что такое отделитель в электроустановках
Как работают отделители и короткозамыкатели
В нашей стране эксплуатируется много подстанций 110/35/10 или 110/10 (110/6) кВ. Одна из них представлена на фотографии, полученной с искусственного спутника Земли.
Выполненные красным цветом надписи на ней поясняют назначение каждого объекта.
Эта же подстанция показана на фотографии, сделанной с земли (для увеличения нажмите на рисунок).
От нее по воздушным и кабельным линиям питаются трансформаторные устройства 10 кВ, которые понижают выходное напряжение до 380 вольт для электроснабжения жилых зданий и промышленных предприятий в населенных пунктах.
Упрощенная картина размещения первичного оборудования этой подстанции представлена блочной схемой.
Здесь наглядно видно месторасположение отделителей (ОД-1 и ОД-2) с короткозамыкателями (КЗ-1 и КЗ-2), которые подключены проводами ЛЭП в разрыв между удаленным выключателем питающей подстанции и силовыми автотрансформаторами рассматриваемой.
В нашем примере работают два автотрансформатора (АТ-1 и АТ-2). Они запитаны от одной проходящей мимо подстанции воздушной линии 110 кВ через секционный выключатель, с которым соединяются системой разъединителей.
Каждый из автотрансформаторов питает через свой вводной выключатель собственную систему шин 10 кВ, используемую для отходящих линий. Все их выключатели расположены в сооружении КРУН-10 кВ (комплектное распределительное устройство наружной установки).
На картинке голубым цветом показано здание ОПУ – общеподстанционного пункта управления, внутри которого размещены устройства сложных релейных защит, автоматики, средств измерения, элементов управления силовым оборудованием.
Такие подстанции по воздушным ЛЭП протяженностью до 100 км соединяются с питающей их ПС. Электроэнергия от удаленного источника поступает через силовой автоматический выключатель нагрузки, расположенный на ОРУ-110 кВ и оборудованный системой защит, автоматики и управления.
Как устроен и работает отделитель
В соответствии с названием его роль связана с отделением части электрической схемы, на которой возникла неисправность, от основной питающей линии.
На картинке показан отделитель — электротехнический аппарат для коммутации (отделения) электрических цепей без нагрузки и напряжения сразу во всех трех фазах линии. Контакты его ножей во включенном положении плотно прилегают между собой и обеспечивают минимальное переходное сопротивление для длительного прохождения электрического тока в номинальном режиме электроустановки.
Однако, они не имеют устройств гашения дуги, а привод не обеспечивает быстрое отключение и не имеет защит, как автоматический выключатель. По этим причинам отделителем запрещено разрывать ток нагрузки или подавать напряжение на схему. В логику его автоматической работы обязательно включается блокировка от проходящих через него токов нагрузки. Для ее работы установлен специальный трансформатор тока, питающий отдельную релейную схему.
Опорные изоляторы отделителя размещены на металлической раме, поднятой бетонными столбами на безопасную высоту. На этих изоляторах смонтированы стационарные контакты и поворотные ножи, соединенные системой рычагов с приводом, который может управляться:
автоматически для отделения защищаемой цепи от возникающих аварий разведением ножей во время создания бестоковой паузы;
вручную оперативным персоналом, для включения ножей и завода пружин отключения, приведения их в готовность к работе.
Автоматическое разделение схемы происходит за счет использования энергии взведенной пружины, усиленной электромотором. Она срабатывает при выводе из зацепления защелки электромагнитом катушки отключения. Когда от защит трансформатора подается напряжение на эту катушку, то поворотные ножи разрывают схему.
На валу отделителя размещены блок-контакты КСА, повторяющие его положение. Они используются во вторичных цепях:
Как устроен и работает короткозамыкатель
Стационарный контакт постоянно находится под потенциалом линии и отделен от контура заземления сопротивлением опорного изолятора. Вся эта конструкция смонтирована на прочной металлической раме и поднята на безопасное расстояние от земли.
Короткозамыкатели используют в сетях с заземленной или изолированной нейтралью. В первом случае их устанавливают на одну фазу, а во втором на две для обеспечения надежного замыкания.
