Что такое отделитель с короткозамыкателем?

Назначение короткозамыкателя и отделителя

Кратко расскажем, для чего предназначен каждый из коммутационных аппаратов:

• Основная задача отделителей – произвести оперативное отключение обесточенного проблемного сегмента сети. По сути, этот контактный аппарат является разъединителем со скоростью срабатывания 500-1000 мс. Конструкция может иметь заземление или быть изолированной от него.

  
  Отделитель ОД-220

В сетях с классом напряжения до 110,0 кВ применяются трехполюсные аппараты, управляемые общим пусковым приводом. Для 220 кВ и выше используются однополюсные устройства (по одному на фазу). Отключаются отделители автоматически, а включаются вручную. Управление разъединителями осуществляется релейной защитой.

• Короткозамыкателями называют быстродействующие приводы, используемые для создания искусственного замыкания в линии с целью вызвать ее защитное отключение. В такой операции возникает необходимость в случае возникновения нештатной ситуации или аварии, например, при повреждениях трансформаторов.

  
  Короткозамыкатель КЗ-110

В зависимости от конструкции замыкание производится между фазами (в сетях до 35,0 кВ) или одной из фаз на «землю», для линий с классом напряжения от 110,0 кВ. Включается короткозамыкатель автоматически, при срабатывании релейной защиты, но если возникнет необходимость, процесс может быть запущен вручную. Что касается отключения, то для него автоматический режим не предусмотрен.

Назначение короткозамыкателя

Здравствуйте, уважаемые посетители сайта «Заметки электрика».

Еще перед летним отпуском в этом году, мы выводили в ремонт силовой трансформатор 110/10 (кВ) мощностью 63 (МВА). Ремонтная бригада производила замену разрядников на стороне 110 (кВ) на ОПН. А мы в это время занимались полной проверкой релейной защиты и автоматики этого самого трансформатора.

Схема электроснабжения данной подстанции выстроена с высокой стороны на отделителях и короткозамыкателях. Вот я и решил написать об этом более подробно. Тема сегодняшней статьи будет называться короткозамыкатель. Я Вам расскажу про назначение и применение короткозамыкателя, а также про принцип его работы.

Итак, начнем.

Короткозамыкатель – это коммутационный аппарат, который необходим для создания искусственного короткого замыкания в электрической цепи.

Смысл его работы заключается в следующем. При внутреннем повреждении силового трансформатора включается короткозамыкатель и создает искусственное короткое замыкание. В это время на питающей подстанции релейная защита реагирует на ток искусственного короткого замыкания и отключает питающую линию, а соответственно, и силовой трансформатор от сети.

Короткозамыкатель может устанавливаться либо на одном полюсе, в электроустановках напряжением 110 (кВ) и выше, либо на двух полюсах, в электроустановках напряжением 35 (кВ).

В моем примере на одной подстанции короткозамыкатель установлен в ОРУ на стороне 110 (кВ) в фазе В, а на другой — в фазе С и А.

На фотографии выше видно, что короткозамыкатель КЗ-110 установлен в фазе В.

А на этой фотографии на одном вводе короткозамыкатель КЗ-110 установлен в помещении ЗРУ в крайней фазе С, а на другом вводе — в фазе А.

В общем это зависит в том числе и от конструктивных особенностей подстанции.

При установке короткозамыкателя высоковольтный выключатель на стороне 110 (кВ) не требуется, что значительно упрощает и удешевляет монтаж такого электрооборудования примерно на 40-50%, не теряя при этом надежность.

Хотя признаюсь Вам, что при написании своего дипломного проекта на тему: «Модернизация главной распределительной подстанции» я ушел от применения короткозамыкателей и отделителей, и установил на сторону 110 (кВ) вакуумные высоковольтные выключатели ВБЭ-110. На то это и дипломный проект, чтобы показать и доказать, что данная модернизация и расчеты имели право на жизнь.

На нашем предприятии имеются две главные распределительные подстанции (ГПП) напряжением 110/10 (кВ), где установлены короткозамыкатели. И у обеих подстанций схемы немного различаются. Давайте разберем работу короткозамыкателя на каждой из этих подстанций.

Работа короткозамыкателя с отделителем

А вот схема питания ГПП-2 110/10 (кВ) немного отличается от предыдущей схемы.

Питание силового трансформатора Т-1 осуществляется по воздушной линии 110 (кВ) через линейный разъединитель ЛР-110 и отделитель ОДЗ-110.

В данной схеме, в отличии от предыдущей, установлен отделитель ОДЗ-110. Устанавливается он на всех трех полюсах. Более подробно про отделитель я напишу в отдельной статье. Чтобы не пропустить, подпишитесь на получение извещения о выходе новых статей на сайте.

В нормальном режиме работы силового трансформатора Т-1 все три силовых контакта отделителя замкнуты.

А при возникновении внутреннего повреждения силового трансформатора Т-1 срабатывает короткозамыкатель, который создает искусственное короткое замыкание на воздушной линии.

