10. Схема электрической сети внешнего электроснабжения предприятия

Данная схема представлена в приложении к отчёту.

11. Типы и конструктивные особенности высоковольтных аппаратов ру

К высоковольтным аппаратам РУ в первую очередь относятся:

разъединители, короткозамыкатели, отделители;

плавкие предохранители;

выключатели;

реакторы;

разрядники;

трансформаторы тока и напряжения.

• Разъединители

Разъединитель – это контактный коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения электрической цепи высокого напряжения либо при таких токах, значительно меньше номинальной величины, либо в случаях, когда отключается номинальный ток, но напряжение на контактах аппарата недостаточно для образования дуги.

В первом случае разъединитель применяется, как правило для вывода высоковольтного оборудования в ревизию или ремонт. Между выводами отключённого аппарата и цепью оставшейся в работе, должен быть создан видимый воздушный промежуток, гарантирующий безопасные условия работы обслуживающего персонала. Разъединителями нельзя отключать токи нагрузки, т.к. его контактная система не имеет дугогасителььной камеры, поэтому перед операцией разъединителем, цепь должна быть разомкнута выключателем.

Разъединители

– по числу полюсов могут быть одно – и трёхполюсными;

– по роду установки – для внутренней и наружных установок;

– по конструкции – рубящего, поворотного, катящего, пантографического и подвесного типа;

– по способу установки – с вертикальным и горизонтальным расположением ножей.

Рассмотрим устройство контактной системы разъединителе рубящего типа (рис. 6).

Рис.6.

На изоляторах 1 укреплена медная шина, изогнутая под прямым углом, которая является неподвижным контактом 2. Боковые части контакта 2 обработаны под цилиндрическую поверхность, поэтому с пластинами 6 образуется линейный контакт. Пружины 4, насаженные на стержень 5, нажимают на стальные пластины 3, которые своим выступом прижимают ножи к неподвижному контакту. Чем больше давление в контакте, тем меньше проходное сопротивление, но больше износ контактов засчёт трения при включениях и отключениях и тем большее усилие надо приложить при операции с разъединителем. При больших токах КЗ силы отталкивания пластин ножа могут оказаться больше, чем силы притяжения, что может привести к отбросу пластин от контакта, возникновению дуги и аварии. Чтобы избежать этого в разъединителе предусматривают устройство магнитного замка, который состоит из 2 стальных пластин 3, расположенных снаружи ножа, которые во – первых служат для передачи давления от пружин, а во – вторых, намагничиваясь токами КЗ, притягиваются друг к другу и создают дополнительное давление в контакте. Контактная система на втором изоляторе имеет такую же конструкцию, но контакты будут скользящими, шарнирными, а не размыкающиеся, т.к. нож вращается вокруг оси 7.

Разъединитель горизонтально – поворотного типа (10 – 750 кВ).

В этих разъединителях главный нож состоит из 2 частей, которые перемещаются в горизонтальной плоскости при повороте колонок изоляторов, на которых закреплены. Рис.7.

Один полюс является ведущим, к нему присоединён привод. Движение к двум другим полюсам (ведомым) передаётся тягами. Разъеденители могут имеет 1 или 2 заземляющих ножа. Контактная часть разъединителя состоит из ламелей, укреплённых на конце одного ножа, и контактной поверхности на конце другого ножа. При включении нож входит между ламелей. Давление в контакте создаётся пружинами.

Разъединители, устанавливаемые в ОРУ, должны обладать соответствующей изоляцией и надёжно выполнять свои функции в неблагоприятных условиях окружающей среды.

• Короткозамыкатели и отделители

Короткозамыкатель – это аппарат, который быстро создаёт в сети КЗ после подачи сигнала релейной защиты. Допустим, вследствие ухудшения состояния изоляции трансформатора сработало газовое реле. Это реле подаёт сигнал замыкателю, и он включается. Под действием тока КЗ отключается выключатель на питающем конце линии. Замена выключателя с приводом простым аппаратом – короткозамыкателем позволяет упростить и удешевить установку, не ухудшая её надёжности.

