Ikea73.ru

IKEA Стиль
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Проект РЗА

Проект РЗА

Сайт о релейной защите и цифровых технологиях в энергетике

Защита электромагнитов привода выключателя

Цепи привода силового выключателя

В прошлой статье мы поговорили о реле РПО и РПВ, в этой давайте остановимся еще на одной смежной теме — защита электромагнитов привода выключателя от длительного протекания токов.

Для начала определимся зачем их защищать?

Электромагниты (соленоиды) привода выключателя рассчитаны на кратковременную работу. В соответствии с ГОСТ 52565-2006 (п.6.3.2.) время работы любого электромагнита под напряжением 1,1*Uном. должно быть не менее 10-15 с (для различных условий разные времена). После этого он имеет полное право сгореть, что скорее всего и произойдет, если цепь управления не будет обесточена.

Зачем делать электромагниты привода на малое время работы?

Дело в том, что эти элементы должны обеспечивать быструю механическую операцию — освобождение защелки пружины. На эту операцию нужно определенное усилие, которое создается за счет «форсировки» электромагнита повышенным током. Другими словами сопротивление электромагнита специально делают меньше нормального для данного класса напряжения, чтобы создать повышенную мощность в первый момент. При этом начинает протекать повышенный ток, который электромагнит способен выдерживать только кратковременно. Если ток протекает длительное время, то электромагниту становится плохо.

Это решение абсолютно оправдано потому, что операция отключения и включения (для пружинных приводов) производится за короткое время. Например, для выключателя ВВУ-СЭЩ-П-10 собственное время включения составляет 0,05 с, а отключения — 0,03 с.

Схема управления пружинным приводом

При нормальных условия ток в цепи управления рвется соответствующим блок-контактом. Например, для Рис.1 операция отключения происходит следующим образом:

Рис. 1 Схема управления пружинным приводом (с сайта www.electroshield.ru)

  • Контакт реле КСТ (реле команды отключить) подает напряжение на электромагнит отключения YAT. В цепи отключения начинает протекать ток, величина которого зависит от типа электромагнита. Обычно это 1, 2,5 или 5 А.
  • Электромагнит YAT под действием данного тока создает усилие, которое обеспечивает срыв защелки пружины отключения. Пружина разряжается и отключает выключатель
  • Блок-контакт Q1(13-14) меняет свое положение на противоположное (разомкнутое) и обесточивает цепь отключения, снимая напряжение с электромагнита. Контакт реле KСТ возвращается в исходное положение (разомкнутое) после возврата защиты присоединения (так как выключатель отключил КЗ)

Операция включения производится аналогично.

Однако, если по какой-то причине блок-контакт Q1 не разорвал цепь управления, ток через электромагнит продолжит протекать и приведет к его повреждению.

Причины могут быть разные, например, заклинивание механической части привода или проворот блок-контакта на валу привода. В любом случае это приведет к печальным результатам.

Почему нельзя отключить ток электромагнита контактом реле KСТ?

Потому, что обычно цепи управления выполняются на постоянном оперативном токе. Контакты обычного реле просто не способны разорвать постоянный ток даже величиной в 1 А, про 2,5 и 5 А нечего и говорить.

Кстати, в том числе и по этой причине устанавливают промежуточные реле между терминалом и приводом выключателя, а сам терминал снабжают специальным алгоритмом удержания команды управления до подтверждения ее исполнения (через фиксацию РПВ/РПО или контроль тока/напряжения на соответствующей цепи).

Алгоритм работы выходного реле управления выключателя (микропроцессорный терминал РЗА)

Рис.2 Алгоритм удержания реле Отключить до прихода РПО в блоке БМРЗ-152-КСЗ (с сайта www.mtrele.ru)

Как защитить электромагниты при нештатной операции управления?

Существует 2 способа.

1-ый способ. Воздействие на автомат защиты цепей управления

Автомат SF1 рассчитан на отключение токов КЗ в сети постоянного тока и, конечно, он сможет разорвать номинальный ток цепи управления, если на него подать соответствующую команду отключения.

Для этого, во-первых, сам автомат должен иметь независимый расцепитель. Во-вторых, терминал РЗА должен уметь определять режим нештатной ситуации и отдавать эту команду на автомат (через независимый расцепитель)

Принцип защиты электромагнитов выключателя от длительного тока

Рис.3 Воздействие защиты электромагнитов выключателя на автомат питания цепей привода

Для контроля длительности протекания тока через электромагнит можно использовать 2 принципа:

— контроль тока при помощи токового реле, которое замыкает свой контакт всякий раз, когда ток появляется и размыкает, когда ток исчезает. Этот контакт можно завести на дискретный вход терминала управления выключателем, а в логической части установить таймер, например 3 с. По истечению этого времени, если сигнал на дискретном входе не исчез, терминал замыкает свое выходное реле и выдает команду на отключение цепей привода, через автомат SF1

Схема защиты электромагнитов выключателя от длительного протекания тока

Рис.4 Защита электромагнитов при помощи токовых реле в цепях привода

Количество токовых реле равно количеству электромагнитов выключателя. Для выключателей 110 кВ и выше, где обычно применяется эта защита, таких реле нужно установить три (для ЭВ, ЭО1, ЭО2).

Для унификации решений по различным типам приводов (например, при разработке типовых шкафов РЗА) можно использовать настраиваемое реле ABB CM-SRS.12, с регулировкой тока

Реле тока

Рис.5 Реле фиксации тока пр-ва АВВ

— второй способ состоит в измерении падения напряжения на специальном шунте/наборе шунтов

При этом во всех цепях управления устанавливаются низкоомные резисторы, которые создают небольшое падение напряжения, при протекании рабочего тока электромагнита. Это падение и фиксирует специальный дискретный вход терминала, запуская алгоритм защиты электромагнита, аналогичный описанному выше (с токовыми реле).

