Электрические аппараты подстанции

3.1.Разъединители горизонтально-поворотного типа

Разъединитель-это контактный коммутационный аппарат , предназначенный для отключения и включения электрической цепи без тока или с незначительным током , и который для обеспечения безопасности имеет между контактами в отключенном положении изоляционный промежуток. При ремонтных работах разъединителем создаётся видимый разрыв между частями , оставшимися под напряжением , и аппаратами выведенными в ремонт. Разъединителями нельзя отключать токи нагрузки , так как контактная система их не имеет дугогасительных свойств и в случае ошибочного отключения токов нагрузки возникает устойчивая дуга , которая может привести к межфазному к.з. и несчастным случаям с обслуживающим персоналом. Перед операцией разъединителем цепь должна быть разомкнута выключателем. Однако для упрощения схем электроустановок допускается использовать разъединители для производства следующих операций :

-отключения и включения нейтралей трансформаторов и заземляющих дугогасящих реакторов при отсутствии в сети замыкания на землю ;

-отключения и включения зарядного тока шин и оборудования всех напряжений (кроме батарей конденсаторов) ;

-отключения и включения нагрузочного тока до 15 А трёхполюсными разъединителями наружной установки при напряжении 10 кВ и ниже ;

-разъединителем разрешается производить также операции , если он надёжно шунтирован низкоомной параллельной цепью ;

-разъединителями и отделителями разрешается отключать и включать незначительный намагничивающий ток силовых трансформаторов и зарядный ток воздушных и кабельных линий.

Отключаемый разъединителем ток зависит от его конструкции (вертикальное , горизонтальное расположение ножей) , от расстояния между полюсами , от номинального напряжения установки , поэтому допустимость такой операции устанавливается инструкциями и директивными указаниями. Порядок операций при отключении намагничивающего тока трансформатора также играет важную роль. Например , трансформаторы , имеющие РПН , необходимо перевести в режим возбуждения , так как ток намагничивания резко уменьшается при уменьшении тока в магнитопроводе , которая зависит от подведённого напряжения. Кроме того , при отключении нагруженного трансформатора необходимо предварительно эффективно заземлить нейтраль , если в нормальном режиме трансформатор работал с заземлённой нейтралью. Если к нейтрали трансформатора был подключён заземляющий реактор , то предварительно его следует отключить. Если в цепи имеются разъединитель и отделитель , то отключение и включение намагничивающего тока и зарядных токов следует выполнять отделителями , имеющими пружинный привод , который позволяет быстро произвести эту операцию. Разъединители играют важную роль в схемах электроустановок , от надёжности их работы зависит надёжность работы всей электроустановки , поэтому к ним предъявляются следующие требования :

-создание видимого разрыва в воздухе электрическая прочность которого соответствует максимальному импульсному напряжению ;

-электродинамическая и электрическая стойкость при протекании токов к. з. ;

-исключение самопроизвольных отключений ;

-чёткое отключение и включение при наихудших условиях работы (обледенение , снег , ветер).

Разъединители по числу полюсов могут быть одно- и трёх- полюсными , по роду установки - для внутренних и наружных установок , по конструкции рубящего , поворотного , катящего , пантографического и подвесного типа. По способу установки различаются разъединители с вертикальным и горизонтальным расположением ножей. Рассмотрим разъединители для наружной установки. Разъединители устанавливаемые в открытых распределительных устройствах , должны обладать соответствующей изоляцией и надёжно выполнять свои функции в неблагоприятных условиях окружающей среды.

