Электрооборудование трансформаторных подстанции и распределительных устройств напряжением выше 1000 В.

Пермь2014

 

Содержание

Введение

2. Источники электроэнергии и особенности её распределения на предприятиях нефтяной и газовой промышленности.

2.1 Источники энергии, требования к системам электроснабжения и электрооборудованию.

2.2 Структурное построение систем электроснабжения.

2.3 Главные понижающие подстанции (ГПП) с глубоким вводом.

2.4 Внешнее электроснабжение.

2.5 Внутреннее электроснабжение.

2.6 Категории потребителей.

2.7 Основные принципы расчета нагрузок приемников электроэнергии.

2.8 Типовые схемы распределения электроэнергии: радиальные, магистральные, смешанные.

2.9 Воздушные проводные и кабельные линии электропередач, их устройство и условия прокладки.

2.10 Особенности сетей с изолированной нейтралью.

2.11 Токи короткого замыкания и их действие на элементы системы электроснабжения.

2.12 Ограничение токов короткого замыкания и регулирования напряжения.

2.13 Распределение электроэнергии на буровых установках.

Электрооборудование трансформаторных подстанции и распределительных устройств напряжением выше 1000 В.

3.1 Классификация подстанций.

3.2 Силовые трансформаторы.

3.3 Выбор типа и мощности трансформаторов.

3.4 Коммутационно-защитное оборудование.

3.5 Измерительные трансформаторы их назначение.

3.6 Выключатели: масляные, воздушные, вакуумные, элегазовые.

3.7 Разъединители.

3.8 Отделители.

3.9 Короткозамыкатели.

3.10 Разрядники.

3.11 Реакторы

3.12 Системы автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического включения резерва (АВР).

3.13 Защита подстанции от перенапряжений.

4. Электропривод.

4.1 Общие сведения о системах электроприводов.

4.2 Уравнение движения электропривода.

4.3 Механические характеристики производственных механизмов и электродвигателей.

5. Выбор электрических двигателей.

5.1 Общие принципы выбора электропривода.

5.2 Режимы работы электроприводов и нагрузочные диаграммы.

5.3 Выбор мощности электродвигателей при различных режимах работы.

6. Аппаратура и схемы управления электроприводами.

6.1 Общие принципы построения схем управления.

6.2 Аппаратура управления и защиты (Блок комплексных защит (БКЗ)).

6.3 Программное управление электроприводами.

Структурное построение систем электроснабжения

 

Электроснабжение от собственной электростанции (рис.2.1). При расположении собственной электростанции вблизи от объектов и при совпадении напряжений распределительной сети и генераторов электростанции трансформаторы присоединяются к шинам распределительных устройств (РУ) электростанции или непосредственно, или с помощью линий электропередач.

Электроснабжение от энергетической системы при отсутствии собственной электростанции (рис. 2.2 и 2.3).

 

 

 

Рис. 2.1. Схема электроснабжения от собственной электростанции

Рис. 2.2. Схема электроснабжения от электрической системы при напряжении 6...20 кВ

 

 

Рис. 2.3. Схема электроснабжения от электрической системы при напряжении 35...220кВ

 

В зависимости от напряжения источника питания электроснабжение осуществляется двумя способами: по схеме, представленной на рис. 2.2, при напряжении 6... 20 кВ; по схеме, представленной на рис. 2.3, при напряжении 35... 330 кВ. Схемы, представленные на рис. 2.2 и 2.3, применимы, если предприятие находится на расстоянии не более 5...10 км от подстанции системы.

 

Рис. 2.5. Схема электрических соединений подстанции на отпайках от магистральной линии напряжением

35... 220 кВ с двумя трансформаторами мощностью до 16 МВ·А

 

Внешнее электроснабжение

Под внешним электроснабжением понимают часть сети энергосистемы, обеспечивающую подачу электроэнергии на приемные подстанции предприятия от точки присоединения к энергосистеме.

Внутреннее электроснабжение

Передача электроэнергии от источника питания к электроприемникам осуществляется ступенями. Пункты приема и цеховые приемники связаны между собой распределительными сетями, работающими на разных ступенях напряжения. Число ступеней определяется в зависимости от удаленности источника питания и его напряжения, мощности и напряжения электроприемников, технических возможностей того или иного конструктивного исполнения сети и других факторов.

