учебное пособие на тему :Электропроводки
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1000 ВУчебное пособие
Содержит сведения по устройству, назначению, принципу действия и выбору электрических аппаратов и оборудования напряжением выше 1000 В, а также об устройствах и системах релейной защиты и автоматики, применяемых в промышленности. Изучение элементов аппаратуры и аппаратов высокого напряжения является важнейшей часть изучения электрооборудования станций и подстанций. В настоящей работе рассматриваются устройство и принцип действия основных типов высоковольтной аппаратуры, условия их выбора и грамотной эксплуатации. Приводятся описания традиционных и новейших типов оборудования отечественного и зарубежного производства.
Для передачи большой мощности на расстояние применяется напряжение выше 1000 В, которое называют высоким напряжением, куда относят величины напряжения 6, 10, 35, 110, 150, 220 кВ и выше. Аппаратура высокого напряжения имеет увеличенные габариты, массу, большую стоимость, поэтому требует применения современных материалов и качественного технического обслуживания, и предусматривает высокую квалификацию обслуживающего персонала.
В данном разделе рассматриваются элементы, аппараты и устройства для электроустановок высокого напряжения.
Элементы аппаратуры напряжением выше 1000 ВК элементам и аппаратам напряжением свыше 1000 В относят: изоляторы, шины, предохранители, разъединители, выключатели нагрузки, короткозамыкатели, отделители, силовые выключатели, разрядники, реакторы, измерительные трансформаторы.
1 ИЗОЛЯТОРЫ – предназначены для изоляции токоведущих частей от нетоковедущих( корпуса, массы, земли) и для крепления проводников (шин, токопроводов, проводов).
Изоляторы бывают: опорные, проходные и подвесные; для внутренней и наружной установки; станционные, аппаратные (в аппаратах) и линейные (на линиях). Материалы для изготовления изоляторов: - фарфор, стекло, пластмассы.
Изоляторы применяются при любом напряжении. Если внутренняя полость изолятора заполнена маслом, или элегазом, то его называют маслонаполненным или газонаполненным вводом, такие вводы применяют на оборудовании при напряжении выше 35 кВ.
Рисунок 1 – Устройство штыревого, опорного, проходного и подвесного изоляторов
Маркировка изоляторов:
1.1. Опорные, предназначены для крепления и изоляции токоведущих частей РУ
О – опорный К – колонковый
Н – наружный Р – ребристый
С – стержневой Ш – штыревой
У – усиленный ШФ – штыревой фарфоровый
Ш С– штыревой стеклянный
1.2. Проходные ИП (У) – изолятор проходной (усиленный)
1.3. Подвесные ПС (Ф) – подвесной стеклянный (фарфоровый), для воздушных ЛЭП, ПСРГ – ребристый для загрязненных районов.
1.4. Штыревые - для воздушных ЛЭП: ШФ, ШС, ШФГ и др.
Пример: КИОСУ – 110 – 2000 – изолятор опорно-колонковый, стержневой, усиленный, на напряжение 110 кВ, предел прочности на изгиб Fдоп. = 2000 кг (20 кН).
ОНШ – 35 – изолятор опорный, штыревой, наружный, на напряжение 35 кВ.
На воздушных линиях применяются штыревые изоляторы (до 35 кВ) и подвесные - от 6 кВ и выше. При напряжении выше 10 кВ подвесные изоляторы собирают в гирлянды: 35 кВ - 3-4 шт.; 110 кВ - 7-8 шт.; 220 кВ - 12-14 шт.; 6-10 кВ – 1 шт.
Выбор изоляторов производится:
– по назначению;
– по номинальному напряжению;
– по механической нагрузке при токе K3, при этом: FmaxКЗ ≤ 0.6 Fдоп. (Н).
Рисунок 2 - Формы сечения и способы крепления шин.
2 ШИНЫ.
Шины предназначены для проведения тока и изготавливаются из алюминия, меди, стали. В распредустройствах шины крепятся к изоляторам с помощью болтов, скоб и держателей. Чаще всего шины изготавливаются из алюминия. В открытых распредустройствах, а иногда и в закрытых распредустройствах подстанций применяются гибкиешины, конструктивно схожие с гибкими проводами. Формы сечения шин: плоские, круглые, кольцевые(трубчатые).
Во время короткого замыкания жесткие шины и изоляторы испытывают большие динамические нагрузки. Наиболее распространенными при токах до 1000 А являются алюминиевые плоские шины. Они крепятся, как правило, плашмя. Шины коробчатого сечения применяются при токах больше 2500 А. Допустимая температура шин при нормальной работе не более 70 0 С при температуре воздуха 250 С. Предельная температура шин: медных - 3000 С; алюминиевых - 2000С; стальных - 3000 С.
Для отличия фазировки шины окрашивают и располагают в определленном порядке: ближняя к проходу людей шина окрашивается в красный цвет.
Цвета окраски шин для переменного тока:
Фаза А обозначение. L1 желтый – дальняя
В L2 зеленый – средняя С L3 красный – ближняя N О голубой или полосатый ж/з.
для постоянного тока:
+ красный; – синий; рабочий 0 – голубой.
Выбор шин производится:
– по рабочему току нагрузки, напряжению;
– по электротермической стойкости в режиме КЗ;
– по электродинамической стойкости в режиме КЗ.
3 ПРЕДОХРАНИТЕЛИ.
FU
Предохранители предназначены для защиты силовых и измерительных трансформаторов, другого оборудования от коротких замыканий. Следует помнить, что предохранители не могут обеспечивать защиту от перегрузок.
Предохранители бывают кварцевые ПК, газогенерирующие (выхлопные) ПВ, стреляющие ПС, ПСН.
Маркировка предохранителей:
ПК 1,2,3,4 – предохранитель с кварцевым заполнением, цифры – номера серий;
ПКТ – трансформаторный,
ПКЭ – экскаваторный,
ПКТН – для защиты трансформаторов напряжения,
ПКЭН – для экскаваторных КРУ,
ПК-1-4 – предохранитель с указателем срабатывания,
ПС, ПСН – предохранитель стреляющий наружной установки.
Рисунок 3 – Устройство предохранителя ПК-2-6-20/7, 5-2-У3.
Предохранители применяются для защиты электроустановок от коротких замыканий при напряжении до 110 кВ. Предохранители бывают кварцевые, выхлопные или стреляющие. Предохранители устанавливаются в КРУ для защиты силовых трансформаторов, трансформаторов напряжения, других приемников ограниченной мощности. Часто предохранители используются совместно с разъединителями или выключателями нагрузки. Патрон изготавливается из стекла, фарфора или из другого материала. Типы маркируются буквами и цифрами: П –предохранитель, К- кварцевое заполнение, Т – для трансформаторов, ТН – для трансформаторов напряжения, Э - экскаваторный.
Пример: ПК-4-10-160/120-20 УI – предохранитель кварцевый, 4 серии на 10 кВ, номинальный ток предохранителя – 150 А, номинальный ток плавкой вставки – 120 А, максимальный ток отключения - 20 кА, для умеренного климата, категория размещения – на улице.
Предохранители типа ПК применяются при напряжении до 10 кВ;
ПКТН – до 35 кВ; ПС, ПСН – до 110 кВ при наружной установке.
Пример: ПСН-110-50/50-2,5 УI – предохранитель стреляющий, наружной установки, на 110 кВ, номинальный ток предохранителя Iном.п = 50 А; номинальный ток плавкой вставки
Iном.в= 50 А 1- трубка из газогенерирующего материала, 2 – плавкая вставка, 3 –металлический колпак, 4 –скоба, 5 –проводник, 6 –наконечник, 7 –рычаг, 8 – держатель, 9 – изоляторы.
Рисунок 4 - Предохранитель стреляющий ПСН – 35 и изолятор силиконовый на 110 кВ
максимальный ток отключения Iмакс = 25 кА; масса 800 кг, габариты: длина – 1480 мм; ширина –2130 мм.
Выбор предохранителей производится:
- по назначению;
- по рабочему напряжению;
- по току плавкой вставки;
- по току отключения предохранителя.
4 РАЗЪЕДИНИТЕЛИ.
Высоковольтные разъединители предназначены для включения и отключения электроустановок (только без нагрузки!) и обеспечения видимого разрыва цепи. Разъединители применяют при любом напряжении внутри электроустановок, в КРУ и в открытых распредустройствах наружных установок. Разъединителями разрешается отключать ток 30 А при напряжении до 10 кВ, а также ток 5А до 35 кВ при замыкании на землю.
