Коммутационные аппараты до 1000В

ОД (отделитель)

От конструкции токоведущих частей отделители не отличаются от разъединителей. Их контактная система не приспособлена для коммутаций под рабочим током нагрузки. Для быстрого отключения (не более 0, 5с) в отделителях используется энергия взведенной пружины привода.

В основном, в целях экономии, отделители применяются на подстанциях 35, 110 кВ вместо выключателей по стороне высшего напряжения. Отделители работают в связке с короткозамыкателями.

Отделителями допускаются операции отключения и включения:

- трансформаторов напряжения, зарядного тока шин и подстанционного оборудования всех напряжений (кроме конденсаторных батарей);

- параллельных ветвей, находящихся под током нагрузки, если разъединители этих ветвей шунтированы другими включенными разъединителями или выключателями;

- намагничивающих токов силовых трансформаторов и зарядных токов воздушных и кабельных линий;

- нейтралей трансформаторов и дугогасящих катушек при отсутствии в сети замыкания фазы на землю.

Короткозамыкатель

Короткозамыкатель – электрический аппарат, предназначенный создания искусственного короткого замыкания, в случае внутреннего повреждения силового трансформатора в цепи которого по стороне высшего напряжения от установлен в паре с отделителем. При таком КЗ, действием линейных защит на питающих подстанциях ВЛ обесточивается, поврежденный трансформатор отсоединяется от сети отключением отделителя, а линия включается в работу действием АПВ.

В сетях 110-220 кВ короткозамыкатели имеют один полюс, в сетях 35 кВ - два. Подвижный нож включается действием взведенных включающих пружин короткозамыкателя.

Короткозамыкатели представляют собой аппараты вертикально-рубящего типа, состоящие из основания, изоляционной колонки, неподвижного контакта с выводом для присоединения к линии электропередачи и заземляющего ножа, на конце которого укреплена съемная контактная пластинка. В основании короткозамыкатели размещен вал, установленный в подшипниках, две включающие пружины с регулировкой натяжения, соединенные с основанием и рычагами вала короткозамыкатели, а также гидравлический буфер. Нормальное положение короткозамыкателя отключенное. При этом нож отведен от неподвижного контакта на разрядное расстояние, а его включающие пружины растянуты. Это положение ножа фиксируется приводом. При подаче сигнала на привод короткозамыкателя привод освобождает нож короткозамыкателя, который под действием пружины входит в неподвижный контакт, создавая короткое замыкание на землю.

Разъединитель

Разъединители служат для создания видимого разрыва, отделяющего выведенное из работы оборудование от токопроводящих частей, находящихся под напряжением. Это необходимо, например, при выводеоборудования в ремонт в целях безопасного производства работ.

Разъединители не имеют дугогасительных устройств и поэтому предназначаются, главным образом, для включения и отключения электрических цепей при отсутствии тока нагрузки и находящихся только под напряжением или даже без напряжения.

При отсутствии в электрической цепи выключателя в электроустановках 6 - 10 кВ допускается включение и отключение разъединителями небольших токов, значительно меньших номинальных токов аппаратов, о чем сказано ниже.

Требования, предъявляемые к разъединителям

Требования, предъявляемые к разъединителям с точки зрения обслуживания их оперативным персоналом, заключаются в следующем:

1) разъединители должны создавать ясно видимый разрыв цепи, соответствующий классу напряжения установки;

2) приводы разъединителей должны иметь устройства жесткой фиксации ножей в каждом из двух оперативных положений: включенном и отключенном. Кроме того, они должны иметь надежные упоры, ограничивающие поворот ножей на угол, больший заданного;

3) разъединители должны включаться и отключаться при любых наихудших условиях окружающей среды (например, обледенении);

4) опорные изоляторы и изоляционные тяги должны выдерживать механические нагрузки, возникающие при выполнении операций;

5) главные ножи разъединителей должны иметь блокировку с ножами заземляющего устройства, исключающую возможность одновременного включения тех и других.