Рис.8.

Конструкция: КЭ-110 и КЭ-220 выполняются ввиде одного полюса. Полюс КЭ-110 (рис.8) состоит из основания 5 и контактной камеры 2. В основании, изолированном от земли, расположен пружинный механизм, включения в масляный буфер. Утечки элегаза компенсируются из баллона, связанного через фильтр с внутренней полостью контактной камеры. На заземляющей шинке 4 установлен трансформатор тока 7.

Контактная камера КЗ – 110 имеет один разрыв 90 мм и состоит из фарфорового корпуса и 2 вертикально расположенных электродов. Неподвижный контакт 2 имеет привод для присоединения токоведущей шины. Подвижный контакт через гибкие связи соединён с заземляющей шиной. Полость контактной камеры заполнена элегазом с избыточным давлением 0,3 МПа ( элегаз обладает высокой электрической прочностью, а при давлении становится ещё больше, не горит и не поддерживает горения). Нижний контакт представляет собой стержень, экранированный цилиндром. Ламели контакта от обгорания защищены экраном.

Отделитель – это разъединитель, который быстро отключает обесточенную цепь после подачи команды на специальный привод разъединителя, у него для отключения имеется пружинный привод. Если в обычном разъединителе скорость отключения мала, то в отделителе весь процесс длится 0,5 – 1 сек.

Отделитель закрытого типа с элегазовым наполнением (рис. 9)

Рис.9.

предназначен для отключения и включения токов намагничивания силовых трансформаторов и зарядных токов линий. Отделитель ОЭ-110 обеспечивает автоматическое вкл. и откл. Три полюса установлены на общем основании 8. Токоведущие провода присоединяются к контактным выводам на верхней на верхнем и среднем фланцах. Внутри контактной камеры находятся неподвижный контакт розеточного типа и полый неподвижный контакт с экраном. Давление в контактах создаётся засчёт сжатой пружины 4 и пружинящего розеточного контакта. Отключение происходит автоматически засчёт отключающих пружин, расположенных в основании отделителя. Специальных устройств для гашения дуги нет, так как элегаз обладает высокой электрической прочностью, а отделитель предназначен для отключения токов не более 20 А. Для герметичного уплотнения подвижной тяги при выходе из камеры используется масляный гидрозатвор 7 такой же конструкции, как в короткозамыкателе.

• Плавкие предохранители

Предохранители – это аппараты, защищающие установки от перегрузок и токов КЗ. Благодаря простоте, малым габаритам, большой отключающей способности и дешевизне они нашли широкое распространение. Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи, и дугогасительное устройство, гасящее дугу, возникающую после плавления вставки. Высоковольтные предохранители часто применяются для защиты ТН от КЗ. При этом нормальный ток, текущий через предохранитель не превышает доли ампера При повреждении же Т через предохранитель проходит ток КЗ сети. Например, в предохранителях, предназначенных для работы с ТН, время плавления вставки равно 1 мин при токе 1,25 – 2,5 а. Наибольшее распространение получили предохранители с мелкозернистым наполнителем и стреляющего типа.

Опишем конструкцию предохранителя с мелкозернистым наполнителем

Патрон предохранителя (рис. 10) состоит из фарфоровой трубки 3, армированной латунными колпачками 2. Внутри патрона размещены медные или серебряные плавкие вставки. Для обеспечения нормальных условий гашения дуги пл.вставки должны иметь большую длину и малое сечение. Это достигается применением нескольких параллельных вставок 5, намотанных на ребристый керамический сердечник. После того как трубка заполнена кварцевым песком, торцевые отверстия закрываются крышками 1 и тщательно запаиваются. Срабатывание предохранителя определяется по указателю 7, который выбрасывается пружиной из трубки после перегорания стальной вставки, нормально удерживающей пружину в подтянутом состоянии.

