Коммутационная и защитная аппаратура подстанций —
Для соединения отдельных аппаратов, элементов аппаратов и распределения электроэнергии между ними на подстанциях используются голые проводники различной конфигурации (прямоугольные, круглые, трубчатые и т. д.), которые называются шинами.
Шины изготовляются из меди, алюминия, стали. Медные шины используются в наиболее ответственных аппаратах, а остальные — в маломощных установках. Для удобства монтажа распределительные шины имеют стандартную окраску: фаза Л — желтого цвета, фаза В — зеленого, фаза С — красного, заземленная нейтраль — черного цвета.
В цепях постоянного тока шина положительного потенциала имеет красную окраску, отрицательного — синюю.
Сечение шин рассчитывается по номинальному току и проверяется на термическое действие тока к. з.
Крепление шин выбирается из условий механической устойчивости при динамическом действии тока к. з.
Разъединители применяются для разъединения и переключения участков цепи подстанции под напряжением, но без токовой нагрузки, а также для создания видимого разрыва в цепях высокого напряжения.
Разъединители выпускаются для внутренней и наружной установки. Разъединители для наружной установки на напряжение 6—10 кВ имеют такую же конструкцию, как и для внутренней установки, но изготовляются повышенной механической прочности.
На рис. 11.2 показан разъединитель РВ-10/600, который представляет собой мощный трехполюсный рубильник с контактами ножевого типа: включение и выключение его производят с помощью рычажного привода, рукоятка которого обычно блокируется с выключателем мощности так, чтобы нельзя было отключить разъединитель при включенном выключателе мощности.
В некоторых случаях разъединители устанавливают в цепях потребителей с V > 1000 В (столбовые подстанции) без выключателя мощности, тогда разъединителем допускается отключение тока холостого хода трансформатора мощностью до 750 кВ • А при напряжении 10 кВ, ток замыкания на землю не более 10 А при напряжении 10 кВ.
Выбор разъединителей производится по номинальному току, проверка — по току к. з.
Плавкие предохранители применяются для защиты линий электропередач от токов к. з. Для защиты силовых цепей в сетях напряжением 6—10 кВ применяют предохранители с кварцевым заполнением следующих типов: ПК. ПКУ —для внутренней установки; ПКН— для наружной установки; ПКТ, ПКТУ — для защиты измерительных трансформаторов. Установка предохранителя (рис. 11.3) производится путем вставки патрона 2 в пружинящие зажимы 3, укрепленные на изоляторах 4.
Патрон 2 представляет собой фарфоровую стеклянную трубку, закрытую с обоих торцов латунными колпачками 1 и заполненную сухим кварцевым песком. Внутри патрона помещена плавкая вставка, состоящая из нескольких параллельных медных спиралек 5 с напаянными на них шариками из олова. Помимо плавких вставок в патроне размещена еще стальная спиралька 6, соединенная с якорем указателя срабатывания 7. В момент срабатывания предохранителя спираль 6 перегорает, а указатель 7 специальной пружиной выталкивается из своего гнезда.
Достоинствами плавких предохранителей является простота их конструкции и высокое быстродействие. К недостаткам следует отнести: необходимость их замены вручную, возможность срабатывания только на одной фазе, срабатывание при токе значительно большем, чем ток плавкой вставки.
Предохранители применяют в сетях напряжением до 35 кВ включительно, на токи уставок до 400 А с наибольшей мощностью отключения до 500 мВ • А.
Выбираются предохранители по поминальному напряжению, току, предельно отключаемому току к. з.
Выключатели нагрузки применяются для включения и выключения рабочих токов на поверхностных распределительных пунктах.
Конструктивно выключатели нагрузки представляют собой трех полюсный разъединитель, снабженный дугогасительной камерой (рис. 11.4) и отключающей пружиной. К контактным ножам 5 прикреплены медные дугогасительные ножи 3> которые при включении входят в отверстия пластмассовых дугогасительных камер 1. Внутри камеры помещаются контактные подпружиненные губки 2, неподвижные контакты дугогасительного устройства. Основные силовые контакты находятся снаружи ка меры. По бокам вложены вкладыши 4 из гззогенерируюшего материала (органическое стекло).
Разрыв цепи при выключении выключателя нагрузки вначале происходит между основными контактами, а затем внутри дугогасительной камеры между дугогасящим 4 1-4 97 ножом и губками. Дуга возникает в камере, под действием высокой температуры органическое стекло выделяет большое количество водорода, в камере возникает большое давление газов, которые способствуют быстрому гашению дуги.
Выключатели нагрузки выпускают для напряжения 6—10 кВ и тока 200—400 А.
Выключатели нагрузки не рассчитывают на отключение тока к. з., поэтому их комплектуют с плавкими предохранителями 6 типа ПК, которые выполняют роль токоограничивающего устройства. В выключателе ВНП-17 имеется электромагнит, который автоматически отключает выключатель при перегорании любого предохранителя аппарата.