Под действием искусственного тока короткого замыкания релейная защита на питающей подстанции отключает с помощью высоковольтного выключателя эту линию. И только после того, как линия отключится, в эту бестоковую паузу отключается отделитель, размыкая свои силовые контакты и тем самым отделяя поврежденный силовой трансформатор от сети.

Выглядит это следующим образом. Специально для Вас я снял видео работы короткозамыкателя в паре с отделителем.

Затем на этот высоковольтный выключатель на питающей подстанции действует АПВ (автоматическое повторное включение) и он включается. Линия снова становится под напряжение.

Эта схема немного сложна тем, что в ней необходима более точная и четкая слаженность работы релейной защиты на срабатывание короткозамыкателя и отделителя, а также высоковольтного выключателя на питающей подстанции. Этому способствуют различные виды блокировки устройств релейной защиты и автоматики, а также своевременное обслуживание приводов короткозамыкателя и отделителя.

Вот поэтому к релейной защите и предъявляются такие основные требования, как селективность (избирательность), быстродействие, чувствительность и надежность.

Но Вы только представьте себе, что произойдет, если релейная защита сработает не слаженно, и отделитель будет разрывать ток искусственного короткого замыкания. Это приведет к очень большим последствиям и аварии на подстанции.

P.S. Думаю, что смысл установки короткозамыкателя и отделителя на подстанции Вам ясна. В следующих статьях я расскажу Вам про конструкцию короткозамыкателя и отделителя, и их привода.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:

Источник: https://zametkielectrika.ru/korotkozamykatel/

Устройство короткозамыкателя и отделителя

Кратко расскажем о конструкции электромеханических аппаратов, изображенных выше, это будет полезно при объяснении их принципа работы. Начнем с отделителя, его упрощенный чертеж представлен ниже (рис.3 1).

Рисунок 3. 1) конструкция отделителя; 2)конструкция короткозамыкателя

Обозначения (часть 1 конструкция отделителя):

• А1 – стойки изоляторы.
• B1 – поворотные штанги с установленными контактами ножами.
• С1 – пружинный механизм, приводящий в движение поворотные штанги.
• D1 – платформа.
• E1 – шкаф с электромагнитным «спусковым» механизмом, освобождающим пружинный привод, разводящий контактные части.

Как сами устройства, так и механика их работы не отличаются сложностью. Мы уже упоминали, что применение отделителя производится при снятом напряжении с сети, то есть, когда включаются выключатели на питающей магистрали. Следовательно, на разъединители можно не устанавливать специальные вакуумные дугогасительные контактные камеры.

Теперь рассмотрим основные элементы конструкции короткозамыкателя (рис.3 2):

• A2 – основная (опорная) штанга-изолятор.
• В2 – неподвижная штанга с контактными ножами.
• С2 – пружинный привод.
• D2 – платформа, на которой установлен короткозамыкатель.
• E2 – шкаф для электромагнитного привода и трансформатора тока.
• F2 – подвижная заземленная штанга, замыкающая полюса короткозамыкателя.

Конструктивно короткозамыкатель КЗ-35, а также другие модели, создающие искусственное межфазное КЗ, имеют несколько отличий от представленного на рисунке устройства. Поскольку имитируется линейное замыкание, то подвижная не соединена с «землей», она подключается к другой фазе. Соответственно, конструкция снабжена еще одним изолятором-стойкой.

РАЗЪЕДИНИТЕЛИ, КОРОТКОЗАМЫКАТЕЛИ, ОТДЕЛИТЕЛИ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Разъединители – аппараты, предназначенные для включения и отключения участков электрической сети или электрических установок, не находящихся под нагрузкой.

С помощью разъединителей можно отключать и включать: намагничивающий ток силовых трансформаторов – не более 3,5 А при напряжении 6 кВ и 3 А при 10 кВ; зарядный ток шин, оборудования, воздушных и кабельных линий; ток замыкания на землю – не более 4 А при напряжении 6 кВ и 3 А при 10 кВ. При изолирующих перегородках между полюсами разъединителей токи включения и отключения могут быть в 1,5 раза больше.

При ремонтных работах разъединителем создается видимый разрыв между частями, оставшимися под напряжением, и аппаратами, выведенны­ми в ремонт.

Значение отключаемого разъединителем тока зависит от его конструк­ции (вертикальное, горизонтальное расположение ножей), от расстояния между полюсами, от номинального напряжения установки, поэтому допу­стимость такой операции устанавливается инструкциями и директивными указаниями. Порядок операций при отключении намагничивающего тока трансформатора также играет важную роль. Например, трансформаторы, имеющие устройство регулирования под нагрузкой (РПН), необходимо перевести в режим недовозбуждения, так как ток намагничивания резко уменьшается при уменьшении индукции в магнитопроводе, которая зависит от подведенного напряжения. Кроме того, при отключении ненагруженного трансформатора необходимо предвари­тельно эффективно заземлить нейтраль, если в нормальном режиме транс­форматор работал с разземленной нейтралью. Если к нейтрали трансфор­матора был подключен заземляющий реактор, то предварительно его следует отключить.

Если в цепи имеются разъединитель и отделитель, то отключение и включение намагничивающего тока и зарядных токов следует выполнять отделителями, имеющими пружинный привод, который позволяет быстро произвести эту операцию.

