Глава 13
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ ТОРФОПРЕДПРИЯТИЙ
§ 13-1. Основные понятия и определения
Подстанцией называется электроустановка, в которой осуществляется преобразование (трансформация) или распределение электроэнергии. Подстанция, в которой электроэнергия трансформируется с высшего напряжения на низшее и которая включает в себя силовые трансформаторы, аппараты и приборы для управления ими, называется понизительной трансформаторной подстанцией. Подстанция, преобразующая электроэнергию с низшего напряжения на высшее, называется повысительной.
Понизительная трансформаторная подстанция напряжением 6 или 10 кВ с установленной мощностью 1000 кВА и ниже называется трансформаторным пунктом (ТП). Трансформаторные подстанции, состоящие из металлических шкафов со встроенными в них аппаратами и различными приборами, называются сокращенно КТП — комплектные трансформаторные подстанции. Они изготовляются в заводских условиях на напряжения 6—35 кВ для внутренней (КТПВ) и наружной (КТПН) установки и поставляются к месту установки в собранном виде. КТП выпускаются на мощности до 1800 кВА.
Часть подстанции, которая служит для приема и распределения электроэнергии и в которой смонтированы аппараты и приборы управления, защиты и измерения, сборные и соединительные шины, называется распределительным устройством — РУ. В зависимости от места и способа расположения аппаратуры РУ делятся на три вида:
- закрытые распределительные устройства (ЗРУ), все электрооборудование которых устанавливается в закрытом помещении;
- открытые распределительные устройства (ОРУ), основное электрооборудование которых устанавливается на открытом воздухе;
- комплектные распределительные устройства (КРУ), все электрооборудование которых располагается в металлических шкафах.
Подстанция, предназначенная только для приема и распределения электроэнергии одного напряжения без ее трансформации, называется распределительным пунктом — РП. Сооружение РП целесообразно при наличии нескольких ТП.
§ 13-2. Аппараты высокого напряжения и токоведущие части трансформаторных подстанций
При включении и отключении электрических цепей высокого напряжения между контактами отключающего аппарата возникает мощная электрическая дуга которая разрушает контакты аппарата, создает короткие замыкания, вызывает аварии и несчастные случаи. В связи с этим при конструировании аппаратов высокого напряжения основное внимание уделяется вопросам гашения электрической дуги, изоляции токоведущих частей, механической и термической устойчивости токоведущих частей аппаратов при коротких замыканиях.
Рис. 13-1. Трехполюсный разъединитель для внутренней установки:
1 — вал; 2 — рычаг вала; 3 — фарфоровые тяги; 4 — неподвижные контакты; 5 — поводок; 6 — подвижные контакты.
Разъединители.
Для предотвращения включения напряжения на обесточенном участке электрической цепи, а также для создания видимого места разрыва цепи с целью безопасного производства работ на отключенном участке электроустановки -служат разъединители. Правилами допускается включение и отключение разъединителями (трехполюсными с механическим приводом) тока холостого хода силовых трансформаторов и зарядного тока воздушных и кабельных линий, если последний не превышает определенной величины.
Вследствие того что разъединители не предназначены для разрыва цепей, по которым проходит рабочий или аварийный ток, они не имеют устройств для гашения дуги и конструкция их сравнительно проста.
Разъединители изготовляются в однополюсном и трехполюсном исполнениях для внутренней и наружной установки. На рис. 13-1 приведен трехполюсный разъединитель для внутренней установки. Включение и отключение разъединителя осуществляется рычажным приводом (на рис. 13-1 не показан), тяга которого соединяется с рычагом, закрепленным на конце вала. Привод снабжен устройством, позволяющим запирать его и тем самым исключать возможность ошибочного отключения разъединителя при неснятой нагрузке.
Разъемные разъединяющие устройства.
Для подключения к воздушным линиям передвижных торфяных машин и трансформаторных подстанций служат трехполюсные разъемные разъединители.
