Страница 13 из 35

На подстанциях применяют различные аппараты, по назначению их можно разделить на следующие группы: коммутационные аппараты, которые предназначенье для включения и отключения цепей напряжением до 1000 В и выше 1000 В. В цепях до 1000 В к ним относят рубильники, переключатели, контакторы, магнитные пускатели, воздушные выключатели; в распределительном устройстве (РУ) выше 1000 В - выключатели и быстродействующие автоматические выключатели постоянного тока, разъединители, короткозамыкатели и отделители;
защитные аппараты - плавкие предохранители и разрядники;
аппараты для ограничения токов к. з. - добавочные резисторы, реакторы;
измерительные аппараты и приборы - трансформаторы тока и напряжения, приборы для измерения токов, напряжений, мощностей и других величин;
аппаратура защиты, управления, автоматики и повышения к. п. д. электрической системы.
В качестве токоведущих частей применяют гибкие и жесткие шины, силовые и контрольные кабели, провода.
Выключатели для отключения цепей напряжением до 1000 В: рубильники и переключатели предназначены для включения и отключения цепей переменного и постоянного тока напряжением до 660 В. Они могут быть одно-, двух-, трех- и четырехполюсными. Ножи и неподвижные контакты выполняют на номинальный ток до 1000 А. Переключатели имеют дополнительные контакты, к которым присоединена вторая цепь, и позволяют проводить переключения с одной цепи на другую. Включение и отключение их осуществляют вручную.
Контакторы и магнитные пускатели - это те же рубильники, но управляют ими дистанционно. Их применяют при частом включении и отключении цепи обслуживающим персоналом.
Магнитные пускатели (рис. 35, а) применяют для дистанционного включения и отключения двигателей. Магнитный пускатель состоит из кожуха, в котором размещены трехполюсный рубильник 2, тепловое реле;, катушка с сердечником 4, блок-контакты 1 и кнопки включения КВ и отключения КО.

Рис. 35. Схемы выключателей низкого напряжения: а - магнитный пускатель; б - контактор
При нажатии на кнопку КВ сердечник 4 притягивает якорь 3 и подвижные контакты 2 замыкают силовую цепь. Отключение осуществляют кнопкой КО; при этом катушка обесточивается и ножи под действием собственной массы разрывают силовую цепь. Для защиты от перегрузки предусмотрено тепловое реле, оно состоит из биметаллического элемента, контактов 5 и нагревательного элемента 6, включенного в силовую цепь. При перегрузках тепловое реле автоматически отключает цепь.
Контакторы (рис. 35, б) используют для дистанционного пуска и остановки двигателей, включения и отключения приводов высоковольтных выключателей. При замыкании цепи катушки электромагнита 4 якорь 3 притягивается и контакты 1 замыкают силовую цепь. Пружина 7 ускоряет расхождение контактов 1 при отключении. Контакторы снабжены дугогасительными камерами 8. От токов к. з. электрические цепи, в которых установлены рубильники, переключатели, магнитные пускатели и контакторы, защищены предохранителями <с плавкими вставками.
Воздушные автоматические выключатели предназначены для оперативного включения и отключения цепей, защиты от токов к. з., а также для защиты приемников при понижении или повышении напряжения и тока и изменении направления тока. Автоматические выключатели бывают максимального, минимального тока и напряжения, реагирующие соответственно на изменение этих величин, и др.
У выключателей максимального тока (рис. 36, а) рычаг защелки 1 под действием пружины 2 удерживает во включенном положении подвижной контакт 6. При токе свыше допустимого в катушке 3 освобождается защелка 1, подвижной контакт 6 поворачивается вокруг оси 4 и размыкает цепь. В выключателе минимального тока (рис. 36, б), когда ток в катушке 3 становится.ниже необходимого для удержания якоря в притянутом положении, подвижной контакт 6 поворачивается под действием пружины 5 и также размыкает цепь.

Рис. 36. Принципиальные схемы воздушных автоматических выключателей максимального (а) и минимального (б) токов, максимального напряжения (в)
Автоматические выключатели максимального и минимального напряжения отличаются от рассмотренных тем, что катушки 3 в них включены параллельно защищаемой цепи. Автоматические выключатели включают вручную или дистанционно и снабжают дугогасительными камерами. На подстанциях трехфазные автоматические выключатели устанавливают на вторичной стороне трансформаторов собственных нужд при напряжении до 660 В.
Плавкие предохранители устанавливают для защиты электрических цепей и аппаратов от токов к. з. и. перегрузок. Плавкий предохранитель состоит из легко плавящейся металлической вставки, укрепленной в. корпусе, и представляет собой искусственно ослабленное сечение защищаемой цепи. При увеличений тока, в цепи до опасного для проводов и аппаратов плавкая вставка расплавляется (перегорает) и отсоединяет защищаемую цепь от источника питания.
Плавкие предохранители устанавливают в цепях до 1000 В, их вставки выполняют из олова, цинка и меди, а выше 1000 В - из меди и серебра. В корпус предохранителя можно вставлять плавкие вставки на различные номинальные токи.
Предохранители на напряжение до 1000 В изготовляют на номинальные токи плавких вставок от 6 до 1000 А, а предохранители на напряжение свыше 1000 В- на токи до 400 А. Предохранители характеризуются номинальным напряжением и током, а предохранители на напряжение свыше 1000 В характеризуются еще и. предельным отключаемым током, который предохранитель способен отключить, не повредившись. Селективность действия предохранителей обеспечивается только, в радиальных разомкнутых сетях.
Выключатели на напряжение свыше 1000 В служат для включения и отключения цепей под нагрузкой и автоматического отключения при к. з. и перегрузках. В установках переменного тока применяют масляные, воздушные, электромагнитные, вакуумные и элегазовые выключатели, а в установках постоянного тока - быстродействующие выключатели. Выключатели должны обладать определенной отключающей способностью и возможно меньшим временем отключения. Имеются выключатели на напряжения до 750 кВ с мощностью отключения до 35 000 MB-А. Время отключения составляет 0,03-0,08 с, а быстродействующих выключателей- тысячные доли секунды.
Отключение силовой цепи сопровождается появлением электрической дуги между контактами отключающего аппарата. Дуга, имеющая температуру 5 000- 10 000°С, должна быть как можно скорее погашена, особенно при к. з. Условия гашения дуги в цепях переменного тока облегчаются тем, что ток через каждые полпериода проходит через нулевое значение и дуга в этот момент гаснет. При этом наблюдается интенсивная деионизация и быстрое увеличение электрической прочности дугового промежутка.
Выключатель переменного тока должен предотвращать повторное зажигание дуги после ее погасания при прохождении тока через нуль. Это достигается быстрым расхождением контактов и применением специальных дугогасящих устройств. Процесс гашения дуги у ранее выпускаемых выключателей длился 10-15 периодов (0,1-0,15 с), а у современных - всего 1-3 полупериода. Значительных перенапряжений при гашении дуги в цепях переменного тока не возникает, так как при прохождении тока через нуль магнитный поток исчезает.
Условия гашения дуги в цепях постоянного тока значительно тяжелее и связаны они с возникновением больших коммутационных перенапряжений. Для гашения дуги необходимо непрерывно уменьшать число ионизированных частиц в дуге, а следовательно, и ток в цепи.
При наличии индуктивности в цепи и уменьшении тока при отключении в ней наводится э. д. с., которая суммируется с основным напряжением, в результате чего возникает перенапряжение. Чем интенсивнее деионизация дуги, тем больше скорость изменения тока и
перенапряжения, которые опасны для изоляции электрооборудования. Поэтому в установках постоянного тока высокого напряжения нельзя применять выключатели переменного тока с высокой дугогасящей способностью. В этих цепях устанавливают выключатели с гашением дуги в воздухе, при которых перенапряжения не превышают трех-, четырехкратных значений номинального напряжения установки.
Для гашения дуги в быстродействующих автоматических выключателях применяют магнитное дутье и дугогасительные камеры. Использовать масляные выключатели в установках постоянного тока нельзя, так как высокая деионизирующая способность масла приводит к быстрому спаданию тока до нуля.

