1_2_Коммутационное оборудование. Коммутационное оборудование Коммутационные оборудование напряжением выше 1 кВ

Название	Коммутационное оборудование Коммутационные оборудование напряжением выше 1 кВ
Дата	29.03.2023
Размер	7.9 Mb.
Формат файла
Имя файла	1_2_Коммутационное оборудование.ppt
Тип	Документы #1024439

Коммутационное оборудование

Коммутационные оборудование напряжением выше 1 кВ

Выключатели высокого напряжения
Разъединители
Короткозамыкатели и отделители
Разрядники
Реакторы
Изоляторы
предохранители

коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока.
основной аппарат в электрических установках, служит для отключения и включения в цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа.
Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание.

Требования к выключателям

надежное отключение любых токов (от десятков ампер до номинального тока отключения);
быстрота действия, т.е. наименьшее время отключения;
пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения, т.е. быстрое включение выключателя сразу же после отключения;
легкость ревизии и осмотра контактов;
взрыво- и пожаробезопасность;
удобство транспортировки и эксплуатации.
Выключатели высокого напряжения должны длительно выдерживать номинальный ток и номинальное напряжение Uном.

баковые выключатели

преимущества :
простота конструкции, высокая отключающая способность, пригодность для наружной установки, возможность установки встроенных трансформаторов тока.

Недостатки:
взрыво- и пожароопасность;
необходимость периодического контроля за состоянием и уровнем масла в баке и вводах;
большой объем масла, что обусловливает большую затрату времени на его замену, необходимость больших запасов масла;
непригодность для установки внутри помещений;
непригодность для выполнения быстродействующего АПВ;
большая затрата металла и масса, неудобство перевозки, монтажа и наладки.
Указанные недостатки привели к тому, что на вновь сооружаемых объектах они не применяются, а на действующих заменяются маломасляными и элегазовыми

Достоинства ВК:

Достоинства ВК:
небольшое количество масла;
относительно малая масса; более удобный, чем у баковых выключателей, доступ к дугогасительным контактам;
возможность создания серии выключателей на разные напряжения с применением унифицированных узлов.
.

Недостатки ВК:
взрыво- и пожароопасность, хотя и значительно меньшая, чем у баковых; невозможность осуществления быстродей- ствующего АПВ; необходимость периодического контроля, доливки,относительно частой замены масла в дугогаси-тельных бачках;
трудность установки встроен- ных трансформаторов тока; относительно малая отключающая способность

Воздушные выключатели

Воздушные выключатели имеют

Достоинства:
взрыво- и пожаробезопасность, быстродействие и возможность осуществления быстродейст- вующего АПВ, высокую отключающую способность, надежное отключение емкостных токов линий, малый износ дугогасительных контактов, легкий доступ к дугогасительным камерам, возможность создания серий из крупных узлов, пригодность для наружной и внутренней установки.

Недостатки :
необходимость компрессорной установки, сложная конструкция ряда деталей и узлов, относительно высокая стоимость, трудность установки встроенных трансформаторов тока.

Электромагнитные выключатели

В электромагнитных выключателях применяется

принцип магнитного дутья.
Катушку дугогасительного устройства располагают таким образом, чтобы ее магнитный поток был направлен перпендикулярно дуге и создавал условия для перемещения дуги в дугогасительную камеру.
Электромагнитные выключатели типов ВЭМ и ВЭ предназначены для работ в закрытых помещениях или в комплектных распределительных устройствах напряжением 6, 10 кВ

Приводы выключателей ВЭ-10 — пружинные, выключателей ВЭЭ-6 — электромагнитные.
Достоинства электромагнитных выключателей:
полная взрыво- и пожаробезопасность, малый износ дугогасительных контактов, пригодность для работы в условиях частых включений и отключений, относительно высокая отключающая способность (20—40 кА).
Недостатки:
сложность конструкции дугогасительной камеры с системой магнитного дутья, ограниченный верхний предел номинального напряжения (15 — 20 кВ), ограниченная пригодность для наружной установки.