Разъединители играют важную роль в схемах электроустановок, от надежности их работы зависит надежность работы всей электроустановки, поэтому к ним предъявляются следующие требования:

— создание видимого разрыва в воздухе, электрическая прочность которо­го соответствует максимальному импульсному напряжению;

— электродинамическая и термическая стойкость при протекании то­ков короткого замыкания;

— исключение самопроизвольных отключений;

— четкое включение и отключение при наихудших условиях работы (обле­денение, снег, ветер).

Разъединители по числу полюсов могут быть одно- и трехпо­люсными, по роду установки − для внутренних и наружных установок, по конструкции − рубящего, поворотного, катя­щегося, пантографического и подвесного типа. По спо­собу установки различают разъединители с вертикальным и го­ризонтальным расположением ножей.

Короткозамыкатель – коммутационный аппарат, предназначенный для создания искусственного КЗ в электрической цепи. Короткозамыкатели применяются в упрощенных схемах подстанций для того, чтобы обеспечить отключение поврежденного трансформатора после создания искусственного КЗ действием релейной защиты питающей линии.

В установках 35 кВ применяют два полюса короткозамыкателя, при срабатывании которых создается искусственное двухфазное КЗ. В установ­ках с заземленной нейтралью (110 кВ и выше) применяется один полюс короткозамыкателя.

Отделитель внешне не отличается от разъединителя, но у него для от­ключения имеется пружинный привод. Включение отделителя производит­ся вручную. Отделители, так же как разъединители, могут иметь зазем­ляющие ножи с одной или двух сторон. Недостатком существующих конструкций является довольно большое время отключения (0,4–0,5 с.).

Отделители могут отключать обесточенную цепь или ток намагничива­ния трансформатора.

Отделители и короткозамыкатели открытой конструкции недостаточно надежно работают в неблагоприятных погодных условиях (мороз, гололед). В эксплуатации наблюдаются случаи их отказа в работе. Взамен этих конструкций разработаны отделители и короткозамыкатели с контактной системой, расположенной в закрытой камере, заполненной элегазом.

КОНСТРУКЦИЯ РАЗЪЕДИНИТЕЛЕЙ

Для внутренних установок разъединители могут быть однополюсными (РВО) или трехполюсными (РВ, РВЗ, РВФЗ, РВК и РВРЗ). Трехполюсные разъеди­нители могут выполняться на общей раме или на отдельных рамах для каждого полюса. Отдельные полюсы объединяются общим валом, свя­занным с приводом разъединителя.

На токи до 1000 А нож разъединителя изготовляется из двух медных полос, на большие токи применяются ножи из трех-четырех полос. Так же как в шинных конструкциях, наилучшее ис­пользование материала при больших токах достигается, если неподвижные контакты будут коробчатого сечения, а ножи разъединителя − корытообразной формы.

В разъединителях рубящего типа нож вращается вокруг одного из неподвижных контактов, движение ножу передается от вала че­рез фарфоровые тяги. Необходимое давление в контактах создается пружинами.

Рассмотрим устройство контактной системы разъединителей рубящего типа, представленное на рис. 4.1.

На изоляторе 1 укреплена медная шина, изогнутая под прямым углом, которая является неподвижным контактом 2. Боковые ча­сти контакта 2 обработаны под цилиндрическую поверхность, поэтому с пластинами ножа 6 образуется линейный контакт. Пружины 4, наса­женные на стержень 5, нажимают на стальные пластины 3, которые своим выступом прижимают ножи к неподвижному контакту. Чем больше давле­ние в контакте, тем меньше переходное сопротивление, но больше износ контактов за счет трения при включениях и отключениях и тем большее усилие надо приложить при операциях с разъединителем.

При прохождении токов короткого замыкания создаются электродинамические усилия в местах перехода тока с пластин ножа в контакт, стремящиеся оттолкнуть ножи от контакта. С другой стороны, пластины ножа притягиваются друг к другу благодаря взаимодействию токов одного направления. При боль­ших токах короткого замыкания силы отталкивания могут оказаться больше, чем силы при­тяжения пластин ножа, это приведет к отбросу пластин ножа от контакта, возникновению дуги, т. е. к аварии. Чтобы избежать этого, в разъедините­лях предусматривается устройство «магнитного замка». Он состоит из двух стальных пластин 3, расположенных снаружи ножа, которые, во-первых, служат для передачи давления от пружин, а во-вторых, намагничиваясь то­ками короткого замыкания, притягиваются друг к другу и создают дополнительное давление в контакте.

Рис. 4.1. Контактная система разъединителей рубящего типа:

1 – изолятор; 2 – неподвижный контакт; 3 – стальные пластины; 4 – пружины;

5 – стержень; 6 – нож; 7 – ось

Контактная система разъединителя на втором изоляторе имеет такую же конструкцию, но контакты будут скользящими, шарнирными, а не раз­мыкающимися, так как нож вращается вокруг оси 7.

