Электрооборудование нефтяной промышленности
..pdfнает шротекать сопровождающий ток (промышленной частоты, который ограничивается сопротивлением вилита. Последнее сильно возрастает при снижении напряжения и уменьшает со провождающий ток до такого значения, при котором ток пре рывается искровым промежутком при первом переходе через нулевое значение.
При большой силе тока, соответствующей импульсному про бою, сопротивление вилита гр мало, остающееся напряжение на разряднике Up=Irp невелико и может быть сделано таким, что бы не превышало допустимого для защищаемого оборудования.
Вилнтовый резистор изготовляют в виде дисков диаметром 100— 150 мм и толщиной 10—20 мм. Основа вилита составляет ся из зерен карборунда (SiC), на поверхности которых создает ся пленка оксида кремния (Si02) толщиной 10-5 см.
Зависимость между напряжением на вилитовом сопротивле нии Up и током I выражается формулой
Up = Л/“,
где А — постоянная, равная напряжению на сопротивлении при силе тока в 1 А; а — показатель нелинейности, равный при боль ших токах 0,13—0,2.
Разрядники (рис. 2.8) на напряжения до 35 кВ состоят из одного элемента, а на большие напряжения их выполняют из элементов, рассчитанных на 15, 20 пли 30 кВ каждый. Элементы собирают при монтаже в колонки, которые устанавливают на фундаментах или стульях. Разрядник характеризуют следующие напряжения: номинальное, остающееся на разряднике при им пульсном токе, пробивное искрового промежутка при напряже нии промышленной частоты, импульсное пробивное.
Трубчатые разрядники, применяемые для защиты линий элек тропередач, включаются между проводами линии и землей через внешний искровой промежуток, предотвращающий утечку тока на землю. Гашение сопровождающего тока в трубчатом разряд нике осуществляется выдуванием дуги газом газогенерирующей трубки.
“^^Выключатели высокого напряжения в большинстве случаев снабжены встроенными пружинами, которые сжимаются (или растягиваются) во время включения и сдерживаются в напря женном состоянии при включенном положении выключателя специальным запирающим механизмом. Прн необходимости от ключения в таких выключателях запирающий механизм освобож дает пружины, которые перемещают подвижные контакты, раз мыкающие цепь. Управление выключателем — включение, удер живание во включенном положении, освобождение подвижной части от действия запирающих устройств для отключения — осу ществляет привод, представляющий собой отдельный механизм, соединяемый е валом выключателя. Лишь в воздушных выклю
чателях пневматический привод конструктивно объединен с вы ключателем и его контактной системой. Наибольшее усилие при вода требуется при включении выключателя.
В зависимости от рода энергии, от которой действует привод, различают приводы ручные, действующие от мускульной силы человека, и двигательные, приводимые в действие электрической энергией, энергией пружин, кинетической энергией движущихся масс и др.
По способу питания энергией приводы различают прямого и косвенного действия.
Приводы прямого действия получают от источника энергию, затрачиваемую на операцию включения выключателя во время совершения операции включения. Приводы косвенного действия совершают операцию включения за счет энергии, запасенной в приводе предварительно до совершения этой операции. К приво дам прямого действия относятся ручные, электромагнитные, электродвигательные. Приводы косвенного действия различают: пружинные (энергия запасается в заведенных пружинах), гру зовые (энергия запасается за счет поднятия груза), пневматиче ские (энергия запасается в сжатом воздухе).
Ручные приводы для выключателей высокого напряжения по луавтоматические, они рассчитаны на ручное включение, дистан ционное и автоматическое отключение. Все двигательные приво ды автоматические. Они рассчитаны на дистанционное и автома тическое включение и отключение. Любой привод имеет вспомо гательные приспособления для включения и отключения выклю чателя вручную непосредственно на месте установки привода.
Все приводы выключателей высокого напряжения имеют сво бодное расцепление. Механизм его позволяет отключить выклю чатель при получении команды на отключение в период, когда осуществляется его включение, несмотря на то, что сила, осуще ствляющая включение, продолжает действовать.
Из двигательных приводов в нефтяной промышленности на ходят применение пружинные, грузовые, электромагнитные.