Вакуумные выключатели Схематический разрез вакуумной камеры КДВ-10-1600-20

На воздушных линиях 6--10 кВт нашел применение реклоузер вакуумный (столбовой выключатель)

предназначен для осуществления функций секционирования, сетевого резервирования, АВР (авт.ввод резерва) и плавки гололеда.
Реклоузер состоит из силового модуля, в котором расположены аппараты главных цепей и шкафа управления, где установлены приборы управления, защиты и автоматики.

Достоинства вакуумных выключателей:
простота конструкции, высокая степень надежности, высокая коммутацион- ная износостокость, малые размеры, пожаро- и взрывобезо-пасность, отсутствие загрязнения окружающей среды, малые эксплуатацион- ные расходы.

Недостатки вакуумных выключателей:
сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения, возможность коммутационных перенапряжений

Элегазовые выключатели

По способу гашения дуги в элегазе различают следующие типы ДУ:

автокомпрессионное дутье  создается дополнительный перепад давления под поршнем 0,2 МПа, обеспечивающий истечение элегаза в дугогасительном сопле с критической скоростью, охлаждающего столб дуги;
с электромагнитным дутьем, приводящим к вращению дуги в неподвижном элегазе;
комбинированный  автокомпрессионный с газовым ду-тьем из-под поршня и с магнитным дутьем с использованием автогенерации при вращении дуги в замкнутом объеме.

Достоинства элегазовых выключателей:
пожаро- и взрывобезопасность, быстрота действия, высокая отключающая способность, малый износ дугогасительных контактов, возможность создания серий с унифицирован-ными узлами модулями, пригодность для наружной и внутренней установки.

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

Привода выключателей

предназначены для операции включения, удержания во включенном положении и отключения выключателя.
Привод — это специальное устройство, создающее необходимое усилие для производства перечисленных операций.
В некоторых выключателях привод конструктивно связан в одно целое с его контактной системой (воздушные выключатели).
Основными частями привода являются:
включающий механизм, запирающий механизм (защелка, собачка), который удерживает выключатель во включенном положении, и расцепляющий механизм, освобождающий защелку при отключении.

В соответствии с назначением привод имеет

Три основные части:
включающее устройство, удерживающий механизм и отключающее устройство.
Включающее устройство имеет разнообразное исполнение, в зависимости от которого приводы делятся на электромагнитные, пружинные, пневматические и др.
Отключающее устройство и удерживающий механизм аналогичны для многих типов приводов.

В зависимости от источника энергии, затрачиваемой на вкл.и откл.

ручные (применяются для маломощных выключателей, когда мускульной силы оператора достаточно для совершения работы включения. Отключение может быть автоматическим с помощью реле, встроенных в привод. В н.в. эл.уст. сохранились приводы ПРА только для выключателей нагрузки ВНПР) , пружинные(привод косвенного действия. Энергия, для включения, запа- сается в мощной пружине, которая заводится от руки или эл.дв.небольшой мощ- ности. После каждого включения необходимо вновь завести пружину. Привод доп. спец.эл.дв.для завода пружины. ППМ-10 примен. для ВМГ-10иВМП-10), грузовые, электромагнитные (прямого дейст.: энергия, для вкл., сообщается приводу в процессе самого включения от источника большой мощности), пневматические.

Аппараты высокого напряжения

Разъединитель – это контактный коммутацион-ный аппарат, предназначенный для вкл. и отк. обесточенных участков цепи, находящихся под напряжением
При ремонтных работах разъединителем создается видимый разрыв между частями, оставшимися под напряжением, и аппаратами, выведенными в ремонт.
Разъединителями нельзя отключать токи нагрузки, т.к. контактная система их не имеет ДУ, в случае ошибочного отключения токов на-рузки возникает устойчивая дуга, которая может привести к междуфаз-ному КЗ и несчастным случаям с обслуживающим персоналом.
Перед операцией разъединителем цепь должна быть разомкнута выключателем.