Принципиальная схема присоединения передвижной установки к воздушной линии при помощи разъемного разъединителя приведена на рис. 13-2.
Рис. 13-2. Принципиальная схема присоединения передвижной установки к воздушной линии при помощи разъемного разъединителя.
Разъемный разъединитель состоит из кабельной части 1, которая при помощи гибкого кабеля 2 связана с передвижной установкой 3, и столбовой части 4, укрепленной на опоре 5 воздушной линии 6. На каждую передвижную установку приходится одна кабельная часть, а число столбовых частей определяется количеством мест присоединений.
Присоединение передвижной установки к воздушной линии осуществляется без снятия напряжения с линии, что является важным преимуществом применения разъемных разъединителей по сравнению с глухим подключением питающего кабеля.
Существует несколько конструкций разъемных разъединителей. Наиболее совершенной является конструкция, разработанная торфопредприятием «Осинторф» (рис. 13-3). Штанга 1 кабельной части разъединителя (рис. 13-3,а) вставляется при помощи направляющих уголков 3. в вырезы направляющей штанги 9 столбовой части (рис. 13-3, б) и укрепляется болтами на опоре 8. Приподняв втулку 4, освобождают шарнир 5 и опускают траверсу 2. Прикрепив к последней гибкий кабель, присоединяют его жилы к зажимам контактных ножей. Толкая затем рукоятку 6 вверх, поднимают подвижную траверсу с подвешенным кабелем и включают разъединитель. Втулка 4, опускаясь, запирает шарнир 5.
Чтобы запереть разъединитель во включенном положении, поворачивают при помощи ключа винт замка 7. Ключ от замка хранится в гнезде распределительного ящика на передвижной машине и заперт при включенном положении выключателя. Чтобы достать ключ для отключения разъединителя, необходимо предварительно отключить выключатель, т. е. снять нагрузку.
Рис. 13-3. Разъемный разъединитель («Осин-торф»):
а — столбовая часть; б — кабельная часть.
Высоковольтные выключатели.
Одним из основных аппаратов в схемах электроснабжения высокого напряжения является высоковольтный выключатель, который предназначен для включения и отключения токов нагрузки и автоматического отключения токов короткого замыкания. Выключатели бывают масляные, воздушные и со специальной газогенерирующей средой.
Масляные выключатели конструктивно подразделяются на баковые с большим объемом масла и горшковые, или маломасляные, с малым объемом масла.
Рис. 13-4. Масляный выключатель типа ВМБ-10, 3—10 кВ, 600 А:
1 — подвижный контакт; 2 — неподвижный контакт; 3 — изоляционная штанга; 4 — отключающие пружины; 5 — указатель положения выключателя; 6 — фарфоровые вводы; 7 — крышка; 8 — бак; 9 — выхлопная труба; 10 — траверса; 11 — пружины; 12 — трансформаторное масло.
На рис. 13-4 приведен разрез многообъемного масляного выключателя ВМБ-10 на номинальное напряжение 10 кВ. Выключатель состоит из металлического бака с герметической крышкой. В бак заливается трансформаторное масло, которое используется для гашения дуги и, кроме того, является изоляцией, отделяющей токоведущие части выключателя друг от друга и от заземленного бака. При расхождении подвижных и неподвижных контактов выключателя между ними возникает электрическая дуга, которая, разлагая масло, создает вокруг себя газовый пузырь. Создаваемое в газовом пузыре давление и продукты разложения масла (главным образом водород) гасят дугу.
Многообъемные масляные выключатели требуют большого расхода масла; кроме того, они относятся к типу пожаро- и взрывоопасных. Поэтому их применение с каждым годом сокращается. На промышленных предприятиях они практически не используются.
В торфяных электроустановках напряжением 6 кВ многообъемные масляные выключатели ВМБ-10 используются главным образом в распределительных высоковольтных ящиках типа РВНО-6, с помощью которых осуществляется обслуживание и управление высоковольтных электродвигателей и силовых трансформаторов.
