Включение подстанции в шахтную высоковольтную сеть осуществляется через распределительное устройство высокого напряжения (РУВН), представляющее собой сварную стальную оболочку, состоящую из двух отсеков: отсек разъединителя и вводная коробка с кабельной муфтой.
До 1968 г. отечественные шахтные передвижные подстанции с кварценаполненным трансформатором в РУВН исполнялись с разъединителем холостого хода, а с 1968 г. РУ изготовляются с разъединителем нагрузки.
В РУВН с разъединителем холостого хода (рис. 5-36) включение и разрыв цепи высшего напряжения трансформатора осуществляется в обесточенном состоянии или на холостом ходу трансформатора.
Включение и отключение разъединителя контролируются визуально через смотровые окна 1 на боковых стенках РУ.
Вводная коробка РУВН с разъединителем холостого хода размещена в нижней части РУ. Расстояние от токоведущей шпильки проходного изолятора 25 до переходной коробки 27 выдержано согласно требованиям сухой разделки кабеля 180 мм.
Крышки РУВН крепятся на петлях и притягиваются к фланцам болтами. Так же как в РУНН на крышках имеются уплотнительные шнуры, утопленные в канавках.
Рис. 5-36. Распредустройство ВН с разъединителем холостого хода. 1— смотровые окна; 2 —кнопка управления с одним замыкающим и одним размыкающим контактом: 3 — вводная коробка под контрольный кабель; 4 — тяга от блокировочного валика к оси кнопки управления: 5 —втулка блокировочного валика; 6 — ручка-ключ; 7 — фиксатор положения ручки-ключа; 8 — рукоятка моментного привода разъединителя; 9 — контрольные изоляторы электрической блокировки разъединителя с автоматом НН; 10 — контрольные изоляторы электрической блокировки разъединителя с высоковольтным выключателем; 11— диск блокировочного валика; 12 — муфта под контрольный кабель; 13 — палец фиксатора; 14— рычаг вала привода; 15 — стопорный винт рукоятки моментного привода; 16 — петля основной крышки; 17 — крышка вводной коробки; 18 — вал привода; 19 — шпонка вала привода; 20 — тяга от вала привода к ножам; 21 — ножи; 22 — основная крышка; 23 — неподвижные контакты; 24— фланец; 25 — проходные изоляторы; 26 — скоба для крепления РУ к шасси; 27 — переходная коробка.
Неподвижные контакты разъединителя установлены на верхних проходных изоляторах 23, через которые осуществлен ввод напряжения к обмоткам трансформатора; отводы обмотки ВН крепятся к шпилькам изоляторов. Ножи разъединителя 21 смонтированы на нижних проходных изоляторах, осуществляющих ввод напряжения из вводной коробки в отсек разъединителя. К шпилькам этих изоляторов в вводной коробке крепятся жилы кабеля. К ножам разъединителя шарнирно прикреплены тяги 20, которые другими своими концами сочленены также шарнирно с рычагами 14, сидящими на валу моментного привода 18. Шпонки 19 исключают проворот рычагов 14 относительно вала 18. Вал имеет возможность разворачиваться в своих подшипниках на необходимый для включения и отключения угол. Угол разворота регулируется двумя болтами, ввернутыми упоры-стойки, которые ограничивают движение рычага, жестко связанного с валом. Болты принимают на себя кинетическую энергию удара ножей и предохраняют от разрушения изоляторы, несущие неподвижные контакты. Зазор между ножами и токоведущей шпилькой изолятора с неподвижными контактами составляет 5—7 мм. Отставание при включении я отключении между отдельными ножами допускается в пределах 3 мм.
Включенное или отключенное состояние разъединителя фиксируется диском блокировочного валика 11, который, входя в один из пазов на диске вала моментного привода, не дает последнему разворачиваться. Разворот вала, т. е. включение и отключение разъединителя, возможен в случае совпадения лаза на диске блокировочного вала с пазом диска вала моментного привода.
