Для включения и отключения электрических цепей при напряжении 6—10 кВ аппаратура, применяемая в установках напряжением до 1000 В — рубильники, воздушные автоматы, контакторы и др., — непригодна. При разрыве контактов в цепях тока напряжением 6 кВ и выше в воздухе возникают мощные электрические дуги, которые быстро разрушают контакты, создают короткие замыкания между фазами, вызывают аварии и несчастные случаи с людьми. В связи с этим в установках напряжением выше 1000 В применяется специальная аппаратура с усиленной изоляцией, с устройствами для быстрейшего гашения возникающей дуги и т. п. В данном учебнике рассматриваются основные типы аппаратов, применяемые на трансформаторных подстанциях небольшой мощности, в том числе и на КТП наружной установки. Это разъединители, выключатели нагрузки, высоковольтные плавкие предохранители и трансформаторы тока.
Разъединители.
Назначение разъединителей — включать и отключать части электроустановки под напряжением, но при отсутствии токов нагрузки. Они бывают однополюсные — однофазные и трехполюсные — трехфазные (рис. 16.4) с ручным управлением (при помощи штанги) и с механическим приводом.
В виде исключения правилами технической эксплуатации разрешается включать и отключать трехполюсными разъединителями (с механическим приводом) холостой ход силовых трансформаторов напряжением 6—10 кВ, мощностью не выше 750 кВА. В связи с этим на ΤП небольшой мощности разъединитель в ряде случаев является единственным коммутационным аппаратом на стороне 6—10 кВ. При необходимости отключения, находящегося в работе ТП, снимают нагрузку с трансформатора, отключая на стороне низшего напряжения рубильники или автоматы, а затем отключают холостой ход трансформатора разъединителем. Включение ТП производится в обратном порядке — сначала включение холостого хода, потом подключение нагрузки.
Рис. 16.5. Выключатель нагрузки типа ВНП-16:
/ — дугогасительные камеры; 2 — дугогасительные ножи; 3 — плавкие предохранители типа ПК
Рис. 16.4. Трехполюсный разъединитель 6—10 кВ для внутренней установки: 1 — болтовые контакты; 2 — неподвижные контакты; 3 — ножи
Выключатели нагрузки имеют самое широкое распространение на подстанциях небольшой мощности, представляя собой наиболее простой и дешевый тип высоковольтного выключателя. Они предназначены для включения и отключения цепей напряжением 6—10 кВ при токах нагрузки 200—400 А.
Выключатель нагрузки (рис. 16.5) по конструкции аналогичен разъединителю. Отличительной особенностью его является наличие гасительных камер в каждой фазе и дополнительных дугогасительных ножей изогнутой формы, скользящих во время работы выключателя в пазах камер. Эти устройства обеспечивают быстрое, в доли секунды гашение электрической дуги, возникающей при отключении токов нагрузки. Для этой цели в гасительных камерах (рис. 16.6) предусмотрены вкладыши из органического стекла — материала, обладающего свойством интенсивно выделять газы при нагревании.
Принцип действия выключателя нагрузки заключается в следующем. Дополнительный нож разрывает дугогасительные контакты в камере. Под действием высокой температуры дуги в камере образуются газы, которые, вырываясь из нее, гасят дугу.
Выключатели нагрузки не рассчитаны на отключение аварийных токов короткого замыкания, которые могут во много раз превышать рабочие токи. В связи с этим такие выключатели, как правило, поставляют в комплекте с высоковольтными плавкими предохранителями, описание которых дано дальше. Как видно из рис. 16.5, предохранители монтируются на общей раме с выключателем. Выключатель нагрузки обычно снабжается ручным рычажным приводом.
Плавкие предохранители.
Назначением плавких предохранителей типа ПК, рассчитанных на напряжение 6—10 КВ, является защита отдельных частей электроустановок небольшой мощности от токов короткого замыкания. Представление о конструкции таких предохранителей дает нижняя часть рис. 16.5.
Рис. 16.6. Гасительная камера выключателя нагрузки (одна половина снята): 1 — нож выключателя; 2 — вкладыш из органического стекла; 3 — неподвижный контакт
Предохранитель состоит из трубчатого фарфорового патрона, в котором помещена плавкая вставка; патрон заполнен сухим кварцевым песком и герметически закрыт с обоих концов металлическими колпачками. Контактные губки предохранителя, в которых зажимается патрон, укреплены на высоковольтных опорных изоляторах. Кварцевый песок способствует быстрейшему гашению электрической дуги, возникающей в патроне при перегорании плавкой вставки.
Трансформаторы тока.
Принцип действия и конструктивное устройство трансформаторов тока рассматривались раньше в главе о трансформаторах. Представление о конструкции трансформаторов тока, рассчитанных на напряжение 6—10 кВ, дает помещенный в гл. 9 рис. 9.7.
На более крупных подстанциях и на распределительных пунктах — РП и ЦРП применяют во многих случаях и другие аппараты, из которых в первую очередь следует указать масляные выключатели.
В отличие от выключателей нагрузки масляные выключатели служат не только для включения и отключения рабочих токов нагрузки, но и для автоматического отключения аварийных токов короткого замыкания.
