В установках 35 кВ применяют два полюса короткозамыкателя, при срабатывании которых создаётся искусственное двухфазное КЗ. В установках с заземлённой нейтралью (110 кВ и выше) применяется один полюс короткозамыкателя. Конструкция короткозамыкателя КЗ-35 показана на рис. 1. Привод короткозамыкателей имеет пружину, которая обеспечивает включение заземлённого ножа на неподвижный контакт, находящийся под напряжением. Импульс для работы привода подаётся от релейной защиты. Отключение производится вручную. При включении короткозамыкателя во избежание возникновения дуги и повреждения аппарата необходимо обеспечить большую скорость движения ножа. В существующих конструкциях время включения короткозамыкателя составляет 0,12.0,25 с.
Короткозамыкатели представляют собой аппараты вертикально- рубящего типа, состоящие из основания, изоляционной колонки, неподвижного контакта с выводом для присоединения к линии электропередачи и заземляющего ножа, на конце которого укреплена съёмная контактная пластинка. В основании короткозамыкателя размещён вал, установленный в подшипниках, две включающие пружины с регулировкой натяжения, соединённые с основанием и рычагами вала короткозамыкателя, а также гидравлический буфер. Нормальное положение короткозамыкатель отключённое.
Рис. 1. Короткозамыкатель К3-35:
1 - основание; 2 - заземляющий нож; 3 - неподвижный контакт;
4 - изоляционная колонка; 5 - изоляционная вставка; 6 - привод ПРК-1; 7 - тяга; 8 - гибкая связь к заземляющей шине
При этом нож отведён от неподвижного контакта на разрядное расстояние, а его включающие пружины растянуты. Это положение ножа фиксируется приводом. При подаче сигнала на привод короткозамыкателя привод освобождает нож короткозамыкателя, который под действием пружины входит в неподвижный контакт, создавая короткое замыкание на землю.
Короткозамыкатели на 35, 154 и 220 кВ (табл. 1) выпускаются в исполнении У категории 1 по ГОСТ 15150-69 и 15543-70, КЗ-110У - в исполнениях У1 и Т1, КЗ-110 - в исполнении УХЛ1.
Расчётный гололёд для КРН-35 - 10 мм.
Длительность протекания тока термической стойкости для КРН-35 - 4 с, для остальных - 3 с.
Короткозамыкатель КРН-35 имеет двухполюсное исполнение и его включение приводит к двухфазному КЗ на землю, остальные короткозамыкатели однополюсные.
Для короткозамыкателей КЗ-110У-Т1 время включения при гололёде не нормируется.
1. Основные данные короткозамыкателей
Характеристика | КРН-35 | КЗ-110 | КЗ-150 | КЗ-220У |
Амплитуда предельного сквозного тока, кА | 42 | 51(32) | 51(32) | 51 |
Ток термической стойкости, кА | 12,5 | 20(12,5) | 20(12,5) | 20 |
Время включения (до касания контакта), с: без гололеда | 0,10 | 0,14(0,18) | 0,20(0,23) | 0,25 |
с гололедом до 20 мм | 0,15 | 0,20(0,28) | 0,28(0,35) | 0,35 |
Угол отключения ножа, град | 56 | 73(48) | 71(47) | 63 |
Допустимое тяжение провода, Н | 490 | 784 | 784 | 784 |
Длина пути утечки, см | 70 | 190(280) | 260(390) | 570 |
Габариты без привода, м: высота | 0,66 | 1,43(1,34) | 1,84 | 2,44 |
глубина (вдоль плоскости ножа) | 0,83 | 1,25(1,33) | 1,63(1,75) | 1,99 |
ширина | 1,2 | 0,3 | 0,6 | 0,6 |
Масса без привода, кг | 48 | 150(210) | 210(250) | 210 |
Примечания : 1. В буквенной части обозначения: КЗ - короткозамыкатель; КРН - короткозамыкатель рубящего типа наружной установки; в цифровой части - номинальное напряжение, кВ, У - усиленная изоляция.