В электромагнитном приводе (рис. 2.9) для отключения вы-
Рис. 29. П рин |
ципи альная с х е м а э л ек |
тр о м агн и тн ого |
п р н в о д а |
4* |
51 |
ключателя подается импульс тока в катушку отключающего электромагнита 1, сердечник которого, ударяя по запорной за щелке 2, освобождает рычаг 4, сидящий на валу привода 3. Под действием выключающих пружин, конструктивно объединенных с выключателем, последний отключается, а вал привода 3 пово рачивается по часовой стрелке.
В отключенном положении рычаг 4 ложится на шток сердеч ника включающего электромагнита 5. Для включения выключа теля подается ток в катушку 5 включающего электромагнита, сердечник которого поднимает рычаг 4 до захвата его запорной защелкой 2. Вал привода поворачивается против часовой стрел ки, включая выключатель. Для ручного включения служит ры чаг 6.
Электромагнитные приводы работают на постоянном токе, поэтому на установке должны быть аккумуляторная батарея или выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в посто янное.
Пружинный привод ПП-67 изготовляют для внутренней и наружной установок. Он предназначен для автоматического, дистанционного и ручного включения и отключения выключате лей и автоматического повторного включения. Перед включени ем универсальный двигатель через редуктор растягивает спи ральные пружины и одновременно поднимает груз. После каж дого выключения эта операция осуществляется автоматически. Запасенная энергия растянутых пружин и поднятого груза ис пользуется для включения выключателя при освобождении удер живающей защелки. Ручное включение и отключение осущест вляется кнопками, а дистанционное и автоматическое — путем подачи тока соответственно на включающий и отключающий электромагниты. Ручной завод привода осуществляется при по мощи рукоятки.
Для управления выключателями нагрузки применяются руч ные приводы ПРА-17 и ПР-17. Первый из них имеет механизм свободного расцепления и отключающий электромагнит, т. е. конструкция его аналогична конструкции ПРБА. Он дает воз можность осуществлять дистанционное отключение. Управление приводом производится с помощью рукоятки штурвала, надето го на вал привода. Привод ПР-17 не имеет отключающего элек тромагнита, поэтому отключать и включать выключатель можно только вручную на месте установки привода.
Для управления трехполюсными разъединителями внутренней установки применяются главным образом ручные приводы — ры-. чажные, червячные и редко — электродвигательные приводы.
Однополюсными разъединителями на небольшие токи (400— 600 А) можно управлять при помощи оперативной штанги, пред ставляющей собой изоляционный стержень с металлическим пальцем на конце.
52
Для разъединителей наружной установки применяют ручные рычажные и червячные, а также электродвигательные приводы. Электродвигательные приводы используют для мощных разъеди нителей, требующих дистанционного управления. Все приводы снабжаются блок-контактами для сигнализации положения разъединителей на щите управления.
2.4. Измерительные трансформаторы
Измерительные трансформаторы применяют в электроуста новках переменного тока для питания катушек измерительных приборов и др. При этом появляется возможность применять более простые, надежные и дешевые, унифицированные по току и напряжению измерительные приборы и реле.
Подключение приборов и реле во вторичные обмотки изме рительных трансформаторов обеспечивает гальваническое раз деление цепей высокого напряжения и цепей измерения, защиты и, следовательно, безопасное обслуживание приборов и реле.
Для защиты обслуживающего персонала и предотвращения повреждения приборов и реле в случае пробоя изоляции между первичной и вторичной обмотками корпуса измерительных транс форматоров один из зажимов вторичной обмотки заземляют.
Измерение больших токов (в цепях переменного тока) без применения измерительных трансформаторов вообще невозмож но. Измерительные трансформаторы позволяют устанавливать приборы и реле на некотором расстоянии от цепи, где произво дят измерения. Провода, соединяющие в этом случае вторичные обмотки измерительных трансформаторов и приборы, имеют не большую площадь сечения (1,5—4 мм2).
