Меню

Аппараты высокого напряжения выше 1000в

Коммутационные аппараты свыше 1000В

Назначение коммутационных аппаратов для цепей напряжением выше 1000 В определяется их способностью гашения дуги при разрыве контактов. По этому признаку различают аппараты, не имеющие специального устройства для гашения дуги (разъединители, отделители и короткозамыкатели) и оснащенные таким устройством (выключатели).

Разъединители используют для коммутации цепей, нагруженных током или в цепях с малой нагрузкой. С помощью разъединителей осуществляется видимый разрыв цепей электрических устройств, что бывает необходимо для выполнения ремонтных работ, различных переключений и др.

Разъединители бывают одно- и трехполюсными. Полюс состоит из неподвижного и подвижного медных контактов, последние выполнены в виде поворотных ножей. Все токоведущие элементы смонтированы па изоляторах. Для увеличения силы сжатия ножами неподвижного контакта служат боковые пружины и магнитные замки. Замки представляют собой стальные пластины, между которыми при прохождении тока возникают значительные магнитные усилия, увеличивающие давление ножей на неподвижный контакт.

Включение и отключение разъединителя производятся приводом, воздействующим через тягу на поворотный рычаг вала разъединителя. Управление однополюсными разъединителями осуществляется оперативной штангой. Такая конструкция аппарата называется вертикально-рубящей, ее применяют обычно в устройствах напряжением 6 кВ.

Разъединители горизонтально-поворотные, ножи которых поворачиваются в горизонтальной плоскости, применяют в устройствах напряжением 35 кВ и выше. Некоторые типы разъединителей снабжены дополнительно заземляющими ножами, которые заземляют отключаемый участок электроустановки. Основные и заземляющие ножи управляются отдельными приводами.

Отделители и короткозамыкатели по конструкции подобны разъединителям. Их всегда используют только совместно для устройства защиты в сетях электроснабжения. Отделитель служит для аварийного отключения силового трансформатора. При появлении тока перегрузки короткозамыкатель автоматически замыкает накоротко три фазы линии, что вызывает срабатывание защиты на ближайшей высшей ступени системы электроснабжения и отключение питающей линии выключателем с высокой отключающей способностью. Вслед за этим отделитель разрывает цепь при отсутствии в ней тока нагрузки. Отключенный выключатель высшей ступени с заданной выдержкой времени включается вновь с помощью автоматического повторного включения (АПВ) и питание неповрежденных линий сети электроснабжения восстанавливается.

Выключатели различной конструкции используют для отключения как рабочего, так и аварийного тока (тока перегрузки короткого замыкания). Рассмотрим выключатели нагрузки и масляные. Электрическая дуга в цепях высокого напряжения приводит к значительно более тяжелым последствиям, чем в устройствах низкого напряжения; она более устойчива и условия ее гашения сложней.

Гашение дуги на контактах при напряжении выше 1000 В достигается тремя основными способами: действием давления, ограничением пространства дуги узкой щелью и газовым дутьем. Дугогасящее действие давления используется в выключателях, наполненных трансформаторным маслом, которое при сильном нагревании активно выделяет газ. При увеличении давления в области горения дуги сокращаются пути свободного пробега заряженных частиц, образующих дугу. В результате частицы газа сближаются и противоположно заряженные частицы, соединяясь, теряют свои заряды.

При разрыве контактов в масляной среде образуется область, немедленно заполняющаяся газом (газовый пузырь), который выделяется маслом под действием высокой температуры дуги. Давление на газовый пузырь со стороны окружающего масла ускоряет гашение дуги.

При горении в узких щелях образующие дугу частицы отдают свой заряд стенкам суженных камер, что способствует гашению Дуги. Газовое дутье осуществляется в особых камерах, выполненных из материала, который при нагреве выделяет газ. Такими материалами (помимо трансформаторного масла) могут быть фибра, органическое стекло и др. При наличии дутья структура дуги нарушается и снижается концентрация заряженных частиц в дуговод пространстве, что способствует интенсивному гашению дуги.

Выключатели нагрузки изготовляют для установок напряжением до 10 кВ на ток до 400 А. Рабочие контакты осуществляют коммутацию тока нагрузки. Конструкцией выключателя предусмотрено, что при его отключении разрыв рабочих контактов опережает разрыв дугогасительных, поэтому образования дуги на рабочих контактах не происходит, она возникает позже, в процессе отключения выключателя при разомкнутом рабочем контуре на дугогаситсльных контактах.

