Работа 11. Приводы высоковольтных выключателей

Цель работы: изучить назначение, область применения и конструкции приводов высоковольтных выключателей, а также механизмов их включения и отключения.

Содержание работы

1. Изучить классификацию и область использования различных типов приводов.

2. Изучить конструкцию и принцип действия ручного, пружинного, электромагнитного и пневматического приводов.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Общие сведения

Приводы высоковольтных выключателей должны обеспечивать надежное включение цепей, а также отключение при возникновении аварийных режимов.

Основными частями привода являются: включающий механизм; запирающий механизм, удерживающий выключатель во включенном положении; расцепляющий механизм, освобождающий защелку при отключении.

Во избежание приваривания контактов включение привода должно производиться быстро, тем самым уменьшается пауза при АПВ. Отключение происходит за счет силы сжатых или растянутых отключающих пружин.

Классификация приводов. В зависимости от используемого источника энергии приводы к высоковольтным выключателям разделяют: на ручные (штурвальные или рычажные) и двигательные.

Ручные приводы применяются для маломощных выключателей. Отключение этих приводов может быть автоматическим (ПРБА, ПРА), получающее питание от источников постоянного или переменного тока.

Двигательные приводы подразделяют: на приводы прямого действия (электромагнитные, с дистанционным управлением, потребляющие электроэнергию непосредственно во время включения от вспомогательного источника питания) и приводы косвенного действия (пружинные, грузовые, пневматические, осуществляющие включение за счет предварительно запасенной энергии).

Пружинный привод является приводом косвенного действия. Пружина, необходимая для включения привода, заводится вручную или при помощи специального двигателя небольшой мощности.

Виды приводов

Ручной привод типа ПРГ-6УХЛ1 предназначен для оперирования контактными ножами и заземлителями разъединителей новой серии РГ на номинальные напряжения 110 и 220 кВ. В структуре условного обозначения привода ПРГ-6-ХХУХЛ1 принято: П – привод; Р – ручной; Г – коммутирующие устройства типа ПУ на базе герконов; 6 – модификация; ХХ – исполнение в зависимости от количества коммутируемых вспомогательных цепей ПУ; 00–16 цепей (для разъединителей); 01–8 цепей (для заземлителей); УХЛ1 – климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150–69.

Привод состоит из двух блоков: исполнительного и управления. Связь между блоками осуществляется электрическим кабелем при монтаже на месте эксплуатации. Блок управления представляет собой шкаф, в котором размещены электрические аппараты управления, защиты и сигнализации. На дне шкафа установлен электрический обогреватель и размещены кабельные вводы. Дверь шкафа установлена на шарнирах, имеет встроенный внутренний замок и закрывается специальным ключом через отверстие в ручке двери.

Исполнительный блок состоит из мотор-редуктора, блока коммутации, выполненного на переключающих устройствах типа ПУ, зубчатой конической передачи для ручного оперирования (при наладочных работах и аварийных ситуациях) при помощи съемной рукоятки, обогревательного устройства, установленного в корпусе блока. Передача движения от выходного вала мотор-редуктора на коммутирующее устройство, осуществляется с помощью «мальтийского» механизма. Все узлы исполнительного блока смонтированы в корпусе, который закрывается дверью на шарнирах. Дверь исполнительного блока имеет встроенные спецзамки, как и на блоке управления, которые закрываются тем же ключом, что и блок управления. Как и в блоке управления, доступ к отверстию специального замка может перекрываться дужкой навесного замка.

На рис. 5.22 изображен пружинный привод типа ППМ-10, предназначенный для работы с маломасляными выключателями ВМГ-10 и ВМП-10. Его отличием является наличие специального моторного редуктора с маховиком, поглощающим избыточную энергию в начале включения и отдающим накопленную энергию в конце включения. Тем самым устраняется основной недостаток пружинных приводов – уменьшение тягового усилия в конце хода включения вследствие уменьшения деформации пружины. Завод пружины производится двигателем 4 через редуктор 5. Движение от редуктора передается шестеренке взвода 8, свободно вращающейся на переднем подшипнике. Ведущая собачка упирается роликом 7 в зуб рычага 1 и заводит спиральную пружину 9. Запорно-пусковой механизм привода удерживает пружину в заведенном состоянии. После освобождения заводящего рычага энергия заведенной спиральной пружины автоматически поворачивает вал выключателя на включение.

