Лекция №8

Тема 3.1. Краткая характеристика аппаратов ру и подстанций и методика их выбора

Все аппараты: выключатели, разъединители, предохранители, измерительные трансформаторы, а также токоведущие части (кабели, шины) должны быть выбраны как по условиям нормального режима, так и по условиям режима к.з. Для их правильного выбора производится сравнение расчетных величин с допустимыми значениями их, указанными заводом – изготовителем.

Самым главным аппаратом является выключатель, поэтому и начнем с него.

Выключатель предназначен для коммутаций рабочих и аварийных токов и является основным аппаратом в электрических установках, он служит для отключения и включения в цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа.

Требования:

• надежное отключение любых токов;

• быстрота действия, т. е. наименьшее время отключения;

• пригодность для быстродействующего АПВ, т.е. быстрое включение выключателя сразу же после отключения;

• возможность пофазного (пополюсного) управления для выключателей 110 кВ и выше;

• легкость ревизии и осмотра контактов;

• взрыво- и пожаробезопасность;

удобство транспортировки и эксплуатации.

На рис. 1 приведена классификация в/в выключателей.

Рис. 1

Первыми выключателями высокого напряжения были масляные баковые выключатели без специальных устройств гашения дуги С – 35. Более современные выключатели серии У-35, У-110, У-220.

Преимущества :простота конструкции, высокая отключающая способность, пригодность для наружной установки, возможность установки встроенных трансформаторов тока.

Недостатки: взрыво- и пожароопасность; необходимость периодического контроля за состоянием и уровнем масла в баке и вводах; большой объем масла, необходимость больших запасов масла; непригодность для установки внутри помещений и выполнения быстродействующего АПВ; большая затрата металла, большая масса, неудобство перевозки, монтажа и наладки.

На вновь сооружаемых объектах не применяются.

Маломасляные выключатели(горшковые). Масло служит дугогасящей средой и частично изоляцией между разомкнутыми контактами. Контакты выключателей для внутренней установки находятся в стальном бачке (горшке), отсюда сохранилось название выключателей «горшковые».

Недостатки:

• взрыво- и пожароопасность, хотя и значительно меньшая, чем у баковых выключателей;

• невозможность осуществления быстродействующего АПВ;

• необходимость периодического контроля, доливки, относительно частой замены масла в дугогасительных бачках;

• трудность установки встроенных трансформаторов тока;

• относительно малая отключающая способность.

Область применения—ЗРУ электростанций и подстанций 6, 10, 20, 35 и 110 кВ, КРУ 6, 10 и 35 кВ и открытые РУ 35,110, 220 кВ.

В воздушных выключателях гашение дуги происходит сжатым воздухом, а изоляция токоведущих частей и дугогасительного устройства осуществляется фарфором или другими твердыми изолирующими материалами.

Конструктивные схемывоздушных выключателейразличныи зависят от их номинального напряжения, способа создания изоляционного промежутка между контактами в отключенном положении и способа подачи сжатого воздуха в дугогасительное устройство.

Достоинства:взрыво- и пожаробезопасны, быстродействующие и позволяют осуществлять быстродействующие АПВ, высокая отключающая способность, надежное отключение емкостных токов линий, малый износ дугогасительных контактов, обеспечивают легкий доступ к дугогасительным камерам, возможность создания серий из крупных узлов, пригодны для наружной и внутренней установки.

Недостатки:необходимость компрессорной установки, сложная конструкция ряда деталей и узлов, относительно высокая стоимость, трудность установки трансформаторов тока.

Электромагнитные выключателидля гашения дуги не требую ни масла, ни сжатого воздуха. Возникшая между контактами дуга действием электродинамических сил выдувается вверх в дугогасительныю камеру и с помощью электромагнитного поля втягивается внутрь. Выключатели этого типа выпускают на напряжение 6 –10 кВ, номинальный ток до 3600 А и ток отключения до 40 кА с пружинным (ВЭ) или электромагнитным (ВЭЭ) приводом.

Достоинства:взрыво- и пожаробезопасны, имеют малый износ дугогасительных контактов, пригодны для работы в условиях частых включений и отключений, имеют относительно высокую отключающую способность.

Недостатки: дугогасительная камера сложной конструкции с системой магнитного дутья, ограниченно пригодны для наружной установки и имеют предел номинального напряжения не выше 15...20 кВ.