Под первой ступенью подразумевается сетевое звено между источником питания предприятия (УРП, ГПП, ТЭЦ) и ПГВ, если распределение производится на напряжениях НО — 220 кВ, или же между ГПП или ТЭЦ и РП или цеховыми ТП, если энергия распределяется на напряжениях 6—10 кВ.

Под второй ступенью распределения энергии подразумевается сетевое звено между РП или распределительным устройством вторичного напряжения ПГВ и цеховыми ТП или отдельными электроприемниками высокого напряжения: электродвигателями, электропечами, преобразовательными установками и т. п.

Сети первой и второй ступеней являются межцеховыми и относятся к распределительным сетям системы электроснабжения предприятия. Для большей части электроприемников энергия передается от цеховых ТП на низшей ступени напряжения (до 1000 В) по внутрицеховым сетям.

Межцеховые и внутрицеховые сети составляют внутреннюю систему электроснабжения предприятия.

Категории потребителей

 

В зависимости от выполняемых функций, возможностей обеспечения схемы питания от энергосистемы, величины и режимов потребления электроэнергии и мощности, особенностей правил пользования электроэнергией потребителей электроэнергии принято делить на следующие основные группы:

промышленные и приравненные к ним;

производственные сельскохозяйственные;

бытовые;

общественно-коммунальные (учреждения, организации, предприятия торговли и общественного питания и др.).

К промышленным потребителям приравнены следующие предприятия: строительные, транспорта, шахты, рудники, карьеры, нефтяные, газовые и другие промыслы, связи, коммунального хозяйства и бытового обслуживания.

Промышленные потребители являются наиболее энергоемкой группой потребителей электрической энергии.

Каждая из групп потребителей имеет определенный режим работы. Так, например, электрическая нагрузка от коммунально-бытовых потребителей с преимущественно осветительной нагрузкой отличается большой неравномерностью в различное время суток. Днем нагрузка небольшая, к вечеру она возрастает до максимума, ночью она резко падает и к утру вновь возрастает. Электрическая нагрузка промышленных предприятий более равномерна в течение дня и зависит от вида производства, режима рабочего дня и числа смен.

 

Рис. 2.7. Радиальные схемы сетей напряжением выше 1 ООО В

 

Схема смешанного типа (рис. 2.7, д) сочетает в себе элементы магистральных и радиальных схем. Основное питание каждого из потребителей здесь осуществляется радиальными линиями, а резервное — одной сквозной магистралью.

Схему радиального питания (см. рис. 2.7, а) применяют для потребителей 3-й категории, которые могут быть отключены на время ремонта линии.

Магистральные (см. рис.1.3, а, б, в), радиальные (см. рис. 1.4,б, в) и смешанная (см. рис. 1.4,д) схемы используются на промыслах для питания потребителей 2-й категории.

Для ответственных потребителей 1-й категории на промыслах применяются схемы двойных магистралей (см. рис. 1.3,г), схемы с питанием от разных секций или систем шин одного ЦП, а также радиальные схемы (см. рис. 1.4, г).

 

Рис. 2.8. Пролет линии на опорах с подвесными изоляторами

 

 

Расстояние D между соседними проводами фаз ВЛ обеспечивает требуемый изоляционный промежуток и зависит в основном от ее номинального напряжения. Для линий напряжением 6... 10 кВ это расстояние в среднем составляет 1 м, ПО кВ - 4 м, 220 кВ - 7 м, 500 кВ - 12 м, 750 кВ - 15 м. На двухцепных опорах расстояния между проводами разных цепей берутся такими, при которых возможны ремонтные работы на одной из цепей без отключения второй. Длину пролета линии l обычно определяют из экономических соображений. С увеличением длины пролета возрастает стрела провеса, а следовательно, и высота опор, что увеличивает их стоимость.

Вместе с тем с увеличением длины пролета уменьшается число опор и снижается стоимость изоляции линии. Для линий напряжением до 1 кВ длина пролета обычно составляет 30...75 м, для линий напряжением ПО кВ - 150...200 м при высоте опор с горизонтальным расположением проводов 13... 14 м, для линий напряжением 220...500 кВ длина пролета составляет 400...450 м при высоте опор 25...30 м.