Рис. 5.22. Пружинный привод с моторным редуктором ППМ-10: 1 – заводной рычаг; 2 – корпус; 3 – конечный выключатель; 4 – мотор; 5 – редуктор; 6 – шестерня ночей передачи; 7 – ролик ведущей собачки; 8 – шестерня взвода; 9 – спиральная пружина; 10 – штурвал

Пружинный привод допускает механическое АПВ, импульс для которого дается благодаря освобождению включающего механизма привода. Кроме того, пружинные приводы могут оснащаться схемами электрического АПВ с необходимой выдержкой времени. Достоинством данного привода является то, что они не требуют для своего управления источника постоянного тока, а к недостаткам следует отнести их малую мощность, поэтому они применяются в основном для масляных выключателей 6…10 кВ.

Электромагнитные приводы (рис. 5.23) относятся к приводам прямого действия, т.е. энергия необходимая для включения сообщается приводу в процессе самого включения от источника большой мощности.

Рис. 5.23. Привод электромагнитный ПЭ-11: 1 – шток; 2 – сердечник; 3 – катушка электромагнита; 4 – 5 – ролик; 6 – блок-контакты; 7 – вал выключателя; 8 – блок-контакты управления; 9 – рычаг механизма свободного расцепления; 10 – рычаг ручного отключения; 11 – электромагнит отключения; 12 – зажимы.

Достоинством электромагнитного привода является простота конструкции и надежность работы, а недостатком – большой потребляемый ток, а вследствие этого необходимость мощной аккумуляторной батареи. Привод типа ПЭ имеет значительное время включения (до 1 с). Изготавливается для автоматического дистанционного управления любыми выключателями.

Особенностями этого привода являются:

тяговая характеристика, развиваемая электромагнитом, соответствует характеристике противодействующих сил выключателя;

требует наличия мощного источника постоянного тока;

в связи с большим потреблением тока необходимо выбирать кабель значительного сечения, чтобы избежать значительного падения напряжения;

вследствие электромагнитных процессов, происходящих в приводе, время включения достигает 1 с.

Увеличение мощности приводов влечет за собой увеличение мощности аккумуляторных батарей и применения кабелей большого сечения. В связи с этим применение приводов этого типа наибольшее распространение получили для выключателей небольшой мощности.

Пневматический привод (рис. 5.24) обеспечивает быстрое включение выключателя за счет энергии сжатого воздуха. Отличие от электромагнитного привода заключается в том, что вместо электромагнита применяется пневматический цилиндр с поршнем. Сжатый воздух подается от компрессора, обслуживающего воздушные выключатели или от баллона со сжатым воздухом, установленном непосредственно на приводе.

Рис. 5.24. Привод пневматический ПВ-30: 1 – цилиндр; 2 – фланец воздухопровода; 3 – шток демпфера; 4 – поршень; 5 – шток; 6 – удерживающая защелка; 7 – подъемный ролик; 8 – электромагнит отключения; 9 – система рычагов свободного расцепления; 10 – корпус привода; 11 – домкрат для ручного включения; 12 – указатель положения.

Пневматические приводы не требуют установки мощного источника постоянного тока, а схема дистанционного управления работает на токе не превышающем нескольких ампер.

Пневмогидравлические приводы – это усовершенствованные пневматические приводы. В них движение подвижной системы выключателя передается от гидроцилиндра с поршнем. Поршень приводится в действие сжатой жидкостью (маслом). Высокое давление жидкости создается за счет сжатого газа. Этой энергии хватает на шесть включений. Время включения таких приводов – до 0,25 с.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие приводы изготавливаются по роду используемой энергии, по роду установки?

2. Какие требования применяются к приводам?

3. К какому принципу действия относится электромагнитный, пружинный приводы?

4. С какими выключателями работает привод ППМ-10?

5. За счет чего происходит уменьшение тягового усилия в конце хода включения пружинного привода?

6. Основные достоинства и недостатки электромагнитного привода.

