Электрические станции и подстанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Высоковольтные выключатели

1.1 Назначение

1.2 Конструктивные особенности

1.2.1 Масляные выключатели с открытой дугой

1.2.2 Воздушные выключатели

1.2.3 Электромагнитные выключатели

1.2.4 Вакуумные выключатели

2. Высоковольтные изоляторы

2.1 Классификация

2.2 Назначение

2.3 Конструктивные особенности

2.4 Область применения изоляторов

3. Полимерные изоляторы для ЛЭП 35-500 кВ

4. Полимерные опорно-стержневые изоляторы напряжением 10, 35 и 110 кВ

Список использованных источников

Введение

Электрическая энергия является наиболее удобным и дешевым видом энергии. Широкое распространение электрической энергии обусловлено относительной легкостью ее получения, преобразования и возможностью ее передачи на большие расстояния. Огромную роль в системах электроснабжения играют электрические подстанции - электроустановки, предназначенные для преобразования и распределения электроэнергии. Электрическая подстанция -- часть системы передачи и распределения электрической энергии, в которой происходит повышение или понижение значения электрического напряжения с использованием трансформаторов.

Различают два вида электрической подстанции: распределительная и трансформаторная. Распределительная подстанция работает на одном напряжении и служит узлом для потребителей и других подстанций. На трансформаторной используются трансформаторы для повышения или понижения напряжения. Чаще всего встречаются совмещенные подстанции. Они являются важным звеном в системе электроснабжения. При проектировании подстанции стараются использовать типовые решения, схемы и элементы, что приводит к унификации оборудования подстанции и как следствие к удешевлению обслуживания и проектировочной стоимости.

Но на практике, при проектировании подстанции приходится учитывать особенности месторасположения и другие исходные условия.

1. Высоковольтные выключатели

1.1 Назначение

Выключатель высокого напряжения является основным коммутационным аппаратом в электрических установках. Он служит для отключения и включения цепи в разных режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание.

К выключателям высокого напряжения предъявляют следующие требования:

- надежное отключение расчетных токов и токов короткого замыкания;

- быстрота действия, т.е. наименьшее время отключения;

- пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения;

- возможность пофазного управления для выключателей 110 кВ и выше;

- легкость ревизии и осмотра контактов;

- взрыво- и пожаробезопасность;

- удобство транспортировки и эксплуатации.

Выключатели высокого напряжения должны длительно выдерживать номинальный ток I _ном и номинальное напряжение U _ном .

1.2 Конструктивные особенности

Основными конструктивными частями выключателей являются: контактная система с дугогасительным устройством, токоведущие части, корпус, изоляционная конструкция и приводной механизм.

По конструктивным особенностям и способу гашения дуги различают следующие типы выключателей: масляные баковые (масляные многообъемные), маломасляные (масляные малообъемные), воздушные, элегазовые, электромагнитные, автогазовые, вакуумные. К особой группе относятся выключатели нагрузки, рассчитанные на отключение токов нормального режима. По конструктивным особенностям и способу гашения дуги различают следующие типы выключателей: масляные баковые (масляные многообъемные), маломасляные (масляные малообъемные), воздушные, элегазовые, электромагнитные, автогазовые, вакуумные. К особой группе относятся выключатели нагрузки, рассчитанные на отключение токов нормального режима.

1.2.1 Масляные выключатели с открытой дугой

Масляные выключатели в течение многих десятилетий являлись основным типом выключателей, обеспечивавшим надежную работу электрических станций и сетей. И в настоящее время благодаря значительным усовершенствованиям их конструкции они успешно соревнуются во многих областях применения (вплоть до самых высоких напряжений) с другими типами выключателей. В некоторых случаях они даже предпочитаются в эксплуатации из-за простоты конструкции и относительно низкой стоимости.

Главный недостаток масляных выключателей заключается в опасности пожаров и даже взрывов. Этот недостаток ограничивает их применение для внутренних установок.