Над проводами воздушных линий для защиты их от атмосферных перенапряжений подвешиваются грозозащитные тросы. Обычно используют тросы из сталеалюминевых проводов.

При подвеске на изоляторах тросы могут быть использованы в качестве проводов связи.

 

Кабельные линии

Кабель - готовое заводское изделие, состоящее из изолированных токоведущих жил, заключенных в защитную герметичную оболочку, которая может быть защищена от механических повреждений броней.

Силовые кабели выпускаются на напряжение до 110 кВ включительно.

Силовые кабели на напряжение до 35 кВ имеют от одной до четырех медных или алюминиевых жил сечениями 1... 2000 мм2. Жилы сечением до 16 мм2- однопроволочные, свыше -многопроволочные. По форме сечения жилы одножильных кабелей круглые, а многожильных -сегментные или секторные (рис. 2.9). Преимущественно применяются кабели с алюминиевыми жилами. Кабели с медными жилами применяются редко: для перемещающихся механизмов, во взрывоопасных помещениях.

 

 

Рис. 2.9. Кабель с вязкой пропиткой на напряжение 10 кВ типа СБ или АСБ: 1 - медные или алюминиевые жилы; 2 - фазная изоляция из пропитанной бумаги; 3 -заполнитель из джута; 4 - поясная изоляция из пропитанной маслом бумаги; 5- свинцовая оболочка; 6 - джутовая прослойка; 7 - броня из стальной ленты; 8 – джутовый покров.

Изоляция жил выполняется из кабельной бумаги, пропитанной маслоканифольным составом, резины, поливинилхлорида и полиэтилена. Кабели с бумажной изоляцией, предназначенные для прокладки на вертикальных и крутонаклонных трассах, имеют обедненную пропитку.

Защитная герметичная оболочка кабеля предохраняет изоляцию от вредного действия влаги, газов, кислот и механических повреждений. Оболочки делаются из свинца, алюминия, резины и поливинилхлорида.

В кабелях напряжением выше 1 кВ для повышения электрической прочности между изолированными жилами и оболочкой прокладывается слой поясной изоляции.

Броня кабеля выполняется из стальных лент или стальных оцинкованных проволок. Поверх брони накладывают покровы из кабельной пряжи (джута), пропитанной битумом и покрытой меловым составом. При прокладке кабеля в помещениях, каналах и тоннелях джутовый покров во избежание возможного пожара снимаю.

Кабельные прокладки требуют меньших площадей по сравнению с воздушными и могут применяться при любых природных и атмосферных условиях.

Кабельные прокладки напряжением 6... 10 кВ применяются на предприятиях небольшой и средней мощности и в городских сетях.

Трасса кабельных линий выбирается кратчайшая с учетом наиболее дешевого обеспечения их защиты от механических повреждений, коррозии, вибрации, перегрева и от повреждений при возникновении электрической дуги в соседнем кабеле.

 

 

Рис. 2.10. Конструктивное выполнение кабельных прокладок:

а - на настенных конструкциях; 6 - на перфорированных лотках; в - в коробах

 

Прокладка кабелем может осуществляться несколькими способами: в траншеях, каналах, туннелях, блоках, эстакадах. Внутри кабельных сооружений и производственных помещений предусматривают прокладку кабелей на стальных конструкциях различного исполнения (рис. 2.10): на настенных конструкциях, лотках, в коробах, укрепленных на стенах. Способ и конструктивное выполнение прокладки выбираются в зависимости от числа кабелей, условий трассы, наличия или отсутствия взрывоопасных газов тяжелее воздуха, степени загрязненности почвы, требований эксплуатации, экономических факторов и т.п.

 

Рис. 2.11. Схема четырехпроводной сети напряжением до 1 кВ с заземленной нейтралью трансформатора и

Занулением оборудования

 

 

Рис. 2.12. Принципиальная схема трехпроводной сети напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью

трансформатора:

1 - вторичная обмотка трансформатора; 2 - схема контроля изоляции; 3 – заземление

 

В четырехпроводных сетях необходимо также осуществить заземление всего оборудования на заземленную нейтраль. Безопасность при этом обеспечивается немедленным автоматическим отключением аварийного участка при протекании большого тока металлического КЗ.