Особенности логики работы отделителя и короткозамыкателя
Электрическая схема подключения короткозамыкателя и отделителя для одного трансформатора ПС в трехлинейном исполнении показана на схеме.
При рабочем режиме электроэнергия от питающей подстанции по ВЛ поступает через включенные разъединитель с отделителем на сторону высокого напряжения ТН, где трансформируется в 10 кВ. А далее она через вводной выключатель распределяется по потребителям.
Здесь видно, что на подстанции 110/10 кВ отсутствует выключатель нагрузки. На ней нет ни одного коммутационного аппарата, способного отключить напряжение с трансформатора при возникновении в нем повреждений или для производства оперативных переключений.
Эта задача возложена на выключатель удаленной подстанции. К примеру, для вывода в плановый ремонт ТН 110/10 кВ, диспетчер ПС-330 по команде снимает напряжение со всей питающей ВЛ-110 ручным отключением выключателя. После этого разводятся ножи разъединителя.
Когда в схеме ТН 110/10 кВ возникает повреждение, то его отключает удаленный выключатель по следующему алгоритму.
Токовые защиты выключателя (например, дифференциально фазная или направленная токовая нулевой последовательности) чувствуют эту неисправность, анализируют и через время t защ выдают исполнительную команду на срабатывание привода, который за время t пр отключается.
Таким образом, время снятия напряжения с трансформатора определяется:
продолжительностью работы его защит;
длительностью импульса наложения короткозамыкателя;
скоростью отключения однофазного замыкания выключателем на удаленной подстанции, формирующей время t откл.
Однако, на этом логика взаимодействия защит, расположенных на разных подстанциях, не заканчивается. Схема управления выключателем с момента его отключения выдает команду на его автоматическое повторное включение через установленное для этого случая время t АПВ. Оно заранее выставляется уставкой автоматики. Во время его действия выключатель отключен, а ВЛ обесточена и находится без напряжения. Таким способом создается бестоковая пауза в электроснабжении.
После окончания выдержки времени АПВ воздушная ЛЭП снова запитывается. К этому моменту однофазное КЗ должно быть устранено действием отделителя. Он работает от защит трансформатора, которые выдают одновременно две команды на его отключение и наложение короткозамыкателя. Только действие команды на отделитель задерживается уставкой времени t уст, выставленной на релейной схеме защит трансформатора.
Время работы привода отделителя учитывается продолжительностью действия АПВ выключателя так, чтобы создать небольшой запас для его надежной работы.
Таким образом, после включения выключателя короткозамыкатель остается в наложенном на фазу линии положении, но при этом отделен от поданного на нее напряжения отключенным отделителем. При этом трансформатор остается обесточенным со стороны высокого напряжения и может быть введен в работу оперативным персоналом только после анализа происходящих на нем процессов и ликвидации возникшей неисправности, на что требуется определенное время.
Перспективы использования схем с отделителем и короткозамыкателем
Подстанции, на которых работает такая система, широко использовались в прошлом, когда установка воздушных или масляных выключателей требовала дополнительного вспомогательного и сложного оборудования (компрессорных либо масляных станций), что было экономически не выгодно.
Отделитель работает на открытом воздухе, подвергается действию любых атмосферных осадков. Его условия эксплуатации значительно ухудшаются зимой при мокром снегопаде и последующих заморозках.
Сейчас такие подстанции подвергаются реконструкции. На них и на всех строящихся современных ОРУ-110 вместо отделителя и короткозамыкателя устанавливают элегазовый выключатель. Его привод работает от энергии взведенной электродвигателем пружины, а небольшого запаса элегаза, закачанного в баллон малой емкости, достаточно для гашения дуги, что обеспечивает длительный ресурс его срабатываний.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Разъединители. Отделители. Короткозамыкатели. Выключатели нагрузки. Плавкие предохранители
Разъединители
В соответствии с нормативными документами разъединитель может являться либо низковольтным, либо высоковольтным электрическим аппаратом. Соответственно термины, в зависимости от уровня напряжения, могут отличаться.
Что такое разъединитель?
