Тема: Проводники и электрические аппараты

ПРОВОДНИКИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

ШИНЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Соединение аппаратов электрической установки между собой осуществляется неизолированными проводниками — шинами и изолированными проводниками — кабелями. В РУ наибольшее распространение получили шины благодаря простоте монтажа и эксплуатации, высокой экономичности и надежности.

В установках генераторного напряжения применяются жесткие алюминиевые шины. При токе до 2000 А применя­ются однополосные шины, при токах 2000— 3000 А — двухполосные шины, при токах до 4000 А — трехполосные шины.

Для установок с током более 2000 А применяются шины коробчатого сечения. В этих шинах лучше про­исходит охлаждение, меньшее влияние оказывают поверхностный эффект и эффект близости.

В открытых распределительных устройствах применя­ются гибкие шины, выполненные из алюминиевых и сталеалюминиевых проводов. В установках 330 кВ и выше каж­дая фаза состоит из двух-трех проводов.

Жесткие шины окрашиваются: фаза А — в желтый цвет; фаза В — в зеленый цвет; фаза С — в красный цвет.

ЗАКРЫТЫЕ ТОКОПРОВОДЫ

Экран выполнен из алюминия во избежание сильного на­грева токами, которые возникают при воздействии магнит­ного потока, созданного токами нагрузки.

Закрытое исполнение токопроводов каждой фазы обес­печивает высокую надежность, так как практически исклю­чаются междуфазные КЗ на участке от генератора до по­вышающего трансформатора.

Закрытые токопроводы состоят из отдельных блоков (секций), куда входят прямолинейные, угловые и ответвительные секции, блоки с трансформаторами тока и напря­жения, с заземлителями и разрядниками, блоки нулевых выводов генераторов, блоки выключателей и разъедини­телей, узлы примыкания к генераторам, трансформаторам и аппаратам, узлы компенсации температурных изменений и др. Все элементы приходят на место монтажа в гото­вом виде, где собираются по схеме, шины свариваются, а экраны соединяются между собой и уплотняются резино­выми прокладками. Чем меньше разъемов в экране, тем меньше загрязнение и увлажнение и тем надежнее работа токопровода.

Рисунок 1. Закрытый токопровод

1 – экран; 2 – токоведущая часть; 3 – изолятор; 4 – станина

ИЗОЛЯТОРЫ

Для крепления шин и изоляции их от заземленных час­тей в распределительном устройстве применяются опорные, проходные и подвесные изоляторы (рис. 2). Жесткие ши­ны в ЗРУ 6—35 кВ крепятся на опорных изоляторах типа ОФ.

Изоляторы для наружной установки имеют ребристую поверхность, благодаря чему сохраняется не­обходимая электрическая прочность в условиях атмосфер­ных осадков и тумана.

Для крепления гибкой ошиновки в ОРУ применяются гирлянды изоляторов, собранные из подвесных фарфоровых, или стеклянных изоляторов. Количество изоляторов в гирляндах для крепления шин в распределительных устройствах: 110 кВ— 8; 220 кВ—16; 330 кВ —22; 500 кВ—32; 750 кВ — 48 шт.

Проходные изоляторы необходимы при прокладке шин через стены, перекрытия и перегородки. Они изготовляются как для внутренней, так и для наружной установки. Проходные изоляторы до 2000 А снабжа­ются токоведущим стержнем; на большие номинальные токи изготовляют шинные изоляторы, через которые при монтаже пропускают шины РУ.

Изоляторы должны выдерживать механические нагруз­ки, возникающие при электродинамическом взаимодейст­вии шин, поэтому выбор изоляторов производится по на­пряжению и допустимой механической нагрузке. Проход­ные изоляторы, кроме того, выбираются потоку нагрузки.

Рисунок 2. Изоляторы

СПОСОБЫ ГАШЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ

При размыкании электрической цепи возникает раз­ряд. Если цепь имеет невысокое напряжение и небольшую мощность, то возникает искровой разряд, который не требует специальных устройств для гашения. В цепях высо­кого напряжения возникает дуговой разряд с большой плотностью тока до 10 000 А/см²и температурой 6000— 18 000 К. Для гашения такой дуги требуются специальные устройства.

Электрические аппараты, предназначенные для разры­ва цепи под нагрузкой (коммутации тока), должны не только разомкнуть контакты, но и погасить возникшую между ними дугу.

В отключающих аппаратах до 1 кВ используются сле­дующие способы гашения дуги:

Удлинение дуги при быстром расхождении контактов: чем длиннее дуга, тем большее напряжение необходимо для ее существования. Если напряжение источника ока­жется меньше, то дуга гаснет.

Деление длинной дуги на ряд коротких (рис.3,а). Если длинную дугу затянуть в дугогасительное устройст­во, имеющее металлические пластины, то она разделится на п коротких дуг. Дуга гаснет, если

U < nU_кат,.

где U — напряжение сети:U_кат— катодное падение на­пряжения (20—25 В в дуге постоянного тока; 150—250 В в дуге переменного тока).

Гашение дуги в узких щелях (рис.3,б). Если дуга горит в узкой щели, образованной дугостойким материа­лом, то благодаря соприкосновению с холодными поверх­ностями происходит интенсивное охлаждение и диффузия заряженных частиц из канала дуги в окружающую среду. Это приводит к гашению дуги.

В отключающих аппаратах выше I кВ используются следующие способы гашения дуги:

Гашение дуги в масле. Если контакты отключающего аппарата поместить в масло, то возникающая при размы­кании дуга приводит к интенсивному газообразованию и испарению масла (рис. 1,б). Вокруг дуги образуется га­зовый пузырь, состоящий в основном из водорода, обла­дающего высокими дугогасящими свойствами. Повышен­ное давление внутри газового пузыря способствует луч­шему охлаждению дуги и ее гашению.

