Дифференциальные выключатели (УЗО)

Дифференциальный выключатель предназначен для повышения безопасности эксплуатации человеком электрооборудования (бытово­го и промышленного) в электрической сети переменного тока часто­той 50 Гц в системе электроснабжения с заземленной нейтралью. Дифференциальный выключатель или устройство защитного отклю­чения (УЗО) используют в качестве «аварийной» защиты от пораже­ния электрическим током, в случае прямого прикосновения человека к токоведущим частям или оказавшимся под напряжением в результате повреждения изоляции. При токе, равном или превышаю­щем уставку, время срабатывания выключателя не превышает 0,1 с.

При использовании дифференциального выключателя (УЗО) не­обходимо последовательно с ним включать автоматический выключа­тель аналогичного или большего номинала или плавкие предохранители, так как конструкция выключателя (УЗО) не предусматривает защиты от короткого замыкания (сверхтоков).

Производятся выключатели двух- и четырехполюсного испол­нения и имеют варианты исполнения на восемь номинальных токов -16, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100 А.

Устройства защитного отключения работают на основе функции дифференциального тока (разницы между прямым и обратным током, возникающим при утечке на землю). Дифференциальный трансфор­матор тока 3 (рис. 5.6) служит сигнализатором (датчиком) наличия тока утечки. Геометрическая сумма токов, протекающих по первич­ной обмотке трансформатора в нормальном режиме работы, равна нулю:

I₁ + I₂ + I₃ + I_N = 0.

При утечке тока равновесие их в первич­ной обмотке нарушается:

I₁ + I₂ + I₃ + I_N = 1_Ап

возникает отключающий диффе­ренциальный ток. Тогда в магнитопроводе трансформатора создается магнитный поток, индуцирующий ток во вторичной обмотке, который приводит в действие механизм отключения УЗО.

Рис. 3.Схема включения УЗО в сеть:

1 - исполнительный механизм; 2 - блок управления (усилитель);

3 - датчик дифференциального тока (дифференциальный

трансформатор); 4 - кнопка тест-контроль;

5 - трехфазный электроприемник.

Для осуществления периодического контроля исправности (ра­ботоспособности) УЗО предусмотрена цепь тестирования 4. При на­жатии кнопки «ТЕСТ» искусственно создается отключающий диффе­ренциальный ток. Срабатывание УЗО означает, что оно в целом исправно.

Предохранители.

Предохранитель - это коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под дей­ствием тока, превышающего определенное значение.

В плавких предохранителях отключение цепи происходит за счет расплавления плавкой вставки, которая нагревается протекаю­щим через нее током защищаемой цепи. После отключения цепи не­обходимо заменить плавкую вставку исправной.

Предохранитель включается последовательно в защищаемую цепь, а для создания видимого разрыва электрической цепи и безо­пасного обслуживания совместно с предохранителями применяются неавтоматические выключатели или рубильники.

Предохранители изготавливаются на напряжение переменного тока 42, 220, 380, 660 В и постоянного тока 24, 110, 220, 440 В.

Основными элементами предохранителя являются корпус, плав­кая вставка (плавкий элемент), контактная часть, дугогасительное устройство и дугогасительная среда.

Предохранители характеризуются номинальным током плавкой вставки, т. е. током, на который рассчитана плавкая вставка для дли­тельной работы. В один и тот же корпус предохранителя могут быть вставлены сменные плавкие элементы на различные номинальные то­ки, поэтому сам предохранитель характеризуется номинальным током

предохранителя (основания), который равен наибольшему из номи­нальных токов плавких вставок, предназначенных для данной конст­рукции предохранителя. Например, предохранители серии ПН2 и ПР2 имеют сменные плавкие вставки. Так предохранитель серии ПН2-100 имеет корпус, рассчитанный на ток до 100 А и сменные плавкие вставки на токи 30, 40, 50, 60, 80, 100 А.

Предохранители до 1 кВ изготавливаются на номинальные токи до 1000 А.