Трехполюсные разъединители снабжены механизмами включения и отключения токоведущих ножей и ножей заземления. Подвижные контакты соединяются с рычагами отключающих механизмов тягами из фарфора или другого изоляционного материала. Ограничение хода ножей и невозможность самопроизвольного отключения обеспечивает механизм привода, а плотность неподвижных и подвижных контактов разъединителей − пружинящие устройства.

В конструкции разъединителей не предусмотрена фиксация ножей в отключенном положении. Во избежание самопроизвольного включе­ния разъединители нельзя устанавливать на горизонтальных плоско­стях с расположением их ножей над плоскостью. Рама разъедините­лей имеет болт заземления, который позволяет соединять ее с ответ­влением от контура заземления.

На рис. 4.2 представлен трехполюсный разъединитель РВ-6-10 для внутренней установки.

Медные или стальные заземляющие ножи 6 разъединителя РВЗ, представленного на рис. 4.3, приварены к стальному валу 7, который вращается в отвер­стиях пластин, прикрепленных к раме 2. Вал гибкой медной связью 8 соединяется с рамой 2 трехполюсного разъединителя. Между валом разъединяющих и валом заземляющих ножей имеется блокировочная тяга 10, исключающая включение разъединителей при включенных ножах заземления и включение заземляющих ножей при включенных разъединителях.

Контактная система полюса вертикально-рубящего типа. Для повыше­ния динамической стойкости каждый контактный нож 1 оснащен «маг­нитными замками». Контактная система полюса крепится на четырех опорных изоляторах. Движение ножам передается через изолирующую фарфоровую тягу 5. Для уменьшения отключающего и включающего уси­лия применяется механизм для снятия контактного давления. Заземляю­щие ножи 6 могут быть расположены со стороны шарнирного или разъем­ного контакта или с обеих сторон. При трехполюсной установке они закорачиваются общей медной шиной.

Рис. 4.2. Разъединитель РВ-6-10:

1 – рама; 2 – вал; 3 – рычаг; 4 – опорный изолятор;

5 – неподвижный контакт; 6 – нож; 7 – тяга с изолятором

Рис. 4.3. Разъединитель РВЗ-6-10:

1 – фарфоровая тяга; 2 – рама; 3 – рычаги; 4 – изолятор; 5 – неподвижный контакт;

6 – нож; 7 – вал с заземляющими ножами; 8 – гибкая связь; 9 – болт заземления;

10 – блокировочная тяга

На рис. 4.4 показан разъединитель типа РВРЗ на напряжение 20 кВ, номинальный ток 8 кА, рассчитанный на предельный сквозной ток КЗ 300 кА и предельную термическую стойкость 112 кА (при расстоянии между полюсами 700 мм).

Рис. 4.4. Разъединитель рубящего типа для внутренней установки

с двумя заземляющими ножами РВРЗ-2-20/8000 (один полюс):

1 − подвижные главные контакты; 2 − неподвижный контакт; 5 − фарфоровая тяга;

4 − опорный изолятор; 5 − рама; 6 − заземляющие ножи; 7 − механическая блокировка между главными и заземляющими ножами

Заземляющие ножи имеют механическую блокировку, не разрешаю­щую включать их при включенных главных ножах. Для управления за­земляющими ножами используется ручной рычажный привод, состоящий из системы рычагов, передающих движение от рукоятки к валу (ПР), или червячный привод (ПЧ). Включение и отключение главных ножей осущест­вляется электродвигательным приводом (ПДВ), позволяющим произво­дить эти операции дистанционно.

Во включенном и отключенном положении разъединитель надежно фиксируется системой рычагов привода, чтобы исключить самопроизволь­ное отключение или включение.

Для установки в комплектных экранированных токопроводах приме­няются разъединители катящегося типа с поступательным движением ножа. Эти разъединители рассчитаны на большие токи (12000, 14000 А). Неподвижные контакты выпол­нены в виде коробов из листовой меди и закреплены на опорных изолято­рах, привернутых к раме. Подвижный контакт выполнен из восьми коробчатых шин, соединенных между собой специальным механизмом. Давление в контактах создается пружинами. При отключении разъедини­теля поворотом изолятора приводится в движение кулачковое устрой­ство механизма, которое отжимает подвижные контакты от непо­движных на несколько миллиметров. Затем весь подвижный контакт перекатывается на роликах справа налево, отключая разъединитель. При включении сначала перемещается подвижный контакт слева направо, а за­тем кулачковое устройство освобождает коробчатые шины подвижного контакта и они пружинами прижимаются к неподвижным контактам. Такое отключение и включение без трения в контактах позволяет применить легкий двигательный привод (ПДВ-12), а также уменьшить износ контак­тов.

Разъединители, устанавливаемые в открытых распределительных уст­ройствах, должны обладать соответствующей изоляцией и надежно выпол­нять свои функции в неблагоприятных условиях окружающей среды.

На рис. 4.5 показан такой разъединитель (РНВ-500) с вертикальным движением двух полуножей. В отключенном положении его высота 8,45 м. Разъединитель имеет два заземляющих ножа, привод главных ножей электродвигательный (ПДН), заземляющих ножей – руч­ной.