Газовоздушное дутье. Охлаждение дуги улучшается, если создать направленное движение газов — дутье вдоль или поперек дуги (рис. 3,г, д).

Гашение дуги в вакууме. Высокоразряженный газ об­ладает электрической прочностью в десятки раз большей, чем газ при атмосферном давлении; это используется в вакуумных контакторах и выключателях.

Гашение дуги в газах высокого давления. Воздух при давлении 2 МПа и более обладает высокой электрической прочностью, что позволяет создать компактные гаситель­ные устройства в воздушных выключателях. Эффективно использование шестифтористой серы SF₆для гашения дуги.

Рисунок 3. Способы гашения дуги

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ ДО 1 кВ

1.Предохранитель

Предохранитель– это коммутационный аппарат, предназначенный для автоматического однократного отключения защищаемой цепи при коротком замыкании.

Отключение электрической цепи осуществляется путем расплавления плавкой вставки, включенной в рассечку защищаемой цепи под действием тока, превышающего определенную величину.

 

 

Рисунок 4. Предохранители

Предохранители с закрытыми разборными патронами без наполнителя типа ПР-2 изготавливаются на напряжение 220 и 500 В и токи 15-1000 А.

Патрон предохранителя состоит из толстостенной фибровой трубки, на которую плотно насажены латунные втулки, предотвращающие разрыв трубки. На втулки навинчиваются колпачки, которые закрепляют плавкую вставку, привинченную к ножам до установки ее в патрон.

Плавкие вставки изготавливают из цинка в виде фигурных пластинс широкими и узкими частями. При токах КЗ узкие участки нагреваются быстро и плавкая вставка плавится в нескольких суженных частях прежде чем ток КЗ достигает установившегося значения. Ток КЗ при этом ограничивается в 2-5 раз. Дуга нагревает патрон из которого выделяются газы, повышается давление и дуга гаснет.

Предохранители насыпного типа ПН-2 имеют фарфоровую трубку, плавкую вставку из тонких медных ленточек и контактные ножи. Трубка заполнена сухим кварцевым песком и герметически закрыта.

2.Переключатели. Рубильники

Пакетный выключатель– это низковольтный электрический аппарат, предназначенный для коммутации в электрических цепях. Конструктивно данные аппараты могут быть выполнены одно-, двух- и трехполюсными.

Рисунок 5. Пакетный выключатель

Основные конструктивные элементы пакетного выключателя:

· корпус, выполненный из изоляционных шайб;

· переключающий механизм;

· рукоятка;

· контактная система, состоящая из подвижных и неподвижных контактных групп.

Электрическая дуга, которая образуется при коммутации электрической цепи под нагрузкой, гасится благодаря пружинному механизму быстрого переключения.

Применение пакетных выключателей

Пакетные выключатели широко применяют в электроустановках различных промышленных предприятий. Данные аппараты могут применяться для пуска электродвигателей вентиляционных устройств, приводов конвейеров, подъемных устройств и т.п.

Кроме того, данные аппараты часто используют в сетях освещения производственных помещений, в распределительных электрических щитках гражданских сооружений.

Рассматриваемый электрический аппарат не осуществляет защиту цепи от аварийных режимов, поэтому в схеме должен быть предусмотрен автоматический выключатель или предохранитель, который обеспечит защиту от токов перегрузки или короткого замыкания.

Пакетные переключатели

Существуют такжепакетные переключатели, которые, помимо коммутационных операций, выполняют функции включения электроприемника в различных режимах. Данные электрические аппараты имеют несколько положений, каждому из которых соответствует замкнутое положение той или иной группы контактов.

Пакетные переключатели используются для управления электродвигателями. Например, при помощи данного аппарата можно осуществлять ступенчатый пуск асинхронного двигателя: в первом положении АД будет обесточен, во втором положении обмотка двигателя будет соединена в звезду, в третьем – в треугольник, а в четвертом по схеме двойной звезды.

  

Рисунок 6. Пакетные переключатели

Достоинства пакетных переключателей:

малые габариты;

удобны при монтаже;

исключается выброс пламени и газов;

позволяет управлять одновременно большим количеством цепей.

Недостатки:

не обеспечивает видимого разрыва цепи, поэтому иногда устанавливают рубильники.

Рубильник– предназначен для ручного включения и отключения цепей постоянного и переменного тока до 1000 В. По конструкции различают одно-, двух- и трехполюсные рубильники.

 

Рисунок 7. Рубильники

Устройство рубильника. Основа конструкции рубильника - панель, выполненная из изоляционного материала, на которой закреплены стойки сгубками- неподвижными контактами рубильника.

Подвижные контакты -ножи, жестко закреплены на одном вале, при включении они "входят" в неподвижные губки рубильника, создавая одновременное замыкание всех полюсов. Во многом конструкция рубильника определяется способом привода в движение ножей - подвижных его контактов.

Существуютрубильники с рычажным приводом(ножи приводятся в движение вращением боковой, чаще всего, съемной рукояткой через систему рычагов) ирубильники с центральной рукояткой(в них движение ножей начинается при вращении рукоятки, напрямую связанной с валом, на котором и расположены контактные ножи).

Рубильники второго типа могут быть использованы для отключения электрических цепей, не находящихся под током нагрузки. Это связано с возможностью воздействия электрической дуги на руку отключающего. Отключение цепей под "нагрузкой" возможно рубильниками первого типа - с боковой рукояткой, оснащенными специальными дугогасителями на каждом полюсе, нейтрализующими дугу ее разделением на короткие отдельные дуги.Во многих современных рубильниках реализована такая дополнительная мера электробезопасности, как блокировка дверок во включенном положении - т. е., пока рубильник включен, открыть его дверку не получиться. Помимо невозможности открытия дверки включенного рубильника, механизм также заблокирует привод рубильника при открытой дверке рубильника и включить его получиться лишь закрыв ее.