В нормальном режиме тепло, выделяемое током нагрузки в плавкой вставке, передается в окружающую среду, и температура всех частей предохранителя не превышает допустимую. При пере­грузке или КЗ температура вставки увеличивается и она расплавляет­ся. Чем больше протекающий ток, тем меньше время плавления. За­висимость времени плавления плавкой вставки от величины тока (кратности тока срабатывания по отношению к номинальному току плавкой вставки) называется защитной (время - токовой) характери­стикой предохранителя (рис. 4.). При одном и том же токе время плавления плавкой вставки зависит от многих причин (материала вставки, состояния ее поверхности, условий охлаждения и т. д.). Что­бы уменьшить время срабатывания предохранителя, применяются плавкие вставки из разного материала, специальной формы, а также используется металлургический эффект.

Наиболее распространенными материалами плавких вставок яв­ляются медь, цинк, алюминий, свинец и серебро.

Медные вставки подвержены окислению, их сечение со време­нем уменьшается и защитная характеристика предохранителя изменя­ется. Для уменьшения окисления обычно применяют луженые мед­ные вставки. Температура плавления меди 1080 °С, поэтому при токах, близких к минимальному току плавления, температура всех элементов предохранителя значительно возрастает.

Цинк и свинец имеют низкую температуру плавления (419 °С и 327 °С), что обеспечивает небольшой нагрев предохранителей в продолжительном режиме.

Цинк стоек к коррозии, поэтому сечение плавкой вставки не ме­няется во время эксплуатации, защитная характеристика остается по­стоянной. Цинк и свинец имеют большие удельные сопротивления, поэтому плавкие вставки оказываются большого сечения. Такие плав­кие вставки обычно применяются в предохранителях без наполните­лей. Предохранители со вставками из цинка и свинца имеют большие выдержки времени при перегрузках.

Рис. 4. Время-токовая характеристика плавкого предохранителя.

Серебряные вставки не окисляются, и их характеристики наибо­лее стабильны.

Алюминиевые вставки применяются в предохранителях в связи с дефицитом цветных металлов. Высокое сопротивление окисных пленок на алюминии затрудняет осуществление надежного разъемно­го контакта. Алюминиевые вставки находят применение в новых кон­струкциях предохранителей серии ПП31.

При больших токах плавкие вставки предохранителей выпол­няются из параллельных проволок или тонких медных полос.

Основной характеристикой предохранителя является времятоковая характеристика, представляющая собой зави­симость времени плавления вставки от протекающего тока. Для совершенной защиты желательно, чтобы времятоковая характеристика предохранителя (кривая 1 на рис. 1.1) во всех точках шла немного ниже характеристики защищае­мой цепи или объекта (кривая 2 на рис. 3.1). Однако ре­альная характеристика предохранителя (кривая 3) пересе­кает кривую 2. Поясним это. Если характеристика предо­хранителя соответствует кривой 1, то он будет перегорать из-за старения или при пуске двигателя. Цепь будет отключаться при отсутствии недопустимых перегрузок. По­этому ток плавления вставки выбирается больше номи­нального тока нагрузки. При этом кривые 2 и 3 пересека­ются. В области больших перегрузок (область Б) предо­хранитель защищает объект. В области А предохранитель объект не защищает.

При небольших перегрузках (l,5–2) I_H0M нагрев предо­хранителя протекает медленно. Большая часть тепла отда­ется окружающей среде. Сложные условия теплоотдачи затрудняют расчет плавкой вставки.

Ток, при котором плавкая встав­ка сгорает при достижении ею уста­новившейся температуры, называет­ся пограничным током I_ПОГР.

Для ускорения плавления вставок из меди и серебра используется металлургический эффект - явление растворения тугоплавких металлов в расплавленных, менее тугоплавких. Если, например, на медную про­волоку диаметром 0,25 мм напаять шарик из оловянно-свинцового сплава с температурой плавления 182 °С, то при температуре проволоки 650 °С она расплавится в течение 4 мин, а при 350 °С - в течение 40 минут. Та же проволока без растворителя плавится при температуре не менее 1000 °С [7]. Для создания металлургического эффекта на мед­ных и серебряных вставках применяют чистое олово, обладающее более стабильными свойствами. В нормальном режиме работы шарик практи­чески не влияет на температуру вставки.

