Отделители и короткозамыкатели | Разъединители, отделители, короткозамыкатели | Оборудование

Страница 2 из 2

2. ОТДЕЛИТЕЛИ И КОРОТКОЗАМЫКАТЕЛИ 2.1. Общие сведения

В настоящее время разработаны типовые схемы высоковольтных подстанций без выключателей на питающей линии. Это позволяет удешевить и упростить оборудование при сохранении высокой надежности. Для замены выключателей на стороне высокого напряжения используются короткозамыкатели и отделители. Короткозамыкатель — это быстродействующий контактный аппарат, который по сигналу релейной защиты создает искусственное КЗ сети.

Короткозамыкатели наружной установки с приводом ШПК (привод короткозамыкателя в шкафу) и трансформатором тока ТШЛ 0,5 (трансформатор тока шинный, с литой изоляцией, класс точности 0,5) предназначены для создания искусственного короткого замыкания (двухфазного у КЗ-35 или на землю у КЗ-110, КЗ-220) при повреждениях в трансформаторе. Под воздействием защиты замыкание вызывает отключение выключателей, установленных на питающих концах линий. Управление короткозамыкателем осуществляется приводом ШПК, причем включается короткозамыкатель автоматически под действием пружинного механизма при срабатывании привода от сигнала релейной защиты. При необходимости короткозамыкатель может быть включен также вручную. Отключается короткозамыкатель только при ручном оперировании. Отделитель представляет собой разъединитель, который быстро отключает обесточенную цепь после подачи команды на его привод. Если в обычном разъединителе скорость отключения очень мала, то в отделителе процесс отключения длится 0,5-1,0 с. Отделитель отсоединяет поврежденные участки электрической цепи после отключения защитного выключателя. Выключатель срабатывает от искусственного короткого замыкания, создаваемого короткозамыкателем. Отделители представляют собой двухколонковый разъединитель с ножами заземления (ОДЗ); одним ОДЗ-1А, ОДЗ-1Б, двумя ОДЗ-2 или без них (ОД), управляемый приводом ШПО (привод отделителя в шкафу). До 110 кВ включительно три полюса отделителя соединяются в общий трехполюсный аппарат и управляются одним приводом ШПО. Отделители на 220 кВ выполняются в виде трех отдельных полюсов, каждый из которых управляется самостоятельным приводом. Отключение отделителя происходит автоматически под действием заведенных пружин при срабатывании блокирующего реле или отключающего электромагнита, освобождающих механизм свободного расцепления привода. Включение отделителя производится вручную.

Назначение короткозамыкателя и отделителя

Кратко расскажем, для чего предназначен каждый из коммутационных аппаратов:

  • Основная задача отделителей – произвести оперативное отключение обесточенного проблемного сегмента сети. По сути, этот контактный аппарат является разъединителем со скоростью срабатывания 500-1000 мс. Конструкция может иметь заземление или быть изолированной от него.

    Отделители и короткозамыкатели | Разъединители, отделители, короткозамыкатели | Оборудование


    Отделитель ОД-220

В сетях с классом напряжения до 110,0 кВ применяются трехполюсные аппараты, управляемые общим пусковым приводом. Для 220 кВ и выше используются однополюсные устройства (по одному на фазу). Отключаются отделители автоматически, а включаются вручную. Управление разъединителями осуществляется релейной защитой.

  • Короткозамыкателями называют быстродействующие приводы, используемые для создания искусственного замыкания в линии с целью вызвать ее защитное отключение. В такой операции возникает необходимость в случае возникновения нештатной ситуации или аварии, например, при повреждениях трансформаторов.

    Отделители и короткозамыкатели | Разъединители, отделители, короткозамыкатели | Оборудование


    Короткозамыкатель КЗ-110

В зависимости от конструкции замыкание производится между фазами (в сетях до 35,0 кВ) или одной из фаз на «землю», для линий с классом напряжения от 110,0 кВ. Включается короткозамыкатель автоматически, при срабатывании релейной защиты, но если возникнет необходимость, процесс может быть запущен вручную. Что касается отключения, то для него автоматический режим не предусмотрен.

