Выключатели высокого напряжения

Простейшими выключателями высокого напряжения являются разъединители. Их назначение — отключение и переключение участ­ков цепи под напряжением, но при отсутствии тока. Отключение участков цепи необходимо для обеспечения безопасности осмотров и ремонтных работ на устройствах высокого напряжения, переклю­чения подходящих и отходящих линий с одной системы шин на дру­гую и т.д.

У разъединителей есть неподвижные и подвижные контакты, ук­репленные на изоляторах. В зависимости от назначения и способа установки применяются рубящие (рис. 16.8) и поворотные разъеди­нители; последние устанавливаются главным образом в открытых распределительных устройствах на 35 — 500 кВ.

Для ручного управления посредством изолированной штанги подвижные контакты (ножи) разъединителей имеют крючки или кольца. Дистанционно разъединители управляются с помощью элек­трических или пневматических приводов.

Если отключать цепь посредством разъединителя при невыклю- ченном токе в цепи, то между размыкаемыми контактами разъеди­нителя возникает электрическая дуга и разрушает их. Чтобы пре­дупредить такое ошибочное отключение, приводы разъединителей часто обеспечиваются защитной блокировкой, не допускающей от­ключения разъединителя при включенном выключателе.

Рис. 16.8

Для отключения и подключения электроустановок малой мощ­ности на подстанциях промышленных предприятий и на мелких сельских электростанциях применяются выключатели нагрузки (на­зываемые также разъединителями мощности). По устройству они сходны с рубящими разъединителями, но имеют дугогасительные устройства того или иного типа. Они применяются при напряжени­ях 6 и 10 кВ и рассчитаны на отключение токов, не превышающих удвоенное значение рабочего тока. Последовательно с ними для за­щиты установки от токов короткого замыкания включаются плав­кие предохранители.

Выключатели высокого напряжения должны отключать электро­установки большой мощности, а также цепи высокого напряжения при больших токах короткого замыкания (более 50 кА). Такой вы­ключатель представляет собой сложное электротехническое устрой­ство, к которому предъявляются повышенные требования к элект­родинамической (по отношению к электродинамическим силам) и термической стойкости. Различают масляные и воздушные выклю­чатели высокого напряжения.

Рис. 16.9

В масляных выключателях, чтобы предупредить возникновение длинной дуги и ускорить ее гашение при размыкании цепи тока, кон­такты помещены в бак с нефтяным маслом. В зависимости от усло­вий гашения дуги масляные выключатели подразделяются на вы­ключатели с гашением дуги простым разрывом в масле и выключа­тели с дугогасительными камерами масляного или газового дутья.

Аппараты первого типа изготовляются для установок напряже­нием 6 — 10 кВ при мощности отключения, не превышающей 150 MB • А (рис. 16.9). Основные части аппарата: бак с минеральным мас­лом 1; подвижные нижние контакты 4, соединенные электрически между собой и укрепленные на изолирующей штанге 5; неподвиж­ные верхние контакты 3, укрепленные на проходных изоляторах 2. Изолирующая штанга поднимается посредством рычажного приспо­собления 6, соединенного с длинным валом; последний снабжен ма­ховичком или специальными тягами. Несущая подвижные контак­ты часть (траверса) выключателя отжимается книзу пружинами и действием собственной силы тяжести. Во включенном состоянии она удерживается специальным запорным механизмом (защелкой) при­вода выключателя. При освобождении запорного механизма подвиж­ная часть падает вниз и создает два разрыва в цепи выключаемого тока (чаще применяются устройства с четырьмя или шестью разры­вами), между расходящимися контактами возникает электрическая дуга. Вследствие ее высокой температуры окружающие слои масла испаряются и разлагаются, образуя газовый пузырь вокруг расходя­щихся контактов. Таким образом, горение дуги происходит в газо­вой среде при повышенном давлении. Последнее обстоятельство со­здает благоприятные условия для гашения дуги, так как с повыше­нием давления быстро возрастает электрическая прочность газовой среды. Ток в размыкаемой цепи переменного тока, для которой пред­назначен выключатель, каждые полпериода проходит через нулевое значение, а это способствует гашению дуги.