Для упрощения схем ЭУ допускается использовать разъединители для операций:
отключения и включения нейтралей трансформаторов и заземляющих дугогасящих реакторов при отсутствии в сети замыкания на землю;
отключения и включения зарядного тока шин и оборудования всех напряжений (кроме БК);
отключения и включения нагрузочного тока до 15 А 3-х полюсными разъединителями наружной установки при напряжении 10 кВ и ниже;
разрешается операции отключения и включения, если он надежно шунтирован низкоомной параллельной цепью (шиносоединительным или обходным выключатателем);
разрешается отключать и включать незначительный намагничивающий ток силовых трансформаторов и зарядный ток ВЛ и кабельных линий

Разъединитель

Основное назначение – создавать видимый разрыв в электрической цепи и изолировать части системы ЭУ, отделять аппараты от смежных частей, находящихся под напряжением, для безопасного ремонта.
Допол. назначение – используют для отключения и включения ненагруженных силовых трансформато-ров небольшой мощности и линий ограниченной длины при строго установленных условиях, для переключения присоединений РУ с одной системы сб.шин на другую без перерыва тока, для заземления отключенных и изолированных участков системы с помощью вспомога-тельных ножей, предусматриваемых для этой цели.
Имеют простую конструкцию. Снабжают приводами – ручными или электродвигательными.

Требования к разъединителям

Создавать ясно видимый разрыв цепи, соответствующий классу напряжения установки, электрическая прочность которого соответствует максимальному импульсному напряжению.
Приводы разъединителей должны иметь уст-во фиксации в одном из 2-х оперативных положений – включенном и откл-м. Должны быть снабжены надежными упорами, ограничивающими поворот главных ножей на угол больше заданного.
Опорные изоляторы и изолирующие тяги должны выдерживать нормативные мех.нагрузки при операциях.
Главные ножи - иметь блокировку с заземляющими ножами и не допускать одновременного включения тех и других.
Беспрепятственно включаться и отключаться при любых наихудших условиях ОС (обледеленение, снег, ветер).
Соответствующий уровень термической и динамической стойкости, исключающий отброс и сваривание контактов, разрушение элементов конструкции при сквозных КЗ.
Блокировка с выключателем, чтобы исключить операции коммутирования эл.цепей под нагрузкой.
Надлежащую изоляцию, обеспечивающую не только их надежную работу при длительном воздействии раб.напряжения и перенапряжения, но и безопасное обслуживание.

Параметры разъединителей

номинальное напряжение, номинальный ток и токи устойчивости, т.е. токи, определяющие терм. и эл.динам.устойчивость разъединителя при прохождении по его токоведущим частям токов КЗ.
Устойчивость разъединителя определяется величинами, нормируемыми для каждой серии и типа амплитудой предельного сквозного тока, предельным током термической стойкости временем протекания предельного тока терм.стойкости

Обозначение

Наиболее распространены разъединители РВ, РВО, РВЗ, РЛН, РНДЗ, РВПЗ.
Р- разъединитель,
В- внутренняя установка
Н – наружная установка
О - однополюсный
Д - двухколонковый
Ф- фигурное исполнение (проходные изоляторы)
З- заземляющие ножи
Л –линейный контур тока
П – поступательное движение главных ножей
Цифры после букв указывают ном.напряжение (числитель дроби) и ток(знаменатель дроби)

Разъединители различают

По конструкции – одно- и трех полюсные,
По характеру подвижного контакта:
рубящего типа (перемещение ножей в плоскости осей изоляторов – обычно для QS внутренней установки) ,
поворотного типа (вращение ножей в плоскости, перпендикулярной осям изоляторов – применяются для наружной установки,
подвесного типа (подвижное контактное устройство подвешено на гирлянде изоляторов – для открытых РУ),
штепсельного типа (с контактами, движущимися вдоль осей изоляторов – применяются в КРУ )

Классификация разъединителей (см.обр.)

По характеру движения подвижного контакта (ножа)

Разъединители по характеру движения подвижного контакта различают:

рубящего типа  перемещение ножей в плоскости осей изоляторов (обычно для разъединителей внутренней установки);
поворотного типа  вращение ножей в плоскости, перпендикулярной осям изоляторов (чаще применяются в наружных установках);
подвесного типа  подвижное контактное устройство подвешено на гирлянде изоляторов (для открытых РУ);
штепсельного типа  с контактами, движущимися вдоль осей изоляторов (применяются в КРУ).