7. Каково время действия пневмогидравлического привода?

Работа 12. Измерительные преобразователи тока и напряжения

Содержание работы

1. Изучить назначение и конструкцию трансформаторов тока и напряжения.

2. Изучить схемы включения трансформаторов тока и напряжения.

3. Осуществить проверку однополярности зажимов трансформатора тока по методу баллистического толчка.

4. Изучить работу схемы контроля изоляции в системах с изолированной нейтралью при помощи трансформаторов напряжения.

Общие сведения

Измерительные трансформаторы тока и напряжения [2, 4, 6] позволяют обеспечить безопасность измерений, стандартизировать приборы и реле, рассчитывая их обмотки на ток 5 А и напряжение 100 В, защитить приборы и реле от токов короткого замыкания.

Трансформаторы тока и напряжения состоят из магнитопровода, первичной ω₁ и вторичной ω₂ обмоток, изоляции между обмотками. Вторичные обмотки трансформатора, так же как и металлические нетоковеду­щие части конструкции, заземляют, чтобы устранить опасность появления высокого напряжения на приборах и реле при пробое изоляции между первичной и вторичной обмотками. Приборы, питающиеся от измерительных трансформаторов, градуируют по первичному значению, при этом на шкале показывают коэффициент трансформации.

Трансформаторы тока выпускаются только в однофазном исполнении для раздельного включения на каждую фазу. В зависимости от назначения измерений в трехфазной сети применяют один, два или три трансформатора тока.

Трансформаторы тока (рис. 5.25) являются очень важным элементом релейной защиты. Они питают цепи защиты током сети и выполняют роль датчика, через который поступает информация к измерительным органам устройств релейной зашиты. Основным требованием к трансформаторам тока является точность трансформации с погрешностями, не превышающими допустимых значений.

Основной характеристикой трансформаторов тока является номиналь­ный коэффициент трансформации, который равен отношению первичного и вторичного номинальных токов и приближенно равен обратному отношению чисел витков обмоток:

Трансформаторы тока вносят в измерения погрешность по току I %, а также угловую погрешность :

.

Угловая погрешность  характеризует угол сдвига фаз между первичным током и повернутым на 180 током вторичной обмотки. Погрешность по току следует учитывать для всех приборов и реле, а угловую – для приборов ваттметрового типа. Обе погрешности зависят от магнитного сопротивления сердечника, зна­чения первичного тока, нагрузки вторичной обмотки и соотношения ее активной и индуктивной составляющих.

Класс точности трансформаторов тока зависит от токовой погрешности при номинальном первичном токе и от номинальной вторичной нагрузки. Трансформаторы тока выпускаются с классами точности: 0,2 – для лабораторных измерений; 0,5 – для питания расчетных счетчиков; 1, 3, 10 или Р – для питания щитовых приборов и реле.

Некоторые измерительные приборы и реле (ваттметры, счетчики, реле тока, реле мощности и др.) должны подключаться к вторичным обмоткам трансформатора тока таким образом, чтобы вторичный ток имел по отношению к приборам то направление, которое было бы при включении приборов непосредственно в сеть без трансформаторов тока (рис. 5.26). Для этого необходимо знать однополярные зажимы, для которых существуют следующие обозначений: начало и конец первичной обмотки ТА принято считать Л1 и Л2, а началу и конец вторичной обмотки – И1 и И2 (рис. 5.27.). Другими словами, за начало и конец вторичной обмотки считают конец, из которого ток вытекает во внешнюю цепь в момент времени, когда в первичной он протекает от начала Л1 к концу Л2.

Трансформаторы тока выпускают с первичным током в соответствии со стандартной шкалой первичных номинальных токов. Вторичный номинальный ток почти всех трансформаторов тока принят равным 5 А.

Одним из способов проверки однополярности зажимов ТА является способ баллистического толчка. Для этого необходимо собрать схему (рис. 5.28), установить коэффициент трансформации, равный 10/5 и затем по отклонению стрелки при включенном выключателе «В» в положение «постоянное напряжение» и при кратковременном нажатии кнопки «К» решается вопрос о правильности выбора обозначения зажимов.

