Контрольная работа с курса Электрооборудование

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

по дисциплине: Электрооборудование

Коммутационно-защитное оборудование

Коммутационная аппаратура предназначена для соединения и разъединения потребителей и источников электроэнергии. К. коммутационной аппаратуре относятся выключатель аккумуляторных батарей, выключатели и переключатели света, выключатель приборов и стартера (или зажигания и стартера) с замочным устройством, выключатель указателей поворота, сигнала торможения, аварийной сигнализации, выключатели освещения приборов, клавишные выключатели и переключатели, различного типа реле и др.

коммутационная апаратура разъединитель выключатель

Измерительные трансформаторы тока и напряжения и их выбор

В установках переменного тока напряжением выше 1000 В, а в ряде случаев и в установках напряжением ниже 1000 В измерительные приборы, реле защиты, приборы автоматики и т. п. не могут быть включены непосредственно в основную цепь по условиям безопасности и затруднительности технического выполнения приборов необходимой чувствительности на большие токи и высокие напряжения.

В этих условиях пользуются измерительными трансформаторами тока и напряжения, которые изолируют указанные приборы и реле от первичных цепей и трансформируют соответственно переменный ток и переменное напряжение больших величии в ток и напряжение величин, удобных для измерения и приведения в действие реле и других приборов.

Трансформаторы тока

Первичная обмотка трансформатора тока 1 (рис. 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 появления во вторичной цепи опасных потенциалов относительно земли при пробоях с первичной обмотки, вторичная обмотка заземляется. Напряжение на концах первичной обмотки определяется силой тока первичной цепи, и сила тока в этой обмотке не зависит от сопротивления в цепи вторичной обмотки.

Рис. 1 Схема включения трансформатора тока

Сопротивление вторичной цепи очень мало, и трансформатор тока работает в режиме, близком к короткому замыканию. Сила тока вторичной обмотки пропорциональна силе тока первичной цепи. Трансформаторы 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.

Для идеального трансформатора тока

(1)

Практически сила первичного тока отличается от приведенного вторичного тока наличием тока холостого хода. Это определяет токовую и угловую погрешности трансформатора тока.

Токовая погрешность в процентах:

(2)

Она представляет собой разность между силой приведенного вторичного тока и действительной силой первичного тока, отнесенную к первичному току.

Угловая погрешность определяется как угол между векторами первичного и приведенного вторичного токов. Она считается положительной, если повернутый на 180° вектор вторичного тока опережает вектор первичного тока. При росте индуктивности вторичной цепи угловая погрешность уменьшается. Токовая и угловая погрешности возрастают с увеличением сопротивления вторичной цепи, так как при этом растет напряжение на вторичной обмотке, что определяет рост намагничивающего тока. По величине погрешностей трансформаторы тока разделяются на пять классов точности.

Таблица 1

Классы точности и погрешности трансформаторов тока

Класс точности	Токовая погрешность, %	Угловая погрешность, мин
0,2	± 0,2	± 10
0,5	± 0,5	± 40
1	± 1	± 80
3	± 3	Не нормируется
10	± 10	Не нормируется

В распределительных устройствах применяют трансформаторы тока классов 0,5; 1; 3. Трансформаторы тока класса точности 0,5 используются для питания счетчиков энергии, по которым ведутся денежные расчеты, класса 1-для питания ваттметров, счетчиков, щитовых приборов, класса 3 - для питания реле защиты, аппаратов, управления, указывающих приборов.

Трансформаторы тока класса 10 специально не изготовляются, но в этом классе допускается работа трансформаторов классов 1 и 3 при питании таких аппаратов, как вторичные реле прямого действия и оперативных цепей. Трансформаторы тока класса 0,2 применяются для точных лабораторных измерений.Размещено на Allbest.ru

Трансформаторы тока необходимого класса точности и конструктивного исполнения выбирают по следующим основным электрическим величинам: номинальному (максимальному) напряжению U_н (U_max), номинальному первичному току I_1н, определяющему номинальный коэффициент трансформации I_1н/5; кратности максимального допустимого тока динамической стойкости К_д, представляющей собой отношение амплитуды максимального допустимого тока i_max к амплитуде номинального первичного тока:

; (3)

кратности односекундного тока термической стойкости К_т, представляющей собой отношение наибольшего допустимого действующего значения односекундного тока I₍₁₎ к номинальному первичному току:

; (4)

номинальной вторичной нагрузке z_2н (в Ом или В·А) S_2н = 5²z_2н, при которой гарантируется работа трансформатора тока в необходимом классе точности.

Иногда вместо К_Д и К_Т завод-изготовитель трансформаторов тока указывает допустимые значения i_max и I₍₁₎ (или I₍₄₎), при которых обеспечивается динамическая и термическая стойкость трансформатора тока.

Основная область работы трансформаторов тока, применяемых для релейной защиты, относится к условиям протекания в первичной цепи аварийных токов (например, токов к. з.), во много раз превосходящих I_1н. При питании приборов релейной защиты с большими кратностями аварийных токов могут быть допущены токовые погрешности до 10% и угловые до 7°. В соответствии с этим для трансформаторов тока, питающих реле, установлен еще один параметр-10%-ная кратность, под которой понимается такая кратность первичного тока по отношению к I_1н, при которой токовая погрешность достигает минус 10% при заданной вторичной нагрузке.

