Теоретичне запитання

Розподільний пристрій — це електричний пристрій для прийому електроенергії (від генераторів електростанції,трансформаторів, перетворювачів і ін.) і її розподілу між окремими споживачами.

До складу устаткування розподільних пристроїв входять вимикачі, розєднувачі, запобіжники, вимірювальні трансформатори струму та напруги, розрядники, реактори, система збірних шин, силові кабелі і т.д.

Все обладнання розподільчих пристроїв вище 1000 В вибирається з розрахунку: тривалої роботи з номінальними струмами, короткочасних перевантажень, струмів коротких замикань і значних підвищень напруги, пов'язаних з атмосферними або внутрішніми перенапруженнями (наприклад, при замиканні на землю фази через дугу, включення довгих холостих

ліній та ін.)

Струмоведучі частини в нормальному режимі, коли встановлюється теплова рівновага (тобто коли тепло, що виділяється токоведучою частиною при протіканні номінального струму, дорівнює кількості тепла, що віддається провідником у навколишнє середовище), не повинні нагріватися вище гранично допустимих за нормами температур: 70 С для голих (неізольованих) шин і 75 С - для рухомих і нерухомих зєднань на шинах і апаратах.  Тривале перевищення температури струмоведучих частин понад допустимого нормами забороняється .

Такий режим тягне за собою збільшення перехідного опору в зєднаннях струмоведучих частин обладнання, що в свою чергу веде до подальшого підвищення температури контактного зєднання з подальшим збільшенням перехідного опору в ньому і т. д.

У результаті такого процесу контактне зєднання струмоведучих частини руйнується і виникає відкрита дуга, яка призводить, як правило, до короткого замикання і аварійного виходу з роботи обладнання.

Протікання струмів короткого замикання через шини або апарати супроводжується:

А) додатковим виділенням тепла через струмопровідні частини,

по яких протікають струми короткого замикання (так звані термічні

дії струмів короткого замикання ),

Б) значними механічними силами тяжіння або відштовхування між провідниками сусідніх фаз або навіть однієї і тієї ж фази, наприклад у реактора (так звані е.лектродінаміческіе впливу між струмоведучими частинами ).  Апарати розподільних пристроїв повинні бути термічно стійкі .  Це означає, що при можливих величинах і тривалість струмів короткого замикання виникає короткочасне підвищення температури струмоведучих ч астин не повинно викликати пошкодження обладнання. Короткочасні підвищення температури обмежені: для мідних шин 300 С, для алюмінієвих шин 200 С, для кабелів з мідними жилами 250 С і т. д. Після відключення короткого замикання релейного захистом провідники охолоджуються до температури, відповідної сталому режиму. 

Апарати й шини розподільних пристроїв повинні бути динамічно стійкі до струмів короткого замикання . Це означає, що вони повинні витримувати динамічні зусилля, викликані проходженням через них найбільшого (ударного) струму короткого замикання, відповідного початкового моменту виникнення струму короткого замикання, можливого в даному розподільному пристрої. 

  Таким чином, апарати для розподільних пристроїв повинні бути так обрані, а шини так розраховані, щоб їх термічна і динамічна стійкість до впливу струмів короткого замикання була більше або відповідала таким максимальним величинам струму короткого замикання, які можливі в даному розподільному пристрої.

А тепер детальніше розглянемо збірні шини розподільних пристроїв.

 

