки с приводным механизмом.

Если в электрической цепи нет выключателя, то при напряжении сети до 10 кВ допускается производить операции с разъединителями при малых токах, которые намного меньше тока номинала устройств.

Чаще всего разъединители оснащают стационарными заземлителями. Это дает возможность не устанавливать переносные заземления на устройствах, которые требуют ремонта, а значит, не будет нарушения требований правил безопасности при установке заземлений.

Обеспечение безопасности

Во время выполнения переключений с помощью разъединителей под напряжением, электромонтер должен выбрать правильное место своего расположения возле привода, чтобы не получить травм при случайном падении изолятора и других деталей, а также для защиты от действия возможной электрической дуги.

Нельзя смотреть на контакты во время совершения операции. Но после операции нужно обязательно осмотреть состояние ножей разъединителей и стационарных видов ножей. Бывают случаи, когда ножи включились не до конца, либо не отключились ножи стационарные при отключении на отдельных фазах. Каждая фаза осматривается отдельно, даже если между ножами всех фаз есть механическая связь.

Похожие темы:

33. Назначение и конструкции разъединителей.

Разъединители – аппараты, которые предназначены для включения и отключения участков электрических цепей под напряжением при отсутствии нагрузочного тока. Они применяются во всех высоковольтных установках для обеспечения видимого разрыва при отключении какого-либо участка цепи, а также для производства переключений и набора нужной схемы. Все операции с разъединителями, как правило, выполняются при обесточенных цепях.

После отключения разъединителей с обеих сторон объекта, например, выключатель или транформатор и другие аппараты должны заземляться с обеих сторон, либо при помощи переносных заземлителей, либо спец. заземляющих ножей, встраиваемых в конструкцию разъединителя.

Строятся разъединители, как для внутренней, так и для наружной установки на всю шкалу токов и напряжений.

К разъединителям предъявляются следующие требования:

Контактная система должна надежно пропускать номинальный ток сколько угодно длительное время. В особо тяжелых условиях работают разъединители наружных установок, подвергающиеся воздействию воды, пыли, льда. Контактная система должна иметь необходимую динамическую и термическую стойкость.

Разъединитель и механизм его привода должны надежно удерживаться во включенном положении при протекании тока К3. В отключенном положении подвижный контакт должен быть надежно фиксирован, так как самопроизвольное включение может привести к очень тяжелым авариям и человеческим жертвам.

В связи с особой ролью разъединителя как аппарата безопасности промежуток между разомкнутыми контактами должен иметь повышенную электрическую прочность.

Привод разъединителя целесообразно блокировать с выключателем. Операции с разъединителем должны быть возможны, только когда выключатель отключен.

Разъединители могут выполняться как трехполюсными на общей раме, обычно до 35 кВ, так и однополюсными при более высоких напряжениях. Последнее обусловлено тем, что при напряжениях свыше 35 кВ требуемые расстояния между фазами достаточно велики и общая рама становится чрезвычайно громоздкой и тяжелой.

Полюс разъединителя независимо от разнообразия конструкций состоит из неподвижного и подвижного (ножа) контактов, укрепленных на соответствующих изоляторах опорной плиты или рамы и привода.

Основным элементом разъединителя являются его контакты. (Как мы уже говорили, они должны надежно работать при номинальном режиме, а также при перегрузках и сквозных токах короткого замыкания.). Нагрев, динамическая и термическая стойкость, а также электрическая и механическая прочность изоляции являются основными вопросами расчета и конструирования разъединителей. В разъединителях применяют высокие контактные нажатия. При больших токах контакты выполняют из нескольких (до восьми) параллельных пластин. Применяют пластины прямоугольного, швеллерного и круглого сечений.

Разъединители снабжаются ручным, электродвигательным либо пневматическим приводом. Разъединители на малые токи при напряжениях до 35 кВ могут управляться вручную изоляционной штангой.

Наибольшее распространение при токах до 3000 А включительно получил ручной рычажный привод. При номинальном токе свыше 3000 А – ручной червячный привод. Электродвигательные и пневматические приводы используются для управления тяжелыми разъединителями, когда ручное управление затруднено или невозможно, а также при дистанционном и автоматизированном управлении.

Разъединитель предназначен для включения и отключения обесточенных участков электрических цепей переменного или постоянного тока с созданием видимого разрыва, а также заземления отключенных участков при помощи стационарных заземлителей.

Разрешается отключение и включение разъединителями:

-нейтралей силовых трансформаторов 110-220 кВ;

-заземляющих дугогасящих реакторов 6-35 кВ при отсутствии в сети замыкания на землю;

-намагничивающего тока силовых трансформаторов 6-500 кВ;

-зарядного тока и тока замыкания на землю воздушных и кабельных линий электропередачи;

-зарядного тока систем шин, а также зарядного тока присоединений с соблюдением требований нормативных документов.

В кольцевых сетях 6-10 кВ разрешается отключение разъединителями уравнительных токов до 70 А и замыкание сети в кольцо при разности напряжений на разомкнутых контактах разъединителей более, чем на 5%.

Допускается отключение и включение трехполюсными разъединителями наружной установки при напряжении 10 кВ и ниже нагрузочного тока до 15 А.

Допускается дистанционное отключение разъединителями неисправного выключателя 220 кВ и выше, зашунтированного одним выключателем или цепочкой из нескольких выключателей других присоединений системы шин (схема четырехугольника, полуторная и т.п.), если отключение выключателя может привести к его разрушению и обесточению подстанции.

Для внутренних установок, не подверженных воздействию атмосферы и с напряжением, как правило, не выше 20 кВ, наиболее широко распространены рубящие разъединители с движением подвижного контакта (ножа) в вертикальной плоскости. Для получения электродинамической стойкости контактов необходимо соответствующее контактное нажатие. С ростом тока контактное нажатие и усилие, необходимое для включения, возрастают. При ручных приводах контактные нажатия стремятся брать возможно малыми. С этой целью применяют сдвоенные ножи и электромагнитные замки.

Разъединители



Разъединитель представляет собой коммутационный аппарат для напряжения свыше 1 кВ, основное назначение которого — создавать видимый разрыв и изолировать части системы, электроустановки, отдельные аппараты от смежных частей, находящихся под напряжением, для безопасного ремонта.

Помимо этого основного назначения разъединители используют также для других целей, поскольку их конструкция это позволяет, а именно:

• для отключения и включения ненагруженных силовых трансформаторов небольшой мощности и линий ограниченной длины при строго установленных условиях;
• для переключений присоединений РУ с одной системы сборных шин на другую без перерыва тока;
• для заземления отключенных и изолированных участков системы с помощью вспомогательных ножей, предусматриваемых для этой цели.

