Короткозамыкатели и отделители

 

Применение короткозамыкателей и отделителей на ГПП позволяет отказаться от выключателей на стороне высшего напряжения питающей линии. Это удешевляет и упрощает оборудование подстанции до 40%.

Короткозамыкатель – это быстродействующий высоковольтный контактный аппарат, с помощью которого по сигналу релейной защиты создается искусственное короткое замыкание (КЗ) сети (рис. 2.56).

Отделитель представляет собой разъединитель, который быстро отключает обесточенную цепь после подачи команды на его привод.

Рис. 2.56. Короткозамыкатель:

1 – опорный изолятор; 2 – неподвижный контакт; 3 – подвижный заземленный

контакт-нож; 4 – пружина привода; 5 – изоляторы; 6 – защелка; 7 – катушка;

8 – сердечник; 9 – контакт реле

 

На раме установлен опорный изолятор 1, вверху которого расположен неподвижный контакт 2, находящийся под высоким напряжением. Подвижный контакт 3 (нож) заземлен. Пружина 4 привода заводится, когда привод короткозамыкателя находится в отключенном состоянии. При срабатывании релейной защиты замыкается контакт 9, через который подается напряжение на катушку 7 привода, сердечник 8 втягивается и освобождает защелку 6 механизма. Под действием взведенной пружины 4 нож 3 перемещается в вертикальное положение вверх и заземляет контакт 2. Время включения такого короткозамыкателя составляет 0,16-0,4 с. Короткозамыкатель включается автоматически под действием защиты, а отключается вручную.

Короткозамыкатель на напряжение 110 кВ и выше выполняется однополюсным, так как эти сети работают с глухозаземленной нейтралью и для них достаточно заземлить одну фазу, чтобы создать короткое замыкание, на которое среагирует выключатель питающей линии.

Короткозамыкатели на напряжение 35 кВ изготавливают двухполюсными, поскольку сети 35 кВ работают с изолированной нейтралью (или с нейтралью, заземленной через дугогасительную катушку). Для создания условий, при которых защита отключит головной масляный выключатель, требуется двухфазное короткое замыкание. Короткозамыкатели предназначены для наружной установки в ОРУ. Технические данные короткозамыкателей представлены в табл. 2.11.

 

Таблица 2.11

Технические данные короткозамыкателей

Тип короткозамыкателя	, кВ	, кА	, кА	Время протекания , с	Полное время включения, с	Масса, кг
КРН-35 У1			12,5		0,16
КЗ-110У-У1			12,5		0,18
КЗ-110 УХЛ1					0,4

 

В основу конструкции отделителя ОД-110У на 110 кВ положен двухколонковый разъединитель наружной установки с вращением ножей в горизонтальной плоскости (рис. 2.57). Приведение в движение колонок осуществляется пружинным приводом с электромагнитным управлением. Во включенном положении пружины привода заведены. При подаче команды пружина освобождается, и контакты расходятся за время 0,5 с.

 

 

Рис. 2.57. Двухколонковый отделитель типа ОД-35 на напряжение 35 кВ:

1 – рама; 2 – поворотные изоляторы; 3 – полуножи; 4 – контактные выводы;

5 – вал; 6 – пружина привода; 7 – защелка; 8 – катушка; 9 – сердечник;

10 – соединительная тяга

Отделители выполняются в виде отдельных полюсов, которые собирают в трехфазный комплект на месте установки. Поворот изоляторов каждого полюса (фазы) отделителя производится в противоположном направлении, при этом ножи расходятся в разные стороны. Отключается отделитель автоматически дистанционно или вручную при подаче импульса тока на отключающий электромагнит, а включается только вручную с помощью съемной рукоятки.