а) б)

Рис 5. Плавкий предохранитель серии ПР2: а — патрон; б — формы плавких вставок

Ускорение плавления вставки достигается также применением плавкой вставки специальной формы (рис. 5, б). При токах КЗ узкие участки нагреваются настолько быстро, что отвод тепла почти не происходит. Вставка перегорает одновременно в нескольких сужен­ных местах (сечение А - А и В - В, рис. 5, б) прежде, чем ток КЗ достигнет своего установившегося значения в цепи постоянного тока или ударного тока в цепи переменного тока (рис. 6).

а) б)

Рис. 6.Токоограничивающий эффект плавких вставок

предохранителей: а - при постоянном токе;

б - при переменном токе

Ток КЗ при этом ограничивается до значения i_огр (в 2-5 раз). Та­кое явление называется токоограничивающим действием и улучшает условия дугогашения в предохранителях.

Гашение электрической дуги, возникающей после перегорания плавкой вставки, должно осуществляться в возможно короткое время. Время гашения дуги зависит от конструкции предохранителя.

Наибольший ток, который плавкий предохранитель может от­ключать без каких-либо повреждений или деформаций, называется предельным током отключения.

Предохранители получили широкое применение для защиты электродвигателей, электрооборудования, электрических сетей в про­мышленных, бытовых электроустановках и имеют различную конст­рукцию.

Плавкие предохранители наряду с простотой их устройства и малой стоимостью имеют ряд существенных недостатков:

1) не могут защитить линию от перегрузки, так как допускают
длительную перегрузку до момента плавления;

2) не всегда обеспечивают избирательную защиту в сети вслед­ствии разброса их характеристик;

3) при коротком замыкании в трехфазной сети возможно сраба­тывание одного из трех предохранителей и линия остается работать
на двух фазах.

В этом случае трехфазные электродвигатели, подключенные к сети, оказываются включенными на две фазы, а это приводит к пе­регреву обмоток электродвигателей и их выходу из строя.

Предохранители с закрытыми разборными корпусами (патрона­ми) без наполнителя серии ПР2 (рис. 5) изготавливаются на напря­жение 220 и 500 В и номинальные токи 100-1000 А. Патрон предо­хранителя ПР2 (рис. 5, а) на токи 100 А и выше состоит из толстостенной фибровой трубки 1, на которую плотно насажены ла­тунные втулки 3, имеющие мелкую резьбу. На трубки навинчиваются латунные колпачки 4, которые закрепляют плавкую вставку 2, при­винченную к ножам 6, до установки ее в патрон. В предохранителях этой серии предусмотрена шайба 5, имеющая паз для ножа и предот­вращающая поворот ножей.

Патрон вставляется в неподвижные контактные стойки, укреп­ленные на изоляционной плите. Необходимое контактное нажатие обеспечивается пружинами.

Плавкие вставки изготавливаются из цинка в виде пластины с вырезами. На суженных участках выделяется больше тепла, чем на широких. При номинальном токе избыточное тепло благодаря тепло­проводности цинка передается широким частям, поэтому вся вставка имеет примерно одинаковую температуру. При перегрузках нагрев узких участков происходит быстрее, и вставка плавится в самом горя­чем месте (сечение А - А, рис. 5, б).

При КЗ вставка плавится в узких сечениях А - А и В - В. Воз­никающая дуга вызывает образование газов (50 % СО₂, 40 % Н₂, 10 % паров Н₂О), так как стенки патрона выполнены из газогенери-рующего материала - фибры. Давление в зависимости от отключае­мого тока может достигать 10 МПа и более, что обеспечивает быстрое гашение дуги и токоограничивающее действие предохранителя. Для уменьшения возникающего при отключении тока КЗ перенапряжения плавкая вставка имеет несколько суженных мест. При их поочеред­ном плавлении полная длина дугового промежутка вводится в цепь не сразу, а ступенями.