2. Данные в скобках относятся, соответственно, к КЗ-110У и КЗ- 150У
Допустимое количество включений на КЗ без смены контактов - не менее пяти, из них не менее трёх на предельно допустимую амплитуду тока КЗ.
Отделители (рис. 3, 4) выполнены в виде однополюсных аппаратов с двумя опорно-поворотными изоляционными колонками. Поворот ножей при оперировании происходит в горизонтальной плоскости на угол 90°.
Рамой отделителей служит сварная конструкция из швеллеров, на концах которой закреплены чугунные основания. В основаниях на роликовых подшипниках вращаются рычаги, на которых установлены изоляционные колонки. На верхних фланцах колонок закреплены контактные ножи и контактные выводы. Отключение отделителей осуществляется при помощи энергии пружин, запасаемой одновременно с включением отделителей.
Рис. 3. Отделитель типа ОДЗ-35 с ножами заземления:
1 - шкаф управления; 2 - штанга; 3 - изолятор фарфоровый; 4 - ножи отделителя
Рис. 4. Отделитель ОД-110/600:
1 - привод; 2 - система рычагов; 3 - изоляционные колонки; 4 - контактные выводы; 5 - гибкие связи; 6 - контактные ножи; 7 - контактные ламели; 8 - защитный кожух; 9 - цоколь
Отделители управляются при помощи ручных приводов ПРО-1, обеспечивающих автоматическое, дистанционное и местное отключение и ручное включение отделителей. Технические данные отделителей приведены в табл. 2.
2. Основные данные отделителей
| Тип отделителя | ||||
Характеристика | ОД-35 | ОД-110 | ОД-110 | ОД-150 | ОД-220 |
Номинальный ток, А | 630 | 800 | 1000 | 1000 | 1000 |
Полное время отключения, с: без гололёда | 0,45 | 0,32 | 0,38 | 0,38 | 0,50 |
гололёд 15 мм | 0,50 | - | 0,45 | 0,45 | - |
гололёд 20 мм | - | - | - | 0,50 | 0,60 |
Допустимое тяжение провода, Н | 490 | 490 | 490 | 780 | 980 |
Длина пути утечки, см | 70 | 280 | 190 | 260/390 | 380 |
Сопротивление цепи, мкОм | 175 | 150 | 120 | 120 | 120 |
Габариты (без привода), м: длина (вдоль полюса) | 0,99 | 1,65 | 1,66(1,93) | 1,99 | 2,44 |
ширина не менее | 1,9 | 1,8 | 1,8 | 2,3 | 3,7 |
высота | 0,87 | 2,04 | 1,48 | 2,04(2,64) | 2,64 |
Масса полюса без привода, кг | 76 | 106 | 270(290) | 460(517) | 540 |
Примечания : 1. В буквенной части обозначения: ОД - отделитель, З - наличие заземляющего ножа, У - усиленная изоляция (категория Б по ГОСТ 9920-75); в цифровой - числитель - номинальное напряжение, кВ; знаменатель (в таблице опущен) - номинальный ток, А.
2. Данные в скобках относятся к ОДЗ-110 и ОДЗ-150У, соответственно (в случаях когда таковые отличаются от данных для ОД-110 и ОД-150).
Отделитель ОД-110/800 выпускается в исполнении Т категории 1 по ГОСТ 15150-69 и 15543-70, ОД-110/1000 и ОДЗ-110/1000 в исполнении УХЛ категории 1, остальные отделители - в исполнении У категории 1.
Расчетный гололёд для отделителей 35 кВ - 10 мм.
Предельный сквозной ток (амплитуда) - 80 кА. Длительность протекания тока термической стойкости для главных ножей отделителя 35 кВ - 4 с, для остальных напряжений - 3 с, для заземляющих ножей всех отделителей - 1 с.
Токи, отключаемые отделителями, приведены в табл. 3.
Для аппаратов внутренней установки, имеющих изолирующие перегородки между полюсами, токи могут быть увеличены в 1,5 раза против указанных в табл. 3.