Трансформаторы тока выбирают по их основным электрическим параметрам исходя из следующих условий:

(5)

; (6)

(7)

где S₂-мощность присоединяемых приборов - определяется сопротивлениями приборов z_приб, соединительных проводов z_пров и контактов z_кон. Отбрасывая индуктивное сопротивление проводов ввиду его малости и принимая для упрощения вместо геометрической суммы сопротивлений их арифметическую сумму, можно получить:

(8)

Сопротивление контактов принимают обычно равным 0,1 Ом на все контактные цепи, величина r_приб известна по данным приборов, сопротивление проводов определяется площадью сечения, материалом и расстоянием между трансформаторами тока и приборами.

Трансформаторы тока (рис. 2) имеют большое число исполнений: проходные и опорные, опорно-проходные (по способу монтажа), одновитковые и многовитковые (по числу витков первичной обмотки), катушечные и шинные (по способу выполнения первичной обмотки), для внутренней и наружной установок, встроенные в ввод выключателя или силового трансформатора и др.

Рис. 2 Устройство трансформаторов тока

а - разрез проходного трансформатора тока ТПОЛ-10 на 10 кВ; / - сердечник; 2 - вторичная обмотка; 3 - крепежное кольцо; 4 - литой эпоксидный корпус; 5 - стержень первичной обмотки; б - внешний вид и разрез опорного трансформатора тока на 220 кВ для наружной установки: 1 - обмотка; 2 - фарфоровая покрышка; Л - основание (цоколь); 4 - маелорасширитель; 5 - маслоуказатель; 6.7- выводы первичной обмотки; 8 - коробка вторичных выводов.

Трансформаторы тока могут снабжаться одной или двумя вторичными обмотками (каждая из которых имеет отдельный стальной сердечник), обеспечивающими разные классы точности.

Трансформаторы напряжения

По принципу устройства и конструкции трансформаторы напряжения (рис. 3) 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 щ₁ и щ₂ обмоток, чтобы при номинальном первичном напряжении вторичное линейное напряжение составляло 100 В (фазное 100/у В).

Отношение первичного номинального напряжения U_1н ко вторичному U_2н представляет собой номинальный коэффициент трансформации:

, (9)

В трансформаторах напряжения возникает погрешность напряжения (в процентах);

(10)

Рис. 3 Трансформатор напряжения

где U₁ и U₂ - действительные значения напряжений, и угловая погрешность д, определяемая углом между вектором первичного U₁ напряжения и повернутым на 180° вектором вторичного U₂ напряжения. Для установки в распределительных устройствах используются трансформаторы напряжения классов точности 0,5; 1 и 3, причем области применения трансформаторов напряжения определенных классов точности такие же, как для трансформаторов тока.

Таблица 2

Классы точности и погрешности трансформаторов напряжения

Класс точности	?U, %	д, мин
0,5	± 0,5	± 20
1,0	± 1,0	± 40
3,0	± 3,0	Не нормируется

Различают номинальную S_2н и максимальную S_2max мощности трансформаторов напряжения. При нагрузке вторичной цепи, не превышающей номинальной мощности, трансформатор работает с погрешностями, не выходящими за пределы, которые соответствуют его классу точности. Номинальная мощность трансформатора напряжения при данном классе точности соответствует нагрузке с коэффициентом мощности, равны 0,8.

Максимальная мощность характеризует допускаемую длительную нагрузку трансформатора по условиям нагрева и лежит вне всяких классов точности. Чем больше нагрузка трансформатора напряжения S₂, тем больше его режим отклоняется от режима холостого хода, тем больше потери напряжения в первичной и вторичной обмотках, больше погрешности, меньше вторичное напряжение. Например, трансформатор напряжения НОМ-6 6000/100 В работает в классе точности 0,5 при мощности 50 В·А, в классе 1,0-при 75 В·А, и в классе 3,0 - при 200 В·А. Максимальная же мощность этого трансформатора 400 В·А. Трансформатор напряжения необходимого класса точности и конструктивного исполнения выбирают по следующим электрическим величинам, его характеризующим: номинальное U_1н первичное напряжение и соответствующий коэффициент трансформации U_1н /100; номинальная мощность S_2н. Условия выбора: U_1н ? U_раб; S_2н ? S₂. При определении S₂ учитываются только нагрузки приборов. Потерями в соединительных проводах пренебрегают, так как протекающий в них ток очень мал.

Для измерений в цепях трехфазного тока применяют трехфазные трехстержневые трансформаторы напряжения (рис. 4, а) или комплект из двух однофазных трансформаторов, соединенных в открытый треугольник с высшей и низшей стороны (рис. 4, б). В обоих случаях возможно измерение только линейных напряжений.

Для измерения напряжения фаз по отношению к земле с целью контроля изоляции в трехфазных системах с незаземленной нейтралью применяют схемы по рис. 4, в, г. Первая из них содержит три однофазных трансформатора напряжения, соединенных в звезду, с заземленной нулевой точкой как со стороны высшего, так и со стороны низшего напряжений. Вольтметры V₂ при отсутствии замыкания на землю показывают фазное напряжение. При замыкании на землю одной из фаз системы вольтметр V₂ этой фазы покажет напряжение, близкое к нулю, а два других вольтметра увеличат свои показания до значения, близкого к линейному напряжению.

Схема рис. 4, г содержит один трехфазный пятистержневой трансформатор с двумя вторичными обмотками. Одна из них, соединенная в звезду с выведенной нулевой точкой, служит для измерения всех фазных и линейных напряжений и для контроля изоляции с помощью трех вольтметров.