Предохранители насыпные серии ПН2 (рис. 3.4) широко приме­няются для защиты силовых цепей до 500 В переменного и 440 В по­стоянного тока и выпускаются на номинальные токи 100-1000 А.

Рис. 7. Плавкий предохранитель серии ПН2.

Фарфоровая, квадратная снаружи и круглая внутри, трубка 1 имеет четыре резьбовых отверстия для винтов, с помощью которых крепится крышка 4 с уплотняющей прокладкой 5. Плавкая вставка 2 приварена электроконтактной точечной сваркой к шайбам контакт­ных ножей 3. Крышки с асбестовыми прокладками герметически за­крывают трубку. Трубка заполнена сухим кварцевым песком 6. Плав­кая вставка выполнена из одной или нескольких медных ленточек толщиной 0,15-0,35 мм и шириной до 4 мм. На вставке сделаны про­рези 7, уменьшающие сечение вставки в 2 раза. Для снижения темпе­ратуры плавления вставки используется металлургический эффект - на полоски меди напаяны шарики олова 8, температура плавления в этом случае не превышает 475 °С, дуга возникает в нескольких па­раллельных каналах (в соответствии с числом вставок); это обеспечи­вает наименьшее количество паров металла в канале между зернами кварца и наилучшие условия гашения дуги в узкой щели. Насыпные предохранители, так же как предохранители серии ПР2, обладают токоограничивающим свойством.

Для уменьшения возникающих перенапряжений плавкая вставка имеет по длине прорези, причем их количество зависит от номиналь­ного напряжения предохранителя (из расчета 100-150 В на участок между прорезями). Так как вставка сгорает в узких местах, то длинная дуга оказывается разделенной на ряд коротких дуг, суммарное на­пряжение, которых не превышает суммы катодных и анодных паде­ний напряжения.

Наполнителем в предохранителях серии ПН является чистый кварцевый песок (99 % SiO2). Вместо кварца может быть применен мел (СаСО3), иногда его смешивают с асбестовым волокном. При возникновении дуги мел разлагается с выделением углекислого газа СО₂ и СаО - тугоплавкого материала. Реакция происходит с поглощением энергии, что способствует гашению дуги.

Предельный отключаемый ток предохранителей серии ПН2 дос­тигает 50 кА.

Насыпные предохранители серии НПН имеют неразборный стеклянный патрон без контактных ножей и рассчитаны на токи до 60А.

Взамен предохранителей ПН2 разработаны предохранители серии ПП-31 с алюминиевыми вставками на номинальные токи 63-1000 А и имеющие предельный ток отключения до 100 кА при напряжении 660 В.

Предохранители серии ПП-17 изготавливаются на токи 500-1000 А, напряжение переменного тока 380 В и постоянного тока 220 В. Предель­ная отключающая способность предохранителей ПП-17 100-120 кА. Предохранитель состоит из плавкого элемента, помещенного в кера­мический корпус, заполненный кварцевым песком, указателя сраба­тывания и свободного контакта. При расплавлении плавкого элемента предохранителя перегорает плавкий элемент указателя срабатывания, освобождая введенный при сборке указателя боек, который переклю­чает свободный контакт, и замыкается цепь сигнализации срабатыва­ния предохранителя.

Для защиты полупроводниковых приборов разработаны быст­родействующие предохранители серии ПП-41, ПП-57, ПП-59, ПП-71. Эти предохранители выполняются с плавкими вставками из серебря­ной фольги в закрытых патронах с засыпкой кварцевым песком. Они рассчитаны на установку в цепях переменного тока напряжением380-1250 В и постоянного тока 230-1050 В. Электротехническая промышленность изготавливает предохранители на номинальные то­ки 100-2000 А, предельные токи отключения до 200 кА. Эти предо­хранители обладают эффективным токоограничивающим действием.