Рис. 37. Масляный выключатель многообъемный без дугогасительных устройств

Масляные выключатели могут быть с большим объемом масла (баковые) и с малым (горшковые). В первых масло используется для гашения дуги и изоляции токоведущих частей друг от друга и от заземленного бака, во вторых - только как среда для гашения дуги.
Для управления выключателями служат приводы.
Рассмотрим многообъемный масштабный выключатель с двумя разрывами на фазу без дугогасительных устройств (рис. 37). Металлический бак 1 закрыт сверху крышкой 9 и заполнен до определенного уровня минеральным маслом.
Неподвижные контакты 4 укреплены на проходных изоляторах 6, подвижные 2 смонтированы на траверсе 3, которая связана с приводным механизмом выключателя и может перемещаться в вертикальном направлении. Включение осуществляется приводом при вращении вала 7 Отключение происходит под действием пружины 8 и собственной массы траверсы при освобождении защелки привода. При отключении выключателя контакты 2 и 4 расходятся и между ними возникают две последовательные дуги. Под действием высокой температуры дуги масло испаряется и разлагается, образуя газовые пузыри. Газовый пузырь состоит из 70% водорода, теплоемкость которого в 7 раз больше теплоемкости воздуха, и 30% других газов. Деионизация происходит вследствие образования водородной среды и высокого давления газового пузыря.
Важную роль играет буферное пространство (20- 30% объема бака, не заполненного маслом), оно позволяет подняться маслу при расширении вверх, вследствие чего уменьшается давление на стенки и дно бака. Если это пространство недостаточно, то возможно разрушение бака. При низком уровне масла газовый пузырь, не успев охладиться, соединяясь с кислородом воздуха, может вызвать взрыв. Для контроля уровня масла в баке служит маслоуказательное стекло 10. Буферное пространство выключателя соединено с атмосферой трубкой 5. Многообъемные выключатели на напряжение 35 кВ и выше имеют бак на каждую фазу.
Для ускорения гашения дуги и повышения мощности отключения масляных выключателей применяют специальные дугогасительные устройства, которые создают интенсивное газовое дутье при небольшом расхождении контактов.
У выключателей МКП-110 м (масляный, с дугогасительной камерой, подстанционный напряжением 110 кВ) дугогасительные устройства (два на фазу) укреплены на стержнях неподвижных контактов выключателя и представляют собой камеру с четырехкратным разрывом тока. Образовавшаяся при размыкании контактов дуга создает в камере высокое давление газов, под действием которого масло вместе с дугой через отверстия поступает в бак выключателя. В гасительной камере создается поперечное дутье и электрическая дуга гаснет в течение двух-трех полупериодов.
Недостатками многообъемных выключателей являются большие масса и размеры, взрыво- и пожароопасность, большое количество масла в них (8,5-9 т в выключателях на 110 кВ; 45-48 т - в выключателях на 220 кВ и 88 т - в выключателях МКП-500 на 500 кВ).
В установках напряжением 6-110 кВ применяют масляные выключатели с малым объемом масла. Они более компактны, менее пожаро- и взрывоопасны и позволяют применять комплектные конструкции РУ, удобно встраиваются в камеру КРУ, КСО и др. Масса масла в выключателях на 10 кВ - 4,5 кг, а на 110 кВ - 600 кг.
Промышленность выпускает более совершенные малообъемные масляные выключатели типов ВМП-10, ВМП-10К с пружинными и электромагнитными приводами.
Выключатель подвесной ВМП-10К (для комплектных РУ) (рис. 38), его разрывная мощность 350 MB-А, t/H=10 кВ, ток=630-М 500 А. Он состоит из трех фаз - баков 1 из стеклоэпоксидной смолы, закрепленных на опорных изоляторах 2, и установлены на стальной раме 3 изолированная тяга 4 соединяется с приводом выключателя валом 7. Для смягчения ударов при включении и отключении предусмотрены буферы - пружинный и масляный 5. Между фазами имеются изоляционные перегородки 8, для заземления рамы служит болт 6. При отключении выключателя подвижные контактные стержни проходят через бак в гасительную камеру, размещенную в нижней части бака с маслом. Возникает электрическая дуга и образуются газы, которые вместе с маслом под давлением устремляются в поперечные каналы и гасят дугу.