При отсутствии замыкания на землю магнитный поток замыкается только через основные три стержня. Ввиду симметричности трехфазной системы сумма магнитных потоков этих стержней равна нулю. При замыкании на землю одной фазы появятся дополнительные потоки, но они не перегреют трансформатор, так как будут иметь возможность замыкаться не через воздух и кожух трансформатора, а через два боковых дополнительных стержня магнитопровода. Другая вторичная обмотка, так же как и первая, наложена на три основных магнитопровода и соединена в открытый треугольник; к ее концам присоединяют реле для сигнализации о замыканиях на землю. Напряжение на концах этой обмотки нормально равно нулю, а при замыкании одной из фаз сети на землю оно попытается и становится равным геометрической сумме напряжений двух неповрежденных фаз. Это приводит к срабатыванию реле, сигнализирующего о неисправности. По фазным вольтметрам можно определить, в какой фазе произошло замыкание.

Рис. 4 Включение трансформаторов напряжения

а - трехфазного трехстержневого; б - комплекта из двух однофазных трансформаторов; в - трех однофазных; г - трехфазного пятистержневого

Для напряжений 0,5 кВ выпускают сухие трансформаторы напряжения с обмотками из изолированного провода, пропитанного асфальтовым лаком, а для более высоких напряжений - масляные (рис. 2.20, а, б). Для напряжений, начиная от 110 кВ и выше, выпускаются каскадные трансформаторы напряжения, состоящие из последовательно соединенных блоков, каждый из которых рассчитан на 110 кВ.

Каскадный трансформатор представляет собой делитель напряжения, состоящий из нескольких последовательно включенных дросселей (рис. 5, в). Его включают между проводом линии и землей, и фазное напряжение U_ф равномерно распределяется между всеми катушками и витками. Дроссель, помещаемый на выходе трансформатора и соединенный с землей, имеет вторичную обмотку, к которой и подключают измерительные приборы. Магнитопровод с обмотками установлен на стальном основании и закрыт фарфоровой покрышкой, наполненной трансформаторным маслом, над которой помещен маслорасширитель.

Рис. 5 Внешний вид трансформаторов напряжения

а - однофазного масляного на 10 кВ типа НОМ-10. 1 - вводы первичной обмотки; 2 - вводы вторичной обмотки; 3 - пробка для заливки масла;

б - однофазного масляного на 35 кВ дли наружной установки типа НОМ-35-66: 1 - пробка для заливки масла: 2 - пробка для взятия пробы и слива масла; 3 - ввод первичной обмотки; 4 - расширитель;.5 - маслоуказатель; в - каскадного на 110 кВ НКФ-110-57: 1 - зажим Л первичной обмотки; 2 - крап для взятия пробы и слива масла; 3 - коробка зажимов вторичной обмотки; 4 - болт для заземления; 5- снование трансформатора: 6 - крюк для подъема; 7 - фарфоровая покрышка: 8 - маслоуказатель: 9 - расширитель; 10 - пробка для «дыхания»; 11 - болты зажимов вторичной обмотки и выводного конца первичной обмотки; 12 - отверстие сальника диаметром 20 мм для кабеля низкого напряжения (НН)

Выключатели напряжения выше 1000 В

Для замыкания и размыкания цепей переменного тока напряжением выше 1000 В при наличии в этих цепях тока нормального режима или аварийных токов применяют силовые выключатели. Если классифицировать эти выключатели по роду дугогасящей среды, то можно выделить жидкостные и газовые выключатели.

Из жидкостных выключателей наиболее распространены масляные, характеризуемые тем, что дуга, возникающая между расходящимися контактами, гасится в трансформаторном масле.

Наиболее распространенные газовые выключатели - воздушные, в которых в качестве дугогасящей среды используется сжатый воздух. К группе газовых выключателей относятся также автогазовые, в которых гашение дуги осуществляется дутьем газов, образующихся в дугогасительном устройстве под воздействием высокой температуры дуги на специальные вкладыши из газогенерирующих материалов (органическое стекло, фибра).

Выключатель выбирают по следующим электрическим величинам.

1. Номинальное напряжение U_н - линейное напряжение, для работы при котором выключатель изготовлен. Максимальное рабочее напряжение в установке U_max может превышать номинальное напряжение выключателя на 15-20%.

2. Номинальный ток I_н - длительно допустимый для выключателя ток, при котором нагрев его токоведущих частей не превышает допустимый.

3. Номинальный ток отключения I_н.от - наибольший ток (короткого замыкания), который выключатель способен надежно отключить при восстанавливающем напряжении между фазами, равными U_н.

Для выключателей, не предназначенных специально для работы с автоматическим повторным включением (АПВ) линии, I_н указывается при цикле работы О-180-ВО-180-ВО. Буква О означает отключение, буква В - включение, цифра -интервал между операциями в секундах. Приведенное обозначение цикла показывает, что после отключения выключателя при к. з. в линии он допускает включение его на к. з. еще два раза с интервалами по 180 с.

Для выключателей с быстродействующим АПВ величина I_н.от дается, исходя из двух циклов работ О-t-ВО. Каждый цикл О-t-ВО предусматривает, что после отключения выключателем к. з. без выдержки времени подается сигнал на включение, цепь замыкается выключателем и он повторно отключается. Два указанных цикла должны следовать друг за другом с интервалом не менее 15 мин.

Кроме номинального тока отключения I_н.от указывается номинальная мощность отключения:

Размещено на Allbest.ru

S_H.OT =. (11)

Величина S_H.OT является условной и не отражает действительной мощности, выделяемой в выключателе при отключении цепи, так как напряжение на зажимах аппарата при этом равно напряжению на дуге, составляющему лишь несколько процентов от U_Н.

4. Ток динамической стойкости i_max - наибольшая сила тока сквозного (к. з. за выключателем), выдерживаемый выключателем без повреждений во включенном положении.

