У К Р А Ї Н А

Національний аграрний університет

Кафедра електропостачання сільського господарства

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторних робіт з курсу

“Електропостачання сільського господарства”

(апаратура електричних станцій і підстанцій)

Спеціальність 7.091.901 “Енергетика

сільськогосподарського виробництва”

Київ 2000

Наведені методичні вказівки до виконання лабораторних робіт для студентів факультету електрифікації та автоматизації сільського господарства.

Схвалено на засіданні методичної комісії факультету електрифікації та автоматизації сільськогосподарського виробництва протокол

№______ від “____”__________2000р.

Укладачі: Козирський Володимир Вікторович

Каплун Віктор Володимирович

Рецензенти: Мішин Володимир Іванович

Чуєнко Микола Онисимович

Н А В Ч А Л Ь Н Е В И Д А Н Н Я

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу

“Електропостачання сільського господарства”

(апаратура електричних станцій і підстанцій)

Спеціальність 7.091.901 “Енергетика сільськогосподарського виробництва”

При вивченні курсу "Електропостачання сільського господарства" студенти, які навчаються за фахом 7.091.901 – "Енергетика сільського господарства", виконують лабораторні роботи по вивченню апаратури електричних станцій та підстанцій. При виконанні цих лабораторних робіт можуть бути використані ці методичні вказівки, в яких наведено описи високовольтної апаратури, електричних схем управління комплектних трансформаторних підстанцій та резервних джерел живлення.

Виконання кожної лабораторної роботи розраховано на дві академічні години. Протягом першої години проводиться вивчення матеріалу роботи з використанням методичних вказівок і рекомендованої додаткової літератури. У цей же час проводяться необхідні для вивчення та захисту лабораторної роботи записи, зарисовки електричних схем, ескізів апаратів та електричних установок, що вивчаються. Протягом другої години вивчення матеріалу роботи продовжується з використанням реальної електроустановки чи апарату.

Для самостійного контролю при засвоєнні матеріалу під час аудиторних занять або самостійної роботи необхідно використовувати контрольні питання, що даються в методичних вказівках наприкінці кожної лабораторної роботи.

При підготуванні дійсних методичних вказівок використана література [1,2, та ін.].

Лабораторна робота №1

СТРУКТУРА ТА ОСНОВНЕ ОБЛАДНАННЯ РОЗПОДІЛЬНИХ МЕРЕЖ

План роботи:

1. Вивчення типових схем електричних з’єднань трансформаторних підстанцій сільськогосподарського призначення.

2. Ознайомлення з основним обладнанням розподільних мереж.

3. Вивчення будови розподільних пристроїв на прикладі комірки К–47.

Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи.

Загальні відомості. Креслення, на яких показують з’єднання всіх елементів установки, що утворюють коло передачі електроенергії від джерела до споживача, називають схемою електричних з’єднань.

За виконанням розрізняють схеми повнолінійні (багатолінійні) та однолінійні, а за призначенням – принципові та монтажні.

На багатолінійних схемах всі три фази електроустановки показують окремо, на однолінійних схемах – однією лінією. Принципові однолінійні схеми мають всі елементи первинних кіл, включаючи генератори, трансформатори, вимикачі, роз’єднувачі, пристрої захисту та автоматики, іншу апаратуру.

На монтажних схемах показують все основне обладнання та прилади з урахуванням їх взаємного топографічного розташування, типу з’єднувальних проводів чи кабелів, їх перерізів та марок. Монтажні схеми складають для виконання монтажних та ремонтних робіт, перевірки пристроїв автоматики та захисту.

Схеми трансформаторних підстанцій розподільних мереж. Підстанції, як правило, розташовуються поблизу центрів навантаження, причому на підстанціях всіх категорій здебільшого встановлюють два трансформатори. Встановлення одного трансформатора допускається тільки в тих випадках, коли забезпечується необхідна надійність електропостачання споживачів та інші умови.