Определения, касаемые низковольтных аппаратов
Разъединение (функция): Действие, направленное на отключение питания всей установки или ее отдельной части путем отсоединения этой установки или ее части от любого источника электрической энергии по соображениям безопасности.
Определения, касаемые высоковольтных аппаратов
Разъединитель способен размыкать и замыкать цепь при малом токе или малом изменении напряжения на выводах каждого из его полюсов. Он также способен проводить токи при нормальных условиях в цепи и проводить в течение нормированного времени токи при ненормальных условиях, таких как короткое замыкание.
К малым изменениям напряжения относятся изменения напряжения, возникающие при шунтировании регуляторов индуктивного напряжения или выключателей.
Для разъединителей номинальным напряжением от 110 кВ и выше может быть установлена коммутация уравнительных токов.
Назначение разъединителей
Разъединители служат для создания видимого разрыва, отделяющего выведенное из работы оборудование от токопроводящих частей, находящихся под напряжением. Это необходимо, например, при выводе оборудования в ремонт в целях безопасного производства работ.
Разъединители не имеют дугогасительных устройств и поэтому предназначаются, главным образом, для включения и отключения электрических цепей при отсутствии тока нагрузки и находящихся только под напряжением или даже без напряжения.
При отсутствии в электрической цепи выключателя в электроустановках 6-10 кВ допускается включение и отключение разъединителями небольших токов, значительно меньших номинальных токов аппаратов, о чем сказано ниже.
Требования, предъявляемые к разъединителям
Требования, предъявляемые к разъединителям с точки зрения обслуживания их оперативным персоналом, заключаются в следующем:
Особенности применения разъединителей
Разъединители используются для видимого отделения участка электрической сети на время ревизии или ремонта оборудования, для создания безопасных условий работы и отделения от смежных частей электрооборудования, находящихся под напряжением, для создания которых разъединители комплектуются блокировкой включенного (отключенного) положения и заземляющими ножами, исключающими подачу напряжения на выведенный в ремонт участок сети. Также разъединители применяются для переключения присоединений с одной системы шин на другую, в электроустановках с несколькими системами шин.
Согласно Правилам технической эксплуатации электроустановок (ПТЭЭП) разрешалось (возможны отклонения в зависимости от Правил, которым подчиняется организация, в чьем ведении находится электроустановка) отключение и включение разъединителями:
Допускается отключение и включение трёхполюсными разъединителями наружной установки при напряжении 10 кВ и ниже нагрузочного тока до 15 А.
Допускается дистанционное отключение разъединителями неисправного выключателя 220 кВ и выше, зашунтированного одним выключателем или цепочкой из нескольких выключателей других присоединений системы шин (схема четырехугольника, полуторная и т.п.), если отключение выключателя может привести к его разрушению и обесточиванию подстанции.
Классификация и устройство разъединителей
Различие в конструкциях разъединителей внутренней и наружной установок объясняются условиями их работы. Разъединители наружной установки должны иметь приспособления, разрушающие ледяную корку, образующуюся при гололеде. Кроме того, их используют для отключения небольших токов нагрузки и их контакты снабжаются рогами для гашения дуги, возникающей между расходящимися контактами.
Использование разъединителей для отключения уравнительных токов и небольших токов нагрузки
Способность разъединителей включать и отключать зарядные токи кабельных и воздушных линий, токи намагничивания силовых трансформаторов, уравнительные токи (это ток, проходящий между двумя точками электрически связанной замкнутой сети и обусловленный разностью напряжений и перераспределением нагрузки в момент отключения или включения электрической связи) и небольшие токи нагрузки подтверждена многочисленными испытаниями, проведенными в энергосистемах. Это нашли отражение в ряде директивных материалов, регламентирующих их использование.
Так, в закрытых распределительных устройствах 6-10 кВ разъединителями допускается включение и отключение намагничивающих токов силовых трансформаторов, зарядных токов линий, а также токов замыкания на землю, не превышающих следующих значений:
Установка между полюсами изоляционных перегородок позволяет увеличивать включаемый и отключаемый ток в 1,5 раза.