В схемах управления станков, механизмов, машин, а также в системах электроснабжения жилых и общественных зданий широко применяются пробочные плавкие предохранители серии ПРС. Номи­нальный ток корпуса 6; 25; 63; 100 А.

10. Электрические аппараты высоковольтных распределительных устройств.

Электрические аппараты высокого напряжения исполь­зуются в электроэнергетических системах (объединенных и авто­номных) для осуществления всех необходимых изменений схем выдачи мощности и электроснабжения потребителей в нормаль­ном эксплуатационном режиме и в аварийных условиях, обес­печения непрерывного контроля за состоянием высоковольтных систем, ограничения возникающих в процессе эксплуатации пере­напряжений и токов короткого замыкания, а также для ком­пенсации избыточной зарядной мощности линий. Иными словами, с помощью высоковольтных электрических аппаратов осущест­вляется управление энергетическими системами в самом широком смысле этого понятия.

По функциональному признаку аппараты высокого напряжения подразделяются на следующие виды:

1) коммутационные аппараты (выключатели, выключатели на­грузки, разъединители, короткозамыкатели, отделители);

2) измерительные аппараты (трансформаторы тока и напряже­ния, делители напряжения);

3) ограничивающие аппараты (предохранители, реакторы, раз­рядники, нелинейные ограничители перенапряжений);

4) компенсирующие аппараты (управляемые и неуправляемые шунтирующие реакторы).

Коммутационные аппараты используются для формирования необходимых схем выдачи мощности от электростанций, ее пере­дачи на расстояние и схем электроснабжения потребителей.

Высоковольтные выключатели предназначены для включения и отключе­ния токоведущих элементов электроэнергетических систем в нор­мальных (отключение рабочего тока) и аварийных (отключение тока короткого замыкания) режимах и тем самым для предотвра­щения развития аварий в электроэнергетических системах. В связи с такой ответственной ролью выключателей к ним предъ­являются очень жесткие требования. Они должны многократно (тысячи раз) обеспечивать коммутацию (включение и отключе­ние) токоведущих цепей при номинальном токе (либо при мень­ших токах). Во включенном положении выключатели должны выдерживать в течение срока службы (25 лет) воздействие рабо­чих напряжений и тока. При возникновении короткого замыкания (КЗ) выключатель должен выдержать воздействие тока КЗ и обеспечить отключение поврежденного участка сети в течение не­скольких полупериодов напряжения промышленной частоты.

Из сказанного следует, что выключатель должен иметь очень высокий коэффициент готовности: при малой продолжитель­ности процессов коммутации (несколько минут в году) должна быть постоянно обеспечена готовность к осуществлению комму­таций.

В эксплуатации используются различные типы выключателей. Наиболее распространены масляные выключатели, в которых дугогасительной средой является минеральное масло. Они изготов­ляются для распределительных устройств (РУ) напряжением до 220 кВ включительно.

Для РУ напряжением 110 кВ и выше (вплоть до 1150 кВ) наи­более широко используются воздушные выключатели, где гаше­ние дуги осуществляется потоком сжатого воздуха.

В последнее время интенсивно развиваются конструкции ва­куумных выключателей, у которых контактная система помещена в вакуумную камеру. Такие выключатели изготовляются на напряжение до 35 кВ включительно. Их отличительная особен­ность – погасание дуги при первом же переходе тока через нуль (после расхождения контактов).

Развиваются работы и по созданию элегазовых выключателей, в которых в качестве дугогасящей среды используется электроот­рицательный газ – шестифтористая сера (элегаз). Такие выклю­чатели создаются для герметичных распределительных устройств (ГРУ), а также для наружной установки, где в качестве изоля­ции относительно земли используются воздух и фарфоровые или стеклопластиковые изоляторы.