Читайте также:  Какое напряжение сетей бывает

Замыкание и размыкание дугогасительных контактов происходят во внутренней области дугогасительной камеры. Камера выполнена из пластмассы и имеет вкладыш из оргстекла. При образовании дуги под действием высокой температуры материал вкладыша выделяет газ, который, прорываясь к выходу из камеры под давлением вдоль дуги, способствует ее гашению (газовое дутье в узкой щели).

Необходимая скорость отключения обеспечивается пружинным устройством. Для автоматического разрыва цепей, обслуживаемых выключателем при перегрузке, служат плавкие предохранители. Промышленность выпускает выключатели ВНП-16 и ВНП-17, последний снабжен автоматическим отключающим устройством, действующим при перегорании вставки любого из предохранителей.

Масляные выключатели оборудуют специальными дугогасительными камерами, внутри которых располагаются рабочие контакты выключателя. Дугогасительная камера представляет собой резервуар для масла с пакетом фибровых пластин различной формы, помеченный в маслонаполненный бак. В наборе пластины образуют ряд боковых щелей и общее центральное отверстие для прохождения подвижного контакта. В начальной стадии размыкания контактов дуга возникает в верхнем масляном резервуаре, где под действием высокой температуры дуги масло интенсивно гашению.

В таких камерах дуга гасится под действием трех факторов: давления, дутья и локализации дуги в узких щелях. Для установок гидромеханизации используют масляные выключатели ВМГ-10 и ВМП-10. Выключатели типа ВМП отличаются от выключателей ВМГ конструктивно, представляя собой аппараты повышенной надежности и механической стойкости. Принцип гашения дуги в выключателях ВМГ-10 и ВМП-10 одинаков. Рассмотрим масляный выключатель ВМГ-10, рассчитанный на номинальное напряжение 10 кВ и на ток 630 или 1000 А. В зависимости от номинального тока различают варианты исполнения выключателей ВМГ-10-600 и ВМГ-10-1000. Выключатель состоит из трех маслонаполненных цилиндрических баков, которые посредством опорных изоляторов крепятся на раме.

К коммутируемой цепи выключатель присоединяется верхним и нижним контактами. Замыкание и размыкание цепи осуществляются опусканием и подъемом подвижного контактного стержня, который, проходя сквозь изолятор, или соединяется, или разъединяется с розеточным контактом, укрепленным на днище бака. Розеточный контакт связан непосредственно с нижним присоединительным контактом.

Подвижный стержень соединен с верхний присоединительным контактом гибкой связью. Контактные стержни опускаются под действием привода на вал через рычаг. Одновременно с валом поворачиваются изоляционные рычаги, которые с одной стороны укреплены на валу, а с другой— связаны шарнирно со стержнями с помощью серег.

При опускании стержней, т. е. при замыкании контактов выключателя, растягиваются возвратные пружины, действующие на подъем контактных стержней. Фиксированное положение стержней в опущенном состоянии обеспечивается приводом. При нарушении такой фиксации пружины, сжимаясь, возвращают стержни в исходное состояние — поднимают их вверх.

Масло в выключателе быстро загрязняется, поэтому не выполняет функцию изолятора, а является газообразующей средой для гашения дуги. Изоляция стержня в разрыве контактов обеспечивается объемом воздуха в цилиндре. В выключенном положении стержень должен находиться выше уровня масла, контролируемого по указателю уровня масла.

Внутренняя область бака сообщается с буферным объемом, внутри которого имеется маслоотделитель. Газы, образующиеся при разложении масла, удаляются через жалюзи в маслоотделителе. Во время горения дуги часть масла выплескивается в верхнюю область бака и через отверстие стекает в расширительный резервуар. В рабочем состоянии баки выключателей ВМГ и ВМП находятся под напряжением, что необходимо учитывать при эксплуатации.

Источник

Классификация электрических аппаратов
высокого напряжения

К электрическим аппаратам высокого напряжения относят аппараты, рассчитанные на длительную работу при номинальных напряжениях более 1000 В. Приведем общепринятую классификацию этих аппаратов по функциональному признаку.
В соответствии с ней аппараты высокого напряжения делятся на следующие виды:
— коммутационные аппараты;
— ограничивающие аппараты;
— компенсирующие аппараты;
— измерительные аппараты;
— комплектные распределительные устройства.