Разъединителями 6-10 кВ допускается включение и отключение уравнительных токов до 70 А, а также нагрузочных токов линий до 15 А при условии проведения операций трехполюсными разъединителями наружной установки с механическим приводом.
Разъединители часто снабжаются стационарными заземлителями, что представляет возможность не прибегать к установке переносных заземлений на оборудовании, выводимом в ремонт, и тем самым исключает нарушения правил безопасности, связанных с процессом установки переносных заземлений.
Техника выполнения операций с разъединителями
В распределительных устройствах операции по отключению и включению разъединителей присоединения, имеющего в своей цепи выключатель, должны выполняться после проверки отключенного положения выключателя на месте его установки.
Включение разъединителей ручным приводом следует выполнять быстро и решительно, но без удара в конце хода. При появлении между контактами дуги ножи разъединителей не следует отводить обратно, так как при расхождении контактов дуга может удлиниться, перекрыть промежуток между фазами и вызвать КЗ. Операция включения во всех случаях должна проводиться до конца. При соприкосновении контактов дуга погаснет, не причинив повреждений оборудованию.
Отключение разъединителей, наооборот, проводят медленно и осторожно. Вначале делают пробное движение рычагом привода, чтобы убедиться в исправности тяг. отсутствии качаний и поломок изоляторов. Если в момент расхождения контактов возникнет дуга, разъединители необходимо немедленно включить и до выяснения причины образования Дуги операции с ними не производить.
Операции с однополюсными разъединителями, производимые с помощью оперативных штанг, должны выполняться в той очередности, которая обеспечивает наибольшую безопасность для персонала. Допустим, что персонал ошибочно приступил к отключению разъединителей под нагрузкой.
При смешанной нагрузке наиболее безопасно отключение первого из трех разъединителей, так как при этом не возникает сильной дуги, даже если по цепи проходил номинальный ток. В момент расхождения контактов между ними может появиться лишь сравнительно небольшая разность потенциалов, поскольку с одной стороны отключаемый разъединитель будет находиться под напряжением источника питания, а с другой его стороны некоторое время будет действовать примерно одинаковая ЭДС, наводимая вращающимися при питании по двум фазам синхронными и асинхронными двигателями нагрузки, а также за счет конденсаторных батарей, установленных в распределительной сети.
Операции включения однополюсных разъединителей выполняют в обратном порядке.
В цепях, содержащих выключатели с пружинными приводами, операции с разъединителями следует выполнять при ослабленных пружинах, чтобы избежать случайных включений выключателей во время производства операций с разъединителями.
В сетях 6-10 кВ, работающих с компенсацией емкостного тока замыкания на землю, перед отключением разъединителями тока намагничивания трансформатора, в нейтраль которого включен дугогасящий реактор, следует прежде всего отключить дугогасящий реактор, чтобы избежать перенапряжений, причиной которых может быть неодновременность размыканий контактов трех фаз разъединителей.
Личная безопасность персонала, выполняющего операции с разъединителями
Не рекомендуется в момент проведения операции смотреть на контактные части аппарата. Однако после завершения операции включения или отключения проверка положений главных ножей разъединителей и ножей стационарных заземлителей является обязательной, поскольку на практике неоднократно наблюдались случаи недовключения главных ножей, неотключения ножей стационарных заземлителей отдельных фаз, попадания ножей мимо контактных губок, обравы тяг от приводов и т.д. При этом каждая фаза разъединителей должна проверяться отдельно, независимо от фактического положения ножей других фаз и наличия механических связей между ними.
Отделители
Что такое отделитель?
Отделитель — высоковольтный аппарат, предназначенный для автоматического отключения повреждённых участков цепи в бестоковую паузу АПВ, поскольку его конструкция не рассчитана на гашение электрической дуги. Устройство отделителя такое же как и разъединителя. Отличие от последнего в том, что отделитель в комбинации с короткозамыкателем создаёт систему отделитель-короткозамыкатель которая представляет альтернативу высоковольтному выключателю.
