Электрические станции и их характеристика

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. ВИДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

Тепловые электростанции - вырабатывают до 70% электрической энергии.

Подразделяются на: - конденсационные (КЭС);

- теплофикационные (ТЭЦ);

КЭС (конденсационные электростанции) предназначены для выработки электрической энергии, работают в свободном режиме.

На теплоэлектростанциях (ТЭС) энергия сжигаемого топлива преобразуется в котле в энергию водяного пара, приводящего во вращение турбоагрегат. На ТЭС топливом служат уголь, торф, мазут и газ.

Условием строительства КЭС, является наличие источника водоснабжения. КПД КЭС не превышает 40%. Наибольшие энергетические потери имеют место в конденсаторе, где отработавший пар содержит некоторое количество тепла, при t= 60-70°С, которое нигде не используется. КЭС ещё называют также государственной районной станцией - ГРЭС (Кармановская ГРЭС). КЭС (ГРЭС) недостаточно маневренны, их подготовка к пуску и набор нагрузки занимает от 3 до 6 часов.

ТЭЦ (теплоэлектроцентрали), предназначены для снабжения промышленных предприятий и городов электроэнергией и теплом. Они более экономичные.

Специфика электрической части ТЭЦ определяется расположением электростанции вблизи центра электрических нагрузок.

КПД ТЭЦ около 60% за счёт более эффективного использования тепловой энергии.

Атомная электростанция (АЭС).

В АЭС используется энергия ядерных реакций. В качестве горючего используют изотоп урана-235. Изотоп - разновидность одного и того же элемента отличающегося массой атомов. Тепловая энергия, выделяющаяся при реакции деления, отводится с помощью теплоносителя.

Технологическая схема АЭС зависит от типа теплореактора, вида теплоносителя и замедлителя и может быть одно, двух и трёх контурной.

Замедлители, в качестве которых могут использоваться графит, замедляют быстрые нейтроны, образующиеся при делении ядер урана до медленных (тепловых) нейтронов.

Одноконтурная схема АЭС усложняет биологическую защиту, так как радиоактивность распространяется на все элементы блока.

Гидроэлекростнция (ГЭС)

Первичными двигателями на ГЭС являются гидротурбины, которые приводят во вращение синхронные генераторы. Мощность гидрогенератора пропорционально набору воды и её расходу.

Водное пространство перед плотиной называют верхним бьефом, ниже плотины - это нижний бьеф. Из-за меньших эксплутационных расходов, себестоимость электрической энергии на ГЭС меньше, чем на ТЭС.

Кпд ГЭС з =90%

Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС)

Имеет 2 водных бассейна верхний, нижний.

На ГАЭС устанавливаются обратимые гидроагрегаты. В часы минимума нагрузки энергосистемы, генераторы станции переводят в двигательный режим, а турбины в насосный режим и происходит перекачка воды из нижнего бассейна в верхний. В период максимума нагрузки при дефиците электрической мощности, генераторы вырабатывают электрическую энергию.

Агрегаты станции высокоманевренные, в некоторых случаях они могут использоваться в качестве синхронных компенсаторов.

Кпд ГАЭС з =70%

Нетрадиционные типы электростанций

К ним относятся станции с магнитогидродинамическими генераторами (МГД - генераторы). Эти генераторы могут использоваться в качестве надстройки на конденсационных электростанциях. Принцип действия МГД основан на законе электромагнитной индукции. Проводником в генераторе является поток ионизированного газа (плазма), магнитное поле создаётся мощными электромагнитами.

Энергию солнца можно использовать либо путём прямого получения электрической энергии через фотоэлементы, либо путём использования теплового излучения солнца сфокусированного зеркалами на парогенераторе.

Геотермальные электростанциииспользуют энергию подземных термальных вод (напр. для районов Камчатки, где температура пород на глубине 4 км достигает 600°С). С помощью буровых скважин, в расположенные недра, может быть направлена вода, которая превратится в пар, и будет вращать турбины, вырабатывающие электрическую энергию.

Ветряная электростанция основана на использовании энергии ветра. Существует тенденция использования малых ГЭС («Башкирэнерго»)

электрический коммутационный подстанция высоковольтный

2. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

С начала 80-х г.г. 20-го века происходит замена масляных и воздушных выключателей коммутационными аппаратами с использованием в качестве изоляционной и дугогасительной среды, вакуума и элегаза (газообразной шестифтористой среды SF6). Особенно видна тенденция по замене выключателей на элегазовые при напряжениях 110 кВ и выше.

Основные достоинства элегазового оборудования определяется свойствами элегазов, при атмосферном давлении электрическая прочность элегаза в 3 раза выше, чем у воздуха, а при незначительном повышении давления элегаза его электрическая прочность выше, чем у трансформаторного масла.

Элегазовому оборудованию присущи компактность, большие межревизионные сроки, широкий диапазон номинальных напряжений от 6 кВ до 35 кВ и иногда 110 кВ. Эти аппараты пожаробезопасны и имеют повышенную безопасность обслуживания.

Вакуумная техника характеризуется высокой электрической прочностью межконтактных промежутков (10-15мм), максимальной скоростью восстановления электрической прочности при отключении токов, минимальными массами подвижных частей, минимальной энергией привода, максимальным ресурсом и минимальными габаритами, и массой аппарата.

Общая характеристика высоковольтного оборудования электрических подстанций

Высоковольтные выключатели

Графическое обозначение



Предназначены для включения/выключения электрических присоединений как в нормальном режиме, так и при коротких замыканиях.

Перспективными выключателями являются: вакуумные, элегазовые выключатели. Ведутся работы по созданию устройств обеспечивающих управляемую коммутацию (при переходе синусоиды через ноль). Кроме того, создаются методики диагностики и мониторинга электрооборудования.