Разъединители горизонтально-поворотного типа вы­пускаются на напряжение 10 − 750 кВ. Широкое применение этих разъеди­нителей объясняется значительно меньшими габаритами и более простым механизмом управления. В этих разъединителях главный нож состоит из двух частей, так же как у разъединителя РНВ, но они перемещаются в го­ризонтальной плоскости при повороте колонок изоляторов, на которых закреплены. Это разъединитель горизонтально-поворотного типа РНДЗ-2-110, показанный на рис. 4.6.

Один полюс является ведущим, к нему присоединен привод. Движение к двум другим полюсам (ведомым) передается тягами. Разъединители могут иметь один или два заземляющих ножа. Контактная часть разъединителя состоит из ламелей, укрепленных на конце одного ножа, и контактной поверхности на конце другого ножа. При включении нож входит между ламелями. Давление в контакте создается пружинами.

В горизонтально-поворотных разъединителях при отключении нож как бы «ломается» на две части, поэтому значительно облегчается работа при­вода в случае обледенения контактов. В разъединителях рубящего типа для разрушения корки льда ножу сообщалось поступательно-враща­тельное движение, чем усложня­лась кинематика привода. В разъединителях 330 — 750 кВ предусмотрены льдозащитные кожухи, закрывающие контакты.

Рис. 4.5. Разъединитель для наружной установки вертикально-поворотного типа РНВ-500:

1 − приводной механизм заземляющих ножей; 2−рама; 3 − заземляющая шина; 4 − нож заземления; 5 − изолятор; 6, 9, 12 − экраны; 7−контакт; 8 − соединительная шина;

10 − главный нож с ламелями; 11 − главный нож с лопаткой; 13 − привод типа ПДН

Рис. 4.6. Разъединитель горизонтально-поворотного типа РНДЗ-2-110:

1 − рама; 2 − опорный изолятор; 3 − наконеч­ник для присоединения шин;

4 − гибкая связь; 5 − главный нож с ламелями; 6 − главный нож без ламелей;

7 − заземляющие ножи; 8 − тяга к приводу; 9 − привод

Подвесной разъединитель (рис. 4.7) имеет подвижную контактную систему, состоящую из груза 5, снабженного пружинящими лапами 6 и контактными наконечниками 7, к которым приварены токопроводы 9 из двух алюминиевых труб. Вся эта система подвешена на гирляндах изоля­торов 3 к порталу. Неподвижный контакт в виде кольца 8 может уста­навливаться на шинной изоляционной опоре, а также на измерительных трансформаторах тока и напряжения. Тросовая система управления со­стоит из электродвигательного привода 10, троса 1, противовеса 2, блоков 4. В отключенном положении подвижный контакт поднят. При включении разъединителя вращением барабана привода поднимается вверх противо­вес, а подвижные контакты под действием собственного веса опускаются вниз и наконечники 7 приходят в соприкосновение с кольцом 8 − цепь замкнута.

Рис. 4.7. Разъединитель подвесного типа РПД-500:

1 – трос; 2 – противовес; 3 – гирлянда изоляторов; 4 – блок; 5 – груз; 6 – пружинящие «лапы»; 7 – контактные наконечники; 8 – неподвижный контакт; 9 – токопроводы;

10 – электродвигатель

Для электроустановок 1150 кВ разработаны разъединители двухколонковые с двумя телескопическими ножами, движущимися при включении в горизонтальной плоскости навстречу друг другу.

КОНСТРУКЦИЯ КОРОТКОЗАМЫКАТЕЛЕЙ

Конструкция короткозамыкателя КЗ-35 показана на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Короткозамыкатель КЗ-35:

1 − основание; 2 − заземляющий нож; 3 − неподвижный контакт;

4 − изоляционная колонна; 5 − изоляционная вставка; 6 − привод ПРК-1; 7 − тяга;

8 − гибкая связь к заземляющей шине

Привод короткозамыкателей имеет пружину, которая обеспечи­вает включение заземленного ножа на неподвижный контакт, находящийся под напряжением. Импульс для работы привода подается 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 КЭ-110 и КЭ-220 выполняются в виде одного полюса. Полюс КЭ-110 (рис. 4.9) состоит из основания 5 и кон­тактной камеры 2. В основании, изолированном от земли, расположены 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 шине 4 установлен трансфор­матор тока 7.

Рис. 4.9. Короткозамыкатель закрытого типа с элегазовым наполнением 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

Контактная камера короткозамыкателя (рис. 4.10) имеет один разрыв 90 мм и состоит из фарфорового корпуса и двух вертикально располо­женных электродов. Неподвижный контакт 2 имеет вывод для присоедине­ния токоведущей шины. Подвижный контакт через гибкие связи соединен с заземляющей шиной. Полость контактной камеры заполнена элегазом SF6 с избыточным давлением 0,3 МПа.

Рис. 4.10. Контактная камера короткозамыкателя КЗ-110:

1 − мешочек с силикагелем; 2 − неподвижный контакт; 3 − фарфоровый корпус; 4 − экран; 5 − подвижный контакт; 6 − гибкая связь; 7 − масляный гидрозатвор;

8 − сальниковое уплот­нение

Элегаз обладает высокой электрической прочностью. При атмосферном давлении его прочность в 2 − 3 раза выше 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.