 

 

Рис. 2.58. Схема включения короткозамыкателя и отделителя

 

Таблица 2.12

Технические данные отделителей

Тип отделителя	, кВ		, кА	, кА	Время протекания , с	Полное время отключения с	Масса, кг
ОД-35/630У1				12,5		0,45
ОДЗ-35/630У11				12,5		0,45
ОД-110/630У						0,4
ОДЗ-110/1000УХЛ1				31,5		0,4

 

При нормальной работе подстанции ГПП отделитель ОД-35 включен, а короткозамыкатель КЗ-35 отключен. При внутреннем повреждении трансформатора ТМ 35/6 срабатывает реле защиты (газовые реле или дифференциальная защита), короткозамыкатель включается и замыкает две фазы между собой, создавая короткое замыкание. Выключатель ВМ-35 на головной подстанции отключается от своей защиты. После этого, при обесточенной питающей линии ВЛ-35 подается напряжение на катушку электромагнитного привода отделителя, который освобождает защелку, и пружина через соединительную тягу поворачивает изоляторы и размыкает полуножи. Теперь выключатель ВМ-35 может включаться снова.

Рис. 2.59. Условные обозначения:

а – короткозамыкатель;б – отделитель.

На рис. 2.58 показана схема включения и отключения короткозамыкателя и отделителя. На рис. 2.59 показаны условные обозначения короткозамыкателя и отделителя.

Расшифровка обозначения отделителя: О – отделитель; Д – двухколонковый.

а б

 

Реакторы

Реактор представляет собой катушку, намотанную из толстого провода. Индуктивность такой катушки и индуктивное сопротивление постоянны, так как катушка выполнена без стального сердечника. Реактор предназначен для ограничения тока при коротком замыкании (тока КЗ) и для поддержания напряжения на шинах при аварийном режиме.

Трехфазный реактор состоит из трех катушек. Реакторы включаются последовательно в три фазы и устанавливаются на сборных шинах подстанций и на линиях, отходящих от этих шин. Основная область применения реакторов – электрические сети напряжением 6 и 10 кВ.

По конструктивному устройству реакторы делятся на две основные группы: сухие и масляные реакторы. Сухие реакторы – это индуктивные катушки, имеющие сухую изоляцию и воздушное охлаждение.

Наибольше распространение получили бетонные реакторы. Трехфазный комплект из трех реакторов показан на рис. 2.60.

Из многожильного провода с помощью шаблона наматываются катушки реакторов А, В, С. После этого в специальные формы заливается бетон. Застывая, бетон образует вертикальные стойки (колонны) 2, которые скрепляют между собой отдельные витки 3 катушки. Торцы колонн имеют шпильки с изоляторами 4, 1.

 

 

Рис. 2.60. Трехфазный комплект реакторов

 

Максимальная температура при длительном режиме не выше 105ºС, при КЗ не выше 250ºС. Охлаждение реакторов естественное. Бетонные реакторы применяют в закрытых распределительных устройствах (ЗРУ) при напряжениях 6, 10 кВ. При напряжении более 35 кВ для установки на открытой части подстанции (ОРУ) применяются реакторы в масляном исполнении. В стальной бак с трансформаторным маслом погружается обмотка. Выводы обмотки присоединяются к контактам проходных изоляторов, проходящих через крышку.

Сдвоенный реактор представляет собой индуктивную катушку с обмоткой из двух секций (ветвей) с общей осью и одинаковым направлением витков. Концы секций включаются так, чтобы их магнитные поля при нормальных условиях работы были бы направлены встречно.

Применение сдвоенных реакторов дает возможность использовать один сдвоенный реактор в схеме питания двух секций потребителей. Рассмотрим работу реактора на схеме (рис. 2.61).

Генератор Г питает сборные шины СШ, от которых отходят линии к потребителям. Возьмем два случая: в первом случае за выключателем В1 отсутствует реактор, во втором случае за выключателем В2 установлен реактор L.

При трехфазном КЗ ток I_К1 определяется в основном индуктивным сопротивлением генератора

, (1)

где – индуктивное сопротивление генератора.

 

 

Рис. 2.61. Схема включения реактора

 

Относительное индуктивное сопротивление генератора в процентах

, (2)

где – номинальный ток генератора.

Из (1) и (2) следует

. (3)

В этом случае при КЗ напряжение на сборных шинах будет равно нулю и на всех отходящих линиях исчезнет напряжение.