Выключатели снабжены различными видами электроприводов. Широко применяются в вакуумной технике электромагнитные приводы с «магнитной защелкой»

Разъединители

Графическое обозначение

Предназначенные для отделения в целях безопасности электрооборудования от сети на период ремонта.

Разъединитель создает видимый разрыв электрической цепи. Он имеет устройство (привод) для ручного управления.

Коммутация цепи с помощью разъединителя производится без нагрузки, допускается разрывать цепь трехполюсным разъединителем при токе не более 15А при напряжении до 10кВ

Включение цепи: разъед.>выкл.

Выключение цепи: выкл.>разъед.

Токоограничивающие реактора.



Графическое обозначение

Представляют собой индуктивные сопротивления, предназначенные для ограничения тока короткого замыкания в защищаемой зоне.

Реакторы делятся на линейные и секционные.

Измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Графическое обозначение

Предназначены для изменения тока до величин удобных для измерения и для использования в релейной защите.



Вентильные разрядники

Графическое обозначение

Служат для защиты изоляции электрооборудования от перенапряжений в электрических сетях.

Вентильные разрядники устанавливают возле трансформаторов, а также у вводов воздушных линий в распределительное устройство. Действие вентильного разрядника основано на том, что при увеличении напряжения сопротивление уменьшается.

Более современными средствами защиты от перенапряжений являются

нелинейные ограничители перенапряжения ОПН

Графическое обозначение



ОПН не имеет искровых промежутков, как у вентильных разрядников, и в них используются современные полупроводниковые резисторы на основе оксида цинка, обеспечивающие лучшие характеристики. Надежность устройства защиты улучшается.

Ведутся научные разработки вакуумных управляемых разрядников (РУВ), которые обеспечивают мгновенное замыкание цепи (порядка 1 мкс). Если объединить РУВ и выключатель, то может быть обеспечено одновременное включение всех трех полюсов высоковольтного выключателя с высоким быстродействием.

Существуют электрические схемы (в основном морально устаревшие), в которых по высокой стороне трансформатора устанавливаются не выключатели, а короткозамыкатели и отделители.

Короткозамыкатели

Графическое обозначение

Представляют собой одно или двух полюсный разъединитель, снабженный приводом (пружинным) для автоматического включения и создания искусственного короткого замыкания (т.е. соединение фазы с землей), по команде поступающей от релейной защиты или оператора.



Отделитель.

Графическое обозначение

Это трех полюсный разъединитель, снабженный приводом для автоматического отключения участка цепи, который предварительно отключен высоковольтным выключателем.

Отделитель изолирует поврежденное оборудование от сети (0,5-1)с. Включение производится вручную.

Использование короткозамыкателя с отделителем применяется в целях экономии, т.к. выключатели дороже.

Графическое обозначение



Но если в трансформаторе нагреется масло, то ставится газовое реле.

Выключатели нагрузки.

Графическое обозначение

Высоковольтный коммутационный аппарат для отключения рабочего (номинального) тока применяют на стороне высшего напряжения вместо силовых выключателей.

Автоматический выключатель.

Представляет собой силовой выключатель со встроенными релейными устройствами прямого действия, называемыми расцепителями(электромагнитными или тепловыми).

Плавкие предохранители.

Это коммутационные аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от сверхтоков (токов короткого замыкания). Действие предохранителей основано на процессе плавления аварийным током металлической вставки небольшого сечения и различного профиля и гашения образовавшейся дуги.

Требования, предъявляемые к электрооборудованию подстанций.

1. Изоляция оборудования должна обладать достаточной электрической прочностью, чтобы противостоять наибольшему рабочему напряжению, а так же коммутационным и атмосферным перенапряжениям.

2. Выдерживать тепловые и механические действия токов короткого замыкания, т.е. обладать термической и динамической стойкостью.

3. Быть безопасным для обслуживающего персонала.

4. Температура в наиболее нагретых частях оборудования и электрических обмоток не должна превышать нормированного значения.

Электрическая подстанция - это электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электрической энергии.

Трансформаторная подстанция предназначена для преобразования электрической энергии одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения с помощью трансформаторов.

Электрическое распределительное устройство (РУ)(ЗРУ - закрытое РУ, ОРУ - открытое РУ) - служит для приема и распределения электроэнергии и содержит коммутационные аппараты, которые содержат сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (аккумуляторные), а также устройства защиты автоматики и измерительные приборы.

Электрический распределительный пункт (РП) - это распределительное устройство не входящее в состав подстанции.

Преобразовательная подстанция предназначена для преобразования рода тока (с помощью инвертора) или его частоты.

Комплектная трансформаторная подстанция (КТП).

КРУ - внутренняя установка

КРУН - наружная установка

Состоит из шкафов или блоков со встроенными в них коммутационными аппаратами, оборудованием, устройствами защиты и автоматики, поставляемые в собранном или полностью подготовленным для сборки в виде.

На подстанции могут быть установлены синхронные компенсаторы для выработки реактивной мощности и отдачи ее в сеть, для того чтобы она была использована другими приемниками электрической энергии (АД) (решается вопрос компенсации реактивной мощности), повышая коэффициент мощности.

Классификация подстанций.

Подразделяются по следующим признакам:

1. Сложность главной схемы соединения подстанции на стороне высшего напряжения.

Главная схема электрических соединений подстанции представляет собой совокупность основного электрооборудования, трансформаторов, линий, сборных шин, коммутационной аппаратуры с выполненными между ними соединениями. Такие схемы выполняют в однолинейном исполнении при выключенном положении всех элементов.

Полная схема содержит главную схему на стороне высшего напряжения, схему распределительного устройства низшего напряжения, средства защиты от перенапряжения (вентильные разрядники, ОПН, измерительные трансформаторы тока и напряжения, батареи статических конденсаторов, трансформаторы собственных нужд (ТСН) и распределительные шины 6Ч0,4 кВ).

Назначение подстанций и её местоположение в энергосистеме.