Обозначение рубильников

ВР 32 - Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 Х6 Х7 Х8ВР - вид аппарата32 - номер серииХ1 - номинальный ток (31-100А; 35-250А; 37-400А; 39-630А)Х2 - обозначение съемности рукоятки (А-несъемная; В-съемная)Х3 - число полюсов и число направлений (1-однополюсный на одно направление; 2-двухполюсный на одно направление; 3-трехполюсный на одно направление; 4-четырехполюсный на одно направление; 5-однополюсный на два направления; 6-двухполюсный на два направления; 7-трехполюсный на два направления; 8-четырехполюсный на два направления)Х4 - наличие или отсутствие дугогасительных камер (0-отсутствие дугогасительных камер; 1-наличие дугогасительных камер)Х5 - расположение плоскости присоединения внешних зажимов контактных выводов (1-параллельно плоскости монтажа; 2-перпендикулярно плоскости монтажа; 3-комбинированное:ввод параллельно, вывод перпендикулярно плоскости; 4-комбинированное: ввод перпендикулярно, вывод параллельно плоскости монтажа)Х6 - вид рукоятки ручного привода (0-без рукоятки; 2-боковая рукоятка; 3-передняя поворотная рукоятка; 4-передняя смещенная рукоятка; 5-боковая смещенная рукоятка)Х7 - наличие или отсутствие вспомогательных контактов (0-без вспомогательных контактов; 1-со вспомогательными контактами)Х8 - степень защиты со стороны рукоятки привода (00-IP00; 32-IP32; 54-IP54)

3.Автоматические выключатели

Автоматические выключателипредназначены для коммутации цепей при токах короткого замыкания и перегрузке, а также для редких включений и отключений цепей в нормальном режиме.

Принцип действия.Отключающийимпульс по механической связи воздействует на рычаги механизма свободного расцепления и контактный рычаг под действием отключающей пружины отключает сначала главные, а затем - дугогасительные контакты.

Отключающий импульс может создаваться электромагнитным расцепителем (реагирует на токи короткого замыкания) или тепловым расцепителем (при перегрузке).

  

Рисунок 8. Автоматические выключатели

 Рисунок 9. Устройство автоматического выключателя ДЭК

Механизм взвода и расцепления– механическая система из пружин и рычажков, выполняющая две основные функции: удержание контактов в сомкнутом состоянии при штатном режиме работы, и, при возникновении аварийной ситуации, по командам расцепителей или оператора (ручное отключение) быстро отключить контакты.

Электромагнитный расцепительпредставляет собой электромагнит с подвижным сердечником (якорем), который работает как толкатель. Когда ток через обмотку достигает определенного значения, якорь надавливает на рычажок спускового механизма, что приводит к его срабатыванию и отключению нагрузки. Число витков катушки и сечение обмоточной проволоки электромагнита рассчитано так, чтобы срабатывать только при относительно больших превышениях номинального тока автомата (например, при коротком замыкании), а так же чтобы выдерживать такие превышения неоднократно.

Тепловой расцепитель–биметаллическая пластина, изгибающаяся в определенную сторону при нагреве в результате прохождения тока через специальный проводник повышенного сопротивления, намотанный поверх неё (биметаллическая пластина косвенного нагрева). При определенном угле изгиба пластины, её кончик надавливает на рычажок спускового механизма – автомат отключается. В отличие от электромагнитногорасцепителя, тепловой расцепитель более медлителен и не способен срабатывать за доли секунды, однако, он более точен и поддается тонкой настройке.

Автоматический выключатель устроен и работает по принципу постоянного слежения за силой электрического тока, использует сразу два детектора-расцепителя: электромагнитный и тепловой. Первый обладает высокой скоростью реакции, которая необходима для защиты от быстрорастущих сверхтоков, вторая – точностью и определенной задержкой в срабатывании, что позволяет исключить ложные отключения нагрузки при кратковременном и небольшом превышении силы тока.

4.Контакторы. Магнитные пускатели

Контактор– это двухпозиционный аппарат с самовозвратом, предназначенный для частых коммутаций токов, не превышающих токи перегрузки, и приводимый в действие приводом.

Замыкание контактов контактора осуществляется с помощью электромагнита. При нажатии кнопки «Пуск» напряжение подается в обмотку электромагнита, к сердечнику которого притягивается якорь вместе с подвижными контактами, включающими цепь питания электродвигателя. Блок-контакты удерживают во включенном состоянии контактор. Для отключения – нажимаем кнопку «Стоп».

Для управления электродвигателями трехфазного тока широко применяются магнитные пускатели, состоящие из контактора и тепловых реле (для защиты от перегрузки).

   

Рисунок 10. Магнитные пускатели

Тепловые реле- это электрические аппараты, предназначенные для защиты электродвигателей от токовой перегрузки. Наиболее распространенные типы тепловых реле - ТРП, ТРН, РТЛ и РТТ.

Рисунок 11. Тепловое реле

Принцип действия тепловых реле

Долговечность энергетического оборудования в значительной степени зависит от перегрузок, которым оно подвергается во время работы.

Для защиты от перегрузок, наиболее широкое распространение получили тепловые реле с биметаллической пластиной.

Биметаллическая пластина теплового реле состоит из двух пластин, одна из которых имеет больший температурный коэффициент расширения, другая — меньший. В месте прилегания друг к другу пластины жестко скреплены либо за счет проката в горячем состоянии, либо за счет сварки. Если закрепить неподвижно такую пластину и нагреть, то произойдет изгиб пластины в сторону материала с меньшим. Именно это явление используется в тепловых реле.