Разъединители имеют относительно простую конструкцию. Обязательным является наличие в положении «отключено» видимого разрыва в воздухе, создающего уверенность в том, что рассматриваемый участок действительно отключен и изолирован от смежных частей. Разъединители снабжают приводами — ручными или электродвигательными — для неавтоматического управления. Стоимость разъединителя значительно ниже стоимости выключателя, требования к уходу и ремонту также ниже.

Рис.1. Схемы, поясняющие использование разъединителей:
а — при изоляции выключателя для ремонта;
б — при переключении присоединений

Поясним условия работы разъединителей на следующих примерах. Для подготовки выключателя для ремонта он должен быть отключен и изолирован от смежных частей, находящихся под напряжением, с помощью двух разъединителей QS1 и QS2 (рис.1,а). При этом разъединители отключают емкостный ток, значение которого определяется напряжением сети и емкостью вводов выключателя. Этот ток мал, и на контактах разъединителей не возникают дуговые разряды. После отключения разъединителей выключатель Q, подлежащий ремонту, должен быть заземлен с обеих сторон с помощью дополнительных ножей QSG1 и QSG2.

Переключение присоединений РУ под током с помощью разъединителей производят при обязательном условии — наличии параллельных ветвей с малым сопротивлением. Так. например, при наличии двух параллельных ветвей с разъединителями QS1 и QS2 (рис.1,б) один из разъединителей может быть безопасно разомкнут под током, если разъединитель второй ветви включен. При отключении разъединителя ток смещается из одной ветви в другую. При этом на контактах дуги не образуются.

Преимущественное применение получили трехполюсные разъединители с общим управлением полюсами. Последние могут быть связаны между собой механически, электрически или пневматически.

Разъединители для внутренней установки

Эти разъединители выполняют обычно вертикально-рубящего типа с ножами, поворачивающимися в вертикальной плоскости, перпендикулярной основанию.

Рис.2. Трехполюсный разъединитель типа РВР 10 кВ, 2000 А
с двумя комплектами заземляющих ножей

Трехполюсный разъединитель типа РВР — внутренней установки, рубящий (рис.2) — имеет два опорных изолятора 1 на полюс, установленных на основании 2 из профильной стали. Третий — тяговый изолятор 3 служит для приведения в движение главных ножей 4. Разъединители снабжены дополнительными ножами 5 для заземления — одним или двумя на каждый полюс. Для управления главными ножами служат вал 6 и система рычагов каждого полюса. Ведущие рычаги укреплены на валу и соединены шарнирно с тяговыми изоляторами. Последние соединены с ножами. Вал приводится во вращение с помощью привода. При этом главные ножи поворачиваются на угол около 60°. Заземляющие ножи 5 каждой стороны укреплены на особых валах 7 и соединены между собой медной шиной 9. Для управления заземляющими ножами необходимы особые приводы. Токоведущие части разъединителя (зажимы 8 для присоединения шин, контакты, ножи) выполняют в соответствии с номинальным током разъединителя. Чем больше последний, тем больше сечение ножей.

Рис.3. Контактная система разъединителя типа РВР 10 кВ, 1000 А

У разъединителей с номинальным током до 1000 А включительно (рис.3) ножи состоят из двух медных полос 1 прямоугольного сечения, охватывающих контактную стойку 2. Боковые поверхности стойки имеют цилиндрическую форму и образуют с пластинами ножа линейные контакты. Давление в контакте создается пружинами 3, насаженными на стержень. Давление на ножи передается через стальные пластины 4 с выступами. При КЗ и резком увеличении тока пластины ножа притягиваются друг к другу, увеличивая давление в контакте. Стальные пластины увеличивают магнитную индукцию и создают дополнительное давление в контактах. Такого рода магнитными замками снабжают большую часть разъединителей.

У разъединителей с номинальным током свыше 1000 А главные ножи состоят из двух и четырех частей коробчатого сечения (рис.2). Контактные поверхности покрывают слоем серебра толщиной 20 мкм. Предусматривают также магнитные замки.

Для управления главными и заземляющими ножами предусматривают приводы, устройство которых зависит от номинального тока разъединителя. Ручной привод представляет собой систему рычагов или зубчатых передач, с помощью которых человек может повернуть вал разъединителя. Чем больше номинальный ток разъединителя, тем больше силы трения в контактах. Соответственно должен быть рассчитан механизм привода.

Разъединители с номинальным током 4000 А и выше снабжают приводами с червячной передачей, управляемыми вручную или с помощью электродвигателя. Для заземляющих ножей имеются отдельные приводы, обычно рычажные. Последние блокируют с приводами главных ножей, чтобы исключить возможность включения заземляющих ножей при включенных главных ножах, а также возможность включения главных ножей при включенных заземляющих ножах.

Рис.4. Установка трехполюсного разъединителя типа РВР с заземляющими ножами

На рис.4 показана установка трехполюсного разъединителя 10 кВ, 2000 А с двумя комплектами заземляющих ножей. Привод главных ножей 1 — электродвигательный, а приводы заземляющих ножей 2 — червячные. У всех приводов предусмотрены блок-контакты 3 для сигнализации положения и блокировки.

Разъединители для наружной установки

Во времена СССР наибольшее распространение получили разъединители горизонтально-поворотного типа с ножами, вращающимися в горизонтальной плоскости, параллельной основанию. Их изготовляют для напряжений от 35 до 500 кВ включительно.

Рис.5. Трехполюсный разъединитель для наружной установки
типа РНД 110 кВ, 2000 А

Разъединитель типа РНД — наружный, двухколонковый (рис.5) — имеет две колонны изоляторов 1 на полюс, установленные вертикально в подшипниках на стальной раме 2 и связанные между собой системой рычагов 3. При повороте изоляторов поворачиваются и ножи 4, укрепленные на головках изоляторов. Зажимы 5 для присоединения проводников к разъединителю укреплены на головках изоляторов шарнирно и соединены с ножами гибкими лентами 6. При вращении изоляторов они не поворачиваются. Контакты разъединителя 7 находятся в месте стыка ножей, Они состоят из ряда пластин, укрепленных на одном ноже, и «лопатки» — на другом ноже. Давление в контактах создается пружинами. Ножи разъединителя приспособлены для работы в зимнее время при гололеде. Они состоят из двух пластин, соединенных шарнирно (на рисунке не показаны).

В процессе отключения нож «ломается» и разрушает лед, образовавшийся на контактах. Разъединители снабжены ножами для заземления 8 — одним или двумя на полюс. В отключенном положении ножи расположены горизонтально у основания разъединителя. При включении они поворачиваются в вертикальной плоскости на угол 90°. При этом контакт на конце заземляющего ножа соединяется с особым контактом 9 на главном ноже.