По конструкции масляные выключатели подразделяются на горшковые (с малым объемом масла) и баковые (с большим объемом масла). На подстанциях напряжением 6—40 кВ в настоящее время, как правило, применяют только масляные выключатели горшкового типа. К их достоинствам относятся: компактность, небольшой вес и отсутствие возможности взрыва.
До последнего времени на подстанциях небольшой мощности широко применялись горшковые выключатели типа ВМГ-133 (рис. 16.7). В настоящее время они заменяются выключателями типа ВМГ-10.
В камерах комплектных распределительных устройств (КРУ) используют малогабаритные выключатели типа ВМП-10. Разрыв контактов у горшковых выключателей происходит в стальных цилиндрах, заполненных трансформаторным маслом; на каждую фазу имеется отдельный цилиндр. Неподвижные розеточные контакты укреплены на дне цилиндров.
Рис. 16.7. Масляный выключатель горшкового типа: 1 — цилиндры; 2 — опорные изоляторы; 3 — проходные изоляторы; 4 — подвижный контакт; 5 — неподвижный розеточный контакт; 6 — изоляторы
Рис. 16.8. Панель распределительного щита блочного типа
При отключении подвижный контакт каждой фазы, выполненный в виде стержня, быстро отходит вверх под действием пружины, в результате чего между контактами (неподвижным и подвижным) возникает дуга. Под действием высокой температуры окружающие ее слои масла частично испаряются, образуются газы, давление в цилиндре повышается; струи масла и газов в кратчайший промежуток времени (0,1 с) гасят дугу между контактами.
Соединения аппаратов подстанций (их распределительных устройств) между собой, а также с силовыми трансформаторами выполняются алюминиевыми или стальными шинами. Такое название носят голые проводники прямоугольного (в виде полос) или круглого (в виде стержня) сечения. Крепятся шины на специальных изоляторах.
Изготавливаются шины разных сечений: алюминиевые от 15X3 мм и стальные от 20х3 до 100x4 мм и выше. Медные шины в распределительных устройствах не применяют.
На крупных трансформаторных подстанциях и ЦРП в распределительных устройствах монтируют сборные шины. Такое название носит трехфазная линия, выполненная из шин на изоляторах и проходящая вдоль всего РУ. К сборным шинам РУ высшего напряжения — 6— 10 кВ подсоединяют линии, питающие подстанцию и силовые трансформаторы (один или несколько).
К сборным шинам РК низшего напряжения — 400 В — соответствующие выводы силовых трансформаторов и все линии, питающие потребителей. На подстанциях небольшой мощности сборные шины на стороне высшего напряжения обычно не предусматривают.
Распределительные устройства напряжением свыше 1000 В на крупных подстанциях и ЦРП, как правило, выполняют сборными, состоящими из комплектных частей — камер, поставляемых заводом-изготовителем в готовом виде. Распределительные устройства напряжением до 1000 В на подстанциях устраиваются в виде комплектных щитов, представляющих собой сборную конструкцию из отдельных частей — панелей, поставляемых заводами-изготовителями в готовом виде.
Рис. 16.9. Схемы коммутации и компоновки однотрансформаторных подстанций (ТП): а и в — ТП с тремя воздушными вводами 6—10 кВ; б и г —ТП с одним воздушным или кабельным вводом 6—10 кВ
Таблица 16.1
Условные обозначении в электрических схемах (выдержки из ГОСТ 2723 — 68, 2725 — 68, 2727 — 68 и 2729 — 68)
№ п. п. | Наименование | Обозначение по ГОСТу |
13 | Измерительный прибор с надписью в кружке: |
|
14 | Счетчик с надписью: Wh— активной энергии: VARh — реактивной энергии |
|
Панели таких щитов в настоящее время комплектуются или автоматическими выключателями (автоматами), описанными в гл. 12, или особыми аппаратами, совмещающими в себе рубильник и предохранитель, так называемыми блоками предохранитель-выключатель типа БПВ.
Распределительные щиты, укомплектованные блоками предохранитель-выключатель, называют щитами блочного типа. Они компактны, удобны и безопасны в эксплуатации. На рис. 16.8 показана панель такого щита, укомплектованная четырьмя блоками БПВ (три из них с откинутыми крышками).
Схему электрических соединений всех основных элементов подстанции называют ее схемой коммутации. Принципиальные схемы коммутации принято чертить в однолинейном исполнении, т. е. показывать условно все три фазы электрической цепи одной линией. В качестве примера на рис. 16.9, а показана принципиальная схема коммутации однотрансформаторной подстанции, совмещенной с РП, со сборный шинами на стороне высшего напряжения и двумя воздушными выводами 6—10 кВ для питания других ТП. На рис. 16.9,б показаны две другие наиболее простые схемы однотрансформаторных подстанций с одним вводом 6—10 кВ и без сборных шин высшего напряжения (на схемах показана только сторона 6—10 кВ; щит на стороне 400 В может остаться тем же, что и в первой схеме). Условные графические изображения, установленные действующим ГОСТом, приведены в табл. 16.1.