Впервые такой способ фиксации тока, если я не ошибаюсь, был применен в терминалах производства НПП ЭКРА. Правда, в настоящее время ЭКРА использует другой способ, аналогичный токовым реле (через специальный блок контроля тока)

В терминалах БМРЗ производства НТЦ «Механотроника», аналогичные дискретные входы, позволяют, в том числе, записывать напряжение на резисторе при коммутации выключателя, как любой другой аналоговый сигнал. Это напряжение может быть использовано как дополнительный фактор для анализа состояния электромагнитов (величина напряжения, длительность, фронт и т.д.) при составления плана ремонта оборудования

Контроль протекания тока с помощью дискретного входа терминала и шунта

Рис.6 Контроль тока через ЭО при помощи спец. дискретного входа в блоке БМРЗ-ТР пр-ва НТЦ «Механотроника»

2-ой способ. Установка мощных контакторов постоянного тока

Этот способ часто применялся в шкафах пр-ва АББ Автоматизация.

Его суть состоит в том, что команда на включение/отключение выключателя выдается в импульсном режиме, т.е. терминал РЗА не ждет подтверждения операции, а возвращает выходной контакт в разомкнутое состояние через определенное время (например, 1 с)

Чтобы при этом не произошло повреждение контактов этого реле, например при заклинивании привода, действие выполняется через контактор постоянного тока.

Для увеличения коммутационной способности несколько контактов этого контактора включаются последовательно. С одной стороны это упрощает логику работы АУВ (не требуется подтверждение операции), но с другой стороны снижает надежность схемы управления (несколько последовательных контактов).

В современных проектах такой способ применяется редко.

Использование контакторов в цепях привода силового выключателя 35-220 кВ

Рис.7 Использование контактора постоянного тока для защиты электромагнитов выключателя

Еще одним вариантом 2-го способа, исключающего большое кол-во контактов, мог бы стать применение мощного бесконтактного реле. При этом становится возможным рвать постоянный ток электромагнита без перенапряжения. Однако, твердотельные реле не получили пока широкого распространения в релейной защите, по крайней мере в ответственных цепях.

Читайте так же:
Выключатель автоматический однополюсный обозначение

Почему именно — сказать сложно. Возможно из-за достаточно консервативного подхода в энергетике. Возможно из-за того, что мало кто хочет иметь а цепях управления силовым выключателем вместо разрыва (механический контакт) полупроводник (по-сути транзистор). Может мешают вопросы стоимости таких реле и тепловыделения…

Так или иначе, в настоящее время в основном применяется первый способ организации защиты электромагнитов привода от длительного протекания токов.

Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

Основная задача высоковольтных выключателей — отключение нагрузки в электрических сетях в рабочих и аварийных режимах. Это необходимо для обеспечения безопасности персонала в ходе ремонтных и других работ. В этой статье мы поговорим о масляных и вакуумных высоковольтных выключателях, их назначении, а также особенностях их конструкции. Мы также расскажем о преимуществах современных коммутационных аппаратов.

Содержание

Назначение вакуумных и масляных выключателей

Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

Любой коммутационный аппарат в высоковольтных сетях должен выполнять две основные функции.

Отключение электрических цепей как под нагрузкой, так и без нее.Коммутационный аппарат должен работать как в нормальном, так и в аварийном режиме. Это значит, что он должен не только в течении долгого времени выдерживать номинальные токи, но и быть способным отключить кратковременные токи короткого замыкания, в несколько раз превосходящие по величине рабочие токи. В аварийном режиме выключатель должен автоматически отключить электрическую цепь, чтобы предотвратить повреждение аппаратуры и подключенных приборов.

Важно!

Выключатели классифицируют в зависимости от того, в какой среде происходит гашение дуги.

При выборе коммутационного аппарата также учитывают его свойства, в том числе

  • надежность, длительный срок службы, безопасность для подключенного оборудования и окружающих;
  • быстродействие — малое время отклика и отключения;
  • удобство в обслуживании и управлении. Работу современных аппаратов можно контролировать удаленно;
  • простота и скорость монтажа;
  • небольшой вес и габариты;
  • доступная цена, ремонтопригодность.

Конструкция масляных выключателей

Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

Каждый коммутационный аппарат этого вида включает в себя следующие элементы:

1. Силовая контактная группа. Она состоит из свечи (подвижного элемента) и розетки (стационарного элемента). Между контактами возникает электрическая дуга, которая гасится аппаратом.
2. Изоляторы. Они изолируют токопроводящие части от корпуса и друг от друга.
3. Баки с маслом. В различных моделях их число варьируется от 1 до 3. В масляной среде происходит гашение электрической дуги.
4. Блок-контакты. Они делятся на группы, которые обеспечивают управление аппаратурой и контрольную функцию.
5. Приводы. Они могут быть автоматическими и ручными. В масляных выключателях они собраны на основе крупной включающей катушки соленоида (ее иногда называют просто катушкой включения/отключения). Отключающая катушка выполняет роль ударного механизма, сбивающего с защёлки включенное устройство выключателя.
6. Отключающие пружины. Они необходимы для размыкания силовой части и определяют скорость расхождения контактов.

Виды масляных выключателей

Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

Основных видов конструкции два:

1. Баковые выключатели. Обычно эти устройства рассчитаны на небольшие токи отключения. Масло в них выполняет две функции: гасит дугу и обеспечивает изоляцию токоведущих частей и дугогасительного аппарата.
Конструкции, рассчитанные на напряжение до 20 кВ, снабжаются одним баком для масла. Все три полюса находятся в нем.
Модели, предназначенные для работы с напряжением 35 кВ и выше, оборудованы тремя баками. Соответственно, каждая из фаз расположена отдельно от других. Приводы в таких коммутационных аппаратах могут быть персональными (пофазными) и групповыми, электромагнитными или воздушными. В некоторых моделях также предусмотрена функция автоматического повторного включения (АПВ). Особенностью масляных выключателей на 35 кВ и более является наличие встроенных трансформаторов тока.