Рис. 38. Масляный выключатель ВМП-10К

На подстанциях переменного тока в цепях 27,5 кВ, питающих контактную сеть, устанавливают однофазные масляные выключатели ВМК-25 (рис. 39) колонкового типа на 1000 А с малым количеством масла (25 кг). Время срабатывания 0,1 с, разрывная мощность 300 MB-А.
В электрических установках применяют воздушные выключатели, у которых электрическая дуга гасится в струе сжатого воздуха, поступающего от компрессорной установки с давлением от 0,8 до 2,2 МПа. В сетях 330-750 кВ используют воздушные выключатели.
Электромагнитные выключатели (ВЭМ) предназначаются для сетей 6-10 кВ с номинальным током до
3200 А в КРУ, расположенных в помещениях. Выключатель имеет рабочие и дугогасительные контакты на открытом воздухе. Принцип гашения дуги основан на взаимодействии магнитного поля и тока дуги, которая перемещается со скоростью 30 м/с внутри дугогасительной камеры, где она растягивается, деионизируется и через 0,01-0,02 с гаснет. Электромагнитный выключатель взрыво- и пожаробезопасен, допускает большое количество переключений без подгара контактов, его устанавливают на подстанциях метрополитенов.
Промышленность выпускает элегазовые и вакуумные выключатели. Они имеют небольшие размеры, время отключения их 0,01 с, являются пожаро- и взрывобезопасными.
В элегазовых выключателях в качестве изолирующей и дугогасящей среды используют шестифтористую серу F6S. Выпускают их на напряжения 6-750 кВ с током отключения 50-60 кА. Элегаз обладает дугогасящей способностью (в 100 раз больше, чем у воздуха), имеет в 2-3 раза большую электрическую прочность.
На тяговых подстанциях переменного тока используют элегазовые выключатели ВЭГО-27,5 в распредустройствах 27,5 кВ (рис. 40). Выключатели имеют номинальный ток -1000 А, разрывную мощность 450 MB-А, давление газа в гасительной камере 0,2- 0,25 МПа.
Вакуумные выключатели разработаны на напряжение до 220 кВ. Их устанавливают в РУ 6, 10 и 20 кВ (рис. 41). Выключатель - это стеклянный запаянный цилиндрический корпус, из которого откачан воздух, с давлением 10-4 Па. Через верхний фланец вмонтирован неподвижный контакт, а через нижний с уплотнением- подвижной. Ход подвижного контакта всего 4 мм. При размыкании контактов не образуется дуга, так как отсутствует ионизирующая среда. 97

Рис. 40. Выключатель с элегазовым заполнением:
Рис. 39. Однофазный масляный выключатель ВМК-25:
1 - колпак; 2 - выхлопной патрубок; 3 - смотровое стекло; 4 - контактные выводы; 5 - опорная фарфоровая колонка, внутри которой расположены неподвижный и подвижной контакты и дугогасительная камера; 6 - рама выключателя

При токах 1000-1200 А они допускают 5-10 тыс. отключений короткого замыкания. Время отключения составляет 0,01 с. Вакуумные выключатели применяются на тяговых подстанциях в сетях автоблокировки, продольных ВЛ и в установках емкостной компенсации.

Рис. 41. Трехфазный вакуумный выключатель ВВВ-10/320:
1 - привод выключателя; 2 - вал выключателя; 3 - подвижной изолятор;
4 - болт-тяга; 5 - камера выключателя
Тиристорные выключатели разработаны на напряжение 10 кВ. При естественной коммутации они отключают электрическую цепь через полпериода.
Выбор выключателей осуществляют по номинальному току, номинальному напряжению, разрывной мощности, динамической и термической стойкости токам к. з. и месту установки.
Приводы выключателей на напряжение свыше 1000 В предназначены для их включения и отключения, а также удержания во включенном положении. Применяются ручные, грузовые, пружинные, электромагнитные и пневматические приводы. Все приводы выполнены со свободным расцеплением, т. е. с механизмом, обеспечивающим автоматическое отключение выключателя при включении его на к. з.
Электромагнитные приводы являются основными при дистанционном управлении. Они просты, надежны в эксплуатации, дешевы, но для них необходим источник постоянного тока напряжением 110 пли 220 В (при переменном токе размеры электромагнитов больше, а конструкция приводов сложнее). Имеются приводы типов ПС (привод соленоидный) и ПЭ-11 (электромагнитный) .
Разъединители предназначены для разъединения и соединения электрических цепей напряжением выше 1000 В без нагрузки. Они не имеют устройств для гашения дуги. Для выполнения ремонта оборудования сначала отключают выключатель и после этого разъединители. При вводе оборудования в работу, наоборот, сначала включают разъединители, а затем включают выключатель.
Разъединителями разрешается включать и отключать цепи измерительных трансформаторов напряжения, цепи с током холостого хода силовых трансформаторов, а также зарядные токи кабельных и воздушных линий электропередачи небольшой протяженности напряжением до 110 кВ. Выполняют их для внутренней и наружной установки, с заземляющими ножами и без них. По назначению они могут быть линейными, шинными, секционными.
У разъединителя рубящего типа (для внутренней установки) подвижные контакты 1 (рис. 42) и неподвижные 2 выполнены из меди и расположены на опорных изоляторах 3, которые укреплены на раме 4. Рычаг 6, находящийся на валу 5, служит для включения и отключения подвижных контактов с помощью изолирующих тяг 7.
Управление разъединителями осуществляется с помощью ручного, электродвигательного или пневматического приводов. Для предупреждения неправильных операций обслуживающим персоналом при работе с разъединителями установлены механические блокировки и электромагнитные замки, не позволяющие отключить разъединитель, пока не отключен выключатель.

Рис. 42. Трехфазный разъединитель рубящего типа на 6 кВ
Выбор разъединителей осуществляют по номинальному току и напряжению, роду установки, числу полюсов, конструкции и типу приводов.
Выбранный разъединитель проверяют на динамическую и термическую стойкость токам к. з.
Короткозамыкатели и отделители устанавливают на промежуточных и тупиковых подстанциях напряжением 35-220 кВ, не имеющих выключателей на стороне высокого напряжения (см. параграф 2). Их применение удешевляет подстанции и упрощает их эксплуатацию.
Короткозамыкатель КЗ-110 (рис. 43) на напряжение 110 кВ выполнен в виде однополюсного аппарата. Он состоит из колонки изоляторов 6, неподвижного контакта 4, к которому подключена одна из фаз 5, трубчатого стального ножа 3, к которому присоединяют заземляющую шину 2, и швеллерного основания 1. Угол поворота ножа составляет 60° Управление короткозамыкателем осуществляется с помощью привода, установленного в шкафу ШПК. Включение происходит автоматически при срабатывании релейной защиты трансформатора.