Рис.1. Заполнение камеры маслом после погасания дуги

Процесс отключения в масле протекает следующим образом. При расхождении контактов выключателя между ними возникает дуга, которая испаряет и разлагает масло, образуя вокруг себя газовый пузырь. Отдавая теплоту на испарение и разложение масла, ствол дуги интенсивно охлаждается. Охлаждение способствует ее деионизации и увеличивает восстанавливающуюся прочность остаточного ствола дуги. Достоинства и недостатки выключателей с открытой дугой, относящиеся частично и к другим типам масляных выключателей, заключаются в следующем: конструкция выключателей относительно проста, их стоимость сравнительно невелика, их можно устанавливать на открытых подстанциях, эксплуатация выключателей несложна. Этим достоинствам противостоят серьезные недостатки, главным из которых является воспламеняемость и горючесть масла и продуктов его разложения (водорода и ацетилена) в присутствии кислорода воздуха. При выхлопе горячих масляных паров и продуктов разложения масла из выхлопной трубы может произойти вспышка выхлопных газов при простом соприкосновении их с кислородом воздуха.

Другим крупным недостатком масла является его обуглероживание при горении в нем дуги. Присутствие углерода в масле не ухудшает его дугогасящих свойств, но уменьшает его электрическую прочность. К этому добавляется еще зашламование бака выключателя частицами углерода, выпадающими в осадок, в связи, с чем возникает необходимость частых регулярных ревизий выключателя и замены в нем масла.

1.2.2 Воздушные выключатели

Принадлежат ко второй группе выключателей -- к газовым. В них для гашения дуги и деионизации дугового промежутка используется сжатый воздух, обдувающий дугу в продольном или поперечном направлении.

Принцип гашения дуги сжатым воздухом заключается в том, что межконтактный промежуток обдувается чистым сжатым воздухом, лишенным заряженных частиц. При этом дуга и ее опорные поверхности интенсивно охлаждаются, а ее сечение уменьшается. Одновременно этот же поток воздуха выносит из межконтактного промежутка продукты горения дуги, представляющие собой хорошо проводящую среду. Место этих продуктов теперь занимает свежий неионизированный воздух, способный выдержать напряжение, восстонавливающийся на контактах выключателя. Задача дугогасительной камеры заключается в быстром и полном замещений ионизированной среды свежим, обладающим высокой электрической прочностью воздухом.

Рис. 2. Конструктивная схема воздушного выключателя внутренней установки на 6--20 кВ-- с одним разрывом в камере продольного дутья.

Воздушные выключатели имеют следующие достоинства: взрыво- и пожаробезопасность, быстродействие и возможность осуществления быстродействующего АПВ, высокую отключающую способность, надежное отключение емкостных токов линий, малый износ дугогасительных контактов, легкий доступ к дугогасительным камерам, возможность создания серий из крупных узлов, пригодность для наружной и внутренней установки.

Недостатками воздушных выключателей являются необходимость компрессорной установки, сложная конструкция ряда деталей и узлов, относительно высокая стоимость, трудность установки встроенных трансформаторов тока.

1.2.3 Электромагнитные выключатели

Для гашения дуги не требуют ни масла, ни сжатого воздуха, что является большим преимуществом их перед другими типами выключателей. Выключатели этого типа выпускают на напряжение 6--10 кВ, номинальный ток до 3600 А и ток отключения до 40 кА.

В этих выключателях дуга горит в воздухе при атмосферном давлении и гасится магнитным дутьем. Дуга при помощи магнитного дутья быстро удлиняется настолько, что напряжение на ней становится выше напряжения сети, и она гаснет.

Магнитное дутье создается электромагнитом, катушка которого включается последовательно в контур дуги. Важным элементом выключателя является камера гашения, которая способствует растягиванию и охлаждению дуги. Конструктивные схемы наиболее распространенных типов щелевых камер гашения электромагнитных выключателей приведены на рис.3.

Рис.3. Конструктивные схемы наиболее распространенных типов щелевых камер гашения электромагнитных выключателей

На рис. 3, а показана камера с плоской узкой щелью, в которую дуга затягивается магнитным дутьем из широкой части камеры. Отдавая теплоту стенкам камеры, дуга гаснет.

На рис. 3, б изображена камера с зигзагообразной щелью, образованной ребристой поверхностью стенок (лабиринтная камера) и обеспечивающая удлинение дуги до 2 м.

Большим преимуществом электромагнитных выключателей является их полная взрыво- и пожаробезопасность. Также к достоинствам можно отнести малый износ дугогасительных контактов, пригодность для работы в условиях частых включений/ отключений, относительно высокая отключающая способность. Большие размеры камеры гашения в этих выключателях ограничивают их применение на высоких напряжениях (выше 15 кВ). У нас в стране электромагнитные выключатели выпускаются на номинальные напряжения 6 и 10 кВ с номинальной мощностью отключения 200 и 400 MBA. Эти выключатели используются главным образом в установках собственных нужд электрических станций и для коммутации косинусных конденсаторных батарей. Также к недостаткам можно отнести сложность конструкции дугогасительной камеры, ограниченный предел номинального напряжения, ограниченная пригодность для наружной установки.