Разъединитель трехполюсный (QS)

1 – рама,
2 – опорные изоляторы,
3-контактная стойка,
4-тяговый изолятор,
5-главные ножи.
В эл.схемах QS устанавлива-ют с обех сторон QF, но во многих схемах для питания ЭТУ QS ставится перед QF со стороны по-дачи эл.энергии, т.к. ЭТУ являются тупиковыми потребителями.

Однополюсные (РВО) для внутренней установки

РЛН, РЛНД для наружной установки

Контактная система трехполюсного разъединителя

1-контакт,
2-стальные пластины,
3-пружины,
4-ножи.
При протекании тока пластины ножей притягиваются , тем самым увеличивается давление в контакте.
Устройство получило название магнитного замка.

При прохождении токов КЗ создаются эл. динам. усилия в местах перехода тока с пластин ножа 1 в неподвижный контакт 3, стремящиеся оттолкнуть ножи от контакта.
С другой стороны, пластины ножа притягиваются друг к другу благодаря взаимодействию токов одного направ-ления. При больших токах КЗ силы отталкивания могут оказаться больше, чем силы притяжения пластин ножа, это приведет к отбросу пластин ножа от контакта, воз-никновению дуги, т. е. к аварии. Чтобы избежать этого, в разъединителях предусматривается устройство маг-нитного замка. Он состоит из двух стальных пластин 2, расположенных снаружи ножа, которые, намагничиваясь токами КЗ, притягиваются друг к другу и создают дополнительное давление в контакте.
Для уменьшения отключающего и включающего усилия применяется механизм для снятия контактного давления.

Трехполюсные разъединители могут выполняться на общей раме или на отдельных рамах для каждого полюса.
Отдельные полюсы объединяются общим валом, связанным с приводом разъединителя.
На токи до 1000 А нож QS изготовляется из двух медных полос, на большие токи применяются ножи из 3 – 4 полос.
Наилучшее использование материала при больших токах достигается, если неподвижные контакты будут коробчатого сечения, а ножи разъединителя — корытообразной формы.
В QS рубящего типа (см.рис предыдщий) нож вращается вокруг одного из неподвижных контактов, движение ножу передается от вала через фарфоровые тяги 8.
Необходимое давление в контактах создается пружинами.

Разъединители для наружной установки

Разъединители, устанавливаемые в открытых распределительных устройствах (ОРУ), должны обладать соответствующей изоляцией и надежно выполнять свои функции в неблагоприятных условиях окружающей среды.

В установках 330 кВ и выше используют QS полупантографные с горизонтальным разъемом серии РПГ.
Контактный нож 7 состоит из двух полуножей, складывающихся в верт. плоскости в процессе отключения.
QS серии РПГ снабжаются двигательными приводами ПДГ-25-8 (с одним заземлителем) и ПДГ-26-8 (с двумя заземлителями).

Подвесной разъединитель имеет подвижную контактную систему, состоящую из груза 5,пружинящими лапами 6 и конт.наконечниками 7,к которым приварены токопроводы 9. Эта система подвешана на гирлянде изоляторов 3 к порталу. Неподвижный контакт8 может устанавливаться а шинной изол. опоре, и также на ТТ иТН. Троссовая СУ – из эл.дв. привода 10, троса 1, противовеса2, блоков4.
В отк.пол.подвижный контакт поднят. При включении подвижный контакт опускаются вниз и 7 соприкасается с 8 – цепь замыкается

Короткозамыкатели и отделители(QК и QR )

Короткозамыкатели и отделители представляют собой одно-, двух- или трехполюсные аппараты, выполненные на базе разъединителей, снабжаются приводом для автоматического управления.
QR по команде соответствующего автоматического устройства способен совершать операции отсоединения участков цепи, предварительно отключенных выключателями, (в бестоковую паузу).
QК предназначен для соединения цепей трехфазной системы с землей по ручной команде или от релейной защиты.