Рис. 13-5. Масляный выключатель ВМП-10:
1 — крышка; 2 и 6 — зажимы; 3 — фланец; 4 — бак; 5 — корпус; 7 — изолирующая тяга; 8 — вал.
В установках 6—10 кВ в последние годы в основном применяются малообъемные масляные выключатели, как более компактные, легкие и менее опасные. Наибольшее применение из них нашли выключатели типа ВМГ-133. В выключателях этого типа разрыв контактов происходит в стальных цилиндрах (баках), заполненных трансформаторным маслом.
На каждую фазу приходится отдельный цилиндр, внутри которого внизу помещен неподвижный розеточный контакт.
При разрыве контактов между ними возникает электрическая дуга, под воздействием которой окружающие ее слои масла частично испаряются и разлагаются. В результате образования газов давление в цилиндре повышается и струи масла и газа устремляются между расходящимися контактами, обеспечивая гашение дуги в сравнительно короткий период — 0,1 сек.
Выключатели ВМГ-133 в настоящее время заменяются новыми масляными выключателями ВМП-10 (рис. 13-5) более совершенной конструкции, надежными и удобными в эксплуатации.
В выключателях со специальной газогенерирующей средой (автогазовые выключатели) гашение дуги осуществляется при помощи дутья газами, выделяемыми под действием высокой температуры дуги твердым дугогасящим веществом — органическим стеклом (плексигласом).
В воздушных выключателях, получающих все более широкое распространение, при их отключении сжатый воздух устремляется в щель, возникающую между подвижными и неподвижными контактами, выдувая и охлаждая дугу.
Управление выключателями осуществляется при помощи ручных, электромагнитных (соленоидных) и пружинных приводов.
Ручные приводы с автоматическим отключением (рис. 13-6) находят широкое применение для управления выключателями при напряжении до 10 кВ на небольших подстанциях, когда для включения выключателя требуется приложить небольшое усилие.
Электромагнитные приводы применяются для дистанционного и автоматического управления выключателями. Электромагниты приводов работают на постоянном токе и требуют мощных аккумуляторных батарей.
Стремление освободиться от аккумуляторного хозяйства для приводов выключателей привело к созданию ряда пружинно-моторных приводов, позволяющих осуществлять автоматическое и дистанционное управление выключателями любого типа.
Выключатели нагрузки.
Наиболее простым и дешевым видом высоковольтного выключателя является выключатель нагрузки, предназначенный для включения и отключения цепей при токах нагрузки до нескольких сот ампер (до 400 Л).
Выключатели нагрузки выпускаются двух типов: без предохранителей — ВН-16 и с предохранителями — ВНП-16.
Рис. 13-6. Привод типа ПРБА:
а — вид спереди; б — вид сбоку; 1 — корпус; 2 — крышка привода; 3 — рычаг управления; 4 — тяга; 5 — релейная коробка; 6 — реле максимального тока; 7 — реле минимального напряжения; 8 — блинкер; 9 — блокировочные контакты типа КСА; 10 — рычаг блок- контактов.
Выключатель нагрузки ВНП-16 (рис. 13-7, а) представляет собой трехполюсный аппарат, конструктивно близкий к разъединителю. В отключенном состоянии выключатель создает видимое место разрыва в токовой цепи, как и разъединитель нормальной конструкции.
Для отключения токов нагрузки и возникающей при этом дуги выключатель нагрузки снабжен гасительными камерами и дополнительными дугогасительными ножами изогнутей формы, которые скользят при работе выключателя в пазах камер.
Дугогасительные камеры, (рис. 13-7, б) изготовляются из пластмассы. В каждой камере имеются дугогасительные контакты и вкладыш из органического стекла.
При включении выключателя дугогасительный контакт (нож) входит в щель, образованную вкладышами, и при дальнейшем своем перемещении врубается в неподвижные дугогасительные контакты. Замыкание рабочих (главных) контактов происходит после того, как замкнулись дугогасительные контакты.
