Классификация ЭА ВН по применению
Конспект лекций по курсу «Электрические аппараты высокого напряжения» Предмет и задачи курса.
Настоящий курс является завершающим в цикле специальных курсов, изучающих теорию и конструкцию ЭА.
Целью настоящего курса является изучение требований, предъявляемых к АВН, особенности электромагнитных процессов в АВН, изучение конструкций различных типов АВН и особенностей их работы, а также расчета некоторых элементов А.
Назначение и классификация ЭА ВН
Назначение аппаратов.
Все ЭА по уровню номинального напряжения делятся на 2 группы: до 1000 и свыше 1000 В. Номинальное напряжение во многом определяет габариты аппарата, принципиальное устройство и конструктивную схему А.
Сходными элементами в аппаратах Н и ВН являются токоведущие и контактные элементы, несмотря на то, что они значительно отличаются по размеру.
ЭА ВН, являясь в основном аппаратами распределительных устройств, служат для распределения мощных потоков электроэнергии и управления ими, обеспечения надежной работы энергоустановок и систем при аварийных режимах.
Классификация ЭА ВН
Виды классификации ЭА ВН
I. По номинальному напряжению
II. По номинальному току
III. По материалу (т.е. по способу) дугогашения (или по роду среды дугогашения)
1. газовый (используется воздух)
a. атмосферное давление
b. под давлением
c. вакуум
2. газовый невоздушный
3. трансформаторное масло
4. твердые газогенерирующие материалы
IV. По роду установки
1. внутренняя
2. наружная
V. По числу полюсов
VI. По типу привода и связи его с выключателем
1. отдельный привод, соединенный с помощью тяг
2. встроенный привод (единая система)
VII. По способу управления
1. ручной
2. дистанционный
3. пневматический
4. электромагнитный
Классификация ЭА ВН по применению
I. Коммутационные аппараты
предназначены для осуществления оперативной и аварийной коммутации в энергосистемах, для выполнения операций включения и отключения при ручном и автоматическом управлении.
Во включенном состоянии выключатель должен беспрепятственно пропускать токи нагрузки. Нормальным для выключателя считается как включенное состояние с током нагрузки, так и отключенное, при котором выключатель должен обеспечить необходимую электрическую изоляцию между разомкнутыми участками цепи.
Кроме того, выключатель должен включать и отключать токи к.з. и холостые линии (т.е. холостые трансформаторы и малые емкостные токи).
Характерной особенностью этого аппарата является наличие дугогасительного устройства, которое обеспечивает гашение дуги, возникающей в цепи высокого напряжения при ее размыкании.
Выключатели предназначены для оперативной и аварийной коммутации в энергосистемах, т.е. выполнения операций включения и отключения отдельных цепей при ручном или автоматическом управлении. Во включенном состоянии выключатели должны беспрепятственно пропускать токи нагрузки. Характер режима работы этих аппаратов несколько необычен: нормальным для них считается как включенное состояние, когда они обтекаются током нагрузки, так и отключенное, при котором они обеспечивают необходимую электрическую изоляцию между разомкнутыми участками цепи. Коммутация цепи, осуществляемая при переключении выключателя из одного положения в другое, производится нерегулярно, время от времени, а выполнение им специфических требований по отключению возникающего в цепи короткого замыкания чрезвычайно редко. Выключатели должны надежно выполнять свои функции в течение срока службы (25 лет), находясь в любом из указанных состояний, и одновременно быть всегда готовыми к мгновенному эффективному выполнению любых коммутационных операций, часто после длительного пребывания в неподвижном состоянии. Отсюда следует, что они должны иметь очень высокий коэффициент готовности: при малой продолжительности процессов коммутации (несколько минут в год) должна быть обеспечена постоянная готовность к осуществлению коммутаций.
Секционные выключатели применяются в сборных шинах. В распределительных устройствах (РУ) электростанций секционные выключатели при нормальной работе обычно замкнуты. Они должны автоматически отключаться только при повреждении в зоне сборных шин. Вместе с ними должны отключаться и другие выключатели поврежденной секции. Таким образом, поврежденная секция РУ будет отключена, а остальная часть останется в работе.
Это аппараты с токовой коммутацией.