Разъединители горизонтально-поворотного типа выпускаются на напряжение 10-750 кВ. Широкое применение этих разъединителей объясняется значительно меньшими габаритами и более простым механизмом управления. В этих разъединителях главный нож состоит из двух частей. Они перемещаются в горизонтальной плоскости при повороте колонок изоляторов, на которых закреплены (рис.3.1.). Один полюс является ведущим , к нему присоединён привод. Движение к двум другим полюсам (ведомым) передаётся тягами. Разъединители могут иметь один или два заземляющих ножа. Контактная часть состоит из ламелей , укреплённых на конце одного ножа. , и контактной поверхности на конце другого ножа. При включении нож входит между ламелями. Давление в контакте создаётся пружинами. В горизоно-поворотных разъединителях при отключении нож как бы ‘‘ломается’’ на две части , поэтому значительно облегчается работа привода в случае обледенения контактов. В разъединителях рубящего типа для разрушения корки льда ножу сообщалось поступательно-вращательное движение , чем усложнялась кинематика привода. Широко распространённые горизонтально-поворотные разъединители типа РЛНД в настоящее время заменяются усовершенствованной конструкцией РНД и РНД(З) (разъединители для наружной установки , двухколонковые с заземляющими ножами). В разъединителях 330-750 кВ предусмотрены лёдозащитные кожухи , закрывающие контакты.

Рис.3.1. Разъединитель горизонтально - поворотного типа РНД3-2-110/220

1,2,4 и 12 - ножи;

3 и 14 - неподвижные контакты;

5 и 14 - изоляторы;

6 - подшипники;

7 - привод;

8 - вал;

9 и 10 - тяги;

11 - перемычка

3.2.Масляные баковые выключатели

Выключатель-это коммутационный аппарат , предназначенный для включения и отключения тока. Выключатель является основным аппаратом в электрических установках , он служит для отключения цепи в любых режимах: длительная нагрузка , перегрузка , короткое замыкание , холостой ход , несинхронная работа. Наиболее тяжёлой и ответственной операцией является отключение токов к.з. включение на существующее короткое замыкание. К выключателям высокого напряжения предъявляют следующие требования :

-надёжное отключение любых токов (от десятков ампер до номинального тока отключения) ;

-быстрота действия , т. е. наименьшее время отключения ;

-пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения ,т. е. быстрое включение выключателя сразу же после отключения ;

-возможность пофазового (полюсного) управления для выключателей 110 кВ и выше ;

-лёгкость осмотра контактов ;

-взрыво- и пожаробезопасность ;

-удобство транспортировки и эксплуатации .

По конструктивным особенностям и способу гашения дуги различают следующие типы выключателей : масляные баковые , воздушные , элегазовые , вакуумные выключатели. К особой группе относят выключатели нагрузки , рассчитанные на отключение токов нормального режима. По роду установки различают выключатели для внутренней , наружной установки и для комплектных распределительных устройств. По степени быстродействия на отключение ( t ) выключатели могут быть : сверхбыстродействующие t < 0,06 с ; быстродействующие t = 0,06 - 0,08 с ; ускоренного действия t = 0,08 - 0,12 с ; небыстродействующие t = 0,12 - 0,25 с. Рассмотрим масляные баковые выключатели.

В масляных баковых выключателях масло служит для гашения дуги и изоляции токоведущих частей. При напряжении 10 кВ (в некоторых типах выключателей до 35 кВ) выключатель имеет один бак , в котором находятся контакты всех трёх фаз , при большем напряжении для каждой фазы предусматривается свой бак . На рис.2 схематически показан баковый выключатель. Для наружных установок напряжением 35 кВ и выше баковые масляные выключатели благодаря простоте конструкции применяются достаточно широко. Они имеют специальные устройства - дугогасительные камеры. По принципу действия дугогасительные устройства можно разделить на три группы :

-с принудительным масляным дутьём , у которых к месту разрыва масло нагнетается с помощью специальных гидравлических механизмов ;

-с магнитным гашением в масле , в которых дуга под действием магнитного поля перемещается в узкие каналы и щели .

Выполняются выключатели на номинальные токи от 50, А до 20, кА, номинальные напряжения от 3 до 750, кВ с мощностью отключения от 50 до 40000, МВ×А.

Основным фактором, определяющим конструкцию выключателя, яв­ляется способ гашения дуги. Исходя из этого современные выключатели могут быть разделены на следующие основные группы:

- Масляные выключатели - гашение дуги происходит в масле: а) ба­ковые выключатели - с большим объёмом масла, масло служит также изо­ляцией; б) маломасляные выключатели - с малым объёмом масла, масло служит только дугогасящей средой.

- Воздушные выключатели - гашение дуги осуществляется потоком сжатого воздуха, получаемого от специального источника.

