Разъединители, отделители и короткозамыкатели

Разъединители служат для создания видимого разрыва, отделяющего выводимое в ремонт оборудование от токоведущих частей, находящихся под напряжением, для безопасного производства работ. Разъединители не имеют дугогасящих устройств и поэтому предназначаются для включения и отключения электрических цепей при отсутствии тока нагрузки и находящихся только под напряжением или даже без напряжения. Лишь в некоторых случаях допускается включение и отключение разъединителями небольших токов, значительно меньше номинальных, о чем сказано ниже. Разъединители используются также при различного рода переключениях в схемах электрических соединений подстанций, например при переводе присоединений с одной системы шин на другую.

Требования, предъявляемые к разъединителям с точки зрения оперативного обслуживания, следующие.

1. Разъединители в отключенном положении должны создавать ясно видимый разрыв цепи, соответствующий классу напряжения установки.

2. Приводы разъединителей должны иметь устройства фиксации в каждом из двух оперативных положений: включенном и отключенном. Кроме того, они должны иметь надежные упоры, ограничивающие поворот главных ножей на угол больше заданного.

3. Опорные изоляторы и изолирующие тяги должны выдерживать механическую нагрузки при операциях.

4. Главные ножи разъединителей должны иметь блокировку с ножами стационарных заземлителей и не допускать возможности одновременного включения тех и других.

5. Разъединители должны беспрепятственно включаться и отключаться при любых наихудших условиях окружающей среды (например, при обледенении).

6. Разъединители должны иметь надлежащую изоляцию, обеспечивающую не только надежную работу при возможных перенапряжениях и ухудшении атмосферных условий (гроза, дождь, туман), но и безопасное обслуживание.

Для управления разъединителями применяются ручные, электродвигательные и пневматические приводы.

Рис. 3.13. Электродвигательный привод типа ПДН-1У1

Ручные приводы, приводимые в действие мускульной силой человека, могут быть рычажными серии ПР и с червячной передачей серии ПЧ. Однополюсные разъединители внутренней установки напряжением до 35 кВ управляются еще и оперативными изолирующими штангами.

Электродвигательные приводы, приводимые в действие электрической энергией, применяются для управления разъединителями наружной и внутренней установки. Их изготовляют на номинальные напряжения 110 и 220 В постоянного тока и 127, 220, 380 В переменного тока.

На рис. 3.13 показан внешний вид электродвигательного привода наружной установки типа ПДН-1У1, предназначенного для дистанционного и местного управления разъединителями 110-750 кВ. Все элементы привода (электродвигатель, червячный редуктор, механизм блокировки и др.) расположены в металлическом шкафу 1. За дверцей шкафа находится лицевая панель 2, на которой размещены ключ местного управления 3, указатели ("включить", "отключить") 4, 5 оперативного положения ключа местного управления, замки электромагнитной блокировки 6, панель 7 со схемой соединения, выключатель 9 подогревателя и штепсельная розетка 8. С правой стороны шкафа имеется люк, закрытый крышкой 10, для установки рукоятки ручного управления 11, которая надевается на вал червяка редуктора. При этом установленная рукоятка размыкает контакты в цепи управления электродвигателем, что исключает случайное включение его во время проведения операций вручную.

Управление ножами стационарных заземлителей возможно только вручную с помощью металлической штанги.

В приводе предусмотрена механическая блокировка, не допускающая ошибочное проведение операций с главными ножами при включенных ножах стационарных заземлителей. Имеется также блокировка, запрещающая дистанционное управление разъединителями в момент управления с места.

В зависимости от конфигурации и номинального напряжения разъединителей время выполнения приводом одной операции составляет 4-20 с, при этом не обязательно все это время держать ключ повернутым в соответствующее положение. Начатая с разъединителями операция завершается независимо от длительности подачи команды.

Электродвигатель привода питается от сети переменного тока 380 В через контакты реверсивных магнитных пускателей. Если в ходе выполнения операции внезапно исчезнет питающее напряжение, то магнитный пускатель отключится и завершение операции в этом случае станет возможным только после восстановления напряжения и подачи повторной команды дистанционно или от ключа управления с места установки.

Для управления подвесными разъединителями, имеющими тросовую систему управления, применяется электро­двигательный привод ПД-2У1, осуществляющий наматывание троса на барабан при включении разъединителей. Привод состоит из исполнительного блока (асинхронный электродвигатель, редукторы) и блока управления в виде шкафа с аппаратурой управления электродвигаталем, системами электрической блокировки и сигнализации. Привод дает возможность дистанционного, местного и ручного управления разъединителями.

