Комплектные токопроводы

Комплектные токопроводы применяются на генераторном напряжении, в системе собственных нужд, в системах электроснабжения промышленных предприятий. Комплектные токопроводы более легко монтируются, нежели воздушные и кабельные линии. Достаточно легко, с помощью болтовых соединений, происходит изменение трассы токопровода, которая может иметь большое число изгибов. Что касается генераторных токопроводов, то они выполняются в виде единого изделия, предназначенного для конкретного вида генератора и не подлежащего конструктивному изменению. Обычно токопроводы состоят из неизолированной токоведущей части, которая крепится на фарфоровых изоляторах к внутренней поверхности экрана токопровода. Токоведущая часть может иметь различную форму поперечного сечения – прямоугольник, швеллер, труба. Экран защищает токоведущую часть от случайных прикосновений и снижает влияние электромагнитных полей. Существуют токопроводы с пофазным исполнением, когда каждая фаза расположена внутри своего экрана, и с трёхфазным исполнением, когда экран является общим для трёх фаз, разделённых перегородками. В последнее время на электротехнический рынок выходят токопроводы с литой изоляцией.

Основные достоинства токопроводов – снижение вероятности возникновения коротких замыкания за счёт конструктивной жёсткости экранов и закрытости токоведущих частей, уменьшение воздействия токов на соседние элементы конструкций трубопроводов и арматуры. Недостаток комплектных токопроводов заключается в сложности обеспечения электродинамической стойкости при коротких замыканиях. Если воздушные и кабельные линии после исчезновения тока КЗ приходят в своё исходное состояние, то жёсткие токоведущие части токопроводов могут деформироваться необратимо.

Коммутационная и прочая аппаратура электростанций

Выключатели

Выключатель – это коммутационный аппарат, предназначенный для коммутации (отключения и включения) тока в режимах длительной нормальной нагрузки, перегрузки, короткого замыкания, холостого хода, несинхронной работы.

Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание. При коммутации больших токов в пространстве между разомкнутыми, но находящимися на близком расстоянии друг от друга контактами возникает электрическая дуга, обладающая температурой в несколько тысяч градусов. Концентрация большого выделяющегося количества теплоты в малом пространстве делает дугу одним из опаснейших поражающих факторов как для оборудования, так и для обслуживающего персонала. В связи с этим существует проблема своевременного и локального гашения дуги.

При напряжении до 1000 В выключатели называют автоматическими, подчёркивая тот факт, что в данном устройстве коммутационная функция объединена с защитной. Автоматические выключатели имеют встроенные органы, реагирующие на повышение тока, – расцепители.

Для выключателя напряжением выше 1000 В термин «автоматический» не используется, т. к. внутри него нет логических органов. Такой выключатель получает команду на отключение извне – от исполнительных органов релейной защиты и автоматики. Далее пойдёт речь именно о таких выключателях.

Выключатели высокого напряжения (далее по тексту – выключатели) имеют специальную дугогасительную камеру. По принципу гашения дуги и конструктивным особенностям выключатели классифицируются на масляные баковые, маломасляные, воздушные, электромагнитные, вакуумные, элегазовые.

1. Масляные баковые выключатели. Гашение дуги происходит за счёт разложения масла в баке. Водород и углеводороды, образующиеся при нагреве масла дугой, за счёт высокой теплопередачи охлаждают ствол дуги и отводят тепловую энергию в холодные слои масла. Таким образом, масло обеспечивает изоляцию и гашение дуги. Выключатели такого типа сняты с производства, в связи со своими многочисленными и серьёзными недостатками: взрыво- и пожароопасность; неудобство в обслуживании, необходимость периодического контроля состояния и уровня масла; большой объем масла и большие затраты времени на его замену, необходимость больших запасов масла; непригодность для установки внутри помещений; непригодность для выполнения быстродействующего АПВ; большая масса, неудобство перевозки и монтажа. В то же время масляные баковые выключатели имеют следующие преимущества: простота конструкции, высокая отключающая способность (до 50 кА); возможность установки встроенных измерительных трансформаторов тока.

Масляные баковые выключатели до сих пор в достаточно большом количестве эксплуатируются на электростанциях и подстанциях на напряжениях 35-220 кВ.

2. Маломасляные выключатели. Принцип гашения дуги – такой же, как и для масляных баковых. Отличаются от масляных баковых выключателей тем, что масло не обеспечивает изоляцию, а выполняет лишь дугогасительную функцию. Изоляция обеспечивается за счёт других веществ – фарфор, смола, воздух, азот и т. д. Маломасляные выключатели лишены массивного бака и имеют конструкцию колонки, поэтому их называют колонковыми. Маломасляные выключатели имеют те же основные проблемы, что и масляные баковые – взрыво- и пожароопасность. С другой стороны, они приобретают новые положительные свойства: относительно малая масса; более удобный доступ к дугогасительным контактам; возможность создания серии выключателей на разное напряжение с применением унифицированных узлов.