5. Ток термической стойкости I_t - наибольшая сила переменного тока, которую выключатель в состоянии выдержать в течение t с без перегрева токоведущих частей сверх допускаемых пределов, без повреждения изоляции и токоведущих частей. Часто I_t задается для t, равного 4 с (I₄) или 8 с (I₈).

Время отключения выключателя, равное интервалу времени от подачи команды на отключение до момента окончательного погасания дуги на всех полюсах t₀, складывается из собственного времени отключения привода и выключателя t_c.в и времени длительности горения дуги t_д:

t₀ = t_c.в + t_д. (12)

У небыстродействующих выключателей t₀ не должно превышать 0,25 с, у выключателей ускоренного действия - 0,12 с, у быстродействующих - 0,08 с.

Условия выбора выключателя по перечисленным параметрам таковы:

(13)

(14)

(15)

Здесь U_раб - рабочее напряжение установки; I_раб - длительный рабочий ток; I_ti - действующее значение тока трехфазного к. з. в первый период после возникновения дуги между контактами выключателя (рекомендуется принимать I_ti = I"); i_y, I_? и t_n- соответственно ударный и установившийся токи к. з. и приведенное время протекания тока к. з.

Масляные выключатели

Существуют масляные выключатели с большим объемом масла - баковые, в которых трансформаторное масло используется в качестве дугогасящей и изолирующей сред, и выключатели с малым объемом масла - горшковые, в которых масло используется только для гашения дуги. Схема устройства выключателя с большим объемом масла без специальных дугогаситсльных камер - с простым разрывом контактов - представлена на рис. 6.

В стальном баке 1, закрытом массивной крышкой 2 и заполненном трансформаторным маслом, помещаются неподвижные 3 и подвижный 4 контакты. Последний соединен через изолирующую штангу 5 с приводным механизмом 6. Вводные изоляторы 7 изолируют от бака токоведущие части, через которые неподвижные контакты 3 соединены с внешней цепью. Приводной механизм воздействует на подвижный контакт 4 и тем самым определяет замкнутое (верхнее) или разомкнутое (нижнее) положение контактов выключателя. В момент расхождения контактов 3 и 4 при выключении цепи под током между ними образуется электрическая дуга. При очень высокой температуре дуги масло, окружающее дугу, быстро испаряется и разлагается (при разложении 1 г масла выделяется 1400-1500 см³ газа). Дуга окружается газовой оболочкой - пузырем, оттесняющим масло. В газовом пузыре создается большое давление, которое через малосжимаемое масло с большой скоростью передается стенкам и днищу бака, действуя на них как удар. Масло смещается кверху, где между его поверхностью и крышкой бака имеется воздушная прослойка. Образующиеся при разложении масла газы состоят на 70-75% из водорода, содержат метан, ацетилен, этилен и другие углеводороды.

Образующиеся в выключателе горючие газы до соприкосновения с воздухом должны остыть до температуры, при которой невозможно их воспламенение.

Слой масла над контактами должен быть настолько велик, чтобы обеспечить достаточное охлаждение газов. В крышке бака имеется газоотводящая трубка, закрытая тонкой диафрагмой, которая разрывается при повышении давления в баке, что приводит к выбросу из бака газов и некоторой доли масла.

При интенсивном охлаждении маслом и воздействии водорода, обладающего высокими дугогасящими свойствами, дуга гасится.

	а
Рис. 6 Схема устройства выключателя с большим объемом масла
Рис. 7 Баковый выключатель МКП-35 с номинальной мощностью отключения 1 000 MB * А а - разрез одного полюса: 1 - крышка; 2 - дугогасительные камеры; 3-изолирующая тяга; 4- изоляция бака; 5 - бак; 6 - электроподогреватель; 7 - маслоспускной кран; 8 - траверса подвижных контактов; 9 - направляющая с отключающей пружиной; 10 - трансформаторы тока; б - дугогаснтельная камера; 1 - экран; 2-гибкая связь; 3 - пружина; 4 - держатель; 5 - полость газовой подушки; 6 - корпус; 7 -контакт; 8 - гор-лсишна для прохода подвижного контакта; 9 - изоляционные пластины.

При каждом переходе тока через нуль дуга гаснет и каждый раз вновь восстанавливается до тех пор, пока электрическая прочность дугового промежутка не возрастет настолько, что восстанавливающееся между контактами напряжение не сможет его пробить. Процесс гашения дуги длится 10-15 полупериодов, т. е. 0,1-0,15 с.

При напряжениях до 10 кВ токоведущие части всех трех фаз трехполюсного масляного выключателя размещают в одном баке, а при больших напряжениях трехполюсные выключатели выполняются трехбаковыми. Баковые выключатели (рис. 2.7) на напряжения 35, 110 кВ и на более высокие напряжения изготовляют со специальными устройствами для гашения дуги - дугогасительными камерами. На каждом из проходных изоляторов смонтирована дугогасительная камера с поперечным масляным дутьем. Нижняя часть камеры набирается из изоляционных пластин со специальными профильными вырезами, а верхняя часть выполняется металлической - из стали и латуни. Стянутые текстолитовыми шпильками пластины образуют камеру с вертикальным каналом, по которому перемещается подвижный контакт, и с двумя горизонтальными каналами поперечного дутья.

При отрыве подвижного контакта от неподвижного (опускания траверсы) в верхней части дугогасительной камеры возникает дуга. По мере удаления подвижного контакта от неподвижного дуга растягивается, разлагает и испаряет масло. Верхняя часть камеры отделена от остального объема выключателя, пока поперечные каналы перекрыты стержнем подвижного контакта. Вследствие этого давление газов и масла в верхней части камеры резко повышается и создается некоторое накопление газов в объеме правой стороны камеры.