Разъединители выпускаются на номинальный ток до 5000 А. Разъединители бывают одно-, двух-, трехполюсные; с заземляющими ножами и без них.
По способу действия различаются: вертикально-рубящего типа, поворотного, штепсельного (втычного) типа, поступательного действия.
Маркировка разъединителей:
РВ(З) – вертикально-рубящего типа внутренней установки (с заземляющими ножами) – до 35 кВ.
РВП(З) – с поступательным движением внутренней установки.
РВФ(З) – с проходными изоляторами (для перехода в другое помещение)
РЛНД – линейный, наружной установки, двухколонковый поворотного типа (в горизонтальной плоскости) – до 500 кВ.
РПД – подвесной до 500 – 700 кВ.
РНВ(З) – наружной установки с вертикальным движением ножей.
Пример: РНД - 500/1000-УI – разъединитель наружной установки, двухколонковый, Uном=500 кВ, Iном = 1000 А, масса 6-7 т., габариты: высота – 6,4 м, ширина – 6 м.
В обозначениях разъединителей также применяются следующие буквы:
О – однополюсный, У – усиленная изоляция, Б – с механической блокировкой ножей, П – с рычажной передачей.
Рисунок 5 – Разъединитель трехполюсный вертикально-рубящего типа внутренней установки РВФ 10/630
Выбор разъединителей производится:
- по напряжению
- по номинальному рабочему току
- по току термической стойкости в режиме КЗ
Приводы разъединителей. Для включения разъединителей применяются различные приводы, позволяющие производить коммутацию на определенном расстоянии.
- рычажный ПР-3; ПР-10; ПР-11 – применяются для разъединителей типа РВ, РВО, РЛВО, РВФ(З)
- двигательный (моторный) ПД-12
- рычажный для наружной установки – ПРН-1; ПРН-3.
3. ВЫКЛЮЧАТЕЛИ НАГРУЗКИ.
Выключатели нагрузки предназначены для отключения электроустановок напряжением до 10 кВ под нагрузкой (но не при КЗ!) и для обеспечения видимого разрыва цепи. По конструкции похожи на разъединители, но с дугогасителными камерами, содержащими вкладыши из органического стекла.
Номинальный ток выключателя нагрузки – 400; 630 А.
Типы: ВНП-16, 17 – выключатель нагрузки с предохранителями. Гашение электрической дуги происходит за счет выделения газа при разложении вкладышей из органического стекла при действии электрической дуги.
Эти выключатели также называют автогазовыми. В некоторых выключателях применяют катушки магнитного дутья или дутье воздуха. Замена вкладышей производится через 150-200 отключений при токе 100 А, однако при токе 400 А – после 3-4 отключений.
Рисунок 6 – Общий вид КРУ с выключателем нагрузки ВНП и конструкция автогазового выключателя нагрузки ВН – 10.
Привод выключателей –ручной, рычажный типа ПР; ПРА-17; (А – для дистанционного управления) ПЭ -11 – электромагнитный. В настоящее время находят применение вакуумные и элегазовые выключатели нагрузки отечественного и зарубежного производства, однако они не обеспечивают видимый разрыв цепи при отключении, поэтому при их использовании необходимо применение разъединителей.
4. КОРОТКОЗАМЫКАТЕЛИ И ОТДЕЛИТЕЛИ.
Короткозамыкатели предназначены для создания искусственного замыкания на землю в сетях напряжением 35-220 кВ при повреждениях на трансформаторных подстанциях, не имеющих силовых выключателей. При создании КЗ на землю срабатывает защита на питающей подстанции (РПС) и питающая линия отключается. Короткозамыкатели имеют дистанционного управление с помощью электромагнитного или моторного привода.
Пример: КЗ-110-12, 5 -У1- напряжение 110 кВ, 12,5 кА – максимальный ток аппарата.
Отделители предназначены для автоматического отключения питающей линии в период бестоковой паузы (после срабатывания короткозамыкателя и защиты на РПС). После отключения отделителя питающая линия снова может включиться, но напряжение на ГПП поступать не будет, т.к. отделитель отключен.
Конструктивно отделитель похож на разъединитель с автоматическим приводом. Отделители применяются при напряжении 35-220 кВ.
Пример: ОД-110-У-1000-УI. Отделитель двухколонковый (поворотный в горизонтальной плоскости), на 110 кВ, Iном = 1000 А, для умеренного климата, размещение – на улице. Габариты: высота – 210- 250 мм, ширина – 1535 мм на один полюс, масса без привода – 780 кг.
5. СИЛОВЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ.
Силовые выключатели применяются при любом напряжении для коммутации электрических цепей в любых режимах, в т.ч. при КЗ. Основные параметры: Uном, Iном, Iмакс. (ток отключения при КЗ), Sмакс – мощность отключения при КЗ, tсв – время собственное отключения
Силовые выключатели разделяются:
- по роду установки: внутренней и наружной,
-по роду дугогасящей среды: масляные, воздушные, электромагнитные, элегазовые и вакуумные.-по количеству и объему масла масляные делятся на многообъемные и малообъемные выключатели.
5.1. Масляные выключатели многообъемные (баковые) с большим объемом масла применяются при напряжении до 220 кВ, имеют большое время отключения – до 0,15 с, пожароопасные, т.к. содержат много масла. Кроме этого масло из выключателей необходимо менять после каждого отключения тока КЗ. При напряжении 6-10 кВ все три полюса выключателя помещаются в общий бак. При напряжении свыше 10 кВ выключатели имеют отдельные баки на каждую фазу. В настоящее время большинство масляных выключателей заменяются на более современные, не содержащие масла.
Типы выключателей:
ВМЭ-6-200-I, 25 У2 – экскаваторный баковый
ВМБ-10-200-1.25 – баковый
С-35М-630-IО УI – баковый серии «С»
МКП-110-1000-20 УI – камерный подстанционныйУ-220-2000-40 УI – серия «Урал» на 20 кВ; Iном=2000 А; Iоткл = 40 кА для наружной установки, умеренного климата.
В выключателях применяется специальное трансформаторное масло, имеющее высокую электрическую прочность, высокую антиокислительную стабильность, низкую температуру застывания, в масле не допускается наличие механических примесей и воды. Марки масел: ТК, ТКп, АТМ-65 (арктическое с t застывания - минус 65 C), (К — кислотной очистки, П — с присадкой ионол).
Гашение дуги в масле широко применялся и продолжает применяться в масляных выключателях переменного тока на высокое напряжение. Контакты выключателя погружаются в масло. Возникающая при разрыве дуги высокая
температура (5000-6000 0С) приводит к очень интенсивному испарению окружающего ее масла с диссоциацией его паров вдоль дуги. Вокруг дуги образуется газовая оболочка -.
1-неподвижный контакт, 2-подвижный, 3-стенка полюса (бака), 4-масло, А-дуга, Б-водородная оболочка, В-зона распада, Г-зона газа, Д-зона пара, Е-зона испаренияРисунок 7 - Гашение дуги в масле при размыкании контактов.
газовый пузырь, состоящий в основном из водорода (70 — 80% газов пузыря) и паров масла. При этом водород, обладающий наивысшими среди всех газов дугогасящими свойствами, наиболее тесно соприкасаются со стволом дуги. Выделяемые с большой скоростью газы проникают непосредственно в зону ствола дуги, вызывают перемешивание холодного и горячего газа в пузыре, создают интенсивное охлаждение и деионизацию дугового промежутка, особенно в момент прохождения тока через естественный нуль.
Быстрое (взрывное) разложение масла приводит к повышению давления внутри пузыря, что также способствует гашению дуги. В обычных инструкциях масляных выключателей давление в газовом пузыре повышается до 0,5-1 МПа, а в выключателях с дугогасительными камерами - еще больше.
Следует отметить, что сам процесс разложения масла с образованием газопаровой смеси с отбором от дуги большого количества энергии (30 - 35 %), что также благоприятно влияет на гашение дуги.