Способ подсоединения подстанции к энергосистеме. Количество трансформаторов и число их обмоток. Способ управления подстанцией.

По сложности схемы по высокой стороне подстанции можно разделить на три группы:

1) подстанции без выключателей на стороне высшего напряжения (упрощенные схемы) для экономии с использованием короткозамыкателей и отделителей;

2) подстанции с малым числом выключателей на питающих линиях без сборных шин на стороне высшего напряжения;

3) подстанции с одной или несколькими системами сборных шин.

По назначению подстанции подразделяются на:

- системные;

- потребительские.

Системные подстанции входят в состав энергосистемы и предназначены для организации питающей электрической сети крупных энергетических районов.

Потребительские подстанции предназначены для питания энергией отдельных территории, промышленных районов или отдельных предприятий.

Потребительские подстанции делятся на 4 вида:

1. Районные подстанции входят в состав энергосистемы и предназначены для питания районов;

2. Главные понизительные подстанции (ГПП) - получают питание от районных подстанций напряжением U=110, 220, 330 кВ. Обеспечивают потребителей напряжением U=6, 10, 35 кВ.

3. Трансформаторная подстанция цеховая - происходит преобразование напряжения с 6 кВ на 0,4 кВ;

4. Подстанция глубокого ввода (ПГВ). Глубоким вводом называется система питания, при которой энергия подводится, как можно ближе к потребителю для уменьшения ступеней трансформации и снижение потерь мощности. ПГВ применяется для питания станков-качалок

По способу присоединения подстанции подразделяются на следующие виды:

1. Тупиковые подстанции, получают питание по радиальным линиям (электроснабжение бурильных установок);

1. Подстанции на ответвлениях (отпаечные подстанции)

1. Проходная подстанция, включается в рассечку линии передачи или 2-х линий с односторонним или двусторонним питанием

1. Узловые подстанции, к которым подходят две и более линии электропередач. Такие подстанции относятся к системным подстанциям, могут исполнять роль районных подстанций.

По количеству трансформаторов подстанции подразделяются на:

- однотрансформаторные;

- двухтрансформаторные.

Для узловых подстанций могут использоваться трёх или четырёх трансформаторные подстанции.

Способы управления подстанции.

1. Полностью автоматизированные, без обслуживающего персонала;

2. Автоматизированные подстанции с дежурным персоналом на дому;

3. Автоматизированные подстанции с постоянным присутствием обслуживающего персонала (подстанция «Дружба» г. Уфа с комплектным РУ с элегазовым наполнением).

Конструкция вакуумной высоковольтной техники.

Особенности горения дуги

Вакуумная дугогасительная камера (ВДК) состоит из изоляционного корпуса, подвижного и неподвижного контактов, системы защитных экранов и устройства, называемого сильфоном, который служит для герметизации подвижного контакта.

1 - корпус ВДК; 2, 3 - подвижный и неподвижный контакты соответственно 4 - сильфон 5 - защитный экран

Защитный экран (5) служит для выравнивания электрической напряженности поля по длине ВДК и для защиты внутренней поверхности корпуса от продуктов эрозии контактов при горении дуги. В качестве электропривода вакуумной коммутационной техники преимущественно используются электромагниты типа «магнитная защелка» или приводы электромеханические.

Привод типа «магнитная защелка» состоит из электромагнита, соединенного подвижным контактом. При подаче напряжения сердечник магнита втягивается в катушку, воздействуя на подвижный контакт, и происходит замыкание цепи.

Для того чтобы экономить электроэнергию, после включения используют «магнитную защелку», которая выполнена в виде постоянного магнита, расположенного поверх катушки привода. При поданном на катушку напряжения этот магнит за счет поля намагничивается и при снятии напряжения остаточное поле удерживает систему во включенном состоянии. Для выключения (размыкания) цепи подается сигнал обратной полярности.

Так как из-за вакуума внутри камеры отсутствуют условия для отвода тепла от зоны горения дуги с помощью конвекции, то эту проблему решают за счет увеличения сечения токоподводящих проводов.

Особенности горения дуги в ВДК

Горение дуги происходит в парах металла контактов при наличии явления автоэлектронной эмиссии: это выделение электронов с поверхности электрода при воздействии сильного электрического поля.

Процесс возникновения дуги и ее гашения происходит следующим образом: при возникновении аварийной ситуации (КЗ в электрической сети) происходит размыкание контактов (по сигналу релейной защиты). В первый момент между контактами остаются мостики (за счет шероховатости поверхности), которые расплавляются большим током К3 и при высокой температуре происходит испарение металла.

Появившиеся пары металла бомбардируются электродами, вышедшими с поверхности электрода за счет автоэлектронной эмиссии и происходит ионизация паров, появляется дуга между контактами, называемая вакуумной дугой; эта дуга горит до тех пор, пока существуют условия для появления паров металлов.

При быстром размыкании контактов процесс ионизации паров быстро прекращается (мостики отсутствуют) и дуга гаснет за 10-15 мс.

Один из главных недостатков вакуумных выключателей является возможность генерирования перенапряжений в электрической сети.

Одна из главных причин перенапряжения при коммутации цепи вакуумных выключателей является явление, называемое «срезом» тока, то есть размыкание цепи между контактами при наличии тока в электрической цепи, то есть ток после погашения дуги не равен нулю.

Обычно ток среза составляет 10-15 А.

Второй причиной появления перенапряжения является повторный пробой межконтактного промежутка и возникновения явления, называемого «экскалацией напряжения».

В вакуумном выключателе существует явление холодной сварки, то есть приваривание контактов при длительном их замыкании. Эта проблема решается введением примеси в материал контактов.

Снижение величины срезаемого тока обеспечивается за счет добавки в материал контактов сурьмы от 2-5%.

В качестве контактных материалов в ВДК используют медно-висмутовые, медно-хромовые и медно-бериллиевые сплавы.

