Лабораторная работа № 8 Изучение схем управления выключателями

Цель работы: изучение устройства, технических характеристик и принципов работы схем управления.

Общие сведения

Для управления выключателями применяются два способам – ручное местное, когда выключатель выключается или отключается оператором на месте установки выключателя, и дистанционное, при котором управление выключателем осуществляется со щита управления.

Первый способ управления сопровождается операцией отключения от защитных устройств.

Местным управлением снабжаются линии 6–10 кВ, питающие внешних потребителей; реле и приборы таких линий и все элементы, относящиеся к управлению выключателем, монтируются на фасаде камеры РУ. Откуда производится включение и отключение выключателя линии.

Дистанционное управление высоковольтными выключателями осуществляются с помощью приводов. Аппарат, с помощью которого подается команда на включение или отключение привода, называется ключом управления, а схема электрических соединений – схемой управления выключателем. На электрических станциях и мощных подстанциях схемы управления выполняются на постоянном оперативном токе.

Обслуживающий персонал, как правило, не видит выключателя и его привода, поэтому схема управления предусматривает передачу обратного сигнала от привода на щит управления, указывающего положение выключателя и его изменение (включен или отключен).

В настоящее время наибольшее применение получили схемы управления с двумя сигнальными лампами со световым контролем цепей управления.

Назначение схемы управления выключателем:

1) оперативное включение и отключение выключателя;

2) блокирование против повторения операций включения и отключения выключателя, когда команда на включение остаётся поданной после автоматического отключения;

3) сигнализация о положении выключателя с помощью коммутирующих контактов для внешних вспомогательных цепей и для цепей контроля и управления в КРУ.

Требования предъявляемы к схеме управления выключателем.

1) На щите должен быть предусмотрен сигнал, отображающий положение выключателя в данный момент.

2) Цепь управления должна иметь контрольные устройства оповещающие об исправности.

3) Так как основные катушки электромагнитов включении и отключения, а также катушка промежуточного контактора не рассчитаны на длительное протекание тока, то импульс каждой команды должен автоматически прерываться после её исполнения. Это достигается тем что, в цепи подачи команд на включение и отключение вводятся блок-контакты, соединенные механически с валом выключателя.

4) При отсутствии встроенной в выключатель блокировки от «прыгания» выключателя необходимо предусматривать внешнюю электрическую блокировку от «прыгания», т.е. от многократных повторных включений.

5) Схема должна предусматривать не только дистанционное включение и отключение, но и автоматическое отключение от реле защиты, а если нужно, то и от реле автоматики.

6) Цепи управления должны быть защищены от замыканий предохранителями, причем предохранители в цепи отключения должны снабжаться контролем исправности.

Подача команды на отключение выключателя производится замыканием цепи отключающего электромагнита непосредственно контактами ключа управления, так как ток в этой цепи не превышает 10 А.

Подача команды на включение выключателей не может производиться замыканием цепи включения непосредственно контактами ключа управления, так как величина тока в этой цепи у некоторых приводов достигает 400 А и выше, поэтому управление включающими электромагнитами производится через промежуточные контакторы.

Для обеспечения контроля за состоянием оборудования и облегчения работы дежурного персонала на щитах управления устанавливаются различные сигнальные устройства. В зависимости от назначения различают сигнализацию положения, аварийную, предупреждающую и командную.

Сигнализация положения показывает включенное или отключенное положение выключателей, разъединителей, автоматов и др. Положение выключателей сигнализируют, как правило, при помощи ламп, например: зеленая лампа – выключатель отключен, красная лампа – включен. Положение разъединителей и автоматов сигнализируют обычно при помощи специальных сигнальных приборов типа ПС (прибор сигнальный), которые врезаются в мнемоническую схему того или иного присоединения (цепи).

Аварийная сигнализация предназначена для извещения персонала об аварийном отключении выключателя, причем на щите управления предусматривается один общий для всей установки звуковой аварийный сигнал (обычно гудок) и индивидуальные световые сигналы для каждого выключателя (мигающий свет сигнальных ламп). Принцип действия аварийной сигнализации основан на несоответствии между положением ключа управления (остается прежнее положение) и новым положением аварийно отключившегося выключателя.

Аварийная звуковая сигнализация выполняется на станции, как правило, с центральным съемом сигнала. Сигнал снимается немедленно после его появления. Местный же световой сигнал (мигающие лампы) снимаются ключом управления путем приведения ключа управления в соответствие с положением выключателя (квитирование).