По мере перемещения подвижного контакта вниз поперечные каналы поочередно открываются и в них устремляются газы и масло из верхней части камеры, направляясь перпендикулярно к стволу дуги. Дуга растягивается в этих каналах, принимая зигзагообразную форму: происходит интенсивная деионизация ее и гашение. В баковых выключателях МКП на 110 кВ и выше устанавливают более сложные дугогасительные камеры поперечного масляного дутья с несколькими последовательно включенными разрывами дуги.

Масляные выключатели с малым объемом масла в распределительных устройствах 6-10 кВ в последнее время вытеснили баковые выключатели и все шире применяются в установках и более высоких напряжений. В выключателях с малым объемом масла контактная система каждой фазы, снабженная дугогасительной камерой, размещается в небольшом цилиндрическом бачке (горшке), нижняя часть которого заполнена трансформаторным маслом. Последнее служит здесь дугогасящей средой и не выполняет функций изолирующей среды между токоведущими и заземленными частями. Так как объем масла в этих выключателях в десятки раз меньше, чем в соответствующих баковых выключателях, а цилиндры выключателей обладают высокой прочностью, выключатели с малым объемом масла могут считаться пожаро- и взрывобезопасными. Это упрощает строительную часть распределительных устройств.

В рассматриваемых здесь установках широко распространены горшковые выключатели ВМГ-10 и ВМП-10 на напряжение 10 кВ с номинальным током отключения 20 кА.

Выключатель ВМП-10 предназначен для установки в вертикальной плоскости на стене или рамной конструкции. Каждый полюс состоит из прочного изоляционного стеклоэпоксидного цилиндра 6 (рис. 8, б), на торцах которого закреплены металлические фланцы 3 и 8, образующие днище и крышку цилиндра. В нижней части изоляционного цилиндра размещена дугогасительная камера поперечного дутья.

Под дугогасительной камерой в днище цилиндра расположен неподвижный розеточный контакт 1. Над ним располагается подвижный контакт 13, выполненный в виде круглого медного стержня, закрепленного в корпусе из алюминиевого сплава 7, смонтированного на верхнем фланце. В этом же корпусе расположены направляющие стержни 12 с роликовыми токосъемными контактами 9, которые соединяют подвижный контактный стержень 13 с неподвижным верхним выводом 8, и приводной выпрямляющий механизм 11.

Рис. 8 Выключатель ВМП-10

а - общий вид; 1- корпус выключателя; 2 - изолятор; 3 -рама; 4 - изоляционная тяга приводного механизма; 5 - вал приводного механизма; 6 - масляный буфер; 7 - болт для заземления; 8 - нижний контактный вывод; 9 - верхний контактный вывод;

б - разрез одного полюса.

Размещено на Allbest.ru

Дугогасительная камера 5 собирается из пластин фибры, гетинакса и электрокартона, в которых вырезаны отверстия, образующие каналы и полости для гашения дуги. Камера имеет три щели для гашения дуги. Воздушный буфер 2 служит для ограничения давления при больших токах и для создания необходимого давления при значениях тока, близких к нулевому.

Во время расхождения контактов 1 и 13 возникает дуга, масло разлагается и испаряется. Образующиеся газы создают в камере давление. Когда контакт 13 откроет первую щель, образуется газовое дутье поперек ствола дуги, и при прохождении тока через нуль возможно окончательное гашение дуги. При открытии следующих щелей обдув дуги усиливается. Обычно при больших токах дуга гаснет после открытия первых двух щелей. При отключении малых токов в камере создается небольшое давление, и дуга не гаснет после открытия всех трех щелей, а затягивается в масляные карманы 4 в верхней части дутогаеительного устройства.

Газы, прорываясь из одного кармана в другой, создают продольное дутье, в результате чего дуга гаснет.

Образующиеся при выключении газы выходят наружу через зигзагообразный канал в верхней части полюса выключателя. Для предотвращения выброса масла в верхней части установлен специальный маслоотделитель 10.

Воздушные выключатели

В этих выключателях дуга гасится струей сжатого воздуха, поступающего в зону горения дуги под давлением до 2,0-3,2 МПа. При этом давлении и температуре 20°С воздух движется со скоростью около 300 м/с и интенсивно удаляет ионизированные частицы из дугового промежутка, создавая в нем высокую электрическую прочность, при которой восстанавливающееся напряжение не в состоянии вновь вызвать дуговой разряд после его прекращения при переходе тока через нулевое значение. Время гашения дуги в воздушных выключателях соответствует длительности одного периода (0,02 с), а полное время отключения составляет 0,06-0,08 с. Воздушные выключатели требуют специального компрессорного и пневматического хозяйства. Но их малый вес, удобство транспортировки и обслуживания, полная пожаробезопасность привели к тому, что эти выключатели получили широкое распространение в энергосистемах.

На объектах нефтяной и газовой промышленности воздушные выключатели находят применение в распределительных устройствах напряжением 35 и 110 кВ.

Схема дугогасительной камеры выключателя на 35 кВ представлена на рис. 9, а. В камеру (резервуар) 4, заполненную сжатым воздухом и находящуюся под высоким потенциалом, помещены главные разрывы 3 и 5, к которым напряжение подводится через эпоксидные вводы 2. Один из разрывов шунтирован низкоомным сопротивлением 1.

Рис. 9 Воздушный выключатель ВВБ-35

а - схема дугогасительной камеры; б - общий вид: 1 - полюс выключателя; 2 -распределительный шкаф; 3 - тройник; 4 - ниппель; 5 - шунтирующее сопротивление; 6 - дугогасительная камера; 7 - опорный изолятор; S - шкаф управления; 9 - рама; 10-13 - медные трубки.