Стальная вставка перегорает после рабочих вставок, когда по ней проходит весь ток. Быстрое гашение дуги в узких каналах между зернами кварца приводит к перенапряжениям. Для их снижения искусственно затягивают гашение дуги, применяя плавкие вставки разного сечения по длине или плавкие вставки с искровыми промежутками, включённые параллельно основным рабочим вставкам. В таких предохранителях сначала расплавляется рабочая вставка, при возникшем перенапряжении пробивается искровой промежуток вспомогательной вставки, которая также перегорает.

Рис.10. Рис.11.

Предохранители с автогазовым гашением дуги (стреляющие)

выполняются на напряжение 10 кВ и выше. Основной частью предохранителя является газогенерирующая трубка 2 (рис. 11 – б), внутри которой расположен гибкий проводник 3, соединённой с плавкой вставкой 4 и контактным наконечником 1.

Головка патрона предохранителя 1 (рис. 11 – а) зажата специальным держателем на изоляторе 2. На нижнем изоляторе на оси 4 укреплён контактный нож 5 со спиральной пружиной, которая стремится повернуть нож в положение 5 штрих. Нож охватывает шейку контактного наконечника 6. При КЗ сначала расплавляется медная, затем стальная вставка. Под действие пружины нож 5 поворачивается и выбрасывается гибкий проводник. Дуга, образовавшаяся после расплавления вставок, затягивается в трубку, где интенсивно выделяется газ. Давление в трубке достигает 10 – 20 МПа, создаётся интенсивное продольное автодутьё, гасящее дугу. Гашение сопровождается выбросом раскалённых газов и мощным звуковым эффектом – выстрелом. В связи с этим данные предохранители устанавливаются в открытых РУ, так чтобы в зоне выхлопа не было электрических аппаратов.

• Выключатели

Выключатель ВН предназначен для коммутации цепей переменного тока с напряжение 3 кВ и выше во всех режимах, возможных в эксплуатации: вкл./откл. номинальных токов, токов КЗ, токов ХХ силовых Т и ёмкостных токов конденсаторных батарей и длинных линий. Выключатели по виду изоляции токоведущих частей аппарата между собой и на землю:

– масляные, в таких выключателях дуга, образующаяся между контактами, горит в трансформаторном масле. Под действием энергии, выделяющейся в дуге, масло разлагается, и образующиеся газы и пары используются для её гашения. В зависимости от способа изоляции токоведущих частей различают:

- баковые – изоляция токоведущих частей между собой и от земли осуществляется с помощью масла;

- маломасляные – изоляция токоведущих частей между собой и от земли осуществляется с помощью твёрдых диэлектриков и масла.

– воздушные и газовые выключатели, здесь в качестве гасящей среды используется сжатый воздух, находящийся в баке под давлением 10 – 50 ат. При отключении сжатый воздух подаётся из бака в дугогасительное устройство. Дуга, образующаяся в камере, обдувается интенсивным потоком воздуха, выходящим в атмосферу. Принцип действия газового выключателя не отличается от воздушного, но в качестве гасящей среды используется специальный газ ( шестифтористая сера ).

– электромагнитные выключатели, здесь гашение дуги происходит засчёт увеличения сопротивления дуги вследствие её интенсивного удлинения и охлаждения.

– вакуумные, у этих выключателей контакты расходятся под вакуумом. Возникающая при расхождении контактов дуга, быстро гаснет благодаря интенсивной диффузии зарядов в вакууме.

Приведём устройство масляного бакового выключателя:

стальной бак 1 (рис. 13) выключателя подвешен к литой чугунной крышке 3 с помощью болтов. Через крышку проходят шесть фарфоровых изоляторов 4, на нижних концах токоведущих стержней которых закреплены неподвижно контакты 7. Подвижные контакты 8 находятся на контактном мосте или траверсе, движение им передаётся с помощью изолирующей тяги от приводного механизма, расположенного под крышкой выключателя. Во включённом положении траверса поднята и контактный мост замыкает цепь между неподвижными контактами. При этом отключающая пружина 5 сжата. Выключатель во включённом положении удерживается защёлкой привода, с которым он связан валом 6. При отключении автоматически или вручную освобождается защёлка и под действием пружины траверса быстро опускается вниз, при этом образуется разрыв цепи в двух точках на каждом полюсе выключателя. Возникшие дуги разлагают и испаряют масло 2, образуется газопаровый пузырь, содержащий до 70% водорода. На стенках бака имеются защитные изоляционные покрытия 9.