На напряжение 6 и 10 кВ наиболее распространены электро­магнитные выключатели, в которых дуга горит в воздухе при ат­мосферном давлении и в результате воздействия сильного магнит­ного поля удлиняется настолько, что отдача теплоты стволом дуги (усиленная специальными мерами) превосходит ее поступление и дуга распадается.

Выключатели нагрузки применяются, как правило, в цепи генераторного напряжения на очень большие номинальные токи (20-30 кА), когда токи короткого замыкания отключаются высоковольтными выключателями за повышающими трансформа­торами. В этом случае ток электродинамической стойкости дости­гает сотен тысяч ампер. Кроме того, выключатели нагрузки при­меняются на тупиковых подстанциях небольшой мощности, в коль­цевых линиях, когда применение выключателей оказывается неэкономичным. Существенно меньшие токи, отключаемые вы­ключателями нагрузки, определяют значительное упрощение их конструкций и снижение массогабаритных показателей по срав­нению с выключателями.

Разъединители применяются для коммутации обесточен­ных с помощью выключателей участков токоведущих систем, для переключения присоединений распределительных устройств с од­ной ветви на другую без перерыва тока и для коммутации очень малых токов ненагруженных силовых трансформаторов и корот­ких линий.

Например, при подготовке выключателя к ремонту он должен быть отделен от смежных элементов токоведущих систем, нахо­дящихся под напряжением, с помощью разъединителей и (рис. 1.1) после отключения выключателя В. При этом разъеди­нители отключают небольшой ток, определяемый напряжением сети и емкостью токоведущих элементов выключателя и подводя­щей ошиновки. Разъединители открытой установки создают види­мые разрывы токоведущей системы, обеспечивающие безопасность выполнения работ на выключателе.

После отключения разъединителей выключатель В должен за­земляться с обеих сторон с помощью переносных заземлителей либо специальных заземляющих ножей и , встраиваемых в конструкцию разъединителя.

Отделитель служит для отключения обесточенной цепи высокого напряжения за малое время (не более 0,1 с). Он по­хож на разъединитель, но снабжен быстродействующим при­водом.

Короткозамыкатель служит для создания КЗ в цепи высокого напряжения. По конструкции он сходен с заземляющим устройством разъединителя, но снабжен быстродействующим при­водом.

Короткозамыкатели и отделители устанавливаются на стороне высшего напряжения распределительных устройств (РУ) малоот­ветственных потребителей, когда с целью экономии площади и стоимости выключатели предусмотрены только на стороне низшего напряжения. При повреждении в РУ и токе КЗ, недостаточ­ном для работы защиты на отправном конце питающей линии, короткозамыкатель заземляет линию. При этом увеличивается ток КЗ, что обеспечивает надежное срабатывание защиты и отклю­чение линии с отправного конца выключателем. После этого от­ключаются выключатель поврежденной трансформаторной группы на стороне низшего напряжения и затем отделитель этой же группы на стороне высшего напряжения. Таким образом, повреж­денная трансформаторная группа оказывается изолированной от сети, что обеспечивает возможность повторного включения вы­ключателя на отправном конце питающей линии и восстановления питания потребителей поврежденной трансформаторной группы в результате их подключения между шинным выключателем к неповрежденной трансформаторной группе (рис. 2).

Рис. 1. Схема соединения выключателя и разъединителей.

Короткозамыкатели и отделители обладают большим быстро­действием для ограничения длительности аварийного режима в системе.

Измерительные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН)применяются для непрерывного контроля за этими пара­метрами электрической цепи в качестве датчиков сигнала ее со­стояния, воспринимаемого устройствами защиты и автоматики. Применяются ТТ и ТН при высоких напряжениях и больших то­ках, когда непосредственное включение в первичные цепи кон­трольно-измерительных приборов, реле и приборов автоматики технически невозможно или недопустимо по условиям безопасно­сти обслуживающего персонала.

Рис. 2. Схема РУ с короткозамыкателями и отделителями.