Маломасляные выключатели получили применение в РУ повышенного напряжения 110-220 кВ и в КРУ 6(10) кВ.

3. Воздушные выключатели. Гашение дуги осуществляется за счёт воздушного дутья под высоким давлением – 20-40 атм (нормальное атмосферное давление имеет величину порядка 1 атм).

Достоинства воздушных выключателей: пожаробезопасность; быстродействие; высокая отключающая способность (до 63 кА); малый износ контактов; легкий доступ к дугогасительным камерам. Недостатки воздушных выключателей: необходимость обслуживания компрессорной установки; зависимость функционирования от давления воздуха; сложная конструкция; высокая стоимость.

Воздушные выключатели применяются в РУ повышенного напряжения 110-750 кВ, а также в цепи генераторов на напряжение до 24 кВ.

4. Электромагнитные выключатели. Принцип гашения дуги основан на действии силы Ампера. При этом дуга рассматривается как проводник с током, а магнитное поле создаётся тем же током, который требуется коммутировать. Для этого ток пропускается по специальным катушкам. Под действием силы Ампера дуга затягивается в дугогасительную решётку, где удлиняется, становится тоньше, охлаждается за счёт соприкосновения с металлом и гаснет.

Достоинства электромагнитных выключателей: для гашения дуги не требуется специальной среды, гашение дуги происходит в воздухе при обычном давлении; пожаробезопасность; малый износ дугогасительных контактов; пригодность для частых коммутаций; высокая отключающая способность. Недостатки электромагнитных выключателей: сложность конструкции; ограниченный верхний предел номинального напряжения (не более 20 кВ); ограниченная пригодность для наружных установок.

В связи с перечисленными недостатками электромагнитные выключатели применяется наиболее редко. В основном это ячейки КРУ 6(10) кВ.

5. Вакуумные выключатели. Гашение дуги происходит в сильно разреженной среде под давлением 10^–4...10^–6 Па (для сравнения – нормальное атмосферное давление 10⁵ Па). Если в прочих видах выключателей дуга существует в ионизированной среде (в газе, жидкости), то в вакуумных выключателях дуга горит в парах металла. При переходе синусоиды тока через ноль, или несколько ранее этого момента, происходит конденсация паров металла и дуга гаснет.

Достоинства вакуумных выключателей: простота конструкции; высокая надежность; высокая коммутационная износостойкость; малые размеры; пожаробезопасность; малые эксплуатационные расходы. Недостатки вакуумных выключателей: небольшие номинальные токи и токи отключения; коммутационные перенапряжения; ограничение по напряжению в связи с возникновением рентгеновского излучения.

В связи с последним недостатком вакуумные выключатели практически не применяют на напряжениях 110 кВ и выше, хотя отдельные образцы на таких напряжениях работают. В основном вакуумные выключатели применяются в КРУ на напряжениях 6(10) кВ.

6. Элегазовые выключатели. Элегаз или шестифтористая сера SF₆ обладает лучшими изоляционными и дугогасительными свойствами, чем воздух. Поскольку фтор является крайне электроотрицательным элементом, молекулы элегаза захватывают свободные электроны и деионизируют газ, то есть разрушают дугу. Кроме того, элегаз в определённой зоне температур и давлений лучше отводит тепло, чем воздух. В остальном механизм гашения дуги аналогичен воздушным выключателям, но давление элегаза на порядок ниже – всего 2-3 атмосферы.

Достоинства элегазовых выключателей: пожаробезопасность; быстрота действия; высокая отключающая способность; малый износ дугогасительных контактов. Недостатки элегазовых выключателей: необходимость специальных устройств для наполнения, перекачки и очистки SF₆; зависимость функционирования выключателя от плотности элегаза; сложность измерения плотности элегаза из-за влияния температуры окружающей среды; чрезвычайная токсичность продуктов распада элегаза при гашении дуги; высокая стоимость.

Несмотря на указанные недостатки, элегазовые выключатели являются самыми универсальными. Они используются на всех классах напряжения: от 6 кВ до 750 кВ. На генераторном напряжении, а также на напряжениях 110 кВ и выше они вытесняют воздушные выключатели. На напряжениях 6(10) кВ элегазовое оборудование составляет острую конкуренцию вакуумным выключателям.