Для дистанционного управления разъединителями 6-10кВ внутренней установки, рассчитанными на большие токи, применяются электродвигательные приводы, управляющие сразу тремя фазами разъединителей. Приводы питаются от источников постоянного тока напряжением 220 В.

Контроль за оперативным положением разъединителей осуществляется с помощью контактов вспомогательных цепей, которые обычно встраиваются в привод и переключаются одновременно с выполнением операций включения и отключения. На щитах управления сигнализация положения разъединителей, управляемых дистанционно, выполняется с помощью ламп зеленого и красного цвета, располагаемых над рукоятками ключей управления разъединителями.

Пневматические приводы устанавливают непосредственно на рамах разъединителей, вследствие чего отпадает надобность в соединительных тягах. Они отличаются плавной работой. Применение их особенно целесообразно на подстанциях, где имеются установки для производства сжатого воздуха

На рис. 3.14 показан пневматический привод типа ПВ-20У2, предназначенный для управления разъединителями на 35 и 110 кВ. Привод состоит из исполнительного блока БИ (собственно пневматического привода) и блока управления БУ. Сжатый воздух подается в исполнительный блок по трубкам 5. Управление исполнительным блоком производится нажатием кнопок 1, 2 БУ с надписями 4 ВКЛ. и ОТКЛ. Контроль за исполнением приводом операции осуществляется через смотровое окно 3 по механическому указателю. Сигнализация о завершении операции разъединителями передается по трубкам 6 сжатым воздухом, который поступает в привод вспомогательных контактов и переключает их. Этот же привод перемещает и механический указатель положения.

Привод работает при номинальном давлении сжатого воздуха 2 МПа.

В электрическую схему блока управления помимо кнопок входят электромагниты включения и отключения, воздействующие на открытие пусковых клапанов, вспомогательные контактные нары, срабатывающие в конце хода включения и отключения разъединителей. Имеется механическая блокировка подхвата командного импульса, которая обеспечивает завершение начатой операции в случае, если кнопка ВКЛ. или ОТКЛ. по какой-либо причине будет отпущена ранее окончания операции.

Рис. 3.14. Пневматический привод типа ПВ-20У2

В шкафу блока управления установлен подогреватель, который включается при температуре наружного воздуха ниже 5°С.

В отличие от электродвигательных приводов в пневма­тических приводах не предусмотрены механизмы ручного управления разъединителями.

Отделители по конструкции токоведущих частей не отличаются от разъединителей. Их контактная система не приспособлена для операций под рабочим током нагрузки. Основное назначение - быстрое отсоединение поврежденного участка электрической сети в бестоковую паузу. До­пу­скаются также операции отключения и включения намагничивающих токов и зарядных токов. Для управления отделителями промышленностью выпускаются полуавтоматические приводы ПРО-1У1. С помощью привода возможно отключение отделителей от устройства релейной зашиты, дистанционно или с места установки, а также включение отделителей вручную. Ручное включение производится съемной рукояткой, для чего необходимо сделать 35-40 оборотов за 50-60 с. При ручном включении отделителей одновременно заводятся и встроенные пружины. Запасаемая в них энергия используется затем для отключения отделителей. Процесс отключения длится не более 0,5 с.

В приводе ПРО-1У1 имеются два электромагнита отключения. Один из них, получающий питание от независимого источника тока, служит для оперативного отключения отделителей от ключа управления, второй, питаемый от батареи конденсаторов емкостью 40 мкФ, - для отключения релейной защитой при КЗ в момент так называемой "бестоковой паузы". При отключении отделителей электромагниты воздействуют на механизм свободного расцепления привода.

При автоматизации подстанций отделители используются не только для отключения электрических цепей, но также и для переключения подстанций на резервный источник питания. Переключение производится в бестоковую паузу, когда прохождение тока КЗ прервано отключением соответствующих выключателей. Для автоматического включения отделители заводского изготовления переделывают следующим образом. Обе колонки изоляторов вместе с ножами снимают, поворачивают у основания на 90° против нормального их вращения и в таком положении крепят к раме. Привод и встроенные пружины остаются в прежнем исполнении. В таком виде при разведении ножей встроенные пружины отделителя будут заводиться и действовать на включение при освобождении защелки привода.

Отделители применяются в основном на подстанциях без выключателей со стороны ВН.

На таких подстанциях кроме отделителей устанавливаются короткозамыкатели. Назначение коротко-замыкателей состоит в том, чтобы при внутренних повреждениях силовых трансформаторов быстро создавать мощные искусственные КЗ на питающих линиях, отключаемых затем выключателями. После снятия напряжения с питающей линии поврежденный трансформатор отсоединяется отключением отделителя, а линия включается в работу действием АПВ.