Выключатель нагрузки

Выключатель нагрузки, по сути, представляет собой обычный разъединитель с простейшей дугогасительной камерой. Их начали применять около 60 лет тому назад в электроустановках 3, 6, 10 кВ в тех случаях, когда применение дорогих выключателей оказывается неэкономичным. В те времена этот коммутационный аппарат был выполнен в виде разъединителя и высоковольтного предохранителя, поскольку токи нагрузки в электроустановках 6 – 10 кВ были небольшими, по сравнению с современными нагрузками в электрическую сеть. В этом сочетании, разъединитель был предназначен для отключения и включения токов холостого хода, а также включения токов нагрузки, плавкому предохранителю отводилась роль защиты электроустановки от токов перегрузки и короткого замыкания.

Дугогасительные устройства выключателей рассчитаны на гашение мало-мощной дуги, возникающей при отключении тока нагрузки. Их нельзя применять для отключения токов короткого замыкания. Чтобы разорвать цепь в случае возникновения короткого замыкания, последовательно с выключением нагрузки устанавливаются высоковольтные предохранители соответствующей способности.

Выключатели нагрузки заменили дорогостоящие высоковольтные выключатели. Дорого стоит не только высоковольтный выключатель, но и привод к нему. Если ток сети относительно небольшой, 400 - 600 А, целесообразно выключатель с релейной защитой заменить на выключатель нагрузки с предохранителями.

В выключателях нагрузки для гашения дуги используются камеры с автогазовым, автопневматическим, электромагнитным, элегазовым дутьём и вакуумными элементами.

При автогазовом дутье гашение дуги осуществляется выделяющимися под действием температуры дуги из стенок камеры газа. Выключатель нагрузки с автопневматическим дутьём является небольшим воздушным выключателем. Для гашения дуги у таких выключателей образование сжатого воздуха осуществляется за счёт энергии отключающей пружины. Принцип его действия аналогичен принципу поддува электромагнитного выключателя.

Когда используется в выключателях нагрузки элегазовое дутьё, то дугогасительная камера заполняется газом при давлении в две атмосферы. При отключениях дугу омывает поток газа, создаваемый поршневым устройством. Движение подвижного контакта поршневого устройства осуществляется энергией отключающей пружины. Серийно выпускаются выключатели нагрузки с элегазовым дутьём на напряжение до 35 - 110 кВ.

Предохранитель

Предохранители, обладающие способностью резко уменьшать ток в цепи при коротком замыкании, называютсятокоограничивающими. При прохождении через плавкую вставку токов короткого замыкания или длительного тока перегрузки она чрезмерно перегревается и плавится, переходя сначала в жидкое, а затем в газообразное состояние. В процессе расплавления металла вставки между контактами предохранителя образуется дуга. Длительность горения и скорость гашения электрической дуги внутри предохранителя зависят от конструкции предохранителя и правильности выбора плавкой вставки. После гашения дуги электрическая цепь полностью разрывается.

Время перегорания плавкой вставки зависит от величины проходящего через нее тока и называется защитной или токовременной характеристикой плавкой вставки, которая служит для определения выдержки времени отключения аварийных токов, а также расчетов селективной работы предохранителей и релейной защиты электроустановки.
Ток, плавящий вставку, определяется конструкцией предохранителя, физическими данными самой плавкой вставки (материалом, формой, длиной и поперечным сечением) и температурой окружающего воздуха.

На токовременную характеристику предохранителя влияет также состояние плавкой вставки. Если использовать вставку с оксидной пленкой, у которой вследствие этого уменьшилось сечение плавящегося элемента из-за длительного хранения в ненормальных условиях, то характеристики вставки окажутся измененными.
Плавкая вставка может работать длительное время, если через нее проходит номинальный или меньший электрический ток. При прохождении через предохранитель рабочего тока вставка нагревается, но структура металла не меняется.

В закрытых распределительных устройствах напряжением 6 и 10 кВ применяются предохранители ПК и ПКТ.

Предохранитель ПК (рис. 12) относится к токоограничивающим предохранителям и представляет собой патрон - фарфоровую трубку 8, заполненную мелким кварцевым песком, внутри которой помещена плавкая вставка 10, На концах фарфоровой трубки 8 закреплены латунные колпачки 7 с крышками 6. Контакты патронов располагаются на двух опорных изоляторах 5, закрепленных на стальной плите 1. Контакты 2 снабжены замками, удерживающими патрон от выпадания при возникающих при прохождении токов короткого замыкания электродинамических усилиях. Для присоединения шин распределительного устройства к предохранителю служит хвостовик 4 контакта 2.