Особенности конструкции контактов

Для повышения отключающей способности применяются меры, обеспечивающие непрерывное перемещение дуги под действием магнитного поля, создаваемого отключаемым током. В вакуумных камерах на напряжение 10 кВ и номинальные токи отключения до 31,5 кА применяют контакты с поперечным по отношению к дуге магнитным полем.

На более высокие напряжения и токи до 100 кА применяют контакты с продольным магнитным полем.

Наибольшее распространение получили две разновидности контактов:

1. Контактная система типа «спиральный лепесток», вынуждающая безостановочно вращаться по поверхности контактов сжатую дугу и тепло от дуги не успевают проникнуть глубоко в металл.

Эффективность вращения дуги зависит от кривизны спирали. Чем больше кривизна, тем выше эффективность гашения дуги.

Происходит изменение направления тока на 90 градусов. Это обеспечивает непрерывное вращение дуги по поверхности контакта.

В межконтактном промежутке ВДК в зависимости от конструкции и величины тока вакуумная дуга может поддерживаться вдиффузной форме при токах 5-7 кА или сжатой форме при больших токах. Диффузная дуга существует в виде нескольких параллельных дуг, через каждую из которых может протекать ток до нескольких сотен ампер.

2. контактная система чашеобразного типа, которая препятствует образованию сжатой локализованной дуги, которая остается в диффузном состоянии, что облегчает процесс дугогашения.

Конструкции и технические характеристики

вакуумных выключателей

1. Выключатель серии ВВ/TEL с электромагнитным приводом, с магнитной защелкой фирмы «ТАВРИДА ЭЛЕКТРИК».

Эти выключатели применяют в ячейках КРУ внутренней и наружной установки, как при новом строительстве, так и при замене выключателей прошлых лет выпуска.

Отличительные особенности:

1. высокий коммутационный ресурс;

2. высокий механический ресурс;

3. не требуется проведения текущего и среднего ремонта;

4. малое потребление мощности по цепи оперативного питания

5. малые габариты и вес

Кроме фирмы «ТАВРИДА ЭЛЕКТРИК» вакуумный выключатель изготавливает уфимский завод «Электроаппарат». Выключатель серии ВБТЭ-10-20 на этом заводе в процессе изготовления при проведении приемо-сдаточных работ все выключатели подвергаются сплошному контролю параметров на стенде автоматического контроля параметров. Этот стенд предназначен для контроля параметров вакуумных выключателей и может быть использован для проверки ресурса по механической стойкости и установления безотказной наработке при квалификационном и периодическом испытании.

Испытательный стенд контролирует следующие параметры:

1. Ход подвижных контактов и изоляционных тяг;

2. Собственное время включения и отключения выключателя;

Собственное время отключения выключателя - это время от момента подачи сигнала с помощью релейной защиты на отключения до момента начала расхождения контактов.

3. Скорость движения контактов при включении и отключении. Оптимальная скорость разделения контактов должна быть такой, чтобы за один полупериод промышленные частоты успевали пройти расстояние 50-80% расстояния между контактами в отключенном положении;

4. Суммарное время дребезга и разновременность размыкания и замыкания контактов;

Дребезг - это микро-перемещения после замыкания/размыкания.

5. Ход и усилие поджатия контактов;

6. Напряжение срабатывания электромагнитов включения и отключения;

7. Максимальный ток срабатывания электромагнитов;

8. Ток и напряжения, потребляемые электроприводами выключателя.

Другим крупным производителем вакуумной техники является производственное объединение «Контакт» (г. Саратов), который выпускает как высоковольтную, так и низковольтную коммутационную технику.

Вакуумный реклоузер

Вакуумные реклоузеры фирмы «ТАВРИДА ЭЛЕКТРИК» предназначены для применения в воздушных распределительных сетях с номинальным напряжением 6-10 кВ для использования в качестве:

1. фидера нагнетающей подстанции;

2. автоматического пункта секционирования сети с односторонним питанием;

3. автоматического пункта секционирования сети с двухсторонним питанием;

4. пункта сетевого резервирования для обеспечения автоматического включения резерва;

5. защитного аппарата на ответвление сети

Отличительной особенностью реклоузера является:

1. обеспечение трехкратного быстрого автоматического повторного включения;

2. возможность интеграции в системы телемеханики;

3. ведение журналов оперативных и аварийных событий;

4. высокий механический и коммутационный ресурсы;

5. встроенная система измерения;

6. простота монтажа и эксплуатации;

7. минимальные затраты по обслуживанию.

В состав реклоузера входят:

1. коммутационный модуль

2. шкаф управления

3. соединительный кабель.

Элегазовые выключатели.

Высокая способность элегаза (SF6) гасить электрическую дугу объясняется тем, что молекулы элегаза улавливают электроны дугового столба и образуют относительно неподвижные отрицательные ионы. Потеря электронов делает дугу неустойчивой и она быстро гаснет. Если добавить в процесс дугогашения газовое дутьё, которое может быть обеспечено или с помощью поршневого устройства, или с использованием современного принципа автогенерации; поглощение электронов из дугового столба происходит ещё эффективнее.

Принцип автогенерации состоит в том, что в процессе горения дуги элегаз находится в ограниченном объеме из-за нагрева расширяется, создается дополнительное давление, обеспечивающее газовое дутье. При этом принципе не расходуется дополнительная энергия для перемещения поршневого устройства.

В современных конструкциях элегазовых выключателей, охватывающих напряжение от 6 до 500 кВ используются известные принципы дугогашения: магнитное дутье, автогенерация, автокомпрессия.

Быстродействующие вакуумные коммутационные аппараты с управляемой коммутацией на основе вакуумных разрядников.

Управляемая коммутация успешно решает проблему предотвращения опасных бросков тока и возникновения перенапряжений, увеличения ресурса оборудования.