с токовой коммутацией:
a. высоковольтные выключатели
0 < Iном < Iкз £ Iон
· воздушные выключатели Uном=1150 кВ, Iон=40 кА, p=40 атм
· масляные выключатели —баковые до 220кВ, маломаслянные 220кВ 40кА
· элегазовые 35-750 кВ, 40 кА
· вакуумные 31,5 кА
· электромагнитные
классификация высоковольтных выключателей согласно ГОСту:
4 Классификация
4.1 Выключатели подразделяют по следующим основным признакам.
4.1.1 По роду установки для работы:
- в помещениях (категории размещения 2, 3, 4);
- на открытом воздухе (категория размещения 1);
- в металлических оболочках комплектных распределительных устройств (КРУ), устанавливаемых в помещениях (категории размещения 2, 3, 4) и на открытом воздухе (категория размещения 2).
Категории размещения указаны в соответствии с ГОСТ 15150.
4.1.2 По принципу устройства (виды):
- газовые - элегазовые, с другими газами или газовыми смесями;
- вакуумные;
- воздушные;
- масляные;
- электромагнитные.
4.1.3 По размещению дугогасительного устройства:
- с дугогасительными устройствами, расположенными в заземленном корпусе (баке) - баковые выключатели;
- с дугогасительными устройствами, расположенными в корпусе (баке), находящемся под напряжением, - колонковые или подвесные выключатели.
4.1.4 По конструктивной связи между полюсами:
а) трехполюсное исполнение:
- с тремя полюсами в общем кожухе;
- с тремя полюсами на общем основании (фиксированное междуполюсное расстояние);
б) однополюсное исполнение - с полюсами на отдельных основаниях (нефиксированное междуполюсное расстояние).
4.1.5 По функциональной связи между полюсами:
- с функционально независимыми полюсами (на каждый полюс отдельный привод, отдельный дутьевой клапан и др.);
- с функционально зависимыми полюсами (на три полюса общий привод, общий дутьевой клапан и др.).
4.1.6 По виду привода в зависимости от рода энергии, используемой в процессе оперирования:
- с приводом зависимого действия - электромагнитным, электродвигательным, непосредственно использующим электрическую энергию постоянного, переменного или выпрямленного тока;
- с приводом независимого действия - пневматическим, пружинным или гидравлическим, использующим предварительно запасенную потенциальную энергию сжатого газа или пружины.
4.1.7 По характеру конструктивной связи выключателя с приводом:
- с отдельным приводом, связанным с выключателем (или полюсом выключателя) механической передачей;
- со встроенным приводом, являющимся неотъемлемой, конструктивно не выделенной, частью выключателя или полюса выключателя.
4.1.8 По механической стойкости:
- нормального исполнения;
- с повышенной механической стойкостью.
4.1.9 По наличию или отсутствию в дугогасительном устройстве шунтирующих резисторов:
- с резисторами, действующими только в процессе отключения;
- с резисторами, действующими только в процессе включения;
- с резисторами двухстороннего действия, действующими как в процессе отключения, так и в процессе включения;
- без резисторов.
4.1.10 По наличию или отсутствию шунтирующих конденсаторов:
- с конденсаторами;
- без конденсаторов.
4.1.11 По пригодности выключателя для работы при автоматическом повторном включении (АПВ):
- предназначенные для работы при АПВ;
- не предназначенные для работы при АПВ.
4.1.12 По пригодности выключателя для коммутации конденсаторных батарей:
- предназначенные для коммутации конденсаторных батарей;
- не предназначенные для коммутации конденсаторных батарей.
4.1.13 По пригодности выключателя для коммутации токов шунтирующих реакторов:
- предназначенные для коммутации токов шунтирующих реакторов;
- не предназначенные для коммутации токов шунтирующих реакторов.
b. выключатель нагрузки предназначен для частых коммутаций только номинальных токов установки. Отключение токов КЗ и перегрузок проводит высоковольтный предохранитель, который включен последовательно с выключателем напряжения до 10 кВ. ДУ расчитано на гашение дуги ном. тока.
доп. токи 0<I<Iном
c. высоковольтные предохранители производят отключение защищаемой цепи при КЗ и недопустимой перегрузке путем плавления металлического проводника малого сечения и последующего гашения дуги высокого напряжения в ДУ.