Нагрев биметаллического элемента теплового реле может производиться за счет тепла, выделяемого в пластине током нагрузки. Очень часто нагрев биметалла производится от специального нагревателя, по которому протекает ток нагрузки. Лучшие характеристики получаются при комбинированном нагреве, когда пластина нагревается и за счет тепла, выделяемого током, проходящим через биметалл, и за счет тепла, выделяемого специальным нагревателем, также обтекаемым током нагрузки.

Прогибаясь, биметаллическая пластина своим свободным концом воздействует на контактную систему теплового реле.

5. Бесконтактные коммутационные устройства

Существенным недостатком элементов электромагнитной аппаратуры, коммутирующих электрические цепи, является низкая надежность контактов. Коммутация больших значений тока связана с возникновением электрической дуги между контактами в момент размыкания, которая вызывает их нагрев, оплавление и, как следствие, выход аппарата из строя.

В установках с частым включением и отключением силовых цепей ненадежная работа контактов коммутирующих аппаратов отрицательно сказывается на работоспособности и производительности всей установки. Бесконтактные электрические коммутирующие аппараты лишены указанных недостатков.

Бесконтактными электрическими аппаратами называют устройства, предназначенные для включения и отключения (коммутации) электрических цепей без физического разрыва самой цепи. Основой для построения бесконтактных аппаратов служат различные нелинейные элементы: ферромагнитные сердечники с обмотками, полупроводниковые приборы (транзисторы, тиристоры) интегральные микросхемы, оптоэлектронные приборы.

Тиристорныйоднополюсный контактор.

На рис. 12 приведена схема тиристорного однополюсного контактора. Для включения контактора и подачи напряжения на нагрузку должны замкнуться контактыКв цепи управления тиристоровVS1 иVS2. Если в этот момент на зажиме 1 положительный потенциал (положительная полуволна синусоиды переменного тока), то на управляющий электрод тиристораVS1 будет подано через резисторR1 и диодVD1 положительное напряжение. ТиристорVS1 откроется и через нагрузкуR_нпойдет ток. При смене полярности напряжения сети откроется тиристорVS2, таким образом, нагрузка будет подключена к сети переменного тока. При отключении контактамиКразмыкаются цепи управляющих электродов, тиристоры закрываются и нагрузка отключается от сети.

Рисунок 12. Схема электрическая однополюсного контактора

Рисунок 13. Бесконтактный трехполюсный пускатель на тиристорах серии ПТ

Тиристорныепускатели.Для включения, отключения, реверсирования в схемах управления асинхронными электродвигателями разработаны тиристорные трехполюсные пускатели серии ПТ (рис.13). Пускатель трехполюсного исполнения в схеме имеет шесть тиристоровVS1…VS6, включенных по два тиристора на каждый полюс. Включение пускателя осуществляется посредством кнопок управленияSB1 «Пуск» иSB2 «Стоп».

Схема тиристорного пускателя предусматривает защиту электродвигателя от перегрузки, для этого в силовую часть схемы установлены трансформаторы токаТА1 иТА2, вторичные обмотки которых включены в блок управления тиристорами.

Достоинства:

отсутствие подвижной контактной системы;

отсутствие дуги при переключении цепи;

высокое быстродействие;

допустимость работы во взрывоопасных помещениях;

простота управления слабыми сигналами;

высокая надежность работы.

Недостатки:

протекает небольшой ток утечки;

повышенное падение напряжения, что приводит к нагреву;

требуют интенсивного охлаждения – воздушного или водяного.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ ВЫШЕ 1000 В

1. Разъединитель(QS)– это контактный коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения электрической цепи без тока или с незначительным током.

При ремонтных работах разъединитель создает видимый разрыв цепи. Разъединителем нельзя отключать токи нагрузки, т.к. контактная система не имеет дугогасительных устройств (перед отключением разъединителя цепь должна быть отключена выключателем).

Разъединители могут быть для внутренней установки (рубящего типа) и наружной установки (горизонтально – поворотного типа).

Рисунок 14. Разъединитель наружной установки (горизонтально – поворотного типа)

Рисунок 15. Разъединитель для внутренней установки (рубящего типа)

Для внутренних установок выпускаются разъединители однополюсные и трехполюсные.

2. Отделитель(QR)– служит для быстрого отключения обесточенной цепи. Внешне не отличается от разъединителя, но у него для отключения имеется пружинный привод. Импульс для работы привода подается релейной защитой и автоматикой.

Если в цепи имеются разъединитель и отделитель, то отключение следует выполнять отделителем, т.к. он имеет пружинный привод. Включение отделителя производится вручную.

3. Короткозамыкатель(QN)– это коммутационный аппарат, предназначенный для создания искусственного короткого замыкания в электрической цепи. Выполняются в виде одного полюса. Короткозамыкатели применяются для того, чтобы обеспечить отключение поврежденного трансформатора после создания искусственного КЗ действием релейной защиты питающей линии.

Привод короткозамыкателя имеет пружину, которая обеспечивает включение заземленного ножа на неподвижный контакт, находящийся под напряжением. Импульс для работы привода подается от релейной защиты. Отключение производится вручную.

Рисунок 16. Короткозамыкатель

4. Выключатели нагрузки– предназначены для отключения токов нагрузки до 800 А при напряжении 10 кВ. Они имеют дугогасительную камеру с твердым газогенерирующим вкладышем, укрепленным на неподвижном контакте. Выключатель нагрузки может иметь заземляющие ножи, предохранители высокого напряжения (ПК), устройства для автоматического отключения при перегорании предохранителя (ВНП-16 – без предохранителей, ВНП-17 – с предохранителями). При этом размыкаются главные контакты, затем дугогасительные, а возникающая дуга затягивается в щель между вкладышами. В результате чего выделяются газы, которые с большой скоростью вырываются из камеры и гасят дугу.