Рис. 43. Короткозамыкатель типа КЗ-110
Отключают короткозамыкатель вручную.
Отделитель ОД-110 - это двухколонковый трехфазный разъединитель, снабженный автоматическим приводом; отличается от разъединителя быстродействием. Он состоит из двух изоляторов 1 (рис. 44), на которых укреплены подвижные контакты с контактным устройством 5, цоколя 3, двух чугунных оснований 2 и отключающих пружин 4. Отделитель имеет привод. Включение и отключение осуществляется поворотом одновременно обоих изоляторов с помощью тяг. Привод позволяет автоматически отключать и включать отделитель.
Трансформаторы тока (ТТ) применяют в установках высокого и низкого напряжения переменного тока для питания обмоток реле защиты и измерительных приборов.
Трансформаторы тока надежно изолируют приборы от высокого напряжения (рис. 45, а), обеспечивают безопасность обслуживания и позволяют применять стандартные приборы и реле.

Рис. 44. Отделитель типа ОД-110\600
Номинальный ток вторичной обмотки ТТ обычно составляет 5 А. По степени точности измерений ТТ разделяют на пять классов: 0,2; 0,5; 1; 3; 10.

Рис. 45. Схема включения трансформаторов тока (а) и напряжения (б)

Для лабораторных измерений используют ТТ класса точности 0,2, для подключения счетчиков, по которым выполняют денежные расчеты, - класса 0,5, для подключения приборов - класса 1 и релейных защит - класса 3 и 10.
Токовые обмотки измерительных приборов и реле имеют малое сопротивление, поэтому ТТ нормально работают в режиме к. з. Размыкание вторичной обмотки при наличии тока в первичной цепи недопустимо, так как может быть повреждена изоляция трансформатора и на вторичной обмотке появится высокое напряжение.
При замене измерительного прибора или реле предварительно замыкают накоротко вторичную обмотку ТТ. По конструкции ТТ делят на катушечные, опорные, проходные, встроенные; по числу витков первичной обмотки - на одновитковые и многовитковые; по месту установки - для внутренней и наружной установки. Их выбирают по номинальным напряжению и току первичной цепи, классу точности и месту установки и проверяют на электродинамическую и термическую стойкость при к. з.
Трансформаторы напряжения (ТН) предназначены для измерения напряжения, питания счетчиков учета энергии и реле в устройствах защиты установок переменного тока напряжением выше 1000 В (рис. 45, б). Номинальное вторичное напряжение ТН равно 100 В. Приборы в этом случае градуируют так, чтобы при напряжении 100 В они показывали номинальное напряжение установки. По принципу действия и конструкции ТН подобны силовым и отличаются лишь мощностью, которая составляет несколько десятков или сотен вольтампер. Они имеют четыре класса точности: 0,2; 0,5; 1 и 3.
Трансформаторы напряжения различают по числу фаз (однофазные и трехфазные), по числу обмоток (двухобмоточные и трехобмоточные) и по роду изоляции (сухие с воздушным охлаждением и масляные/. Схемы соединения обмоток ТН могут быть различными. Однофазный трансформатор позволяет измерить одно междуфазное напряжение, два однофазных по схеме соединения открытый треугольник (рис. 46, а), любые напряжения между фазами. При соединении трех однофазных трансформаторов по схеме звезда - звезда с глухим заземлением нулевой точки первичной обмотки (рис. 46, б) можно измерять напряжение между фазами и фаз по отношению к земле, а также контролировать состояние изоляции фаз по отношению к земле в сетях с изолированной нейтралью (см. параграф 10).



Рис. 46. Схемы соединения трансформаторов напряжения

В нормальном режиме вольтметры всех фаз показывают фазное напряжение. При замыкании любой фазы на землю вольтметры, подключенные к двум другим фазам ТН, покажут линейные напряжения, а вольтметр на замкнутой фазе - нуль.
Та фаза, на которой напряжение равно нулю, замкнута на землю. К зажимам а1-х1 дополнительных обмоток (см. штриховую линию на рис. 46, б) подключают реле контроля изоляции, которое срабатывает при замыкании любой фазы первичной сети на землю и замыкает цепь сигнала.
Трансформаторы напряжения выбирают по номинальному напряжению, числу фаз, роду установки, классу точности и максимальной мощности вторичной обмотки.

Рис. 47. Кривые нарастания тока к. з. и изменения тока в цепи при отключении его быстродействующим выключателем
Быстродействующие выключатели применяют для включения и отключения цепей постоянного тока под нагрузкой и автоматического отключения их при перегрузках и к. з. Они являются одновременно и коммутационными аппаратами, и максимальной токовой защитой.
Быстродействующие автоматические выключатели (БВ) применяют для защиты от токов к. з. на фидерах подстанции, постах секционирования и для защиты преобразователей.
Время отключения к. з. Т (рис. 47) можно разбить на четыре периода. В течение времени 1% ток нарастает до значения, равного уставке выключателя. Это время не зависит от конструкции выключателя и определяется значением тока и параметрами цепи к. з. Интервал h - собственное время выключателя (тысячные доли секунды), в течение которого ток продолжает нарастать до начала расхождения главных контактов выключателя. Значение U определяется конструкцией выключателя. Выключатель тем лучше, чем меньше U. Интервал U характеризует начало расхождении контактов выключателя и увеличение тока до максимального. При возникновении дуги между контактами сопротивление цепи к. з. увеличивается, а ток, достигнув максимального, начнет уменьшаться. Значение t3 также определяется конструкцией выключателя. В течение времени U электрическая дуга продолжает гореть и удлиняться между рогами дугогасительной камеры, а ток резко снижается и происходит разрыв дуги. Интервал ts-U называют временем гашения дуги. При чрезмерном уменьшении этого времени возможно возникновение больших перенапряжений в процессе отключения. Уменьшение тока, отключаемого выключателем, и облегчение процесса отключения достигаются в основном уменьшением интервала tt. Для большего ограничения величины необходимо иметь возможно меньшой интервал времени h-t3.
Перенапряжения на расходящихся контактах выключателей при отключении БВ достигают 12-15 кВ. Полное время отключения зависит от конструкции выключателя, напряжения и индуктивности отключаемой цепи. Разрывная мощность Б В не нормируется. Быстродействующие выключатели могут быть поляризованными, срабатывающими при токе определенного направления, и неполяризованными, которые срабатывают независимо от направления тока, но в зависимости от его значения.
Завершается разработка быстродействующего выключателя на 6,3 кА.