Процесс гашения в масле происходит тем интенсивнее, чем ближе соприкасается дуга с маслом и чем быстрее движется масло по отношению к дуге. При простом разрыве дуги в масле дуга окружена пузырем, заполненным парами масла и газа, находящимися в относительно спокойном состоянии. Воздействие самого масла на дугу относительно мало. Воздействие масла на дугу существенно увеличивается, если дуговой разрыв ограничить каким-либо замкнутым изоляционным устройством, так называемым дугогасительным устройством (камерой). В дугогасительных камерах создается более тесное соприкосновение масла с дугой, а также интенсивное обдувание дуги потоками газов, паров масла и самим маслом, в результате чего значительно возрастает продольный градиент напряжения, ускоряется процесс деионизации, сокращается время горения дуги, уменьшается ход контактов по сравнению с простым разрывом в масле.
В случае когда дуга горит в газовом пузыре, объем которого не ограничивается стенками, средняя температура газопаровой смеси находится в пределах 800-1000 К, а в случае горения дуги в узком, ограниченном объеме при больших токах средняя температура газопаровой смеси достигает 2000 - 2500 К, т.е. отвод энергии от дуги здесь значительно больший.
Дугогасительные устройства масляных выключателей по принципу действия могут быть разделены на три основные группы:
1.Дугогасительные устройства с автодутьем, в которых дутье газопаровой смеси и масла в зону гашения дуги создается за счет энергии, выделяющейся в самой дуге.
2.Дугогасительные устройства с принудительным (импульсным) масляным дутьем, у которых масло в зону гашения дуги (к месту разрыва) подается с помощью специальных нагнетающих гидравлических механизмов за счет постороннего источника энергии.
3.Дугогасительные устройства с магнитным гашением дуги в масле, у которых столб дуги под влиянием поперечного магнитного поля перемещается в узкие, заполненные маслом каналы и щели, образованные стенками из изоляционного материала.
Наибольшее распространение находят дугогасительные устройства первой группы, так как обеспечивают большую эффективность гашения при сравнительно несложных конструкциях.
Принципиальные схемы работы простейших дугогасительных камер с автодутьем основаны на следующем. Газовый пузырь, образующийся вокруг дуги при размыкании контактов, приводит к существенному повышению давлении в ограниченном объеме камеры. Масло и продукты его разложения, стремясь выйти через отверстия в камере, создают интенсивное обдувание дуги потоками газопаровой смеси и масла.
1-масло, 2-неподвижный контакт, 3-клапан, 4-дуга, 5-газовый пузырь, 6-камера,7-подвижный контакт
Рисунок 8 – Гашение дуги в масляной среде с продольным (а) и поперечным (б) дутьем
Масляный баковый выключатель 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 объемом, последний — меньшей прочностью, но и меньшим объемом. В последнее время находит применение так называемая чечевицеобразная форма бака, обладающая повышенной прочностью при небольшом объеме.
Бак заливается до определенного уровня трансформаторным маслом. Между поверхностью масла и крышкой бака должен остаться некоторый свободный объем (обычно 20 — 30% объема бака) — «воздушная буферная подушка», сообщающаяся с окружающим пространством через газоотводную трубку. Воздушная полушка 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 определенных соотношениях привести к образованию взрывчатой смеси (гремучего газа) и взрыву выключателя. Высота уровня масла над местом разрыва контактов определяется номинальным напряжением и отключаемой мощностью. Например, в выключателях 6—10 кВ с отключаемой мощностью 200 — 400 MBА она составляет 300 — 600 мм, а в выключателе на 220 кВ, 3500 MB-А она равна 2300-2500 мм.
Наиболее широко применяются торцовые и розеточные контакты.
При напряжениях 3 — 6 кВ и малых отключаемых мощностях применяется простой разрыв в масле, при напряжениях до 10 кВ и мощности отключения до 100 MB • А — простейшие дугогасительные камеры.
Рисунок 9 – Полюс масляного выключателя
На напряжения 35 кВ и выше используются дугогасительные устройства с продольным, поперечным или продольно-поперечным дутьем с многократным разрывом дуги.
Рисунок 10 – Схема устройства малообъемного масляного выключателя ВМП – 10 (три полюса)
5.2. Малообъемные масляные выключатели. У них, в отличие от многообъемных, масло предназначено только для гашения дуги. Дуга гасится потоком масла, или газомасляной смеси, которая образуется в результате разложения масла от действия высокой температуры дуги. Движение потока масла происходиит при отключении выключателя за счет поршневого эффекта подвижных элементов.
Достоинством этих выключателей является меньшая пожароопасность, взрыврбезопасность, меньшее время срабатывания (меньше 0,1 с), меньшие габариты и масса. Конструктивно выключатель выполнен в виде трех отдельных полюсов, горшков или колонок, связанных общей рамой и общим приводом.
Типы выключателей: - ВМПЭ, ВМПП — выключатель масляный подвесной с электрическим (Э), пружинным (П) приводом. Uном до 10 кВ; Iном до 3200 А; Iоткл. до 31,З кА; t откл=0.07 – 0.1 с; масса 200 - 225 кг, применяется в КРУ внутри помещений. Пример: ВМПЭ-10-630-31,5 У3.
-ВМГ-133; ВПМ-10; ВМК-27; ВТ-35 - старые типы выключателей, сняты с производства;
-МГ-10 - горшковый, мощный генераторный выключатель, Uном. до 10 кВ; Iном до 5000 A, Iоткл. до 45 кА; то же МГГ.
-МГУ-10 - выключатель с усиленным гашением дуги за счет встречно-поперечного дутья.
-ВГМ-10 — маломасляный до 10 кВ, 630 А.
-ВК-10 — колонковый до 10 кВ, 1600 А; до 31,5 кА, притменяется для КРУ наружной и внутренней установки t откл, = 0,05 с., масса 160 - 190 кг.
5.3. Воздушные выключатели. Действие этих выключателей основано на гашении электрической дуги за счет мощного потока воздуха, выдувающего дугу из зоны действия основных контактов. Масла эти выключатели не содержат.
Выключатели применяются при напряжении 35 кВ и выше. Эти выключатели имеют большую массу и габариты, специальную компрессорную установку и ресивер, что приводит к большей стоимости, однако в связи с пожаробезопасностью и малым временем отключения (0,04- 0,08 с) они применяются на ответственных электростанциях и подстанциях. При отключении такого выключателя расходуется до 40 м3 воздуха при давлении до 2 - 3 МПа.
Типы выключателей:
ВВГ-20-2000-160 У1 — выключатель воздушный генераторный на 20 кВ, 2000 А и ток отключения 160 кА, масса 10 т.
ВВУ-35-2000-40 XЛI - усиленный по восстановлению электрических характеристик, для холодного климата, наружной установки, масса 7,5 т. ВВБМ-330-2000-31, 5 ХЛI — воздушный, баковый, малогабаритный, масса 18 т. ВВД — с повышенным давлением воздуха. (ВВД-220-40-3200 ХЛI)
Рисунок 11 – полюс воздушного выключателя ВНВ –220-10. 1-дутьевой клапан, 2-опорная колонка камеры, 3-гасительная камера, 4-аппаратные выводы, 5-отделитель, 6-опорная колонка отделителя, 7-дутьевой клапан отделителя, 8-ресивер, 9-обратный клапан, 10-шкаф управления, 11-трубопровод, 12-токоведущая шина
Рисунок 12 - Схемы воздушного дутья:
По отношению к стволу дуги поток воздуха может быть поперечным -поперечное воздушное дутье, продольным - продольное воздушное дутье и продольно - поперечное дутье. Продольное и продольно-поперечное дутье может быть односторонним и двусторонним.
По эффективности воздействия на дугу лучшие характеристики дают камеры поперечного дутья, но их работа связана с большим расходом воздуха. Поэтому они находят преимущественное применение в выключателях на большие номинальные и отключаемые токи при напряжении до 20 кВ.
Достоинствами камер продольного и продольно-поперечною дутья являются возможность создания простых устройств с многократным разрывом дуги, простое регулирование дутья формой контактов и выхлопных отверстий и сравнительно небольшой расход воздуха.
В последние годы для гашения дуги начинает применяться элегаз (шестифтористая сера SF6), полученный впервые в Советском Союзе. Элегаз очень устойчивый инертный газ, имеющий высокие электроизоляционные свойства, что позволяет использовать его в качестве дугогасительной среды в коммутационных аппаратах.
Рисунок 13 - Схемы дугогасительных устройств с магнитным и газовым дутьем
5.4. Элегазовые и вакуумные силовые выключатели. В настоящее время в США, Европе , Японии широко применяются, а в нашей стране начинают применяться элегазовые и вакуумные силовые выключатели на напряжение 10, 35, 110 кВ и выше. На их основе изготавливаются КРУ с элегазовыми выключателями (КРУЭ или ЯЭ), или с вакуумными (КВ) выключателями.