Рисунок 17. Выключатели нагрузки

5. Масляные выключатели– предназначены для отключения и включения цепей в нормальных и аварийных режимах. В отличие от выключателя нагрузки они должны обеспечить отключение то нагрков КЗ и включение на существующее КЗ. Они должны обладать достаточной отключающей способностью, малым временем отключения, допускать операции АПВ, допускать возможно большее число отключений без ремонта.

- масляные баковые выключатели (полностью залитые маслом) – применяются в ОРУ;

- маломасляные (масло только в дугогасительной камере) – применяются в ЗРУ и КРУ.

Рисунок 18. Маломасляный выключатель

6. Воздушные выключатели– для гашения дуги используется сжатый воздух, который создает дутье в продольном и поперечном направлении. Необходима компрессорная установка и специальные устройства для очистки и сушки воздуха.

Достоинства:пожаро- и взрывобезопасность; быстрота действия; высокая отключающая способность; малый износ дугогасительных контактов.

Недостатки:необходимость компрессорной установки; сложная конструкция; высокая стоимость

Рисунок 19. Воздушный выключатель

7. Вакуумные выключатели .Электрическая прочность вакуумного промежутка во много раз больше, чем воздушного промежутка при атмосферном давлении. Это свойство используется в вакуумных дугогасительных камерах. Ход подвижного контакта – 12 мм. Время отключения – 0,03 с.

Выпускаются на напряжение до 110 кВ и токи до 3200А Вакуумные выключатели имеют большой срок службы (10⁶операций с номинальным током). Могут работать без ремонта до 25 лет.

Достоинства:простота конструкции; высокая степень надежности; высокая коммутационная износостойкость; малые размеры; пожаро- и взрывобезопасность; отсутствие шума при операциях; отсутствие загрязнения окружающей среды; малые эксплуатационные расходы.

Недостатки:сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения; возможность коммутационных перенапряжений при отключении малых индуктивных токов. 

Рисунок 20. Вакуумный выключатель

Рисунок 21. Полюс вакуумного выключателя

8. Элегазовые выключатели– в качестве изоляционной среды используют шестифтористую серу(SF₆), обладающей высокой диэлектрической прочностью (в 2,5 раза больше прочности воздуха), с хорошей дугогасительной способностью (в 4 раза выше, чем воздуха) и теплопроводностью. Выпускаются на напряжение 110 кВ и выше.

Достоинства:пожаро- и взрывобезопасность; быстрота действия; высокая отключающая способность; малый износ дугогасительных контактов.

Недостатки:необходимость специальных устройств для наполнения, перекачки и очистки SF₆; относительно высокая стоимость SF_6.

Рисунок 22. Элегазовый выключатель

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Электрическое оборудование может оказаться под повышенным (по сравнению с номинальным) напряжением при грозе и ком­мутации электрических сетей. Для ограничения перенапряжений, воздействующих на изоляцию подстанций, применяют вентиль­ные разрядники и ограничители перенапряжений. В эксплуатации находятся различные типы разрядников — РВП, РВС, РВМ, РВМК, РВМГ. Обязательными элементами вентильного разряд­ника являются искровой промежуток и последовательно вклю­ченный с ним нелинейный резистор. В нормальных условиях рабо­ты электроустановки искровой промежуток отделяет токоведущие части от заземления и при появлении импульса перенапряжений срезает волну опасного перенапряжения, обеспечивая при этом надежное гашение дуги сопровождающего тока (тока промыш­ленной частоты, проходящего вслед за импульсным током) при первом прохождении его через нулевое значение.

Рисунок 23. Вентильный разрядник РВС(а) и блок магнитовентильного разрядника РВМ, РВМК с магнитными искровыми промежутками

1-фарфоровый цилиндр; 2-искровые промежутки; 3- латунные шайбы; 4-электрокартонная прокладка; 5-тиритовый резистор

Искровой промежуток разрядника на соответствующий класс напряжения набирается из блоков искровых промежутков. На рис. 23 показан блок искровых промежутков2,помещенных в фарфоровый цилиндр1.У разрядников серии РВС каждый еди­ничный искровой промежуток создается двумя штампованными латунными шайбами3,разделенными тонкой миканитовой или электрокартонной прокладкой4.Дробление горящей дуги на ко­роткие дуги в единичных искровых промежутках повышает дуто-гасящие свойства разрядника. Для равномерного распределения напряжения промышленной частоты по единичным искровым про­межуткам блок шунтирован подковообразным тиритовым резис­тором5.Разрядники серий РВМ, РВМГ и РВМК имеют искровые промежутки с магнитным гашением дуги.

В вентильных разрядниках последовательно с блоками искро­вых промежутков включают нелинейные резисторы. Они состоят из вилитовых, а разрядники высших классов напряжения — из тервитовых дисков, собранных в блоки.

Диски обладают свойством изменять сопротивление в зависи­мости от значения приложенного к ним напряжения. С увеличе­нием напряжения сопротивление их уменьшается, что способствует прохождению больших импульсных токов молнии при не­большом падении напряжения на разряднике. Сопротивление ре­зисторов подбирают таким образом, чтобы они ограничивали со­провождающий ток промышленной частоты 80... 100 А.

Диски нелинейных резисторов невлагостойки и во влажной ат­мосфере резко ухудшают свои характеристики. Поэтому все эле­менты вентильных разрядников размещают в герметичных фар­форовых покрышках. Герметичность покрышек обеспечивается тща­тельным армированием фланцев и уплотнением торцевых кры­шек озоностойкой резиной.