Рис.12. Рис.13.

Конструкция воздушного выключателя ВВГ-20 приведена на рис. 12.

Главный токоведущий контур состоит из контактных вводов 4 и разъединителя 5. Дугогасительный контур состоит из двух камер 3 и 8, резисторов 2, отделителя 9. Последовательно с резистором 2 второй камеры включена вспомогательная камера 6 со своим резистором 7 и искровым промежутком. Во включённом положении основная часть тока проходит по главному контуру.

Отключение происходит в следующем порядке: размыкаются контакты разъединителя 5, и весь ток переходит в дугогасительный контур, где размыкаются дугогасительные контакты в камерах 3 и 8. В камеры подаётся сжатый воздух (давление 2 МПа), создающий продольное дутьё, в результате чего дуга гаснет через 0,01 с. Ток, проходящий через резисторы 2, разрывается контактами вспомогательной камеры 6. Последним отключается нож отделителя, создавая окончательный разрыв цепи. После отключения отделителя прекращается подача воздуха в камеры 3 и 8 и подвижные контакты под действием пружин возвращаются во включённое положение. При включении замыкается сначала отделителя 9, а затем нож разъединителя 5. Гасительные камеры, резисторы укреплены на опорных изоляторах 1.

• Реакторы

Реактор – это катушка с неизменной индуктивностью, которая служит для ограничения токов КЗ и поддержания напряжения на шинах при аварийном режиме.

Наибольшее распространение получили бетонные реакторы. На рис. 14 представлен трёхфазный комплект таких реакторов.

Рис.14.

Многожильный провод 1 соответствующего сечения с помощью шаблонов наматывается виде катушки. После этого бетон заливается в специальные формы. Застывая, бетон образует вертикальные стойки – колонны 2, которые скрепляют между собой отдельные витки. Торцы колонн имеют шпильки, с помощью которых укрепляются изоляторы 3 и 4. Реактор пропитан влагостойким изоляционным лаком. Между отдельными витками в ряду и между рядами выдерживается значительный зазор (3,5 – 4,5 см). Такая конструкция улучшает охлаждение отдельных витков и реактора и повышает электрическую прочность изоляции. В качестве обмоточного материала используется многожильный медный или алюминиевый кабель большого сечения. Реакторы охлаждаются как правило засчёт естественной вентиляции, а РУ должно предусматривать специальные каналы для охлаждения воздуха, особенно при больших номинальных токах.

• Разрядники

Прочность электрической изоляции аппаратов и оборудования может быть снижена, если не ограничить величину возникающих перенапряжений. Одной из радикальных мер, позволяющих снизить перенапряжения, является установка разрядника, который присоединяется между потенциальным зажимом оборудования и землёй. Основным элементом разрядника является искровой промежуток. Вольт – секундная характеристика этого промежутка (кривая 2 на рис. 15) должна лежать ниже, чем характеристика защищаемого оборудования (кривая 1), что говорит о том, что при появлении перенапряжения промежуток должен пробиться раньше, чем изоляция защищаемого оборудования.

Рис.15.

После пробоя линия заземляется через сопротивление или накоротко. Величина напряжения на разряднике при протекании импульсного тока данной величины и формы называется остающимся напряжением. Чем оно меньше, тем лучше качество разрядника. После чего искровой промежуток пробивается, возникает КЗ на землю, и через разрядник протекает ток промышленной частоты, который называется сопровождающим.