1.2.4 Вакуумные выключатели

В этих выключателях контактная система помещена в глубокий вакуум, примерно 10⁴ Па, вследствие чего они и получили название вакуумных.

Процесс отключения в вакуумном выключателе протекает следующим образом. В момент расхождения контактов площадь их соприкосновения уменьшается, плотность тока резко возрастает, и металл контактов плавится и испаряется в вакууме. При этом между контактами образуется проводящий мостик, состоящий из паров металла электродов. Загорается так называемая вакуумная дуга, которая гаснет при первом же переходе тока через нуль. Электрическая прочность вакуума восстанавливается очень быстро, так как малая плотность газа в колбе выключателя обусловливает исключительно высокую скорость диффузии электрических зарядов из ствола дуги. Уже через 10 мкс после перехода тока через нуль электрическая прочность вакуума достигает своего полного значения 100 МВ/м. Если к этому времени раствор контактов окажется достаточным для того, чтобы электрическая прочность межконтактного промежутка стала больше восстанавливающегося напряжения, дуга погаснет окончательно. В противном случае произойдет повторный пробой промежутка и повторное зажигание дуги.

Достоинства вакуумных выключателей: простота конструкции; высокая степень надежности, высокая коммутационная износостойкость, малые размеры, пожаро- и взрывобезопасность, отсутствие шума при операциях, отсутствие загрязнения окружающей среды, малые эксплуатационные расходы.

Недостатки вакуумных выключателей: сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения, возможность коммутационных перенапряжений при отключении малых индуктивных токов.

высоковольтный выключатель изолятор

2. Высоковольтные изоляторы

2.1 Классификация

По материалу изготовления:

* Фарфоровые изоляторы изготавливают из электротехнического фарфора, покрывают слоем глазури и обжигают в печах.

* Стеклянные изоляторы изготавливают из специального закалённого стекла. Они имеют большую механическую прочность, меньшие размеры и массу, медленнее подвергаются старению по сравнению с фарфоровыми.

* Полимерные изоляторы изготавливают из специальных пластических масс.

По способу крепления на опоре:

* Штыревые изоляторы (крепятся на крюках или штырях) применяются на ВЛ до 35 кВ

* Подвесные изоляторы (собираются в гирлянду и крепятся специальной арматурой) применяются на ВЛ 35 кВ и выше.

2.2 Назначение

Изоляторы предназначены для изоляции и крепления проводов и грозозащитных тросов на ВЛ электропередачи и в распределительных устройствах электростанций и подстанций постоянного и переменного тока частотой до 100 Гц напряжением свыше 1000 В при температуре окружающего воздуха от -60 до +50⁰ С.

На ВЛ электропередачи высокого напряжения применяют гирлянды, состоящие из последовательно соединенных шарнирным способом изоляторов. Во избегании самопроизвольного расцепления гирлянды стержень в пазу шапки фиксируется замком. Количество изоляторов в гирлянде определяется классом напряжения линии, конструкцией опор, типом изолятора, условиями эксплуатации.

2.3 Конструктивные особенности

К основным характеристикам высоковольтных изолятор относятся следующие

параметры:

* Минимальная механическая нагрузка;

* Диаметр изоляционной детали;

* Строительная высота;

* Длина пути утечки;( пути утечки изолятора является кратчайшим геометрическим расстоянием (огибающей) по поверхности от одного металлического электрода до другого, находящихся под разными потенциалами)

* Сферическое соединение;

* Выдерживаемое напряжение (при сухом и при мокром изоляторе);

* Выдерживаемое импульсное напряжение;

* Нормированное напряжение при допустимом уровне радиопомех;

2.4 Область применения изоляторов

Различают подвесные изоляторы тарельчатые и стержневые. Тарельчатый изолятор (рисунок ) имеет фарфоровый или стеклянный корпус в виде диска (тарелки) с шарообразной головкой. Нижняя поверхность диска выполнена ребристой для увеличения разрядного напряжения под дождем, верхняя поверхность диска - гладкая, с небольшим уклоном для стекания дождя. Краю диска придана форма капельницы, чтобы обеспечить стекание воды без смачивания нижней поверхности.