При масляном дутье гашение достигается воздействием на гаси­мую дугу потока масла от дуги, создающей давление в дугогаситель- ной камере. При движении траверсы выключателя вниз в каждой паре размыкаемых контактов образуются две дуги — гасимая и ге­нерирующая давление. Гасимая горит у выхлопных каналов каме­ры, в которой генерирующая дуга создает давление 4 — 6 МПа. По­ток масла направляется от генерирующей дуги на гасимую и при но­минальном токе отключения не дает ей гореть более 0,015 — 0,02 с (один период переменного тока).

Для высоких напряжений, начиная с 35 кВ, преимущественно при­меняются воздушные выключатели (выключатели со сжатым воз­духом). В них один или оба расходящихся контакта выполняются полыми, а сжатый воздух при давлении 0,7 — 2 МПа через полости контактов создает мощное воздушное дутье и сдувает дугу с рабочей поверхности контактов. По сравнению с масляным выключателем воздушный имеет меньшие массу и время отключения, но для его работы необходим источник сжатого очищенного и просушенного воздуха — компрессор.

После отключения управляемой цепи выключатель остается под напряжением, между тем периодически необходим осмотр и ремонт как выключателя, так и прилегающих к нему участков электричес­
кой цепи. По этой причине разъединитель нужен в качестве необхо­димого дополнения. Посредством разъединителя выключатель пос­ле отключения тока можно отделить от цепей высокого напряже­ния.

Реле и релейная защита

Реле — это аппарат, который при определенном воздействии на его воспринимающую часть той или иной физической величины (тока, напряжения, частоты, силы света, температуры, давления и т. п.) срабатывает и исполнительная часть которого производит в уп­равляемых им цепях необходимые переключения, вызывающие со­ответствующие изменения тех или иных физических величин (тока, напряжения и т.д.).

Бесперебойность работы электроэнергетических установок обес­печивается релейной защитой. Часто — это очень сложная совокуп­ность реле, автоматически воздействующих на выключатели элект­ротехнических установок при их повреждении (коротком замыка­нии токоведущих частей оборудования, замыкании на землю, ненор­мальном изменении напряжения, изменении направления передачи энергии и т.п.). Релейная защита сигнализирует о нарушении нор­мального режима работы; она же затем совместно с устройствами автоматики выполняет повторное включение элементов системы электроснабжения (трансформаторов, питающих линий и т. п.), ав­томатически включает резервные источники электрической энер­гии и разгружает систему электроснабжения при недостатке мощ­ности.

Работу реле определяет его характеристика управления, выража­ющая связь между управляющей и управляемой величинами, напри­мер между током / и напряжениемU(рис. 16.10). При увеличении управляющей величины до определенного значения, называемого параметром срабатывания (в данном примере — током срабатыва­ния /_ср), управляемая величина не изменяется, т.е.U = U_x=const. Но если управляющая величина достигает значения /_ср, исполнитель­ная часть реле производит скачкообразное изменение управляемой величиныU(например, включает или выключает электрическую цепь) до значенияU₂.При дальнейшем уве­личении тока напряжение не изменяется. Не uⁱ влияет наUwуменьшение управляющей ве­личины, пока I больше определенного зна- J чения, называемого параметром возврата, в и_х

примере — током возврата 1_т. Когда управ- -^Р-____________

и2

ляющая величина достигнет значения I = 4„ о /_вз исполнительная часть реле уменьшит управ­ляемую величину до исходного значения U_b                                          Рис. 16.10

ОтношениеI_B3/I_C?= к_вз называется коэффициентом возврата реле. В зависимости от принципа действия и конструкции реле к_вз = 0,98 — — 0,3. Для надежности действия релейного устройства рабочее зна­чение управляющей величины /_р, т. е. значение, при котором не­обходимо срабатывание реле, берется больше, чем 1_ср. Отноше­ние 7р//_ср = к₃ называется коэффициентом запаса. Обычно к₃ = 3 — 1.