Полюсы трехполюсного разъединителя связаны между собой рычажной системой 10 и управляются с помощью общего привода 11. Средний полюс является ведущим, крайние полюсы — ведомыми. Заземляющие ножи имеют отдельные приводы, блокированные с приводами главных ножей.

Отключающая способность разъединителей

Под отключающей способностью разъединителя следует понимать его способность отключать ток порядка нескольких ампер или нескольких десятков ампер при определенных условиях.

Процесс отключения цепи разъединителем протекает следующим образом. При размыкании разъединителя на разрывах образуются дуги. Под действием магнитного поля и выделяющеюся тепла они поднимаются и вытягиваются в виде петель (рис.6). Такие дуги принято называть свободными или открытыми.

Рис.6. Свободная дуга на контактах разъединителя

Вследствие слабой деионизации дуговой столб сохраняет свою проводимость в моменты перехода тока через нулевое значение и дуга горит в течение десятков периодов. По мере удлинения дуги ее сопротивление и напряжение на разрыве увеличиваются, а ток уменьшается (рис.7).

Рис.7. Осциллограммы тока и напряжения на контактах разъединителя:
а — размыкание кольцевой линии 33 кВ с током 133 А, длительность дуги 22 периода;
б — отключение ненагруженного трансформатора с током 18 А, длительность дуги 25 периодов

При определенной длине дуги, называемой критической, напряжение сети оказывается недостаточным для ее поддержания, ток спадает до нуля, а напряжение на разрыве восстанавливается до напряжения сети. Вследствие сильного демпфирования восстанавливающееся напряжение не содержит составляющих высокой частоты, характерных для выключателей, снабженных гасительными камерами.

Опытами установлено, что свободная дуга переменного тока в воздухе угасает, если имеется достаточное пространство, чтобы она могла достигнуть критической длины и если расстояние между контактами разъединителя достаточно, чтобы исключить ее повторное зажигание. Максимальный вылет дуги, т.е. наибольшее расстояние от средней точки прямой, соединяющей контакты разъединителя, до точки наибольшего удаления дуги, зависит от напряжения сети и отключаемого тока.

Рис.8. Зависимость максимального вылета дуги
на контактах разъединителя от тока и напряжения

На рис.8 показана эта зависимость применительно к отключению индуктивного и активного токов.

Отключение разъединителем даже относительно небольших токов, в особенности емкостных, связано с опасностью переброса дуги на соседние фазы и на заземленные части, что недопустимо. По мере увеличения напряжения и отключаемого тока эта опасность увеличивается. Правила технической эксплуатации электроустановок (ПТЭ) разрешают операции включения и отключения электрических цепей разъединителями при строго определенных условиях. Так, например, разрешается включение и отключение разъединителями измерительных трансформаторов напряжения. При напряжениях до 10 кВ разрешается включать и отключать разъединителями наружной установки нагрузочный ток до 15 А. При более высоких напряжениях значения допускаемых отключаемых токов ставятся в зависимость от расстояний между полюсами. В табл.1 указаны допускаемые ПТЭ токи отключения для наиболее распространенных разъединителей серии РНД.

Таблица 1

Наибольшие токи намагничивания трансформаторов и зарядные токи линий,
допускаемые к отключению в наружных распределительных устройствах
разъединителями горизонтального типа

Номинальные характеристики разъединителей

Номинальными параметрами разъединителей являются: номинальное напряжение, номинальный ток, номинальный ток динамической стойкости и номинальный ток термической стойкости. Отключающую способность разъединителей заводы-изготовители не указывают, поскольку она зависит от многих условий, в частности от расстояний между полюсами и до заземленных частей, которые выбирают проектирующие организаций.

Отделители имеют те же параметры, что и разъединители; дополнительно указывается номинальное время срабатывания.

Номинальными параметрами короткозамыкателей являются номинальное напряжение и номинальный ток включения — мгновенное значение i_вкл и действующее значение периодической составляющей I_вкл. Эти величины должны быть сопоставлены с соответствующими расчетными значениями i_уд и i_п0. Дополнительно указывается полное время включения.



49. Разъединители. Назначение. Конструктивное исполнение. Принцип действия. Условия выбора.

Разъединители – аппараты, которые предназначены для включения и отключения участков электрических цепей под напряжением при отсутствии нагрузочного тока. Они применяются во всех высоковольтных установках для обеспечения видимого разрыва при отключении какого-либо участка цепи, а также для производства переключений и набора нужной схемы. Все операции с разъединителями, как правило, выполняются при обесточенных цепях.

После отключения разъединителей с обеих сторон объекта, например, выключатель или транформатор и другие аппараты должны заземляться с обеих сторон, либо при помощи переносных заземлителей, либо спец. заземляющих ножей, встраиваемых в конструкцию разъединителя.

Строятся разъединители, как для внутренней, так и для наружной установки на всю шкалу токов и напряжений.

К разъединителям предъявляются следующие требования:

1. Контактная система должна надежно пропускать номинальный ток сколько угодно длительное время. В особо тяжелых условиях работают разъединители наружных установок, подвергающиеся воздействию воды, пыли, льда. Контактная система должна иметь необходимую динамическую и термическую стойкость.

2. Разъединитель и механизм его привода должны надежно удерживаться во включенном положении при протекании тока К3. В отключенном положении подвижный контакт должен быть надежно фиксирован, так как самопроизвольное включение может привести к очень тяжелым авариям и человеческим жертвам.

3. В связи с особой ролью разъединителя как аппарата безопасности промежуток между разомкнутыми контактами должен иметь повышенную электрическую прочность.

4. Привод разъединителя целесообразно блокировать с выключателем. Операции с разъединителем должны быть возможны, только когда выключатель отключен.

Разъединители могут выполняться как трехполюсными на общей раме, обычно до 35 кВ, так и однополюсными при более высоких напряжениях. Последнее обусловлено тем, что при напряжениях свыше 35 кВ требуемые расстояния между фазами достаточно велики и общая рама становится чрезвычайно громоздкой и тяжелой.

Полюс разъединителя независимо от разнообразия конструкций состоит из неподвижного и подвижного (ножа) контактов, укрепленных на соответствующих изоляторах опорной плиты или рамы и привода.

Основным элементом разъединителя являются его контакты. (Как мы уже говорили, они должны надежно работать при номинальном режиме, а также при перегрузках и сквозных токах короткого замыкания.). Нагрев, динамическая и термическая стойкость, а также электрическая и механическая прочность изоляции являются основными вопросами расчета и конструирования разъединителей. В разъединителях применяют высокие контактные нажатия. При больших токах контакты выполняют из нескольких (до восьми) параллельных пластин. Применяют пластины прямоугольного, швеллерного и круглого сечений.