Рис. 48. Общий вид быстродействующего выключателя АБ-2/4:
1 - рама с тележкой; 2 - блок-контакты; 3 - магнитопровод и механизм включения; 4 - дугогасительная камера; 5 и 7 - шины для подключения БВ; 6 - шунт

Быстродействующий выключатель АБ-2/4 (рис. 48), поляризованный, рассчитан на 2 кА и 4 кВ, используют его в качестве фидерного и катодного. Он состоит из магнитопровода с механизмом выключения 3, дугогасительной камеры 4 и рамы с тележкой 1.
Магнитопровод (рис. 49, а) представляет собой стальной брусок 7 с укрепленными на нем стержнем 6 и перевернутым П-образным сердечником /. На верхнем сердечнике 5 шарнирно укреплен якорь 4. Винт 2 служит для изменения воздушного зазора при регулировке тока уставки выключателя. На стержне 6 и П-образном сердечнике размещены соответственно держащая и включающая катушки, а на левом стержне сердечника 1 - виток главного тока, по которому протекает ток фидера или выпрямителя. Держащая катушка непрерывно обтекается током от аккумуляторной батареи напряжением 110 В.
Для включения БВ подают напряжение на включающую катушку. Отключается БВ разрывом цепи держащей катушки, автоматическое отключение происходит при перегрузках и к. з. вследствие изменения потока в среднем сердечнике при возрастании тока в размагничивающем витке.

Рис. 49. Магнитопровод выключателя АБ-2/4: о - общий вид: б - направление магнитных потоков

В отключенном положении якорь 4 (см. рис. 49, а) притянут к левому стержню сердечника 1 и удерживается пружинами и усилием, создаваемым магнитным потоком держащей катушки. Магнитный поток размагничивающего витка должен в среднем стержне действовать противоположно потоку держащей катушки (рис. 49, б). При включении БВ направление тока во включающей катушке должно быть таким, чтобы магнитный поток Фвк, замыкающийся через левый стержень сердечника 1 и якорь 4, был направлен встречно потоку держащей катушки Фдк. При этом сила притяжения со стороны среднего стержня увеличивается и якорь притягивается к нему, преодолевая натяжение пружин. В этом случае потоки Фвк и Фдк совпадают по направлению (см. рис. 49, б). Когда включающая катушка обесточится, якорь удерживается во включенном положении усилием, создаваемым магнитным потоком Фдк.
Механизм включения БВ выполняют со свободным расцеплением, т. е. он обеспечивает автоматическое отключение при включении БВ на к. з. При отключении БВ возникает мощная дуга, для гашения которой предназначена дугогасительная камера лабиринтно-щелевого типа. В камерах дуга растягивается до 4,5 м с помощью магнитного дутья и охлаждается. По катушкам магнитного дутья протекает главный ток. Внутри камеры имеются два дугогасительных рога, а в верхней ее части - пламегасительные решетки, предназначенные для охлаждения и деионизации пламени дуги.
Быстродействующие выключатели снабжают индуктивным шунтом 6 (см. рис. 48), состоящим из медной шины 7 с надетым на нее пакетом пластин из электротехнической стали. Шунт присоединяют параллельно размагничивающему витку главного тока. При к. з. большая часть тока протекает через размагничивающий виток, так как индуктивное сопротивление шунта во много раз больше, чем витка главного тока. Резкое увеличение тока в главном витке способствует быстрому отключению цепи даже при сравнительно небольших значениях тока к. з.
Выключатель АБ-2/4 относится к разряду пружинно-магнитных, так как он отключается под действием натяжения пружин и магнитных сил. Выключатель ВАБ-28 - поляризованный, используется в качестве катодного для защиты выпрямителя и в питающих линиях в качестве фидерного. Он имеет две дугогасительные камеры с двойным разрывом цепи. Выключатель ВАБ-43 - также поляризованный.
Шины и кабели на тяговых подстанциях предназначены для соединения аппаратов. Шины укрепляют на изоляторах, а кабели прокладывают в земле или на специальных конструкциях. Шины закрытых РУ выполняют жесткими, а открытых - гибкими. Материалом шин служит медь, алюминий. Медные шины применяют в установках большой мощности, а алюминиевые - в установках различных напряжений. В закрытых установках используют шины прямоугольного, коробчатого и другого сечения. При больших токах устанавливают шины, состоящие из нескольких параллельных полос, соединенных в пакет, с прокладками между ними, равными толщине полосы.
Соединяют шины встык с помощью сварки, внахлестку, применяя болтовое соединение или давление. Шины располагают в горизонтальной, вертикальной или наклонной плоскостях, а по отношению одна к другой - плашмя или на ребро. Жесткие шины окрашивают, при переменном токе фазу А красят в желтый цвет, фазу В- в зеленый, фазу С - в красный, нулевые шины - в белый или фиолетовый цвет. При постоянном токе шину положительной полярности «плюс» красят в красный цвет, а шину отрицательной полярности «минус» - в синий. Гибкие шины в РУ выполняют из многопроволочных алюминиевых или сталеалюминиевых проводов, а иногда и медных. Эти шины не окрашивают. Выбирают шины по току, с последующей проверкой жестких шин на динамическое и термическое действие токов к. з., а гибких в установках свыше 110 кВ - по условиям коронирования и на схлестывание.
Кабели применяют силовые и контрольные (см. параграф 8). Длина кабелей на подстанции, достигает 4-7 км.
Изоляторы служат для крепления шин и изоляции их от заземленных частей. Крепят жесткие шины на опорных изоляторах, а гибкие - на штыревых и подвесных. При проходе шин через стены и междуэтажные перекрытия устанавливают проходные изоляторы. Опорные изоляторы на напряжение до 35 кВ изготовляют пяти серий: А, Б, В, Д, Е. Изоляторы каждой серии подразделяют по напряжению и разрушающей нагрузке. Выбор изоляторов осуществляют по номинальному напряжению, месту установки и нагрузкам, действующим на изолятор при к. з.