Вентильные разрядники отвечают своему назначению только при наличии хорошего заземления нижнего фланца. При отсут­ствии заземления разрядник работать не будет. Заземляют разряд­ники присоединением к общему заземляющему устройству под­станции, сопротивление которого нормируется.

Эффективность защиты вентильными разрядниками определя­ется расстоянием их от защищаемого оборудования: чем ближе (считая по соединительным шинам) к защищаемому оборудованию они установлены, тем эффективнее их защита. Поэтому их устанавливают как можно ближе к наиболее ответственному обо­рудованию (например, к трансформаторам).

Ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН).Для защи­ты подстанций от перенапряжений все большее применение на­ходят ОПН . Они отличаются от вентильных разряд­ников только отсутствием искровых промежутков и материалом нелинейных резисторов. Резисторы ОПН, изготовленные на ос­нове оксидно-цинковой керамики, ограничивают коммутацион­ные перенапряжения до уровня 1,8 U_фи атмосферные — до уровня 2...2,4U_ф.

Конструкция ОПНИ-500 в отличие от ОПН-500 позволяет кон­тролировать его изоляцию под рабочим напряжением. После сра­батывания аппарата и снижения перенапряжения до U_фсопро­вождающий ток, проходящий через резисторы, уменьшается до нескольких миллиампер, что и позволяет отказаться от последо­вательных искровых промежутков.

При отсутствии искровых промежутков через резисторы в нор­мальном режиме проходит небольшой ток проводимости, обус­ловленный рабочим напряжением сети. Длительное прохождение тока проводимости ведет к старению оксидно-цинковой керами­ки. Поэтому в эксплуатации систематически проверяют значение тока проводимости и не допускают его увеличения до значений, при которых возможен тепловой пробой резисторов и выход ОПН из строя.

Резисторы ОПН напряжением 35... 500 кВ размещают в герме­тичных одноэлементных фарфоровых покрышках. Высота ОПН близка к высоте опорных изоляторов того же класса напряжения.

Рисунок 24. Ограничитель перенапряжения

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА

Устройство и схемы включения трансформаторов тока

Трансформаторы тока применяются для измерения больших то­ков, когда невозможно непосредственное включение измеритель­ных приборов в контролируемые цепи. Использование трансфор­маторов тока позволяет устанавливать измерительные приборы на любом расстоянии от контролируемых цепей, концентрируя их в одном месте - на щите или пульте управления.

Трансформатор тока состоит из замкнутого магнитопровода, на­бранного из тонких литых листов электротехнической стали, и двух обмоток — первичной и вторичной.

Первичная обмотка трансформатора тока включается последо­вательно в линию (рис. 25), а его вторичная обмотка замыкает­ся непосредственно на амперметр и цепи тока других измеритель­ных приборов, которые тоже соединяются между собой последо­вательно, так как ток в них должен быть один и тот же.

Рисунок 25. Устройство, схема включения транс­форматора тока(а)и его обозначение(б)

Суммарное сопротивление амперметра и цепей тока измери­тельных приборов относительно мало (обычно меньше 1 Ом), по­этому трансформатор тока работает в условиях, близких к услови­ям короткого замыкания силового трансформатора.

Изменение тока в первичной обмотке трансформатора вызы­вает изменение тока в его вторичной обмотке, при этом вторич­ный ток пропорционален первичному.

Соотношение между токами и витками обмоток трансформа­тора тока имеет вид

 ,

где I₁, I₂— соответственно первичный и вторичный токи; ω₁,ω₂— соответственно число витков первичной и вторичной обмоток; К_т.т—коэффициент трансформации.

Вторичный номинальный ток во всех трансформаторах тока составляет 5 А (в неко­торых специальных случаях — 1А).

В целях безопасности один зажим вторичной обмотки и стальной кожух трансформа­тора тока заземляются.

Особенности работы транс­форматора тока определяют­ся тем, что у него независи­мой величиной является не первичное напряжение, а первичный ток I_1,который в большинстве случаев во много раз больше вторичного тока I₂, поэтому число витков первичной обмотки ω₁должно быть во много раз меньше числа витков вто­ричной обмотки ω₂. Для больших токов первичная обмотка вы­полняется в виде провода, продетого в окно стального сердечника (рис.26).

Рисунок 26. Проходной трансформатор тока

1 – первичная обмотка; 2 – зажимы вторичной обмотки; 3 – изолирующий цилиндр; 4 - сердечник

Точность измерений зависит от погрешности (ошибки) самих измерительных трансформаторов и присоединяемых к ним при­боров.

Трансформаторы тока выбирают по следующим параметрам: номинальному напряжению, рабочему току, классу точности вто­ричной обмотки, а также значениям термической и динамичес­кой устойчивости при прохождении токов короткого замыкания.

Трансформаторы тока в распределительных устройствах обес­печивают:

расширение пределов измерительных приборов с токовыми об­мотками (амперметров, ваттметров, счетчиков);

питание токовых обмоток реле, а в некоторых случаях обмоток отключающих устройств приводов силовых выключателей;

отделение вторичных цепей от первичных.

Последний фактор имеет особое значение, так как определяет безопасность обслуживающего персонала. Вторичные обмотки трансформаторов тока и их корпуса, как правило, соединяют с землей.

Для правильного соединения нескольких трансформаторов тока в общую схему и присоединения к ним приборов необходимо знать их полярность, т. е. соответствуют ли начало и конец первичной обмотки началу и концу вторичной обмотки, для чего их марки­руют: начало первичной обмотки, включаемой в линию, обозна­чают Л1, а ее конец — Л2; начало и конец вторичной обмотки обо­значают соответственно И1 и И2.