К коммутационным аппаратам относят выключатели, выключатели нагрузки, разъединители.
Они служат для коммутации цепей распределения энергии, вырабатываемой электростанциями, и для коммутации цепей схем электроснабжения потребителей.
Выключатели служат для коммутации (включений и отключений) в цепи токов, возможных в эксплуатации. Различают токи номинальные, короткого замыкания, емкостные токи длинных линий, конденсаторных батарей и др.
Характерной особенностью выключателей является отключение поврежденного участка в течение единиц полупериодов промышленной частоты сети. Выключатели должны осуществлять многократную коммутацию номинальных токов до 150 000 включений и отключений (ВО) и многократную коммутацию токов короткого замыкания (до 100 ВО).
Одной из наиболее сложных проблем при коммутации сильных токов является гашение дуги, возникающей между контактами. В соответствии с методами гашения дуги определяют типы выключателей.

Читайте также:  Что называется действительным коэффициентом трансформации по току по напряжению

Масляные выключатели. В этих аппаратах дугогасительное устройство заполнено трансформаторным маслом. Гашение электрической дуги осуществляется путем эффективного ее охлаждения потоками газа, возникающего при разложении масла дугой. В настоящее время наиболее широко распространены маломасляные выключатели на напряжение 10. 20 кВ и 110. 220 кВ.
Электромагнитные выключатели. В этих аппаратах на электрическую дугу, возникающую в процессе отключения, действует магнитное поле, которое загоняет дугу в керамическую гасительную камеру. Охлаждение дуги в камере создает условия для ее гашения. Электромагнитные выключатели выпускаются на напряжение 6. 10 кВ.
Воздушные выключатели. Гашение дуги аппаратов этого типа осуществляется посредством потока сжатого воздуха. Номинальное напряжение выключателей до 1150 кВ.
Элегазовые выключатели. Гашение дуги в элегазовых аппаратах производится либо потоком элегаза, либо путем подъема давления в камере за счет дуги, горящей в замкнутом объеме газа. Применяются на все классы напряжения. Наибольшее напряжение на один разрыв выключателя достигает 750 кВ.
Вакуумные выключатели. В этих аппаратах контакты расходятся в вакууме. Одноразрывные аппараты применяются при напряжении до 35 кВ.
Выключатели нагрузки — это электрические аппараты, предназначенные в основном для включения и отключения нагрузочных токов цепей вплоть до номинальных токов (до 1000 А, 10 кВ). Эти аппараты не способны отключать токи КЗ, которые отключаются либо предохранителями, либо другими выключателями, включенными последовательно с выключателями нагрузки.
Разъединители применяются для коммутации элементов цепи при отсутствии тока. Это позволяет выводить оборудование для ревизии и ремонта (сначала ток отключается выключателем, потом цепь отсоединяется разъединителем). Разъединители могут отключать небольшой ток холостого хода трансформаторов и линий электропередачи.

В этому типу аппаратов относятся предохранители, реакторы, разрядники, нелинейные ограничители перенапряжений.
Предохранители служат для защиты силовых трансформаторов, воздушных и кабельных линий, конденсаторов, электродвигателей и трансформаторов напряжения от недопустимых токов.
При наступлении недопустимой перегрузки или аварии сгорает плавкая вставка предохранителя и возникшая при этом дуга гаснет в дугогасительном устройстве.
Различают токоограничивающие предохранители, в которых процесс отключения оканчивается раньше, чем ток достигнет максимального (установившегося) значения (номинальное напряжение до 35 кВ), и выхлопные предохранители, в которых дуга гаснет при переходе тока через нуль (номинальное напряжение до 110 кВ).
Токоограничивающие реакторы представляют собой практически чисто индуктивные сопротивления, включаемые последовательно с нагрузкой. В нормальном режиме падение напряжения на реакторе не более 10% номинального напряжения. Остальная часть напряжения приложена к нагрузке. При коротком замыкании у потребителя через реактор протекает соответствующий ток. Вследствие значительного сопротивления реактора ток ограничивается до значения, не опасного для кабеля, и может быть отключен выключателем небольшой мощности. Благодаря реактору напряжение на сборных шинах близко к номинальному значению. Все потребители при этом работают при номинальном напряжении, кроме потребителя, у которого произошло короткое замыкание.
Разрядники и ограничители перенапряжения служат для ограничения напряжения, появляющегося на шинах и аппаратах высокого напряжения при коммутационных и атмосферных перенапряжениях.
Трубчатый разрядник (ТР) служит для ограничения перенапряжений на линиях электропередачи и на подходах к подстанциям. ТР состоит из разрядного промежутка и устройств гашения сопровождающей дуги. ТР имеют крутую вольт-секундную характеристику, что делает их непригодными для защиты электрооборудования подстанций, имеющего пологую вольт-секундную характеристику.
Вентильный разрядник состоит из искрового промежутка и столба нелинейных резисторов (дисков). При появлении перенапряжений сначала пробивается искровой промежуток и по нелинейному резистору протекает ток. На изоляцию воздействует напряжение, появляющееся на нелинейном резисторе. Оно должно быть меньше электрической прочности защищаемого оборудования. Дуга сопровождающего тока гасится искровыми промежутками при переходе тока через нуль.
Ограничитель перенапряжений (ОПН) является резистором с высокой нелинейностью. Это устройство не имеет искровых промежутков и непосредственно присоединяется параллельно защищаемому объекту. При рабочем напряжении ток через ОПН составляет миллиамперы. При перенапряжениях токи достигают сотен и тысяч ампер. Кратность коммутационных перенапряжений не превышает 1,75; при грозовых перенапряжениях — 2,42.