Электрические аппараты распределительных устройств

К атегория:

Передвижные электростанции

Электрические аппараты распределительных устройств

Включение и отключение, а также защита оборудования передвижной станции осуществляются с помощью электрических аппаратов, устанавливаемых в распределительных устройствах.

По назначению и роду выполняемых функций электрические аппараты распределительных устройств станций можно условно разделить на две основные группы - аппараты коммутирующие и аппараты защитные.

К коммутирующим относятся аппараты, с помощью которых осуществляются включение и отключение всей или части электроустановки, а также изменение первичной схемы распределительного устройства; к защитным относятся аппараты, с помощью которых обеспечивается защита оборудования от перегрузок и токов короткого замыкания.

В качестве коммутирующих аппаратов распределительных устройств напряжением 230 и 400 в передвижных станций служат рубильники, пакетные выключатели и установочные автоматы.

Рубильник представляет собой трехполюсный аппарат закрытого исполнения (рис. 1, а), устанавливаемый на панели Щита, или открытого исполнения (рис. 1, б), устанавливаемый за щитом и управляемый дистанционной тягой с помощью рукоятки, смонтированной на лицевой стороне панели щита управления. Трехполюсный рубильник состоит из подвижных ножей и неподвижных контактов, смонтированных на щитке, который выполняют из изоляционных материалов (шифера, асбошифера, гетинакса и др.). Подвижные контактные ножи в нижней части шарнирно закреплены в контактных стойках, а в верхней - связаны общей траверсой из изолирующего материала.

Рис. 1. Трехиолюсные рубильники: а - закрытого исполнения на 100 а, б - открытого исполнения на 400 а с дистанционным управлением; 1 - рукоятка управления, 2 - неподвижный контакт, 3 - нож, 4 - щиток, 5 - кожух, 6 - скобы (внутренняя и внешняя), 7 - тяга

При разрыве электрической цепи между ножами рубильника и губками неподвижных контактов возникает электрическая дура, выделяющая большое количество тепла, разрушающего контактные поверхности ножей и губок. Чем больше сила тока в разрываемой рубильником цепи, тем больше дуга. Поэтому для предохранения контактов от разрушения дугой ножи мощных рубильников снабжены искрогасительными контактами.

Рубильники, устанавливаемые на панели щита управления, закрыты металлическим кожухом, обитым изнутри листовым асбестом толщиной 1-2 мм. Рубильники открытого исполнения с дистанционным управлением снабжены металлической тягой, соединяемой с установленным на панели приводом, при помощи которого осуществляется управление рубильником.

Рис. 2. Пакетный выключатель: 1 - рукоятка, 2 – ось, 3 - стяжной винт, 4 - контактный вывод, 5 - крепежная планка, в - пакет (полюс), 7 - крышка, 8 - контакты, 9 - пружина

В распределительных устройствах передвижных станций небольшой мощности (до 30 ква) в качестве отключающих аппаратов применяются пакетные выключатели.

Пакетный выключатель ПК (рис. 2) состоит из подвижных контактов, укрепленных на оси с пружиной и помещенных внутри карболитовых пакетов с вмонтированными в них неподвижными контактами. На выходящий из пакетов конец оси выключателя надета рукоятка, при повороте которой пружина натягивается. Под действием взведенной пружины ось поворачивается и с большой скоростью замыкает или размыкает контакты выключателя. Для быстрого гашения дуги в пакетном выключателе имеются фибровые шайбы, которые при воздействии на них высокой температуры дуги разлагаются, выделяя газы, способствующие разрыву и гашению дуги.

В распределительных устройствах передвижных станций применяются выключатели двухполюсного или трехполюсного исполнения.

Рубильники и пакетные выключатели являются ручными неавтоматическими аппаратами, для оперирования которыми в

Необходимых случаях требуется непосредственное вмешательство операторов. Для автоматического размыкания электрических цепей при оперативных переключениях, а также при -перегрузках

и коротких замыканиях в распределительных устройствах станций применяют специальные аппараты автоматического действия, в частности автоматы серии А.

Установочный автомат А-3100 (рис. 3) состоит из контактной системы, дугога-сящего устройства и механизма управления, смонтированных в общем пластмассовом корпусе с крышкой. Подвижные контакты укреплены на контактодержателях, соединенных с медными выводными шинами при помощи пакета листов холоднокатаной меди шириной 12 мм и толщиной 0,2 мм. Неподвижные контакты припаяны к медным шинам, уложенным на дно основания и снабженным зажимами для присоединения к линии.

Для предохранения от разрушающего воздействия дуги рабочие поверхности контактов покрыты металло-керамическими накладками. Применение накладок из металлокерамики намного увеличивает продолжительность работы контактов, а следовательно, и межремонтные сроки работы автомата.

Подвижный и неподвижный контакты каждого полюса автомата разделены пластмассовыми перегородками и заключены в съемные дугогасительные каме-пы 9. Каждая камера состоит из нескольких стальных пластин, закрепленных на фибровом каркасе так, что между ними образуются узкие, расходящиеся кверху щели. При отключении автомата образовавшаяся на его контактах дуга благодаря магнитному полю, создаваемому током дуги, втягивается в пространства между пластинами дугогасительных устройств (решеток), дробится на ряд мелких дуг и, интенсивно охлаждаясь о поверхность пластин, быстро гасится. Автоматы изготовляют с ручным управлением.

Рис. 3. Автомат А-3100: 1 - основание, 2 - подвижный контакт, 3 - неподвижный контакт, 4 - гибкое соединение, 5 - стальной изолированный валик, 6 и 7 - расцепители, 8 - крышка автомата, 9 - дугогасительная камера, 10 - рукоятка управления, 11 - пружина, 12 - рычаги механизма управления

Держатели подвижных контактов соединены с общим стальным изолированным валиком 5 и через пружинный механизм при помощи рычагов - с рукояткой. Механизм управления автомата обеспечивает замыкание и размыкание контактов с постоянной скоростью, не зависящей от скорости движения рукоятки, а также необходимое нажатие в контактах и автоматическое отключение при перегрузках и коротких замыканиях.