Разъединители снабжаются ручным, электродвигательным либо пневматическим приводом. Разъединители на малые токи при напряжениях до 35 кВ могут управляться вручную изоляционной штангой.

Наибольшее распространение при токах до 3000 А включительно получил ручной рычажный привод. При номинальном токе свыше 3000 А – ручной червячный привод. Электродвигательные и пневматические приводы используются для управления тяжелыми разъединителями, когда ручное управление затруднено или невозможно, а также при дистанционном и автоматизированном управлении.

Разъединитель предназначен для включения и отключения обесточенных участков электрических цепей переменного или постоянного тока с созданием видимого разрыва, а также заземления отключенных участков при помощи стационарных заземлителей.

Разрешается отключение и включение разъединителями:

-нейтралей силовых трансформаторов 110 — 220 кВ;

-заземляющих дугогасящих реакторов 6 — 35 кВ при отсутствии в сети замыкания на землю;

-намагничивающего тока силовых трансформаторов 6 — 500 кВ;

-зарядного тока и тока замыкания на землю воздушных и кабельных линий электропередачи;

-зарядного тока систем шин, а также зарядного тока присоединений с соблюдением требований нормативных документов.

В кольцевых сетях 6 — 10 кВ разрешается отключение разъединителями уравнительных токов до 70 А и замыкание сети в кольцо при разности напряжений на разомкнутых контактах разъединителей более, чем на 5%.

Допускается отключение и включение трехполюсными разъединителями наружной установки при напряжении 10 кВ и ниже нагрузочного тока до 15 А.

Допускается дистанционное отключение разъединителями неисправного выключателя 220 кВ и выше, зашунтированного одним выключателем или цепочкой из нескольких выключателей других присоединений системы шин (схема четырехугольника, полуторная и т.п.), если отключение выключателя может привести к его разрушению и обесточению подстанции.

Для внутренних установок, не подверженных воздействию атмосферы и с напряжением, как правило, не выше 20 кВ, наиболее широко распространены рубящие разъединители с движением подвижного контакта (ножа) в вертикальной плоскости. Для получения электродинамической стойкости контактов необходимо соответствующее контактное нажатие. С ростом тока контактное нажатие и усилие, необходимое для включения, возрастают. При ручных приводах контактные нажатия стремятся брать возможно малыми. С этой целью применяют сдвоенные ножи и электромагнитные замки.

Для повышения электродинамической стойкости контактов разъединителей широко используются электродинамические силы, возникающие в токоведущих элементах. На рис. 2 показан трехполюсный разъединитель типа РВ на напряжение 10 кВ и ток 400 А, а на рис. 3 — в увеличенном масштабе его контактная система. Рис. 2. Разъединитель типа РВ Рис. 3. Контактная система разъединителя типа РВ

Подвижный контакт 1 выполнен в виде двух параллельных шин. При КЗ электродинамическая сила прижимает шины 1 к стойкам неподвижного контакта 2. При номинальном токе контактное нажатие создается пружинами 3, которые воздействуют на подвижный контакт через стальные пластины 4. Магнитный поток, создаваемый проходящим по шинам током, замыкается вокруг них и через стальные пластины 4. В системе возникают электродинамические   силы   такого направления, чтобы   возросла энергия магнитного поля. Пластины приближаются к шинам 1 и попадают в зону более сильного магнитного поля. Электромагнитная энергия при этом возрастает. Таким образом создается сила Р, притягивающая стальные пластины к шинам и увеличивающая контактное нажатие. Для управления разъединителями типа РВ применяются рычажные системы с ручным или моторным приводом. В схеме ручного рычажного привода (рис. 4) вал разъединителя имеет угол поворота 90°. Рычаг привода имеет угол поворота 150°. Чтобы избежать отключения под действием электродинамических сил, во включенном положении механизм находится в положении, близком к мертвому (шатун 1 и короткий рычаг 2 шарнира О располагаются почти на прямой). Кроме того, включающий рычаг 3 фиксируется в отключенном и включенном положениях с помощью специальных стопоров. При токах более 3 кА рычаг 3 заменяется червячной передачей, что позволяет увеличить действующую на шины силу.

Рис. 4. Рычажный привод разъединителя Рис. 5. Пневматический привод разъединителя

Для дистанционного управления применяются электрические и пневматические приводы. В электрических приводах ось двигателя связывается с выходным рычагом привода через систему червячной передачи. В пневматическом приводе отсутствуют громоздкие рычажные передачи и обеспечивается плавный ход контактов (рис. 5). Поршневой механизм (цилиндры, поршни) 1, блок пневматических клапанов управления 2 и 3 и электромагниты управления 4 и 5 устанавливаются непосредственно на раме разъединителя. К разъединителю подводятся трубопровод со сжатым воздухом 6 и цепи управления электромагнитами.

Рис. 6. Разъединитель типа РНДЗ-1

Поршневой механизм проектируется так, что он находится в «мертвом» положении при включенном и отключенном разъединителе. При подаче напряжения на обмотку электромагнита 4 срабатывает клапан включения 2. Верхний цилиндр включения поршневого механизма 1 разобщается с атмосферой, и в него подается сжатый воздух под давлением 0,5—1 МПа. В это время нижний цилиндр 7 отключения через клапан отключения 3 связан с атмосферным воздухом и не препятствует движению нижнего поршня вниз. Под действием сжатого воздуха верхний поршень поворачивает рычаг и связанный с ним вал разъединителя 8, что приводит к замыканию контактов. Аналогично протекает процесс отключения. Для наружной установки широко используются разъединители поворотного типа РИД. На рис. 6 представлен разъединитель типа РНДЗ-1 на напряжение 220 кВ и номинальный ток 2 кА. На раме 1 смонтированы неподвижные изоляторы 2 и подвижные изоляторы 3, которые могут вращаться вокруг своей вертикальной оси. С подвижным изолятором связаны контакты разъединителя в виде ножей 5, вращающихся в горизонтальной плоскости. Места сочленения подвижных деталей защищены кожухом 4. Для размыкания ножей 5 поворачивается правый изолятор 3, который с помощью тяги 8 поворачивает левый изолятор 3. При необходимости правый нож в положении «отключено» может быть заземлен с помощью дополнительного ножа 7, который вращается в вертикальной плоскости и замыкается с контактом 6. Благодаря механической блокировке заземление возможно только при отключенном положении ножей 5. Разъединители такого типа применяются при напряжении до 750 кВ. Следует отметить, что площадь открытого распредустройства (ОРУ) в значительной степени определяется площадью, занимаемой разъединителями. При напряжении  >330 кВ значительную экономию площади дают подвесные разъединители (рис. 7). Неподвижный контакт 1 в виде кольца укреплен на изоляторе 2. Рис. 7. Подвесной разъединитель