Заполнение камеры сжатым воздухом в отключенном состоянии обеспечивает необходимую электрическую прочность промежутка между разомкнутыми контактами.

Выключатель (рис. 9, б) состоит из трех полюсов, не связанных друг с другом механически, и одного распределительного шкафа.

Полюс имеет одну металлическую дугогасительную камеру, расположенную на опорном изоляторе. Шкаф управления содержит элементы пневматического и электрического управления.

В табл. 3 приведены основные технические данные некоторых типов силовых выключателей на напряжения выше 1000 В.

Таблица 3 Основные технические данные масляных и воздушных выключателей

Тип выключателя	UИ, кВ	Umax, кВ	Iн, А	Iн.от, кА	imax, к А	It, кА	Примечание
ВМП-Ю	10	12	630 1000 1250	20	64	20 (t = 8с)	Масляный горшковый
ВМГ-10	10	12	630 1000	20	52	20 (t= 4с)	То же
МКП-35-1000-25	35	40,5	1000	25	63	25 (t = 4с)	Масляный баковый
МКП-110 - -2000/630-20	110	126	1000 630	20	52	20 (t = Зс)	То же
ВВУ-35	35	40,5	2000 3200	40	100	40 (t = Зс)	Воздушный
ВВУ-110	110	126	2000	40	102	40 (t = Зс)	»

Контакторы для напряжения выше 1000 В

В цепях напряжением 6 кВ, содержащих электродвигатели с частыми пусками-остановками (например, в приводе буровой лебедки), для включения - отключения применяются специальные аппараты с гашением дуги в воздухе или в вакууме, называемые высоковольтными контакторами. Описанные ранее выключатели не рассчитаны на большое число включений - отключений.

Устройство контакторов с гашением дуги в воздухе для цепей с напряжением до 1000 В описано в § 5.1. Контакторы для напряжения выше 1000 В имеют такую же структуру, но отличаются более мощным устройством дугогашения. В них электрическая дуга под действием магнитного поля, создаваемого специальной катушкой, перемещается перпендикулярно к направлению тока, растягивается и попадает в пространство, разделенное керамическими плитками на ряд щелей. Дуга разделяется на участки по числу цепей. Растягивание дуги и ее дробление обеспечивают быстрое гашение.

В буровых установках применяются воздушные контакторы КВМ = 400/30 с U_н = 6 кВ; I_н = 40-400 А; I_н.от= 3 кА; I_max = 5,9 кА; I₄ = 1-5,1 кА. Эти контакторы не могут отключать значительные токи к. з., но успешно используются как оперативные аппараты для включения-отключения двигателей с числом циклов работы до 120 в час.

На этих установках начинают применяться вакуумные контакторы на 6 кВ, более надежные, чем контакторы с гашением дуги в воздухе. В перспективе вакуумные контакторы полностью вытеснят последние. Дугогашение в вакууме (остаточное давление 10^-6 мм рт. ст.) происходит при первом естественном переходе тока через нуль.

Не требуется ухода за контактами, отключение нагрузки сопровождается лишь слабым шумом, дуга не выходит из герметичной оболочки и не ионизирует окружающую среду.

Вакуумный контактор КВВ = 6/320 имеет следующие технические данные:

U_н = 6 кВ; I_н = 320 А; I_н.от= 2 кА; I_max = 10 кА; I₁ = 4 кА; число циклов работы до 200 в час.

Разъединители, выключатели нагрузки и другие коммутационные аппараты для напряжения выше 1000 В

Разъединители предназначены для отсоединения отдельных элементов оборудования и участков электрической системы от источников напряжения. В распределительных устройствах разъединители служат главным образом для снятия напряжения с элементов установки, подлежащих осмотру, ремонту, а также для изменения коммутационной схемы распределительного устройства (соединение между собой секций шин, перевод питания линии на другую систему шин и т. п.).

Разъединители создают видимое место разрыва электрической цепи.

Контакты разъединителей не имеют дугогасительных устройств, поэтому разъединители могут включать ненагруженные цепи и отсоединять цепи, предварительно разомкнутые выключателем. Допускается отключать обычными разъединителями малые токи, в частности при напряжении до 10 кВ отключать ток нагрузки до 15 А, включать и отключать без нагрузки трансформаторы напряжения, цепь тока холостого хода трансформаторов мощностью не выше 750 кв·А и ток замыкания на землю до 10 А.

Для предотвращения ошибочных операций с разъединителями их блокируют с выключателями таким образом, что включение и отключение разъединителя оказываются возможными только при отключенном выключателе.

По конструктивному исполнению различают два основных вида разъединителей: рубящего типа с движением подвижного контакта - ножа в плоскости осей изоляторов и поворотного типа с перемещением ножа в плоскости, перпендикулярной к осям изоляторов.

Для внутренней установки применяются однополюсные и трехполюсные разъединители рубящего типа на напряжения 6, 10, 20 и 35 кВ (рис. 10). Разъединители для наружной: установки выпускаются отечественной промышленностью двух основных типов: рубящего типа (РЛН, РЛНЗ, РОН) и поворотного типа (РЛНД). В полюсе разъединителя РЛН (рис. 10, б) на номинальное напряжение 10 кВ роль тяги выполняет подвижной изолятор 3. Нож разъединителя 5, состоящий из двух медных полос, заканчивается стальным рогом, который совместно с таким же рогом 7, имеющимся у неподвижного контакта, защищает рабочие контакты от обгорания при отключении разъединителем небольших токов, допустимых для него. На рис. 10, в показан один полюс разъединителя на 35 кВ типа РЛНЗ с заземляющим ножом. При вращении изолятора 3 нож трубчатого сечения начинает перемещаться под воздействием поводка. Если разъединитель включается, нож его сначала перемещается в вертикальной плоскости. Лопатка, находящаяся на конце ножа, расположенная вертикально, входит между пальцами неподвижного контакта 4.