Основные технические данные короткозамыкателя.

Таблица №1

Наименование параметра КЗ-110(М) КЗ-35
Сопротивление изоляции тяги, МОм 1000 1000
Испытательное напряжение фарфоровой изоляции, кВ 95
Вытягивающие усилие подвижных контактов из неподвижных (для пары ламелей), Н (кгс) 200-300 (20-30) 80-100 (8-10)
Полное время включения, с, не более 0,4 (0,35) 0,4
Зазор между ножом и упором контакта (в положении включено), мм 15-20 15-20
Угол поворота ножа (в положении отключено), град 60 60
расстояние между крайней точкой ножа и контакта (в положении отключено), мм 880-920
ход штока буфера (в положении отключено), мм 19-22 19-22

Устройство короткозамыкателя и отделителя

Кратко расскажем о конструкции электромеханических аппаратов, изображенных выше, это будет полезно при объяснении их принципа работы. Начнем с отделителя, его упрощенный чертеж представлен ниже (рис.3 1).

Отделители и короткозамыкатели | Разъединители, отделители, короткозамыкатели | Оборудование


Рисунок 3. 1) конструкция отделителя; 2)конструкция короткозамыкателя

Обозначения (часть 1 конструкция отделителя):

  • А1 – стойки изоляторы.
  • B1 – поворотные штанги с установленными контактами ножами.
  • С1 – пружинный механизм, приводящий в движение поворотные штанги.
  • D1 – платформа.
  • E1 – шкаф с электромагнитным «спусковым» механизмом, освобождающим пружинный привод, разводящий контактные части.

Как сами устройства, так и механика их работы не отличаются сложностью. Мы уже упоминали, что применение отделителя производится при снятом напряжении с сети, то есть, когда включаются выключатели на питающей магистрали. Следовательно, на разъединители можно не устанавливать специальные вакуумные дугогасительные контактные камеры.

Теперь рассмотрим основные элементы конструкции короткозамыкателя (рис.3 2):

  • A2 – основная (опорная) штанга-изолятор.
  • В2 – неподвижная штанга с контактными ножами.
  • С2 – пружинный привод.
  • D2 – платформа, на которой установлен короткозамыкатель.
  • E2 – шкаф для электромагнитного привода и трансформатора тока.
  • F2 – подвижная заземленная штанга, замыкающая полюса короткозамыкателя.

Конструктивно короткозамыкатель КЗ-35, а также другие модели, создающие искусственное межфазное КЗ, имеют несколько отличий от представленного на рисунке устройства. Поскольку имитируется линейное замыкание, то подвижная не соединена с «землей», она подключается к другой фазе. Соответственно, конструкция снабжена еще одним изолятором-стойкой.

Плавкие предохранители

Что такое выключатели плавкие предохранители?

Плавкий предохранитель — устройство, которое за счет расплавления одной или нескольких его деталей, имеющих определенную конструкцию и размеры, размыкает цепь, в которую оно включено, прерывая ток, если он превышает заданное значение в течение определенного времени. Предохранитель включает в себя все детали, образующие готовые изделия.

Плавкий предохранитель является самым слабым участком защищаемой электрической цепи, срабатывающим в аварийном режиме, тем самым разрывая цепь и предотвращая последующее разрушение более ценных элементов электрической цепи высокой температурой, вызванной чрезмерными значениями силы тока.

Первые плавкие предохранители начали использоваться ещё в конце 19 века. С тех пор их суть не меняется, изменяется лишь технология производства и качество их работы как путём подбора материалов, из которых они сделаны, так и путём изменения конструктивного исполнения.

Необходимо отметить что термины плавкий предохранитель и плавкая вставка имеют существенно различные значения в современных стандартах по электротехнике.