Измерительные трансформаторы устанавливаются в открытых (ОРУ), закрытых (ЗРУ) и герме­тичных (ГРУ) распределительных устройствах и связываются кон­трольными кабелями с приборами устройств вторичной коммута­ции, которые размещаются на панелях щитов и пультов и на стенах в помещениях щитов управления, машинного зала и рас­пределительных устройств. Основное требование к трансформато­рам тока – обеспечение передачи информации со стороны высо­кого потенциала на потенциал земли с минимально возможными искажениями. Наиболее распространенными в настоящее время являются электромагнитные трансформаторы тока и напряжения, содер­жащие магнитопровод, первичную обмотку, включаемую непо­средственно в цепь высокого напряжения последовательно (ТТ) либо параллельно (ТН), и одну или несколько вторичных обмо­ток. Номинальный ток вторичных обмоток ТТ составляет обычно 5А, иногда 1А, номинальное напряжение вторичных обмоток ТН – обычно 100 В.

Эти трансформаторы имеют очень небольшие погрешности в установившемся режиме – от долей процента до нескольких про­центов в зависимости от класса точности. Однако в переходных режимах, связанных, например, с возникновением КЗ, погреш­ности измерения тока и напряжения могут достичь 10 % и более, прежде всего из-за насыщения стали сердечника.

В связи с этим в последнее время вместо электромагнитных ТН применяются емкостные делители напряжения, а вместо элек­тромагнитных ТТ – оптико-электронные (ОЭТТ), в которых сиг­нал со стороны высокого потенциала передается на землю по оптическому каналу с помощью волокнистых световодов. Такие трансформаторы тока передают сигнал на устройства защиты и управления с малыми искажениями. Однако мощность передаваемого по оптическому каналу сиг­нала недостаточна для использования в обычных устройствах ре­лейной защиты и автоматики, поэтому использование ОЭТТ не­обходимо сочетать с применением микроэлектронных устройств и ЭВМ.

Ограничивающие аппараты подразделяются на аппараты огра­ничения тока и напряжения.

К токоограничивающим аппаратам относятся высоковольтные предохранители и реакторы.

Высоковольтный предохранитель – аппарат, произ­водящий отключение защищаемой цепи при к.з. и недопустимой перегрузке путем плавления металлического провод­ника малого сечения и последующего гашения дуги высоко­го напряжения в ДУ.

Плавкие предохранители высокого напряжения предназначены для защиты силовых трансформато­ров, воздушных и кабельных линий, конденсаторов, электродвига­телей и трансформаторов напряжения.

Токоограничивающие предохранители с мелко­зернистым наполнителем применяются на напряжение 3-35 кВ с номинальным током 2-1000 А и током отключения от 2,5 до 63 кА.

Выхлопные предохранители переменного тока, где гашение дуги происходит при переходе тока через нуль, применяются на напряжение 6-220 кВ с номинальным током 2-200 А и током отключения от 1,6 до 20 кА.

Токоограничивающие реакторы представляют собой катушку индуктивности без сердечника, включаемую последова­тельно в токоведущую цепь. Реактор выбирается из условия огра­ничения тока КЗ в цепях 6-10 кВ до уровня, при котором обес­печивается динамическая и термическая стойкость коммутацион­ных аппаратов (когда их параметры недостаточны для работы без реакторов), а также термическая стойкость защищаемых ка­белей. Менее распространены токоограничивающие реакторы в се­тях 110-220 кВ. При малых токах (вплоть до номинального) падение напряжения на реакторе обычно не превышает 3-10 % номинального напряжения. При коротком замыкании на линии, защищаемой реактором, напряжение на соседней линии не должно уменьшаться более чем на 25 % по сравнению с нормальным режимом.

Наиболее распространенным средством ограничения грозовых и внутренних перенапряжений являются разрядники. Эти аппа­раты состоят из нелинейных резисторов (варисторов) и искро­вых промежутков, автоматически подключающих блок варисто­ров к токоведущей цепи при превышении заданного уровня на­пряжения.

