Высоковольтные коммутационные аппараты

Выключатель – основной коммутационный аппарат в сетях напряжением выше 1 кВ, предназначенный для включения и отключения токов при нормальных, ненормальных (перегрузках) и аварийных (токов КЗ) режимах работы сети. Требования к выключателям: длительное выдерживание номинальных режимов по току и напряжению; устойчивость к термическому и динамическому токов КЗ; эффективное гашение дуги, возникающей при размыкании контактов; пригодность для автоматического повторного включения.

Масляные многообъемные (баковые ) выключатели выполняются на напряжение 10…35 кВ, для контактов предусмотрен один бак, разрыв дуги в масле может производиться без устройств дугогашения или со специальными дугогасительными устройствами. Для наружных установок 35 кВ и выше применяют баковые выключатели со специальными дугогасительными устройствами. По принципу действия эти устройства делят на три вида: с автодутьем (высокое давление и значительная скорость движения газа в зоне дуги); принудительным масляным дутьем (масло нагнетается к месту разрыва с помощью специальных механизмов); магнитным гашением в масле (дуга под воздействием магнитного поля перемещается в узкие каналы). Преимущества баковых выключателей: простота конструкции, высокая отключающая способность, возможность наружной установки, наличие встроенных трансформаторов тока. Недостатки: пожаро- и взрывоопасность; большой объем масла; непригодность для установки внутри помещений; большая масса и расход металла; невозможность выполнения быстродействующих АПВ.

Малообъемные масляные выключатели – отличаются тем, что разрыв цепи и гашение дуги происходит отдельно для каждой фазы в своем баке (горшке), выполненном из стали , фарфора или цветного металла. Масло используется только для гашения дуги, а токоведущие элементы изолируются твердым диэлектриком. Преимущества малообъемных выключателей: небольшое количество масла, меньшая масса, более удобный доступ к контактам. Недостатки: необходимость периодического контроля, доливки и замены масла в бачках, трудность установки встроенных трансформаторов тока, малая отключающая способность.

Вакуумные выключатели. Основной элемент вакуумного выключателя – запаянный стеклянный или фарфоровый баллон с созданным внутри вакуумом. Вакуум используется в качестве дугогасящей среды. При этом достигается полная взрыво- и пожаробезопасность; после отключения тока диэлектрическая прочность промежутка быстро восстанавливается, в результате чего дуга гаснет за 0,5 периода; большой срок службы; нет необходимости в обслуживании; малое время отключения; при низких температурах выключатель может работать без подогрева.

Воздушные выключатели – дуга гасится с помощью дутья сжатым воздухом. Основные достоинства: простота конструкции и эксплуатации, пожаро- и взрывобезопасность, быстродействие, высокая отключающая способность, возможность применения для наружной и внутренней установки. Недостатки: необходимость компрессорной установки.

Электромагнитные выключатели обеспечивают полную взрыво- и пожаробезопасность, у них высокая отключающая способность, не требуют масла и сжатого воздуха. Под воздействием электродинамических сил токоведущего контура дуга втягивается внутрь дугогасительной камеры, растягивается и гаснет при очередном переходе через ноль. Недостаток: сложность дугогасительной камеры с системой магнитного дутья.

Элегазовые выключатели – дуга гасится в специальном устройстве, помещенном в магнитном поле. Элегаз характеризуется высокой электрической прочностью, не горит и не поддерживает горения. Выключатели взрыво- и пожаробезопасны, отличаются быстродействием и высокой отключающей способностью.

Выключатели нагрузки – трехфазные коммутационные аппараты, предназначенные для включения и отключения токов нагрузки и обеспечения видимого разрыва при отключениях. Токи короткого замыкания отключаются предохранителями, включенными в цепь последовательно с выключателем.

Разъединитель – коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения цепи без тока или с небольшими токами. Разъединитель создает видимый разрыв цепи, что важно при ремонтных работах на электроустановках. Разъединители не могут отключать токи нагрузки и токи КЗ, так как у них нет никаких дугогасительных устройств. Разъединитель размещают в непосредственной близости от выключателя, перед его отключением цепь должна быть разомкнута выключателем. Разъединителями 10 кВ обычно управляют вручную с помощью рычажных приводов типа ПР.

Короткозамыкатель – коммутационный аппарат, предназначенный для создания искусственного короткого замыкания в электрической сети. Короткозамыкатели применяют в упрощенных схемах коммутации подстанций для отключения поврежденного трансформатора после создания искусственного короткого замыкания в результате действия релейной защиты.

Отделитель предназначен для автоматического отключения электрической цепи в бестоковую паузу. По конструкции отделители аналогичны двухколонковым разъединителям для наружной установки. Включают отделитель ручным приводом. Отключение выполняется автоматически в результате подачи импульса на электромагнит отключения привода, который освобождает защелку, удерживающую отключающую пружину. Она заводится при включении отделителя. У отделителя, так же как и у разъединителя, могут быть заземляющие ножи.