2. Маломасляные выключатели. В отличие от баковых коммутационных аппаратов, масло в них служит исключительно для гашения дуги. Для изолирования токоведущих деталей и дугогасительного аппарата применяются твердые диэлектрики, например, керамика или текстолит, а также эпоксидные смолы. Масляные выключатели с такой конструкцией имеют обозначение ВМП или ВМГ.
Аппараты этого типа отличаются меньшими габаритами и массой. Они также обеспечивают более высокий уровень защиты от пожаров и взрывов. В некоторых моделях маломасляных выключателей присутствуют емкостные трансформаторы напряжения и тока. Такие аппараты отличаются более крупными габаритами и сложной конструкцией.

Масляные выключатели выпускаются в двух исполнениях:

  1. Модели, в которых дугогасительная камера расположена снизу. Подвижный контакт в таких аппаратах движется сверху вниз.
  2. Модели, в которых дугогасительная камера расположена сверху. В них контакт движется снизу вверх. Модели такого типа на сегодняшний день считаются наиболее технически совершенными среди масляных выключателей.

Конструкция масляных выключателей может предусматривать наличие встроенной системы защиты и управления. Она может включать в себя различные реле:

  • выдержки времени;
  • максимального тока моментального действия;
  • минимального напряжения;
  • электромагниты отключения.

Эксплуатация масляных выключателей

Любая коммутационная аппаратура в высоковольтных сетях требует соблюдения ряда правил при монтаже, пуско-наладке и эксплуатации. Перед вводом выключателя в эксплуатацию необходимо провести ряд мероприятий:

  1. Провести регулировку силовой контактной группы. Важно убедиться, что подвижный элемент (свеча) входит в розетку на необходимое расстояние. Регулировка проводится после установки аппарата. Сотрудник открепляет свечу контактной группы, а затем фиксирует ее на необходимом уровне.
  2. Провести испытания. Они включают в себя различные виды проверок изоляции и других элементов конструкции масляного выключателя. В обязательном порядке проводятся испытания повышенным напряжением промышленной частоты, частым включением/выключением и так далее. После окончания всех проверок составляется протокол, в котором фиксируются полученные результаты. На их основе принимается решение о возможности ввода аппарата в эксплуатацию, необходимости его ремонта.

О том, как они проходят, вы можете прочитать в другой нашей статье.

Перед вводом выключателя в эксплуатацию также необходимо проверить

  • наличие масла в баке или в баках, его уровень и качество;
  • крепление всех элементов привода;
  • состояние изоляторов;
  • чистоту блок-контактов.

Все манипуляции должны проводиться квалифицированной бригадой при соблюдении всех требований безопасности.

Конструкция вакуумных выключателей

Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

Конструкция каждой модели вакуумных выключателей имеет свои особенности, обусловленные различными типами привода, номинальными рабочими напряжениями и токами. Вакуумные выключатели различных производителей непохожи друг на друга. Тем не менее, все ключевые элементы остаются неизменными и присутствуют в любом выключателе. К ним относятся:

  1. Корпус. Он должен иметь высокий запас прочности, поэтому делается из металла. Внутри корпуса устанавливается привод включения/выключения.
  2. Полюса токоведущих частей. Как и в выключателях других типов, их три. Они обеспечивают подключение к сети и отключение от нее.
  3. Диэлектрический корпус вакуумной камеры. Он изготавливается методом литья и содержит силиконовые и эпоксидные смолы.
  4. Тележка для перемещения в конструкции КРУ. Важно обратить особое внимание на этот элемент, так как у различных производителей он может сильно отличаться.
Читайте так же:
Кнопка выключателя замка двери

Стандартно вакуумные выключатели имеют 3 полюса (по числу фаз). В конструкции полюсов выделяют следующие элементы:

Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

  1. Верхний токопроводящий вывод.
  2. Дугогасительная камера.
  3. Диэлектрический корпус.
  4. Подвижная часть силовой контактной группы.
  5. Нижний отходящий токопроводящий вывод.
  6. Гибкий элемент токоведущей шины.
  7. Тяга с изолятором.

Отдельного упоминания заслуживает конструкция вакуумной камеры. Этот элемент выключателя является неразборным. Оценить состояние контактной системы и уровня вакуума можно только в процессе испытаний с помощью измерительных приборов. При выходе камеры из строя ее не ремонтируют, а заменяют на новую. Основными элементами ее конструкции являются:

  1. Подвижный и неподвижный силовые контакты. Между ними и образуется электрическая дуга.
  2. Экранирующий механизм. Он помогает снизить помехи при коммутации.
  3. Изоляционный корпус. Обычно он производится из керамики.
  4. Сильфон. Он не допускает разгерметизации вакуумной дугогасительной камеры (ВДК) при движении контактов.
  5. Выводы подвижного и неподвижного контактов.

Современные модели выключателей могут управляться как по месту установки, так и дистанционным способом. Любой коммутационный аппарат также может функционировать в аварийных режимах. В этом случае сигнал на отключение поступает от блока релейной защиты или специальной автоматики. В такой ситуации происходит подача питания на электромагнит отключения, после чего токопроводящие силовые контакты размыкаются.

Важно!

Некоторые производители выпускают модели коммутационных устройств, в составе которых присутствует и релейная защита, и противоаварийная автоматика. Такие устройства называются реклоузерами.