Реле защиты электротехнических устройств в зависимости от ха­рактера изменения управляющей величины, вызывающего их сра­батывание, в основном разделяются на максимальные, минималь­ные и дифференциальные.

Максимальное реле срабатывает, если электрическая величина (например, ток) увеличивается сверх определенного значения (/_ср).

Минимальное реле срабатывает, когда электрическая величина (например, напряжение) уменьшается ниже определенного установ­ленного значения.

Дифференциальное реле реагирует на разность двух механичес­ких моментов, создаваемых в нем действием двух сравниваемых од­нородных электрических величин.

Основные требования, предъявляемые к релейной защите, — это селективность (избирательность), быстрота действия, надежность и чувствительность.

Селективность действия защиты состоит в том, что поврежден­ный элемент установки отключается от источников электроэнергии ближайшими к установке выключателями, благодаря чему авария нарушает режим нормального электроснабжения минимального числа потребителей.

Быстрота действия защиты необходима для того, чтобы умень­шить размеры разрушений поврежденного участка тепловым дей­ствием тока, ослабить влияние понижения напряжения, вызванно­го аварией, на работу других потребителей электроэнергии, улуч­шить качество электрического освещения и т.д.

Чувствительность защиты необходима для реакции на самые не­значительные повреждения в самом начале их возникновения. Чув­ствительность систем защиты является критерием их пригодности.

Надежность защиты — это безотказность срабатывания при ава­рии. Надежнее защита, в которой применено минимальное число реле, взаимодействующих возможно проще. Для обеспечения высо­кой надежности применяется резервная защита, отключающая по­врежденные устройства в случае отказа основной защиты.

Требования к релейной защите часто противоречивы в некото­рых отношениях. Например, увеличение надежности посредством применения более грубых механизмов вызывает снижение чувстви­тельности защиты, а повышение селективности использованием выдержки времени снижает быстродействие защиты.

Применение выдержки времени является одним из простейших путей получения селективности отключений. Выдержка времени
между моментом начала действия импульса управляющей величи­ны (например, тока) на реле и моментом срабатывания исполнитель­ной части реле создается не только естественными инерционными свойствами механизма реле, но и специальными приспособления­ми. Такие приспособления могут быть встроены в само реле (реле с выдержкой времени), или их роль исполняет специальное реле вре­мени в системе релейной защиты. Выдержка времени может быть сделана независимой или зависимой от значения управляемой ве­личины (тока при аварии).

Простым примером селективной защиты может служить защита радиальной сети с односторонним питанием от подстанцииGмак­симальными токовыми реле с выдержкой времени (рис. 16.11, а). Селективность отключения достигается применением различных выдержек времени, тем больших, чем ближе пункт установки реле к источнику электроэнергии (рис. 16.11, б). Интервал времени A t,рав­ный разности времен срабатывания реле соседних участков сети, называется ступенью выдержки времени. Ее значение выбирается таким, чтобы реле предыдущего участка успело сработать и дуга в отключенном им выключателе оборвалась прежде, чем настанет вре­мя срабатывания реле следующего участка. При этом вся линия, кроме отключенного и следующих за ним участков сети, продолжа­ет бесперебойно работать. Основным недостатком такой простой селективной защиты является чрезмерное повышение выдержки времени на участках вблизи источников электроэнергии. Это про­тиворечит требованию быстродействия защиты. Обычно время от­ключения повреждения не должно превышать 0,04 — 0,16 с.

©--с

По виду управляющей величины реле защиты подразделяются на реле тока, реле напряжения, реле сопротивления (реагирующие

5&S

на изменение соотношения между напряжением и током) и реле на­правления мощности.

Реле прямого действия воздействуют непосредственно на вы­ключатель.

Реле косвенного действия контактами своей исполнительной части коммутируют цепи оперативного (вспомогательного) тока, а последний воздействует на отключающий механизм выключателя.

Первичные реле включаются непосредственно в защищаемую цепь. Этим упрощается устройство защиты, но при высоком напря­жении трудно постоянно контролировать исправность первичного реле, так как оно находится под высоким напряжением.

