Принципы конструирования КРУ 6-35 кВ

При номинальных напряжениях 6 — 35 кВ масса и габариты аппаратов, используемых для распределения электроэнергии между потребителями, относительно невелики. Это позволяет изготовлять РУ или отдельные их элементы (ячейки) полностью в заводских условиях. Распределительные устройства, изготовляемые укомплектованными блоками для монтажа на месте эксплуатации, называют комплектными распределительными устройствами (КРУ).
Принятая классификация КРУ предусматривает разделение их на устройства внутренней и наружной установки, а также по ряду других признаков, в том числе по климатическим условиям работы, конструктивному исполнению, типу коммутационного аппарата, условиям обслуживания.
Состав ячеек КРУ может быть различным. В зависимости от главного элемента различают ячейки с выключателями, с ТН, с кабельными или воздушными вводами и т.д. Число вариантов исполнения каждого из упомянутых типов ячеек может достигать восьми — десяти. Например, ячейки с выключателем высокого напряжения могут различаться типом выключателя, наличием или отсутствием ТТ, заземляющего разъединителя, кабельной разделки, направлением вывода нагрузки и т.д. Так, отечественные КРУ серии КРУ-2-10 класса напряжения 10 кВ имеют 21 вариант схем ячейки с выключателем. Все возможные схемы исполнения ячеек КРУ этого типа приводятся в соответствующих технических описаниях и справочниках в виде так называемых сеток схем.

Рис. 1 Распределительное устройство КЭ-10 с электромагнитным выключателем на номинальный ток до 1600 А:
1 — трансформатор тока; 2 — выдвижной элемент, 3 — шкаф релейный; А, В, С — фазы

Рассмотрим основные черты конструкции одного из наиболее совершенных КРУ типа КЭ-10 (рис. 1), выпускаемого Ровенским заводом высоковольтной аппаратуры (РЗВА). Эти КРУ предназначены для работы на подстанциях общепромышленного назначения, а также при частых коммутационных операциях. Их характеристика приведена в табл. 1. Сетка схем главных цепей КРУ КЭ-10 включает в себя 48 вариантов схем. Шкафы КРУ подразделяются на шкафы с выключателями, разъединителями, силовыми предохранителями, трансформаторами напряжения, трансформаторами собственных нужд, разрядниками, а также на шкафы глухих вводов и кабельных сборок (всего 27 типоисполнений). Как и все отечественные КРУ внутренней установки классов напряжения 6 — 10 кВ, они предназначены для работы с одинарной системой сборных шин.
В табл. 1 содержатся сведения о ячейках КЭ-10 двух вариантов исполнения на номинальные токи отключения 20 и 31,5 кА, с электродинамической стойкостью 52 и 81 кА соответственно. Ячейки КЭ-10 обладают наименьшей среди известных КРУ шириной (750 мм) и имеют твердое изоляционное   покрытие всех токоведущих элементов высокого напряжения.

Таблица 1.