Отделитель представляет собой разъединитель, который быстро отключает обесточенную цепь после подачи команды на его привод. Если в обычном разъединителе скорость отключения очень мала, то в отделителе процесс отключения длится 0,5-1,0 с. Отделитель отсоединяет поврежденные участки электрической цепи после отключения защитного выключателя. Выключатель срабатывает от искусственного короткого замыкания, создаваемого короткозамыкателем.
Отделители представляют собой двухколонковый разъединитель с ножами заземления (ОДЗ); одним ОДЗ-1А, ОДЗ-1Б, двумя ОДЗ-2 или без них (ОД), управляемый приводом ШПО (привод отделителя в шкафу). До 110 кВ включительно три полюса отделителя соединяются в общий трехполюсный аппарат и управляются одним приводом ШПО.
Отделители на 220 кВ выполняются в виде трех отдельных полюсов, каждый из которых управляется самостоятельным приводом.
Отключение отделителя происходит автоматически под действием заведенных пружин при срабатывании блокирующего реле или отключающего электромагнита, освобождающих механизм свободного расцепления привода. Включение отделителя производится вручную.
Операции, производимые отделителями
Отделителями допускаются операции отключения и включения:
Принцип действия отделителей
Обычно отделитель представляет контактную систему рубящего типа без дугогашения и снабжённого пружинно — моторным приводом. В нормальном режиме электродвигателем осуществляется натяжение пружины и постановку механизма на защёлку. При подаче сигнала защелка освобождается специальным расцепителем электромагнитного действия и под действием натянутой пружины отделитель размыкает цепь. Такой принцип (пружинное отключение) необходим для энергонезависимости срабатывания отделителя (для надёжной его работы). Необходимо также отметить обязательную блокировку отключения отделителя под током.
Преимущества отделителей
Недостатки отделителей
ПУЭ 7. Правила устройства электроустановок. Издание 7
Раздел 1. Общие правила
Глава 1.8. Нормы приемо-сдаточных испытаний
Разъединители, отделители и короткозамыкатели
1.8.21. Полностью собранные и отрегулированные разъединители, отделители и короткозамыкатели всех классов напряжений испытываются в объеме, предусмотренном настоящим параграфом. ¶
1. Измерение сопротивления изоляции: ¶
а) поводков и тяг, выполненных из органических материалов. Производится мегаомметром на напряжение 2,5 кВ. Сопротивление изоляции должно быть не ниже значений, приведенных в 1.8.18, п. 1, а. ¶
б) многоэлементных изоляторов. Производится в соответствии с 1.8.32. ¶
в) вторичных цепей и обмоток электромагнитов управления. Производится в соответствии с 1.8.34. ¶
2. Испытание повышенным напряжением промышленной частоты: ¶
а) изоляции разъединителей, отделителей и короткозамыкателей. Производится в соответствии с табл. 1.8.15; ¶
б) изоляции вторичных цепей и обмоток электромагнитов управления. Производится в соответствии с 1.8.34. ¶
3. Измерение сопротивления постоянному току; ¶
а) контактной системы разъединителей и отделителей напряжением 110 кВ и выше. Измеренные значения должны соответствовать данным заводов-изготовителей или приведенным в табл. 1.8.20. ¶
Таблица 1.8.20. Наибольшее допустимое сопротивление постоянному току контактной системы разъединителей и отделителей. ¶
Что такое отделители и короткозамыкатели?
Современная организация высоковольтных ЛЭП не предусматривает использование выключателей в узловых точках, подключенных к питающим линиям. Вместо них на большинстве подстанций используются короткозамыкатели и отделители. Такая концепция позволила, сохраняя высокий уровень надежности, существенно снизить стоимость оборудования и, что не маловажно, упростить его. Об устройстве этих электрических аппаратов и принципе действия будет рассказано ниже.
Назначение короткозамыкателя и отделителя
Кратко расскажем, для чего предназначен каждый из коммутационных аппаратов:
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.
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.
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):
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):
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.
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:
В данной схеме короткозамыкатель будет работать следующим образом:
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 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:
Для получения представления как работает данная схема, рассмотрим ситуацию с выходом из строя одного из трансформаторов:
По итогу на подстанции работает только Тр1, от которого запитываются обе секции.
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.