- Воздушные автопневматические выключатели - сжатый воздух, не­обходимый для гашения дуги, создаётся за счёт энергии отключающей пружины.

- Автогазовые выключатели - гашение дуги осуществляется газами, которые выделяются из стенок камер под действием высокой температуры электрической дуги.

- Выключатели со сжатым элегазом - гашение дуги происходит в среде шестифтористой среды.

- Электромагнитные выключатели - гашение дуги осуществляется при помощи магнитного дутья в различного рода камерах.

- Вакуумные выключатели - гашение дуги происходит в вакууме.

Каждой из перечисленных групп свойственны свои достоинства и недостатки, определяющие области их применения.

Первые две группы выключателей позволяют осуществлять конструк­ции на всю шкалу напряжений, токов и мощностей отключения. Они вы­полняются как для внутренней, так и для наружной установки. Последние пять групп выключателей ограничиваются конструкциями на сравнительно малые мощности отключения ( до 50...300, МВ×А ), токи ( до 300...600, А ) и напряжения ( до 6...15, кВ ), за исключением вакуумных выключателей и выключателей со сжатым элегазом, которые позволяют создать конструк­ции на напряжения 35...220, кВ, но также с малыми мощностями отключе­ния. Эти пять групп используются чаще всего в качестве выключателей нагрузки, т.е. аппаратов, осуществляющих включение и отключение цепи с рабочими токами нагрузки и не предназначенных для отключения токов короткого замыкания.

Каждая группа выключателей может подразделяться:

-по времени действия - быстродействующие, ускоренного действия и небыстродействующие;

-по числу фаз - однофазные и трёхфазные. В зависимости от числа мест разрыва цепи на фазу выключатели могут быть с одним разрывом, с двумя разрывами и многократным разрывом;

-по конструктивной связи с приводом - с отдельным приводом и со встроенным приводом, каждый из которых может выполняться либо с ручным, либо с двигательным включением;

-по роду установки - для внутренней и наружной установок и для взрывоопасной среды;

-по наличию автоматического повторного включения (АПВ) - одно­кратного, многократного, пофазного и быстродействующего (БАПВ);

-по выполняемым функциям в схемах распределительных устройств - генераторные, распределительные: фидерные и подстанционные. Генератор­ные выключатели характеризуются большими значениями номинальных то­ков ( до нескольких десятков тысяч ампер ) и мощностей отключения ( де­сятки тысяч мегавольт-ампер ), сравнительно небольшими значениями на­пряжений ( 6...20, кВ ) и времени отключения ( 0,1...0,2, с ). Распределитель­ные (фидерные) выключатели отличаются от генераторных малыми значе­ниями номинальных токов ( 300...600, А ) и мощностей отключения (100...300, МВ×А ), несколько меньшими временами отключения и наличием АПВ. Подстанционные выключатели характеризуются высокими номиналь­ными напряжениями ( 110...750, кВ ), большой мощностью отключения, бы­стродействием ( время отключения 0,01...0,008, с ) и наличием АПВ одно­кратного, многократного и пофазного действия.

Кроме номинальных напряжений и тока, высоковольтные выключа­тели характеризуются:

-током включения I_вкл - наибольшим амплитудным значением тока, ко­торый выключатель способен включить без сваривания контактов;

-током отключения, Номинальным I_{откл. ном} и предельным I_{откл. пред} - то­ком, который выключатель способен отключить, не повреждаясь, соответ­ственно при номинальном и пониженном напряжении;

-номинальной мощностью отключения Р_откл, определяемой при трёх­фазном отключении как ;

-током динамической устойчивости I_дин - максимальным значением тока, который способен пропустить выключатель не повреждаясь и без от­броса контактов;

-током термической стойкости I_терм, отнесённым к определённой дли­тельности времени ( односекундный, пятисекундный ), - током, который вы­ключатель способен пропустить не повреждаясь;

-временем включения, собственным временем и полным временем от­ключения. Масляные баковые выключатели. Этот тип выключателей установлен на подстанции. Рассмотрим их более подробно.