Защитное действие разрядника наглядно поясняется рис. 15. В момент пересечения кривой 4 с вольт – секундной характеристикой разрядника 2 наступает пробой промежутка и через него протекает импульсный ток, который на сопротивлении заземления создаёт падение напряжения.

Трубчатые разрядники

Разрез трубчатого разрядника показан на рис.16. Для того, чтобы разгрузить изоляционный материал разрядника от электрического поля, при нормальной работе установки он отделён от линии воздушным промежутком S2. Второй электрод разрядника заземляется. При появлении перенапряжения пробиваются промежутки S1 и S2 и импульсный ток отводится в землю. После прохода импульсного тока течёт сопровождающий ток промышленной частоты. В промежутке S1 дуга загорается в узком канале из газогенерирующего материала – винипласта или фибры. Внутри трубки поднимается давление. Газы могут выходить через отверстие в кольцевом электроде 3. При прохождении тока через ноль происходит гашение дуги под действием эффективного охлаждения промежутка S1 газами, выходящими из разрядника. Для улучшения гашения дуги в заземляющем электроде 4 разрядника имеется буферный объём 5.

Рис.16. Рис.17.

Вентильные разрядники

Разрез разрядника типа РВС – 10 (разрядник вилитовый, станционный на 10 кВ) показан на рис. 17 Основными элементами являются искровые промежутки 2 и рабочие сопротивления 4. Эти элементы расположены внутри фарфорового кожуха 1, который с торцов имеет специальные фланцы 3. С помощью этих фланцев осуществляется крепление и присоединение разрядника. Особое внимание уделяется герметизации внутренней полости. Само рабочее сопротивлении 4 меняет свои характеристики при увлажнении. Влага, оседая на внутренних деталях разрядника, ухудшает его изоляцию и создаёт возможность перекрытия. Герметизация достигается с помощью пластин 8, закрывающих торцы разрядника. Эти пластины привинчиваются к фланцам, между пластинами и фланцами ставятся резиновые прокладки 9.

При появлении перенапряжения пробивается искровой промежуток и ток через рабочее сопротивление уходит в землю. Рабочее же сопротивление ограничивает сопровождающий ток и создаёт условия, при которых дуга с этим током может быть погашена единичными искровыми промежутками.

Для защиты установок постоянного тока используются также вентильные разрядники, но так как погасить дугу постоянного тока сложнее, чем переменного, то в данном случае используется магнитное дутьё.

• Трансформаторы тока

Трансформаторы тока предназначены для уменьшения первичного тока до значений, наиболее удобных для измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерения от первичных цепей высокого напряжения.

ТТ имеет замкнутый магнитопровод и две обмотки – первичную и вторичную. Первичная обмотка включается последовательно в цепь измеряемого тока, ко вторичной обмотке присоединяются измерительные приборы. Значения номинального вторичного тока приняты равными 5 и 1 А. ТТ характеризуется номинальным коэффициентом трансформации:

где и - номинальные значения первичного и вторичного тока соответственно.

ТТ класса 0,2, применяются для присоединения точных лабораторных приборов, класса 0,5 для присоединения счётчиков денежного расчета, класса 1 – для всех технических измерительных приборов, классов 3 и 10 – для релейной защиты. Кроме рассмотренных классов выпускаются также ТТ со вторичными обмотками типов Д (для дифференциальной защиты), З (для земляной защиты), Р (для прочих релейных защит).

Токовые цепи измерительных приборов и реле имеют малое сопротивление, и поэтому ТТ работают в режиме близком к режиму КЗ. Всвязи с этим не разрешается размыкать вторичную обмотку ТТ при протекании тока в первичной обмотке.

ТТ для внутренней установки до 35 кВ имеют литую эпоксидную изоляцию. По типу первичной обмотки различают катушечные (на напряжение до 3 кВ включительно), одно– и многовитковые ТТ. Одновитковые ТТ изготавливаются на первичные токи 600 А и более.

Рис.18.