Принцип работы плавкого предохранителя

В качестве защитного элемента в плавком предохранителе применяется т.н. плавкая вставка, которая находится внутри патрона, заполненного дугогасящей средой, интенсивно поглощающей тепло (кварцевым песком) например предохраниели типов ПН-2 или ПК, либо без заполнения, иногда в предохранителях используется автогазовый принцип, при термическое действие дуги приводит к выделению дугогасящих газов из конструкционных элементов патрона (такой принцип дугогашения имеют предохранители типа ПР-2: при действии дуги из фибровый корпус предохранителя выделяет газы).

Плавкую вставку выполняют у мощных предохранителей в пластины с вырезами, уменьшающими площадь сечения вставки, при этом в номинальном режиме избыточная теплота из зауженных мест благодаря теплопроводности успевает распространиться на широкие части и вся вставка имеют практически одинаковую температуру. При перегрузках теплота не успевает полностью перераспределиться по всему объёму вставки и происходит её плавление в самом горячем месте. При коротком замыкании процесс идёт настолько интенсивно, что перераспределения теплоты практически не происходит и вставка перегорает в нескольких суженных местах.

Для более быстрого срабатывания предохранителя (в быстродействующих предохранителях) используют специальные конструкции (придают плавкой вставке специальную форму), в которых отключение цепи в предохранителе при больших токах происходит не посредством плавлением вставки, а её разрывом электродинамическими силами (иногда для ускорения срабатывания плавкая вставка дополнительно нагружается усилием натянутой пружины). Для ускорения плавления вставки также применяют явление металлургического эффекта, данное решение применяют обычно в предохранителях со вставками из ряда параллельных поволок (например в предохранителях типа ПК).

В некоторых конструкциях предохранителей используются вставки с переменным сечением проволок (предохранители типа ПКТ на токи до 7,5 А): разное время перегорания отдельных участков приводит к снижению перенапряжений при срабатывании предохранителя.

Важной характеристикой всякой защиты по току, в т.ч. и предохранителя является время — токовая характеристика, описываемая обычно в виде графика, по оси абсцисс откладывается ток, чаще всего в относительных единицах (за единицу принимается номинальный ток плавкой вставки), а по ординате — время срабатывания. При этом надо иметь в виду, что характеристика каждого экземпляра предохранителя (даже из одной партии) имеет свою время — токовую характеристику, что указывается в каталоге на каждый тип предохранителя как «зона разброса характеристик», которая гарантируется производителем.

При этом надо иметь в виду разницу между номинальным током предохранителя и номинальным током плавкой вставки:

номинальный ток предохранителя — это ток, на который рассчитан патрон предохранителя

номинальный ток плавкой вставки — это ток, на который рассчитана плавкая вставка.

В данный размер патрон предохранителя может быть установлено несколько вставок на разные номинальные токи, при этом самая наибольшая в номинальном ряду равна обычно номинальному току патрона.

Некоторые типы предохранителей (например ПК) имеют индикатор срабатывания в виде подпружиненного штифта, при перегорании плавкой вставки указательный штифт выбрасывается пружиной из корпуса предохранителя, показывая срабатывание предохранителя. Иногда данный штифт нажимает на специальный сигнальный контакт, подавая сигнал о перегорании предохранителя по цепям телемеханики.

Основные требования, предъявляемые к плавким предохранителям

К предохранителям предъявляются следующие требования:

  • Времятоковая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта.
  • При коротком замыкании предохранители должны работать селективно.
  • Время срабатывания предохранителя при коротком замыкании должно быть минимально возможным, особенно при защите полупроводниковых приборов. Предохранители должны работать с токоограничением.
  • Характеристики предохранителя должны быть стабильными. Разброс параметров из-за производственных отклонений не должен нарушать защитные свойства предохранителя.
  • В связи с возросшей мощностью установок предохранители должны иметь высокую отключающую способность.
  • Замена сгоревшего предохранителя или плавкой вставки не должна требовать много времени.

В промышленности наибольшее распространение получили предохранители типов ПР-2 и ПН-2.