В трехпроводных сетях (рис. 2.12) трехфазные двигатели, печи, сварочные аппараты и другие трехфазные электроприемники включаются только на линейное напряжение. Однофазные электроприемники соединяют по схеме треугольника, распределяя их равномерно по сторонам треугольника напряжений. Рассмотренные выше преимущества и недостатки трехпроводных сетей напряжением 6...35 кВ с изолированной нейтралью распространяются и при напряжении до 1 кВ. Однако в сетях напряжением до 1 кВ перемежающиеся дуги при однофазном замыкании на землю не возникают и поэтому не требуется установка дугогасящих катушек. Однако емкостные токи при замыканиях на землю представляют опасность для персонала при соприкосновении с фазой. Безопасные значения токов могут быть только в малоразветвленных сетях с хорошим состоянием изоляции.

Таким образом, в установках напряжением до 1 кВ допустимы обе системы: при малоразветвленных сетях имеет преимущества система с изолированной нейтралью, при сильно разветвленных сетях целесообразно работать с заземленной нейтралью.

В электроустановках напряжением 500 и 660 В нейтраль, как правило, изолирована.

 

Рис. 2.13. Виды коротких замыканий

 

Токи, напряжения, мощности и другие величины, относящиеся к двухфазному КЗ, обозначаются I ⁽²⁾, U ⁽²), S ⁽²⁾ и т.д.

3. Двухфазное КЗ на землю (рис. 2.13, в), при котором замыкании двух фаз между собой сопровождается замыканием точки повреждения на землю (в системах с заземленными нейтралями). Точкой двухфазного КЗ на землю обозначается K ^(1.1). Токи, напряжения, мощности и другие величины, относящиеся к двухфазному КЗ на землю, обозначаются I ^(1.1), U ^(1.1), S ^(1.1) и т.д.

4. Однофазное КЗ, при котором происходит замыкание одной из фаз на нулевой провод или на землю (рис. 2.13, г). Точка однофазного КЗ обозначается K ⁽¹⁾. Токи, напряжения, мощности и другие величины, относящиеся к однофазному КЗ, обозначаются I ⁽¹⁾, U ⁽¹⁾, S ⁽¹⁾ и т.д.

Встречаются и другие виды КЗ, связанных с обрывом проводов и одновременными замыканиями проводов различных фаз. Различают КЗ на зажимах генераторов (точки К⁽³⁾ ₁ и К⁽²⁾ ₁) и КЗ в сети, отделенные от генератора сопротивлениями сети (точки К⁽³⁾ ₂и К⁽²⁾ ₂). Трехфазное КЗ является симметричным, поскольку при нем все три фазы оказываются в одинаковых условиях. Все остальные виды КЗ являются несимметричными, поскольку фазы не остаются в одинаковых условиях, а системы токов и напряжений получаются искаженными.

Наиболее часто встречаются однофазные замыкания. На их долю приходится до 65% от общего числа КЗ. Трехфазные КЗ возникают сравнительно редко - в 5% от общего числа КЗ.

Классификация подстанций

 

 

По числу трансформаторов КТП могут быть однотрансформаторными, двухтрансформаторными и трехтрансформаторными.

По роду установки КТП могут быть:

внутренней установки с масляными, сухими или заполненными негорючей жидкостью трансформаторами;

наружной установки (только с масляными трансформаторами);

смешанной установки с расположением РУ высшего напряжения и трансформатора снаружи, а РУ низшего напряжения внутри помещения.

КТП можно разделить на четыре основные группы.

1. КТП наружной установки мощностью 25...400 кВ-А, напряжением 6...35/0,4 кВ, применяемые для электроснабжения объектов сельскохозяйственного назначения. Это в основном мачтовые подстанции. КТП данной группы состоят из шкафа ввода ВН, трансформатора и шкафа НН, укомплектованного на отходящих линиях автоматическими выключателями.

2. КТП внутренней и наружной установки напряжением до 10 кВ включительно мощностью 160... 2500 кВ·А, которые в основном используются для электроснабжения промышленных предприятий. КТП этой группы состоят из шкафов ввода на напряжение 10 кВ и РУ напряжением до 1 кВ. Для КТП применяют как масляные, так и заполненные негорючей жидкостью или сухие трансформаторы специального исполнения с боковыми выводами, для КТП наружной установки - только масляные.