За способом приєднання до живлячої лінії 110 або 35 кВ розрізняють підстанції тупікові (блочні), відгалужувальні, прохідні та вузлові.

Однотрансформаторні тупікові підстанції виконують за блочною схемою лінія–трансформатор на стороні високої напруги з роз’єднувачем та запобіжниками (рис. 1.1, а), з роз’єднувачем, віддільником та короткозамикачем (рис. 1.1, г) або вимикачем та роз’єднувачами.

Відгалужувальні підстанції (рис. 1.1, б) встановлюють на відгалуженні від ЛЕП, яка проходить в даному районі. В цих схемах передбачено збереження живлення транзитної лінії при пошкодженні на відгалуженні. До прохідної підстанції (рис. 1.1, в) безпосередньо підходять транзитні лінії високої напруги 35–220 кВ.

В розподільних мережах основним обладнанням є трансформатор, високовольтний вимикач, короткозамикач, віддільник, роз’єднувач та ін.

а) б) в) г)

Рис. 1.1. Схеми підстанцій:

а – тупікова; б – відгалужувальна; в – прохідна; г – з короткозамикачем та віддільником

1 – роз’єднувач; 2 – плавкий запобіжник; 3 – оливовий вимикач; 4 – повітряні лінії 10кВ; 5 – головний оливовий вимикач; 6 – віддільник; 7 – короткозамикач.

Трансформатор – статичний електромагнітний апарат, призначений для перетворення (пониження або підвищення) напруги в мережах змінного струму.

Високовольтний вимикач – електричний апарат, призначений для відключення та включення мереж високої напруги понад 1000 В під навантаженням (в робочому режимі) та при коротких замиканнях. Він приводиться в дію від релейного захисту та вручну. Головний високовольтний вимикач встановлюється на живлячій підстанції на початку лінії, що від неї відходить (рис. 1.1, г).

Короткозамикач – електричний апарат, призначений для створення штучного короткого замикання на живлячій лінії при пошкодженнях на підстанції з метою відключення головного вимикача на початку живлячої лінії.

Віддільник – електричний апарат, призначений для відділення пошкодженої підстанції, коли головний вимикач спрацював при короткому замиканні та знаходиться деякий час у відключеному стані в безструмову паузу автоматичного повторного включення (АПВ). Після повторного спрацювання головний вимикач знову вмикає всю лінію, а пошкоджена підстанція залишається відключеною віддільником. Схему підстанції з віддільником та короткозамикачем доцільно використовувати на відгалужувальній підстанції (рис. 1.1, г).

Роз’єднувач – електричний апарат, призначений для створення видимого розриву в мережах при виводі обладнання в ремонт, а також для зняття напруги з електроустановки при знятому навантаженні. Категорично забороняється відключати роз’єднувачами кола під робочим струмом та вмикати їх на навантаження.

Плавкий запобіжник – електричний апарат, призначений для захисту мереж від струмів короткого замикання. Він є апаратом одноразової дії з пофазним відключенням лінії, що захищається та не потребує зовнішніх вимірювальних і керуючих кіл. Схема підстанції з запобіжниками на стороні вищої напруги наведена на рис. 1.1, б.

Вимикач навантаження – електричний апарат, призначений для включення та відключення струмів навантаження мереж. Він не здатний вимикати струми короткого замикання.

Розподільні пристрої (РП) – це електроустановки, призначені для прийому електроенергії від генераторів, трансформаторів, ліній електропередач і розподіл її між споживачами. До складу РП входять комутаційні апарати, збірні та з’єднувальні шини, вимірювальні прилади, пристрої автоматики та захисту.

Розподільні установки будують закриті та відкриті.

Закриті розподільні пристрої (ЗРП) встановлюють всередині будівлі і використовують для напруги 3–20 кВ, а при необхідності захисту обладнання від підвищеного забруднення атмосфери або при особливо важких кліматичних умовах – для напруги 35–220 кВ.