Измерительные трансформаторы вносят в результаты изме рений дополнительную погрешность. Но так как измерительные технические приборы имеют класс точности 1,5 или 2,5, а изме рительный трансформатор можно использовать с классом точ ности 0,5 или 1, вносимая им дополнительная погрешность будет не слишком велика.
Измерительные трансформаторы делят на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.
Трансформаторы напряжения применяют в электроустанов ках переменного тока напряжением 380 В и выше для снижения напряжения в измеряемой цепи до напряжения, на которое из готавливаются катушки вольтметров и параллельные катушки (катушки напряжения) других унифицированных приборов (ваттметров, счетчиков и др.), предназначенных для включения через измерительные трансформаторы.
Трансформатор напряжения (рис. 2.10, а) устроен как сило вой трансформатор. Он состоит из замкнутого магнитопровода 2, набранного из листовой электротехнической стали, и двух изо-
53
а |
J |
71/ |
PW |
А О |
т р ' |
'н
в
- 1 *Hi
• 9-ч>
Рис. 2.10. Устройство (а) и схемы включения (б и в) трансформаторов на пряжения
лированных друг от друга и размещенных на магнитопроводе обмоток: первичной /, имеющей большое число витков W\ тон кого изолированного медного провода, и вторичной 3 с меньшим числом витков w2 (так как трансформаторы напряжения всегда понижающие).
Первичную обмотку трансформатора присоединяют к сети с измеряемым напряжением, к зажимам вторичной обмотки под соединяют параллельно вольтметры и катушки-напряжения дру гих приборов или реле напряжения. Трансформаторы напряже ния работают в режиме, близком к режиму холостого хода, по скольку катушки включаемых во вторичную обмотку приборов _и_^реле имеют большое сопротивление.
Число витков обмоток трансформаторов напряжения рассчи тывают таким образом, чтобы у трансформаторов с любым но минальным первичным напряжением U\ ном напряжение вторич ной обмотки (напряжение при разомкнутой вторичной обмотке, т. е. при идеальном холостом ходе) U2H0M составляло 100 или
ЮО/УЗ В. Последнее значение напряжения принимают в тех слу чаях, когда первичную обмотку трансформаторов напряжения включают на фазное напряжение электроустановки.
Отношение номинальных напряжений первичной и вторичной обмоток называют номинальным коэффициентом трансфор мации
К и пои = |
н о м /^ 2 пом = WilWa. |
( 2 .3 ) |
Для определения напряжения на первичной обмотке не сле дует умножать вторичное напряжение на коэффициент транс
54
формации, так как шкалы вольтметров отградуированы с учетом определенного коэффициента трансформации.
При подключении к трансформатору напряжения измери тельных приборов и реле в его обмотках падает напряжение, и соотношение (2.3) для действительных напряжений U\ и U2 на рушается. Алгебраическая разность
^/C<,H0M- £ / i = ± A £ / |
(2.4) |
представляет собой абсолютную погрешность трансформатора напряжения. Выражая ее в долях или в процентах от измеряе мого напряжения U\, получаем относительную погрешность (в процентах)
AU = W u™ ~ Ul юо . |
(2.5) |
В зависимости от значения этой погрешности трансформато |
|
ры напряжения делятся на четыре класса точности: |
0,2; 0,5; |
1 и 3. Эта погрешность вносит соответствующую ошибку в по казания всех измерительных приборов. Трансформаторы напря жения класса точности 0,2 применяют только для лабораторных измерений. Трансформаторы напряжения до 3 кВ выпускаются с воздушным охлаждением (сухие), а на 6 кВ и выше — с мас ляным охлаждением. Для электроустановок 10 кВ и ниже вы пускаются однофазные и трехфазные трансформаторы напряже ния, а при напряжении 20 кВ и выше — только однофазные.
Приборы или реле защиты подключают через трансформато ры напряжения различным образом:
два однофазных трансформатора напряжения включаются в открытый треугольник (рис. 2.10, б)\ схема позволяет измерять только линейные напряжения;
три однофазных трансформатора напряжения соединяют в звезду с глухозаземленной нейтралью первичных обмоток; схе ма применяется в трехфазных системах с заземленной нейтралью и позволяет измерять линейные напряжения и напряжения фаз по отношению к земле; трехфазный трехстержневой трансфор матор напряжения с обмотками, соединенными в звезду, подклю чают к трем фазам сети (рис. 2.10, в).