При нахождении блокировочной ручки-ключа 6 в положении «включено» диск блокировочного валика не дает возможности манипулировать разъединителем. При нахождении ручки-ключа в положении «отключено» разъединитель можно включать и отключать. Блокировочная ручка-ключ 6 снимается только в положении выше фиксатора 7, когда разъединитель отключен. Для ее снятия нажимают фиксатор 7 и ручку-ключ поворотом по часовой стрелке переводят в верхнее положение до совпадения шпонки на ручке с пазом на втулке 5. Ступица ручки-ключа имеет специальную конфигурацию и служит ключом для отвинчивания невыпадающих болтов на всех крышках шахтной подстанции. Таким образом осуществляется блокировка открывания крышек подстанции от ошибочных действий обслуживающего персонала. Поворачивая ручку-ключ 6, а вместе с ней блокировочный валик, через шарнирно связанную с валиком тягу 4, воздействуют на кнопку управления 2, имеющую один замыкающий контакт, включенный через изоляторы 9 в цепь отключающей катушки автомата в РУНН, и один размыкающий, включенный через изоляторы 10 в цепь нулевой катушки высоковольтного выключателя в ЦПП шахты (РВД-6 или УРВ-6). В положении «отключено» размыкающий контакт раскрыт, а замыкающий контакт закрыт; при этом осуществляется электрическая блокировка разъединителя и нет возможности разъединителем холостого хода разорвать ток нагрузки подстанции. Разъединитель холостого хода способен разорвать ток до 1,4 а при напряжении 6 000 в и 3 а при напряжении 3 000 в.
Рис. 5-37. Моментный привод разъединителя холостого хода.
1 — рычаг со штырем; 2 — тяга приводной пружины; 3 — приводная пружина; 4 — кулачок приводного вала; 5 — кулачок, связанный с рукояткой; 6 — приводной вал; 7 — подвижная шайба тяги; 8 — неподвижная ось тяги; 9 — щеки для крепления неподвижной оси; 10 — подвижная ось тяги.
Номинальный ток разъединителя 60 а. Разъединитель устойчив к действию ударного тока до 25 000 а.
Включение и отключение разъединителя производится моментным приводом (рис. 5-37) через рукоятку 8 (рис. 5-36). Рукоятка через кулачок 5 взводит пружину
до нейтрального положения; при дальнейшем движении рукоятки пружина, пройдя нейтральное положение, освобождается и штырем рычага 1 бьет по кулачку приводного вала 4, производя включение или отключение разъединителя. Длительность включения и отключения разъединителя не зависит от оператора и составляет 1,5 периода, в течение которых происходит полное гашение дуги.
Кинематика движения моментального привода сконструирована таким образом, чтобы освободить руку оператора от толчка приводной пружины при ее срабатывании.
На первых изготовленных опытных образцах разъединитель холостого хода прошел типовые испытания:
а) на механическую прочность; б) на коммутационную способность; в) на динамическую устойчивость; г) на термическую устойчивость; д) на нагрев.
Испытание на механическую прочность.
После замеров всех конструктивных размеров согласно чертежам и давления в контактах, а также переходных омических сопротивлений проводилось 2 000 циклов «включение — отключение» и затем повторные замеры.
Первоначальное давление и переходные сопротивления равны соответственно 11—14 кГ/см2 и 40—50Х 10-5 Ом после 2 000 циклов «В—О» давление должно быть не ниже 5,3 кГ/см2, а сопротивление не ниже 30-10-5 Ом.
Испытание на коммутационную способность.
Для проверки коммутационной способности разъединителя в методике был принят ток 1,4 а при напряжении 6 кВ и ток 2,8 а при напряжении 3 кВ*.
*Ток холостого хода трансформаторов не превышает 1 а.
Испытания велись при закрытой крышке РУ. Производилось минимум 10 отключений при токе 1,4 а для 6 кВ и 2,8 а для 3 кВ.
Как показали осциллограммы, от упругого удара
об упор в конце хода разъединителя происходит отброс ножей на некоторый угол в обратную сторону. Полное гашение дуги происходит через 1,5 периода для 6 кВ и в течение 1 периода для 3 кВ.