Принцип работы вакуумного выключателя

Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

В первую очередь нас интересует процесс гашения дуги. Он основан на свойствах вакуума, в частности — на высокой электрической прочности и диэлектрических характеристиках. Дуга возникает при разрывании контактов и поддерживается за счет испаряющегося с их поверхности металла. Ее гашение происходит при переходе тока через ноль. За счет диэлектрических свойств вакуума и быстрого процесса деионизации повторно дуга не возникает.

Важно!

У данного вида коммутационных аппаратов есть серьезный недостаток, который заключается в возможности появления среза тока. Это явление происходит в случаях, когда гашение дуги происходит до перехода тока через ноль. Срез тока вызывает коммутационные перенапряжения, которые негативно влияют на всю технику, подключенную к сети. Для того, чтобы избежать повреждений, используются ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН).

Особенности применения вакуумных выключателей

Современные коммутационные аппараты этого типа могут устанавливаться как в комплектных, так и в открытых распределительных устройствах. Вакуумные выключатели отличаются высокой скоростью работы и длительным сроком службы. Многие модели, выпускаемые сегодня, могут работать минимум 30 лет при условии регулярного обслуживания и правильной эксплуатации. Сегодня вакуумные выключатели все чаще используются в электроустановках классов напряжения 1000 В и более.

Важно!

Все выключатели, вне зависимости от типа, должны оснащаться механизмом ручного отключения, позволяющим произвести отключение выключателя даже в случае выхода из строя его привода либо цепей управления.

Преимущества вакуумных выключателей над масляными

Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

Сегодня в промышленности применяются оба этих вида коммутационных устройств, но последние быстро сдают свои позиции. В Китае, например, от масляных выключателей отказались полностью. Их заменили более совершенными аппаратами.

Ученые на практике доказали, что гашение дуги в вакууме значительно более эффективно, чем в масляной среде. Само электрооборудование можно считать более практичным за счет меньших габаритов. К другим преимуществам вакуумных выключателей относятся:

Основные принципы и цели работы АПВ и АПВА

Назначение АПВ

Рис. 1: Назначение АПВ
Автоматическое повторное включение предназначено для включения выключателей после того, как аварийное отключение обесточило линию. При этом АПВ позволяет уменьшить перерывы в электроснабжении на количество кратковременных аварий. Посмотрите на рисунок 1, в случае замыкания в точке К1 с последующим отключением высоковольтного выключателя Q1 происходит срабатывание АПВ1. Допустим, что замыкание самоустранилось и снабжение линии от подстанции ПС1 до ПС2 восстановилось.

В то же время, при замыкании в точках К2 и К3 выключатель Q2 отсекает линию до подстанции ПС3. Допустим, что это устоявшиеся замыкания, при срабатывании АПВ2 напряжение снова будет подано в сеть, но так как в точках К2 и К3 происходит замыкание, Q2 снова отключит линию.

Поэтому все аварийные ситуации по их продолжительности можно условно поделить на:

  • Кратковременные – те, которые обуславливаются относительно непродолжительным фактором (перемещением животных, падением веток и прочих элементов), которые создали протекание токов короткого замыкания на доли или несколько секунд, после чего и причина, и замыкание самоустранились.
  • Устоявшиеся – обусловленные постоянным фактором, который не может самоустраниться без вмешательства персонала (обрыв провода, разрушение изоляции и прочие). В таких ситуациях возникают устойчивые кз, которые устраняются только отключением выключателей и последующим ремонтом.

На практике автоматическое повторное включение срабатывает во всех ситуациях, но успешное включение происходит только в случае, когда причина устранилась, то есть при кратковременных повреждениях. Если же после первой повторной подачи автоматическое восстановление не произошло, в зависимости от типа, могут применяться следующие ступени повторного включения. В соответствии с местными условиями системы АПВ могут иметь различные особенности работы.

Так как 50% всех отключений удается повторно запитать от однократного АПВ, то первая ступень считается наиболее эффективной. Вторая отстраивается с временным промежутком в несколько секунд или десятков секунд, и, как показывает статистика, позволяет запитать потребителя еще в 15% случаев.

Основные требования к устройству АПВ

Для обеспечения надёжного напряжения к системам устройства АПВ предъявляется ряд обязательных требований. К ним относятся требования:

  • Система обязана срабатывать при возникновении проблем на участке сети, находящемся под защитой.
  • Система АПВ обязана срабатывать только через определённый промежуток времени, если напряжение отключилось сразу после включения ключа выключателя. Если устройство срабатывает сразу, значит есть повреждения на линии электросети, а резкое включение напряжения с помощью АПВ только усугубляет ситуацию.
  • Схема устройства должна иметь автоматическую блокировку в том случае, если срабатывают дополнительные источники защиты (газовая защита трансформатора).
  • Автоматическое повторное включение должно срабатывать только в заданной кратности. Точнее говоря, однократные АПВ должна срабатывать один раз, двукратные устройства, 2 раза и т. д.
  • После того как система срабатывает и напряжение восстанавливается, исправная система возвращается в состояние готовности.
  • АПВ должно срабатывать только через выставленный промежуток времени, который обычно равен 0.3–0.5 секундам. В некоторых случаях работу устройства замедляют до нескольких секунд.

Классификация

В зависимости от количества фаз, задействованных для повторного включения все АПВ подразделяют на:

  • Однофазные – предназначены для автоматического ввода только одной фазы, на которой произошло замыкание, как правило, применяются для линий 500кВ и выше;
  • Трехфазные – характеризуются воздействием на привод выключателя, который сразу повторно включает все три фазы;
  • Комбинированные — осуществляют автоматическое включение электрических аппаратов посредством логического выбора одной или всех трех, в зависимости от типа замыкания.
Читайте так же:
Как сделать дистанционное управление выключателем

В свою очередь, трехфазные АПВ подразделяются на такие классы:

  • С односторонним питанием – когда линия запитывается только от одного источника, соответственно, оперативный ток запускает цепь повторного включения только для одного высоковольтного выключателя.
  • С двухсторонним питанием – когда участок сети получает электроснабжение сразу от двух источников и система АПВ вынуждена повторно включать сразу два коммутационных аппарата.