Например, ТПОЛ – 20 (проходной, одновитковый, с литой изоляцией на 20 кВ), который имеет 2 магнитопровода (рис. 18), на каждый из которых намотана своя вторичная обмотка, а токоведущий стержень, проходящий через окна этих 2 магнитопроводов, является одним витком первичной обмотки. Такой ТТ в РУ выполняет одновременно роль проходного изолятора.

На большие номинальные первичные токи применяются ТТ, у которых роль первичной обмотки выполняет шина, проходящая внутри трансформатора. Например (рис. 19), ТШЛ – 20 (шинный с литой изоляцией, на 20 кВ и токи 6000 – 18 000 А). Он представляет собой кольцеобразный эпоксидный блок с залитым в нём магнитопроводом и вторичными обмотками. Первичной обмоткой является шина токопровода. В изоляционный блок залито экранирующие силуминовое кольцо, электрически соединённое с шиной с помощью пружины.

Рис.19.

Для наружной установки выпускаются ТТ опорного типа в фарфоровом корпусе с бумажно – масляной изоляцией типа ТФЗМ. В полом фарфоровом изоляторе, заполненном маслом, расположены обмотки и магнитопровод ТТ. Первичная обмотка состоит из 2 секций, которые с помощью переключателя 2 могут быть соединены последовательно или параллельно, чем достигается изменение номинального коэффициента трансформации в отношении 1:2.

• Трансформаторы напряжения

ТН предназначен для понижения высого напряжения до стандартного значения 100 или 100/√3 и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения. Рис.20.

ТН характеризуется номинальным коэффициентом трансформации:

где и - номинальные значения первичного и вторичного тока соответственно.

По конструкции различают 3 – фазные и 1 – фазные трансформаторы.

3 – фазные ТН применяются при напряжении до 18 кВ, однофазные – на любое напряжение. По типу изоляции ТН могут быть сухими, масляными и с литой изоляцией.

Обмотки сухих трансформаторов выполняются проводом ПЭЛ, а изоляцией между обмотками служит электрокартон. Такие трансформаторы применяются в установках до 1000 В (НОС – 0,5 – ТН однофазный, сухой на 0,5 кВ).

Рис.21. Рис.22.

ТН с масляной изоляцией применяются на напряжение 6 – 1150 кВ в закрытых и открытых РУ. В этих Т обмотки и магнитопровод залиты маслом, которое служит для охлаждения и изоляции. Следует отличать однофазные двухобмоточные трансформаторы НОМ-6, НОМ-10, НОМ-15, НОМ-35 от однофазных трёхобмоточных ЗНОМ-15, ЗНОМ-20, ЗНОМ-35. Схема обмоток первых показана на рис.21 – а. Такие трансформаторы имеют два ввода ВН и два ввода НН, их можно соединять по схемам открытого треугольника, звезды, треугольника. У трансформаторов второго типа ( рис.21 – б) один конец обмотки ВН заземлён, единственный ввод ВН расположен на крышке, а вводы НН – на боковой стенке бака. Такие трансформаторы называются зземлёнными.

Всё шире применяются ТН с литой изоляцией. Заземляемые ТН серии ЗНОЛ.06 имеют 5 исполнений по напряжению: 6, 10, 15, 20 и 24 кВ. Магнитопровод в них ленточный, разрезной, С – образный, что позволило увеличить класс точности до 0,2. Такие ТН имеют небольшую массу, могут устанавливаться в любом положении, пожаробезопасны.

В установках 110 кВ и выше применяются ТН каскадного типа НКФ (рис. 22). В этих ТН обмотка ВН равномерно распределяется по нескольким магнитопроводам, благодаря чему облегчается её изоляция. Такой Т имеет двухстержневой магнитопровод, на каждом стержне которого расположена обмотка ВН, рассчитанная на Uф/2. Обмотки НН намотаны на нижнем стержне магнитопровода . Такой блок, состоящий из магнитопровода и обмоток, помещается в фарфоровую рубашку и заливается маслом.