В результате испытаний установлено, что за предельно допустимый ток следует принимать ток 1,4 а для 1 кВ и 3 а для 3 кВ.
Испытание на динамическую устойчивость.
Испытания разъединителя холостого хода на динамическую устойчивость проводились в ВЭИ им. Ленина. Через последовательно соединенные ножи разъединителя пропускался ток короткого замыкания, величина и длительность которого записывались магнитным осциллографом. После каждого опыта короткого замыкания производился тщательный осмотр контактов разъединителя. Опыт повторялся 6 раз при постепенном увеличении тока короткого замыкания. Длительность короткого замыкания не превышала 6—7 периодов. При максимальном ударном токе 34,6 кА и эффективном значении 13,5 кА произошло легкое приваривание ножей контактов средней фазы.
Предельным ударным током динамической устойчивости разъединителя холостого хода исходя из результатов испытаний признано считать ударный ток 25 кА и соответствующий ему эффективный ток 10 кА.
Исходя из допустимой мощности короткого замыкания в шахтных сетях 50 000 кВА при напряжении 6 кВ, возможный ударный ток короткого замыкания на выходных контактах разъединителя принят равным 13,15 кА, а установившийся действующий 5,2 кА.
Таким образом, разъединитель имеет почти двойной запас прочности по динамической устойчивости.
Испытание на термическую устойчивость.
Термическое действие тока короткого замыкания определяется его эффективным значением и временем действия. Время действия тока равно времени срабатывания защиты 0,2 сек. Испытание проводилось удвоенным расчетным током, т. е. 2 000 а в течение 5 сек. Максимальное превышение температуры над окружающей средой составило 15° С.
Согласно ГОСТ 689-55 «Разъединители переменного тока высокого напряжения» допускается температура для меди до 300° С. Следовательно, разъединитель имеет большой запас по термической устойчивости.
Испытание на нагрев.
Испытание на нагрев проводилось током 100 а до установившейся температуры. Температура регистрировалась показаниями термопар, установленных в различных точках разъединителя. В результате испытания выявлено, что максимальное превышение температуры относительно окружающего воздуха составляет 20° С, при допустимых по ГОСТ 8024-56 45° С,
Как показал семилетний опыт работы шахтных подстанций, эксплуатация подстанций с разъединителем холостого хода на стороне ВН затруднительна и необходимо иметь разъединитель нагрузки (мощности). С 1968 г. в шахтных подстанциях применяется сконструированный Гипронисэлектрошахт разъединитель нагрузки. Он (рис. 5-38) представляет собой малогабаритный аппарат, способный отключить ток номинальной нагрузки трансформатора. В отличие от разъединителя холостого хода, смонтированного на проходных изоляторах, разъединитель нагрузки выполнен выемным блоком, что позволяет вести сборку и регулировку его вне корпуса РУ.
Рис. 5-38. Распределительное устройство ВН с разъединителем нагрузки.
1 — кабельная муфта; 2 — вводная коробка для силовых кабелей;
3 — крышка вводной коробки; 4 — монтажная крышка; 5 — проходные изоляторы; 6 — отводы; 7 — дугогасительные камеры; 8 — опорные изоляторы; 9 — подвижные контакты; 10 — приводная пружина; 11 — ножи; 12 — подвижные силовые ножи; 13 — дугогасительные контакты, 14 — вводная коробка для контрольных кабелей; 15 — проходные зажимы для контрольных цепей; 16 — рукоятка блокировочного приспособления: 17 — блокировочная ручка-ключ; 18 — пружина рычаг приводного вала; 19 — приводной вал; 20 — рычаг; 21 — кулачок, 22 — блокировочный кулачок с выступами.
Опорные изоляторы 8 типа ОМБ-Ш установлены на сварной раме. Подвижные ножи 12. 13 шарнирно крепятся к кронштейнам, заармированным в нижних опорных изоляторах. На верхних опорных изоляторах крепятся кронштейны с неподвижными контактами 9 и дугогасительные камеры 7. Подвижные ножи 12, 13 приводятся в действие посредством изоляционных тяг 11, прикрепленных к рычагам 20, жестко связанных с приводным валом 19, причем сочленение тяги 11 и рычага 20 имеет две степени свободы: одно вращательное и одно поступательное (продольный вырез в тяге); движение в одной плоскости.