Высоковольтные выключатели применяются для включения и отключения сети напряжением 3 кВ и выше под нагрузкой, а также отключения токов к. з.
В зависимости от среды, в которой происходит гашение электрической дуги при разрыве цепи тока, выключатели делятся на воздушные и масляные. Оба типа получили распространение на подстанциях 6—10 кВ.
Масляные выключатели изготовляют многообъемными и малообъемными, В многообъемном выключателе имеется бак, в котором размешается трансформаторное масло в большом объеме (50—60 л). Масло используется для гашения дуги и изоляции токоведущих частей разных фаз друг от друга и от земли. В малообъемном выключателе имеется полый цилиндр, в котором размещается трансформаторное масло в небольшом объеме (около 2 л). Масло используется только для гашения электрической дуги, поэтому токоведущие части изолированы друг от друга и от земли специальными фарфоровыми и другими изоляторами.
Многообъемные баковые масляные выключатели типа ВМБ из-за их пожаро- и взрывоопасности в настоящее время не выпускаются.
Малообъемный выключатель ВМП (рис. 11.5, а) состоит из трех колонок — фаз /, к верхней части которых подсоединяют подводящие провода фаз, а к нижней, где помещается дугогасительная камера,— отводящие провода фаз Между верхней и нижней частью колонок находятся изоляторы 5, Включение фазы происходит путем перемещения стержня 4 (рис. П.5, 6) с помощью изоляционной тяги 4 (см. рис. 11.5, а), приводимой в движение системой рычагов специального привода. Так как колонки фазы постоянно находятся под напряжением, то они крепятся к раме 3 с помощью фарфоровых изоляторов
На рис. 11.5, б показана схема гашения дуги в камере малообъемного выключателя. Дугогаситсльная камера состоит из изоляционного диска с поперечным каналом 3 и продольным 2. Продольный канал служит для перемещения подвижного контакта 4 и снизу закрывается подпружиненными латунными заслонками 5. Во включенном положении (см. рис. 11.5f б, позиция /) заслонки отжаты подвижным контактом вниз, при отключении (позиция II) заслонки закрывают отверстие, разрывая образовавшуюся дугу на две части. В нижней части колонки дуга разлагает масло и продукты разложения под большим давлением устремляются через канал 3 в верхнюю часть, создавая поперечное масляное дутье. Такое движение масла способствует быстрому гашению дуги. В отключенном положении (позиция III) концы подвижных контактов всех фаз находятся выше уровня масла, что обеспечивает надежный (воздушный) разрыв контактов.
Малообъемные выключатели взрыво- и пожаробезопасны, поэтому для установки не требуют индивидуальных пожаростойкнх камер.
Выключатели выбирают по величине напряжения, номинальному рабочему току и току отключения.
Воздушные выключатели на напряжение 6—10 кВ типа ВЭВ применяются в аппаратах, предназначенных для работы в подземных условиях.
Приводы к выключателям применяются для управления силовыми контактами выключателей. Приводы к выключателям делятся на ручные прямого действия (ПРБА, ПРА), электромагнитные (ПС, ПЭ), моторнопружинные (ППМ-10, П-67 и др.), пневматические (ПВ, ШПВ и др.).
Для выключения сетей напряжением 6—10 кВ применяют первые три типа приводов, пневматические приводы находят применение па подстанциях 35 кВ и выше.
Приводы имеют следующие основные части: ручное, пружинное или электромагнитное устройство для включения; механизм свободного расцепления, который допускает отключение масляного выключателя даже тогда, когда рукоятка удерживается во включенном положении силой; систему рычагов, с помощью которых вал привода соединяется с валом выключателя; отключающее устройство в виде электромагнита отключения или реле защиты; контакты сигнализации (КСЛ).
Ручные приводы прямого действия ПРБА (привод рычажный, блинкерный, автоматический) и ПРА (иривод рычажный, автоматический) в принципе устроены одинаково, разница только в конструкции и характере движения рычага для ручного включения. В приводе ПРБА рычаг с рукояткой для включения и выключения движется вверх или вниз, а в приводе ПРА вместо рычага установлен штурвал, который для включения поворачивается вправо или влево.
Электромагнит для отключения или реле защиты установлены в специальном ящике внизу привода. Приводы ПРБА, ПРА применяются для малообьемиых выключателей при включении линий или потребителей, не требующих дистанционного управления.
Электромагнитные приводы ПС и ПЭ предназначены для дистанционного включения и отключения масляных выключателей. Для включения используется мощный электромагнит, а для отключения — небольшой мощности отключающая катушка.
Принцип работы включающего и отключающего устройства привода ПС и ПЭ виден на рис. 11.6, где 1 — катушка включающего соленоида, 7 — сердечник, отключающей катушки, 3, 4, 5 — система рычагов для включения и отключения масляного выключателя, 6 — защелка (на рис. 11.6, а она удерживает привод во включенном положении), 2—сердечник соленоида.