Высоковольтные трансформаторы тока обозначаются следующим образом. Например, ТПЛУ-10-0,5/3-50 означает трансформатор тока (буква Т), проходной (П), с литой изоляцией (Л) из эпоксидных смол, с усиленной первичной обмоткой (У), номинальное напряжение 10 кВ (10), с двумя сердечниками классов точности 0,5 и 3 (0,5/3), первичный ток равен 50 А (50).

Высоковольтные трансформаторы тока различаются:

по роду установки – внутренней и наружной (Н);

по конструктивному исполнению – проходные (П), катушечные (К), встроенные (В) и т.д.;

по числу витков первичной обмотки – многовитковые, одновитковые (О), шинные (Ш);

по виду основной изоляции – с фарфоровой (Ф) изоляцией, с литой (Л) изоляцией из эпоксидных смол;

по числу сердечников – с одним, двумя или несколькими сердечниками.

В электрических установках до 1000 В наиболее часто применяют катушечные трансформаторы тока типа ТКМ-05 и 0-49У.

Для подключения к трансформаторам тока приборов ваттметрового типа надо помнить следующее правило: если в первичной обмотке ток идет от Л1 к Л2, то во вторичной цепи – от И1 к И2.

Вторичные обмотки низковольтных трансформаторов тока в схемах учета электроэнергии соединяют с первичными (перемычка между выводами Л1 и И1) для подведения к счетчику напряжения контролируемой трехфазной сети по тем же проводам, которые питают токовые катушки счетчика.

Работа трансформатора тока с разомкнутой вторичной обмоткой недопустима, так как в этом случае размагничивающее действие вторичной обмотки исчезает, магнитопровод насыщается, что обусловливает наведение во вторичной обмотке несинусоидальной эдс амплитуда которой может достигать единиц и десятков киловольт. Такой режим опасен для изоляции вторичной цепи и для обслуживающего персонала, кроме того, насыщение сердечника может быть необратимым.

Трансформаторы напряжения (рис. 5.29) выпускаются в однофазном и трехфазном (до 18 кВ) исполнении.

Рис. 5.29. Схема включения трансформатора напряжения: 1 – первичная обмотка; 2 – магнитопровод; 3 – вторичная обмотка

Трансформаторы являются масштабными преобразователями и предназначены для выработки сигнала измерительной информации для электрических измерительных приборов, цепей защиты и сигнализации в цепях с изолированной нейтралью. В установках напряжением 0,38…6 кВ используют сухие трансформаторы напряжения, в установках напряжением 6…35 кВ – масляные в металлических баках и в установках напряжением 110 кВ и выше – трансформаторы каскадного типа в фарфоровом кожухе.

Масляные трансформаторы напряжения в стальных баках изготовляют однофазными типа НОМ или ЗНОМ (Н – трансформатор напряжения, О -– однофазный, М – масляный, З – с заземленным выводом первичной обмотки) и трехфазными типа НТМК и НТМИ (Т – трехфазный, К – компенсированный, И – для контроля изоляции). Для получения большей точности измерения нагрузка трансформаторов напряжения должна быть в несколько раз меньше максимальной мощности, определяемой допустимым нагревом трансформатора при длительной работе. Трансформаторы напряжения могут работать в классах точности 0,2; 0,5; 1 и 3, причем каждому классу соответствует определенное предельное значение мощно­сти, при которой гарантируется класс точности. Один и тот же трансформатор в зависимости от нагрузки может работать в разных классах точности. Схемы соединения обмоток трансформатора напряжения представлены на рис. 5.30.

б

а

в

Рис. 5.30. Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения

В сельских электроустановках наиболее часто применяют трехобмоточный трансформатор НТМИ-10, или НАМИ-10 (А – антирезонансный) который можно использовать для питания точных приборов, а также для контроля изоляции сети 10 кВ. Основные обмотки трансформатора соединены по схеме звезда – звезда с заземленными нейтралями. Дополнительная обмотка соединена в разомкнутый треугольник и служит для присоединения реле контроля изоляции.

В нормальном режиме напряжения фаз относительно земли U_u, U_v, U_w симметричны и равны фазному напряжению установки (рис. 5.31).