В качестве опоры контакта 1 могут использоваться трансформаторы тока или напряжения. Конический подвижный контакт 3 подвешен к гирлянде 4 подвесных изоляторов на стальных тросах 5. Тросы 5 пропущены через блоки 6 на портале 7 и связаны с барабаном электролебедки. Подвижный контакт 3 соединен с токоведущей трубой 9, неподвижный контакт соединен с гибкой шиной 8 либо с контактом аппарата. При включении контакт 3 опускается вниз под действием специального груза, который создает необходимое контактное нажатие. При отключении контакт 3 и связанный с ним груз поднимаются с помощью электролебедки. Такие разъединители разработаны в СССР на напряжение до 1150 кВ и длительные токи до 3,2 кА.

3.3. Разъединители, отделители и короткозамыкатели

Разъединители служат для создания видимого разрыва, отделяюще­го выводимое в ремонт оборудование от токоведущих частей, находящихся под напряжением, для безопасного производства работ. Разъеди­нители не имеют дугогасящих устройств и поэтому предназначаются для включения и отключения обесточенных электрических цепей, нахо­дящихся только под напряжением или даже без напряжения. Лишь в не­которых случаях допускается включение и отключение разъединителями небольших токов, значительно меньше номинальных, о чем сказано ни­же. Разъединители используются также при различного рода переключениях в схемах электрических соединений подстанций, например при переводе присоединений с одной системы шин на другую.

Для включения и отключения разъединителей применяются ручные, электродвигательные и пневматические приводы. Ручные приводы мо­гут быть рычажными серии ПР и с червячной передачей серии ПЧ. Однополюсные разъединители внутренней установки до 35 кВ управ­ляются еще и оперативными изолирующими штангами. Электродвига­тельные приводы применяются для разъединителей внутренней и на­ружной установки. Органом управления являются кнопочные пульты управления с установкой кнопок «Включено», «Отключено» и «Стоп».

Пневматические приводы устанавливаются непосредственно на ра­мах разъединителей, вследствие чего отпадает надобность в соедини­тельных тягах. Они отличаются плавной работой. Применение их осо­бенно целесообразно на подстанциях, где имеются установки для производства сжатого воздуха. Управление пневматическим механиз­мом привода дистанционное с помощью электромагнитов включения и отключения.

Для заземления нейтралей силовых трансформаторов применяются специальные однополюсные заземлители наружной установки типа ЗОИ-110. Заземлители управляются приводами типа ПРНУ-10. Тяги приводов изолируются от заземлителей фарфоровыми изоляторами.

Требования, предъявляемые к разъединителям с точки зрения опера­тивного обслуживания:

1. Разъединители должны создавать ясно видимый разрыв цепи, со­ответствующий классу напряжения установки.

2. Приводы разъединителей должны иметь устройства фиксации в одном из двух оперативных положений: включенном и отключенном. Кроме того, они должны иметь надежные упоры, ограничивающие по­ворот главных ножей на угол больше заданного.

3. Опорные изоляторы и изолирующие тяги должны выдерживать механические нагрузки при операциях.

4. Главные ножи разъединителей должны иметь блокировку с заземляющими ножами и не допускать возможности одновременного включения тех и других.

5. Разъединители должны беспрепятственно включаться и отклю­чаться при любых наихудших условиях окружающей среды (например, обледенении).

6. Разъединители должны иметь надлежащую изоляцию, обеспечи­вающую не только их надежную работу, но и безопасное обслуживание.

Отделители по конструкции токоведущих частей не отличаются от разъединителей. Их контактная система не приспособлена для операций

под рабочим током нагрузки. Основное назначение — быстрое отсоеди­нение поврежденного участка электрической сети в бестоковую паузу. Допускаются также операции отключения и включения намагничиваю­щих и зарядных токов. Управление отделителями серии ОД произво­дится с помощью приводов типа ШПО. Привод позволяет включать отделители вручную. При этом одновременно заводятся отключающие пружины. Запасаемая в них энергия используется затем для дистанцион­ного или автоматического отключения отделителя. Благодаря энергии пружин весь процесс отключения длится не более 0,5 с. При отключении привод воздействует только на механизм свободного расцепления.

При автоматизации подстанций отделители используются не толь­ко для отключения электрических цепей, но также и для переключения подстанций на резервный источник питания. Переключение производит­ся в бестоковую паузу, когда прохождение тока к. з. прервано отключе­нием соответствующих выключателей. Для автоматического включения отделители заводского изготовления переделывают следующим обра­зом. Обе колонки изоляторов вместе с ножами снимают, поворачивают у основания на 90° против нормального их вращения и в таком положе­нии крепят к раме. Привод и встроенные пружины остаются в прежнем исполнении. В таком виде при разведении ножей встроенные пружины отделителя будут заводиться и действовать на включение при освобо­ждении защелки привода.

Отделители применяются в основном на подстанциях без выключа­телей со стороны ВН.

На таких подстанциях кроме отделителей устанавливаются короткозамыкатели. Назначение короткозамыкателей состоит в том, чтобы при внутренних повреждениях силовых трансформаторов быстро созда­вать мощные искусственные к.з. на питающих линиях, отключаемых за­тем выключателями. После снятия напряжения с питающей линии по­врежденный трансформатор отсоединяется отключением отделителя, а линия включается в работу действием АПВ.

Надежная работа установок обеспечивается четкой последо­вательностью действий устройств релейной защиты, автомати­ки, коммутационных аппаратов, а также устройств блокировки между отделителями и короткозамыкателями по цепям управления.

В сетях 110—220 кВ короткозамыкатели выполняются однопо­люсными. Конструктивно короткозамыкатель типа КЗ-110 состоит из стержневого изолятора (в сетях 220 кВ — из двух стержневых изолято­ров, поставленных один на другой) с расположенным на нем непо­движным контактом. Подвижный нож изоляционной тягой соединяется с пружинным приводом типа ШПК или ПГ-10-К, встроенным в шкаф. В отключенном положении короткозамыкателя пружины привода заве­дены и он готов к действию. Для включения короткозамыкателя защи­та поврежденного трансформатора подает оперативный ток на включающий электромагнит, боек которого через систему рычагов воздей­ствует на защелку и нож включается. Время от момента подачи команды на электромагнит включения до полного замыкания контак­тов короткозамыкателя не превышает 0,35 с.