Вакуумные выключателивыпускаются напряжением 6— 110 кВ с номинальным током до 3200 А и током отключения до 40 кА.

Вакуумные выключатели 6—10 кВ широко применяются для замены маломасляных и электромагнитных выключателей в КРУ.

Выключатель ВВП — быстродействующий, устанавливается в ячейках КРУ секционных и на вводах в совокупности с быстродействующим АВР.

BB-TEL производственным объединением «Таврида-электрик», ВВУ СЭЩ (Самарский завод «Электрощит»).

Применение:для управления тр-рами сталеплавильных печей, тяговых подстанций, насосных, на мощных экскаваторах. Отключение мощных синхронных двигателей вызывает срез тока при быстром разрыве цепи, отключение малых индуктивных токов может привести к перенапряжению, поэтому вакуумные выключатели снабжаются встроенными ограничителями перенапряжений или предусматривается установкаОПН (ограничитель перенапряжения).

Достоинства вакуумных выключателей:

• простота конструкции,

• высокая степень надежности,

• высокая коммутационная износостойкость,

• малые размеры,

• пожаро- и взрывобезопасность,

• отсутствие загрязнения окружающей среды,

• малые эксплуатационные расходы.

Недостатки вакуумных выключателей:

• сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения,

• возможность коммутационных перенапряжений.

Элегазовые выключатели.Гашение дуги осуществляется за счет вращения электрической дуги в элегазе с помощью магнитного поля, созданного отключаемым током.

Достоинства элегазовых выключателей:

• пожаро- и взрывобезопасность,

• быстрота действия,

• высокая отключающая способность,

• малый износ дугогасительных контактов,

• возможность создания серий с унифицированными узлами (модулями).

• пригодность для наружней и внутренней установки.

Недостатки:

• необходимость специальных устройств для наполнения, перекачки и очистки SF6,

• относительно высокая стоимость SF6.

Баковые выключатели серии ВЭБ, ВГБи колонковые выключатели серииВГТ, ВГУ

В настоящее время широко применяются вакуумные (до 110 кВ) и элегазовые в эл. установках 110 кВ и выше. Область применения воздушных выключателей ограничена РУ напряжением 110 кВ и выше, в случаях, когда число выключателей так велико, что оправдывает сооружения коммутирующего хозяйства для них.

Табличная форма выбора и проверка выключателя выглядит так (табл. 1)

Таблица 1

№ п/п	Расчетные данные	Каталожные данные	Условие проверки
1
2
3
4
5
6

При выборе выключателей по условиям нормального режима вводные выключатели (от трансформаторов РУ) за расчетный ток принимают номинальный ток трансформатора, так же поступают и при выборе секционного выключателя. Что касается выключателей отходящих фидеров, то обычно исходят из того, что при напряжении 10 кВ фидер надо рассчитывать на 2,5 – 3 МВт.

У современных выключателей собственное время отключения на порядок меньше, чем у старых, поэтому при их выборе необходимо учитывать апериодическую слагающую тока к.з. Критерием правильности выбора выключателя будет:

где - нормированное содержание апериодической составляющей в токе отключения. Если этот параметр не указан в каталоге, то его можно определить по кривой- см. рис. 2.

Рис. 2.

Из графика видно, что при времени отключения более 80 процентное содержание апериодической слагающей практически сводится к нулю. Если жепренебречь нельзя, то чтобы проверить выключатель по приведенному выше критерию, надо определить значение. Оно определяется из выражения:

,

где .

Для выбора разъединителей и отделителей также можно использовать приведенную выше табл. 1, но проверка производить только по поз. 1; 2; 3 и 5, т.к. они не предназначены для коммутации цепей с токами.

Несколько иначе выглядит методика проверки трансформаторов тока. Они выбираются по номинальному току и напряжению, по нагрузке, классу точности и проверяются на термическую и электродинамическую устойчивость к токам к.з. Условиями такой проверки являются:

,

,

где и- значения электродинамического и электротермического коэффициента кратности, гарантируемые заводом – изготовителем.

Что касается трансформаторов напряжения, то они выбираются по номинальному напряжению, классу точности и нагрузке. По условиям токов к.з. трансформаторы напряжения не проверяются, т.к. они присоединяются к сборным шинам с помощью предохранителей, время перегорания плавкой вставки у которых очень мало.

Что касается выбора кабелей и шин по условиям к.з., то это мы уже рассматривали в предыдущей лекции.