Масляные баковые выключатели - это выключатели с большим объё­мом масла. Масло на всю шкалу номинальных токов ( 50...20000, А ) и напряжений ( 3...750, кВ ) и мощностью отключения 50...25000, МВ×А. Для напряжений 3...20, кВ они выполняются однобаковыми ( три фазы в одном баке ), с ручным, дистанционным или автоматическим управлением, с АПВ, на напряжения 35, кВ и выше - трёхбаковые ( каждая фаза в отдель­ном баке ), преимущественно для наружной установки, с дистанционным или автоматическим управлением, с АПВ и БАПВ многократного дейст­вия.

Масляный баковый выключатель ( рис. 3.2 ) состоит из контактной и дугогасительной систем; расположенных в баке с маслом, и привода, рас­положенного снаружи бака.

Баки могут выполняться с круговым, эллиптическим или прямо­угольным сечением. Первые два обладают более высокой прочностью, но и большим объёмом, последний - меньшей прочностью, но и меньшим объ­ёмом. В последнее время находит применение так называемая чечевицеоб­разная форма бака, обладающая повышенной прочностью при небольшом объёме.

Рис.3.2 Полюс масляного бакового выключателя на 220, кВ

1 - бак;

2 - дугогасительная камера с неподвижными контактами;

3 - изоляция бака;

4 - ввод;

5 - приводной механизм;

6 - трансформатор тока;

7 - направляющее устройство;

8 - изоляционная штанга;

9 - траверса с подвижными контактами

Бак заливается до определённого уровня трансформаторным маслом. Между поверхностью масла и крышкой бака должен остаться некоторый свободный объём ( обычно 20...30, % объёма бака ) - ”воздушная буферная подушка”, сообщающаяся с окружающим пространством через газоотвод­ную трубку. Воздушная подушка снижает давление, передаваемое на стенки бака при отключении, исключает выброс масла из бака и предо­храняет выключатель от взрыва при чрезмерном давлении.

Высота уровня масла над местом разрыва контактов должна быть такой, чтобы исключить выброс горячих газов, выделяющихся при разло­жении масла, в воздушную подушку при отключении. Прорыв этих газов может при определённых соотношениях привести к образованию взрывча­той смеси ( гремучего газа ) и взрыву выключателя. Высота уровня масла над местом взрыва контактов определяется номинальным напряжением и отключаемой мощностью. Например, в выключателях 6...10, кВ с отклю­чаемой мощностью 200...400, МВ×А она составляет 300...600, мм, а в вы­ключателе 220, кВ, 3500, МВ×А она равна 2300...2500, мм.

При напряжении 3...6, кВ и малых отключаемых мощностях применя­ется простой разрыв в масле, при напряжениях до 10, кВ и мощности от­ключения до 100, МВ×А - простейшие дугогасительные камеры. На напря­жения 35, кВ и выше используются дугогасительные устройства с про­дольным, поперечным или продольно - поперечным дутьём с многократным разрывом.

Пример дугогасительной камеры с промежуточным контактом и про­дольным дутьём, применяемой в выключателях на 110 и 220, кВ, привдён на рис.3.2. При отключении сначала размыкаются контакты 2 и 1, а затем контакты 1 и 8. Дуга между контактами 2 и 1 ( генерирующая ) создаёт повышенное давление в верхней полукамере. Газопаровая смесь и час­тички масла устремляются в сообщающийся с объёмом бака полый кон­такт 8, создавая интенсивное продольное дутьё и гася дугу. При отклю­чени больших токов давление в камере к моменту расхождения контактов 1 и 8 достигает 4...5, МПа. После отключения камера заполняется свежим маслом через нижнее отверстие полукамеры 7.

Масляные баковые выключатели на напряжение 35, кВ и выше имеют встроенные трансформаторы тока. На внутреннюю часть проходного изолятора надеты сердечники со вторичными обмотками ( один или два на изолятор) и укреплены под крышкой выключателя. Токоведущий стержень проходного изолятора служит первичной обмоткой.

Выключатели на напряжение 110, кВ и выше могут иметь ёмкостные трансформаторы напряжения, для выполнения которых используются об­кладки маслонаполненных вводов конденсаторного типа, и трансформаторы напряжения с индуктивной катушкой.