Отделители и короткозамыкатели открытой конструкции могут от­казывать в работе при особенно неблагоприятных атмосферных усло­виях. В связи с этим находят все более широкое применение элегазовые аппараты, контактные системы которых находятся в закрытых камерах, заполненных элегазом под давлением 25—30 Н/см². Неболь­шие межконтактные промежутки в элегазе (менее 100 мм у отделителей типа ОЭ-110) снижают время их срабатывания в 4 — 5 раз по сравнению с временем срабатывания отделителей типа ОД-110.

Элегазовые отделители и короткозамыкатели приводятся в дей­ствие пружинными приводами типов ППО и ППК соответственно.

4.Назначение,конструкция и принцип действия разъединителей, отделителей, короткозамыкателей.

Разъединители: общая характеристика. (Р)

Р – предназначены для создания видимого разрыва. Можно откл. и вкл. нагруженные тр-ры небольшой мощности, вкл. и откл. зарядный ток линии ограниченной длины. Можно производить оперативные переключения без разрыва эл. цепи.

Р₁ – вкл., Р₂ – откл. Присоединение на II системе шин.

Присоединение можно перевести на I систему шин включив Р₂. Оперативное переключения разъединителем возможны при авариях.

Приводы Р-ей бывают ручные и электродвигательные.

Р-ли снабжаются заземлительными ножами (одни или двумя). Один нож предусмотрен на шинный Р. Заземл-й нож обращен в сторону выкл-я. Двумя ножами снабжаются линейные Р-ли.

Различают Р-ли одно- и трехполюсные наружной и внутренней установок.

Разъединители внутренней установки.

Р – предназначены для создания видимого разрыва. Можно откл. и вкл. нагруженные тр-ры небольшой мощности, вкл. и откл. зарядный ток линии ограниченной длины. Можно производить оперативные переключения без разрыва эл. цепи.

Различают Р-ли одно- и трехполюсные наружной и внутренней установок.

Для внутренней установки в основном используются Р-ли рубящего типа.

Такие Р-ли имеют механические и эл.магнитные замки. Для этого используются специальные подпружиненные пластины. В пластине наводятся токи.

Если рабочий ток превышает 1000А, то выполняются ножи коробчатого сечения с эл.магнитным замком. Привод для таких Р-ей выполняется ручной.

Если рабочий ток превышает 4000А требуется дополнительное усилие на отключение.

Используется в приводе червячная передача.

Разъединители наружной установки.

Р – предназначены для создания видимого разрыва. Можно откл. и вкл. нагруженные тр-ры небольшой мощности, вкл. и откл. зарядный ток линии ограниченной длины. Можно производить оперативные переключения без разрыва эл. цепи.

Различают Р-ли одно- и трехполюсные наружной и внутренней установок.

Для наружной установки используются горизонтально-поворотные Р на U=(35-500)кВ.

3- главные ножи; 4- контактная система; 5- заземляющие ножи; 6- привод.

Замок выполняется эл.магнитным.

В настоящее время эксплуатируются Р-ли наружной установки след-х типов:

Достоинства: занимают небольшое пространство.

Недостатки: усложненная конструкция; требуется двигательный привод; пониженная способность ломать гололед.

На сверхвысокие напряжения применяют Р-ли катящего типа с 2-мя разрывами на фазу.

Недостаток Р-ля такого типа- усложненная конструкция, следовательно снижается надежность.

Р рубящего типа:

Достоинство: не увеличивается территория.

На сверхвысокие напряжения распространения получили Р-ли подвесные.

1-неподвижный контакт; 2- подвижный контакт.

Достоинства: минимальные габариты.

Недостатки: плохо ломает гололед.

Отделители и короткозамыкатели.

Отделитель (Отд) и короткозамыкатель (КЗ) обычно исполь-зуются в блоке. Отделители могут быть одностороннего и двухстороннего действия.

— отделитель — отделитель

одностороннего двухстороннего

действия действия

Отделитель – для создания видимого разрыва, срабатывает автоматически в безтоковую паузу. Привод пружинный. Пружина заводится вручную.

КЗ-тельпредназначен для создания искусствен-ного короткого замыкания. Выполняется 1 и 2^х полюсные.

Отд и КЗ выполняются на базе разъединителя.

В сетях с незаземленнойнейтральюU=(10-35) кВ и выше короткозамыкатель устраивается 2^х полюсный. В сетях U≥110 кВ – однополюсный короткозамыкатель.

Рассмотрим работу блока отделитель – короткозамыкатель.

Блок устанавливается на подстанциях без выключателя.

Выкл-ль установлен на головной подстанции. Допустим, произошло витковое замыкание в тр-ре. Срабо- тает газовая защита тр-ра. При этом подается импульс на включение короткоз-ля. Создается искусств-оекор. зам-е. От устройств РЗ на питающей подстанции произ-сяотклвыкл-я питающей подст. В безтоковую паузу сработает отделитель, затем откл-сявыкл-ли со стороны низшегоU.

«+» простота конструкции, экономичность. «-» большое время срабатывания (t_ср=0,4-0,5 сек).

Элегазовые разъединители и заземлители.

Устанавливаются в ячейках ЭГ. В настоящее время эксплуа-тируются элегазовые ячейки КРУЭ на U=(110, 220, 330, 500)кВ.Элегазовые разъединители выполняются на U=(110-500)кВ. Имеют металлический корпус, в котором располагается контактная система. Разъединители на U=(110, 220)кВ и на U=(330, 500)кВ различаются контактной системой. Разъединитель имеет электродвигательный привод.

Назначение разъед-ля – разделение при ремонтах и авариях ячеек КРУЭ и частей электроустановок. Разъ-ли 110, 220 выполнены одинаково. Схема:

1-корпус; 2-розеточный контакт для присоединения разъ-ля к КРУ; 3-подвижный контакт; 4-неподвижный контакт.

Разъ-ли 110, 220 кВ имеют розеточный контакты с 2^х сторон.

Разъ-ли на U=330, 500 кВ имеют схему:

1-корпус металлический; 2-изоляторы; 3-неподвиж.контакт; 4-подвиж.контакт; 5-вал, соединяется с электродвигателем.

Подвижный контакт 4передв-ся с помощью подвижной рейки. Корпус заполнен элегазом.

В изоляторах выполнены розеточные контакты для соединения с частями эл.установки. Собственное время включения элегазовыхразъ-й 5 сек. Собств. время отключения 2-3 сек.

Заземлители предназначены для заземления частей КРУЭ во время работ. Выполняются на U=(110-500)кВ.