Также двухстороннее АПВ подразделяется на:

  • Несинхронное повторное включение, когда система выполняет одновременный ввод выключателей с двух сторон. При этом синхронность включения и процессов в линии не соблюдается.
  • С ожиданием синхронизма – подает питание сначала с одной стороны, а затем с другой.
  • С улавливанием синхронизма – подбирает время включения в соответствии с удаленностью точки замыкания для предотвращения возникновения несимметричных режимов, ударов тока и прочих эффектов.
  • Быстродействующие АПВ – позволяют осуществить повторное включение в максимально короткий промежуток времени.

Помимо вышеизложенных способов классификации, АПВ могут различаться по способу включения – от механического воздействия или посредством электрического сигнала. Также существует разделение по количеству ступеней включения – одна или несколько, в зависимости от того, сколько раз АПВ пытается повторно включить питание. Принцип действия повторного включения может отстраиваться как от наличия напряжения в линии, так и от его отсутствия.

Принцип работы

Рассмотрите принцип работы автоматического повторного включения на примере такой схемы.


Рис. 2: Принципиальная схема АПВ

Как видите на рисунке 2, напряжение подается на шину управления ШУ, на схеме показан пример питания от источника постоянного тока + ШУ и – ШУ. В данном примере устройство АПВ управляется механизмами:

  • контроля синхронизации;
  • положения контактов выключателя;
  • запрета АПВ;
  • разрешения подготовки.

Релейная защита реализуется посредством реле времени РВ и промежуточного РП. Последнее имеет две обмотки: по току РП I и по напряжению РП U. В нормальном режиме к ШУ приложено напряжение, которое заряжает конденсатор С при наличии соответствующего сигнала от цепей разрешения подготовки. Но повторное включение блокируется сигналом цепи запрета АПВ, который отстраивается на основе резисторов R1 и R2, находящихся в последовательном соединении с управленческими цепями.

В случае отключения трансформатора, линии или других участков, сигнал контроля синхронизации замыкает цепь для РВ. Которое при отсчете установленного промежутка времени выполняет замыкание собственных контактов, они, в свою очередь, шунтируют резистор R. После чего происходит разряд конденсатора на обмотку напряжения РП. При этом возбуждается и токовая катушка, которая притягивает контакты реле и замыкает цепь на включение выключателя.

Если трехфазное кз прекратилось и электроснабжение возобновится, то контроль синхронизации подает сигнал на размыкание обмотки РВ. После чего в цепь снова вводится сопротивление R и происходит возврат реле в обесточенное состояние. После возврата устройства в режим ожидания сразу происходит заряд конденсатора С для готовности к последующему повторному включению.

Узел Н позволяет вывести повторное включение на время проведения каких-либо плановых манипуляций оперативным персоналом.

Предъявляемые требования

Для обеспечения заявленных режимов и безопасных условий работы оборудования, к устройствам автоматического повторного включения предъявляется ряд требований:

  • Быстродействие – должна обеспечивать скорость перехода, определяемая типом питаемых устройств и категорией потребителя. Но, при этом, скорость не должна выполнять повторное включение до полного рассеивания электрической дуги. Так как в противном случае, даже при кратковременных повреждениях возможна повторная ионизация изолирующего промежутка.
  • Устойчивость к аварийному режиму – устройства ТАПВ и резервных защит не должны снижать качество и скорость реагирования из-за перепадов электрических величин.
  • Селективность АПВ – система должна отстраивать свою работу в соответствии с другими устройствами аварийной автоматики, не прерывая действия защит.


Рисунок 3: Согласование АПВ с другими защитами


Рисунок 4: Увеличение тока при кз

Автоматическое повторное включение: назначение, применение, как работает

Все повреждения, возникающие в системах электроснабжения, можно условно дифференцировать на 2 группы:

  • устойчивые;
  • неустойчивые.

К первой категории относятся повреждения, которые не устраняются самостоятельно с течением времени, и передача электроэнергии по поврежденному элементу невозможна. Для их ликвидации необходимо вмешательство оперативно-выездной бригады. К ним относятся обрывы поводов, повреждение опор, участков линий или электротехнических устройств. Вторая разновидность отличается тем, что они могут самоликвидироваться с течением короткого промежутка времени.

Такие аварийные ситуации возникают в результате схлестывания проводов, перекрытия изоляции, повреждения грозозащитных тросов и др. В это время электрическая дуга, формирующаяся в месте КЗ, гаснет, не успевая причинить оборудованию значительных разрушений. Поэтому используют устройства автоматического повторного включения (АПВ).

АПВ предназначено для быстрого включения под напряжение отключившегося выключателя из-за устройств защит

РЗиА элемента системы электроснабжения и если причина, повлекшая отключение, устранилась, то система электроснабжения будет и дальше функционировать практически без остановок. Опыт эксплуатации свидетельствует, что процент неустойчивых на ЛЭП составляет 50-70%.

Автоматическое повторное включение: назначение, применение, как работает

АПВ должно предусматриваться на:

  • на воздушных, кабельно-воздушных сетях напряжением свыше 1000В;
  • трансформаторов;
  • шинах электростанций;
  • некоторых ответственных электродвигателях.

Важно использование таких устройств на необслуживаемых подстанциях, а также на пунктах секционирования.