3. Сборные и комплектные трансформаторные подстанции напряжением 35...110/6...10 кВ. Со стороны высокого напряжения подстанции комплектуются открытыми распределительными устройствами напряжением 35... 110 кВ, со стороны 6... 10 кВ - шкафами КРУН наружной установки.

4. КТП специального назначения, перевозимые на салазках, напряжением 6... 10 кВ, мощностью 160...630 кВ-А, которые выпускаются для электроснабжения стройплощадок, рудников, шахт, карьеров.

 

Силовые трансформаторы

Силовые трансформаторы являются основным электрическим оборудованием электроэнергетических систем, обеспечивающим передачу и распределение электроэнергии на переменном трехфазном токе от электрических станций к потребителям. С помощью трансформаторов напряжение повышается от генераторного до значений, необходимых для электропередач системы (35... 750 кВ), а также многократное ступенчатое понижение напряжения до значений, применяемых непосредственно в приемниках электроэнергии (0,22...0,66 кВ).

В справочных данных на трансформаторы приводятся: тип, номинальная мощность, номинальные напряжения обмоток, потери мощности холостого хода и короткого замыкания, напряжение короткого замыкания, ток холостого хода.

На повышающих и понизительных подстанциях применяют трехфазные или группы однофазных трансформаторов с двумя или тремя раздельными обмотками. В зависимости от числа обмоток трансформаторы разделяются на двухобмоточные и трехобмоточные. Двухобмоточные трансформаторы номинальной мощностью больше 25 MB·А выполняются с расщепленной обмоткой вторичного напряжения 6... 10 кВ. Обмотки высшего, среднего и низшего напряжений принято сокращенно обозначать соответственно ВН, СН, НН.

В настоящее время применяются трансформаторы следующих стандартных номинальных мощностей: 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500, 4000, 6300, 10000, 16000, 25 000, 32000, 40 000, 63 000, 80 000, 160 000 кВ·А.

Условные обозначения типов трансформаторов состоят из букв, которые обозначают: первые буквы: О - однофазный, Т - трехфазный;

последняя буква: Н - выполнение одной обмотки с устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН);

Р - трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения;

Т - трехобмоточный трансформатор;

М, Д, ДЦ, С, 3 - система охлаждения трансформаторов.

В настоящее время трансформаторы выполняются с переключением ответвлений обмотки без возбуждения (ПБВ) и с переключением ответвлений обмотки под нагрузкой - РПН.

Переключение без возбуждения осуществляется после отключения всех обмоток от сети при помощи ответвлений обмотки ВН или СН. Трехфазные понижающие трансформаторы мощностью 25... 80 000 кВ·А напряжением до 35 кВ включительно имеют четыре ответвления (± 2 х 2,5 %) номинального напряжения. Понижающие трансформаторы напряжением ПО и 220 кВ имеют ответвления для ПБВ только в трехобмоточном исполнении на обмотках СН при напряжении 38,5 кВ.

Трансформаторы с воздушным охлаждением называются сухими (С). Изготовляются мощностью до 1600 кВ·А включительно для установки в закрытых помещениях. Преимущество сухих трансформаторов заключается в их пожаробезопасности и сравнительной простоте конструкции.

Естественное масляное охлаждение (М) применяется для трансформаторов мощностью до 6300 кВ·А.

При мощности трансформаторов 10 000 кВ·А и более применяется масляное охлаждение с воздушным дутьем (Д). Обдувание поверхности радиаторов позволяет увеличить теплоотдачу на 50% и более. В настоящее время трансформаторы снабжаются системой дутьевого охлаждения при помощи вентиляторов.

Масляное охлаждение с принудительной циркуляцией (Ц) позволяет значительно увеличить отвод тепла. К баку масляного трансформатора подключают центробежный насос, который прогоняет горячее масло через воздушный или водяной охладитель.

На трансформаторах мощностью 63 MB·А и более используют две системы охлаждения ДЦ.

Трансформаторы с охлаждением негорючим жидким диэлектриком совтолом (Н) изготовляются мощностью до 2500 кВ·А включительно.

Буква 3 обозначает, что трансформатор без расширителя и защита осуществляется с помощью азотной подушки.

Пример условного обозначения трансформатора ТРДН - 40 000/110: трехфазный трансформатор с расщепленной обмоткой НН, масляным охлаждением, дутьем и естественной циркуляцией масла, РПН, номинальной мощностью 40 000 кВ·А, напряжением ПО кВ.