В зависимости от характера нагрузки, задач измерения и видов релейной защиты в линиях трехфазного тока измерительные транс­форматоры устанавливают на одной, двух или трех фазах.

Рисунок 27. Схемы соединения трансформаторов тока:

а —полная звезда;б —треугольник;в —неполная звезда;г- на разность токов;

д —на сумму трех токов;е —последовательное соединение двух обмоток одной

фазы; ж — параллельное соединение двух обмоток одной фазы

Различные схемы соединения трансформаторов тока приведе­ны на рис.27. Из них схемы полная звезда и треугольник при­меняются при необходимости контроля тока во всех трех фазах линии (например, в некоторых видах релейных защит); схема не­полная звезда и схема на разность токов двух фаз — в сетях с изоли­рованной нейтралью, а схема на сумму трех токов - в релейных защитах от замыканий на землю.

Если со вторичных обмоток двух трансформаторов одной фазы необходимо получить возможно большую мощность, применяет­ся их последовательное соединение, а параллельное соединение тех же обмоток позволяет увеличить ток во вторичной цепи.

Конструкции трансформаторов тока

По конструкции трансформаторы тока подразделяют на опорные, проходные, шинные, встроенные, разъемные и втулочные.

В зависимости от числа витков первичной обмотки различают одно- и многовитковые трансформаторы тока, а также с одной; вторичной обмоткой или несколькими. При монтаже РУ на напряжение 6... 10 кВ применяют трансформаторы тока с литой и фарфоровой изоляцией, а при напряжениях до 1 кВ - с литой, хлопчатобумажной и фарфоровой.

Одновитковые трансформаторы тока (рис.28,а)конструктивно проще, имеют меньшие размеры, дешевле и более устой­чивы при коротких замыканиях, чем многовитковые. Существен­ным их недостатком является невысокая точность при измерении малых токов. Применяются они для внутренней установки на пер­вичные токи от 400 до 6000 А.

В основном многовитковые трансформаторы с одним сердеч­ником (рис. 28,б)применяются для внутренней установки на номинальные первичные токи от 5 до 600 А и для наружной уста­новки на токи от 1000 до 2000 А.

В многовитковых трансформаторах тока с двумя сердечниками каждый из сердечников имеет свою вторичную обмотку, а пер­вичная обмотка у них общая (рис.28,в),т. е. получается как бы сдвоенный трансформатор тока. Каждая вторичная обмотка тако­го трансформатора рассчитана на определенную номинальную на­грузку, при которой он будет работать в пределах своего класса точности. Обычно одну из вторичных обмоток используют для включения измерительных приборов, а другую - для реле защиты. При этом обмотки могут быть одинаковых или разных классов точ­ности.

В некоторых случаях трансформаторы тока (на 110 кВ и выше) изготавливают с тремя и четырьмя сердечниками.

Рисунок 28. Принципиальные схемы трансформаторов тока:

а —одновиткового;б —многовиткового с одним сердечником;

в —многовиткового с двумя сердечниками;1 -первичная обмотка;2 -изоляция;3 -сердеч­ник;4 —вторичная обмотка

Обозначение трансформаторов тока

Буквы в обозначении трансформаторов тока означают следую­щее: Т — трансформатор тока, П — проходной, О — одновитковый, М — многовитковый, Л — с литой изоляцией, Ф — с фарфо­ровой изоляцией. Также в обозначении могут быть цифры, опре­деляющие номинальное напряжение. Отсутствие буквы П указывает на то, что трансформатор тока не проходной, а опорный. Может быть также указан класс точности, а при наличии двух сердечни­ков под чертой указывают номинальный первичный ток. Кроме того, могут быть добавлены буквы, характеризующие исполнение трансформатора тока: нормальное (без дополнительных обозначе­ний); усиленное по термической или динамической устойчивости (У); для дифференциальной защиты (Д); для защиты от замыка­ний на землю (3).

2 ТРАНСФОРМАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Трансформаторы напряжения применяются для питания катушек напряжения электроизмерительных приборов, реле, цепей сигнализации, управления и автоматики. От обычного силового трансформатора они отличаются небольшой мощностью.

Устройство и схема трансформатора напряжения показаны на рис. 29. Его первичная обмотка, являющаяся вместе с тем обмоткой высокого напряжения с большим числом витков, включа­ется на измеряемое напряжениеU₁, авторичная обмотка, являю­щаяся обмоткой низкого напряже­ния, замыкается на вольтметр и цепи напряжения других приборов. Обе обмотки концентрические. Об­мотка ВН окружает обмотку НН так же, как в силовых трансформа­торах. Все измерительные приборы соединяются между собой парал­лельно, чтобы в них было одно и то же вторичное напряжение транс­форматора.

Рисунок 29. Устройство трансформатора напряжения, нагруженного вольтметром и частотомером (а) и его условное обозначение (б)

Сопротивление вольтметра и цепей напряжения измерительных приборов относительно велико (порядка тысяч Ом), т. е. трансформатор напряжения работает в условиях, близких к условиям холостого хода силового трансфор­матора. Следовательно, внутренние падения напряженияI₁Z₁иI₂Z₂в его обмотках относительно малы, и можно считать, что U₁=Е₁иU₂=E₂,атак какE₁/E₂= ω₁/ω₂=К_т,то напряжениеU₁=K_тU₂,т. е. вторичное напряжение связано с первичным постоянным со­отношением, равным коэффициенту трансформации.

На шкале вольтметра, постоянно работающего с определенным трансформатором напряжения, наносят значения первичного на­пряжения. Соответственно ваттметры и счетчики, предназначен­ные для постоянной работы при известных коэффициентах транс­формации измерительных трансформаторов, градуируются с уче­том этих коэффициентов. Вторичное номинальное напряжение во всех трансформаторах напряжения имеет одно и то же стандарт­ное значение — 100 В.