Установка аппаратов и порядок их оперативного использования должны соответствовать требованиям Сборника директивных материалов Главтехуправления Минэнерго СССР (электротехническая часть), Энергоатомиздат, 1985.
Данные табл. 3 не распространяются на присоединения 110 - 500 кВ, к которым подключены ограничители перенапряжения типа ОПН.
Отделители 35 - 220 кВ, оснащённые дутьевой приставкой ВНИ- ИЭ, могут отключать намагничивающий ток трансформаторов любой мощности, а также (соответственно при напряжениях 35, 110 и 220 кВ) токи нагрузки 80, 50 и 110 А, зарядные токи ВЛ любой длины, длиной до 150 и 250 км, сравнительные токи до 180, 80 и 180 А.
Отделители по конструкции токоведущих частей не отличаются от разъединителей. Их контактная система не приспособлена для операций над рабочим током нагрузки. Основное назначение - быстрое отсоединение повреждённого участка электрической сети в бестоко- вую паузу. Допускаются также операции отключения и включения намагничивающих токов и зарядных токов. Для управления отделителями промышленностью допускаются полуавтоматические приводы ПРО-1У1. С помощью привода возможно отключение отделителей от устройства релейной защиты, дистанционно или с места установки, а также включение отделителей вручную. Ручное включение производится съёмной рукояткой, для чего необходимо сделать 35.40 оборотов за 50.60 с. При ручном включении отделителей одновременно заводятся и встроенные пружины. Запасаемая в них энергия пользуется затем для отключения отделителей. Процесс отключения длится не более 0,5 с.
В приводе ПРО-1У1 имеются два электромагнита отключения. Один из них, получающий питание от независимого источника тока, служит для оперативного отключения отделителей от ключа управления, второй, питаемый от батареи конденсаторов ёмкостью 40 мкФ, - для отключения релейной защитой при КЗ в момент так называемой «бестоковой паузы». При отключении отделителей электромагниты воздействуют на механизм свободного расцепления привода.
Токи, отключаемые и включаемые отделителями и разъединителями
Номинальное напряжение, кВ | Расстояние между осями полюсов, м | Наибольший отключаемый и включаемый токи, А | ||
намагничивающий | зарядный | замыкание на землю | ||
Наружная установка | ||||
6 | 0,40 | 2,5 | 3,0 | 7,5 |
10 | 0,50 | 2,5 | 4,0 | 6,0 |
20 | 0,75 | 3,0 | 3,0 | 4,5 |
35 | 1,0 | 3,0 | 2,0 | 3,0 |
35 | 2,0 | 3,0 | 3,0 | 5,0 |
110 | 2,0 | 6,0/4,0 | 2,5/1,5 | - |
110 | 2,5 | 7,0/6,0 | 3,0/2,0 | - |
110 | 3,0 | 9,0/8,0 | 3,5/3,0 | - |
110 | 3,5 | -/10,0 | -/3,5 | - |
150 | 2,5 | 2,3/- | 1,0/- | - |
150 | 2,7 | 4,0/- | 1,5/- | - |
150 | 3,0 | 6,0/2,3 | 2,0/1,0 | - |
150 | 3,4/3,7 | 7,6/5,0 | 2,5/1,5 | - |
150 | 4,0 | 10/5,5 | 3,0/2,0 | - |
150 | 4,4 | -/6,0 | -/2,5 | - |
220 | 3,5 | 3,0/3,0 | 1,0/1,0 | - |
220 | 4,0 | 5,0/5,0 | 1,5/1,5 | - |
220 | 4,5 | 8,0/8,0 | 2,0/2,0 | - |
330 | 6,0 | -/5,0 | -/2,0 | - |
330 ПН/ПНЗ | 6,0 | 3,5/4,5 | 1,0/1,5 | - |
500 | 7,5/8,0 | 5,0/6,0 | 2,0/2,5 | - |
500 ПН/ПНЗ | 8,0/7,5 | 5,0/5,5 | 2,0/2,5 | - |
Внутренняя установка | ||||
6 | 0,20 | 3,5 | 2,5 | 4,0 |
10 | 0,25 | 3,0 | 2,0 | 3,0 |
20 | 0,30 | 3,0 | 1,5 | 2,5 |
35 | 0,45 | 2,5 | 1,0 | 1,5 |
110 | 2,0 | 4,0 | 1,5 | - |
150 | 2,5 | 2,0 | 1,0 | - |
220 | 3,5 | 2,0 | 1,0 | - |