В КРУЭ конструкция заземлителя отличается. Зазем-ли имеют металлич. Корпус, заполненный элегазом. Сх. имеет вид:

1-корпус; 2-подвижный заземляющий стержень; 3-подвиж. механизм для соединения с токосъёмами.

Заз-ль имеет электромагнитный замок, эл-маг привод. Обеспечены индикаторами для контроля напряжения. Такой заземлитель имеет розеточные контакты.

Назначение электрического оборудования распределительных устройств



Рис.1. Однолинейная схема электростанции средней мощности с РУ 10 и 110 кВ:
G — генератор; Т — трансформатор; Q — выключатель;
QB — выключатель секционный; QS — разъединитель;
LR — токоограничивающий реактор; F — разрядник;
W — линия электропередачи

Назначение электрического оборудования первичных цепей

Назначение аппаратов и других элементов РУ удобно рассмотреть применительно к схеме конкретной установки (рис.1). Как видно из схемы, в каждом присоединении предусмотрены выключатели и соответствующие разъединители.

Выключатели

Выключатели Q являются важнейшими коммутационными аппаратами. Они предназначены для включения, отключения и повторного включения электрических присоединений. Эти операции выключатели должны совершать в нормальном режиме, а также при коротких замыканиях (КЗ), когда ток превосходит нормальное значение в десятки и сотни раз. Выключатели снабжены приводами для неавтоматического и автоматического управления. Под неавтоматической операцией включения или отключения понимают операцию, совершаемую человеком, который замыкает цепь управления привода выключателя особым ключом обычно на расстоянии, т.е. дистанционно. Автоматическое включение и отключение происходит без вмешательства человека с помощью автоматических устройств, замыкающих те же цепи управления.

Выключатели предусмотрены также в сборных шинах. Эти выключатели называют секционными QB. В РУ станций секционные выключатели при нормальной работе обычно замкнуты. Они должны автоматически размыкаться только в случае повреждения в зоне сборных шин. Вместе с ними должны размыкаться и другие выключатели поврежденной секции. Таким образом поврежденная часть РУ будет отключена, а остальная часть останется в работе.

При наличии достаточного резерва в источниках энергии и линиях электроснабжение не будет нарушено.

Разъединители

Разъединители QS имеют основное назначение — изолировать (отделять) на время ремонта в целях безопасности электрические машины, трансформаторы, линии, аппараты и другие элементы системы от смежных частей, находящихся под напряжением. Разъединители способны размыкать электрическую цепь только при отсутствии в ней тока или при весьма малом токе, например токе намагничивания небольшого трансформатора или емкостном токе непротяженной линии.

В отличие от выключателей разъединители в отключенном положении образуют видимый разрыв цепи. Как правило, их снабжают приводами для ручного управления. Операции с разъединителями и выключателями должны производиться в строго определенном порядке. При отключении цепи необходимо сначала отключить выключатель и после этого отключить разъединители, предварительно убедившись в том, что выключатель отключен. При включении цепи операции с выключателем и разъединителями должны быть выполнены в обратном порядке. Таким образом, замыкание и размыкание цепи с током совершает выключатель. Разъединители образуют дополнительные изолирующие промежутки в цепи, предварительно отключенной выключателем.

Разъединители размещают так, чтобы любой аппарат или любая часть РУ могли быть изолированы для безопасного доступа и ремонта. Так, например, в каждой линейной цепи должны быть предусмотрены два разъединителя — шинный или линейный, с помощью которых выключатели могут быть изолированы от сборных шин и от сети. В цепи генератора достаточно иметь только шинный разъединитель, обеспечивающий безопасный ремонт генератора и выключателя; при этом генератор должен быть отключен и остановлен. Для ремонта двухобмоточных трансформаторов и соответствующих выключателей достаточно иметь шинные разъединители со стороны высшего и низшего напряжений.

Заземляющие устройства

Для безопасной работы в РУ и в сети недостаточно изолировать рабочее место от смежных частей, находящихся под напряжением. Необходимо также заземлить участок системы, подлежащий ремонту. Для этого у разъединителей предусматривают заземляющие ножи, с помощью которых участок, изолированный для ремонта, может быть заземлен с обеих сторон, т.е. соединен с заземляющим устройством установки, потенциал которого близок к нулю. Заземляющие ножи снабжают отдельными приводами. Нормально заземляющие ножи отключены. Их включают при подготовке рабочего места для ремонта после отключения выключателей и разъединителей и проверки отсутствия напряжения.

Использование разъединителей не ограничивается изоляцией отключенных частей системы в целях безопасности при ремонтах. В РУ с двумя системами сборных шин разъединители используют также для переключений присоединений с одной системы сборных шин на другую без разрыва тока в цепях.

Токоограничивающие реакторы

Токоограничивающие реакторы LR представляют собой индуктивные сопротивления, предназначенные для ограничения тока КЗ в защищаемой зоне. В зависимости от места включения различают реакторы линейные и секционные.

Измерительные трансформаторы тока

Измерительные трансформаторы тока ТА предназначены для преобразования тока до значений, удобных для измерений. В присоединениях генераторов, силовых трансформаторов, линий со сложными видами защиты необходимы два-три комплекта трансформаторов тока.

Измерительные трансформаторы напряжения

Измерительные трансформаторы напряжения TV предназначены для преобразования напряжения до значений, удобных для измерений. Трансформаторы напряжения присоединяют к сборным шинам станций; их предусматривают также в присоединениях генераторов, трансформаторов и линий.

На принципиальных схемах измерительные трансформаторы обычно не показывают.

Вентильные разрядники

Вентильные разрядники F, а также ограничители перенапряжений предназначены для защиты изоляции электрического оборудования от атмосферных перенапряжений. Они должны быть установлены у трансформаторов, а также у вводов воздушных линий в РУ.

Токопроводы

Токопроводы представляют собой относительно короткие электрические линии (как правило, от нескольких метров до нескольких сотен метров) с жесткими или гибкими проводниками, укрепленными на опорных или подвесных изоляторах, предназначенные для соединения электрических машин, трансформаторов и электрических аппаратов в пределах станции, подстанции, распределительного устройства.

Требования, предъявляемые к электрическому оборудованию и токопроводам

Требования, предъявляемые к электрическому оборудованию и токопроводам, заключаются в следующем.

• Изоляция оборудования должна обладать достаточной электрической прочностью, чтобы противостоять наибольшему рабочему напряжению, а также коммутационным и атмосферным перенапряжениям.
• Оборудование и проводники должны:
  • проводить в течение неограниченного времени наибольшие рабочие токи соответствующих присоединений; при этом температура в наиболее нагретых точках не должна превышать нормированные значения для продолжительного режима;
  • выдерживать тепловое и механическое действия токов КЗ, т.е. обладать достаточной термической и электродинамической стойкостью;
  • быть экономичными и надежными в эксплуатации, т.е. вероятность повреждений должна быть мала, а требования к уходу и ремонту минимальными;
  • быть безопасными для лиц, обслуживающих установку.