КОНСТРУКЦИЯ ОТДЕЛИТЕЛЕЙ

На рис. 4.11 представлен полюс отделителя марки ОД-35. Эти отделители выпускают­ся на базе горизонтально-поворотных двухколонковых разъединителей серии РЛНД и могут быть исполь­зованы для автоматичес­кого отключения при вклю­чении отделителя вручную и для автоматического или дистанционного включения и отключения.

Рис. 4.11. Полюс отделителя ОД-35 во включенном положении:

1,2 – колонки стержневых опорных изоляторов; 3,4 – подвижные контакты;

5 – контактные губки; 6 – зажимы; 7 – гибкие связи; 8 – привод; 9 – нож заземления

Энергия взводимых пру­жин, расположенных у основания отделителей, позволяет существенно сни­зить потребление электро­энергии на операцию пере­ключения и ускорить от­ключение отделителей. Если время операции разъ­единителя РНД с элект­родвигательным управле­нием составляет 5 — 10 с, то для отделителя оно не более 1 сек.

Каждый полюс отде­лителя на 35 кВ имеет фасонное стальное основание, валы с рычагами и две колонки стержневых опорных изоляторов 1 и 2 (СТ-35), на которых смонтирована токоведущая система отделителя. Подвижные контакты отделителя со­стоят из двух плоских полуножей 3 и 4.На ноже 3 укреплены кон­тактные губки 5, снабженные плоскими стальными пружинами. При включении нож 4 врубается между губками 5 ножа 3. При от­ключении оба ножа 3 и 4 отделителя поворачиваются на 90° в горизонтальной плоскости.

Включение и отключение ножей осуществляется одновременным вращением обоих изоляторов пружиной. Приведенная конструкция ножей и контактной системы при операциях позволяет крошить образовавшийся лед, при этом изоляторы не будут испытывать значительных изгибающих усилий. Отделитель управляется специальным автоматическим приводом 8 (ШПО или ШППО). Нож заземления 9 отделителя имеет обычный ручной привод 10 (ПРН-110М).

Отделитель закрытого исполнения с элегазовым наполнением (рис. 4.12) предназначен для отключения и включения токов намагничива­ния силовых трансформаторов и зарядных токов линий. Отделитель ОЭ-110 обеспечивает автоматическое включение и отключение.

Рис. 4.12. Отделитель закрытый с элегазовым 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

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 полый подвижный контакт с экраном. Включение происходит за счет силы пружин привода ППО. Давление в контактах создается за счет сжатой пружины 4 и пружинящего розеточного контакта. Отключение происходит автоматически за счет 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.

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 четкая работа и малые времена включения и отключения.

Схема управления короткозамыкателем и отделителем, установленными на тупиковой подстанции, показана на рис. 4.13.

К подстанции идет линия Л, на питающем конце которой установлены быстродействующая защита и защита с выдержкой времени. В рассматриваемой схеме питание электромагнитов отключе­ния отделителя YAT1 и выключателя YAT2 на стороне напряжения 6-10 кВ, промежуточного реле KL1, а также об­мотки KL2.2 двухпозиционного реле KL2 осуществляется от предварительно заря­женных конденсаторов С1-С4, вклю­ченных через разделительные диоды VD1-VD4. Для заряда конденсаторов использованы зарядные устройства типа БПЗ-401 и БПЗ-402.

При оперативном отключении под­станции ключом SA1 отключают выклю­чатель Q2 на стороне низшего напря­жения, а затем ключом SA2 отключают отделитель QR. Обратный порядок от­ключения (сначала QR, а затем Q2) не­возможен, так как вспомогательный кон­такт Q2.1 выключателя препятствует отключению отделителя, способного от­ключать лишь ток холостого хода транс­форматора. Отключение подстанции по каналу телеуправления происходит при замыкании контактов КСТ.1 и КСТ.2.

При повреждении трансформатора и аварийном его отключении могут быть два случая: срабатывает только защита трансформатора; вместе с защитой трансформатора срабатывает защита линии и отключает выключатель Q1.

В первом случае защита трансформатора контактом А.2 замыкает цепь кон­тактора КМ1 включения короткозамыкателя QN. После включения QN защита отключает выключатель Q1. В этом случае условием отключения отдели­теля QR являются отсутствие тока в цепи защищаемого трансформатора, вклю­ченное положение короткозамыкателя QN и отсутствие тока в его цепи. Для получения этой информации используют реле тока КА1 и КА2 (рис. 4.13, а) и вспомогательные контакты короткозамыкателя QN.1. Контакты реле КА1, КА2 вспомогательный контакт QN.1 включены последовательно в цепь реле KL1, ко­торое при срабатывании замыкает контакт KL1.1 в цепи YAT1 и действует на от­ключение отделителя (рис. 4.13, б).

При включении короткозамыкателя его вспомогательные контакты QN.1 могут замкнуться раньше основных контактов, и отделитель начнет отключаться. В этом случае он отключает токи короткого замыкания, что приводит к аварии. Чтобы избежать этого, используют промежуточное реле KL1 с замедлением при срабатывании.