Зарубежные и отечественные производители выпускают элегазовые выключатели на напряжение 10, 55, 110, 220 кВ, встроенные в КРУЭ или ЯЭ, и вакуумные выключатели ВВ-10, ВВТ-10, ВВЛ-35 для внутренней установки и ВВК-35 и ВВК-110 - для наружной установки.
Элегазовые выключатели применяются при изготовлении КРУ на напряжение выше 10 кВ, что невозможно было при использовании масляных выключателей. Элегазовые КРУ применяются при напряжении 35, 110, 150, 220 кВ и выше. В связи с их уменьшенными габаритами имеется возможность применять на подстанциях закрытые (ЗРУ) вместо открытых (ОРУ) распредустройства.
Основными достоинствами элегазовых и вакуумных выключателей являются: повышенный уровень безопасности, большой срок службы без ремонтов, меньшие габариты и масса, пожаро- и взрывобезопасность, быстродействие. Недостатком можно считать высокую стоимость при единичном производстве и повышенный уровень коммутационных перенапряжений, что требует применение специальных ограничителей перенапряжений (например: ОПН - ограничитель перенапряжения нелинейный).Выбор типа выключателя для КРУ (вакуумного или элегазового) производится исходя из следующего. При необходимости частой коммутации (например: электропечных трансформаторов) и активно-индуктивном характере нагрузки коммутируемой цепи следует применять вакуумные выключатели . Для коммутации цепей с емкостным характером(конденсаторные батареи, статические тиристорные компенсаторы, фильтро-компенсирующие устройства) следует использовать элегазовые выключатели. Элегазовые выключатели используются чаще при напряжении до 500 кВ, а вакуумные – до 35 кВ. Применение элегазовых и вакуумных выключателей и КРУ на их основе является одним из путей повышения надежности схем электроснабжения ответственных потребителей, уменьшение эксплуатационных расходов и улучшения условий труда и окружающей среды.
5.4.1 Элегазовые выключатели. В этих выключателях гашение дуги происходит за счет действия электротехнического газа (элегаза), дугогасящие свойства которого в 4-5 раз лучше, чем у воздуха. Химическая формула элегаза — SF6 . Среди типов выключателей при напряжении 6 – 10 кВ часто применяюится выключатели серий FV и LF.
Рисунок 14 - Общий вид выключателя серии LF для напряжения 6—10 кВ
В элегазовых силовых выключателях и выключателях нагрузки и контакторах используется шестифтористая сера (SF6, элегаз) для изоляции и дугогашения. Рабочие части имеют оболочку из изоляционного материала, которая служит для герметизации систем, находящихся под давлением, в соответствии со стандартом МЭК. В России применяются элегазовые КРУ различных фирм, например Schneider серии МС -set.
Аппараты, составляющие основу ячеек MC-set, имеют следующие отличительные характеристики:
• длительный срок службы, отсутствие необходимости технического обслуживания рабочих элементов, повышенная электрическая прочность, низкий уровень коммутационных перенапряжений, безопасность эксплуатации, нечувствительность к условиям окружающей среды, сохранение возможностей отключения и диэлектрической прочности независимо от атмосферного давления, низкое давление элегаза.
Элегазовые силовые выключатели серии LF могут устанавливаться в приемных и линейных ячейках AD и CL.
Принцип действия силового выключателя LF. Выключатели серии LF приводятся в действие приводом аккумуляторного типа RI. Гашение дуги основано на явлении автокомпрессии в элегазе. Три главных полюса находятся в изолирующей оболочке, заполненной элегазом под сравнительно низким давлением в 0,15 МПа (1,5 бар). Использование элегаза под низким давлением обеспечивает высокую надёжность герметизации. При размыкании цепи сначала размыкаются главные, затем вспомогательные контакты. Принцип гашения дуги основан на автокомпрессии с использованием техники вращения дуги и эффекте температурного расширения. Вспомогательные (дугогасительные) контакты помещаются в камеру, служащую объёмом расширения.
Рисунок 15.1- Выключатель включен. Главные и вспомогательные контакты замкнуты.
Рисунок 15. 2 - Начало процесса отключения. Глав ные контакты размыкаются, вспомогательные еще замкнуты.
При отключении сначала размыкаются главные контакты, затем – дугогасительные. При размыкании главных контактов ток проходит только через дугогасительные контакты и начинает работать дугогасительная катушка, вызывающая вращение дуги.
Рисунок 15. 3 - Гашение дуги. Главные и вспомогательные контакты разомкнуты.
Разделение дугогасительных контактов. Главные контакты разомкнуты. Дугогасительные контакты начинают размыкаться, начинает работать катушка. Дуга вращается под действием магнитного поля, порождённого катушкой и при этом охлаждается. Избыточное давление в камере расширения, обусловленное повышенной температурой из-за дуги, сдвигает дугу перпендикулярно оси дугогасительных контактов.
Рисунок 15.4 - Выключатель отключен. Главные и вспомогательные контакты разомкнуты.
На этом процесс отключения выключателя завершен.
Кроме силовых выключателей элегаз используется в других аппаратах, например, ввыключателях нагрузки, отличающихся от первых меньшими величинами номинальных и максимальных токов. Принципиальная схема конструкции такого аппарата представлена на рисунке . Следует иметь ввиду, что выключатели нагрузки отечественного производства должны иметь видимый разрыв цепи в отключенном состоянии, что невозможно при наличии элегазовой камеры, поэтому эти выключатели должны устанавливаться совместно с разъединителями.
аппарат включён аппарат отключен аппарат заземлён
Рисунок 16 - Принципиальная схема элегазового выключателя нагрузки
5.5. Электромагнитные выключатели. По конструкции и принципу действия похожи на контакторы трехфазного тока. Применяются при напряжении 6-20 кВ. Гашение дуги происходит за счет магнитного дутья, т.е. взаимодействия магнитных полей электрической дуги и катушки магнитного дутья. Выключатели не требуют масла и сжатого воздуха, имеют большой срок службы и малое время срабатывания (0,06 c). Контактная система состоит из основных (1 и 2) и дугогасительных (3 и 10) контактов. Дугогасительная система состоит из изоляционной камеры 4 и П-образного магнитопровода 5 с дугогасительной катушкой 6. Гашение дуги происходит в дугогасительной камере. При размы-кании электрической цепи первыми размыкаются главные контакты, затем дугогасительные контакты (зоны А и Б). При этом между дугогасительны-ми контактами возникает дуга, которая под действием теплового пото-ка и электродинамических сил поднимается вверх. -Участок дуги шунтируется катушкой магнитного дутья и дуга на этом участке гаснет. Магнитное поле катушки из зоны дугогасительных контактов втягивает остаток дуги в керамическую камеру и далее в зоны , где дуга гаснет. В некоторых выключателях дополнительно применяется автовоздушное дутье.
Дуга гасится в дугогасительной камере. При размыкании электрической цепи первыми размыкаются главные контакты, затем дугогасительные контакты. При этом между дугогасительны-ми контактами возникает дуга, которая под действием теплового пото-ка и электродинамических сил поднимается вверх. Участок дуги шунтируется катушкой магнитного дутья и дуга на этом участке гаснет. Магнитное поле катушки из зоны дугогасительных контактов втягивает остаток дуги в керамическую камеру и далее в зоны В, Г А, где дуга гаснет за счет охлаждения и воздушного дутья.. Применяются электромагнитные выключатели в КРУ 6-10 кВ. По сравнению с выключателямиВМП-10 и ВК-10 они имеют большую массу и габариты.
Типы выключетелей:
- ВЭ-6(10) — выключатель электромагнитный на 6(10) кВ; Iном — до 3150 А; Iоткл. до 40 кA; масса 500- 700 кг; t откл.=0,06c., трехполюсный, для КРУ типа КЭ.
- ЗЭС-6 сейсмостойкий, остальные параметры те же.
-ВЭВ-6-630-16 У5 - электромагнитный воздушный для КРУ на подземных работах, имеет уменьшенные габариты и массу ( 240 кг ).
-ВЭМ-6-3200-40 - выключатель электромагнитный для КРУ общепромышленого применения.
Все выключатели имеют выкатное исполнение и втычные пальцевые или розеточные контакты, выполняющие функции линейного и шинного разъединителей.
5.6 Вакуумные выключатели. Современные выключатели, использующие для гашения дуги вакуумную камеру. Разработаны конструкции для напряжения 6-35 кВ, позволяющие постепенно вытеснять масляные и электромагнитные выключатели. Вакуумные выключатели имеют небольшие габариты и массу, пожаро- и взрывобезопасны, надежны и не требуют ремонта. Недостатки - высокая стоимость и коммутационные перенапряжения.. Основнойэлемент- вакуумная камера. Давление в камере - 1,33*10-6Па, при этом давлении электрическая дуга практически не возникает. Ход контактов 10- 20 мм (для сравнения - у ВМП -10 - около 200 мм), время отключения — 0,02 с. Камера может занимать любое положение в пространстве. Данные камеры КДВ-10-3200-3I,5 — камера дугогасительная вакуумная, на 10 кВ, Iном — 3200 А; Iоткл.- 31,5 кА; Imax = 80 кА, ход подвижного контакта — 14 мм, масса 14,5 кг.Число отключений зависит от тока отключения: При токе 1, 6кА - 20000 циклов, при токе - 2,0 кА - 10000 циклов, 3, 2 кА - 3000 ц., при токе 31,5 кА - 25 циклов.
Рисунок 18 - Выключатели ВПМ-10, ВМП-10 и ВВТЭ-10.
Типы вакуумных выключателей:
- ВВТ (Э, П) - 10 - 630-20 У2 - выключатель вакуумный, трехполюсный, для экскаваторов или передвижных объектов. Uном = 10 кВ, Iном=630 А; Iоткл.=20 кА, для наружной установки, применяется в КРУ экскаваторов, ПРП, могут быть стационарные и выдвижные.
- ВВЭ-10 - выключатель для КРУ общепромышленных установок при частой коммутации. Iном до 3,15 кА, Iоткл. до 3I,5 кА исполнение У или Т, выдвижные. Рабочее напряжение - до 11 кВ. ВВВ-10 - выключатель для встраивания в КРУ потребителей небольшой мощности, стационарные, на 10 кВ, Iном=320 А; Iоткл.=2 кА.
- Эволис 6(10) кВ (фирмы Шнейдер-Электрик)- выключатель вакуумный, рабочее напряжение 6 или 10 кВ, номинальный ток 630, 1250, 1600 и 2500 А.
- ВВ -тел- выключатель на напряжение 6-10 кВ фирмы Таврида-Электрик.
Рисунок 19 - Устройство и внешний вид вакуумных дугогасительных камер КДВ-10 и Эволис
б
в
а
Рисунок 20 - Общий вид (а), вид на вакуумные камеры (б), и расположение выключателя выключателя Эволис на выкатном элементе КРУ- 10 кВ (в)
Ток отключения большинства выключателей - 25 кА, 31,5 кА или 40 кА, масса - около 100 кг.
5.6 Приводы силовых выключателей. Выключатели высокого напряжения нельзя включать и отключать вручную по условиям безопасности и недопустимости медленного замыкания и размыкания контактов. Поэтому все выключатели имеют специальные приводы, позволяющие производить коммутацию дистанционно и быстро. Приводы бывают: ПЭ- электромагнитный, ПП - пружинный, ПД - моторный (двигательный), ПГ – грузовой .
Большинство приводов устроены таким образом, что при включении выключателя приводом взводятся пружины и выключатель "встает на защелку”, а привод отключается. Для отключения выключателя необходимо выбить защелку с помощью отключающего электромагнита и за счет действия пружин произойдет отключение.
Привод ПЭ-11 часто применяется для управления выключателями при напряжении 6-10 кВ. Он имеет электромагнит включения УАС напряжением 110 или 220 В, механизм свободного расцепления, отключающую катушку (электромагнит отключения) УАТ переменного или постоянного тока и вспомогательные контакты сигнализации положения выключателя (КСА).
Некоторые приводы используют вместо механизма свободного расцепления систему с электромагнитным удержанием якоря (например у выключателей ВНВЛ, ВВТЭ), однако при этом расходуется энергия на работу электромагнита для удержания якоря в притянутом состоянии.
Привод выключателя Эволис (МСН) работает по принципу мотор-редуктор, который предназначен для взвода и повторного автоматического взвода пружин привода включения. Это позволяет включить аппарат после его отключения, так как пружины остаются во взведенном состоянии после срабатывания мотора привода, который отключается с помощью концевого выключателя. Привод имеет катушки включения (XF) и отключения (MX). Катушки позволяют производить операции ВКЛ. и ОТКЛ., если взведены пружины привода. Имеется также ручной привод на случай выхода из строя механического. Выключатель может блокироваться в положении ОТКЛЮЧЕНО путем фиксации кнопки навесным замком или специальными невыпадающими ключами.
Выключатели серии LF также имеют моторный пружинный привод RI энергосберегающего действия, аналогичный приводу Эволис.
Рисунок 21 - Принципиальная схема устойства вакуумного выключателя ВВ-тел «Таврида-электрик»
6 СОВРЕМЕННЫЕ СИЛОВЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ И КРУ НА НАПРЯЖЕНИЕ СВЫШЕ 10 кВ.
6.1 Элегазовые КРУ. Элегаз ( SF6 -шестифтористая сера) - обладает высокими изоляционными и дугогасящими свойствами, что определяет возможности его широкого применения в компллектных распределительных устройствах (КРУ) и коммутационных аппаратах. Практическое применение элегаз получил в конце пятидесятых годов сначала в США, а затем в Европе и Японии, а с1980-х годов –в СССР.
Основные достоинства элегаза: высокое напряжение пробоя (в 2,5 - 3 раза выше, чем в воздухе); пожаро- и взрывобсзопасность (не горит и не поддерживает горение); высокая химическая стабильность; быстрое гашение дуги в коммутационных аппаратах, низкое давление.
КРУ с элегазовой изоляцией (КРУЭ) имеют существеннные преимущества перед КРУ традиционных исполнений, важнейшим из которых являются малые габариты. Это определило основные области применения КРУЭ - промышленные предприятия, особенно при необходимости расширения в условиях ограниченной территории, крупные города, горные области и т. д. Другим важным достоинством КРУЭ является возможность их работы в загрязненных средах (металлургические, химические предприятия и т. д.), что резко сокращает расходы на эксплуатацию. Повышается и безопасность обслуживания, так как токоведущие элементы находятся в заземленной металлической оболочке, заполненной элегазом, что исключает возможность прикосновения к токоведушнм частям, а также возникновения открытой электрической дуги. В зарубежной практике КРУЭ напряжением 110-500 кВ получили широкое распространение, причем с ростом номинального напряжения увеличивается доля КРУЭ в общем объеме сооружаемых распределительных устройств. Используются КРУЭ и на напряжения выше 500 кВ.
Серийно выпускаются и отдельные коммутационные аппараты, прежде всего выключатели напряжением 10 кВ и выше, процесс дугогашения в которых происходит в элегазе. Такие выключатели могут встраиваться в КРУ традиционных исполнении с воздушной или комбинированной изоляцией токоведущих элементов, а также устанавливаться в распределительных устройствах внутренней и наружной установки.
В России освоено производство элегазовых КРУ напряжением 110 и 220 кВ, а также отдельно стоящих выключателей на эти напряжения. Кроме отечественных, на практике ис-
пользуются аналогичные аппараты зарубежного производства.
Рисунок 22 - Электрическая схема привода МСН выключателя Эволис
Рисунок 23 - Схема устройства и электрическая схема привода ПЭ - 11
Рисунок 24 - Устройство и общий вид КРУ МС-set на напряжение 6 - 10 кВ
Рисунок 25 - Общий вид и разрезы КРУ стационарного типа (КСО), выкатного КРУ-2-10 и наружной установки КРУН-6
В настоящее время в промышленных и городских сетях применяются КРУ различного типа производства отечественных и зарубежных производителей. На рисунках показано устройство некоторых широко применяемых моделей. Из рисунов видно, стационарные КРУ конструктивно отличаются от выкатных, КРУ наружной установки имеют защиту от влияния климатических условий и салазки для передвижения. Отличие современных КРУ заключается в использовании вакуумных или элегазовых силовых выключателей или выключателей нагрузки, что позволяет уменьшить габариты и массу оборудования. В целях повышения надежности и безопасности применяются элементы микропроцессорной техники в системах защиты и автоматики электроснабжения.
6. 2 Ячейки элегазовые трехполюсные ЯЭ-110, ЯЭ-220 Предназначены для работы в КРУ на номинальное напряжение 110 кВ с номинальной частотой 50 Гц в нормальном и аварийном режимах в сетях переменного тока с заземленной нейтралью. Климатическое исполнение У, категория размещения - 4. Выпускаются линейные ячейки (с трехполюсными сборными шинами с одной или двумя системами сборных шин), секционные, шиносоединительные и ячейки трансформатора напряжения, а также элементы элегаэового токопровода.
Ячейки состоят из трех полюсов и шкафа (шкафов). Полюс ячейки состоит из унифицированных для данного класса напряжения элементов: сборных шин, полюсов выключателей, разъединителей и заземлителей, а также промежуточных и соединительных элементов, трансформаторов тока и напряжения. Виды и количество элементов и шкафов, входящих в ячейку, определяются ее типом.
Принципиальные электрические схемы ячеек приведены на рисунке 12. Каждый полюс выключателя снабжен пневматическим приводом, каждый полюс разъединителя - электродвигательным или пневматическим приводом, а каждый полюс заземлителя - ручным приводом. В конструкция полюса разъединителя предусмотрена возможность ручного управления: при электродвигательном приводе с помощью специальной рукоятки, при пневматическом приводе с помощью специального устройства. Линейные ячейки допускают присоединение к ним кабельных вводов для одного или двух кабелей низкого давления сечением 150 - 625 мм2 в свинцовой алюминиевой оболочке или токопроводов.
Ячейки ЯЭ-220 предназначены для работы в КРУ в сетях с номинальным напряжением 220 кВ. Климатическое исполнение У. категория 4 по ГОСТ 15150-69*. Условия применения, состав ячеек и схемы электрических соединений КРУЭ-220 аналогичны КРУЭ-110. Отличие заключается в том, что сборные шины у КРУЭ-220 - однополюсные, что определяет компоновку ячеек КРУЭ-220, отличающуюся от компоновки КРУЭ-110.
right0
Рисунок 25 - Принципиальные электрические схемы линейной элегазовой ячейки КРУЭ (ЯЭ)-110.
6. 3 Элегазовые выключатели напряжением 35 кВ для КРУ. Элегазовые выключатели на напряжение 35 кВ применяют в КРУ, используемых для электроснабжения предприятий с мощными дуговыми сталеплавильными печами, прокатными станами. Основное назначение выключателей - коммутация и защита фильтрокомпенсирующих цепей (ФКЦ), в том числе статических тиристорных компенсаторов. Они могут использоваться и в цепях других потребителей.
Климатическое исполнение выключателя У, категория размещения 3 по ГОСТ 15150-69*. Тип привода - электромагнитный.
Отличительная особенность выключателя - отсутствие повторных пробоев между контактами в процессе отключения ФКЦ при напряжении больше 0,2 Uф ( номинального фазного напряжения). Это обеспечивает возможность коммутации емкостного тока в цепях конденсаторных батарей и фильтрокомпенсирующих устройств без возникновения опасных для оборудования коммутационных перенапряжений.
По габаритам и установочным размерам, а так же конструктивным решениям установки механизма перемещения, блокировочных устройств, скользящих контактов, соединении вспомогательных цепей выключатель унифицирован с вакуумным выключателем ВВЛ-35, а также взаимозаменяем с ним.6.4 Элегазовые выключатели типа ВЭК-110Б. Элегаэовые выключатели тина ВЭК-110Б предназначены для коммутации в нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока при номинальном напряжении 110 кВ и номинальной частоте 50 Гц. Климатическое исполнение У, категория размещения 1 или 3. Привод выключателя -- пневматический. Габариты (ширина, глубина, высота) -- 4,02 х 1,1 х 5,04 м. Условное обозначение выключателя - ВЭК-110Б-40/2000У1(УЗ).
Разработан элегазовый выключатель ВЭК-220Б-40/2000У1 на номинальное напряжение 220 кВ.
6.5 Вакуумные выключатели на напряжение выше 10 кВ. В последние годы широкое распространение в мировой практике получили вакуумные коммутационные аппараты. В них гашение дуги при коммутации электрической цепи осуществляется в вакуумной дугогасительной камере (ВДК), которая состоит из изоляционной цилиндрической оболочки, снабженной по концам металлическими фланцами, внутри которой помещаются подвижный и неподвижный контакты и электростатические экраны. Неподвижный контакт жестко крепится к одному фланцу, а подвижный соединяется с другим фланцем сильфоном из нержавеющей стали, обеспечивающим возможность перемещения контакта без нарушения герметичности ВДК. Экраны предназначены для защиты оболочки от брызг и паров металла, образующихся при горении дуги, и также для выравнивания распределения напряжения по камере. Оболочка ВДК изготовляется из специальной газоплотной керамики (в некоторых конструкциях - из стекла). Внутри оболочки создается вакуум. В ВДК применяют контакты торцового типа достаточно сложной конфигурации, выполненные из специальных сплавов. В выключателях напряжением до 35 кВ, предназначенных для работы в сетях трехфазного переменного тока промышленной частоты, используются три ВДК (по одной на полюс выключателя), снабженные общим приводом - пружинным или электромагнитным. При напряжении выше 35 кВ в каждом полюсе выключателя используются несколько ВДК, соединенных последовательно.
Основные достоинства вакуумных выключателей, определяющие их широкое применение:
1. Высокая износостойкость при коммутации номинальных токов и номинальных токов отключения. Число отключений номинальных токов вакуумным выключателем (ВВ) без замены ВДК составляет 10-20 тыс., число отключений номинальною тока отключения 20--200, что в 10-20 раз превышает соответствующие параметры масляных выключателей.
2. Резкое снижение эксплуатационных затрат по сравнению с другими выключателями. Обслуживание ВВ сводится к смазке механизма и привода, проверке износа контактов по меткам 1 раз в 5 лет или через 5-10 тыс. циклов «включение-отключение».
3. Полная взрыво- и пожаробезопасность и возможность работы в агрессивных средах.
4. Широкий диапазон температур окружающей среды, в котором возможна работа ВДК.
5. Повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам вследствие малой массы и компактной конструкции аппарата.
6. Произвольное рабочее положение и малые габариты, что позволяет создавать различные компоновки распределительных устройств, в том числе и шкафы с несколькими выключателями при двух-трехъярусном их расположении.
7. Бесшумность, чистота, удобство обслуживания, обусловленные малым выделением энергии в дуге и отсутствием выброса масла, газов при отключении токов КЗ.
8. Отсутствие загрязнения окружающей среды.
9. Высокая надежность и безопасность эксплуатации, сокращение времени на монтаж.
К недостаткам ВВ следует отнести повышенный уровень коммутационных перенапряжении, что в ряде случаев вызывает необходимость принятия специальных мер по защите оборудования, в том числе применение специальных ограничителей перенапряжения.
В России разработаны и выпускаются различные ВВ и ВДК, в электроустановках используются также аппараты зарубежного производства.
6.6 Вакуумные аппараты и КРУ для установок с частыми коммутациями. Вакуумные выключатели типа ВВЭ - 10 используются в серийных КРУ общепромышленного назначения (типа КМ-1, КМ-1Ф, К-104 и др.).
Разработаны вакуумные выключатели с пружинным и электромагнитным приводом для КРУ общепромышленного исполнения типа ВВ-10-20 / 1600 и ВВ-10-31.5 / 3150 на токи отключения 20 и 31,5 кА соответственно. Отличие этих выключателей от ВВЭ-10 в типе привода.
ВВТЭ-10-10/630У2 - для экскаваторов (номинальный ток 630 А, ток отключения 10 кА); ВВТЭ(11)-10-20/630-1000 УХЛ2 - для экскаваторов (номинальный ток 630 и 1000 А, ток отключения 20 кА): ВВТШ-10-20/630 ХЛ5 - для электроснабжения шахт (номинальный ток- 630 А, ток отключения 20 кА).
Кроме перечисленных выключателей выпускаются также вакуумные выключатели для номинального напряжения выше 10 кВ
Вакуумные выключатели ВВЛ-35 выкатного типа разработаны для КРУ напряжением 35 кВ. Климатическое исполнение У, категория размещения - 3. Выключатели предназначены для коммутации электрических цепей дуговых сталеплавильных печей и. других установок с частыми коммутациями в трехфазных сетях переменного тока. Управление выключателем осуществляется электромагнитным приводом (общий на три полюса).
Условное обозначение выключателя - ВВЛ-35-31,5/1600 УЗ и ВВЛ-35-31,5/2500 УЗ.
Разработаны вакуумные выключатели наружной установки типа ВВК-35Б-20/1000У1. Они представляют собой коммутационные аппараты, состоящие из трех полюсов, установленных на общей раме и управляемых электромагнитным приводом. Отличие этих выключателей от ВВЛ-35 по параметрам: номинальный ток- 1000 А: номинальный ток отключения - 20 кА; механическии ресурс - 40 000 циклов «В-О» с заменой камер через 20000 циклов. Для повышения уровня изоляции наружной поверхности ВДК она помещена в фарфоровую покрышку, залитую трансформаторным маслом. Габариты выключателя с приводом (ширина, глубина, высота) - 2,23 х 0,575 х 2,09 м. Масса выключателя с маслом - 880 кг.
Вакуумные выключатели типа ВВК- 110Б-20/1000У 1 предназначены для выполнения коммутационных операций в нормальных и аварийных режимах электроустановок с частыми коммутациями.
Вакуумный выключатель типа ВВК-110Б-20/1000У 1, климатическое исполнение У, категория размещения 1 по ГОСТ 15160-69*, состоит из трех полюсов, установленных на общей раме и управляемых пружинным приводом типа ППК-1000.
В состав каждого полюса входят четыре камеры типа КВД-35-20/1250УХЛ2, соединенные последовательно, опорная изоляция и механизм.
В конструкции выключателя предусмотрено устройство для выравнивания напряжения по камерам полюса.
Габариты выключателя с приводом (ширина х глубина х высота) - 4,38 х 0,75 х 4,58 м. Масса выключателя 2270 кг.
6.7 Вакуумные и элегазовые КРУ напряжением 35 кВ. Для приема и распределения электроэнергии трехфазного тока номинальным напряжением 35 кВ в установках металлургических предприятий (дуговые сталеплавильные печи, прокатные станы и др.) разработаны КРУ, оборудованные вакуумными или элегазовыми выключателями выкатного типа.Применение этих КРУ резко сокращает габариты распределительных устройств (по сравнению с РУ, оборудованными воздушными выключателями), повышает их монтажную готовность, надежность работы и удобство эксплуатации.
6.8 Особенности эксплуатации вакуумных и элегазовых выключателей. Особенностью дуги в вакууме является ее нестабильность при малых токах. Прекращение разряда в вакууме приводит к срезу тока до его естественного перехода через нуль. Ток среза зависит от свойств применяемых контактных материалов, а также от параметров контура тока.
Камеры современных вакуумных выключателей, благодаря специальному подбору контактных материалов, имеют относительно малые токи среза, вполне сопоставимые с токами среза выключателей, имеющих другую дугогасительную среду. С другой стороны, для ВДК характерны большие скорости восстановления электрической прочности межконтакгного промежутка, что поэволяет им отключать высокочастотные токи с большими скоростями изменения тока вблизи нулевого значения. Последнее обстоятельство приводит к многократным повторным зажиганиям и отключениям высокочастотного тока в процессе одной коммутации включения - отключения индуктивной нагрузки, которые могут существенно влиять на уровень коммутационных перенапряжений.
При коммутациях индуктивных токов вакуумных выключателей могут возникать перенапряжения, обусловленные: срезом тока, многократными повторными зажиганиями и трехфазным одновременным отключением. Перенапряжения эти, вследствие вероятностного характера процессов в выключателе, определяются статистическими соотношениями, зависящими от схемы и параметров коммутируемой сети.
Силовые трансформаторы с облегченным уровнем изоляции по ГОСТ 1516.1-76* (сухие, с литой изоляцией) рассчитаны на импульсные перенапряжения с максимальным значением 23 и 34 кВ, соответственно для классов напряжения 6 и 10 кВ, что без применения защиты может оказаться недостаточным для выдерживания максимальных перенапряжений при коммутации.
Наибольшею опасность представляют собой коммутационные перенапряжения для электородвигателей, имеющих пониженные, по сравнению с трансформаторами, уровни изоляции и в особенности пониженную импульсную прочносгь обмотки при воздействии волн с крутым фронтом.Волновые сопротивления двигателей примерно на 2 порядка ниже, чем у трансформаторов, поэтому уровни перенапряжений при обычном срезе тока также значительно ниже. Однако включение двигателя или отключение его пускового тока, как правило, сопровождается многократными повторными зажиганиями и воздействиями волн перенапряжений с крутым фронтом. При определенном сочетании параметров схемы и начальных условий наблюдается постепенное нарастание максимумов волн (эскалация напряжений), при котором они могут достигать пятикратных значений по отношению к фазному напряжению двигателя.
Могут быть предложены следующие технические решения по схемам защиты от перенапряжений электрооборудования напряжением 6-10 кВ, коммутируемого вакуумными выключателями, в установках промышленных предприятий:
1. Для защиты трансформаторов общего назначения с облегченной изоляцией по ГОСТ 1516.1-76* (сухие, литые) у вводов трансформатора между каждой фазой и землей должен быть подсоединен разрядник I группы по ГОСТ 16357- 83* для соответствующего класса напряжения.
2. Для защиты электродвигателей между зажимами каждой фазы двигателя и землей должны устанавливаться последовательные RС-цепочки с параметрами R. = 50 Ом и С = 0,25 мкФ. Ниже приведены требования к основным электрическим .характеристикам RC-цепочек:
Класс напряжения, кВ ..................................................................................................... 6 10
Номинальное напряжение конденсатора, кВ ............................................................... 6,6 11
Мощность, рассеиваемая резистором, Вт ..................................................................... 15 40
Импульсная прочность между зажимами резистора на волне 1,2/ 50 мкс, кВ.....…..40 60
Между зажимами и землей у электродвигателей мощностью выше !000 кВт дополнительно к RC- цепочке должны устанавливаться разрядники I группы по ГОСТ 16357-83* для соответствующего класса напряжения.
3. Для электрооборудования напряжением 6-10 кВ с нормальной изоляцией по ГОСТ 1516.1-76* (маслонаполненные трансформаторы) никаких дополнительных средств защиты не требуется.
При локализации дуговых повреждений в шкафу КРУ предусмотрена дуговая защита, выполненная с помощью клапанов разгрузки давления, соединенных с блок-контактами, обеспечивающими подачу команды на отключение защитного выключателя.
Выбор типа выключателя в КРУ (вакуумный или элегазовый) производится исходя из следующего. При необходимости частых коммутационных операций (например, для коммутации злектропечных трансформаторов) и активно-индуктивном характере нагрузки коммутируемой цепи следует использовать вакуумные выключатели. Для коммутации цепей с емкостнымхарактером нагрузки (конденсаторные батареи, фильтрокопенсирующие устройства, статические тиристорные преобразователи) следует использовать элегазовые выключатели,
7. РАЗРЯДНИКИ И ОГРАНИЧИТЕЛИ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ.
В отличие от выключателей разрядники и ограничители перенапряжений не являются коммутационной аппаратурой, а предназначены для защиты линии, оборудования от атмосферных и коммутационных перенапряжений.
Разрядники предназначены для защиты от перенапряжений при атмосферных явлениях (гроза) и неправильных оперативных переключениях персонала. При грозовых разрядах напряжение достигает 10 млн. Вольт, что может вывести из строя любую электроустановку. От прямых ударов молнии защищают стержневые и тросовые молниеотводы. Разрядник представляет собой элемент, изменяющий свое сопротивление в зависимости от уровня напряжения. При нормальном рабочем напряжении его сопротивление - большое и разрядник является изолятором. При увеличении напряжения выше допустимого в разряднике происходит пробой и он становится проводником, по которому электрический разряд от проводов воздушной линии уходит в землю, т.к. разрядник одним концом присоединен к проводу а другим к заземлителю. При уменьшении напряжения до нормального, разрядник опять становится изолятором.
В разрядниках применяются в качестве рабочего элемента воздушные промежутки и специальные диски из материалов, изменяющих свое сопротивление в зависимости от напряжения:(вилит, гирит, тервит, карбид кремния с миканитовыми, фарфоровыми или слюдяными прокладками).
Величина воздушных промежутков зависит от напряжения:
6 кВ — 10 мм ; 10 кВ — 15 мм ; 35 кВ — 100 мм . Разрядники бывают вентильные (РВ) и трубчатые (РТ). Вентильные применяют на станциях (С) и подстанциях (П), трубчатые – на линиях. На ВЛ разрядники устанавливают в конце и в начале линий и через 150 м от начала и от конца ВЛ.
Типы разрядников:
РВО-6 - разрядник вентильный облегченный, на 6 кВ
РВП-10 - подстанционный на 16 кВ, масса 2,5 кг
РВС-220 – станционный, на 220 кВ (масса 400 кг)
РВМ-35-вентильный с магнитным дутьем на 35 кВ; масса 220 кг, до 110 кВ
РВРД-10 – вентильный с растягиванием дуги, до 10 кВ
РТВ-6 – трубчатый винипластовый, на 6 кВ
РТФ-110 – трубчатый фибробакелитовый на 110 кВ асса 11 кг
ОПНК-6(10) – ограничитель перенапряжения карьерный на 6 (10) кВ
Содержит варисторы, т.е. нелинейные сопротивления (вилит, карборунд, графит).
Рисунок 26 – Разрядник РВО - 10
6.1 Ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН). Ограничители перенапряжения являются аппаратами для глубокого (до 1,6 – 1,85 Uф) ограничения коммутационных перенапряжения с несколько лучшими грозозащитными характеристиками, чем у традиционных разрядников. Ограничители представляют собой высоконелинейное сопротивление на основе оксида цинка. Ограничители ОПН и ОПНИ отличаются схемой соединения. Ограничители с искровыми промежутками (ОПНИ) ограничивают также междуфазные перенапряжения (ОПНИ – 500 – до 1260 кВ при токе 1200 кВ). длина пути утечки изоляции ограничителей – не менее 1,8 см / кВ.
Пробивные напряжения искрового элемента ограничителя ОПНИ – 500 составляет не менее 800 – 1200 мкс /100 кВ.
Ограничители типа ОПНО (облегчённые) устанавливаются только в тех точках распределительного устройства, которые при любых коммутациях не могут оказаться на разомкнутом конце односторонней питаемой линии.
Рисунок 27 - Электрические схемы ограничителей перенапряжения ОПН и ОПНИ.
lefttop
8. РЕАКТОРЫ
Реакторы предназначены для ограничения величины тока КЗ в мощных сетях, когда ток отключения выключателя меньше расчетной величины то КЗ сети, а также для ограничения величины пусковых токов мощных электродвигателей.
Реактор уменьшает скорость нарастания тока К3, как бы растягивая его во времени. Реактор представляет катушку с малым активным сопротивлением и большой индуктивностью, за счет чего и происходит "торможение" нарастания тока КЗ или пускового тока в каждой фазе.
Рисунок 28 - Схема устройства реактора РБАН - 10
Типы реакторов:
РБ - реактор бетонный с медным проводом, вертикальный;
РБА - алюминиевый вертикальный
РБУ (Г) - ступенчатый, Г-горизонтальное расположение;
РБД — с принудительным охлаждением:
Реакторы выбирают по напряжению, току, индуктивному сопротивлению, термической стойкости и динамической стойкости в режиме КЗ.
9.ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ.
Измерительные трансформаторы, (ТА и ТV) применяются в высоковольтных и сильноточных сетях, где невозможно включать приборы измерения, защиты и автоматики непосредственно н сеть из-за большого значения напряжения или тока.
9. 1 Трансформаторы тока, имеют 2 (или одну) обмотки. Первичная включается последовательно в силовую (главную) цепь, к вторичной – подключается средства измерения, защиты и автоматики. Поэтому первичная обмотка имеет мало витков (0; 1; 2;) и выполнена из толстого проводника (шины), а вторичная имеет много витков и выполнена из более тонкого проводника. Ток во вторичной обмотке меньше, чем в первичной в W2/W1 раз. Если вторичная обмотка трансформатора тока останется без нагрузки, то трансформатор может выйти из строя, поэтому его вторичная обмотка закорачивается резистором. Трансформаторы тока выпускаются на любое напряжение.
Первичный ток до 4000 А и более. Вторичный ток — 5 А. Мощность -до 100 ВА.
По конструкции ТА бывает:
- опорные и проходные,
- одно и многовитковые,
- шинные и катушечные,
- внутренней и наружной установки,
- трансформаторы нулевой последовательности, т.е. не имеющие первичной обмотки.
Маркировка ТА: В — втулочный, К — катушечный, Л — литой, М — масляный, У — усиленная изоляция, Н — наружной установки, О — одновитковый, П — проход-ной, З — нулевой последовательности, М — многовитковой, малогабарит-ный, модернизированный, Д — для дифференциальной защиты, Ш — шинный, Ф — фарфоровый, Р — с рымовидными обмотками.
Примеры типов трансформаторов тока: ТЛМ — 10-630/5 ТПЛУ, ТВЛМ, ТФНД, ТШЛП, ТПОЛ и др.
Среди трансформаторов тока конструктивно выделяются трансформаторы тока тулевой последовательности (ТТНП) типа ТЗЛ, ТЗР и др. Они применяются в системах защиты от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью. Для питания схем релейной защиты от замыкания на землю отдельных жил кабеля применяют трансформаторы тока внутренней установки нулевой последовательности типов ТЗ, ТЗЛ с литой изоляцией, ТЗР-1, ТЗРЛ - разъемный, с литой изоляцией. В настоящее время трансформаторы этих типов сняты с производства, взамен их выпускают трансформаторы типа ТЗЛМ-1У(Т)З.
Трансформаторы тока ТЗЛМ-1У (Т) З для защиты от замыканий на землю с литой изоляцией, модернизированный; предназначен для схем релейной защиты от замыканий на землю путем трансформации возникших при этом токов нулевой последовательности; встраивают в КРУ. Трансформатор выполнен в виде опорной конструкции без первичной обмотки - ее роль выполняет трехфазный кабель на напряжение до 10 кВ, пропущенный в окно трансформатора. Вторичная обмотка намотана на тороидальный магнитопровод и залита изоляционным компаундом. Трансформаторы выпускают на номинальное напряжение до 10 кВ, односекундный ток термической стойкости - 140 А, масса - 3,2 кг
Наиболее новыми трансформаторами тока нулевой последовательности являются трансформаторы типа ТНП. Обозначение типа: Т - трансформатор тока, Н - нулевой последовательности, П - с подмагничиванием переменным током, Ш - шинный, З - защита от замыкания отдельных жил кабелей, Л - с литой изоляцией, М - модернизированный, У3 - климатическое исполнение и категория размещения, первое число - число охватываемых кабелей; второе число - класс напряжения, кВ.
Трансформаторы (торы) остаточного тока типа CSH. Трансформаторы (датчики ) тока типа CSH и датчики CW 200 компании " Шнейдер " осуществляют более чувствительную защиту, непосредственно измеряя ток замыкания на землю.
Они отличаются только диаметром и могут быть установлены на одном вводе устройства Sepam (2A) или на другом (30А):
CSH 120 - внутренний диаметр 120 мм
CSH 200 - внутренний диаметр 200 мм
Серия Sepam представляет собой комплект блоков защиты, контроля и управления. Каждый блок Sepam располагает полным набором функций релейной защиты, измерений, управления, контроля и сигнализации, необходимых для того типа применения, для которого он предназначен. Функции имеют широкий диапазон настройки, все виды характеристик срабатывания и могут быть адаптированы к любой схеме защит.
Выбор трансформаторов тока производится по номинальным напряжению, току, термической и динамической стойкости в режиме КЗ.
9.2 Трансформаторы напряжения. Трансформаторы напряжения устроены аналогично обычным трансформаторам, только имеют малые габариты и мощность — от 10 до 1200 ВА. Трансформаторы выпускаются на любое первичное напряжение, номинальное вторичное напряжение U2=100 В. Обе обмотки имеют много витков.
Коэффициент трансформации: Ktv= W1/W2 = U1/(U2=100 В)
Типы трансформаторов напряжения:
НОМ – напряжения, однофазный, масляный;
НОСК – напряжения, однофазный, сухой для КРУ;
НТМИ – напряжения, трехфазный, масляный, измерительный;
НОЭМ – напряжения, однофазный, масляный, экскаваторный;
ЗНОЛ – с заземленным выводом, литой;
НКФ-110 – каскадный, фарфоровый.
Выбор трансформаторов напряжения производится по номинальному напряжению, классу точности, допускаемой мощности.
Рисунок 29 - Вид на ячейку КСО-285 спереди и сбоку (боковая панель снята).