Конструкции распределительных устройств

 

Для совместной работы генераторов, силовых трансформаторов, линий электропередачи их необходимо электрически объединить и снабдить устройствами для управления и защиты от ненормальных режимов и повреждений. Это осуществляется при помощи распределительных устройств - электроустановок, предназначенных для объединения электрических цепей и размещения аппаратов управления и защиты.

Распределительное устройство — это электроустановка, предназ­наченная для приема и распределения электрической энергии, содержа­щая электрические аппараты, шины и вспомогательные устройства.

Аппараты и проводники (шины) распределительного устройства (РУ), относящиеся к отдельной электрической цепи (генератору, силовому трансформатору, линии электропередачи и др.), составляют электрическое присоединение. Все электрические присоединения одной ступени напряжения обычно объединяют при помощи трехфазных сборных шин - неизолированных (голых) фазных проводников, укрепленных на изоляторах.

Электрооборудование должно удовлетворять следующим общим требованиям:

1. Электрической прочности изоляции - способности выдерживать длительно приложенные напряжения, соответствующие наибольшим рабочим для данного РУ, а также противостоять перенапряжениям, возникающим в электроустановке кратковременно.

2. Нагрузочной (токонесущей) способности - аппараты и проводники должны длительно проводить рабочий ток в различных эксплуатационных режимах без опасных (для контактных соединений и изоляции) перегревов.

3. Электродинамической и термической стойкости - способности аппаратов, изоляторов и проводников противостоять кратковременному электро­динамическому и тепловому действию тока к. з.

Кроме того, к аппаратам в соответствии с их назначением предъявляют ряд частных требований.

Если распределительное устройство расположено внутри зда­ния, то оно называется закрытым.

Закрытые распределительные устройства(ЗРУ) сооружаются обычно при напряжении 3 — 20 кВ. При больших на­пряжениях, как правило, сооружаются открытые РУ. Однако при ограниченной площади под РУ или при повышенной загряз­ненности атмосферы, а также в районах Крайнего Севера могут применяться ЗРУ на напряжения 35 — 220 кВ.

Распределительные устройства должны обеспечивать надежность работы электроустановки, что может быть выполнено только при правильном выборе и расстановке электрооборудования, при пра­вильном подборе типа и конструкции РУ в соответствии с ПУЭ.

Требования к конструкциям ЗРУ:

- обслуживание РУ должно быть удобным и безопасным.

- неизолированные токоведущие части во избежание случайных прикосновений к ним должны быть помещены в камеры или ограждены.

- из помещений ЗРУ предусматриваются выходы наружу или в помещения с несгораемыми стенами и перекрытиями.

- ЗРУ должно обеспечивать пожарную безопасность.

- распределительное устройство должно быть экономичным.

Комплектное распределительное устройство (КРУ) — это рас­пределительное устройство, состоящее из закрытых шкафов со встроенными в них аппаратами, измерительными и защитными при­борами и вспомогательными устройствами. Шкафы КРУ изготов­ляются на заводах, что позволяет добиться тщательной сборки всех узлов и обеспечения надежной работы электрооборудова­ния. Шкафы с полностью собранным и готовым к работе обору­дованием поступают на место монтажа, где их устанавливают, соединяют сборные шины на стыках шкафов, подводят силовые и контрольные кабели. Применение КРУ позволяет ускорить мон­таж распределительного устройства. КРУ безопасно в обслужи­вании, так как все части, находящиеся под напряжением, зак­рыты металлическим кожухом.

 

Рис. 8.8. Компоновка шкафов КРУ серий К-104М и К-104МС1 для собственных нужд 6 кВ ТЭС с блоками

63-300 МВт: а — вводы на секции РУСН от рабочих ТСН и от резервной магистрали

 

 

Рис.8.8 Окончание. Компоновка шкафов КРУ серий К-104М и К-104МС1 для собственных нужд 6 кВ ТЭС с блоками 63 — 300 МВт:

б — шкаф с выключателем и шинным вводом: 1 — рама; 2 — корпус шкафа; 3 — дверь; 4 — элемент выдвижной с выключателем; 5 — отсек выдвижного элемен­та; 6 — шкаф релейный; 7 — отсек линейный; 8 — перегородка; 9 — отсек сборных шин

В качестве изоляции между токоведущими частями в КРУ мо­гут быть использованы воздух, масло, пирален, твердая изоля­ция, инертные газы. КРУ с масляной и газовой изоляцией могут изготовляться на высокие напряжения 220, 400 и 500 кВ. В КРУ могут применяться обычные аппараты или специально предназ­наченные для них, могут сочетаться и те и другие. Например, для КРУ 6—10 кВ применяются выключатели обычной конструкции, а вместо разъединителей — втычные контакты.

Наша промышленность выпускает КРУ 3 — 35 кВ с воздушной изоляцией и 110—220 кВ с изоляцией из элегаза. Применение КРУ приводит к сокращению объема и сроков проектирования.