Предупреждающая сигнализация извещает персонал о наступлении ненормальных режимов работы (перегрузка генераторов или трансформаторов, работа газовой защиты трансформаторов на сигнал, повышение температуры масла в подшипниках генераторов или масла в трансформаторах сверх допустимого значения и т.д.), которые могут привести к аварии, если их не ликвидировать. Данная сигнализация, как и аварийная, имеет общий звуковой сигнал и индивидуальные световые сигналы, которые имеют надписи, определяющие вид и место нарушения нормального режима.

Командная сигнализация обеспечивает связь между дежурными главного щита управления и машинного зала для взаимной передачи основных распоряжений – команд. На главном щите (пульте управления) у каждого генератора и на тепловом щите у каждой турбины устанавливают так называемые командоаппараты, которые имеют кнопки для подачи и съема сигнала, сами звуковые сигналы и световые табло с надписями основных команд (например «Генератор включен», «Генератор отключен», «Машина в опасности» и т.д.).

В схемах управления применяются условные буквенно-цифровые обозначения элементов цепей на чертежах. Буквенные позиционные обозначения элементов и устройств выполняются латинскими буквами. Например, реле тока обозначается КА, реле промежуточное K.L, реле фиксации команды включения КQQ, переключатель цепей управления SA, устройство автоматического повторного включения АКS, счетчик количества включений и отключений РС и т. д.

Обычно элементам схемы присваивают порядковые номера в пределах вида элементов. Например, два измерительных трансформатора тока будут обозначены соответственно ТА1, ТА2. Для обозначения принадлежности элемента к определенной фазе допускается добавлять индекс фазы (А, В, С), проставляемый через точку или тире. Например, ТА1.С – первый трансформатор фазы С. Сигнальные контакты положения силовых коммутационных аппаратов обозначаются тем же кодом, что и сам аппарат.

Электрическая схема управления выключателя с механизмом свободного расцепления на переменном оперативном токе представлена на рис. 51.

Рис. 52. Принципиальная электрическая схема

Таблица 3.

Обозначения в принципиальной электрической схеме рис 54.

Обозначение	Наименование	Назначение
KM1	Контактор	Управление электромагнитом включения
R1	Резистор	Обеспечение термической стойкости электромагнита YAT
SA1…SA7	Блок-контакт БКМ	Блок-контакт положения выключателя для цепей контроля управления в КРУ
XT1	Блок зажимов	Соединение вспомогательных цепей выключателя
YAC1	Электромагнит	Включение выключателя
YAT1	Электромагнит	Отключение выключателя
PC1	Счетчик импульсов	Определние числа циклов срабатывания
VD1…VD5	Диод	Питание цепей управления
YAA1 YAA2	Токовые электромагниты	Отключение выключателя

Включение выключателя:

При наличие питающего напряжения 220 В, 50 Гц на клеммах XT1:13 и XT1:15 и подачи команды на включение на клемме XT1:17 +220В, через замкнутые контакты SA7.1 и SA5.1 происходит срабатывание контактора KM1, главные контакты которого KM1.1, KM1.2 замыкают цепь питания катушки включения YAC1. происходит включение выключателя.

Блок-контакты SA1…SA5, связанные с валом переключателя.

SA5.2 – разрывает команду на включение

SA5.1 – подготавливает цепь на отключение

Отключение выключателя

При подаче напряжения на контакты XT1:20, происходит срабатывание электромагнита отключения YAT1. Выключатель отключается. Команда на отключение прерывается блок-контактами SA5.1, механически связанными с валом выключателя.

Отключение токовыми электромагнитами для схем с дешунтированием при аварийной ситуации происходит при прохождении тока 5 А через контакты XT1:22 и XT1:23 для токового электромагнита YAA1 и XT1:24 и XT1:25 для токового электромагнита YAA2.

Блок управления BU/TEL–220–05A (БУ), рис. 53, предназначен для управления (включения и отключения) вакуумными выключателями серии ВВ/ТЕL–10. Предназначен для эксплуатации в релейных шкафах комплектных распределительных устройств внутренней и наружной установки (КРУ, КРУН), а также в камерах сборных одностороннего обслуживания (КСО).

Рис. 53. Функциональная схема Блока BU/TEL-220-05A.