Плавкая вставка 10 состоит из медных проволок, покрытых слоем серебра и намотанных на керамический сердечник (стержень) 9 для номинальных токов до 7, 5 А. При токах выше 7, 5 А медные проволоки имеют вид спиралей и помещены непосредственно внутрь фарфоровой трубки. Проволока плавкой вставки на номинальные токи до 7, 5 А по всей длине имеет один диаметр, а на токи выше 7, 5 А - разные диаметры, т. е. в этом случае используется проволока ступенчатого сечения, что существенно улучшает характеристики предохранителей. Во время процесса срабатывания предохранителя плавление и испарение таких вставок под действием больших токов происходит неодновременно: сначала плавится участок вставки с проволокой меньшего сечения, а затем-с проволокой большего сечения. Вследствие этого уменьшается длина разрываемого участка и снижается перенапряжение, которое вызывается перегоранием плавкой вставки. Эта конструкция плавкой вставки предохранителя ПК позволяет ограничить перенапряжение до 2, 5-кратного значения рабочего напряжения.

Рисунок 12 – Высоковольтный предохранитель

В предохранителях ПК плавкую вставку изготовляют из нескольких параллельных проволок, что значительно улучшает условия теплоотдачи и уменьшает общее сечение вставки. В результате этого улучшаются условия охлаждения и гашения электрической дуги, которая возникает в нескольких параллельных каналах при плавлении и испарении проволок, что влечет к разрыву электрической цепи. Кроме того, на проволоки плавких вставок напаяны оловянные шарики 13, служащие для снижения температуры плавления проволок за счет " металлургического эффекта". Так как температура плавления олова значительно ниже температуры плавления материала вставки, оно плавится раньше и в расплавленном виде проникает в металл проволоки, снижая тем самым на этом участке температуру плавления вставки предохранителя.

Патрон предохранителя ПК необходимо заполнять сухим, чистым мелкозернистым песком с содержанием кварца около 99%, что обеспечивает быструю деионизацию электрической дуги в пространстве между зернами кварца и проникновение паров металла вставки в песок.

Предохранители ПК допускают многократную перезарядку дугогасящего патрона после его срабатывания, при этом спекшийся кварцевый заполнитель заменяют. При замене плавкой вставки следует точно соблюдать длину проволоки, соответствующую данному типу предохранителя, а также расстояние между отдельными проволоками и стенками патрона. Несоблюдение длины проволоки и расстояний приводят к разрушению предохранителя. Трубки с плавкими предохранителями герметически запаивают.
Предохранитель ПК является токоограничивающим защитным аппаратом, так как ток короткого замыкания обрывается после расплавления и испарения металла не в момент его естественного прохождения через нулевое значение, а значительно раньше, чем он успевает достигнуть своего максимального значения.

Предохранители для внутренней установки снабжены указателем срабатывания 12, который состоит из металлической втулки, пружины, указательной проволоки 11 и головки с крючком. Втулка со вставленной в нее пружиной закреплена на крышке патрона. Один конец пружины прикреплен к головке указателя крючком, а другой присоединен к втулке. В нормальном рабочем состоянии пружина сжата. При перегорании плавкой вставки перегорает и указательная проволока, освобождая пружину, которая выбрасывается вместе с головкой из предохранителя, по чему судят о том, что вставка предохранителя перегорела.

Конструктивно предохранители, изготовленные на разные номинальные напряжения, отличаются длиной патрона, а на разные номинальные токи - не только длиной патрона, но и диаметрами патронов и колпачков. При номинальном напряжении 6 кВ на номинальный ток 75 А и выше и при напряжении 10 кВ на ток 50 А и выше патроны предохранителей делают спаренными. Предохранители на токи выше 200 А при напряжении 6 кВ и выше 150 А при напряжении 10 кВ имеют по четыре патрона на каждую фразу.

Выключатель

Высоковольтные выключатели предназначены для оперативных замыканий и размыканий цепей высокого напряжения при номинальных режимах работы и автоматического размыкания этих цепей при аварийных режимах (перегрузки, короткие замыкания и т.п.). Автоматическое и достаточно быстрое отключение цепи при коротком замыкании является основной и наиболее ответственной операцией выключателя, предотвращающей повреждение и разрушение дорогостоящего электрооборудования от действия больших токов короткого замыкания, а также возможные нарушения нормальной работы энергосистемы.