В целях безопасности обслуживающего персонала один зажим вторичной обмотки и стальной кожух трансформатора напряжения должны быть заземлены. Тем самым предупреждается возник­новение высокого напряжения между присоединенными к транс­форматору измерительными приборами и землей при поврежде­нии изоляции между обмотками.

Каждый трансформатор напряжения характеризуется двумя мощностями: номинальной и максимальной.

Номинальная мощность определяет перегрузку, т. е. предел на­грузки, при которой гарантируется работа трансформатора в ус­тановленном для него классе точности. Максимальная мощность определяет предел нагрузки трансформатора по допустимому на­греву его обмоток. При нагрузках выше номинальной мощности (и до максимальной) трансформатор напряжения выходит из сво­его класса точности. В этом случае он работает как силовой, т. е. используется для питания линий освещения, цепей сигнализации и др.

Трансформаторы напряжения различают по числу фаз — одно­фазные и трехфазные; числу обмоток - двухобмоточные и трехобмоточные; классу точности; способу охлаждения — с масляным охлаждением и естественным воздушным (сухие) и роду установ­ки — внутренние и наружные.

В сетях, подстанциях и РУ промышленных предприятий при­меняют трансформаторы напряжения классов точности 1 и 3, а для учета электроэнергии — класса 0,5.

Буквы в обозначении трансформаторов напряжения означают: Н — напряжение, О — однофазный, М — масляный, С — сухой, К - залитый компаундом (в обозначении НОСК) или с компен­сационной обмоткой (в обозначении НТМК), И — пятистержневой, Т - трехфазный (в обозначении НТМИ).

Цифры после букв указывают номинальное напряжение обмот­ки ВН. Выводы первичной обмотки ВН трехфазных трансформа­торов маркируют буквамиА, В, С,а вторичной обмотки НН —а, в, си цифрой 0. В однофазных трансформаторах выводы соответ­ственно обозначаютсяА,Xиа, х.

Трансформаторы напряжения понижают ВН до 100 В, что не­обходимо для питания приборов и цепей вторичных устройств, а также релейной защиты от замыкания на землю.

В распределительных устройствах и подстанциях с напряже­нием 6... 10 кВ применяют преимущественно трансформаторы НОМ-6-10, НТМИ-6-10 или НТМК-6-10.

Масляный трансформатор напряжения серии НОМ показан на рис. 30. Он состоит из бака2,заполненного маслом, магнитопровода, обмоток8и выводов на крышке бака в виде проходных изоляторов3и4.Магнитопровод однофазный, броневого типа. Об­мотки намотаны на цилиндр из слоев электрокартона одна поверх другой. Обмотка ВН состоит из двух последовательно соединенных катушек и имеет два электростатических экрана для защиты от перенапряжения. На крышке смонтированы выводы первично­го и вторичного напряжений, расположена пробка для доливки мас­ла. На баке 2 закреплен болт 5 для заземления трансформатора.

Рисунок 30. Трансформатор напряжения серии НОМ:

а —общий вид;б —выемная часть;1- сливная пробка;2 —бак;3, 4 —проходные изоляторы; 5 — болт заземления;6 —винтовая пробка; 7 — контакт высоковольтного вывода;8 —обмотки;9 —сердечник

Тепло, выделяемое трансформатором при работе, отводится за­полняющим его маслом, которое, нагреваясь, расширяется. Мас­ло не должно доходить до крышки, т. е. под крышкой должно быть небольшое воздушное пространство, связь которого с окружаю­щей атмосферой осуществляется через неплотную резьбу пробки. При монтаже трансформатора из-под крышки удаляют кожаную уплотнительную шайбу, установленную заводом в целях предуп­реждения течи масла при транспортировке.

В трансформаторах напряжения тропического исполнения до­полнительно устанавливается воздухоосушающий фильтр для очи­стки от влаги и промышленных загрязнений воздуха, поступаю­щего при температурных колебаниях масла.

Схемы включения однофазных трансформаторов напряжения и присоединения к ним измерительных приборов приведены на рис. 31.

Рисунок 31. Схемы включения однофазных трансформаторов напряжения:

а —соединение двух однофазных трансформаторов в открытый треугольник;б—соединение трех однофазных трансформаторов в звезду; VI — вольтметры линей­ного напряжения; V2 — вольтметры фазного напряжения

Два однофазных трансформатора напряжения (рис. 31,а)соединяются в открытый треугольник, если необходимо включить измерительные приборы и реле только на междуфазные либо толь­ко линейные напряжения. Три однофазных трансформатора напря­жения (рис. 31,б)соединяются в звезду с глухим заземле­нием нейтрали обмоток, если необходимо включить измеритель­ные приборы и реле и на междуфазные (вольтметры VI) и фазные (вольтметры V2) напряжения. Глухое заземление нейтрали обмот­ки высокого напряжения позволяет следить при помощи вольт­метров V2 (или реле) за состоянием изоляции первичной сети. При нормальном состоянии изоляции вольтметры V2 показывают фаз­ное напряжение. При полном (глухом) замыкании на землю од­ной из фаз стрелка вольтметра поврежденной фазы будет стоять на нуле, а два вольтметра исправных фаз будут показывать между­фазное напряжение.

Трехфазные трансформаторы напряжения с масляной изоляци­ей серий НТМК и НТМИ внутренней установки, предназначен­ные для питания различных приборов и одновременного контро­ля изоляции, на напряжение до 18 кВ, изготавливают трехстержневым и пятистержневым магнитопроводами.