Рис. 4.13. Схема управления короткозамыкателем и отделителем

Если вместе с защитой трансформатора срабатывает защита линии и от­ключается выключатель Q1 до включения короткозамыкателя QN, то вспомогательный контакт QN.1 в цепи обмотки реле KL1 остается разомкнутым. В этом случае отключение отделителя QR в бестоковую паузу происходит благодаря действию двухпозиционного реле KL2, контакта KL2.1, вспомогательного контакта QN.1. Двухпозиционное реле переключается при срабатывании защиты трансформатора (замыкается контакт А.1).

Нормальный режим работы отключившейся подстанции восстанавливает обслуживающий персонал.

Контрольные вопросы

1. Назначение разъединителей. Какие операции разрешается производить

разъединителями?

2. По каким признакам классифицируются разъединители?

Опишите устройство и области применения разъединителя типа РВ-6-10.

3. Объясните устройство разъединителя типа РВЗ — 6-10.

4. Расскажите об устройстве и принципе действия разъединителя типа РВК-20.

5. Расскажите об устройстве и принципе действия разъединителя типа РВН-500.

6. Объясните назначение короткозамыкателей и отделителей.

7. Расскажите об устройстве и принципе действия короткозамыкателя типа КЗ-35.

8. Расскажите об устройстве и принципе действия короткозамыкателя типа КЭ-110.

9. Расскажите об устройстве и принципе действия отделителя типа ОД-35.

10. Расскажите об устройстве и принципе действия отделителя типа ОЭ-110.

11. Опишите схему автоматики между короткозамыкателем и отделителем.

Принцип действия

Механика действий этих устройств довольно простая, у отделителя она следующая: при поступлении сигнала срабатывает реле отключающее электромагнит, который блокирует пружинный механизм. В результате срабатывания привода отделителя, его поворотные штанги разводятся в разные стороны, размыкая контакты. Сигнал на отключения подают цепи управления релейной защиты.

Используются разъединители только с применением короткозамыкателей. Это связано с тем, что с помощью последних можно током КЗ вызвать срабатывание релейной защиты, как на текущей высоковольтной подстанции, так и той, к которой подключена питающая ЛЭП. Короткозамыкатель может быть запущен по сигналу защиты трансформатора или вручную, если в том возникла необходимость.

Как только сигнал на запуск получен, отключается электромагнит блокировки пружинного механизма и под его воздействием приводится в движение подвижный контакт. В результате короткозамыкатель вызовет КЗ линии, что моментально приведет в действие релейную защиту. По ее сигналу сработают высоковольтные выключатели питающей ЛЭП. Поскольку скорость срабатывания разъединителей существенно ниже, они будут производить отключение уже обесточенной магистрали.

Для закрепления материала рассмотрим несколько примеров.

Работа короткозамыкателя без отделителя

Ниже представлена принципиальная электрическая схема подстанции, где применяется короткозамыкатель без использования отделителя.

Схема подстанции 110/10

Значащие обозначения:

• A – Линейный размыкатель в высоковольтной части ТП.
• В – Короткозамыкатель.
• С – Силовой трансформатор.

В данной схеме короткозамыкатель будет работать следующим образом:

1. Если возникают проблемы с трансформатором «С» его подает сигнал на короткозамыкатель «В».
2. Механизм электромеханического устройства производит короткозамкнутое соединение.
3. КЗ отслеживает релейная защита, и формирует сигнал на ЛР «А».
4. Силовой выключатель срабатывает и отключает ввод.

После того, как будет установлена и устранена причина срабатывания защиты, отключается выключатель (то есть, производится подключения вводной линии).

Описанный выше пример организации защиты на подстанции вполне работоспособен и надежен, но применение выключателя в данном случае не оправдывает себя ввиду его высокой стоимости.

Совместная работа

Если конструкция открытого типа, то работа вышеупомянутых аппаратов нестабильна (вплоть до отказа работать), так как они чувствительны к морозу, гололеду. По этой причине были разработаны закрытые камеры с газом. Газ может утечь и при таком условии он восстанавливается из баллона, который приделан к оболочке камеры. Давление в подобных камерах регулируется постоянно мановакуумметром.

Короткозамыкатель вмещает в себе контактную камеру из фарфора и 2-х электродов с одиночным разрывом в 0,9 см. Для прикрепления шины проводящей ток в недвижимом контакте есть выход. Гибкие связи соединяют между собой контакт. Контактная камера заполняется газом с давлением 0,3 Мпа. Газ, находящийся в камере, не поддается горению, и это не несет опасности при взрыве или пожаре. Исходя из этого устройства по гашению дуги не имеют смысла в конструкции. Нижний контакт похож на стержень с цилиндром в виде экрана и имеет розеточный тип.

Схема совместной работы выглядит так:

Схема действия отделителя с короткозамыкателем

где:

• Q – выключатель;
• QR – отделитель;
• QN – короткозамыкатель;
• T1, T2 – силовые трансформаторы;
• TA1, TA2, TA3 – токовые трансформаторы;
• YAT – отключение отделителя;
• YAC – включение короткозамыкателя.