Все элементы ячейки размещены внутри металлического шкафа, состоящего из каркаса, выдвижного элемента и релейного шкафа. Каркас, представляющий собой покрытый металлическими листами сборный корпус, разделен стальными перегородками толщиной 2 мм на отсеки, в том числе отсек сборных шин, отсек выдвижного элемента, отсек отпаек сборных шин и отсек линейных шин. Это позволяет локализовать в пределах одного шкафа возможные повреждения при возникновении электрической дуги.
Сборные шины выполняются из алюминиевых и медных полос, а в тропическом исполнении только из медных.
В отсеке линейных шин размещены линейные шины и отпайки, проходящие в отсек выключателя через проходные изоляционные втулки или через втулки ТТ. В зависимости от схемы главных цепей в линейном отсеке устанавливается до трех ТТ. Предусмотрена также установка заземляющего устройства, включение которого невозможно при замкнутом выключателе.
Отсек сборных шин закрыт сверху свободно открывающейся крышкой с жалюзи. Сборные шины устанавливаются в специальных пазах изоляционных опор.
Крепление отпаек в отсеке отпаек сборных шин выполнено поворотным, что дает возможность очищать нижнюю часть опоры от пыли.
При компоновке шкафов с кабельными вводами в средней части шкафа организуется кабельный отсек. Конструкция КРУ позволяет подключать до четырех кабелей сечением 3x240 мм2 в шкафу с выключателем и до десяти аналогичных кабелей в шкафу кабельных сборок.
Отсек выдвижного элемента предназначен для размещения тележки с электромагнитным выключателем, штепсельным разъединителем, ТН или другим элементом.
В изображенном на рис. 1 варианте исполнения ячейки на выдвижном элементе размещен электромагнитный выключатель типа ВЭ-10, подключаемый к схеме КРУ с помощью разъемных контактов. Изоляция разъемных контактов выполнена горшкового типа и обеспечивает разделение отсека кабельной сборки и отсека выключателя. При одностороннем обслуживании (доступ к шкафу только с лицевой стороны) и двухрядном расположении ячеек достигнутая в конструкции малая глубина всей ячейки и выдвижного элемента позволяют обеспечить необходимую ширину прохода 1,8 м при общей ширине помещения РУ, равной 6 м, что меньше, чем для других типов отечественных КРУ.
Защитная и сигнализационная аппаратура ячейки расположена внутри релейного шкафа. В зависимости от числа элементов в схеме вспомогательных соединений релейные шкафы КРУ КЭ-10 выпускаются в двух типоисполнениях высотой 715 и 900 мм, причем в последнем случае общая высота ячейки увеличивается до 2585 мм (по сравнению с 2400 мм, как указано в табл.*1). Основными элементами релейного шкафа являются сварной каркас с дверью и подвижная тележка с установленной на ней аппаратурой защиты и управления. Для удобства обслуживания каретка имеет возможность выдвигаться из шкафа и поворачиваться на 90°. Подсоединение релейного шкафа и тележки выполнено с помощью гибких проводов и разъемных контактов по 20 цепей в каждом. На двери релейного шкафа размещены счетчики электроэнергии, блоки указательных реле, а также другая аппаратура, в том числе устанавливаемая и по специальному требованию заказчика.
На базе ячеек типа КЭ-10 освоен выпуск шкафов КРУ типа КМ-10. Их отличие от базового варианта заключается в установке на выдвижном элементе маломасляных выключателей колонкового типа серии ВК-10. Технические данные практически совпадают с КРУ базового варианта.
Рассмотрим варианты исполнения ячеек с выключателем КРУ классов напряжения 7,2 — 24 кВ фирмы ВВС (Швейцария) типов ВВ и ВА. Они могут отличаться один от другого не только схемами главных цепей, но и наличием или отсутствием металлической перегородки между отсеком сборных шин и отсеком выключателя, возможностью использования в РУ с одинарной или двойной системой сборных шин и т.д. Основным вариантом является тип ВВ1. Его важнейшие особенности: использование в качестве сборных шин одинаковых труб для всех классов напряжения; доступ к кабельному вводу с передней стороны ячейки, что позволяет устанавливать ее у стены здания (возможность одностороннего обслуживания), идентичность разъемов подключения выключателя к сборным шинам или к кабельному вводу, что дает возможность при необходимости менять их местами.
Ячейка типа ВА1 отличается от ВВ1 наличием металлических перегородок, образующих отсеки сборных шин, выключателя и кабельного ввода. Она снабжена подвижными металлическими заслонками, прикрывающими отверстия вводов высокого напряжения. При необходимости компоновки схемы РУ с двойной системой сборных шин требования максимальной надежности и безопасности привели к созданию варианта типа ВА2. Устройство состоит из двух шкафов типа ВА1, установленных задними стенками вплотную один к другому. Единственным отличием является высоковольтный проходной изолятор, установленный в задней стенке.
Ограничения, накладываемые строительными условиями по вводу кабеля в ячейку или сверху, обусловили создание КРУ других вариантов, которые нуждаются в обслуживании и со стороны задней стенки шкафа и могут быть использованы при кабельной подводке с обеих сторон. Стремление к унификации изделий и увеличению серийности при изготовлении КРУ приводит к постоянному уменьшению числа вариантов исполнения, например, в КРУ GA-24 (табл. 1) их три-четыре.
Элементы ячеек КРУ размещаются, как правило, внутри прочного металлического заземленного шкафа. Принятая международная классификация защитных оболочек   фиксирует как возможность проникновения через отверстия в оболочке тел определенного размера, так и степень защищенности оборудования от попадания воды. Шкафы современных КРУ выполняются с уровнем защищенности не ниже 1РЗО, что соответствует максимальному диаметру отверстий в оболочке не более 2,5 мм и отсутствию защиты от воздействия воды как в виде дождя, так и в виде отдельных капель. Выбор уровня защищенности оболочки обусловливается работой КРУ в закрытом помещении, или под открытым небом, а также наличием в окружающей среде влаги, песка, пыли или мелких насекомых.
При размещении ячейки КРУ внутри шкафа важной особенностью конструкции является либо возможность одностороннего обслуживания, либо необходимость обслуживания с двух сторон. В первом случае ячейки могут быть установлены в два ряда вплотную к стене помещения РУ с проходом для контроля и обслуживания шириной 1800 — 2200 мм. При этом достигается компактное размещение большого числа ячеек. При двухстороннем обслуживании вдоль стены должен быть оставлен коридор шириной не менее 1 м, и общая занимаемая площадь возрастает.
В зависимости от наличия или отсутствия внутренних перегородок в соответствии с рекомендацией МЭК КРУ делятся на три типа: с металлическими перегородками между отсеками шкафа, с перегородками из диэлектрического материала, без перегородок.
При этом ячейки второго типа обладают тем преимуществом, что при коротком замыкании внутри ячейки электрическая дуга не фиксируется на диэлектрических перегородках.
Наиболее ответственным элементом схем КРУ являются выключатели высокого напряжения (ВВ), выполняющие основные функции по перераспределению потоков энергии. Они определяют такие наиболее существенные для потребителя параметры КРУ, как номинальный рабочий ток, номинальный ток КЗ и др. (см. табл. 1). Конструкция ВВ, используемая в нем среда дугогашения являются важными характеристиками КРУ. Первоначально в качестве среды дугогашения использовались воздух и минеральное масло, в настоящее время — вакуум и элегаз. По оценкам специалистов КРУ среднего и высокого напряжения на 40 — 60 % должны оснащаться вакуумными выключателями. Некоторые фирмы развитых стран (например, японская Мейденша) полностью перешли на выпуск КРУ с вакуумными выключателями, а фирма ВВС разработала взаимозаменяемые выключатели с элегазовым или вакуумным принципом гашения дуги, позволяющие по требованию заказчика использовать ту или иную среду дугогашения в любой схеме КРУ.