АПВ выполняется с помощью устройств автоматики, которые воздействуют на выключатели после их отключения действиями релейной защиты. Для выполнения наиболее простого и распространенного однократного АПВ используются реле повторного включения. А в современных устройствах РЗиА для выполнения схем АПВ используют полупроводниковое реле РПВ-01 либо аналогичные устройства – группа микропроцессорных блоков (А0110 и др.), конструктивно расположенные в блоке ЯРЭ-2201.

Наименьшее время срабатывания АПВ выбирается в пределах 0,5—0,7сек. Время готовности составляет не менее 20—25сек.

Таким образом, использование устройств АПВ в системах электроснабжения является экономически целесообразным, поскольку ущерб от недоотпуска электроэнергии оказывается значительно выше стоимости установки АПВ.

Особенности эксплуатации АПВ

Следует отметить, что работа повторного включения должна контролироваться исключительно теми работниками, на балансе которых находятся соответствующие распределительные сети. При этом допуск постороннего персонала может производиться только под надзором ответственного работника.

Помимо того, что все случаи срабатывания АПВ для обратного включения тех же шин, линий или трансформаторов фиксируют приборы учета, они должны регистрироваться оперативными работниками в соответствующем журнале. После чего специалисты, обслуживающие устройства защиты шин, линий и силового оборудования подстанции должны провести анализ работы повторного включения с составлением соответствующих документов.

Периодически, для проверки работоспособности устройств АПВ, персонал обязан вывести его из работы. После чего производится комплекс испытательных мер, как совместно с остальными защитами, так и отдельно. По результатам проверки должен выдаваться протокол об исправности или неисправности АПВ. В последнем случае применяются меры для восстановления или отладки нормальной работы повторного включения, и производится внеочередная проверка.

Если для линии предусмотрено включение резерва, то повторное включение может не использоваться. Чтобы работа АПВ не нарушала переход системы на резервное питание.

Провод апв общего назначения.

Кабель АПВ представляет собой силовой изолированный провод общего назначения. Он используется в электрических установках, для стационарной прокладки в силовых сетях, а также для неподвижного монтажа электрооборудования. Провод АПВ содержит однопроволочную жилу из мягкой алюминиевой проволоки. Для изоляции используется пластикат из поливинилхлорида, который может иметь различные варианты расцветки. Среди них следующие цвета: белый, серый, розовый, красный, желтый, оранжевый, зелёный, голубой, коричневый, черный, фиолетовый и желто-зеленый, который обычно используется для расцветки одножильных проводов сечением ниже 6 мм2. Монтаж провода АПВ осуществляется в пустотных каналах зданий и других строительных конструкций, в специально предназначенных монтажных коробах, а также различных лотках, трубах и жгутах внутри распределительных счетов, в электрошкафах и пультах управления оборудованием.

Провод АПВ демонстрирует существенный уровень устойчивости к разнообразным механическим нагрузкам, включая механические удары, линейное ускорение, различные варианты изгибов, вибрационные нагрузки и акустические шумы. Кроме того, провода марки АПВ при одиночном варианте прокладки не распространяют горение, что является важным параметром, обуславливающим их успешное использование в осветительных сетях.

Высоковольтный выключатель

Высоковольтный выключатель — коммутационный аппарат, предназначенный для оперативных включений и отключений отдельных цепей или электрооборудования в энергосистеме в нормальных или аварийных режимах при ручном, дистанционном или автоматическом управлении.

Высоковольтный выключатель состоит из: контактной системы с дугогасительным устройством, токоведущих частей, корпуса, изоляционной конструкции и приводного механизма (например, электромагнитный привод, ручной привод).

Параметры

В соответствии с ГОСТ Р 52565-2006 выключатели характеризуются следующими параметрами:

  • номинальное напряжение Uном (напряжение сети, в которой работает выключатель);
  • номинальный ток Iном (ток через включённый выключатель, при котором он может работать длительное время);
  • номинальный ток отключения Iо.ном — наибольший ток короткого замыкания (действующее значение), который выключатель способен отключить при напряжении, равном наибольшему рабочему напряжению при заданных условиях восстанавливающегося напряжения и заданном цикле операций;
  • допустимое относительное содержание апериодического тока в токе отключения;
  • если выключатели предназначены для автоматического повторного включения (АПВ), то должны быть обеспечены циклы:

где О — операция отключения, ВО — операция включения и немедленного отключения, 180 — промежуток времени в секундах, tбп — гарантируемая для выключателей минимальная бестоковая пауза при АПВ (время от погасания дуги до появления тока при последующем включении). Для выключателей с АПВ должно быть в пределах 0,3…1,2 с, для выключателей с БАПВ (быстродействующей) — 0,3 с.

  • устойчивость при сквозных токах КЗ, которая характеризуется токами термической стойкости Iт и предельным сквозным током
  • номинальный ток включения — ток КЗ, который выключатель с соответствующим приводом способен включить без приваривания контактов и других повреждений при Uном и заданном цикле.
  • собственное время отключения — промежуток времени от момента подачи команды на отключение до момента начала расхождения дуго-гасительных контактов.
  • параметры восстанавливающегося напряжения при номинальном токе отключения — скорость восстанавливающегося напряжения, нормированная кривая, коэффициент превышения амплитуды и восстанавливающегося напряжения.