назначение контактов XT1: 1, 2 – цепь питания; 3, 4 – цепь электромагнитов вакуумного выключателя; 5, 6– цепь переключателя сигнализирующего положения вакуумного выключателя (блок-контакт); 7, 8 – цепь управления включением вакуумного выключателя; 7, 9– цепь управления отключением вакуумного выключателя; 10, 11 – токовая цепь для подключения трансформатора тока главной цепи (фаза А); 12, 13 – токовая цепь для подключения трансформатора тока главной цепи (фаза С).

БУ обеспечивает:

а) стандартный цикл управления вакуумным выключателем О–0,3с–ВО–15с–ВО;

б) блокировку от повторного включения, когда команда включения продолжает оставаться поданной после автоматического отключения выключателя;

в) отключение от токовых цепей при отсутствии напряжения питания.

Включение вакуумного выключателя производится подключением обмоток его электромагнитного привода (цепи электромагнита) к цепи питания БУ. Включение выключателя блоком возможно только в случае замкнутого состояния датчика положения выключателя (блок-контакта) (контакт 5–"БК1" и контакт 6–"БК2"), что соответствует отключенному положению выключателя.

Режим "Включение" начинается с момента замыкания цепи управления включением (контакта 7 – "ВО" и контакта 8 – "ВКЛ"), то есть подачи команды включения. Режим "Включение" можно условно разделить на 4 этапа.

Первый этап – "Задержка включения" В результате подачи команды включения обмотка реле KV3 оказывается подключенной к цепи питания Блока. Однако включения реле не происходит до тех пор, пока не зарядится конденсатор С2. Постоянная времени цепи заряда С2 выбрана примерно 5 мс, что позволяет предотвратить ложные попытки включения вакуумного выключателя при кратковременном воздействии (менее 10 мс) на цепь управления включением.

Второй этап – "Включение вакуумного выключателя" Второй этап начинается с момента срабатывания реле KV3. В результате переключения контактов KV3-4, KV3-2 цепь электромагнита вакуумного выключателя подключается к цепи питания Блока. Включение выключателя происходит только если блок-контакт выключателя (контакты "БК1" и "БК2") замкнут.

В противном случае обмотка реле KV1 обесточена, а контактная группа KV1–2 препятствует подключению цепи электромагнита к цепи питания. Электрическая цепь, по которой протекает ток включения выключателя, выделена на рис. 26 жирной линией. Второй этап завершается когда происходит замыкание главных контактов (ГК) вакуумного выключателя.

Третий этап – "Постановка на магнитную защелку" После замыкания главных контактов вакуумного выключателя необходимо еще некоторое время на "поджатие" контактной системы и преодоление усилия пружин отключения выключателя. Процесс поджатия заканчивается замыканием магнитной системы привода выключателя.

Для надежной фиксации выключателя ("магнитной защелки"), обмотки электромагнитного привода остаются подключенными к цепи питания в течение определенного времени. За это время ("довключение") магнитная система привода выключателя приобретает остаточную магнитную индукцию необходимую для длительного удержания выключателя во включенном положении.

Выдержка времени "довключения" производится с помощью конденсатора С1. Размыкается блок-контакт (БК) и обмотка реле KV1 отключается от цепи питания, но реле удерживается во включенном состоянии (40–60 мс) за счет энергии, накопленной в конденсаторе С1.

Если блок-контакт выключателя по какой-то причине останется в замкнутом положении, то KV1 отключится от предохранительного таймера. В этом случае общее время воздействия на цепь электромагнита от цепи питания Блока составляет 120–140 мс.

Четвертый этап – "Гашение энергии электромагнита выключателя" Четвертый этап начинается в момент размыкания контактов KV1-2. Ток электромагнита начинает протекать по цепи: источник питания, разряженный в процессе включения конденсатор отключения С4, обмотка электромагнита.

Запасенная в электромагните энергия преобразуется в энергию заряда конденсатора С4 и частично гасится в варисторе RV1. Через время менее 20 мс процесс гашения заканчивается, а конденсатор отключения заряжается до 440 В, уровень напряжения определяется варистором RV1.

Следует отметить, что для подготовки (взвода) предохранительного таймера требуется время 3 с (не более). Поэтому при попытке произвести включение ранее, чем через 3 с после снятия предыдущей команды включения, выключатель может не включиться или не довключиться. При недовключении выключатель не становится на магнитную защелку и может самопроизвольно отключиться сразу или через некоторое время.