Воздушные линии электропередачи

Воздушные линии предназначены для передачи электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и поддерживае­мым с помощью опор и изоляторов. Воздушные ЛЭП сооружаются и эксплуати­руются в разнообразных климатических условиях и географических районах, подвержены атмосферному воздействию (ветер, гололед, дождь, изменение температуры). В связи с этим ВЛ должны сооружаться с учетом атмосферных яв­лений загрязнения воздуха, условий прокладки (слабозаселенная местность, тер­ритория города, предприятия) и др. Материа­лы и конструкции линий должны удовлетворять ряду требований: эконо­мически приемлемая стоимость, хорошая электропроводность и достаточная ме­ханическая прочность материалов проводов и тросов, стойкость их к коррозии, химическим воздействиям; линии должны быть электрически и экологически безопасны, занимать минимальную территорию.

Основными конструк­тивными элементами ВЛ являются опоры, провода, грозозащитные тросы, изоля­торы и линейная арматура.

С увеличе­нием длины пролета возрастает провис проводов, необходимо увеличить высоту опор h, чтобы не нарушить допустимый габарит линии Н, при этом уменьшится количество опор и изоляторов на линии. Габарит линии –наименьшее расстояние от нижней точки провода до земли (воды, полотна дороги) – должен обеспечивать безопасность движения людей и транспорта под линией.

h – высота подвеса провода;H – габарит линии; l_пр – длина пролета; l_{а пр} – длина анкерного пролета;f – стрела провеса.

Конструктивные размеры ВЛ

Номинальное напряжение, кВ	Расстояние между фаза­ми D, м	Длина проле­та l, м	Высота опо­ры h, м	Габарит ли­нии H, м
<1	0,5	40 – 50	8 – 9	6 – 7
6 – 10	1	50 – 80	10	6 – 7
35	3	150 – 200	12	6 – 7
110	4 – 5	170 – 250	13 – 14	6 – 7
220	7	250 – 350	25 – 30	7 – 8

Провода воздушных линий. Провода предназначены для передачи элек­троэнергии. Наряду с хорошей электропроводностью (возможно меньшим элек­трическим сопротивлением), достаточной механической прочностью и устойчи­востью против коррозии, они должны удовлетворять условиям экономичности. С этой целью применяют провода из наиболее дешевых металлов – алюминия, ста­ли, специальных сплавов алюминия.

На ВЛ применяются преимущественно неизолированные (голые) провода. Для придания им гибкости и большей механической прочности провода изготавливают многопроволочными из одного металла (алюминия) и из двух металлов (комбинированные) – алюминия и стали. Сталь в проводе увеличивает механическую прочность.

Все большее применение находят ВЛ с самонесущими изолированными проводами напряжением 0,38-10 кВ. В линиях напряжением 380/220 В провода состоят из несущего изолированного или неизолированного провода, являющегося нулевым, трех изолированных фазных проводов, одного изолированного провода (любой фазы) наружного освещения.

Кабельные линии электропередачи

Кабельная линия (КЛ) – линия для передачи электроэнергии, состоящая из одно­го или нескольких параллельных кабелей, выполненная каким-либо способом прокладки. Наибольшее применение КЛ нашли при передаче и распределении ЭЭ на про­мышленных предприятиях и в городах (системы внутреннего электроснабжения) при передаче ЭЭ через большие водные пространства и т. п. Преимущества кабельных линий по сравнению с воздушными: неподверженность атмосферным воз­действиям, скрытность трассы и недоступность для посторонних лиц, меньшая повреж­даемость, компактность линии и возможность широкого развития электроснабжения по­требителей городских и промышленных районов. Однако КЛ значительно дороже воздушных того же напряжения, сложнее при сооружении и эксплуатации.

В состав КЛ входят: кабель, соединительные и концевые муфты, строитель­ные конструкции, элементы крепления и др.

Силовые кабели: а – четырехжильный напряжением 380 В; б – трехжильный с бумажной изоляцией напряжением 10 кВ; в – трехжильный напряжением 35 кВ;

г – маслонаполненный высокого давления; д – одножильный с пластмассовой изоляцией

Надёжность – способность электрической сети сохранять эксплуатационные характеристики в определённых условиях, оговоренных нормативными документами.

Потребители электроэнергии по надёжности делятся на три категории:

Потребители первой категории, перерыв электроснабжения которых связан с опасностью для жизни людей, массовым браком продукции, повреждением уникального оборудования. Это потребители первой категории. По ПУЭ эти потребители должны иметь питание не менее чем по двум линиям от независимых источников питания.

Допускается перерыв питания на время ввода автоматики.

Среди первой категории выделяют группу потребителей, электроснабжение которых необходимо для безаварийного производства. Для этой группы создаётся третий резервный источник питания, включаемый при выключении остальных ИП.

Потребители второй категории. Их необходимо запитывать от двух независимых ИП. Допускается питание от одной воздушной линии или по двум кабелям, подключённым к одному источнику питания. Перерыв электроснабжения допускается в этом случае только на время устранения повреждения, но не более одного часа. К потребителям этой категории относятся те, простой которых связан с простоем людей, механизмов, транспорта, массовым недовыпуском продукции.

Потребители третьей категории имеют питание от одного ИП, перерыв электроснабжения не более одних суток.