Например, использование управляемой коммутацией конденсаторных батарей эффективно как при включении, так и при отключении цепей в рабочих режимах при управляемом включении существенно снижаются броски тока, а при управляемом отключении снижается вероятность повторных пробоев межконтактного промежутка и как следствие - возникновение перенапряжения. Оптимальном моментом включения цепи является момент, когда напряжение на разрыве выключателя проходит через ноль. Чем дальше момент включения находится от нулевого значения напряжения на разрыве, тем выше броски тока. Управляемая коммутация номинальных токов дает возможность повысить ресурс выключателя, особенно, если он работает в режиме частых коммутаций и позволяет предотвратить срез тока.

Наиболее простым и дешевым способом управляемой коммутацией является использование новых типов вакуумных коммутационных устройств, к которым относятся вакуумные управляемые разрядники (РВУ), их комбинация с вакуумными выключателями позволит свести процесс включения коммутационного устройства к моментальному (единицы мкс) включению РВУ с последующим замыканием контактов выключателя.

Управляемый вакуумный разрядник, разработанный предприятием ВЭИ им. Ленина, представляем собой безнакальный трехэлектродный герметизированный прибор с давлением остаточных газов, не превышающих 10-4 Па.



Включение управления разрядника осуществляется подачей пускового импульса напряжения на управляющий электрод. Этот импульс напряжения вызывает пробой диэлектрической вставки узла поджига и генерацию искрового разряда. Плазма искрового разряда заполняет пространство вакуумного промежутка и разряд переходит из искровой стадии в дуговую и разрядник включается. Вакуумный дуговой разряд сам себя поддерживает и гаснет, когда ток в основной цепи спадает до нуля. Время включения вакуумного управляемого разрядника может быть менее 1 мкс. Быстродействующее синхронизированное включение будет обеспечено, если разрядник установить параллельно выключателю.

Это синхронизированное включение обеспечит включение трансформаторов, шунтирующих реактор или подключение нагрузки к электрической сети к резервному источнику питания с высокой точностью в заданной фазе питающего напряжения при любой последовательности чередования фаз, что позволит исключить нежелательные переходные процессы, возникающие при выключении в произвольной фазе напряжения.

Альтернативные решения элегазовым и вакуумным выключателям.

1. Возможность использования других изоляционных и дугогасительных сред.

2. Перспективна полупроводниковая технология, однако разработки полупроводниковой техники не позволяют создать аналоги современным коммутационным аппаратам ( силовые ключи).

3. Исследуется возможность создания эффективных ограничителей тока на базе высокотемпературных сверхпроводящих материалов. Такие ограничители тока не только решают задачи коммутации электрических цепей, но и позволяют снизить массу оборудования за счет уменьшения токов термической и динамической устойчивости.

4. Работы по созданию «умных» аппаратов проводятся в двух направлениях : 1) разработка выключателей с управляемой синхронной коммутацией; 2) создание систем автоматизированной диагностики и мониторинга.

Характеристики синхронных аппаратов могут быть улучшены за счет использования управляемых разрядников, включающих цепь в любой момент времени с высокой точностью. Системы диагностики дают возможность проанализировать изменение изоляционных, коммутирующих характеристик аппарата во время эксплуатации и своевременно обнаруживать опасные отклонения этих характеристик от номинальных и предотвратить крутые аварии оборудования и ненужные ревизии.

Масляные выключатели.

Бывают двух конструктивных видов:

1) масляные баковые выключатели;

2) маломасляные (горшковые).

Масляные баковые выключатели.

Применяются в открытых распределительных устройствах (ОРУ) подстанции 35, 110,220 кВ.

Масло в баковых выключателях служит для гашения дуги изоляции токоведущих частей. При напряжении 35 кВ и выше для каждой фазы применяют свой бак.

Движение подвижным контактам передается с помощью изолирующей тяги, связанной с приводом выключателя. При отключении выключателя в местах размыкания контактов возникают электрические дуги, которые разлагают и испаряют масло. Образуется газовый пузырь, содержащий до 70% водорода. Газ горючий, однако его возгорание не происходит из-за отсутствия кислорода. Время гашения дуги 100 мс.

В рассматриваемой конструкции специальных средств гашения дуги не предусмотрено. Масло в бак заливается не полностью. Воздушная подушка уменьшает силу удара в крышку выключателя в свзи с высоким давлением в процессе гашения дуги. Для выхода газа предусмотрена выхлопная труба. Если уровень масла будет недопустимо низким, то газы могут сильно нагреться и может произойти взрыв смеси водорода с воздухом. Для наружных установок с напряжением 35 кВ и выше применяются выключатели с дугогасительными устройствами. По принципу действия дугогасительного устройства можно разделить на три группы:

1) с автодутьем, в которых высокое давление и большая скорость движения газа в зоне дуги создается за счет выделяющейся в дуге энергии;

2) с принудительным масляным дутьем, у которых к месту разрыва масло нагнетается с помощью специальных механизмов;

3) с магнитным гашением в масле, в которых дуга под действием магнитного поля перемещается в узкие каналы и щели. Наиболее эффективным и простым являются дугогасительные устройства с автодутьем, которые работают тем эффективнее, чем больше ток в дуге. Количество разрывов в баковом выключателе должно быть тем больше, чем выше коммутационное напряжение. Для равномерно распределения напряжения между основными разрывами параллельно им включают шунтирующее сопротивление.

Преимущества баковых выключателей: простота конструкции, высокая отключающая способность, пригодность для наружной установки и наличие встроенных трансформаторов тока.

Недостатки: взрыво- и пожароопасность, не пригодны для выполнения быстродействующих систем автоматизированного повторного включения (АПВ), имеют большую массу, объем масла, не пригодны для установки внутри помещений.