Примечание : 1. Для 110 кВ и выше в числителе - данные для аппаратов вертикально-рубящего типа, в знаменателе - горизонтально-поворотного. Для аппаратов 330 и 500 кВ (с обозначением ПН/ПНЗ) приведены данные, соответствующие разъединителям подвесному (числитель) и подвесному с опережающим отключением и отстающим включением полюса фазы В (знаменатель)
При автоматизации подстанций отделители используются не только для отключения электрических цепей, но также и для переключения подстанций на резервный источник питания. Переключение производится в бестоковую паузу, когда прохождение тока КЗ прервано отключением соответствующих выключателей. Для автоматического включения отделители заводского изготовления переделывают следующим образом. Обе колонки изоляторов вместе с ножами снимают, поворачивают у основания на 90° против нормального их вращения и в таком положении крепят к раме. Привод и встроенные пружины остаются в прежнем исполнении. В таком виде при разведении ножей встроенные пружины отделителя будут заводиться и действовать на включение при освобождении защёлки привода.
Отделители применяются в основном на подстанциях без выключателей со стороны ВН.
Надёжная работа установок обеспечивается чёткой последовательностью действий устройств релейной защиты, автоматики, коммутационных аппаратов, а также устройств блокировки между отделителями и короткозамыкателями по цепям управления.
В сетях 110 - 220 кВ короткозамыкатели выполняются однополюсными. Конструктивно короткозамыкатель типа КЗ-110 состоит из стержневого изолятора (в сетях 220 кВ - из двух стержневых изоляторов, поставленных один на другой) с расположенным на нём неподвижным контактом. Подвижный нож изоляционной тягой соединяется с пружинным приводом типа ПРК-1У1, встроенным в шкаф. Привод служит для завода включающих пружин короткозамыкателя, удержания ножа в отключённом положении и для ручного отключения включившегося ножа. Конструктивно привод ПРК-1У1 подобен приводу ПРО ТУ1, за исключением релейной части. В приводе ПРК-1У1 встроены электромагнит включения и три реле максимального тока типа РТМ.
В отключённом положении короткозамыкателя пружины привода заведены, и он готов к действию. Для включения короткозамыкателя защита повреждённого трансформатора подаёт оперативный ток на электромагнит включения, боёк которого через систему рычагов воздействует на защёлку, а нож включается. Время от момента подачи команды на электромагнит включения до полного замыкания контактов короткозамыкателя не превышает 0,35 с.
Отделители и короткозамыкатели открытой конструкции недостаточно надёжно работают в неблагоприятных погодных условиях (мороз, гололёд). В эксплуатации наблюдаются случаи их отказа в работе. Взамен этих конструкций разработаны отделители и короткозамыкатели с контактной системой, расположенной в закрытой камере, заполненной элегазом.
Короткозамыкатели КЭ-110 и КЭ-220 выполняются в виде одного полюса. Полюс КЭ-110 (рис. 5) состоит из основания 5 и контактной камеры 2. В основании, изолированном от земли, расположен пружинный механизм включения и масляный буфер. Утечки элегаза компенсируются из баллона, связанного через фильтр с внутренней полостью контактной камеры. Давление контролируется по мановакуумметру. Пружинный привод ППК обеспечивает дистанционное включение и отключение короткозамыкателя. На заземляющей шинке 4 установлен трансформатор тока 7.