Рис.10 Разъединители: а - трехполюсный для внутренней установки на 600 А. 10 кВ; б - полюс разъединителя на 6000 А 20 кВ; в, г, д - разъединители для наружной установки на 10 кВ типа РЛН на 35 кВ типа РЛНЗ и на 35 кВ типа РЛНД-2: 7 - - рама; 2 - опорным изолятор; 3 - подвижный изолятор; 4-неподвижный контакт; 5 - нож; 6 - ось привода; 7 - рога; 8- контакты для присоединения внешних проводов; 9 - нож заземления; 10 - вал ножа заземления; 11- рама; 12- поворотный изолятор; 13 - главные ножи; 14 - контактный вывод; 15 - заземляющие ножи; 16 - контакт заземлителя; 17 - соединительная тяга привода; 18 - вал привода; 19 - гибкие связи

Далее, в конце операции включения, нож поворачивается вокруг вертикальной оси, лопатка приходит в горизонтальное положение и, раздвигая пальцы неподвижного контакта, создает надежное соединение. Нож заземления 9 может быть включен только тогда, когда поднят нож 5 разъединителя. Это обеспечивается блокировкой вала 10 привода ножа заземления с приводом вращающегося изолятора 3.

Разъединители поворотного типа изготовляются в виде двухколонковых конструкций для одного полюса. На месте монтажа отдельные полюса соединяются между собой в трехполюсный разъединитель. На рис. 10, г показан двухколонковый разъединитель с заземляющим ножом.

Электрические величины, характеризующие разъединитель, по которым его выбирают, те же, что и для выключателей высокого напряжения, за исключением номинальных токов отключения I_{н. от} и мощности отключения S_{н. от}, не имеющих здесь смысла, так как разъединитель не рассчитан на отключение цепей под током. Таким образом, условия выбора разъединителей таковы:

(16)

; (17)

Короткозамыкатели и отделители применяются па подстанциях, где нет силовых выключателей напряжения выше 1000 В на вводах питающих линий.

В схеме двухтрансформаторной подстанции, питаемой линией с выключателем В (рис. 11), установленным только на ее питающем конце, на вводе подстанции выключатели не ставят. В цепи каждого трансформатора установлен короткозамыкатель К и отделитель О.

Короткозамыкатель - это воздушный выключатель, служащий для создания искусственного металлического короткого замыкания.

В случае повреждения в трансформаторе T1, не связанного с появлением значительных токов, при которых может сработать релейная защита на питающем конце линии, защита трансформатора вызывает срабатывание короткозамыкателя. Последний создает ток к. з., достаточный для работы защиты на питающей стороне линии и отключения линии выключателем В.

Отделитель О, установленный в цепи поврежденного трансформатора, после отключения линии выключателем быстро отсоединяет этот трансформатор при отсутствии тока в его цепи, после чего автоматически включается выключатель В и неповрежденный трансформатор Т2 остается в работе

Короткозамыкатель на напряжение 110 кВ (рис. 12) состоит из основания 4, на котором смонтирована изоляционная колонка 2 с закрепленным на ней неподвижным контактом 1, который соединен с фазой линии. Заземляющая шина закрепляется при помощи гайки 5. Держатель заземляющего ножа 3 соединяется рычагами и тягой с приводом. Нормальное положение короткозамыкателя - отключенное, при котором нож отведен от неподвижного контакта 1, а его включающие пружины растянуты. При срабатывании привод освобождает нож, который под действием пружин с большой скоростью входит в неподвижный контакт.

Рис. 11 Схема, поясняющая назначение короткозамыкателя и отделителя	Рис. 12 Короткозамыкатель КЗ-110 У1

Короткозамыкатели на 35 кВ выполняются из двух отдельных полюсов, смонтированных вместе в один двухполюсный аппарат.

Ток короткого замыкания, созданный короткозамыкателями, пропускается через шину - первичную обмотку трансформатора тока, от тока вторичной обмотки которого срабатывает привод отделителя.

Отделитель представляет собой разъединитель с автоматическим пружинным приводом, отключающий цепь за 0,4-0,6 с. Короткозамыкатели и отделители применяются на подстанциях напряжением 35-220 кВ. Они дают возможность отказаться от установки выключателей высокого напряжения, позволяют удешевить и упростить подстанцию, не уменьшая ее надежности.

Для заземления нейтралей силовых трансформаторов или шин подстанций применяются однополюсные коммутационные аппараты - заземлители. Принцип их устройства аналогичен принципу устройства короткозамыкателей, но они включаются и выключаются вручную с помощью рычажного привода.

Для наложения переносного защитного заземления на отключенные токоведущие провода в установках напряжением от 10 до 220 кВ применяются специальные изолирующие штанги (ШЗП). Для напряжений 10; 35; 110 кВ эти штанги изготовляются в трехфазном исполнении, а для 220 кВ - в однофазном.

Основные электрические параметры короткозамыкателей: номинальное напряжение U_п, амплитуда предельного сквозного тока i_max; начальное действующее значение периодической составляющей I_н, ток термической устойчивости I_t.

Параметры отделителей и заземлителей те же, что и разъединителей.