Приводной вал имеет кроме рычагов, сочлененных с тягами, также рычаги, Связанный с приводными пружинами 10.
Гашение дуги при движении дугогасительного ножа 13, шарнирно закрепленного на силовых ножах 12, происходит в дугогасительной камере 7. При свободном движении дугогасительный нож удерживается пружинами в положении между силовыми раздвоенными щеками ножа одного полюса (фазы). Во включенном положении силовые ножи охватывают губки неподвижного контакта, а дугогасительный нож входит в зацепление с токоведущей защелкой внутри дугогасительной камеры.
Включение разъединителя производится рукояткой 16, связанной с приводным валом, причем вал поворачивается вместе с жестко связанными с ним рычагами и взводит две приводные пружины. Подвижные ножи в это время остаются на месте, так как на рычаге 20 штифт скользит в прорезях тяг 11. Пружина взводится до момента, пока ось рычага и ось тяги не окажутся на одной линии. После этого уже под действием пружины происходит дальнейший поворот вала и с этого момента рычаг входит в зацепление с тягой, производя поворот подвижных ножей. Поворот вала ограничен посредством регулируемых упоров, снимающих ударную нагрузку подвижных ножей с опорных изоляторов. В момент, когда поворот вала прекращается, подвижный нож охватывает своими раздвижными щеками неподвижный контакт, а .дугогасительный нож, пройдя через щель камеры, проходит пружинную защелку внутри дугогасительной камеры.
Включение разъединителя после начала работы приводных пружин происходит независимо от действия оператора, так как рукоятка сочленена с приводным валом с помощью кулачка с вырезом, соответствующим нужному повороту вала.
При отключении поворот вала и работа приводных пружин происходят так же, как и при включении. При этом щеки подвижных ножей выходят из зацепления с неподвижными контактами раньше, чем дугогасительный нож, так как последний упирается в защелку и удерживается ею до тех пор, пока расстояние между подвижным ножом и защелкой не станет больше длины дугогасительного ножа. После выхода дугогасительного ножа из зацепления с защелкой он с большей скоростью, чем силовые ножи проворачивается вокруг своей оси. Скорость дугогасительного ножа складывается из скорости силовых ножей и скорости, придаваемой ему пружинами, связывающими его с силовыми ножами. Гашение дуги происходит за счет интенсивного растягивания и охлаждения дуги в щеках дугогасительной камеры.
Поворот подвижного ножа при отключении ограничивается регулируемым упором, укрепленным на кронштейне опорного изолятора.
Разъединитель нагрузки во включенном и отключенном положении должен быть застопорен. Для этой цели на валик рукоятки 16 насажен кулачок 21 с вырезом. В этот вырез заходит один из выступов кулачка 22, связанного с блокировочной ручкой 17. Пружина 18 постоянно прижимает кулачок блокировочной ручки к кулачку основной рукоятки.
Для включения и отключения разъединителя необходимо развернуть блокировочную ручку, освободив кулачок основной ручки, после чего можно включить или отключить разъединитель. Под приливом кулачка блокировочной ручки установлена кнопка, ею можно подавать импульс на отключение автоматического выключателя РУНН или высоковольтного выключателя, от которого питается подстанция.
В отличие от РУВН с разъединителем холостого хода РУВН с разъединителем нагрузки имеет вводную коробку 2, расположенную в верхней части РУ. Ввод напряжения в отсек разъединителя осуществляется проходными изоляторами 5. Муфта 1 крепится к вводной коробке с торцевой стороны РУВН. Монтажная крышка 4 служит для подключения отводов 6 от подвижных ножей к проходным изоляторам, установленным на переходной коробке кварценаполненного трансформатора. Крышка 4 вместе с основной крышкой распредустройства служит также для осмотров и ревизии РУВН во время эксплуатации, На левой боковой стенке РУВН помещена вводная коробка 14 для контрольных кабелей. На коробке имеются две муфты под кабель диаметром до 18 мм. Одна муфта под трехжильный кабель на пульт управления, другая под двухжильный кабель к метан-реле. Проходные зажимы 15 под контрольные кабели отделены от силовых изоляторов перегородкой. Для визуального наблюдения за положением ножей в боковых стенках оболочки имеются окна.