Конструкция плавкого предохранителя

Все плавкие вставки, вне зависимости от конструктивных особенностей, включают в себя два основных элемента:

  • плавкий элемент — токопроводящий элемент из металла, сплава нескольких металлов или специально подобранных слоёв нескольких металлов;
  • корпус — механизм или систему крепления плавкого элемента к контактам, обеспечивающим включение плавкого предохранителя в целом, как устройства, в электрическую цепь.

Корпуса плавких вставок обычно изготавливаются из высокопрочных сортов специальной керамики (фарфор, стеатит или корундо-муллитовая керамика). Для корпусов плавких вставок с малыми номинальными токами используются специальные стекла. Корпус плавкой вставки обычно выполняет роль базовой детали, на которой укреплен плавкий элемент с контактами плавкой вставки, указатель срабатывания, свободные контакты, устройства для оперирования плавкой вставкой и табличка с номинальными данными. Одновременно корпус выполняет функции камеры гашения электрической дуги.




Принцип действия

Механика действий этих устройств довольно простая, у отделителя она следующая: при поступлении сигнала срабатывает реле отключающее электромагнит, который блокирует пружинный механизм. В результате срабатывания привода отделителя, его поворотные штанги разводятся в разные стороны, размыкая контакты. Сигнал на отключения подают цепи управления релейной защиты.

Используются разъединители только с применением короткозамыкателей. Это связано с тем, что с помощью последних можно током КЗ вызвать срабатывание релейной защиты, как на текущей высоковольтной подстанции, так и той, к которой подключена питающая ЛЭП. Короткозамыкатель может быть запущен по сигналу защиты трансформатора или вручную, если в том возникла необходимость.

Как только сигнал на запуск получен, отключается электромагнит блокировки пружинного механизма и под его воздействием приводится в движение подвижный контакт. В результате короткозамыкатель вызовет КЗ линии, что моментально приведет в действие релейную защиту. По ее сигналу сработают высоковольтные выключатели питающей ЛЭП. Поскольку скорость срабатывания разъединителей существенно ниже, они будут производить отключение уже обесточенной магистрали.

Для закрепления материала рассмотрим несколько примеров.

Работа короткозамыкателя без отделителя

Ниже представлена принципиальная электрическая схема подстанции, где применяется короткозамыкатель без использования отделителя.

Отделители и короткозамыкатели | Разъединители, отделители, короткозамыкатели | Оборудование


Схема подстанции 110/10

Значащие обозначения:

  • A – Линейный размыкатель в высоковольтной части ТП.
  • В – Короткозамыкатель.
  • С – Силовой трансформатор.

В данной схеме короткозамыкатель будет работать следующим образом:

  1. Если возникают проблемы с трансформатором «С» его подает сигнал на короткозамыкатель «В».
  2. Механизм электромеханического устройства производит короткозамкнутое соединение.
  3. КЗ отслеживает релейная защита, и формирует сигнал на ЛР «А».
  4. Силовой выключатель срабатывает и отключает ввод.

После того, как будет установлена и устранена причина срабатывания защиты, отключается выключатель (то есть, производится подключения вводной линии).

Описанный выше пример организации защиты на подстанции вполне работоспособен и надежен, но применение выключателя в данном случае не оправдывает себя ввиду его высокой стоимости.

Совместная работа короткозамыкателя с отделителем

Теперь рассмотрим связку ОД-КЗ на примере подстанции с двумя трансформаторными группами, запитанными от одной входящей ЛЭП.

Отделители и короткозамыкатели | Разъединители, отделители, короткозамыкатели | Оборудование


Пример подстанции с ОД-КЗ

Обозначения:

  • Вк1 – силовой выключатель ВЛ (замкнут).
  • Вк2, Вк3 – силовые защитные выключатели на низкой стороне (замкнуты).
  • Вк4 – секторный выключатель (разомкнут).
  • Кз1, Кз2 – короткозамыкатели (разомкнуты).
  • Од1, Од2 – отделители (замкнуты).
  • Тр1, Тр2 – силовые трансформаторы 220/10