Шкаф КРУ несгораемыми перегородками разделен на отсеки: выключателя на выдвижной тележке; сборных шин; линейного ввода; релейного шкафа (рис. 8.8.). Конструкция шкафов КРУ предусматривает возможность установки тележек с выключателем, трансформатором напряжения или с разъединяющими контакта­ми с перемычкой в рабочем, контрольном положении и выкаты­вание из шкафа для ревизии и ремонта. Шкафы КРУ имеют бло­кировочные устройства, не позволяющие вкатывать или выкаты­вать тележку при включенном выключателе, а также включать за­земляющий разъединитель при рабочем положении тележки и вкатывать тележку при включенном заземляющем разъединителе.

Вторичные цепи релейного шкафа соединяются с вторичными цепями выкатного элемента с помощью штепсельных разъемов и гибких шлангов.

Изготовители КРУ в каталогах приводят сетку типовых схем главных цепей шкафов, ориентируясь на которую подбирают типы шкафов и комплектуют распределительное устройство конкрет­ной электроустановки. На рис. 8.8, а показан вариант компоновки КРУ для собственных нужд электростанции шкафами серии К-104МиК-104С.

Шкафы К-104М и К-104С рассчитаны на токи 630—1600 А и комплектуются выключателями: маломасляными ВКЭ-М-10,

Рис.8.9.Выкатной элемент с элегазовым выключателем VF 07 для шкафа КРУ серии K-XXVI:

1 — гибкая связь и штепсельный разъем цепей вторичной коммутации; 2 — разъемные контакты главных цепей; 3 — выключатель; 4 — тележка

ВКЭ-10; вакуумными ВВЭ-М-10, ВБПЭ-10, ВБМЭ-10; элегазовыми VF07.

На большие токи этим же предприятием «Мосэлектрощит» производятся КРУ К-105 на токи 2000 — 3150 А. Особенностью серий К-104 и К-105 является размещение сборных шин в ниж­нем отсеке шкафа и необходимость двустороннего обслужива­ния, поэтому шкафы устанавливаются на расстоянии не менее 800 мм от стены. Шкафы КРУ K-XXVI с односторонним обслу­живанием позволяют уменьшить ширину помещения. Они рас­считаны на 6—-10 кВ, номинальный ток главных цепей до 1600 А, сборных шин — до 3200 А, ток отключения 31,5 кА. В них приме­няются выключатели ВМПЭ-10, ВВТЭ-М, ВБЧЭ-20 и элегазовые VF07 и VF12. На рис. 8.9. показана выкатная тележка с элегазовым выключателем.

В зависимости от номинального напряжения и тока, типов при­меняемых выключателей, трансформаторов тока и напряжения, размещения их в шкафу в электроустановках применяются раз­личные типы КРУ, выбор которых производится по каталогам.

Комплектные распределительные устройства наружной установки (КРУН) предназначены для откры­той установки вне помещения. КРУН состоят из металлических шкафов со встроенными в них аппаратами, приборами, устрой­ствами защиты и управления.

Шкафы КРУН имеют уплотнения, обеспечивающие защиту аппаратуры от загрязнения и атмосферных осадков. Так как шка­фы не абсолютно герметичны, то КРУН не предназначены для работы в среде с влажностью воздуха более 80%, опасной в отно­шении взрыва и пожара, а также в среде с химически активными газами и токопроводящей пылью. КРУН рассчитаны для работы при температурах окружающего воздуха от -40 до +35 °С. В некото­рых сериях КРУН предусматривается искусственный подогрев воз­духа внутри шкафа для предотвращения конденсации влаги при резких колебаниях температуры наружного воздуха.

КРУН могут иметь стационарную установку выключателя в шка­фу или выкатную тележку с выключателем подобно КРУ внут­ренней установки.

Шкафы КРУН широко применяются для комплектных транс­форматорных подстанций и в открытых РУ электростанций и под­станций. Они разработаны для схемы с одной системой шин.

Применение элегаза SF₆ в качестве изоляции позволяет создать КРУ на высокие напряжения (в мировой практике до 800 кВ). Как было отмечено выше, элегаз обладает высокими электроизоляционными и дугогасительными свойствами, не ток­сичен, не горит, не образует взрывоопасных смесей. Выключатели, разъединители, трансформаторы тока с элегазовой изоляцией имеют значительно меньшие габариты, чем такие же аппараты с масля­ной и фарфоровой изоляцией. Каждый элемент в КРУ с элегазовой изоляцией (КРУЭ) заключают в металлический герметичный за­земленный кожух, заполненный элегазом под избыточным давле­нием. Отдельные элементы (блоки) соединяют с помощью газо­плотных фланцев, а электрические соединения выполняют стерж­невыми шинами, размещенными в металлических корпусах с эле­газом, и втычными контактами розеточного типа. Деление КРУЭ на блоки позволяет при замене одного из них сохранить газовое заполнение в остальной части.

Комплектные распределительные устройства с элегазовой изо­ляцией имеют следующие достоинства: уменьшение требуемой пло­щади в 10—15 раз, увеличение межремонтных периодов, полную автоматизацию обслуживания, полную пожаро- и взрывобезопасность, биологическую безопасность для окружающей среды (от­сутствие электрических и магнитных полей, низкий уровень шума, отсутствие радиопомех).