Надежная работа установок обеспечивается четкой последовательностью действий устройств релейной защиты, автоматики, коммутационных аппаратов, а также устройств блокировки между отделителями и короткозамыкателями по цепям управления.

В сетях 110-220 кВ короткозамыкатели выполняются однополюсными. Конструктивно короткозамыкатель типа КЗ-110 состоит из стержневого изолятора (в сетях 220 кВ - из двух стержневых изоляторов, поставленных один на другой) с расположенным на нем неподвижным контактом. Подвижный нож изоляционной тягой соединяется с пружинным приводом типа ПРК-1У1, встроенным в шкаф. Привод служит для завода включающих пружин короткозамыкателя, удержания ножа в отключенном положении и для ручного отключения включившегося ножа. Конструктивно привод ПРК-1У1 подобен приводу ПРО-1У1, за исключением релейной части. В приводе ПРК-1У1 встроен электромагнит включения и три реле максимального тока типа РТМ.

В отключенном положении короткозамыкателя пружины привода заведены, и он готов к действию. Для включения короткозамыкателя защита поврежденного трансформатора подает оперативный ток на электромагнит включения, боек которого через систему рычагов воздействует на защелку, и нож включается. Время от момента подачи команды на электромагнит включения до полного замыкания контактов короткозамыкателя не превышает 0,35 с.

Коммутационная способность разъединителей и отделителей. Разрешается включение и отключение разъединителями и отделителями:

- трансформаторов напряжения, зарядного тока шин и подстанционного оборудования всех напряжений (кроме конденсаторных батарей);

- параллельных ветвей, находящихся под током нагрузки, если разъединители этих ветвей шунтированы другими включенными разъединителями или выключателями;

- намагничивающих токов силовых трансформаторов и зарядных токов воздушных и кабельных линий;

- нейтралей трансформаторов и дугогасящих катушек при отсутствии в сети замыкания фазы на землю.

Рис. 3.15. Схема, поясняющая отключение шинным разъединителем SW2 небольшого зарядного тока:

QS3 - линейный разъединитель;

С - емкость токоведущих частей на землю

Во всех случаях операций с разъединителями, находящимися только под напряжением (рис. 3.15), ими замыкается или размыкается цепь зарядного тока, обусловленного емкостью С.

Зарядные токи оборудования подстанций и сборных шин невелики, и коммутация их разъединителями не представляет опасности. Возникающие при этом емкостные дуги хотя и растягиваются порой до нескольких десятков сантиметров, но не содержат большого количества тепла и температура их невысока (до 1000°С), что не приводит к заметному подгару или оплавлению контактных поверхностей.

При изменении схем первичных соединений, когда в процессе переключения образуются две и более параллельных ветвей (например, при переводе присоединений с одной системы шин на другую), через разъединители проходят нагрузочные и уравнительные токи. Значения токов в параллельных ветвях пропорциональны проводимостям ветвей. При отключении разъединителей, установленных в одной ветви, дуги на них обычно не возникает, так как разность напряжений на расходящихся контактах равна падению напряжения на параллельной ветви, а оно невелико, поскольку сопротивление ветви незначительно.

Если шиносоединительный выключатель (ШСВ) и шинные разъединители переводимых присоединений удалены друг от друга на расстояние десятков (сотен) метров и по соединяющим их сборным шинам проходят большие токи, создающие заметное падение напряжения на этом участке, то при операциях с разъединителями может возникнуть достаточно сильная электрическая дуга. Чтобы избежать появления дуги, создают дополнительную параллельную ветвь включением на обе системы шин разъединителей любого другого присоединения, расположенного близ середины расстояния между ШСВ и разъединителями коммутируемого присоединения. Сначала производят операции с разъединителями удаленного присоединения, а потом отключают разъединители, включением которых создалась дополнительная шунтирующая цепь.

Заметим, что совершенно недопустимо шунтирование и расшунтирование разъединителями реакторов, так как разность напряжений на контактах разъединителей в этом случай будет равна падению напряжения на реакторе, а оно зависит от силы тока и может быть значительным. Тогда станет возможным возникновение и устойчивое горение на контактах разъединителей электрической дуги, опасной для персонала и оборудования.

Способность разъединителей и отделителей включать и отключать небольшие зарядные токи линий и намагничивающие токи силовых трансформаторов подтверждена многочисленными испытаниями, проведенными в энергосистемах. Это нашло свое отражение в ряде директивных материалов, регламентирующих использование этих аппаратов для указанной цели в зависимости от класса напряжения, отключаемого тока, конструкции аппарата. расстояния между полюсами и от заземленных частей. Ниже приведены основные сведения.