Схема, поясняющая назначение отделителей и короткозамыкателей

Короткозамыкатель35 кВ открытого типа

1- опорный изолятор
2 - неподвижный контакт
3 - зажим
4 - заземляющий нож
5 – вал.
QК снабжен пружинным приводом, действующим на включение.
Контактная система и привод QК рассчитаны на включение на КЗ.
Время срабатывания – 0,4с
Используются для
заземления нулевых
точек трансформаторов.

Короткозамыкатель КЗ-110У

Отделитель ОД-110У

Короткозамыкатель — это коммутационный аппарат, предназначенный для создания искусственного КЗ в электрической цепи

.
Короткозамыкатели применяются в упрощенных схемах подстанций для обеспечения отключения поврежденного трансформатора после создания искусственного КЗ действием РЗ питающей линии.
В установках 35 кВ необходимо применять два полюса короткозамыкателя для создания двухфазного КЗ, в установках 110 кВ и выше достаточно одного полюса.
Конструкция КЗ-35 аналогична разъединителю.
Ножи, соединенные с заземленной шиной, приводятся в движение пружинным приводом при подаче импульса от релейной защиты и замыкаются на неподвижные контакты, находящиеся под напряжением.
Время включения составляет 0,12—0,25 с. Отключение производится вручную.

Отделители серии ОД представляют собой обычный трехполюсный разъединитель, снабженный приводом для автоматического отключения обесточенной цепи.
Время отключения достаточно велико — 0,4—0,5 с, что является недостатком конструкции.
Отделители могут отключать обесточенную цепь или ток намагничивания трансформатора.

Выключатели нагрузки (QW)

В сетях 6—10 кВ электроснабжения городских промышленных и сельскохозяйственных пред-приятий возникает необходимость отключения и включения токов нормальной нагрузки.
Такая операция QS не производится, т.к.они не имеют устройств для гашения возникающей дуги.
Простейшим коммутационным аппаратом, позволяющим отключать и включать токи нагрузки в нормальном режиме, является автогазовый выключатель нагрузки ВНПР

Выключатели нагрузки ВНП могут дополняться предохранителями ПКЭ, заземляющими ножами, приводами разного типа:
ручным (ПР), ручным с дистанционным отключением (ПРА), или электромагнитным (ПЭ).

Плавкий предохранитель FU

Это однополюсной коммутационный аппарат одноразового действия с пофазным отключением цепи.
Предназначены для защиты ЭУ, эл. цепей при превышении определенного значения тока (при КЗ и перегрузках).
Основные части любого вида FU :
- изолирующее основание или металлическое основание с изоляторами,
контактная система с зажимами для присоединения проводников,
патрон с плавкой вставкой,
устройство для гашения дуги (может отсутствовать),
указатель срабатывания ( может отсутствовать ).
Предохранитель характеризуется:
номинальным напряжением, номинальным током плавкой вставки, номинальным током отключения, защитной характеристикой.

Требования к FU

Защитная характеристика -проходит ниже характеристики защища-емого объекта, причем, возможно близко к ней.
При КЗ FU должны работать избирательно (селективно).
Характеристики FU должны стабильными.
FU должны обладать высокой отключающей способностью, т.е. должны разрывать большие токи КЗ.
Замена плавкой ставки не должна занимать много времени.
При опасном для ЭО цепи увеличения тока плавкая вставка расп-лавляется, отсоединяя защищаемую цепь от источника питания.
Возникшая дуга гасится с помощью ДУ. Большинство FU имеют указатели срабатывания.
Каждый FU характеризуется ном.напряжением - 3-220 кВ, ном.током ≥ 8-400 А, отключающей способностью. Iоткл. ≥ 2,5 – 40 кА.
Распространены газогенерирующие и кварцевые плавкие FU.

Защитные (время-токовые) характеристики предохранителей
(цифры у кривых соответствуют Iном вставок).
Время расплавления плавкой вставки зависит от:
состояния контактов FU,
температуры ОС,
состояния поверхности плавкой вставки и ее материала,
типа дугогасящего устройства.