Внутренней и наружной поверхностям фарфоровой головки придана такая форма, чтобы при тяжении провода фарфор испытывал только сжатие (как известно, прочность фарфора и стекла при сжатии значительно выше, чем при растяжении). Так обеспечивают высокую механическую прочность подвесных изоляторов. Они способны выдержать тяжение проводов в несколько тысяч килограммов.

Подвесные изоляторы стержневого типа имеют ребристый фарфоровый корпус и два колпака, укрепленных на цементе. Крепление изолятора к опоре и крепление провода выполнены шарнирными. В отличие от тарельчатых изоляторов фарфор стержневых изоляторов подвержен растяжению. В связи с этим механическая прочность стержневых изоляторов ниже прочности тарельчатых. Существенным недостатком стержневых изоляторов является возможность полного их разрушения электрической дугой или при ударах извне, при этом происходит падение провода. Тарельчатые изоляторы в таких случаях полностью не разрушаются, они теряют свою электрическую прочность, но сохраняют механическую и способны длительно выдерживать тяжение провода.

К основным недостаткам фарфоровых изоляторов следует отнести: склонность к хрупкому растрескиванию и разрушению, относительно низкие допускаемые механические напряжения, неопределенность прочностных свойств в состоянии «изгиб плюс кручение», проблемы с обеспечением долговременной надежной армировки фланцев-оконцевателей.

3. Полимерные изоляторы для ЛЭП 35-500 кВ

Функции - защита несущего элемента от атмосферных воздействий, формирование длины пути утечки тока. Изолятор предназначен для использования в натяжных и поддерживающих подвесках линий электропередачи с наибольшим рабочим напряжением 12 кВ. По электрическим характеристикам изолятор соответствует нор- мам, предъявляемым к 20 кВ изоляторам.

Основными конструктивными элементами этих изоляторов являются:

1 Стальной оконцеватель, защиту от коррозии которого обеспечивает метод горячего цинкования.

2 Экран защитный, изготовлен из алюминиевого сплава. Функции - выравнивание напряженности электрического поля вдоль изолятора, защита несущего элемента при перекрытиях, снижение уровня радиопомех.

3 Несущий элемент - стержень из однонаправленного стеклопластика, обладающий высокой электрической прочностью вдоль волокон.

4 Подслой, обеспечивающий высокую адгезию между несущим стержнем и защитной оболочкой.

5 Полимерная защитная оболочка. Выполнена из высокомолекулярного каучука, который обладает высокой трекингостойкостью и гидрофобностью.

4. Полимерные опорно-стержневые изоляторы напряжением 10, 35 и 110 кВ

1.Фланцы изолятора - изготавливаются литьем из высокопрочного чугуна марки ВЧ-50. Для защиты от коррозии применяется метод горячего цинкования. Присоединительные размеры фланцев могут быть изготовлены по требованию заказчика.

2.Заделка трубы во фланце исключает попадание влаги во внутренние полости и обеспечивает длительную работу изолятора в условиях воздействия изгибающих и крутящих нагрузок.

3.Внутреннее устройство изолятора обеспечивает герметичность внутренних полостей, защиту несущего элемента от конденсата и развития сквозного разряда.

4.Применение стеклопластиковой трубы в качестве несущего элемента гарантирует высокие показатели прочности изолятора на изгиб и кручение.

Эти изоляторы используются при производстве разъединителей, комплектных распределительных устройств, токопроводов, шинных опор и т.д.. Их применение позволяет значительно повысить надежность электрооборудования. Полимерные изоляторы обладают малой массой по сравнению с фарфоровыми аналогами. Например, полимерный изолятор ИОСПК на 110 кВ весит всего 25 кг. Фарфоровый изолятор на это же напряжение весит 75 кг, что в 3 раза превышает вес полимерного изолятора ИОСПК.

Стеклопластиковая труба полимерного изолятора (стержень у изоляторов серии ИОСПК) покрывается защитным слоем из кремнийорганической резины. Данная резина обладает уникальными свойствами отталкивать воду - гидрофобностью. Это свойство кремнийорганической резины также уменьшает загрязнения полимерного изолятора, что очень важно при использовании его в загрязненных районах. Дело в том, что со временем грязь на теле фарфорового изолятора под воздействием климатических факторов как бы "цементируется". Для очистки этих изоляторов проводятся специальные работы, которые отнимают массу времени и сил.