Работа Блока в режиме " Отключение"

Режим "Отключение" начинается с момента замыкания цепи управления отключением (контакта 7 – "ВО" и контакта 9 – "ОТКЛ"), то есть подачи команды отключения. Отключение вакуумного выключателя производится подключением конденсатора отключения к цепи электромагнита (с помощью контактов KV2–2). При этом напряжение к цепи электромагнита прикладывается в обратной полярности по отношению к включающему напряжению. Отключение выключателя возможно при любом состоянии блок-контакта.

Отключение происходит не сразу после подачи команды отключения, а спустя некоторое время задержки. Необходимость задержки отключения вызвана конструктивными особенностями выключателя и используемым способом конденсаторного отключения. Выключатель не позволяет произвести отключение от источника ограниченной энергии (примерно 1 Дж) сразу же после включения. По окончании процесса включения в магнитопроводе привода вакуумного выключателя продолжают циркулировать вихревые токи, препятствующие отключению. Поэтому задержка отключения необходима для выполнения цикла “ВО”, иначе выключатель не отключится.

Время задержки выбирается с учетом характера затухания вихревых токов.

Задержка отключения так же способствует увеличению коммутационного ресурса выключателя при отключении токов короткого замыкания. Это обусловлено уменьшением апериодической составляющей тока короткого замыкания за время задержки отключения.

Пока команда отключения подана, контакты KV2-4 блокируют возможность процедуры включения.

Работа БУ в режиме "Отключение от токовых цепей"

Отключение выключателя от токовых цепей при отсутствии напряжения питания возможно при протекании через токовые цепи тока более 3 А. Трансформаторы ТТ1 и (или) ТТ2 обеспечивают заряд конденсатора С4 до уровня, необходимого для отключения выключателя. В качестве порогового элемента служит реле KV2 (при условии, что команда отключения подана). Как только напряжение на конденсаторе С3 достигнет уровня включения реле KV2, контакты KV2-2 замыкаются и конденсатор С4 разряжается через цепь электромагнита, производя отключение вакуумного выключателя.

Если команда отключения не подана и через ТТ1 (ТТ2) протекает ток более 3 А, схема ограничения поддерживает на конденсаторах С3, С4 напряжение 250±10 В.

Работа БУ в режиме "Блокировка от повторных включений"

БУ запрещает повторное включение после отключения вакуумного выключателя, если команда включения остается поданной. Блокировка производится с помощью реле KV2. Если команда включения остается поданной, то при последующем отключении выключателя контакт KV2-4 подключает обмотку реле KV2 к цепи питания через контакты KV3-4. Блок останется в режиме блокировки до тех пор, пока команда включения не будет снята на 1,5 с (не менее).

Работа Блока в цикле ВО

В цикле ВО команда отключения подается в процессе включения после замыкания ГК выключателя. Однако, команда отключения начинает выполняться только с момента замыкания контакта KV1+4. В этот момент начинается отсчет задержки отключения.

Далее БУ работает так же, как в режиме (Отключение).

Назначение плавкой вставки ВП (FV1) защищает диод D1 и цепь XT1–1 – XT1–5 – XT1–7 от короткого замыкания контактов XT1–5 или XT1–7 на "минус" питания (XT1–2 или XT1–4). При перегорании ВП индикатор HL1 светится красным цветом. Перегорание ВП приводит к потере Блоком возможности выполнения команд включения и отключения от оперативного питания.

При перегорании ВП БУ сохраняет способность к отключению выключателя от токовых цепей.

Рис. 54. Принципиальная электрическая схема выключателей ВБСК–10

Таблица 4.

Обозначения в принципиальной электрической схеме рис 54.

Поз. Обозначение	Наименование
С1–C3	Конденсатор	Питание цепей управления
КМ1	Контактор	Управление электромагнитом включения
KV1	Реле	Питание цепей управления
R1–R2	Резистор	Питание цепей управления
РС1	Счетчик импульсов	Определние числа циклов срабатывания
SA1...SA8	Блок-контакты	Блок-контакт положения выключателя для цепей контроля управления в КРУ
VD1, VD7	Варистор дисковый	Питание цепей управления
VD2...VD6, VD12	Диод	Питание цепей управления
VD8	Диодный мост	Питание цепей управления
VD9...VD11	Диод	Питание цепей управления
ХТ1	Блок зажимов	Соединение вспомогательных цепей выключателя
ХТ2	Блок зажимов	Соединение вспомогательных цепей выключателя
YAC1	Электромагнит включения	Включение выключателя
YAT1	Электромагнит	Отключение выключателя
YAA1,YAA2	Токовые электромагниты	Отключение выключателя
YAV1	Электромагнит	Отключение выключателя