Маломасляные выключатели

Масло в этих выключателях служит дугогасящей средой и только частично изоляцией между разомкнутыми контактами. Эти выключатели имеют меньшие габариты и массу по сравнению с баковыми выключателями. Меньший объём масла облегчает уход и ремонт.

Недостатки:

1) взрыво- и пожаро- опасность;

2) невозможность осуществления быстродействующей системы автоматического повторного включения;

3) необходимость частой замены масла;

4) трудность установки встроенных трансформаторов тока;

5) относительно малая отключающая способность.

В маломасляных выключателях имеются два контура тока - главный и дугогасительный. Когда выключатель включен - главная часть тока проходит по главному контуру из-за меньшего сопротивления цепи. При отключении выключателя сначала размыкаются рабочие контакты, но дуга между ними не образуется, так как ток продолжает протекать в дугогасительном контуре. При включении выключателя первыми замыкаются дугогасительные контакты, а затем замыкаются рабочие.

Дугогасительные устройства состоят из трёх отсеков, выполненных из ряда изоляционных дисков с фасонными вырезами. При разрыве контактов выключателя между ними возникает дуга и из-за высокой температуры масло разлагается, создается газовый пузырь, в основном содержащий водород, а также метан и этилен. Водород обладает большой теплопроводностью и высокой электрической прочностью, что используется при гашении дуги. Повышенное давление в газовом пузыре способствует деионизирующей способности газа.

Воздушные выключатели.

Гашение дуги происходит в продольном потоке при давлении 2-4 МПа и выше. Воздух охлаждает дугу, удаляет продукты горения и быстро гасит дугу. Для получения сжатого воздуха необходима компрессорная установка, а для очистки воздуха и его сушки необходимы различные адсорбенты (вещества, способные поглощать влагу - силикагель и алюмогель).

Очистка воздуха происходит термодинамическим способом. Воздух сжимается и при сжатии он нагревается, образующийся пар при охлаждении конденсируется и вода сливается.

Чтобы обеспечить равномерное распределение напряжения между разрывами целесообразно использовать ёмкостные делители напряжения, то есть параллельно каждому разрыву включается конденсатор. Обычно применяют также шунтирующие резисторы и для отключения сопровождающего тока применяют небольшие гасительные устройства.

В настоящее время существует тенденция по замене воздушных выключателей элегазовыми выключателями.



Электромагнитные выключатели

Выпускают на напряжение 6-10 кВ и токи отключения (токи КЗ) до 40 кА. Дуга, образующаяся на контактах втягивается магнитным полем в гасительную камеру, при этом происходит значительное удлинение дуги до 1-2 м и её охлаждение. При увеличении сопротивления дуги происходит понижение тока, и дуга гаснет при очередном прохождении через ноль.

При отключении выключателя сначала размыкаются главные контакты, а затем дугогасительные.

Электромагнитные выключатели имеют широкое применение в системе собственных нужд электростанций, а также в промышленных установках, где необходимы частые включения и отключения.

Разъединители

Основное назначение - создание надежного видимого разрыва цепи для облегчения безопасного проведения ремонтных работ на оборудовании.

Контактная система разъединителей не имеет дугогасительных устройств. Поэтому разрыв цепи должен производиться при отсутствии тока или в случае трех полюсного разъединителя наружной установки при напряжении не более 10 кВ допускается коммутация тока не более 15 А.

Разъединители по числу полюсов могут быть одно- и трех- полюсными.

По роду установки: для внутренних и наружных установок.

По конструкции:

1) рубящего типа;

2) поворотного;

3) пантографического ;

4) подвесного типа

По способу установки:

1) с вертикальным расположением ножей;

2) с горизонтальным расположением ножей.

Схема разъединителя рубящего типа

Заземляющий нож служит для соединения с землёй одного из полюсов разъединителя, что обеспечит КЗ при ошибочной подаче напряжения и обеспечения безопасных условий работы персонала.

Схема разъединителя горизонтально-поворотного типа

Являются перспективными разъединителями, эти разъединители имеют ножи, вращающиеся в горизонтальной плоскости.

Выключатели нагрузки

Это трех полюсные коммутационные аппараты, не предназначенные для отключения тока КЗ, но их включающая способность соответствует электродинамической стойкости при КЗ.

При использовании выключателей нагрузки необходимости отключения неисправного трансформатора отключения аварийного тока обеспечивается с помощью плавких предохранителей, то есть работают в комплекте с предохранителями.

Выключатели нагрузки с гасительными устройствами газогенерирующего типа на 6 и 10 кВ.

Основой является трех полюсный разъединитель для внутренней установки. К ножам разъединителя прикреплены дополнительные ножи, то есть ток нагрузки протекает по двум ветвям: через рабочие и дополнительные ножи.

В положении «включено» вспомогательные ножи входят в гасительные камеры, выполненные из материала, который при нагревании от дуги генерирует газ.

В процессе отключения рабочего тока сначала размыкаются основные контакты разъединителя при этом в цепи ток продолжает протекать через вспомогательные ножи (через параллельную ветвь). Через некоторое время размыкаются контакты в дугогасительных камерах. Возникающие электрические дуги гасят в потоке газов, генерируемых продуктами разложения вкладышей из органического стекла.



Приводы коммутационных высоковольтных аппаратов

Приводы выключателей.

Служат для включения, удержания во включенном состоянии и отключения выключателей.

Наибольшая работа совершается приводом при операции включения.

Требования к электроприводам выключателей:

1) должны быть исключительно надежными в эксплуатации;

2) быстродействие;

3) работа при отсутствии электроэнергии в системе.

Источником энергии для управления выключателем является электрическая система при этом энергия предварительно преобразуется и аккумулируется, то есть не поступает непосредственно в привод. Например, она аккумулируется в ресиверах сжатого воздуха для пневматических приводов или в напряженных пружинах - пружинных приводов или накапливается в аккумуляторных батареях для электромагнитных приводов. Аккумулируемая энергия обеспечивает работу привода в аварийных условиях при отсутствии электрической энергии, поставляемой системой.