При обслуговуванні закритих РП ширина коридору повинна забезпечувати переміщення обладнання (в проміжку між огорожею) не менше 1 м при його односторонньому і 1,2 м при двосторонньому розміщенні. Ширина коридору управління, де знаходяться приводи вимикачів або роз’єднувачів, допускається 1,5 і 2 м.

З приміщення ЗРП передбачені виходи назовні, або в приміщення з неспалимими стінами, або перекриттям: один вихід при довжині РП до 7 м для виходу по кінцям і додаткові, при довжині більше 60 м, при цьому відстань від будь-якої точки РП до виходу не повинна перевищувати 30 м. Двері з РП повинні відкриватися назовні і мати самозакриваючі замки, які відкриваються без ключа зі сторони РП.

Для забезпечення відводу теплоти від трансформаторів і реакторів необхідна вентиляція. Вибухові коридори, а також коридори для обслуговування відкритих камер обладнують спеціальною витяжною аварійною вентиляцією, яка включається ззовні і розрахована на п’ятикратний обмін повітря в час.

Найбільше впровадження знайшли РП 6–10 кВ, які виготовляються із збірних модульних елементів у вигляді комплектних комірок заводського виконання (КРП).

Відкриті розподільні пристрої (ВРП) виконують на напругу 35 кВ і вище та розміщуються на відкритому повітрі.

Для запобігання розтікання оливи і знешкодження можливої пожежі при пошкодженні оливонаповнених апаратів з кількістю оливи понад 1000 кг (в одному баці) і бакових оливових вимикачів 110 кВ і вище повинні бути передбачені оливоприймачі, оливовідводи та оливозбірники.

Об’єм оливоприймачів розрахований на сприймання 100% оливи трансформатора або 80% оливи баку вимикача. На дно оливоприймачів кладуть крупний гравій, причому верхній рівень його шару повинен не менше ніж на 25 см перевищувати рівень прилеглої поверхні.

Всі апарати ВРП звичайно розміщують на невисоких металевих чи залізобетонних основах. Гнучкі лінії прикріплюють за допомогою підвісних ізоляторів до порталів, виконаних в основному з металевих конструкцій у вигляді прямокутних арок, а жорсткі шини – за допомогою опорних ізоляторів на залізобетонних або металевих стійках.

Кабелі оперативних кіл, кіл управління, релейного захисту, автоматики та повітропроводи прокладають в лотках із залізобетонних конструкцій без їх заглиблення в землю, чи в металічних лотках, які підвішені до конструкцій ВРП. При спорудженні ВРП огородження обов’язкове.

Перевагами відкритих РП є менший порівняно із ЗРП об’єм будівельних робіт (відсутність будівель), їх вартість і час виконання, а їх недоліками – незручність обслуговування при низьких температурах і велика площа. Окрім цього, апарати, які входять до ВРП піддаються забрудненню і коливанням температури. При низьких температурах і в ожеледицю значно погіршується робота приводів, особливо роз’єднувачів або віддільників, що при дистанційному управлінні призводить до недовключень, так як оператор не бачить операції “включення – відключення” або вона відбувається автоматично (наприклад, при короткому замиканні).

Комплектні розподільчі пристрої (КРП) – це розподільчі пристрої, які складаються із закритих металевих шаф, в яких змонтовані комутаційні апарати, пристрої захисту і автоматики. Вони доставляються в зібраному чи в повністю підготовленому для збирання вигляді.

Переваги КРП призвели майже до повного витіснення РП 6–35 кВ старого типу, обладнання яких збиралося на місці монтажу. Шафи КРП виготовляють на спеціалізованих підприємствах по відпрацьованим технологічним процесам, в результаті чого різко скорочуються трудові витрати на електромонтажні роботи і чисельність зайнятого на монтажі персоналу, а також строки будівництва і вводу в експлуатацію об’єктів, підвищуються якість і надійність підстанцій. В приміщенні розподільні пристрої набираються з окремих шаф КРП з вбудованими в них електричними апаратами.