Основным недостатком баковых выключателей является большой объём масла. С целью уменьшения объёма применяют чечевицеобразные баки и вводы высокого напряжения конденсаторного типа , диаметр которых значительно меньше , чем маслобарьерных. Для уменьшения размеров бака вводы располагаются в специальных цилиндрах , приваренных к баку. Для уменьшения времени включения баковых выключателей применяют пневматические и пневмогидравлические приводы. Основные преимущества выключателей -это простота конструкции , высокая отключающая способность ; пригодность для наружной установки ; возможность установки трансформаторов тока. Недостатки баковых выключателей -это взрыво- и пожароопасность ; необходимость периодического контроля за состоянием и уровнем масла в баке и вводах ; большой объём масла , что обуславливает большую затрату времени на его замену , необходимость больших запасов масла ; непригодность для выполнения быстрого АПВ ; большая затрата металла , большая масса неудобство перевозки , монтажа и наладки.

3.3. Разрядники

При коммутациях, а также вследствие атмо­сферных разрядов в электротехнических установках часто возникают им­пульсы напряжения - перенапряжения, существенно превышающие номи­нальное. Электрическая изоляция оборудования не должна повреждаться при этом и выбирается с соответствующим запасом. Однако возникающие перенапряжения зачастую превосходят этот запас, и изоляция тогда по­вреждается - пробивается, что может привести к тяжёлым авариям. Для ог­раничения возникающих перенапряжений, а следовательно, и снижения требований к уровню электрической изоляции ( снижение стоимости обо­рудования ) применяются разрядники.

Разрядник - это электрический аппарат, искровой промежуток кото­рого пробивается при определённом значении приложенного напряжения, ограничивая тем самым перенапряжения в установке.

Разрядник состоит из электродов с искровым промежутком между ними и дугогасительного устройства. Один из электродов присоединяется к защищаемой цепи, другой - заземляется.

При возникновении перенапряжения искровой промежуток разрядника пробивается раньше, чем изоляция оборудования. После пробоя линия (сеть) заземляется через сопротивление разрядника или накоротко. При этом напряжение на линии определяется значением тока через разрядник, сопротивлением разрядника и заземления.

Падение напряжения на разряднике при протекании импульсного тока данного значения и формы называется остающимся напряжением. Чем меньше это напряжение, тем лучше качество разрядника.

После пробоя разрядника от импульса напряжения его искровой промежуток ионизирован и легко пробивается фазным напряжением. Воз­никает короткое замыкание на землю, и через разрядник протекает ток промышленной частоты, который называется сопровождающим. Чтобы из­бежать срабатывания защиты и отключения оборудования, разрядник дол­жен отключить сопровождающий ток в возможно малое время ( порядка полупериода промышленной частоты ). Вентильные разрядники. Вен­тильный разрядник ( рис.3.3) состоит из двух основных частей: многократ­ного искрового промежутка 4, в который входит несколько последова­тельно соединённых единичных искровых промежутков 3, шунтированных подковообразными нелинейными резисторами 9, предназначенными для выравнивания распределения напряжения, и рабочего резистора, составлен­ного из набора последовательно включённых вилитовых дисков 2. Искро­вые промежутки заключены в фарфоровые цилиндры 5.

Многократный искровой промежуток соединён последовательно с ра­бочим резистором, закрыт фарфоровым кожухом 1, сжат спиральной пру­жиной 6 и герметизирован озоностойкой резиной 7. Необходимость герме­тизации обусловлена гигроскопичностью вилита, который меняет свои ха­рактеристики при увлажнении. Разрядник крепится при помощи фланцев 8 к чугунному основанию ( на рисунке не показано ).

Провод фазы линии высокого напряжения подключается к болту на крышке. Заземляющий проводник присоединяется к чугунному основанию разрядника непосредственно или через счётчик срабатываний.

Разрядник работает следующим образом. При возникновении перена­пряжения пробиваются искровые промежутки и импульсный ток через ра­бочий резистор уходит в землю. Сопровождающий ток ограничивается ра­бочим резистором до значения, при котором дуга может погашена искро­выми промежутками. Единичный промежуток способен отключить ток с амплитудой 80...100, А при действующем восстанавливающемся напряжении 1...1,5, кВ ( данные экспериментальные ). Число искровых промежутков и число дисков резистора выбираются исходя из указанных условий. Дуга при этом погаснет за один полупериод.