Свойства

Выключатели среднего и высокого напряжения (номинальное напряжение 6 — 220 киловольт) и большим током отключения (до 50 килоампер) используются на электрических станциях и подстанциях. Эти выключатели представляют собой довольно сложную конструкцию, управляемую электромагнитными, пружинными, пневматическими или гидравлическими приводами. В зависимости от среды, в которой производят гашение дуги, различают воздушные выключатели, в которых дуга гасится сжатым воздухом, масляные выключатели, в которых контакты помещаются в ёмкость с маслом, а дуга гасится парами масла, электромагнитные выключатели (как правило до 10 кВ), с так называемым магнитным дутьём и дугогасительными камерами с узкими щелями или решётками, элегазовые выключатели, в которых используется электропрочный газ SF6 — «элегаз», и вакуумные выключатели, в которых дугогашение происходит в вакууме — в так называемой вакуумной дугогасительной камере (ВДК). Защитная среда одновременно с дугогашением обеспечивает и диэлектрическую прочность промежутка между контактами в отключенном положении, от чего зависит и величина хода контактов.

Классификация высоковольтных выключателей

  • Элегазовые выключатели (баковые и колонковые);
  • Вакуумные выключатели;
  • Масляные выключатели (баковые и маломасляные);
  • Воздушные выключатели;
  • Автогазовые выключатели;
  • Электромагнитные выключатели;
  • Автопневматические выключатели.
  • Сетевые выключатели на напряжения от 6 кВ и выше, применяемые в электрических цепях (кроме цепей электрических машин и электротермических установок) и предназначенные для пропускания и коммутирования тока в нормальных условиях работы цепи, а также для пропускания в течение заданного времени и коммутирования тока в заданных ненормальных условиях, таких как условия короткого замыкания
  • Генераторные выключатели на напряжения от 6 до 20 кВ, применяемые в цепях электрических машин (генераторов, синхронных компенсаторов, мощных электродвигателей) и предназначенные для пропускания и коммутаций тока в нормальных условиях, а также в пусковых режимах и при коротких замыканиях. Отличаются, как правило, большими значениями номинального тока (до 10000 А) и тока отключения.
  • Выключатели на напряжение от 6 до 220 кВ для электротермических установок, применяемые в цепях крупных электротермических установок (например, сталеплавильных, руднотермических и других печей) и предназначенные для пропускания и коммутаций тока в нормальных условиях, а также в различных эксплуатационных режимах и при коротких замыканиях.
  • Выключатели нагрузки — выключатели, предназначенные для коммутаций под номинальным током, но не рассчитанные на разрыв сверхтоков. Применяются в сетях 3-10 кВ с изолированной нейтралью для коммутации небольших нагрузок — до нескольких мегавольт-ампер.
  • Реклоузеры — подвесные секционирующие дистанционно управляемые выключатели, снабжённые защитой и устанавливаемые на опорах воздушных ЛЭП
  • Выключатели специального назначения.
  • Опорные, то есть имеющие основную изоляцию на землю опорного типа.
  • Подвесные, то есть имеющие основную изоляцию на землю подвесного типа.
  • Настенные, то есть укрепленные на стенах закрытых распредустройств.
  • Выкатные, то есть имеющие приспособления для выкатывания из ячеек распредустройств (для обслуживания, ремонта и для создания т.н. «видимого разрыва» при работах на линиях).
  • Встраиваемые в комплектные распределительные устройства.
  • пять категорий размещения (вне и внутри помещений с различными условиями обогрева и вентиляции);
  • десять климатических исполнений (У, ХЛ, УХЛ, ТВ, ТС, Т, М, ОМ, В и О) в зависимости от географического места установки.

Общее устройство и принцип действия воздушных выключателей

В воздушных выключателях (ВВ) энергия сжатого воздуха используется и как движущая сила, перемещающая контакты, и как дугогасящая среда. Принцип действия дугогасительного устройства (ВВ) заключается в том, что дуга, образующаяся между контактами, подвергается интенсивному охлаждению потоком сжатого воздуха, вытекающего в атмосферу. При прохождении тока через ноль температура дуги падает и сопротивление промежутка увеличивается. Одновременно происходит механическое разрушение дугового столба и вынос заряженных частиц из промежутка.

ВВ конструктивно подразделяются на:

  • Выключатель с открытым ротором
  • Выключатель с газонаполненным отделителем
  • Выключатель с камерами в баке со сжатым воздухом

Общее устройство и принцип действия элегазовых выключателей

Изолирующей и гасящей средой выключателей служит гексафторид серы SF6 (элегаз). Выключатели представляют собой трехполюсный аппарат, полюсы которого имеют одну (общую) раму и управляются одним приводом, либо каждый из трех полюсов выключателей имеет собственную раму и управляется своим приводом (выключатель с пополюсным управлением).

Принцип работы аппаратов основан на гашении электрической дуги (возникающей между расходящимися контактами при отключении тока) потоком элегаза.

Источников возникновения потока газа — два:

  • повышение давления в одной из заполненных газом полостей дугогасительного устройства, обусловленное уменьшением её замкнутого объема, возможность истечения газа из которой в зону расхождения дугогасительных контактов появляется непосредственно перед их размыканием;
  • повышение давления газа в этой же полости вследствие его расширения под действием тепловой энергии самой электрической дуги.

Первый источник превалирует при отключении малых токов, а второй — больших.

Полюс выключателя

Колонковое исполнение. Полюс представляет собой вертикальную колонну, состоящую из двух (и более) изоляторов, в верхнем из которых размещено дугогасительное устройство (ДУ), а нижний служит опорой ДУ и обеспечивает ему требуемое изоляционное расстояние от заземленной рамы. Внутри опорного изолятора размещена изоляционная штанга, соединяющая подвижный контакт ДУ с приводной системой аппарата.

Баковое исполнение. Полюс представляет собой металлический цилиндрический бак, на котором установлены два изолятора, образующие высоковольтные вводы выключателя. ДУ в таком выключателе размещено в заземленном металлическом корпусе.