Для защиты сети от коротких замыканий в трансформаторе с первичной стороны устанавливают высоковольтные предохра нители ПКТ (см. 2.3.2).
Трансформаторы тока предназначены для преобразования из меряемых первичных токов в относительно малые токи, не пре вышающие обычно 5 А. Во вторичную цепь трансформатора тока включают амперметры, последовательные обмотки ваттметров, счетчиков и других приборов.
55
Рис. 2.11. Конструкция |
(а) и схематическое устройство одновитковых (б) |
н многовнтковых (в и г) |
трансформаторов тока |
Трансформатор тока (рис. 2.11, а) состоит из магнитопровода 2 идвух изолированных обмоток. Первичную обмотку 1, име ющую меньшее число витков, включают последовательно в цепь измеряемого тока. Вторичную обмотку 3 с большим числом вит ков замыкают на амперметр и токовые обмотки измерительных приборов, соединенные последовательно, или на токовые реле защиты. Сопротивление их мало и обычно не превышает 1—2 Ом, поэтому трансформатор тока работает в режиме, близком к ре жиму короткого замыкания. Другая особенность трансформато ра тока состоит в том, что его первичный ток не зависит от со противления его вторичной цепи, а определяется только током нагрузки первичной цепи. При работе этот ток может изменяться от нуля до номинального, а при коротких замыканиях в цепи может превосходить номинальный ток в десятки раз.
Уравнение м.д. с. для трансформатора тока имеет такой же вид, как и для силового трансформатора, т. е.
I0wi = h w i -f I 2W2 . |
(2.6) |
Результирующая м.д.с. I0Wi состоит из реактивной состав ляющей /йшь непосредственно создающей магнитный поток Фа
исовпадающей с ним по фазе, и активной составляющей Iaw1, опережающей Фо на 90°, определяемой потерями на гистерезис
ивихревые токи в магнитопроводе. При нормальном режиме ра
боты трансформатора тока м.д.с. JoWy обычно составляет не более 1% от м.д.с. IiWy (или /2ДО2), поскольку м.д.с. /2^2 ока
зывает на трансформатор размагничивающее действие. При до
56
статочной мощности источника первичного тока размыкание вторичной цепи трансформатора тока вызовет значительное уве личение магнитного потока Фо, в этом случае /2^2= 0 и /0^1= = I\Wi. Это — аварийный режим, так как возрастание потока в магнитопроводе приводит к большому увеличению э.д. с. (до нескольких сотен или тысяч вольт), что опасно для обслуживаю щего персонала и может вызвать пробой изоляции вторичной обмотки. Кроме того, увеличение потока сопровождается ростом потерь на перемагничивание и вихревые токи, повышением тем пературы магнитопровода и, следовательно, обмоток и может служить причиной термического разрушения их изоляции. Та ким образом, вторичная цепь работающего трансформатора тока всегда должна быть замкнута на токовые обмотки приборов или накоротко.
Трансформаторы тока изготовляют на номинальные первич ные токи от 1 до 40 000 А при номинальном напряжении от 0,66 до 750 кВ. Номинальный вторичный ток— 1 или 5 А. Отношение
K f Hом = ^ ном/7г ном ^ WzjW i |
(2 .7 ) |
называется номинальным коэффициентом трансформации транс форматора тока. Для удобства измерения силы тока шкалы ам перметров градуируют с учетом определенного коэффициента трансформации Ki, что указывается на шкале амперметра в виде надписи «С трансформатором тока 200/5».
Трансформаторы тока в зависимости от числа витков первич ной обмотки делятся на одновитковые (стержневые)— приме няются при /1 ном^200 А и многовитковые — для меньших токов (до 300 А). Схематически устройство одновитковых и многовитковых трансформаторов тока показано соответственно на рис. 2.11, б, в. Первичная обмотка 1, покрытая изоляцией 2, про пущена через магнитопровод 3 со вторичной обмоткой 4.