Рис. 6. Контактная камера короткозамыкателя КЗ-110:
1 - мешочек с нанкагелем; 2 - неподвижный контакт;
3 - фарфоровый корпус; 4 - экран; 5 - подвижный контакт; 6 - гибкая связь; 7 - масляный гидрозатвор; 8 - сальниковое уплотнение
Контактная камера короткозамыкателя (рис. 6) имеет один разрыв 90 мм и состоит из фарфорового корпуса и двух вертикально расположенных электродов. Неподвижный контакт 2 имеет вывод для присоединения токоведущей шины.
Рис. 5. Короткозамыкатель закрытого типа с элегазовым наполнителем КЭ-110:
1 - контактный вывод; 2 - контактная камера; 3 - гидравлический затвор; 4 - присоединение заземляющей шины; 5 - основание; 6 - мановакуумметр; 7 - трансформатор тока ТШЛ-0,5; 8 - привод; 9 - тяга; 10 - изолятор; 11 - баллон с элегазом; 12 - фильтр
Подвижный контакт через гибкие связи соединён с заземляющей шиной. Полость контактной камеры заполнена элегазом SF6 с избыточным давлением 0,3 МПа. Как было сказано выше, элегаз обладает высокой электрической прочностью. При атмосферном давлении его прочность в 2-3 раза выше, чем у воздуха, а при давлении 0,3 МПа прочность элегаза сравнима с прочностью чистого трансформаторного масла. Элегаз не горит и не поддерживает горения, поэтому аппараты с элегазом не опасны в отношении взрыва и пожара. При снижении давления внутри камеры до атмосферного промежуток между контактами может выдерживать, не пробиваясь, наибольшее рабочее напряжение. Герметичность камеры обеспечивается прокладками из резиновых колец между фарфоровыми корпусами и металлическими фланцами (на рисунке не показаны) и гидравлическим затвором в месте прохождения подвижной тяги.
Нижний контакт представляет собой стержень, экранированный цилиндром. Неподвижный контакт розеточного типа. Ламели контакта от обгорания защищены экраном.
В короткозамыкателе КЭ-220 на 220 кВ две контактные камеры такой же конструкции.
Отделитель закрытого исполнения с элегазовым наполнением (рис. 7) предназначен для отключения и включения токов намагничивания силовых трансформаторов и зарядных токов линий. Отделитель ОЭ-110 обеспечивает автоматическое включение и отключение.
Три полюса установлены на общем основании 8. Токоведущие провода присоединяются к контактным выводам на верхнем и среднем фланцах. Внутри контактной камеры находятся неподвижный контакт розеточного типа и полный подвижный контакт с экраном. Включение происходит за счёт силы пружин привода ППО. Давление в контактах создаётся за счёт сжатой пружины 4 и пружинящего розеточного контакта. Отключение происходит автоматически за счёт отключающих пружин, расположенных в основании отделителя.
Специальных устройств для гашения дуги не предусмотрено, так как элегаз обладает высокой электрической прочностью, а отделитель предназначен для отключения токов не более 20 А. Разрыв между контактами в отключенном положении 90 мм. Избыточное давление элегаза в контактной камере 0,3 МПа, но даже при утечке элегаза и снижении давления до атмосферного промежуток между контактами может выдерживать, не пробиваясь, наибольшее рабочее напряжение 126 кВ. Для герметичного уплотнения подвижной тяги при выходе из камеры используется масляный гидрозатвор 7 такой же конструкции, как в короткозамыкателе.
Рис. 7. Отделитель закрытый с элегазовый наполнением ОЭ-110/1000:
1 - верхний фланец; 2 - неподвижный контакт; 3 - экран; 4 - контактная пружина; 5 - подвижный контакт; 6 - изолирующая колонка; 7 - масляный гидрозатвор; 8 - основание; 9 - тяга к приводу; 10 - буфер; 11 - мановакуумметр; 12 - тяга к неподвижному контакту
Контактная камера отделителя 110 кВ является модулем для аппаратов на более высокое напряжение. Так, в отделителе 220 кВ должно быть две камеры.
Достоинствами короткозамыкателей и отделителей закрытого исполнения являются чёткая работа и малые времена включения (КЭ) и отключения (ОЭ).