Важным параметром подключения трансформатора к сети является группа и схема соединений его обмоток. Группой соединений называют угловое (кратное 30°) смещение векторов между одноименными вторичными и первичными линейными напряжениями холостого хода трансформатора. Возможны четыре схемы соединения силовых трансформаторов: звезда Y, звезда с выведенной нейтралью YH, треугольник А, зигзаг Z. Группа соединений указывается числами от 0 до 12. Например, 11 соответствует углу 330°.

На электрических станциях и подстанциях наибольшее распространение получили следующие схемы и группы соединений двухобмоточных трансформаторов:

звезда - звезда с выведенной нейтралью Y/YH - 12;

звезда - треугольник Y/Δ - 11;

звезда с выведенной нейтралью - треугольник YH/Δ - 11.

В трехобмоточных трансформаторах наиболее часто применяются соединения: звезда - звезда с выведенными нейтралями - треугольник Y/YH/Δ - 11, 12.

 

Трансформаторы тока

 

Первичная обмотка трансформатора тока 1 (рис. 3.1) состоит из одного или нескольких витков, а вторичная 2 имеет большее число витков. Обе обмотки наложены на замкнутый сердечник из листовой или ленточной электротехнической стали.

Первичная обмотка включается последовательно в провод цепи, ток которой должен трансформироваться, а во вторичную обмотку включаются токовые катушки измерительных приборов, реле и других аппаратов. Чтобы исключить возможность появле ния во вторичной цепи опасных потенциалов относительно земли при пробоях с первичной обмотки, вторичная обмотка заземляется. Напряже ние на концах первичной обмотки определяется силой тока первичной цепи, и сила тока в этой обмотке не зависит от сопротивления в цепи вторичной обмотки. Сопротивление вторичной цепи очень мало, и трансформатор тока работает в режиме, близком к короткому замыканию. Сила тока вторичной обмотки пропорциональна силе тока первичной цепи. Трасформаторы обычно рассчитывают так, чтобы при номинальном токе

первичной цепи во вторичной цепи протекал ток 5 А. Имеются специальные трансформаторы с номинальным вторичным током 1 и 2,5 А. Недопустима работа трансформатора тока с разомкнутой вторичной обмоткой. В этом случае результирующий магнитный поток в сердечнике сильно возрастает, что приводит к перегреву сердечника и к появлению опасных для персонала напряжений в цепях вторичной обмотки.

 

Трансформаторы напряжения

 

По принципу устройства и конструкции трансформаторы напряжения (рис.3.2) не отличаются от силовых трансформаторов небольшой мощности. Будучи нагруженными на вторичной стороне приборами с обмотками, имеющими большое сопротивление, трансформаторы напряжения нормально работают в режиме, близком к холостому ходу.

Ток в первичной обмотке трансформаторов напряжения зависит от нагрузки вторичной; цепи, процесс намагничивания такой же, как и в обычном силовом трансформаторе. Трансформаторы напряжения обычно изготовляют с такими числами витков ω₁ и ω₂ обмоток, чтобы при номинальном первичном напряжении вторичное линейное напряжение составляло 100 В (фазное 100/ В).

 

 

 

Разъеденители

Разъединителем называется электрический аппарат для оперативного переключения под напряжением участков сети с малыми токами замыкания на землю и создания видимого разрыва. По условиям техники безопасности при производстве работ в установках необходимо иметь видимые разрывы цепи, откуда может быть подано напряжение. Указанное требование обеспечивается разъединителями, которые не имеют устройств для гашения дуги и не допускают переключений под нагрузкой. Поэтому их оснащают блокировкой, предотвращающей отключение нагрузочного тока. Правилами устройства электроустановок допускается отключать разъединителями холостой ток открыто установленных трансформаторов: напряжением 10 кВ - мощностью до 630 кВ·А; напряжением 20 кВ - мощностью до 6300 кВ·А; напряжением 35 кВ - мощностью до 20 000 кВ·А; напряжением 110 кВ - мощностью до 40 500 кВ·А; уравнительный ток линий при разности напряжений не более 2 %, заземление нейтралей трансформаторов и дугогасящих катушек, токи замыкания на землю (не превышающие 5 А при напряжении 35 кВ и 10 А при напряжении 10 кВ), а также небольшие зарядные токи линий.