Моторно-пружинные приводы широко применяются как встроенные, так как включение их происходит с помощью электродвигателя мощностью 1 кВт через редуктор. Двигатель служит для постепенного сжатия спиральных (привод ППМ-10) или цилиндрических (привод ПП-67) пружин, служащих для включения и отключения выключателя. Привод работает таким образом, что при выключении его автоматически включается двигатель, который производит зарядку пружин и сам отключается, когда пружины натянутся с нужной силой и будут готовы к следующему включению выключателя. Поэтому эти приводы имеют электромагнит включения, электромагнит отключения и несколько защитных реле.
При определенных обстоятельствах в линиях электропередач и на элементах подстанций возникают напряжения значительно больше номинальных — их называют перенапряжениями.
Перенапряжения бывают коммутационные и атмосферные.
Появление коммутационных перенапряжений происходит при отключении токов короткого замыкания или при резких и значительных колебаниях нагрузки в ЛЭП. Величины этих перенапряжений обычно не превышают четырехкратного значения номинальных напряжений, так как ЛЭП имеют относительно небольшую индуктивность. Изоляция электроустановок допускает такое превышение напряжения, и поэтому специальные виды защиты от коммуникационных перенапряжений не применяются.
Атмосферные перенапряжения являются следствием атмосферных разрядов в ЛЭП или вблизи ее. Величины перенапряжений в данном случае могут в десятки и сотни раз превышать номинальные напряжения, поэтому необходимо ЛЭП и подстанции защищать от них. Для защиты от атмосферных перенапряжений применяются молниеотводы и разрядники.
Молниеотводы, предложенные М. В. Ломоносовым в 1753 г., предназначены для защиты сооружений от прямых ударов молнии. Они бывают стержневые и тросовые
Стержневой молниеотвод состоит из металлического стержня, высоко поднятого над защищаемым объектом, к которому присоединен надежно заземленный токопроводящая схема трос. Одиночный цепи я зоны защитного действия стержневой молниеотвод стержневого молниеотвода защищает от прямого удара молнии сооружения, находящиеся в радиусе г, (рис. 11.7). Определение радиуса защиты производят по формуле
Для эффективной защиты объекта необходимо устанавливать несколько стержневых молниеотводов, при этом зоны защиты должны перекрывать друг друга и защищаемую площадь.
Стержни молниеотводов могут монтироваться на специальных мачтах, трубах, высоких мачтах, предназначенных для производственных целей.
Тросовые молниеотводы предназначены для защиты линии электропередач напряжением 35 кВ и выше и представляют собой стальные тросы, протянутые над токоведущей линией и надежно заземленные па каждой опоре.
Разрядники предназначены для защиты электрооборудования подстанции от перенапряжений, поступающих по линиям электропередач, поэтому они устанавливаются на первых опорах BJI от подстанции. Представляют собой устройство, состоящее из искрового промежутка и дугогасящих элементов. Разрядники бывают трубчатые и вентильные.
Трубчатый разрядник (рис. 11.8) представляет собой трубку / из газогенерирующего материала (фибробакелита, винипласта), внутри которой размещается металлический стержень 2, соединенный с землей.
Трубка имеет металлический наконечник, который через искровой промежуток Si соединяется с воздушной линией электропередач.
Изменяя величину искровых промежутков Si и 5г, можно отрегулировать величину напряжения, при котором произойдет разряд с ВЛ на землю.
В момент прохождения дуги через искровой промежуток St в трубке будет интенсивно выделяться газ. Внутри трубки образуется высокое давление, а в результате — воздушное дутье, которое способствует гашению дуги. При уменьшении напряжения дуга погаснет (цепь ВЛ — земля будет разорвана).
Разрядники из винипласта обозначаются РТВ, из фибробакелита — РТФ.
Вентильные разрядники изготовляются вилитовые (РВП, РВО) и с магнитным гашением дуги (РВМ). Устанавливаются на подстанциях и подключают к шинам распредустройства через разъединители.
Вилитовый разрядник РВП (рис. 11.9) состоит из фарфорового корпуса /, внутри которого размещены латунные диски 2 с искровыми промежутками между ними и вилитовые диски 3. Величина суммарных искровых промежутков и количество вилитовых дисков зависит от величины перенапряжения, при котором разрядник будет срабатывать.
Вилит — керамическое (состоящее из глины, графита и карборунда) сопротивление с нелинейной характеристикой. При нормальном напряжении его сопротивление большое, поэтому искровые промежутки не пропускают ток. При перенапряжении сопротивление вилита резко падает, в результате общее сопротивление цепи провод — земля уменьшается и между искровыми дисками проходит ток. При снижении напряжения вилитовые диски увеличивают сопротивление и дуга в искровых промежутках гаснет.