Трансформаторы тока, питающие цепи измерительных прибо ров и реле защиты, обычно имеют два отдельных магнитопрово да с обмотками, каждая из которых питает одну из указанных цепей (рис. 2.11, г).
Конструкция трансформаторов тока весьма разнообразна. В закрытых распределительных устройствах 6 и 10 кВ наиболее широко применяются проходные одновитковые трансформаторы, которые одновременно выполняют функцию опорных изоля торов.
Включение нагрузки (приборов, реле) во вторичную обмотку трансформаторов тока приводит к увеличению результирующей м. д. с. /0Ш[. В результате, как следует из формул (2.6) и (2.7), соотношение между первичными Л и вторичными /2 токами из меняется и возникает погрешность, которая вносит ошибку в показания всех измерительных приборов. В зависимости от мак-
57
симальной ошибки трансформаторы тока делятся на пять клас сов точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Число, обозначающее класс точ ности, равно погрешности, выраженной в процентах:
А/ |
W HOM" 7* |
100. |
(2.8) |
|
h |
|
|
Чтобы ошибка не превышала погрешность, соответствующую данному классу точности трансформатора тока, нагрузка вторич ной обмотки не должна быть больше номинальной.
Вторичные обмотки трансформаторов тока, предназначенные для включения реле защиты, имеют класс точности 5Р или ЮР.
Трансформаторы тока выбирают по конструкции, необходи мому первичному току и номинальному напряжению электро установки и проверяют на стойкость к токам короткого замы кания.
2.5. Комплектные распределительные устройства и трансформаторные подстанции
Схемы электрических соединений трансформаторных под станций, применяемых на предприятиях нефтяной промышлен ности, разнообразны и рассматриваются в тех главах, где описы вается электрооборудование соответствующих технологических объектов.
По конструкции различают открытые и закрытые подстанции. В первых электрооборудование расположено на открытом воз духе, во вторых — в закрытом здании. Подстанции 110/6— 10 и 35/6—10 кВ обычно имеют открытую часть, где расположены распределительное устройство 110—35 кВ и силовые трансфор маторы, и закрытую часть, где устанавливают распределитель ное устройство 6—10 кВ, щит управления, и подсобные поме щения.
Подстанции 6—10/0,4—0,66 кВ во многих случаях распола гают полностью в закрытых помещениях, а иногда с выносом трансформаторов на открытый воздух. На нефтяных промыс лах такие подстанции часто монтируют полностью на открытом воздухе. В этом случае применяются и передвижные подстанции.
В закрытых распределительных устройствах на напряжения 6—10 кВ выключатели с большим объемом масла устанавлива ют в специальных камерах с выходом наружу. Распределитель ные устройства такого типа в настоящее время не сооружают, но они сохранились в эксплуатации.
Переход на масляные выключатели с малым объемом масла позволил применять сборные и комплектные распределительные устройства. В первых аппаратуру размещают в открытых ячей ках КСО (камера сборная одностороннего обслуживания) на стальном каркасе, защищенных металлическими листами или
58
8
Рис. 2.12. Ячейка распределительного устройства серии КРУ:
I — отсек шин; 2 — отсек трансформаторов тока и кабеля; 3 — трансформаторы тока; 4 — кабельная муфта; 5 — отсек выключателя; 6 — выключатель ВМГ-10; 7 — выкатная те лежка; 8 — отсек приборов (а, Ь, с — фазы)
сеткой. Ячейки привозят на место монтажа в полностью собран ном виде, где к ним подводят внешние проводники.
В последние годы более широкое применение в распредели тельных устройствах 6—10 кВ получили комплектные шкафыячейки серии КРУ, где выключатели высокого напряжения (если они имеются) смонтированы на выкатных тележках (рис. 2.12). При выдвижении тележки с выключателем он отсоединяется от шин высокого напряжения путем размыкания цепи разъедини телями штепсельного типа, заменяющими здесь обычные разъ единители.
В каждый из шкафов комплектного распределительного уст ройства встроено все электрооборудование соответствующей ли нии, включая релейную защиту и измерительные приборы. Транс-
59