Кварцевый предохранитель FU

1-колпачки,
2- трубка фарфоровая, заполненная кварцевым песком,
3-пружинные контакты,
4 -опорные изоляторы,
5,6 –медные пластины или проволоки,
7-спираль,
8-якорь указателя срабатывания

Патрон кварцевого FU
типа ПКТ – 10.
1-фарфоровая или стеклянная трубка
2- металлические колпачки 3– плавкая вставка
4 – указатель срабатывания предохранителя.

Предохранители серии ПК с мелкозернистым наполнителем выполняются на напряжения
3, 6, 10, 35 кВ и номинальные токи 400, 300, 200 и 40 А соответственно.
Эти предохранители обладают токоограничи-вающим эффектом, полное время отключения при токах КЗ составляет 0,005 — 0,007 с.
Разновидностями серии ПК являются:
ПКТ — предохранители для защиты силовых трансформаторов и линий;
ПКН — предохранители для защиты трансформаторов напряжения;
ПКЭ — предохранители для силовых цепей экскаваторных установок.

Дальнейшее усовершенствование предохранителей ПВТ привело к созданию автогазового выключателя с газогенерирующим патроном, внутри которого размещены плавкая вставка и контактная система.
Пружинный привод, получив сигнал релейной защиты, выдергивает гибкую связь из патрона, разрушая контакты. Возникшая дуга гасится так же, как в предохранителе ПВТ.
Недостатком такого выключателя является
быстрый износ твердого дугогасителя, разрушение контактов, а следовательно, необходимость замены того и другого после каждого отключения КЗ.

Разрядники

Служат для защиты изоляции электроустановок от опасных повышений напряжения (перенапряжений). Ограничение перенапряжений позволяет снизить габариты и стоимость оборудования.
Перенапряжения подразделяются на атмосферные (грозовые ) и внутренние (коммутационные и квазистационарные).
Основное средство защиты при перенапряжениях
грозовых - трубчатые разрядники,
коммутационных- вентильные.
Основной элемент защиты: искровой промежуток, отделяющий токоведущий элемент установки от заземляющего контура.
Разрядник подключается между фазным выводом и землей. После пробоя – фазный провод ЭУ оказывется соединенным с землей через искровой промежуток

Требования

Вольт-секундная характеристика разрядника должна быть пологой и располагаться ниже характеристики защищаемого оборудования
Искровой промежуток должен иметь гарантированную прочность при импульсном напряжении частотой 50 герц
Сопровождающий ток должен быть отключен за минимальное время
Остающееся напряжение не должно быть больше величины, опасной для изоляции
Разрядник должен допускать большое число срабатываний без осмотров и ремонта.

Импульсные вольт- секундные характеристики

Вентильный разрядник

Вентильные разрядники состоят из колонки искровых промежутков, шунтированных нелиней-ными резисторами, и нелинейных рабочих резисторов ( диски, выпол-ненные из вилита или тервита, имеют нелинейную ВАХ) .

Принцип работы разрядника

Вентильный разрядник

1- хомут для крепления
2 – искровой промежуток
3-пружина, 4-болт крепления к токоведущей шине,
5-рабочие резисторы,
6-фарфоровый изолятор
7-шпилька подсоединения к заземлению.
Типы разрядников:
РВП - разрядник вентильный подстанционный
РВС- станционный
РВМ- с магнитным гашением
РВТ -токоограничивающий

Реактор статическое электромагнитное устройство, предназначенное для использования его индуктивности в электрической цепи

переменного

токоограничивающие

помехоподавления

фильтровые

выпрямленного

Токоограничивающие реакторы

Реактор представляет собой индуктивную катушку без сердечника, поэтому его сопротивле- ние не зависит от проте-кающего тока.
Токоограничивающие реакторы применяются на станциях типа ТЭЦ:
а) между секциями ГРУ (секционные реакторы) — реактор LRK на рис., а; б)
для питания местных потребителей от сборных шин ГРУ (линейные LR1 или групповые LR2 реакторы — рис., а) ;
в) для питания местных потребителей от блочных ТЭЦ через реактированные
отпайки — рис., б.
Иногда устанавливают в цепях вводов НН понижающих ТП –рис.в