Вторичные реле подключаются к защищаемым объектам через измерительные трансформаторы тока и напряжения (см. 9.17), что делает безопасным надзор за ними. В большинстве случаев в уст­ройствах релейной защиты применяются вторичные реле косвенно­го действия.

ihsu

В реле могут быть применены самые различные движущие меха­низмы. Реле тока косвенного действия выпускаются двух видов — электромагнитные и индукционные. На рис. 16.12 схематически по­казано устройство максимального токового реле мгновенного дей­ствия электромагнитной системы. На собранном из листовой элек­тротехнической стали магнитопроводе 1 находится обмотка 2. Между полюсами этого электромагнита установлен на оси Z-образный стальной якорь 3. Он удерживается в исходном положении пружи­ной 4_у создающей противодействующий момент при повороте яко­ря из нулевого положения. Один конец пружины 4 закреплен на оси якоря, а второй конец соединен с указателем 7, последний связан с указателем тока срабатывания реле, перемещаемым вдоль шкалы 8.

При отсутствии тока пружина 4 удерживает якорь прижатым к упор­ному штифту 9. Когда вращающий момент, создаваемый током в катушке 2, становится больше противодействующего момента, со­здаваемого пружиной, якорь поворачивается и подвижные контак­ты 5 замыкают неподвижные контакты 6 — реле срабатывает. Ток срабатывания реле можно регулировать, изменяя затяжку пружи­ны 4 с помощью указателя 7. Это реле быстродействующее, но его контакты рассчитаны на замыкание цепи малой мощности, поэтому оно должно применяться в качестве реле косвенного действия. При срабатывании его контакты замыкают цепь тока промежуточного реле, а последнее своими достаточно мощными контактами замыка­ет цепь оперативного тока, отключающего выключатель. У такого реле может быть несколько замыкающих и размыкающих контак­тов. В частности, оно может одновременно замыкать цепи оператив­ного тока нескольких выключателей.

Если при отключении необходима небольшая выдержка време­ни, на магнитопровод промежуточного реле надевают короткозамк­нутый виток. С помощью такого устройства, замедляющего нарас­тание магнитного потока, можно получить выдержки времени по­рядка 0,1 или 0,2 с. Если необходима большая выдержка времени, то применяется реле времени.

В качестве вторичного реле прямого действия с регулируемой вы­держкой времени часто устанавливается индукционное реле. Его движущий механизм подобен механизму индукционного счетчика (см. 12.8). Это реле обладает относительно мощными контактами, бла­годаря чему его исполнительная часть может непосредственно замы­кать цепь оперативного тока выключателя. При таком устройстве за­щиты нет нужды ни в промежуточном реле, ни в реле времени, но се­лективность и чувствительность защиты существенно уменьшаются.

Релейная защита состоит из двух групп электрических цепей: цепей переменного тока, соединяющих реле с источниками инфор­мации о состоянии защищаемого объекта, и цепей оперативного тока, обеспечивающих срабатывание отключающих устройств с необхо­димыми последовательностью и селективностью.

Источники оперативного тока (постоянного или переменного) могут быть зависимыми и не зависимыми от режима работы и со­стояния первичных цепей защищаемой установки.

К зависимым источникам оперативного тока относятся трансфор­маторы напряжения, трансформаторы тока и специальные трансфор­маторы. Независимыми источниками оперативного тока служат ак­кумуляторные батареи, но применение их очень существенно услож­няет оборудование и обслуживание, поэтому такие источники при­меняются лишь на крупных и особо ответственных объектах.

Почти независимыми источниками оперативного тока являются конденсаторные батареи емкостью 25 — 500 мкФ на напряжение до 400 В. Во время нормальной работы установки конденсаторы заря­
жаются от трансформаторов напряжения через выпрямители. Затем они могут поддерживать необходимый оперативный ток в течение времени, достаточного для срабатывания защиты. Весьма ценно, что конденсаторы обеспечивают срабатывание защиты при полном ис­чезновении напряжения в питающей их сети переменного тока.

---

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 418; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!