В настоящее время созданы варисторы с такой высокой сте­пенью нелинейности вольт-амперной характеристики, что они мо­гут быть подключены к токоведущим элементам без искровых промежутков. Протекающий по варисторам ток при номинальном напряжении составляет миллиамперы, а при повышениях напря­жения возрастает до тысяч ампер. Отсутствие искровых проме­жутков существенно упрощает конструкцию ограничителей пере­напряжений, но порождает новые проблемы, связанные с необхо­димостью обеспечения надежной работы аппарата при рабочем напряжении.

Компенсирующие аппараты. В сетях сверхвысокого напряже­ния широко применяются реакторы, включаемые между токоведущими элементами и землей (шунтирующие реакторы). Они пред­назначены для компенсации избыточной зарядной мощности в ре­жиме малых нагрузок (когда по линии передается мощность меньше натуральной). При номинальной нагрузке линии реакторы отключены, а по мере уменьшения нагрузки они под­ключаются с помощью высоковольтных выключателей.

Регулируемые (управляемые) реакторы обеспечивают возможность быстрого и плавного изменения потребляемой ими реактивной мощности без отключения от линии. Такие реакторы в настоящее время находятся в стадии разработки. Наличие об­мотки подмагничивания позволяет форсировать параметры реак­тора – кратковременно увеличивать его мощность значительно выше номинальной, а следовательно, использовать регулируемые реакторы в качестве средств глубокого ограничения внутренних перенапряжений.

Комплектные распределительные устройства составляются из полностью или частично закрытых шкафов или блоков с встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, поставляемых в собранном или полностью подго­товленном для сборки виде. Комплектные распределительные уст­ройства выпускаются для внутренней (КРУ) и для наружной (КРУН) установки. Комплектные РУ 6-20 кВ в наибольшей степени отвечают требованиям индустриализации энергетического строительства, поэтому они становятся самой распространенной формой исполнения РУ.

В последние годы начали применять комплектные РУ нового типа – герметичные (ГРУ), в которых все токоведущие элементы и аппа­раты (сборные шины, выключатели, разъединители, трансформа­торы тока и напряжения) расположены внутри герметичной оболочки, заполненной сжатым высокопрочным газом (элегазом). Такие РУ полностью изготовляются на заводе в виде отдельных ячеек, набор которых может изменяться в зависимости от схемы подстанции.

В настоящее время освоен серийный выпуск ячеек ГРУ на напряжение 110 и 220 кВ и осваивается серийный выпуск ГРУ на напряжение 330, 500, 750 и 1150 кВ.

Герметичные распределительные устройства предполагается ис­пользовать прежде всего в крупных городах с целью экономии площади и объема. Так, ГРУ 110 и 220 кВ могут быть разме­щены в подвальных помещениях жилых зданий. Целесообразно использовать ГРУ на гидростанциях, где, как правило, недоста­точно места для размещения ОРУ, а также в районах со слож­ными климатическими, метеорологическими и сейсмическими ус­ловиями и в районах с сильным загрязнением атмосферы.

Прогрессивное направление аппаратостроения – создание комплексов аппаратов – получило развитие и при создании аппа­ратов на генераторное напряжение. В комплекс объединяются все три аппарата, включаемые в рассечку токопровода – от генератора до трансформатора: выключатель, разъединитель и трансформа­тор тока. Такое объединение приводит к существенному уменьше­нию объема, занимаемого аппаратами, повышает их технико-эко­номические характеристики, в том числе надежность.

Комплектные распределительные устройства(КРУ) представляют собой совокупность АВН (выключатель, разъединители, ТТ, ТН, реактор и др.), которая позволяет осуществлять управление потоком энергии и защиту от аварийных режимов. КРУ изготовляются на аппаратном заводе и поставляются на подстанцию в готовом виде. Определенный набор ячеек КРУ позволяет на месте монта­жа создать распределительное устройство высокого напря­жения по одной из типовых схем. КРУ позволяет резко сократить время монтажа распределительного устройства, повысить надежность работы электроустановки, уменьшить затрату активных материалов и трудоемкость.