Шини є жорсткими неізольованими провідниками, з яких виконуються збірні шини розподільних пристроїв, електричне з'єднання між апаратами і приєднання їх до збірних шин.  Матеріал шин повинен задовольняти ряду вимог: забезпечувати необхідну електричну провідність, механічну міцність, бути стійким до хімічних впливів навколишнього середовища, мати невелику масу і вартість. Як матеріал шин можуть бути використані мідь, алюміній і сталь. Мідні шини використовуються тільки в особливих випадках і при відповідному техніко-економічному обґрунтуванні. Сталеві шини можуть використовуватися в малопотужних електроустановках при робочих токах до 200-300 А.  З міркувань економічного порядку застосовують, як правило, шини з алюмінію і його сплавів з різними електричними і механічними характеристиками.  Поширеною формою поперечного перерізу шин є прямокутник, що має співвідношення сторін в / Л = 1/5 1/12 (рис. 1, а). Такі шини називаються плоскими. Вони забезпечують хороше відведення тепла в навколишнє середовище, оскільки мають велику поверхню охолодження. При робочих токах більш 2000А струмопроводи збирають з декількох шин (пакет шин). Пакет складається з двох або трьох смуг (рис. 1, б і в). Допустимий струм при цьому збільшується відповідно до 3200 і 4100 А, тобто не пропорційно числу смуг через нерівномірного розподілу струму між смугами і погіршення умов охолодження. Недоліком пакета шин є також складність монтажу і зниження механічної стійкості шин при КЗ через тяжіння смуг один до одного, тому що по них протікають струми одного напрямку. Щоб виключити змикання смуг при КЗ, між ними ставляться дистанційні прокладки з відповідним кріпленням.  При великих робочих токах застосовують складені шини з двох коробчатих шин великого перерізу (рис. 1, г), що мають товщину /. Завдяки малому впливу ефекту близькості і досить хорошому охолодженню використання металу коробчатих шин виходить значно краще в порівнянні з пакетом прямокутних шин того ж спільного перетину.Розрахунки показують, що вже трехполосовие пакети шин вигідно замінювати коробчатими шинами.  Шини прямокутного і коробчатого перетину застосовують на напругу до 10 кВ. В установках напругою 35 кВ і вище необхідно враховувати явище коронного розряду, що виникає при частковому електричному пробої повітря біля поверхні провідника. Шини прямокутного і коробчатого перетину сприяють формуванню нерівномірного електричного поля і появі корони (фіолетового світіння, добре відомого в темряві). Коронірованія шин дуже небажано, тому що при цьому відбувається іонізація повітря, що знижує його електричну міцність і полегшує перекриття ізоляторів і пробою між фазами. При коронних розрядах відбувається утворення озону і оксидів азоту. Озон інтенсивно окисляє металеві конструкції розподільного пристрою, а оксиди азоту утворюють з водою азотну кислоту, яка руйнує ізоляцію і метали.Рис. 1. Форми поперечного перерізу шин: а - прямокутник; б - пакет з двох смуг; в - пакет з трьох смуг; г - коробчаті шини; д - трубчасті шини Найбільш досконалою формою поперечного перерізу шин є кругла кільцева, яку мають трубчасті шини (рис. 1, д). При правильному виборі співвідношення товщини стінки t і діаметру труби D забезпечується хороший відвід тепла і достатня механічна міцність. Навколо трубчастої шини створюється рівномірний електричне поле, що перешкоджає виникненню корони. Трубчасті шини зміцнюють на опорних стрижневих або штирьових ізоляторах, а також кріплять до опорних конструкцій гірляндами підвісних ізоляторів. Поряд з трубчастими шинами у відкритих розподільчих пристроях широко застосовують многопроволочние гнучкі проводи. Зазвичай застосовують сталеалюмініевие проводу марки АС, у яких сердечник скручений із сталевих оцинкованих дротів, а алюмінієва частина з дротів однакового діаметра укладається рядами (повивами) навколо сталевого сердечника. Забарвлення шин емалевої фарбою трохи підвищує тепловіддачу в навколишнє середовище, що дає можливість збільшити допустимий струм навантаження на шини. Для полегшення орієнтування персоналу в електроустановці застосовують кольорову забарвлення шин. 

У розподільних пристроях постійного струму шини позитивної полярності фарбують у червоний колір, негативною - в синій. Забарвлення шин при змінному трифазному струмі наступна: фаза А - жовтий колір; фаза В - зелений; фаза С - червоний; нульова робоча N - блакитний; нульова захисна N - поздовжні смуги жовтого і зеленого кольорів. Шини однофазного струму, що є відгалуженням від системи трифазного струму, фарбуються як відповідні шини, від яких вони відгалужуються. Резервні шини забарвлюються в колір резервованій основною. Якщо ж резервна шина може замінити будь-яку з основних, то вона забарвлюється поперечними смугами в кольори основних, які чергуються між собою. багатодротовими гнучкі дроту не фарбують, оскільки зміна провисання їх при зміні температури нагріву призводить до руйнування шару фарби.