По положению рукоятки управления определяют, включен или отключен автомат. Если рукоятка находится в верхнем положении, автомат включен, если в среднем (промежуточном) и нижнем - отключен. Причем среднее положение рукоятка занимает в том случае, если отключение произошло автоматически. Для восстановления включенного положения аппарата после автоматического отключения необходимо рукоятку опустить в нижнее положение (в положение «отключено»), ввести в зацепление рычаги механизма, а затем поднять рукоятку до крайнего верхнего положения.

Автоматическое отключение аппарата А-3100 производит специальное устройство - расцепитель, встроенный в отдельный пластмассовый корпус и устанавливаемый под крышкой автомата.

Расцепители могут быть только с тепловым элементом или только с электромагнитным, а также комбинированными. Комбинированный расцепитель (рис. 4) состоит из теплового и электромагнитного элементов, устанавливаемых в каждом полюсе автомата. Тепловой элемент служит для защиты электроустановки от токов перегрузки, а электромагнитный - от токов короткого замыкания.

Тепловой элемент состоит из биметаллической пластинки, которая под воздействием проходящего через нее тока нагревается, изгибается и поворачивает отключающую рейку механизма управления, в результате чего происходит отключение-автомата. При этом автомат отключится независимо от того, возникла ли перегрузка в одной или нескольких фазах. Автомат реагирует на перегрузку свыше 35% номинального тока.

Чем больше ток перегрузки, тем быстрее сработает тепловой элемент и отключится автомат. Так, при перегрузке около 40%-автомат отключится в течение 50-55 мин, а при перегрузке 80-100% - в течение 30-90 сек.

Электромагнитный элемент состоит из якоря, удерживаемого возвратной пружиной, и сердечника магнитопровода, внутри которого расположена шина рабочего тока. При протекании по шине номинального тока создаваемое в магнитопро-воде магнитное поле настолько незначительно, что не может преодолеть противодействующее усилие пружины, и якорь со храняет свободное положение.

Рис. 4. Комбинированный расщепитель автомата А-3100: 1 - основание, 2 - биметаллическая пластинка, 3 - магнитопровод, 4 - отключающая рейка, 5 - возвратная пружина, 6 - якорь, 7 - токоведущая шина

В момент возникновения между фазами короткого замыкания якорь соответствующего данному полюсу электромагнитного элемента, втягиваясь (под влиянием сильного магнитного поля, вызванного током короткого замыкания), воздействует на общую для всех полюсов рейку и, поворачивая ее, отключает все три полюса автомата. Основные детали расдепителя укреплены на основании из пластмассы.

Автоматы А-3100 выпускаются на номинальные токи от 50 до 600 а. Они могут быть без расцепителей, с одним или двумя разделителями. Автоматы без расцепителей служат в качестве обычных коммутирующих аппаратов. При наличии расцепителей номинальный ток автомата определяется номинальным током уставки расщепителя, настроенного зайодом.

В распределительных устройствах передвижных станций применяются и другие автоматы (АП-50, АП-2020 и т. д.). Они работают так же, «аж автоматы А-3100, и отличаются от последних конструкцией, размерами и номинальным током.

Автоматы совмещают в известной мере функции рубильника и предохранителя, так как, являясь коммутирующими анпарата-ми, одновременно служат и в качестве защитных аппаратов. Они применяются в распределительных устройствах электростанций мощностью свыше 50 ква (ПЭС -60, ПЭС -100, ДЭС -200 и ДР-) - В электростанциях небольшой мощности защита отдельных частей и всей установки осуществляется с помощью конструктивно простых и достаточно надежных аппаратов - предохранителей.

Предохранителем называют электрический аппарат, в котором при определенной силе протекающего через него тока расплавляется (перегорает) плавкая вставка, и, таким образом, размыкается электрическая цепь, благодаря чему электрооборудование на защищаемом предохранителем участке предохраняется от воздействия опасных для него токов перегрузки или короткого замыкания. Работа предохранителя основана на тепловом действии электрического тока.

Размыкающим элементом предохранителя является его плавкая вставка, состоящая из металлической проволоки или тонкой ленты. Плавкие вставки предохранителей изготовляют из свинца, цинка или меди, а также из сплавов этих металлов. Наиболее широко распространены плавкие вставки из меди.

Предохранители характеризуются номинальным напряжением и номинальным током.

Номинальное напряжение предохранителя соответствует наибольшему номинальному напряжению цепей, в которых разрешается применение данного предохранителя. Так, предохранители, имеющие маркировку 500 в, можно использовать в цепях напряжением 500 в и ниже.

Номинальным током плавкой вставки называется наибольший ток, который способна выдержать вставка в течение неограниченно долгого времени.

Но минальным током предохранителя называется длительный ток, на который рассчитан предохранитель (патрон, контактные ножи, и стойки). На патроне указывается номинальный ток, соответствующий наибольшему номинальному току плавких вставок, предназначенных для данного предохранителя. Так, в патроне предохранителя на номинальный ток 600 а может быть установлена плавкая вставка на номинальный ток не выше 600 а.

В распределительных устройствах станций применяются открытые пластинчатые, а в последнее время - преимущественно закрытые пробочные или трубчатые предохранители.

Пластинчатый предохранитель (рис. 5, а) представляет собой щиток из изоляционного материала с укрепленными на нем латунными кулачками, снабженными зажимными болтами для крепления плавких вставок. Кулачки и плавкая вставка каждой фазы отделены огнестойкой перегородкой, препятствующей при перегорании вставки перебросу дуги на соседние фазы. Плавкая вставка состоит из нескольких медных облу-женных проволочек, ‘припаянных к латунным пластинкам (наконечникам) с вырезами для крепления вставки на кулачках.