Выключатели выполняются на номинальные токи от 50 А до 20 кА, номинальные напряжения от 3 до 750 кВ при мощности отключения от 50 до 40 000 MB • А.

Основным фактором, определяющим конструкцию выключателя, является способ гашения дуги. Исходя из этого, выключатели могут быть разделены на следующие основные группы:

ü масляные выключатели — гашение дуги происходит в масле. В эту группу входят маломасляные выключатели с малым объемом масла, служащим только дугогасящей средой, и баковые выключатели, имеющие большой объем масла, которое служит еще и изоляцией токоведущих частей;

ü воздушные выключатели — гашение дуги осуществляется потоком сжатого воздуха, получаемого от специального источника;

ü воздушные автопневматические выключатели — сжатый воздух, необходимый для гашения дуги, создается за счет энергии отключающей пружины;

ü автогазовые выключатели — гашение дуги осуществляется газами, которые выделяются из стенок камер под действием высокой температуры электрической дуги;

ü выключатели со сжатым элегазом — гашение дуги происходит в среде шестифтористой серы;

ü электромагнитные выключатели — гашение дуги осуществляется с помощью магнитного дутья в камерах различных конструкций;

ü вакуумные выключатели — гашение дуги происходит в вакууме.

Выключателям каждой из перечисленных групп свойственны свои достоинства и недостатки, определяющие области их применения.

Выключатели первых двух групп могут быть выполнены на всю шкалу напряжений, токов и мощностей отключения. Они изготовляются как для внутренней, так и для наружной установки. Выключатели остальных пяти групп имеют сравнительно малые мощности отключения (до 50... 300 MB * А), токи (до 300... 600 А) и напряжения (до 6... 15 кВ). Исключение составляют вакуумные выключатели и выключатели со сжатым элегазом, отдельные конструкции которых могут быть выполнены на напряжения 35... 220 кВ, но также с малыми мощностями отключения. Выключатели последних пяти групп используются чаще всего в качестве выключателей нагрузки, т. е. аппаратов, осуществляющих включение и отключение цепи с рабочими токами нагрузки и не предназначенных для отключения токов короткого замыкания.

Выключатели каждой группы подразделяются:

ü по времени действия — на быстродействующие, ускоренного действия и небыстродействующие;

ü по числу фаз — на однофазные и трехфазные;

ü по числу мест разрыва цепи на фазу — на выключатели с одним разрывом, двумя разрывами и многократным разрывом;

ü по конструктивной связи с приводом — на выключатели с отдельным приводом и со встроенным приводом. В обоих случаях привод может быть либо с ручным, либо с двигательным включением;

ü по роду установки — на выключатели для внутренней и наружной установок, а также для взрывоопасной среды;

ü по наличию автоматического повторного включения (АПВ) — на выключатели однократного, многократного, пофазного и быстродействующего повторного включения (БАПВ);

ü по выполняемым функциям в схемах распределительных устройств — на генераторные и распределительные (последние подразделяются на фидерные и подстанционные).

Генераторные выключатели характеризуются большими значениями номинальных токов (до нескольких десятков тысяч ампер) и мощностей отключения (десятки тысяч мегавольт-ампер), сравнительно небольшими значениями напряжений (6...20 кВ) и времени отключения (0, 1...0, 2 с).

Распределительные (фидерные) выключатели отличаются от генераторных малыми значениями номинальных токов (300...600 А) и мощностей отключения (100... 300 MB • А), немного меньшим временем отключения и наличием АПВ.
Подстанционные выключатели характеризуются высокими номинальными напряжениями (110... 150 кВ), большой мощностью отключения, быстродействием (время отключения — 0, 008...0, 010 с) и наличием АПВ однократного, многократного и пофазного действия.

Контрольные вопросы:

1. Перечислить коммутационные аппараты до и выше 1000 В.

2. Знать определение и принцип действия контактора.

3. Знать определение и принцип действия рубильника.

4. Знать определение и принцип действия магнитного пускателя.

5. Знать определение и принцип действия автоматического выключателя.

6. Знать определение и принцип действия отделителя.

7. Знать определение и принцип действия короткозамыкателя.

8. Знать определение и принцип действия разъединителя.

9. Знать определение и принцип действия высоковольтного выключателя.

10. Знать определение и принцип действия выключателя нагрузки.

11. Знать определение и принцип действия предохранителя.

Лабораторная работа № 6

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