Пружинный привод.

Энергия для включения выключателя запасается мощной пружиной, которая заводится вручную или электродвигателем (пружинно-моторный привод) через редуктор с большим передаточным числом. После окончания процесса включения электропривода происходит повторная заводка пружины. Пружинный привод с автоматическим заводом от электродвигателя обеспечивает возможность многократного повторного включения с интервалом 5-10 с. Недостатком пружинного привода является уменьшение тягового усилия в конце хода при включении аппарата из-за уменьшения деформации пружины. Для устранения этого недостатка пружинные приводы снабжаются маховиком, который поглощает избыточную энергию в начале включения и отдает ее в конце.



Электромагнитные приводы.

Электромагнитные приводы относятся к приводам прямого действия.

Энергия потребляется от источника большой мощности. Усилие, необходимое для включения выключателя создается стальным сердечником, который втягивается в катушку электромагнита при прохождении по ней тока. При отключении выключателя используется другой электромагнит, который воздействует на рычаг механизма свободного расцепления. Достоинство: простота конструкции и надежность работы в условиях севера. Недостатки: большой потребляемый ток и необходимость источника большой мощности.

Пневматические приводы.

Создают усилие на включение выключателя за счёт сжатого воздуха, который подается в цилиндр с поршнем, заменяющий элемент выключателя. Такие Эл. Приводы требуют установки компрессоров.

Приводы разъединителей.

Бывают ручными или моторными. В ручных электроприводах используются червячные передачи для зацепления ножей разъединителя используются обычнее отдельные приводы, которые блокируются приводами главных ножей, чтобы исключить возможность включения заземляющих ножей при включенных главных ножах. У всех бойлеров приводов предусмотрены блок-контакты для сигнализации положения ножей блокировки. У разъединителей наружной установки привод главных ножей электродвигателей, заземляющих ножей - ручной.

Приводы короткозамыкателей.

Имеют пружины, которые обеспечивают включение заземляющего ножа на неподвижный контакт, находящийся под напряжением. Импульс для работы привода короткозамыкателя подается от релейной защиты.

Привод отделителя.

Для отключения отделителя используется пружинный привод. Включение производится вручную.

Привод выключателя нагрузки.

Может быть ручным или электромагнитным с дистанционным отключением и включением.

Приводы вакуумных выключателей.

Могут быть электромагнитными (с магнитной защелкой) или пружинными с заводом от электродвигателя. Изготавливает завод «Электроаппарат».

Плавкие предохранители (высоковольтные).

Действие предохранителя основано на плавке током короткого замыкания металлической вставки небольшого сечения, гашения образовавшейся дуги. В электроустановках напряжение 1000 Вольт предохранители имеют ограниченное применение. Их используют для защиты силовых трансформаторов, статических конденсаторов, а также для защиты измерительных трансформаторов напряжения. Выпускают до 110 кВ. Преимущества: 1) простота конструкции; 2) быстрое отключение цепи при коротком замыкании; 3) способность предохранителей некоторых типов ограничивать ток короткого замыкания (с кварцевым наполнением).

Недостатки: 1) не могут быть использованы для защиты цепей при перегрузках; 2) отключение цепей с помощью предохранителей в большинстве случаев связано с перенапряжением; 3) возможность однополюсного отключения.

Защитные характеристики плавких предохранителей.

Представляют собой зависимость времени плавления вставки или времени отключения цепи от соответствующих значений протекающего тока t~=f(I); t=f(I).



При увеличении номинального тока плавкой вставки защитные характеристики предохранителя смещаются вправо.

Газогенерирующие плавкие предохранители

(стреляющие предохранители).

Используются для наружной установки в устройствах 35 и 110 кВ. Например, предохранитель ПВТ-35 (предохранитель выхлопной для защиты силовых трансформаторов и линий 35 кВ; применяется в комплектных трансформаторных устройствах (КТП).

Любой плавкий предохранитель состоит из изолирующего патрона с плавкой вставкой контактной системы с зажимами для присоединения проводников и изолирующего основания. Большинство предохранителей имеет показатели срабатывания.

Предохранители типа ПВТ-35 в корпус патрона помещены пробки из винипласта. Под действием дуги стенки винипластовых трубок выделяют газ, давление в патроне повышается и дуга гасится в потоке газа, вытекающего из патрона. Срабатывание предохранителя сопровождается звуком выстрела артиллерийского орудия и автомата АК-47.

Для защиты электроустановок от атмосферных перенапряжений применяются молниеотводы, защитные тросы, искровые промежутки, вентильные разрядники, которые в последнее время заменяются нелинейными ОПН.

Наиболее эффективной мерой защиты ВЛ по всей ее длине от прямого удара молнии является применение тросовых и стержневых молнии отводов, однако тросовые средства защиты приводят к удержанию молнии 110 кВ и выше, выполненных на металлических и железобетонных опорах.

Конструкция и принцип действия вентильного разрядника.

Используется для защиты электроустановок от внутренних и атмосферных перенапряжений.

Он состоит из набора искровых промежутков, последовательно к которым включен полупроводниковый резистор, выполняющий функцию варистора. Варистор имеет специфическую зависимость сопротивления от приложенного напряжения.

При прохождении волны перенапряжения, происходит пробой искрового промежутка, создается электрическая цепь и в землю через варистор начинает протекать импульсный ток.

Свободному прохождению в землю импульсного тока способствует малое сопротивление варистора при большом напряжении т.1 на графике.

По мере прохождения импульсного тока, амплитуда волны перенапряжения уменьшается, и сопротивление варистора возрастает т.2.

И в землю начинает стекать сопровождающий ток меньшой величины и при очередном прохождении синусоиды через ноль дуга гаснет, вентильный разрядник разрядник готов к следующему циклу.