За методом встановлення опорів і приладів шафи КРП можуть бути стаціонарного (які монтуються безпосередньо в корпус нерухомо) і висувного (які монтуються на висувному елементі) типів.

За конструкцією КРП бувають двох типів: приставної установки з одностороннім та з двостороннім обслуговуванням. У першому випадку відсутні двері шафи, а його фасадом є фасад висувного елементу, в другому випадку всі шафи КРП мають фасадні двері, які закривають їх при знаходженні висувного елементу, як в робочому, так і в контрольному положенні.

Навики експлуатації КРП показали, що найбільш надійні та зручні при обслуговуванні і ремонті є КРП з висувними елементами (при необхідності легко замінити пошкоджені висувні елементи).

Висувний елемент може займати в шафі КРП такі фіксовані положення: робоче, при якому головні і допоміжні кола шафи замкнені (візок знаходиться в корпусі шафи), контрольне, при якому головні кола шафи розімкненні, а допоміжні замкнені (візок в корпусі шафи), ремонтне, коли висувний елемент знаходиться поза корпусом шафи і його головні і допоміжні кола розімкнені. Висувний елемент в межах корпусу шафи і поза ним може переміщуватись вручну і механізовано.

Струмоведучі частини КРП виконують шинами із алюмінію або твердих алюмінієвих сплавів.

В шафах КРП передбачене механічне блокування, яке не допускає: включення вимикача при проміжному (між робочим і контрольним) положенні висувного елементу; включення заземлюючих ножів роз’єднувачів (в робочому положенні висувного елементу); включення роз’єднувачів при включених вимикачах головного кола і заземлюючого роз’єднувача і навпаки; вкочування і викочування висувного елементу з роз’єднувачами під навантаженням (для шаф без вимикачів). Крім того, в шафі вбудоване блокування зовнішніх приєднань при роботі із заземлюючими роз’єднувачами.

Шафи з КРП мають вказівники робочого і контрольного положень висувного елементу. У всіх шафах при викочуванні висувного елемента прорізи з нерухомими роз’ємними контактами головного кола автоматично зачиняються шторками з пристроями для їх замикання. Відсік чи блок шаф, в яких розміщується висувний елемент, повинен мати розвантажувальний клапан для обмеження надлишкового тиску в місці, в якому виникла електрична дуга короткого замикання і надійного захисту персоналу. В обмеженому замкнутому просторі КРП повітря навколо дуги швидко нагрівається, внаслідок чого виникає надлишковий тиск, динамічно діючий на стінки шафи чи її відсіки. Найбільший надлишковий тиск встановлюється протягом 20 мс, після чого відчиняється розвантажувальний клапан і тиск починає знижуватись, що виключає деформацію шаф і викид гарячих газів в коридор керування.

В наш час широко застосовують шафи КРП з малооб’ємними оливовими вимикачами ВМПЕ–10 з вбудованим електромагнітним приводом, ВМПП–10 з вбудованим пружинним приводом, ВМП–10К з електромагнітними ПЕ–11 і пружинними ПП–67 приводами, а також КРП з малооливовими колонковими вимикачами ВК–10 і електромагнітними вимикачами ВМПЕ–10. Випускаються комплектні РП з вакуумними вимикачами, які мають менші розміри в порівнянні з оливовими і електромагнітними і більшу надійність в експлуатації.

Позначення серій КРП розшифровується так: літери К, Р, П – комплектний, розподільний пристрій, римські цифри XII, XXVI та ін. – виробничий номер серії (до 28-ї серії вони позначаються римськими цифрами, а починаючи з 30-ї – арабськими, наприклад, К–37, К–47, К–101).

Комплектні розподільні пристрої зовнішнього розташування (КРПЗ) призначені для відкритого встановлення поза приміщенням. Шафи КРПЗ використовують на підстанціях в сільській місцевості, в комплектних трансформаторних підстанціях (КТП) з напругою на високій стороні 35, 110 і 220 кВ. Перехід на такі шафи дав великий економічний ефект в капітальному будівництві і значне зменшення трудовитрат на експлуатацію.