Збільшення переданої потужності, вимога підвищеної надійності енергосистеми при пошкодженні окремих її елементів викликають необхідність створення вузлових підстанцій, які об'єднують на шинах своїх розподільних пристроїв знану кількість ліній і трансформаторів (автотрансформаторів). Збірні шини є відповідальними ланками мережі, а до захисту шин пред'являються вимоги високої надійності і швидкодії.  Досвід експлуатації, випуск нової апаратури обумовлюють необхідність безперервного вдосконалення захисту. Персонал, який обслуговує захист шин, повинен не тільки мати гарні навички з перевірки окремих типів реле, він повинен також чітко уявляти принципи побудови схем захисту та вміти вибирати уставки.  З урахуванням викладеного в книзі, детально розглянуті найбільш широко застосовувані схеми захисту шин з реле типу РНТ, а також наведені короткі відомості про схеми захистів шин з гальмуванням типу ДЗШТ. .

Необхідність з'єднання між собою підвідних і відвідних електроенергію ліній обумовлює застосування на станціях, підстанціях, розподільчих пристроях і пунктах збірних шин. До збірних шин приєднують всі генератори або трансформатори, вводи і відходять лінії. Електрична енергія надходить на збірні шини і по них розподіляється до окремих відходить лініях. Таким чином, збірні шини є вузловим пунктом схеми з'єднання, через який протікає вся потужність станції, підстанції або розподільчого пункту . Пошкодження або руйнування збірних шин означає припинення подачі електроенергії споживачам. Тому збірних шин приділяють серйозну увагу при проектуванні, монтажі та експлуатації електроустановок.

Найпростішою системою є так звана одиночна система шин (рис. 1), застосовувана в електроустановках малої потужності з одним джерелом живлення. 

Рис. 1. Одиночна система шин

На станціях і підстанціях, які мають два і більше трансформатора або генератора, з метою підвищення надійності постачання споживачів електроенергією шини ділять на дві, а іноді і більше частин. До кожної секції повинно бути приєднано по можливості рівне число генераторів або трансформаторів і ліній, що відходять (рис. 2).

Рис. 2. Одиночна система шин з міжсекційних роз'єднувачем

Секціонування шин забезпечує велику експлуатаційну гнучкість (при виході з роботи однієї секції шин відключається тільки частина вводів і ліній, що відходять).

О кремі секції шин можуть бути з'єднані між собою роз'єднувачами або вимикачами. При секціонуванні шин роз'єднувачем останній здебільшого розімкнутий. При цьому обидві секції працюють роздільно, і при пошкодженні однієї з секцій живлення позбавляється тільки частина споживачів. Крім того, при роздільній роботі трансформаторів знижуються струми короткого замикання на стороні вторинної напруги.

У разі пошкодження трансформатора його відключають і обидві секції з'єднують між собою роз'єднувачем, відключивши попередньо для запобігання перевантаження невідповідальні споживачі.

Допустима також робота з включеним роз'єднувачем для забезпечення рівномірного розподілу навантаження між живильними лініями. У цьому випадку при аварії на одній із секцій припиняється живлення електроенергією всіх споживачів на час, необхідний для поділу секцій. У разі ж автоматичного відключення одного з джерел живлення друге джерело буде перевантажене протягом часу, необхідного для відключення невідповідальних споживачів.

При наявності міжсекційних вимикачів (рис. 3) останній може бути також при роботі замкнутим або розімкнутим. 

Рис. 3. Одиночна система шин з міжсекційним вимикачем

При роботі із замкнутим вимикачем його постачають максимальним струмовим захистом, яка автоматично відключає пошкоджену секцію. Однак таке рішення не рекомендується, оскільки воно не дає істотних переваг у порівнянні зі схемами з міжсекційними роз'єднувачами.

Застосування міжсекційного вимикача рекомендується тільки в тих випадках, коли він використовується для автоматичного включення резервного живлення від іншого робочого джерела і при нормальній роботі електроустановки знаходиться в розімкнутому стані.

Для більшої надійності живлення і більшої зручності експлуатаційних перемикань на великих станціях і підстанціях застосовують подвійну систему шин (рис. 4), яка допускається лише за наявності відповідного обґрунтування в кожному окремому випадку. 

Рис. 4. Подвійна система збірних шин

При нормальній роботі електроустановки одна система шин є робочою, а інша - резервною. Обидві системи шин можуть бути з'єднані між собою шиноз'єднувальним вимикачем, який дозволяє здійснити перехід з однієї системи шин на іншу без перерви в подачі енергії, а також може бути використаний в якості заміни будь-якого з вимикачів електроустановки. В останньому випадку лінію, з якою вимикач знятий для ремонту, приєднують до резервної системи шин і з'єднують робочу і резервну системи шин шиноз'єднувальним вимикачем.