Ток КЗ в линии с реактором L определяется суммарным сопротивлением генератора и реактора

. (4)

Определим относительное индуктивное сопротивление реактора в процентах

. (5)

Один генератор питает несколько линий, поэтому номинальный ток линии во много раз меньше номинального тока генератора, .

Длительный ток реактора выбирается равным току линии.

Положим, что . Тогда из (1) и (2) следует, что . При этом можно записать .

При сделанных допущениях ток КЗ определяется только параметрами реактора (табл. 2.13, 2.14).

В номинальном режиме обмотка реактора нагревается проходящим током. Мощность, выделяемая обмоткой реактора в виде тепла, составляет несколько киловатт в реакторах на малые токи и несколько десятков киловатт в ректорах на большие токи ( А).

При прохождении тока КЗ между реакторами и внутри реактора создаются электродинамические силы, которые стремятся его разрушить.

Одним из основных параметров реактора является его индуктивность L. Выше определено, что если

и ,

то индуктивность реактора , где измеряется в киловольтах; – в амперах.

Для бетонных реакторов, имеющих обмотку из витков в виде катушки высотой (м), толщиной (м) и средним диаметром (м), индуктивность (мГн) может быть определена по формуле Корндорфера

,

где при , при .

 

Таблица 2.13

Трехфазные сухие токоограничивающие реакторы внутренней установки

для электросетей 6 и 10 кВ

Тип	Напряжение сети, кВ	Номинальный ток, А	Индуктивное сопротивление, Ом	Электродинамическая стойкость, кА	Масса, кг	Длина х ширина х высота, мм
РТСТ-6-200-2,0У3	6,3		2,0	4,3		990 х 755 х 1915
РТСТ-10-200-1,3У3	10,5		1,3	10,8		1015 х 650 х 1700
РТСТ-10-250-0,87У3	10,5		0,87	20,5		855 х 870 х 1700
РТСТ-6-500-0,5У3	6,3		0,5	16,4		1170 х 760 х 1980
РТСТ-6-630-0,4-У3	6,3		0,4	26,5		1160 х 750 х 2200
РТСТ-10-1000-0,35У3	10,5		0,35	37,0		1480 х 1320 х 3030
РТСТ-10-1000-0,45У3	10,5		0,45	35,5		1480 х 1160 х 3225

 

 

а) б) в)

Рис. 2.62. Условное обозначение реакторов:

а – трехфазный реактор из отдельных реакторов 1, 2, 3; б – трехфазный реактор

в однолинейном изображении; в – сдвоенный реактор

 

Реакторы на номинальные токи до 1000 А выпускаются в трехфазном исполнении с вертикальной установкой обмоток фаз, закрепленных в конструкционных рейках и опорных кольцах из высокопрочного стеклопластика (рис. 2.62). Для осевой стяжки всего трехфазного комплекта применяются две торцевые крестовины из маломагнитной стали.

 

Таблица 2.14

Однофазные сухие токоограничивающие реакторы внутренней установки

для электросетей 6-10 кВ

Тип	Напряжение сети, кВ	Номинальный ток, А	Индуктивное сопротивление, Ом	Электродинамическая стойкость, кА
РТОС-10-1600-0,14У3	10,5		0,14	79,0
РТОС-10-1600-0,2У3	0,2	60,0
РТОС-10-1600-0,25У3	0,25	49,0
РТОС-10-1600-0,35У3	0,35	37,0
РТОС-10-2500-0,14У3	10,5		0,14	79,0
РТОС-10-2500-0,2У3	0,2	60,0
РТОС-10-2500-0,25У3	0,25	49,0
РТОС-10-2500-0,35У3	0,35	37,0
РТОС-10-4000-0,1У3	10,5		0,1	97,0
РТОС-10-4000-0,18У3	0,18	65,0

 

Реакторы на номинальные токи от 1600 до 4000 А выполняются в виде однофазных модулей, образующих трехфазные комплекты с горизонтальным, вертикальным или ступенчатым расположением фаз.