Конструктивно разъединители могут быть внутренней и наружной установок.

Разъединители управляются приводами вручную или дистанционно (но не автоматически).

 

Отделители

Отделителями называются аппараты напряжением от 35 кВ и выше, имеющие надежную конструкцию контактов и снабженные специальным приводом, позволяющим осуществлять автоматическое отключение подвижной части отделителя. Отделители напряжением 35...220 кВ допускают отключение тока холостого хода трансформаторов и зарядного тока воздушных линий электропередач любой протяженности при бестоковой паузе, обусловленной действием защиты и автоматического повторного включения. Включение отделителей производится вручную.

 

Короткозамыкатели

Короткозамыкателями называются аппараты напряжением от 35 кВ и выше, имеющие надежную конструкцию контактов и снабженные специальным приводом, позволяющим осуществлять автоматическое включение ножа короткозамыкателя. При включении ножа короткозамыкателя создается металлическое короткое замыкание на подстанциях без выключателей. В сетях с заземленной нейтралью короткозамыкатели однополюсные и создают однофазное КЗ на землю. В сетях с изолированной нейтралью короткозамыкатели имеют два полюса и создают двухфазное КЗ.

 

Разрядники

В результате прямого удара молнии или при грозовых разрядах вблизи воздушных линий передачи или открытых подстан ций в линиях и распределительных устройствах, связанных с последними, возникают атмосферные перенапряжения. Максимальное напряжение при прямом ударе может достигать нескольких миллионов вольт, а протекающие

токи достигают сотен тысяч ампер. Для защиты от прямых ударов молнии, наиболее опасных для установок всех напряжений, используют тросовые и стержневые молниеотводы.

Перенапряжения, возникающие при разрядах вблизи линий и открытых подстанций,— индуктированные, они достигают 300—500 кВ и особенно опасны для установок напряжением до 35 кВ, изоляция которых выдерживает импульсы перенапряжений да 200 кВ. Для защиты от индуктированных перенапряжений в распределительных устройствах напряжением выше 1000 В, связанных с воздушными линиями,. применяют вентильные разрядники. На самих линиях устанавливают трубчатые разрядники.

Вентильные разрядники содержат многократный искровой промежуток и рабочее сопротивление из дисков вилита, отсоединяющее этот промежуток от сети при нормальном режиме. Под действием перенапряжения происходит импульсный пробой искрового промежутка и через рабочее сопротивление течет на землю импульсный ток. После импульсного пробоя через разрядник начинает протекать сопровождающий ток промышленной частоты, сила которого ограничивается сопротивлением вилита. Последнее сильно возрастает при, снижении напряжения и уменьшает сопровождающий ток до такого значения, при котором ток прерывается искровым промежутком при первом переходе через нулевое значение. При больших значениях тока, соответствующих импульсному пробою, сопротивление вилита r_р мало, и, несмотря на большое значение гока I, остающееся напряжение на разряднике U_p= Ir_р невелико и может быть сделано таким, чтобы не превышало допустимого для защищаемого оборудования.

Вилитовое сопротивление изготовляется в виде дисков диаметром 100—150 мм и толщиной 10—20 мм. Основу вилита составляют зерна карборунда (SiС), на поверхности которых создается пленка окиси кремния (Sа0₂) толщиной 10^{-5 см.}

Зависимость между напряжением на вилитовом сопротивлении U_Р и током Iвыражается формулой

 

 

где А — постоянная, равная напряжению на сопротивлении при силе тока в 1 А; а —показатель нелинейности, равный при больших токах 0,13—0,2.

Устройство подстанционного вентильного разрядника РВП показано на рис. 3.3

Разрядники на напряжения до 35 кВ состоят из одного элемента, а на большие напряжения их выполняют из элементов, рассчитанных каждый на 15, 20 и 30 кВ. Элементы собирают при монтаже в колонки, которые устанавливают на фундаментах или стульях.

Разрядник характеризуют следующие напряжения: номинальное; наибольшее допустимое; остающееся на разряднике при импульсном токе; пробивное искрового промежутка при напряжении промышленной частоты; импульсное пробивное.