Iкз³I>Iном
Разъединители применяются для коммутации обесточенных при помощи выключателей участков токоведущих систем, для переключения РУ с одной ветви на другую, а также для отделения на время ревизии или ремонта силового электротехнического оборудования и создания безопасных условий от смежных частей линии, находящихся под напряжением. Разъединители способны размыкать электрическую цепь только при отсутствии в ней тока или при весьма малом токе. В отличие от выключателей разъединители в отключенном состоянии образуют видимый разрыв цепи. После отключения разъединителей с обеих сторон объекта, например выключателя или трансформатора, они должны заземляться с обеих сторон либо при помощи переносных заземлителей, либо специальных заземляющих ножей, встраиваемых в конструкцию разъединителя.
не осуществляют токовую коммутацию:
d. разъединители служат для включения и отключения цепей ВН при отсутствии тока. Создают безопасные условия при ремонте и ревизии оборудования. Отличительная особенность Р — видимый разрыв между контактами в положении «отключено». Р не имеет ДУ. После снятия напряжения с оборудования необходимо заземлить токоведущие части, поэтому разъединитель часто снабжен заземлителем.
e. 
заземлитель
f. отделитель—коммутационный аппарат, который служит для отключения обесточенной цепи ВН за малое время. По конструкции О похож на Р, но имеет быстродействующий привод, который отключает его за время не более 0,1 с.
g. короткозамыкатель — коммутационный аппарат, который служит для создания искусственного КЗ в цепи ВН. По конструкции он напоминает заземляющее устройство разъединителя. Включение и отключение короткозамыкателя производится с помощью быстродействующего привода. Время включения с момента подачи управляющего сигнала до момента замыкания контактов не превышает 0,1 с. Согласованная работа О и З осуществляется с помощью схем автоматики.
Короткозамыкатели и отделители устанавливаются на стороне высшего напряжения РУ малоответственных потребителей, когда в целях экономии площади и стоимости РУ выключатели предусмотрены только на стороне низшего напряжения.
Ограничивающие аппараты подразделяются на аппараты ограничения тока и напряжения.
II. Ограничивающие аппараты
a. токоограничивающий реактор—катушка индуктивности без стали, которая служит для ограничения тока КЗ и поддержания необходимого напряжения на сборных шинах распредустройства. Применение их позволяет существенно снизить требования к выключателям по электродинамической, термической стойкости и отключающей способности в сетях с реакторами по сравнению с аналогичными сетями, не защищенными реакторами. Реакторы позволяют применить ВВ и другие ЭА ВН облегченного типа, а также повысить надежность работы электроустановки. Кроме того, имеются шунтирующие, нагрузочные, дугогасящие и др.
b. разрядники—аппараты, ограничивающие напряжение в электроустановке при коммутационных и атмосферных перенапряжения. Позволяют снизить требования к прочности электрической изоляции аппаратов и оборудования, уменьшить габаритные размеры электроустановки и значительно ее удешевить. Бывают трубчатые и вентильные.
Они должны быть установлены вблизи силовых повышающих трансформаторов и вводов воздушных линий в РУ.
III. Измерительные аппараты изолируют силовые цепи ВН от цепей измерительных приборов и релейной защиты. Их задачей является приведение токов и напряжений Высокой стороны к стандартным значениям тока (1 и 5 А) и напряжению 100 В.
a. трансформаторы тока
b. трансформаторы напряжения
IV. Комплектные распределительные устройства
совокупность ЭА ВН, которая изготовляется на аппаратном заводе и поставляется в готовом виде. Это позволяет сократить время монтажа и замены, повысить надежность работы, снизить трудоемкость обслуживания.
Комплектные распределительные устройства (КРУ) составляются из полностью или частично закрытых шкафов или блоков со встроенными в них АВН, устройствами защиты, автоматики, контрольно-измерительной аппаратуры и поставляемых в собранном на заводе или полностью подготовленном для сборки виде. Различают распределительные устройства внутренней и наружной установки. Комплектные распределительные устройства становятся наиболее распространенным типом РУ. В последнее время начали широко применяться герметизированные РУ (ГРУ), в которых все токоведущие элементы и весь комплекс аппаратуры (выключатели, разъединители) расположены внутри герметичной оболочки, заполненной сжатым газом (элегазом). Наиболее эффективно ГРУ будут применяться в крупных городах, что даст значительную экономию городских площадей и повысит надежность энергосистем.