Р ис. 5.31. Нормальный режим напряжения фаз: а – векторная диаграмма напряжения; б – схема контроля изоляции

При замыкании одной фазы на землю симметрия напряжений нарушается: возникают напряжения прямой, обратной и нулевой последовательностей. Так как нулевая точка сети не заземлена, сопротивление нулевой последовательности велико. Поэтому напряжение обратной последовательности близко к нулю. А напряжение нулевой последовательности близко к напряжению сети. Схема стенда для проверки устройства контроля изоляции выполняется с помощью 3-х вольтметров, присоединенных к сборным шинам через измерительный трансформатор напряжения (рис. 5.32). Первичную и вторичную обмотки соединяют «в звезду», нейтрали – заземляют. Заземление нейтрали первичной обмотки необходимо для измерения напряжения между фазой и землей, вторичной – в целях безопасности. Вольтметры включаются на фазное напряжение. При металлических замыканиях на землю в сети их показания меняются: показания вольтметра поврежденной фазы становится равным нулю, а показания двух других вольтметров увеличивается в раз. Сигнализация однофазного замыкания на землю осуществляется при помощи реле максимального напряжения, подключенного к дополнительной обмотке, соединенной в разомкнутый треугольник. В нормальных условиях сумма эдс, индуктированных в трех фазах обмотки, примерно равна нулю. Поэтому и напряжение, подводимое к реле, равно нулю. При однофазном замыкании напряжение на реле может увеличиться до 100 В, реле сработает и замкнет цепь центральной сигнализации.

Рис. 5.32. Схема стенда для проверки схемы контроля изоляции (конденсаторы С моделируют емкость проводов воздушных линий)

Таким образом, из рисунка 5.31,а видно, что напряжение поврежденной фазы А становится равным нулю, напряжения фаз В (U'_B) и С (U'_С) увеличиваются в раз, но линейные напряжения остаются неизменными как по значению, так и по фазе, поэтому работа приемников энергии не нарушается. Согласно ПУЭ, допускается работа сети с изолированной нейтралью при замыкании одной фазы на землю в течение 2 ч для кабельных линий и линий генераторного напряжения. В остальных случаях допускается работа линии с заземленной фазой до устранения замыкания. Однофазное замыкание в сети с изолированной нейтралью не является коротким замыканием. Через точку замыкания протекает небольшой емкостный ток, значение которого зависит от напряжения установки, частоты и емкости фаз в сети относительно земли.

Указания к выполнению работы

1. Изучить назначение и основные технические характеристики измерительных трансформаторов тока и напряжения. Записать в протокол паспортные данные трансформаторов, представленных в лаборатории.

2. Собрать схему (рис. 5.28) и осуществить проверку однополярности зажимов трансформатора тока по методу баллистического толчка.

3. Изучить особенности конструкции измерительных трансформаторов тока и напряжения различных типов, обратив внимание на маркировку зажимов и исполнение изоляции.

4. Изучить схемы включения трансформаторов напряжения, в том числе схему контроля изоляции, обратив внимание на заземление нейтрали первичной обмотки.

5. Проверить работу схемы контроля изоляции. Собрать схему контроля изоляции в соответствии с рис. 5.32. Измерить в нормальном режиме напряжения на первичной обмотке НТМИ, т.е. напряжение в контролируемой сети, вольтметром VI, на вторичной обмотке – вольтметром V2 при помощи переключателя П и на дополнительной обмотке – вольтметром V3. По результатам измерений построить векторные диаграммы. Отключив выключатель В2, соединить с землей одну из фаз. Включить выключатель В2. Измерить напряжение на первичной и вторичных обмотках трансформатора напряжения в режиме металлического замыкания на землю (при максимальном значении тока замыкания) и в режиме замыкания через переходное сопротивление. По результатам измерения построить векторные диаграммы. Сделать вывод о возможности определения поврежденной фазы по показаниям вольтметров, подключенных к вторичной обмотке трансформатора напряжения. Проверить работу схемы контроля изоляции при снятии заземления с нейтрали первичной обмотки. Проверить работу схемы при отключенном выключателе В1, а также выключателе В2. Сделать вывод о возможности определения линии с замыканием на землю путем поочередного отключения линий.