Комбинированное исполнение. Полюс представляет собой металлический корпус в виде сферы, на котором установлены фарфоровые изоляторы, образующие высоковольтные вводы выключателя, в одном из которых размещено дугогасительное устройство, а в другом — встроенные трансформаторы тока.

В верхней части изолятора обычно устанавливается фильтр — поглотитель влаги и продуктов разложения элегаза под действием электрической дуги. Фильтрующим элементом в нем служит активированный адсорбент — синтетический цеолит NAX.

Также на всех современных выключателях установлен предохранительный клапан — устройство с тонкостенной мембраной, разрывающейся при давлении возникающем при внутреннем коротком замыкании, но не достигающем значения, при котором испытываются собственно изоляторы.

Дугогасительное устройство

Дугогасительное устройство предназначено обеспечивать быстрое гашение электрической дуги, образующейся между контактами выключателя при их размыкании. Разработка рациональной и надежной конструкции дугогасительного устройства представляет значительные трудности, так как процессы, происходящие при гашении электрической дуги, чрезвычайно сложны, недостаточно изучены и обусловливаются многими факторами, предусмотреть которые заранее не всегда представляется возможным. Поэтому окончательная разработка дугогасительного устройства может считаться завершенной лишь после его экспериментальной проверки.

Современные выключатели оснащены дугогасительным устройством автокомпрессионного типа, которые демонстрируют свои расчетные преимущества при отключении больших токов.

ДУ содержит неподвижную и подвижную контактные системы, в каждой из которых имеются главные контакты и снабженные элементами из дугостойкого материала дугогасительные контакты. Главный контакт неподвижной системы и дугогасительный подвижной — розеточного типа, а главный контакт подвижной системы и дугогасительный неподвижной — штыревые.

Подвижная система содержит, кроме главного и дугогасительного контактов, связанную с токовым выводом ДУ неподвижную токоведущую гильзу; поршневое устройство, создающее при отключении повышенное давление в подпоршневой полости, и два фторопластовых сопла (большое и малое), которые направляют потоки газа из зоны повышенного давления в зону расхождения дугогасительных контактов. Большое сопло, кроме того, препятствует радиальному смещению контактов подвижной системы относительно контактов неподвижной, поскольку никогда не выходит из направляющей втулки главного неподвижного контакта.

Главный контакт подвижной системы представляет собой ступенчатую медную гильзу, узкая часть которой адаптирована ко входу в розеточный главный контакт неподвижной системы, а широкая часть имеет два ручья, в которых размещены токосъемные (замкнутые проволочные) спирали, постоянно находящиеся в контакте с охватывающей их неподвижной токоведущей гильзой.

Газовая система

Газовая система аппаратов включает в себя:

  • клапаны автономной герметизации (КАГ) и заправки колонн;
  • коллектор, обеспечивающий во время работы аппарата связь газовых полостей колонн между собой и с сигнализатором изменения плотности элегаза;
  • сам сигнализатор, представляющий собой стрелочный электроконтактный манометр с устройством температурной компенсации, приводящим показания к величине давления при температуре 20ºС;
  • соединительные трубки с ниппелями и уплотнениями.

Сигнализатор изменения плотности элегаза (датчик плотности) имеет три пары контактов, одна из которых, замыкающаяся при значительном снижении плотности элегаза из-за его утечки, предназначена для подачи сигнала (например, светового) о необходимости дозаправки колонн, а две других, размыкающихся при недопустимом падении плотности элегаза, предназначены для блокирования управления выключателем или для автоматического отключения аппарата с одновременной блокировкой включения (что определяется проектом подстанции).

Приводы выключателей обеспечивают управление выключателем — включение, удержание во включенном положении и отключение. Вал привода соединяют с валом выключателя системой рычагов и тяг. Привод выключателя должен обеспечивать необходимую надежность и быстроту работы, а при электрическом управлении — наименьшее потребление электроэнергии.

В элегазовых выключателях применяют два типа приводов:

  • аккумулятором энергии является комплект винтовых цилиндрических пружин
  • управляющим органом является кинематическая система рычагов, кулачков и валов.
  • аккумулятором энергии является комплект тарельчатых пружин
  • управляющим органом является гидросистема.

Требования к выключателям

Выключатель является самым ответственным аппаратом в высоковольтной системе, при авариях он всегда должен обеспечивать четкую работу. При отказе выключателя авария развивается, что ведет к тяжелым разрушениям и большим материальным потерям, связанным с не доступом электроэнергии, прекращением работы крупных предприятий.

В связи с этим основным требованием к выключателям является особо высокая надежность их работы во всех возможных эксплуатационных режимах. Отключение выключателем любых нагрузок не должно сопровождаться перенапряжениями, опасными для изоляции элементов установки. В связи с тем, что режим короткого замыкания для системы является наиболее тяжелым, выключатель должен обеспечивать отключение цепи за минимально возможное время.

Общие требования к конструкциям и характеристикам выключателей устанавливается стандартами:

  • ГОСТ Р 52565-2006 «Выключатели переменного тока на напряжение от 3 до 750 кВ. Общие технические условия.»
  • ГОСТ 12450-82 «Выключатели переменного тока высокого напряжения. Отключение ненагруженных линий».
  • ГОСТ 8024-84 «Допустимые температуры нагрева токоведущих элементов, контактных соединений и контактов аппаратов и электротехнических устройств переменного тока на напряжение свыше 1000 В.»
  • ГОСТ 1516.3-96 «Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции».

Вывод выключателя для ревизии и ремонта связан с большими трудностями, так как приходится либо переходить на другую схему распредустройства, либо просто отключать потребителей. В связи с этим выключатель должен допускать возможно большее число отключений коротких замыканий без ревизии и ремонта. Современные выключатели могут отключать без ревизии до 15 коротких замыканий при полной мощности отключения.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector