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 Iвкл - наибольшим амплитудным значением тока, который выключатель способен включить без сваривания контактов;
-током отключения, Номинальным Iоткл. ном и предельным Iоткл. пред - током, который выключатель способен отключить, не повреждаясь, соответственно при номинальном и пониженном напряжении;
-номинальной мощностью отключения Роткл, определяемой при трёхфазном отключении как 
;
-током динамической устойчивости Iдин - максимальным значением тока, который способен пропустить выключатель не повреждаясь и без отброса контактов;
-током термической стойкости Iтерм, 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
.