В настоящее время вентильные разрядники заменяются на ОПН, у которых отсутствуют искровые промежутки, зато варистор выполнен на основе современных полупроводниковых материалов на базе оксида цинка ZnO.

Варистор имеет более крутую характеристику обеспечивающую уменьшение импульсного тока и уменьшение амплитуды волны перенапряжения.

Вентильные разрядники и ОПН устанавливаются параллельно защищаемому объекту, они характеризуются остающимся напряжением.

Остающиеся напряжение должно быть на 20-30% ниже пробивного напряжения защищаемой электроустановки.

На ВЛ без тросовой защиты в месте с ослабленной изоляцией следует установить искровые промежутки или трубчатые разрядники.

Искровой промежуток представляет собой два дугообразных электрода разделенных воздушным промежутком 10-15 мм. Один электрод соединяется с фазой, другой с заземлением.

Трубчатые разрядники имеют внутри трубки искровой промежуток, гашению дуги способствует газогенерирующие вставки, подключение осуществляется через внешний искровой промежуток.

Распределительные устройства

- это электроустановки, предназначенные для приема и распределения электрической энергии, содержат электрические аппараты, шины и вспомогательные устройства. Бывают закрытые РУ (ЗРУ) и открытые РУ (ОРУ).

ЗРУ располагаются внутри здания, ОРУ за пределом здания.

ЗРУ сооружаются при напряжениях до 20 кВ, при более высоких напряжениях ОРУ.

Требования к РУ

1. неизолированные токоведущие части должны быть ограждены или помещены в специальные камеры.

2. Из помещения ЗРУ должен быть выход в наружу или в помещении не сгораемые.

Двери из РУ должны открываться в наружу, иметь самозапирающие замки, открываемые без ключа со стороны РУ.

В ЗРУ предусматривается естественная вентиляция помещений, трансформаторов и реакторов, а также аварийная вытяжная вентиляция камер с маслонаполненным оборудованием.

РУ монтированные из укрепленных узлов называются сборными.

Все аппараты ОРУ обычно располагаются на не высоких металлических или железобетонных основаниях.

Преимущества ОРУ перед ЗРУ

1. меньше объем строительных работ,

2. легче выполняется реконструкция,

3. электрооборудование доступно для наблюдения.

Недостатки ОРУ

1. подвержены загрязнению

2. имеют большую площадь

3. менее удобны в обслуживании при низких температурах.

В настоящее время существует тенденция использования комплектных РУ с элегазовым наполнением (КРУЭ).

Заземляющие устройства РУ и их нормирование.

При повреждении изоляции проводников относительно земли в месте повреждения возникает ток, значение и продолжительность которого зависит от рабочего заземления сети. В эффективно заземленных нейтралях ток в месте замыкания достигает 1000 А, однако, его длительность составляет 10-е доли секунды из-за срабатывания релейной защиты.

В сетях не заземленных или заземленные через ДГР ток однофазного ЗНЗ не превышает нескольких десятков А, но этот ток протекает длительное время.

От места повреждения ток замыкания возвращается частично по проводам, частично через землю. В месте перехода тока в землю могут возникать значительные потенциалы и градиенты напряжения на поверхности земли опасные для людей находящихся по близости.

Для устранения этой опасности на подстанциях линиях электропередачи предусматривают заземляющие устройства заземляющие устройства снижающие потенциалы и градиенты напряжения до приемлемых значений. Основой заземляющих устройств является заземлитель предназначенный для обеспечения прохождения тока в землю.

Контурный проводник заземлителя должен охватывать установку в целом на площадке наружного РУ вдоль рядов оборудования подлежащего заземлению укладываются проводники на глубине около 0,5 м., кроме того, укладываются проводники образующие сетку, присоединяют предметы подлежащие заземлению с помощью проводников называемых спусками.

Основной заземлитель - это специальный заземлитель для проведения тока в землю, вспомогательный заземлитель - это металлический предмет любого назначения соединенный с землей. Например, стальные каркасы зданий, арматура железобетонных оснований проложенных в земле, металлические проводы за исключением трубопровода горючих жидкостей или взрывчатых газов и смесей, а также свинцовые оболочки проложенных в земле. Не допускается использовать в качестве естественного заземлителя алюминиевые оболочки кабеля.

Заземлители должны быть связаны с магистралями заземлений не менее, чем 2-мя проводниками присоединенными к заземлителю в разных местах для искусственных заземлителей применяется сталь, они не должны иметь окраски. В качестве искусственных заземлителей допускается применение заземлителей из электропроводящего бетона. К основному заземлителю присоединяют

1. вспомогательные естественные заземлители

2. нейтрали генераторов и трансформаторов подлежащие к заземлению

3. разрядники и молниеотводы

4. металлические части электрического оборудования могущие оказаться под напряжением

5. корпуса электрических машин. Металлических конструкций РУ и ограждений. Вторичные обмотки измерительных трансформаторов, а также нейтрали силовых трансформаторов (обмотки 380-220 В).

Защитная зона одиночного стержневого молниеотвода представляет собой конус, радиус основания которого и высота рассчитывается по специальным формулам (см. инструкцию по молния защите сооружений 2004 год).

Характеристика земли.

Основные вещества, из которых состоит земля - это окись кремния и окись алюминия, которые практически не проводят электрический ток. Проводимость земли объясняется наличием влаги между частицами окислов и растворенных в ней солей. Земля обладает электролитической проводимостью. Бетон в сухом состоянии является хорошим изолятором. Бетон в земле обладает электрической проводимостью, что обусловлено проникновением влаги.

В зимнее время влага замерзает и удельное сопротивление бетона резко увеличивается.

Существует электропроводящий бетон (БетЭл), который может быть использован при сооружении фундаментов под оборудование и опоры, что повысит эффективность их использования в качестве вспомогательных естественных заземлителей.

Нормирование заземляющих устройств.

...