За виконанням шафи КРПЗ поділяють на три групи:

• шафного типу з вбудованим обладнанням та апаратурою і наявністю коридора для одностороннього обслуговування. Задня і бокові стінки крайніх шаф являються одночасно стінками приміщення РП;

• шафного типу з висувними елементами. Шафа, що являє собою самостійний елемент, може бути встановлена на відкритому повітрі. В ній передбачено двостороннє обслуговування вбудованого обладнання і апаратури, для чого на фасаді і в задній стінці виконані двері. Обслуговування обладнання і встановлення висувних елементів у випробувальне і ремонтне положення здійснюються при відчинених дверцятах шаф;

• шафного типу без висувних елементів, тобто зі стаціонарно встановленими вимикачами, трансформаторами напруги чи іншими апаратами.

До шаф КРПЗ пред’являють в основному такі ж вимоги, що і до шаф КРП, включаючи додаткові вимоги по забезпеченню нормальної експлуатації КРПЗ на відкритому повітрі, в будь-яку погоду і в будь-якому кліматичному районі.

Шафи КРПЗ мають ущільнення, що забезпечують захист апаратури від забруднення і атмосферних опадів. Оскільки шафи не абсолютно герметичні, КРПЗ не призначені для роботи в середовищі з вологістю повітря більше 80 %, небезпечному у відношенні вибуху і пожежі, а також в середовищі з хімічно-активними газами і струмопровідним пилом. Вони розраховані для роботи при температурі навколишнього повітря від – 40 до + 35 ^оС.

Широко розповсюджені в експлуатації шафи КРПЗ серії К–37, К–47 і ін.

Комплектний пристрій К–37 складається із окремих шаф і загального бризкозахищеного коридору управління, наявність якого наближає умови експлуатації К–37 до умов в закритих РП. Конструкція шаф не призначена для їх поодинокої установки. В шафах КРПЗ передбачена повітряна ізоляція, при цьому відстань між струмоведучими частинами різних фаз становить 130 мм, а між струмоведучою частиною і заземленими частинами – 120 мм. Кожна шафа споряджується необхідним захистом.

Для забезпечення нормальної роботи комплектних пристроїв серії К–37 при від’ємних температурах навколишнього середовища, а також в умовах випадання роси передбачені автоматичні пристрої підігріву, а для обдуву вимикачів ВМПП–10 і ВМПЕ–10 на номінальні струми 1600 А, що використовуються в цих КРП, вентилятор.

Шафи КРПЗ ліній які відходять обладнані розвантажувальними клапанами, які мають допоміжні контакти. При виникненні коротких замикань з електричною дугою спрацьовує розвантажувальний клапан.

Більш досконалі за конструкцією комплектні розподільчі пристрої серій К–47, які виготовляють замість К–37. Їх особливістю є застосування малооливових колонкових вимикачів ВК–10 і ВКЕ–10. Ці шафи являють собою цілком зібраний блок з виконаним монтажем електричних схем головних і допоміжних кіл, змонтованого коридору управління.

Рис. 1.2. Шафа КРПЗ серії К–47 з вимикачем:

1 – рамка основи, 2 – збірні шини, 3, 11, 22 – відсіки (збірних шин, лінійного і висувного елемента), 4, 9 – відпайки, 5, 6, 16 – ізолятори з нерухомим шинним контактом, опорний і прохідний, 7 – нерухомий лінійний контакт в прохідному ізоляторі, 8 – вентилятор, 10 – люк, 12 – трансформатор струму, 13 – заземлюючий роз’єднувач, 14 – нерухомий контакт заземлюючого роз’єднувача, 15, 17 – розвантажувальні клапани лінійного відсіку і відсіку висувного елементу, 18 –релейна шафа, 19 – кінцевий вимикач, 20 – штепсельний роз’єм, 21 – привод заземлюючого роз’єднувача, 23 – шторка, 24 – вимикач на висувному елементі