В закрытых распределительных устройствах 6-35 кВ разъединителями и отделителями серийного заводского исполнения допускается включение и отключение намагничивающего тока силовых трансформаторов, зарядного тока воздушных и кабельных линий, а также тока замыкания на землю, не превышающих следующих значений:

Установка между полюсами разъединителей изолирующих перегородок позволяет увеличить включаемый и отключаемый ток в 1,5 раза.

На открытых распределительных устройствах в зависимости от конструкции разъединителей или отделителей и расстояния между полюсами разрешается отключение и включение намагничивающих токов силовых трансформаторов и зарядных токов воздушных икабельных линий, значения которых не должны превышать приведенных в табл. 3.1.

Для увеличения диапазона отключаемых разъединителями и отделителями токов их снабжают дутьевыми устройствами-приставками. С помощью приставок формируется и направляется на дугу, возникающую между расходящимися контактами аппарата, сильная струя воздуха. Сжатый воздух (из баллона) интенсивно охлаждает дугу и деионизирует межконтактный промежуток, что и приводит к значительному повышению отключающей способности этих аппаратов.

Таблица 3.1.

Токи, включение и отключение которых допустимо разъединителями и отделителями 110-500 кВ наружной установки в зависимости от расстояний между полюсами

Примечание. ВР- вертикально рубящий; ГП - горизонтально-поворотный; ПН - подвесной; ПНЗ - подвесной с опережающим отключением и отстающим включением полюса фазы В.

На практике для определения длины воздушной линии 35 и 110 кВ, отключаемой (или включаемой) без нагрузки разъединителями и отделителями, пользуются следующими данными:

Зарядный ток кабельной линии, А/км, вычисляется по выражению

где U_Ф - фазное напряжение, кВ; wС_раб. - емкостная проводимость, 10^-6 См∙км, которая может быть найдена по справочнику в зависимости от сечения жил кабеля.

Ток замыкания на землю в воздушных сетях с изолированной нейтралью может быть определен по формуле

в кабельных сетях с изолированной нейтралью

где U — междуфазное напряжение, кВ; / - суммарная длина линии, км, электрически связанной воздушной или кабельной сети соответственно; С₀ — емкость фазы относительно земли, Ф/км.

Осмотры разъединителей, отделителей и короткозамыкателей. При внешнем осмотре основное внимание обращается на состояние контактных соединений и изоляции аппаратов. Контактные соединения являются наиболее ответственными и в то же время наиболее слабыми частями разъединителей и отделителей. При загрязнении, окислении и слабом нажатии контакты могут не только нагреваться, но и выгореть. При обнаружении признаков нагрева (цветов побежалости, изменения цвета термопленок) производится проверка температуры нагрева при помощи термосвеч или переносного прибора - электротермометра. Если температура нагрева превышает допустимую (см. табл. 5.1), разъединители необходимо вывести в ремонт.

Поверхность изоляторов разъединителей, отделителей и короткозамыкателей должна содержаться в чистоте. Загрязнение поверхности изоляторов осадками из воздуха приводит к снижению разрядного напряжения и перекрытию изоляторов при неблагоприятных погодных условиях (дожде, тумане, сильной росе).

Изоляторы воспринимают большие механические нагрузки при операциях включения и отключения. Чтобы избежать поломки изоляторов, не следует производить плановые переключения в периоды резких похолоданий и сильных морозов, когда в изоляторах могут появляться значительные внутренние напряжения вследствие различных коэффициентов температурного расширения фарфора, металлической арматуры и цементирующего вещества. В ряде энергосистем, расположенных на территории европейской части СССР, при понижении температуры наружного воздуха до -22°С воздерживаются от проведения операций с разъединителями и отделителями, если это не связано с ликвидацией аварий.

При осмотрах обращается внимание на отсутствие продольных и кольцевых трещин на изоляторах, особенно в частях, примыкающих к фланцам, а также повреждений в арматуре и цементных швах. При обнаружении поверхностных дефектов (сколов, следов удара), снижающих механическую или диэлектрическую прочность изоляторов, аппараты должны выводиться в ремонт. Операции под напряжением с разъединителями, имеющими дефекты (в том числе дефектные изоляторы, выявленные замерами), могут производиться в исключительных случаях и только по разрешению главного инженера предприятия.

При осмотре подстанций после срабатывания короткозамыкателей следует обращать внимание не только на состояние трансформаторов, но и на целость тяг и изолирующих вставок самих короткозамыкателей, повреждения которых являются одной из основных причин их самопроизвольных включений.

Отказы в работе отделителей и короткозамыкателей часто происходят из-за неисправности, загрязнения и затирания механизмов приводов, дефектов в цепях управления и блокировки. В эксплуатации за состоянием приводов этих аппаратов необходимо вести самое тщательное наблюдение.