Рис.3.3 Вентильный разрядник

Резистор из вилита характеризуется нелинейностью своего сопротив­ления. С ростом тока значение сопротивления падает. Это позволяет про­пустить через резистор большой ток при малом падении напряжения (из-за этого разрядники получили название вентильных). Напряжение на раз­ряднике практически мало меняется в широком диапазоне токов. По мере приближения тока к нулю сопротивление резко возрастает, снижая ток до нуля ранее его естественного перехода через нуль. Это обстоятельство об­легчает гашение дуги в единичных промежутках.

Вентильные разрядники работают бесшумно и без какого-либо вы­броса газов и пламени. Для фиксации числа срабатываний устанавлива­ются специальные (электромагнитные, электромеханические и др. ) счёт­чики. Вентильные разрядники выполняются на напряжения 220, кВ и предназначены для защиты изоляции электрооборудования от атмосферных перенапряжений. Они применяются в открытых и закрытых электроуста­новках с частотой 50, Гц. Разрядники на 3, 6 и 10, кВ отличаются друг от друга только числом искровых промежутков и числом велитовых резисто­ров, а также габаритами. Разрядники на номинальные напряжения 15, 20 ил 33, кВ состоят из одного стандартного элемента, аналогично изобра­жённому на рис.3.3; разрядники на напряжение 60, кВ и выше - из трёх и более соединённых последовательно стандартных элементов номинальным напряжением 15, 20 или 33, кВ. Разрядники магнитовентильные ( РВМГ ). Эти разрядники выполняются на номинальные напряжения 150...500, кВ. Они комплектуются из стандартных блоков ( на 30, кВ ) с магнитными искровыми промежутками и соответствующего числа дисков вилитовых резисторов.

Блок магнитных искровых промежутков ( рис.3.4 ) представляет собой набор ( здесь четыре ) единичных искровых промежутков 2, расположенных вперемежку с постоянными магнитами 3 кольцевой формы. Всё устройство размещено в фарфоровом цилиндре 1 и закрыто стальными

Рис.3.4 Блок с магнитными искровыми промежутками

1 - фарфоровый цилиндр;

2 - искровой промежуток;

3 - магнитные кольца;

4 - пружина;

5 - стальная крышка;

6 - медный электрод;

7 - искровой зазор;

8 - электроды

крышками 5. Крепление всех элементов внутри цилиндра осуществляется за счёт давле­ния пружины 4. Каждый блок шунтируется резисторами с высокоомным нелинейным сопротивлением.

Единичный магнитный искровой промежуток состоит из двух кон­центрических расположенных медных электродов 6 и 8. Щель 7 между ними образует искровой зазор. Кольцевые магниты 3 создают в щели магнитное поле ( 480...640, А/см ).

Возникающая в щели дуга начинает вращаться по кольцевой щели с большой скоростью. По сравнению с обычными искровыми промежутками пропускная и дугогасительная способность магнитного искрового проме­жутка много выше

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На производственной практике на подстанции я ознакомился со схемой её электрических соединений, с правилами технической эксплуатации электроустановок, электрических сетей, станций и общими требованиями по технике безопасности предприятия, электрической аппаратурой подстанции, изучил более подробно принцип их работы и устройство. Я узнал, куда распределяется электроэнергия от этой подстанции. Ознакомился с релейным зелом подстанции и узнал какие защиты электрооборудования там применяются. Ознакомился с мероприятиями по охране окружающей среды.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Правила устройства электроустановок: 7-е изд., перераб. И дополн. - М.: Энергоатомиздат, 2003. - 776 c.: ил

2. Электротехнический справочник: В 3 т. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - Т.2.: Электротехнические изделия и устройства / Под. общ. ред. профессоров МЭИ (гл. ред. И.Н. Орлов) и др. 1986. - 712 с.

3. Правила работы с персоналом в организациях электроэнергетики Российской Федерации. Госстрой России. М.: 2000

4. CD-ROM Справочник электрика

.