Рис. 5. Предохранители: а - открытый пластинчатый, б-пробочный, в закрытый без наполнителя, г. - закрытый с наполнителем; 1 - щиток, 2 кулачок, 3 - огнестойкая перегородка, 4 - колодка, 5 и 11 - линейные контакты, 6 - крышка, 7 -пробка, 8 и 17 -плавкие вставки, 9 - гильза с резьбой, 10 - контактные пластины, 12 - провод питающей линии, 13 - контактный винт, 14 - контактная стойка, 15 - контактный нож, 16 - латунный колпачок, 18 - фибровая трубка, 19 - пружинящее кольцо, 20 - фарфоровый корпус патрона, 21 - крышка патрона

Щиток с пластинчатыми предохранителями закрыт кожухом из огнестойкого материала для защиты -персонала при перегорании плавкой вставки от частиц расплавленного металла, а также для предотвращения пожара.

Пластинчатые предохранители изготовляли на силу тока до 200 а и широко применяли в распределительных устройствах передвижных станций, выпускавшихся до 1956 г., которые, однако, в большом количестве эксплуатируются и в настоящее время. Пластинчатый предохранитель имеет ряд существенных недостатков. Основные из них- опасность случайного прикосновения к частям предохранителя, находящимся под напряжением, и возможность ожогов персонала каплями расплавленного металла при перегорании плавкой вставки.

Пробочный предохранитель (рис. 5, б) состоит из фарфоровой колодки с контактами и резьбовой пробки с заключенной в ней плавкой вставкой.

Колодка закрыта крышкой. Ток проходит через линейный контакт сети к контактному винту, а затем через плавкую вставку и гильзу к линейному контакту и далее в линию потребителя.

Пробочные предохранители с резьбой Ц-27 рассчитаны на силу тока 6-25 а, а с резьбой Ц-33 -на 10-60 а. Предохранители с резьбой Ц-27 применяются главным образом для защиты осветительных сетей. Для защиты силовых цепей служат пробочные предохранители с резьбой Ц-33.

Предохранитель ПР (рис. 5, в) состоит из изолирующего основания с контактными стойками и фибровой трубки с контактными ножами. Контактные ножи укреплены на концах фибровой трубки с помощью латунных колпачков. К внутренним частям ножей присоединена болтами плавкая вставка, выполненная в виде пластины с участками сужения.

Материалом для изготовления плавких вставок служит цинковый сплав с температурой плавления около 420°С. При увеличении силы тока в защищаемой предохранителем электрической цепи сверх номинальной плавкая вставка перегорает одновременно во всех суженных местах и разрывает электрическую цепь. Возникающая при этом дуга быстро гаснет под влиянием газов высокого давления. Газы высокого давления (до 100 кГ/см2) образуются в фибровой трубке патрона вследствие разложения фибры при воздействии на ее стенки высокой температуры дуги.

Патроны предохранителей ПР не имеют наполнителя, их плавкие вставки окружены воздухом, что увеличивает длительность дугового процесса при перегорании вставки и поэтому ухудшает характеристику предохранителя, а также уменьшает срок его службы.

Более совершенным предохранителем является закрытый предохранитель ПН с наполнителем.

Предохранитель ПН (рис. 5, г) состоит из контактных стоек и заполненного кварцевым песком патрона с контактными ножами. Патрон представляет собой фарфоровый корпус с цилиндрическим отверстием, закрытый в торцах металлическими крышками 21, несущими контактные ножи. К внутренним частям контактных ножей приварена (точечной сваркой) плавкая вставка.

Плавкая вставка состоит из одной, двух или трех штампованных медных ленточек толщиной 0,15-0,2 мм. В некоторых предохранителях ПН (например, в предохранителях ПН-2, выпускаемых Курским электроаппаратным заводом) плавкая вставка изготовляется из двух или трех ленточек одинаковых размеров, но разной толщины, что существенно улучшает характеристику предохранителя.

Для улучшения характеристики предохранителя ПН в центре каждой ленточки (в перешейке между выштампован-ными отверстиями) вставки наплавлен оловянный шарик. Оловянный шарик предназначен для снижения температуры плавления элементов плавкой вставки предохранителя. При нагреве плавкой вставки до температуры плавления олова шарик плавится и его молекулы, проникая в медь, образуют сплав, температура плавления которого намного ниже температуры плавления меди. Патрон предохранителя заполнен чистым сухим (влажность не более 0,05%) кварцевым песком, содержащим не менее 99% кварца (размер крупинок кварца должен быть около 0,5 мм).

В крышках патрона ПН имеются Т-образные выступы, служащие для установки патрона в контактных стойках и извлечения из них при помощи специальной съемной ручки, вырезы которой соответствуют выступам крышек. Контактные стойки представляют собой медные пластины, снабженные пружинящими кольцами 19, обеспечивающими надежный контакт ножей патрона с губками контактных стоек.

Патроны ПН выпускаются на номинальные токи 100; 250; 400; 600 и 1000 а с плавкими вставками на 25 а и выше.

В распределительных устройствах передвижных станций применяются предохранители и других конструкций, но они мало отличаются от описанных выше предохранителей.

Плавкие вставки предохранителей выпускаются на следующие номинальные токи: 4; 6; 10; 15; 20; 25; 35; 45; 60; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 300; 350; 400 и 600 а.

При расчетном токе, например, 50 а плавкую вставку предохранителя следует выбирать на номинальный ток 60 а.

2. Номинальный ток плавкой вставки /н.в должен быть равен пусковому току /п, уменьшенному в 2,5 раза для защищаемого участка линии, если к ней присоединен один короткозамк-нутый электродвигатель, или быть несколько больше.

3. При выборе плавких вставок предохранителей, последовательно установленных в линии, каждую следующую вставку, считая от генератора передвижной станции или от силового трансформатора, нужно выбирать на одну ступень ниже по номинальному току стандартных плавких вставок. Так, при установке в ближайшем к генератору предохранителе плавкой вставки на 100 а в следующих предохранителях должны быть плавкие вставки на 80; 60; 45 а и ниже. Соблюдение этого условия1 необходимо для обеспечения так называемого селективного (избирательного) действия предохранителей. Под селективностью понимается такое действие предохранителей при коротком замыкании (к. з.), когда в первую очередь перегорает плавкая вставка предохранителя, ближайшего к месту к. з., и отключается только участок сети, защищаемый данным предохранителем.

К атегория: - Передвижные электростанции