Для получения представления как работает данная схема, рассмотрим ситуацию с выходом из строя одного из трансформаторов:

  1. Представим, что в Тр2 нарушилась изоляция, что привело к образованию электроразрядов разлагающих масло, что обнаруживает газовое реле и подает соответствующий сигнал на щит управления короткозамыкателя Кз2.
  2. Сигнал, поступивший на блокирующее реле, приводит к его срабатыванию. Механизм разблокируется и пружинным приводом осуществляется толчок подвижной штанги, в результате замыкаются две фазы.
  3. Это включает Вк1, что приводит к отключению питающей линии обесточиванию Tp1 и Tp2. КЗ также вызывает соответствующую реакцию релейной защиты Tp2, она отключает Вк3 (снимается нагрузка) и запускает Од2. Поскольку у последнего самая низка скорость срабатывания, он приводится в действие последним, когда ВЛ и нагрузка отключены.
  4. Через определенную выдержку Вк1 вновь подключает ЛЭП (срабатывает система автоматического повторного включения).
  5. Автоматика ввода резерва включает Вк4.

По итогу на подстанции работает только Тр1, от которого запитываются обе секции.

Особенности

Идеальных систем не бывает, естественно, что у короткозамыкателей и отделителей имеется ряд особенностей, часть из которых можно причислить к недостаткам. Например, у последних резко снижается надежность срабатывания при оледенении. Эта проблема решается, если используются разъединители закрытого типа с элегазовым наполнением. Такие устройства стоят дороже обычных моделей, но все равно обходятся дешевле силовых выключателей.

К короткозамыкателям также имеются претензии, в частности, по скорости их срабатывания (она порядка 400-500 мс). Самое простое решение в данном случае – использование конструкций, где в качестве приводе используется пороховой заряд.

В остальном эксплуатация аппаратов, описанных в статье, вполне оправдывает себя, о чем говорит популярность связки ОД-КЗ.

Достоинства и недостатки

Отделители и короткозамыкатели в открытом виде не очень качественно работают в неблагоприятные погодные условия. Из-за этого была создана некая конструкция с системой контакта, помещенная в камеру с элегазом.

Установка с 35 киловаттами использует 2 полюса. Более мощные (110 киловатт и более) используется один полюс. Типичные короткозамыкатели срабатывают очень долго и поэтому целесообразней пользоваться устройством, в основе которого пороховой заряд. Взрыв его запускает нож в движение.

Важно знать, что контролируя состояние аппаратов, в первую очередь нужно проверять изоляцию на всех деталях.

Вот и все, что хотелось рассказать вам о принципе работы, конструкции и назначении короткозамыкателей и отделителей. Надеемся, информация была для вас полезной и понятной!

Советуем также прочитать:

Современная организация высоковольтных ЛЭП не предусматривает использование выключателей в узловых точках, подключенных к питающим линиям. Вместо них на большинстве подстанций используются короткозамыкатели и отделители. Такая концепция позволила, сохраняя высокий уровень надежности, существенно снизить стоимость оборудования и, что не маловажно, упростить его. Об устройстве этих электрических аппаратов и принципе действия будет рассказано ниже.

Поделиться:

Share on facebook
Share on twitter
Share on pinterest
Share on linkedin
Share on vk
Share on whatsapp

Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показанОбязательные для заполнения поля помечены *

*

Популярные статьи:

Май 2022
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031  

Категории:

Для авторов
Возможно многие из Вас обладают хорошими знаниями в сфере строительства и ремонта.

Мы предлагаем Вам заработать на своих знаниях получать дополнительный доход.

Что от Вас требуется:

  1. умение писать уникальные статьи;
  2. отличное знание русского языка;
  3. наличие свободного времени;
  4. желание.

Подробности здесь...
Посетители сайта
1 посетитель просматривают эту страницу.
Пользователей: 1 робот

Сейчас читают:

Если вы хотите получать уведомления на свой E-mail о появлении новых статей, то рекомендуем вам чуть ниже ввести свой электронный почтовый адрес.