Буквы в обозначении расшифровываются следующим образом; И - изолятор; О - опорный; С - стержневой; П - полимерный; К - защитная оболочка из кремнийорганической резины; Л - линейный; 2,4; 10; 12,5; 20 - минимальное разрушающее усилие на изгиб в течение срока службы 30 лет в кН; 110, 35, 10- номинальное напряжение в кВ; II, III - категория исполнения по степени загрязненности атмосферы по ГОСТ 9920; УХЛ - категория исполнения по ГОСТ 15150; 1 - категория размещения по ГОСТ 15150, что обеспечивает ста-бильную работу при температуре окружающего воздуха от - 60 0 С до + 50 0 С. Изготовляются также изоляторы серии ИОСПК с IV степенью загрязненности. По классификации IV степень загрязненности считается как очень сильная.

Изоляторы должны обладать определенными электрическими характеристиками. К ним относятся: сухоразрядное, мокроразрядное и пробивное напряжения.

Сухоразрядным называется напряжение, приложенное к металлическим электродам изолятора, при котором наступает искровой разряд по его поверхности при нормальных атмосферных условиях.

Мокроразрядным называется напряжение, приложенное к изолятору, при котором происходит разряд по поверхности изолятора, находящегося под действием струй дождя, падающих на него под углом 45° (рис. 1). При этом сила дождя должна быть равной 5 мм/мин, а удельное объемное сопротивление воды должно находиться в пределах 9500 - 10 500 ом х см (при 20°С).

Пробивным напряжением изолятора называют напряжение, при котором происходит пробой материала изолятора, заключенного между основными электродами, например между стержнем и шапкой подвесного изолятора.

Пробивное напряжение любого изолятора всегда больше его сухоразрядного и тем более мокроразрядного напряжения.

Кроме электрических характеристик, у изоляторов определяют механические характеристики. Они представляют собой механические нагрузки, измеряемые при испытании изоляторов на разрыв, изгиб и срез головки (у штыревых изоляторов). Очень важной характеристикой изоляторов является их термостойкость, т. е. стойкость к резким изменениям температуры. Эта характеристика определяется двукратным нагревом и охлаждением изолятора и воде при разности температур горячей и холодной воды 70°С (для фарфоровых изоляторов) и 50°С (для стеклянных изоляторов).

После этих теплосмен изоляторы должны еще выдержать без повреждений трехминутное испытание электрическим напряжением, при котором на поверхности изолятора образуется непрерывный поток искр.

Наиболее ответственные по своему назначению подвесные изоляторы подвергают трехкратному циклу охлаждения и нагрева при температуре от - 60 до +50°С с одновременным приложением механической нагрузки, равной 3000 - 4500 кГ и более в зависимости от типа изолятора. Это испытания на термомеханическую прочность, которые заканчиваются электромеханическими испытаниями.

Каждый цикл испытания начинается с охлаждения изоляторов до - 60°С. При этой температуре изоляторы выдерживают один час, затем начинается нагревание изоляторов до 50° С и снова их выдерживают один час. После каждого цикла теплосмен изоляторы проверяют напряжением 45 - 51 кв при температуре 20±5°С.

Испытание заканчивается плавным подъемом растягивающей механической нагрузки после третьего цикла, когда изоляторы нагреты до 50° С.

Все описанные испытания изоляторов являются типовыми, т. е. испытаниям подвергают не каждый выпускаемый с завода изолятор, а определенный процент (0,5%) от всей выпускаемой партии изоляторов.

Список использованных источников

1. Васильев А.А., Электрическая часть станций и подстанций: Учеб. для вузов/ Под. ред. А.А. Васильева.- М.: Энергоатомиздат,1990.- 578с.

2. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования; Учебное пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат,1989. - 608 с.

3. Прохорский А.А. Тяговые и трансформаторные подстанции. - М: Транспорт, 1983 - 496 с.

4. Попов Б. М., Эрлих В. М. Справочник по эксплуатации подстанций. - М: Транспорт, 1987 - 416 с.

5.Рожкова Л.Д., Козулин В.С. " Электрооборудование станций и подстанций". М. Энергоиздат, 1987.

Размещено на Allbest.ru