В отличие от разъединителя холостого хода, где ввод напряжения осуществлен на подвижные ножи, в разъединителе нагрузки питание подводится на неподвижные контакты.
Оболочки РУВН как для разъединителя холостого хода, так и для разъединителя нагрузки имеют прямоугольную форму, выполнены из листовой стали толщиной 8 мм и усилены ребрами. Оболочки испытываются на жесткость внутренним избыточным давлением 10 ат.
Токоведущие части разъединителей изготовляются из медных шин и проводов. Токоведущая часть дугогасительного ножа выполнена из безоловянной твердой бронзы. Токоведущие контакты разъединителей покрываются оловом толщиной 6 мк.
Изоляционные вставки в тяги разъединителей и смотровые стекла оболочек выполняются из органического стекла марки А (ТУ 1783-53). Детали из оргстекла шлифуются.
Крепеж, валы, оси и другие ответственные детали имеют покрытие Кд 15Хр(ГОСТ 9791-61). Проходные втулки, имеющие поверхность под «взрыв», выполняются из латуни. Втулки имеют буртик, который при запрессовке латунных втулок в корпус оболочки должен находиться во внутренней полости оболочки, чтобы принять на себя давление во время испытания и при аварийном режиме. Резьба на фланцах оболочек выполняется на глухих отверстиях или с подваркой заглушек в полости оболочки. Головки болтов РУ утоплены в тело крышек и отвинчивание их осуществимо только торцевым ключом.
Дугогасительные камеры выполнены из асбоцементных плит (ГОСТ 4248-52). Для 'придания камере механической прочности асбоцементные плиты закрыты с наружной стороны пластинами, отпрессованными из пресс-материала АГ-4С (ГОСТ 10087-62).
Рычаги приводного вала, имеющие сложную конфигурацию, выполняются литыми из стали 25л-1 (ГОСТ 977-58).
Окраска РУВН производится аналогично окраске РУНН (§ 5-8).
Программа и методика типовых испытаний РУ с разъединителем нагрузки аналогичны программе и методике испытаний РУВН с разъединителем холостого хода. В процессе испытаний первых образцов выявилась недостаточная прочность опорных изоляторов типа ОМА-Ю, которые были заменены на изоляторы типа ОМБ-Ю.
Для испытаний коммутационной способности разъединителя нагрузки был принят номинальный ток обмотки ВН нагруженного трансформатора мощностью 320 кВА при напряжении 6 кВ, равный 31 а.
Операции испытаний проводились по циклу: О—П—В—П—О—П—В—П—О, где О — операция отключения; П — пауза между операциями, равная 180 сек; В —операция включения.
Испытания проводились ступенями, составляющими 15, 30, 60, 100% отключаемого тока подстанции. Результаты испытаний контролировались последующими осмотрами разъединителя.
Для испытания на термическую устойчивость разъединителя нагрузки был принят предельный ток короткого замыкания, возможный в случае короткого замыкания сразу за разъединителем, исходя из предельной мощности короткого замыкания, что представляет собой весьма жесткие условия.
Контроль за температурой нагрева токоведущих частей производился с помощью термопар. В результате термических испытаний было установлено, что превышение температуры токоведущих частей разъединителя нагрузки составляет 157° С, что укладывается в предельно допустимые температуры для медных и латунных частей.
Испытания на динамическую устойчивость для разъединителей нагрузки не проводились ввиду явных запасов жесткости конструкции по сравнению с разъединителем холостого хода, который такие испытания выдержал.
Испытания на нагрев производились путем пропускания через разъединитель максимального тока возможной нагрузки в длительном режиме до установившейся температуры частей разъединителя. Контроль за температурой велся посредством термопар. Выяснилось, что разъединитель нагрузки имеет большие запасы по температуре для установившегося режима.