Кроме перечисленных общих требований, к электрическому оборудованию предъявляют ряд частных требований в соответствии с назначением и условиями работы оборудования.

Номинальные параметры электрического оборудования — это параметры, определяющие свойства электрического оборудования, например номинальное напряжение, номинальный ток и многие другие. Номинальные параметры назначают заводы-изготовители. Они указываются в каталогах, справочниках, на щитках оборудования. При проектировании установки и выборе оборудования номинальные параметры сопоставляют с соответствующими расчетными значениями напряжений и токов, чтобы убедиться в пригодности оборудования для работы в нормальных и анормальных условиях. Ограничимся здесь лишь определением понятия номинального напряжения электрической сети и электрического оборудования.

Номинальное напряжение — это базисное напряжение из стандартизованного ряда напряжений, определяющее уровень изоляции сети и электрического оборудования. Действительные напряжения в различных точках системы могут несколько отличаться от номинального, однако они не должны превышать наибольшие рабочие напряжения, установленные для продолжительной работы:

Номинальное междуфазное напряжение, действующее значение, кВ… 3..6..10..20..35..110

Наибольшее рабочее напряжение, действующее значение, кВ… 3,5..6,9..11,5..23..40,5

Номинальное междуфазное напряжение. действующее значение, кВ… 150..220..330..500..750..1150

Наибольшее рабочее напряжение, действующее значение, кВ… 172..252..363..525..787..1210

Для сетей с номинальным напряжением 220 кВ включительно наибольшее рабочее напряжение принято равным 1,15 номинального; для сетей с номинальным напряжением 330 кВ — 1,1 номинального и для сетей 500 кВ и выше — 1,05 номинального. Электрическое оборудование должно быть рассчитано на продолжительную работу при указанных напряжениях.

Изоляция электрического оборудования должна также противостоять перенапряжениям, т.е. кратковременному действию напряжений, превышающих наибольшее рабочее напряжение. Различают перенапряжения коммутационные и атмосферные.

Аппараты вторичных цепей. Релейная защита и элементы системной автоматики

Автоматические устройства, в частности релейная защита, необходимы там, где требуется быстрая реакция на изменение режима работы и немедленная команда на отключение или включение соответствующих цепей. Так, например, при КЗ, когда ток в ряде цепей резко увеличивается, необходимо немедленно отключить поврежденный участок системы, чтобы но возможности уменьшить размеры разрушения и не помешать работе смежных неповрежденных цепей. Такая команда может быть подана только автоматическим устройством, реагирующим на изменение тока, направление мощности и другие факторы и замыкающим цепи управления соответствующих выключателей.

Автоматическое отключение элементов системы, должно быть избирательным (селективным). Это означает, что в случае повреждения в любой цени отключению подлежит только поврежденная цепь ближайшими к месту повреждения выключателями. Работа остальной части системы не должна быть нарушена. Так, например, при замыкании в точке К1 (рис.2) ток проходит по цепям генераторов, повышающих трансформаторов, поврежденной и неповрежденной линий. Однако отключению подлежит только поврежденная линия с обеих сторон. Связь станции с системой сохранится по другой линии.

В случае повреждения генератора или трансформатора отключению подлежит только поврежденный элемент. На рис.2 участки системы, подлежащие отключению в случае их повреждения, разграничены пунктирными линиями. Каждый участок отключается одним или двумя выключателями. В случае повреждения выключателя отключению подлежат два смежных участка.

Рис.2. Электрическая схема станции и участка сети
Пунктирные линии разграничивают участки станции и сети,
подлежащие отключению в случае их повреждения

Избирательность релейной защиты обеспечивают различными способами, например соответствующим выбором времени или тока срабатывания защит смежных участков сети, применением реле, реагирующих на направление мощности, и др.

Время отключения цепи при КЗ слагается из времени срабатывания релейной защиты и времени отключения выключателя, исчисляемого от момента подачи команды на отключение до момента погасания дуги в разрывах выключателя.

Время отключения основных линий системы стремятся по возможности уменьшить, чтобы не нарушить устойчивости параллельной работы электростанций. Время отключения новейших выключателей составляет два периода и время релейной защиты еще 0,5 периода. Полное время отключения составляет таким образом 2,5 периода. Для распределительных сетей 2,5-периодное отключение не требуется. Здесь применяют более простые защиты и менее быстродействующие выключатели, стоимость которых значительно ниже. Полное время отключения составляет несколько десятых долей секунды и более.

Автоматическое повторное включение

Автоматические устройства для повторного включения (АПВ) воздушных линий после отключения их защитой имеют назначение быстро восстановить работу линии после отключения. Эффективность повторного включения воздушных линий основана на том, что большая часть замыканий связана с грозовыми разрядами и приводит к перекрытию изоляторов по поверхности. После автоматического отключения линии электрическая прочность воздушного промежутка быстро восстанавливается и при повторном включении линия остается в работе.

Первоначально команда на повторное включение подавалась вручную дежурным на щите управления. Позднее операцию включения стали автоматизировать. В настоящее время автоматическое повторное включение, однократное и двукратное, получило широкое применение. Оно способствует повышению надежности электроснабжения, в особенности при питании потребителей по одиночным линиям.

Полное время автоматического повторного включения исчисляется от подачи команды релейной защиты на отключение выключателя до повторного замыкания его контактов. Оно должно быть возможно малым, чтобы не нарушать работу потребителей, но в то же время достаточным для деионизации дугового промежутка в месте перекрытия. Время повторного включения зависит от напряжения сети и быстродействия выключателя. В устройствах двукратного повторного включения для первого включения выбирают минимальное время из условия деионизации дугового промежутка. Если первое включение оказывается неуспешным и линия отключается вновь, происходит второе включение с интервалом в несколько секунд.

Автоматический ввод резерва

Автоматические устройства для включении резервной цепи (АВР) должны автоматически включать резервный трансформатор или резервный агрегат взамен отключенного защитой, а также автоматически подключать секцию сборных шин (с соответствующей нагрузкой), потерявшую питание, к соседней секции, обеспеченной питанием, с целью быстрого восстановления электроснабжения. Перерыв в подаче энергии должен быть относительно невелик, не более 0,5 с, чтобы электродвигатели, потерявшие питание, не успели остановиться, а после восстановления питания могли быстро войти в нормальный режим работы.