Читайте также:  Чем защититься от скачка напряжения

К ним относятся трансформаторы тока и напряжения, делители напряжения. Для контроля состояния энергетических систем необходимо непрерывное измерение тока и напряжения. Эту функцию выполняют измерительные трансформаторы тока и напряжения.
Трансформаторы тока (ТТ) преобразуют измеряемый ток в ток стандартного значения 1. 5 А и изолируют цепи измерений и релейной защиты от цепей высокого напряжения. Главное требование к ТТ — малые погрешности в нормальном режиме и при коротких замыканиях. Наиболее широко используются электромагнитные трансформаторы тока. Существуют оптоэлектронные трансформаторы тока. Оптоэлектронный датчик тока, расположенный на высоком потенциале, выдает оптический сигнал, модулированный измеряемым током. По оптической линии связи сигнал передается на потенциал «земли», где расположен преобразователь светового сигнала в электрический. Выходной сигнал преобразователя подается на соответствующий усилитель.
Трансформаторы напряжения (ТН) преобразуют измеряемое напряжение в напряжение стандартного значения 100 или 100 A/У В. Эти аппараты создают необходимую изоляцию между высоким потенциалом первичной обмотки и цепью вторичной обмотки, к которой присоединены измерительные приборы и защитные реле.
В настоящее время разработаны и широко применяются измерительные устройства тока и напряжения, основанные на использовании эффекта Холла.

Компенсирующие аппараты — это управляемые и неуправляемые шунтирующие реакторы. В сетях высокого и сверхвысокого напряжения широко используются реакторы, включенные между токоведущими элементами и землей (шунтирующие реакторы). Их назначение — компенсация зарядной мощности в режиме малых нагрузок. При номинальном токе они отключены; по мере уменьшения нагрузки они подключаются с помощью высоковольтных выключателей. Более совершенными являются регулируемые шунтирующие реакторы. Индуктивность их меняется за счет изменения тока подмагничивания или угла открытия тиристоров. Такие реакторы позволяют получить глубокое ограничение перенапряжений.

Совокупность электрических аппаратов, позволяющая распределять электрическую энергию и обеспечивать защиту от аварийных режимов, называется распределительным устройством (РУ).
Различают сборные РУ и комплектные распределительные устройства (КРУ).
В первом случае для РУ строится специальное здание и все элементы РУ монтируются на стендах или перегородках здания. Это требует больших затрат, квалифицированного труда и времени.
Во втором случае все ячейки КРУ изготавливаются на заводе и собираются в готовое распределительное устройство. Монтаж на месте установки сводится к подключению сборных шин, отходящих кабелей и присоединению к источникам питания приводов выключателей и релейной защиты. Все это требует малых затрат времени.
Выпускаются КРУ, предназначенные для наружной установки (на открытом воздухе) — КРУН. Создаются также герметизируемые КРУ, заполненные элегазом — КРУЭ. Это позволяет значительно уменьшить габариты и повысить надежность изделия.
В КРУЭ могут использоваться как элегазовые, так и вакуумные выключатели. В последнем случае элегаз обеспечивает изоляцию между токоведущими элементами КРУЭ. В настоящее время выпускаются КРУЭ на номинальные напряжения 110 и 220 кВ и ведутся работы по созданию КРУЭ на напряжение вплоть до 1150 кВ.
Использование КРУ (особенно КРУЭ) дает возможность резко сократить площадь и объем РУ и ввести высокое напряжение в глубь городов и центров потребления электроэнергии. При этом удается резко увеличить надежность работы энергосистем.

Источник

Adblock
detector