Например, для разрядника РВП-6 — эти напряжения (в кВ) соответственно равны: 6; 7,6; не более 30; не менее 16 и не более 19; 25, 35.

Трубчатые разрядники, применяемые для защиты линий электропередачи, включаются между проводами линии и землей через внешний искровой промежуток, предотвращающий утечку тока на землю. Гашение сопровождающего тока в разряднике осуществляется выдуванием дуги газом газогенерирующей трубки.

 

Реакторы

Токоограни́чивающий реа́ктор — электрический аппарат, предназначенный для ограничения ударного тока короткого замыкания.

Применение

При коротком замыкании ток в цепи значительно возрастает по сравнению с током нормального режима. В высоковольтных сетях токи короткого замыкания могут достигать таких величин, что подобрать установки, которые смогли бы выдержать электродинамические силы, возникающие вследствие протекания этих токов, не представляется возможным. Для ограничения ударного тока короткого замыкания применяют токоограничивающие реакторы.

 

Устройство и принцип действия

 

Реактор — это катушка с постоянным индуктивным сопротивлением, включенная в цепь последовательно. В нормальном режиме на реакторе наблюдается падение напряжения порядка 3-4 %, что вполне допустимо. В случае короткого замыкания бо́льшая часть напряжения приходится на реактор. Значение максимального ударного тока короткого замыкания рассчитывается по формуле:

 

 

где I_H — номинальный ток сети, Xp — реактивность реактора. Соответственно, чем выше будет параметр реактивности, тем меньше будет значение максимального ударного тока в сети.

 

Реактивность прямо пропорциональна индуктивному сопротивлению катушки. При больших токах у катушек со стальными сердечниками происходит насыщение сердечника, что резко снижает реактивность, и, как следствие, реактор теряет свои токоограничивающие свойства. По этой причине реакторы выполняют без стальных сердечников, несмотря на то, что при этом, для поддержания такого же значения индуктивности, их приходится делать больших размеров и массы.

 

Виды реакторов

Бетонные реакторы

 

Получили распространение на внутренней установке и на напряжения до 35 кВ. Бетонный реактор представляет собой концентрически расположенные витки изолированного многожильного провода, залитого в радиально расположенные бетонные колонки. Бетон выпускается с высокими механическими свойствами. Все металлические детали реактора изготавливаются из немагнитных материалов. В случае больших токов применяют искусственное охлаждение.

 

Масляные реакторы

 

Применяются в сетях с напряжением выше 35 кВ. Масляный реактор состоит из обмоток медных проводников, изолированных кабельной бумагой, которые укладываются на изоляционные цилиндры и заливаются маслом. Масло служит одновременно и изолирующей и охлаждающей средой. Для снижения нагрева стенок бака от переменного поля катушек реактора применяют электромагнитные экраны или магнитные шунты.

 

Электромагнитный экран представляет собой расположенные концентрично относительно обмотки реактора короткозамкнутые медные или алюминиевые витки вокруг стенок бака. Экранирование происходит за счет того, что в этих витках возникает встречное электромагнитное поле, которое компенсирует основное поле.

 

Магнитный шунт - это пакеты листовой стали, расположенные внутри бака около стенок, которые создают искусственный магнитопровод с магнитным сопротивлением, меньшим сопротивлением стенок бака, что заставляет основной магнитный поток реактора замыкаться по нему, а не через стенки бака.

 

Для предотвращения взрывов, связанных с перегревом масла в баке, согласно ПУЭ, все реакторы на напряжение 500кВ и выше должны быть оборудованы газовой защитой.

 

Системы автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического включения резерва (АВР)

Применение устройств релейной защиты и автоматики является эффективным средством повышения надежности. Релейной защитой называется система устройств, которые производят отключение поврежденных элементов или частей системы и локализуют аварию. К автоматическим устройствам относятся устройства автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического ввода (включения) резерва (АВР). Устройства АПВ (рис. 3.4) предназначены для ликвидации «переходящих» повреждений, например коротких замыканий. При появлении дугового короткого замыкания на воздушной линии (например, при попадании молнии) она отключается под действием релейной защиты, дуга гаснет и восстанавливаются диэлектрические свойства воздушного промежутка. Затем под действием АПВ автоматически включается напряжение на линии электропередачи, которая может продолжить успешную работу.

 

 

АПВ