Рис. 13-7. Выключатель нагрузки типа ВНП-16:
а — общий вид; б — дугогасительное устройство; 1 — неподвижный дугогасительный контакт; 2 — дугогасительная камера из пластмассы; 3 — вкладыш из органического стекла; 4 — подвижный дугогасительный контакт; 5 — предохранитель типа ПК; 6 — подвижный рабочий контакт (нож); 7 — неподвижный рабочий контакт; 8 — отключающая пружина; 9 — стальная рама.
При отключении процесс происходит в обратном порядке, т. е. сначала размыкаются главные контакты, а затем дугогасительные. При расхождении дугогасительных контактов между ними возникает электрическая дуга. Под действием высокой температуры дуги органическое стекло вкладышей дугогасительной камеры выделяет большое количество газов, которые активно способствуют гашению дуги.
Выключатель ВНП-16 благодаря наличию комплекта высоковольтных предохранителей защищает электроустановку от токов короткого замыкания.
Промышленность выпускает также выключатель типа ВНП-17, который отличается от выключателя типа ВНП-16 наличием автоматического отключающего устройства при перегорании одного из предохранителей.
Для управления выключателями типа ВНП применяют рычажные приводы ручного управления (ПР) или приводы с автоматическим отключением (ПРА).
Предохранители.
Для защиты электроустановок напряжением 3—35 кВ небольшой мощности от токов короткого замыкания применяются плавкие предохранители типа ПК для внутренней установки и типа ПСН для наружной установки.
Рис. 13-7. Выключатель нагрузки типа ПК, 3—35 кВ;
а — общий вид; б — патрон предохранителя в разрезе.
Предохранитель типа ПК (рис. 13-8) крепится на фланце 4 и состоит из фарфорового патрона 1, заполненного сухим кварцевым песком 8 и закрытого герметически с обоих концов латунными колпачками 2 и крышкой 6. Патрон зажимается в контактных стойках, укрепленных на опорных изоляторах 3. Предохранители снабжены указателями 7 срабатывания (расплавления) вставки.
Предохранители ПК — токоограничивающие. Быстрому гашению электрической дуги, возникающей при перегорании плавкой вставки 5, способствует кварцевый песок. В узком извилистом канале, образованном на месте сгоревшей плавкой вставки, дуга быстро охлаждается, а содержащиеся в ее среде металлические пары конденсируются в песке. В связи с уменьшением количества паров металла в электрической дуге ее сопротивление увеличивается и процесс гашения ускоряется.
Предохранители ПК применяются для защиты силовых цепей электродвигателей, силовых трансформаторов, косинусных конденсаторов.
Для защиты от коротких замыканий высоковольтных цепей измерительных трансформаторов напряжения применяются предохранители ПКТ.
Разрядники.
Разрядники предназначены для защиты электроустановок от перенапряжения (например, при попадании в линию грозового разряда) путем поглощения и отвода в землю энергии перенапряжения. При нормальных условиях сеть высокого напряжения изолирована от земли при помощи искровых промежутков разрядников (рис. 13-9). При перенапряжении, превышающем разрядное напряжение искровых промежутков, последние пробиваются и опасная волна перенапряжения разряжается на землю.
В зависимости от способа гашения электрической дуги, которая образуется при пробое искрового промежутка, существуют два конструктивных типа разрядников: трубчатые — серии РТ и вентильные — серии РВ. В трубчатых разрядниках с фибробакелитовой или винипластмассовой трубкой интенсивное гашение дуги создается с помощью газов, которые образуются при частичном разрушении трубки под воздействием высокой температуры дуги. В вентильных разрядниках последовательно с искровым промежутком включено нелинейное сопротивление в виде дисков из вилита, ограничивающих величину тока электрической дуги.
Измерительные трансформаторы.