Параметры короткозамыкателя КЗ-110 У1, отделителя ОДНО У и заземлителя ЗОН-110 приведены в табл. 4.

Размещено на Allbest.ru

Таблица 4

Параметры короткозамыкателя, отделителя и заземлителя

Аппарат	Uн. KB	Imax, кA	Iп, кА	It, кА	Iн, А
КЗ-110 VI	110	51	20	20	-
ОД-110 V	110	80	-	31,5	1000
ЗОН-110	110	16	-	6,3	400

Выключатель нагрузки - это разъединитель специальной конструкции, контакты которого снабжены дугогасительным устройством небольшой мощности. Он предназначается для включения и отключения цепей при токах нормальной нагрузки порядка нескольких сотен ампер, но не при токах короткого замыкания.

Если совместно с выключателем нагрузки установлены плавкие предохранители, включенные последовательно с его контактами, предохранители обеспечивают автоматический разрыв цепи при коротких замыканиях. Такое комбинированное устройство может быть использовано во многих случаях вместо силового выключателя напряжением выше 1000 В с релейной защитой. В частности, выключатели нагрузки с предохранителями ВНП-16 и ВНП-17 на напряжения 6 и 10 кВ рассчитаны соответственно на номинальную силу тока 200 и 400 А.

Подвижные контакты выключателя ВНП-16 (рис. 13, а) состоят из двухполосных рабочих ножей 8, к которым прикреплены медные дугогасительные ножи 2, изогнутые по дуге окружности. На верхних изоляторах закреплены дугогасительные камеры 1 с автогазовым дутьем. Гасительная камера (рис. 13, б) выполнена из двух пластмассовых щек 1 и содержит два газогенерирующих вкладыша 3 из органического стекла. В собранной камере образуется дуговой паз, в который входит дугогасительный нож 2.

Рис. 13 Выключатель нагрузки ВНП-16

а - общий нид: 1-дугогасительная камера; 2 - дугогасительный нож; 3 - предохранитель типа ПК; 4 - зажимы для присоединения шин; 5 - удерживающая скоба; « - отключающая пружина; 7 - стальная рама; 8 - рабочий нож;

б - разрез гасительной камеры.

Внутри камеры помещен неподвижный дугогасительный контакт 5. При отключении сначала выходят из соприкосновения рабочие ножи с неподвижными рабочими контактами 4, а затем - дугогасительные ножи с контактами 5.

При выходе дугогасительных контактов из камеры газы, образовавшиеся в камере от воздействия дуги на газогенерирующие вкладыши, выбрасываются наружу и гасят дугу, если она не была погашена в камере. Выключатель ВНП-17 отличается от рассмотренного наличием устройства, производящего автоматическое отключение при перегорании плавкой вставки любого из трех предохранителей.

Рис. 14 Патроны предохранителя с плавкой вставкой на керамическом сердечнике

а - заряженный; б - при разборке и сборке; 1 - кожух; 2 - плавкая вставка; 3 - крышка; 4 - песок; 5 - указатель срабатывания.

Отключаемый ток к. з. определяется соответствующими параметрами устанавливаемых здесь плавких предохранителей.

Плавкие предохранители на напряжения выше 1000 В используются для защиты элементов установки от токов короткого замыкания и токов перегрузки. На напряжения 3-35 кВ наиболее распространены предохранители, в которых металлическая плавкая вставка заключена в изолированную трубку, заполненную кварцевым песком.

При увеличении тока сверх номинального расплавляется плавкая вставка и возникающая в патроне (рис. 2.14) дуга интенсивно гасится. Это происходит благодаря тому, что дуга горит в узком извилистом канале, в котором она быстро охлаждается, соприкасаясь с сыпучим песком, а пары металла вставки конденсируются в объеме песка. При расплавлении вставки током к. з. цепь отключается раньше, чем ток к. з. достигнет ударного значения, т. е. предохранитель обладает токоограничивающим действием. Полное время отключения тока к. з. при этом оказывается равным 0,005- 0,007 с, причем цепь разрывается бесшумно.

Для защиты силовых цепей при нормальных условиях работы выпускают предохранители типов ПК и ПКУ в исполнениях для наружной и внутренней установки. Наибольшая мощность отключения (трехфазная) для предохранителей ПК всех напряжений 200 MB*А, а для усиленных предохранителей ПКУ на 6 и 10 кВ - 350 MB*А и на 20 и 35 кВ - 500 MB*А. Электрическими параметрами, по которым выбираются силовые предохранители, являются номинальные напряжение U_н и токи плавкой вставки и патрона.

Для защиты измерительных трансформаторов напряжения применяются предохранители типов ПКТ и ПКТУ. У предохранителей ПТК на 6; 10; 20; 35 кВ наибольшая мощность отключения-1000 MB·A, a у предохранителей ПКТУ она не ограничена.

Разрядники

В результате прямого удара молнии или при грозовых разрядах вблизи воздушных линий передачи или открытых подстанций 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 до 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 тока I, остающееся напряжение на разряднике U_р = 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 (SiC), на поверхности которых создается пленка окиси кремния (SaC₂) толщиной 10^-5 см.

Рис. 15 Вентильный разрядник РВП-6.

1 - искровые промежутки; 2 - вилитовые диски; Л - фарфоровый кожух; 4 - уплотнения;.5 - хомут; 6 - пластина для присоединения провода сети; 7 - спиральная пружина.

Зависимость между напряжением на вилитовом сопротивлении U_p и током I выражается формулой:

U_p = AI ^б, (18)

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

Устройство подстанционного вентильного разрядника РВП показано на рис. 15.

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.

Автоматическое повторное включение линий и автоматическое включение резерва

...