Недостатками являются относительно высокая стоимость элегаза, ограничение нижних рабочих температур окружающего воз­духа (не ниже -5 °С), что приводит к необходимости установки КРУЭ в закрытых помещениях или под землей.

Причиной ограничения нижних температур является сжиже­ние элегаза при -30 °С, а следовательно, изменение в сторону ухудшения его изоляционных и дугогасительных свойств. Для от­крытой установки КРУЭ в местностях, где температура воздуха опускается ниже -30 °С, должен быть решен вопрос о возможно­сти подогрева элегаза и всего выключателя.

Применение КРУЭ позволяет выполнить компактные город­ские понижающие подстанции 220/110/10 кВ в центре нагрузок, что очень важно в застройках большой плотности и на промыш­ленных предприятиях.

КРУЭ находит применение:

на объектах металлургии и химии, а также на ТЭЦ с сильно загрязненной атмосферой;

в труднодоступных районах, особенно вечной мерзлоты, с пол­ностью автоматизированными подстанциями;

в береговых районах с солевыми туманами;

на гидростанциях в скальном грунте, с ограниченными пло­щадями для подстанции;

на подстанциях 750 кВ и выше, где эксплуатация традиционно­го оборудования затруднена по соображениям экологии.

Строительство подстанций с КРУЭ дает экономию строитель­но-монтажных работ, в 7—8 раз сокращает расход металлоконструкций. Применение КРУЭ имеет большие перспективы.

Распределительное устройство, расположенное на открытом воз­духе, называется открытым распределительным устройством. Как правило, РУ напряжением 35 кВ и выше сооружаются открытыми.

Так же как и ЗРУ, открытые РУ должны обеспечить: надеж­ность работы, безопасность и удобство обслуживания при мини­мальных затратах на сооружение, возможность расширения, мак­симальное применение крупноблочных узлов заводского изготов­ления.

Расстояние между токоведущими частями и от них до различ­ных элементов ОРУ должно выбираться в соответствии с требова­ниями ПУЭ.

Все аппараты ОРУ располагаются на невысоких основаниях (металлических или железобетонных). По территории ОРУ пре­дусматриваются проезды для возможности механизации монтажа и ремонта оборудования. Шины могут быть гибкими из многопро­волочных проводов или из жестких труб. Гибкие шины крепятся с помощью подвесных изоляторов на порталах, а жесткие — с по­мощью опорных изоляторов на железобетонных или металличес­ких стойках.

Применение жесткой ошиновки позволяет отказаться от пор­талов и уменьшить площадь ОРУ.

Под силовыми трансформаторами, масляными реакторами и баковыми выключателями 110 кВ и выше предусматривается маслоприемник, укладывается слой гравия толщиной не менее 25 см, и масло стекает в аварийных случаях в маслосборники. Кабели оперативных цепей, цепей управления, релейной защиты, авто­матики и воздухопроводы прокладывают в лотках из железобе­тонных конструкций без заглубления их в почву или в металли­ческих лотках, подвешенных к конструкциям ОРУ.

Открытое РУ должно быть ограждено.

ОРУ имеют следующие преимущества перед закрытыми:

меньше объем строительных работ, так как необходимы лишь подготовка площадки, устройство дорог, сооружение фундамен­тов и установка опор, в связи с этим уменьшаются время соору­жения и стоимость ОРУ;

легче выполняются расширение и реконструкция; все аппараты доступны для наблюдения. В то же время открытые РУ менее удобны в обслуживании при низких температурах и в ненастье, занимают значительно большую площадь, чем ЗРУ, а аппараты на ОРУ подвержены запылению, загрязнению и колебаниям температуры.

Конструкции ОРУ разнообразны и зависят от схемы электри­ческих соединений, от типов выключателей, разъединителей и их взаимного расположения.

 

Контрольные вопросы

 

1. Какова область применения схем с одной секционированной системой шин?

2. При повреждении в каком элементе схемы с двумя системами шин может нарушиться электроснабжение всех присоединений?

3. В каких схемах можно производить ремонт сборных шин без нарушения электроснабжения потребителей?

4. Почему в схемах со сборными шинами при напряжении 35 кВ обходная система шин не предусматривается?

5. Каково назначение секционного, обходного, шиносоединительного выключателей?

6. В каких случаях разрешается сооружать ЗРУ на напряжение 35 кВ и выше?

7. Какое распределительное устройство позволяет обеспечить большую безопасность обслуживания – ЗРУ или КРУ?

8. Для какой цели в КРУ выключатель смонтирован на выкатном элементе?

9. Чем отличается КРУ для внутренней установки от КРУ для наружной установки?

10.Что предусмотрено в КРУН для надежной работы выключателей и их приводов при низких температурах окружающего воздуха?

11.Как изолируются токоведущие части от заземленных элементов в КРУ 6-10 кВ и в КРУ 110-220 кВ?

12.Какими конструктивными решениями обеспечивается безопасность обслуживания оборудования на открытом распределительном устройстве?