Эта система, комбинация почти что аналог выключателю с высоким вольтажом. При аварийной ситуации внутри зоны, которая защищается, защитным элементом выступает силовой трансформатор, который с помощью некоторых процессов обесточивает всех потребителей данного трансформатора.

Также во время, когда нет подачи тока отделитель отключается, чтобы предотвратить собственный разрыв от воздействия тока. Такая система используется в сетях с большим током. Как мы уже говорили выше, система ОД-КЗ является дешевой, но в наше время она уже устарела и заменяется более новыми выключателями. Подробнее узнать об этом вопросе вы можете, просмотрев видео:

Обзор системы ОД-КЗ

• 
  Силовые масляные трансформаторы тм и тмг

Совместная работа короткозамыкателя с отделителем

Теперь рассмотрим связку ОД-КЗ на примере подстанции с двумя трансформаторными группами, запитанными от одной входящей ЛЭП.

Пример подстанции с ОД-КЗ

Обозначения:

• Вк1 – силовой выключатель ВЛ (замкнут).
• Вк2, Вк3 – силовые защитные выключатели на низкой стороне (замкнуты).
• Вк4 – секторный выключатель (разомкнут).
• Кз1, Кз2 – короткозамыкатели (разомкнуты).
• Од1, Од2 – отделители (замкнуты).
• Тр1, Тр2 – силовые трансформаторы 220/10

Для получения представления как работает данная схема, рассмотрим ситуацию с выходом из строя одного из трансформаторов:

1. Представим, что в Тр2 нарушилась изоляция, что привело к образованию электроразрядов разлагающих масло, что обнаруживает газовое реле и подает соответствующий сигнал на щит управления короткозамыкателя Кз2.
2. Сигнал, поступивший на блокирующее реле, приводит к его срабатыванию. Механизм разблокируется и пружинным приводом осуществляется толчок подвижной штанги, в результате замыкаются две фазы.
3. Это включает Вк1, что приводит к отключению питающей линии обесточиванию Tp1 и Tp2. КЗ также вызывает соответствующую реакцию релейной защиты Tp2, она отключает Вк3 (снимается нагрузка) и запускает Од2. Поскольку у последнего самая низка скорость срабатывания, он приводится в действие последним, когда ВЛ и нагрузка отключены.
4. Через определенную выдержку Вк1 вновь подключает ЛЭП (срабатывает система автоматического повторного включения).
5. Автоматика ввода резерва включает Вк4.

По итогу на подстанции работает только Тр1, от которого запитываются обе секции.

2.3. Принцип действия отделителей и короткозамыкателей

В качестве примера применения короткозамыкателей и отделителей на рис. 2.3. приведена схема питания от одной линии двух трансформаторных групп Т1 и Т2.

220кВ

Рис. 2.3. Схема коммутации с отделителями и короткозамыкателями В схему кроме быстродействующих короткозамыкателей КЗ-1 и КЗ-2, введены отделители ОД-1 и ОД-2, которые при нормальном режиме работы замкнуты. Допустим вследствие ухудшения изоляции трансформатора Т1 внутри него возникают электрические разряды, которые приводят к разложению масла и выделению газа. Газовые пузырьки, поднимаясь вверх, приводят к срабатыванию газового реле. По сигналу этого реле включается короткозамыкатель и в цепи возникает искусственное короткое замыкание. Под действие тока КЗ срабатывает выключатель защиты В1 и оба трансформатора Т1 и Т2 обесточиваются. С помощью релейной защиты трансформатора Т1 отключается также выключатель В2, после чего с некоторой выдержкой отключается отделитель ОД1. Затем, так как режим искусственного КЗ оказался отключенным, снова включается выключатель В1, то есть срабатывает АПВ (автоматическое повторное включение) этого выключателя. Если до аварии выключатель В4 был отключен, то после включения выключателя В1 он может быть включен, то есть сработает АВР (автоматический ввод резерва). При этом будет восстановлено питание потребителей на шинах 10 кВ первой трансформаторной группы. Эффективность такой схемы тем выше, чем больше номинальное напряжение сети. Указанный эффект достигается за счет отсутствия выключателей на стороне 35-220 кВ, а также аккумуляторных батарей и компрессорных установок. Уменьшается площадь подстанции. Сокращаются сроки строительства.

• Назад

Особенности

Идеальных систем не бывает, естественно, что у короткозамыкателей и отделителей имеется ряд особенностей, часть из которых можно причислить к недостаткам. Например, у последних резко снижается надежность срабатывания при оледенении. Эта проблема решается, если используются разъединители закрытого типа с элегазовым наполнением. Такие устройства стоят дороже обычных моделей, но все равно обходятся дешевле силовых выключателей.

К короткозамыкателям также имеются претензии, в частности, по скорости их срабатывания (она порядка 400-500 мс). Самое простое решение в данном случае – использование конструкций, где в качестве приводе используется пороховой заряд.

В остальном эксплуатация аппаратов, описанных в статье, вполне оправдывает себя, о чем говорит популярность связки ОД-КЗ.