Измерительные трансформаторы тока и трансформаторы напряжения применяются для питания цепей автоматики и сигнализации, а также обмоток измерительных приборов и реле. Они также обеспечивают безопасную работу с приборами в установках высокого напряжения, так как их вторичные обмотки изолированы от первичных.
Рис. 13-9. Схемы подключения к линии разрядников: а — трубчатые разрядники серии РТ; б — вентильные разрядники серии РВ.
Трансформаторы тока понижают величину измеряемого переменного тока и служат для питания токовых обмоток измерительных приборов и реле.
Первичная обмотка трансформатора тока имеет небольшое число витков (от одного и выше), а количество витков вторичной обмотки рассчитывается таким образом, чтобы при протекании по первичной обмотке номинального тока во вторичной обмотке ток был равен 5 А. На рис. 13-10 приведен общий вид трансформатора тока проходного типа напряжением 6—10 кВ. Достоинством таких проходных трансформаторов является то, что в них совмещены два элемента распределительного устройства — проходной изолятор и трансформатор тока. Этим достигается возможность не только снижения стоимости, но и сокращения размеров распределительного устройства.
Трансформаторы напряжения по своему устройству, конструкции и схеме включения аналогичны силовым трансформаторам очень небольшой мощности (25—500 ВА). Они выполняются на вторичное напряжение 100 В как в однофазном, так и трехфазном исполнениях. На рис. 13-11 показана выемная часть наиболее простого по своей конструкции однофазного трансформатора напряжения НОМ-10 для включения в сеть 10 кВ.
Изоляторы.
Изоляторы служат для крепления токоведущих частей в распределительных устройствах, поэтому они должны удовлетворять определенным требованиям в отношении изоляционных свойств, механической прочности, теплостойкости и влагоустойчивости. Изготовляются изоляторы главным образом из фарфора.
В закрытых распределительных устройствах применяются изоляторы опорные и проходные (рис. 13-12); в наружных электроустановках — штыревые и подвесные. Из подвесных изоляторов комплектуются гирлянды, которые служат для крепления проводов при напряжениях 35 кВ и выше.
Рис. 13-10. Трансформатор тока проходной многовитковый типа ТПФ, 6—10 кВ:
1 — сердечник (магнитопровод); 2 — изолятор; 3 — первичная обмотка; 4 — выводы первичной обмотки; 5 — выводы вторичной обмотки.
Рис. 13-11. Трансформатор напряжения типа НОМ-10:
- — сердечник (магнитопровод); 2 — обмотка трансформатора; 3 — выводы обмотки низшего напряжения; 4 — пробка маслоналивного отверстия; 5 — выводы обмотки высшего напряжения; 6 — изоляторы высшего напряжения.
Шины.
Материалом для шин служат алюминий и сталь. Применение медных шин для распределительных устройств запрещено.
В электроустановках напряжением до 35 кВ применяются шипы прямоугольного сечения, выше 35 кВ — круглого сечения. Шины прямоугольного сечения по сравнению с круглыми более экономичны, так как при одном и том же сечении они имеют большую поверхность охлаждения и, следовательно, допускают большие плотности тока. В электроустановках напряжением 35 кВ и выше во избежание коронирования применяют шины круглого сечения.
Для удобства эксплуатации шины в распределительных устройствах окрашиваются в определенные, установленные Правилами цвета: шины трехфазного тока — фаза А — желтый; фаза В — зеленый; фаза С — красный; шины заземления — фиолетовый. Шины постоянного тока положительного полюса окрашиваются в красный цвет, отрицательного — в синий.
Рис. 13-12. Изоляторы 3—10 кВ: а — опорный; б — проходной; 1 — опорный фланец; 2 — фарфоровый корпус; 3 — опорный колпачок; 4 — токоведущий стержень.
В открытых распределительных устройствах шины не окрашиваются. Для распознавания фаз на шинах в определенных местах подвешиваются металлические кружки соответствующих цветов.
