Электрооборудование нефтяной промышленности

чателях пневматический привод конструктивно объединен с вы­ ключателем и его контактной системой. Наибольшее усилие при­ вода требуется при включении выключателя.

В зависимости от рода энергии, от которой действует привод, различают приводы ручные, действующие от мускульной силы человека, и двигательные, приводимые в действие электрической энергией, энергией пружин, кинетической энергией движущихся масс и др.

По способу питания энергией приводы различают прямого и косвенного действия.

Приводы прямого действия получают от источника энергию, затрачиваемую на операцию включения выключателя во время совершения операции включения. Приводы косвенного действия совершают операцию включения за счет энергии, запасенной в приводе предварительно до совершения этой операции. К приво­ дам прямого действия относятся ручные, электромагнитные, электродвигательные. Приводы косвенного действия различают: пружинные (энергия запасается в заведенных пружинах), гру­ зовые (энергия запасается за счет поднятия груза), пневматиче­ ские (энергия запасается в сжатом воздухе).

Ручные приводы для выключателей высокого напряжения по­ луавтоматические, они рассчитаны на ручное включение, дистан­ ционное и автоматическое отключение. Все двигательные приво­ ды автоматические. Они рассчитаны на дистанционное и автома­ тическое включение и отключение. Любой привод имеет вспомо­ гательные приспособления для включения и отключения выклю­ чателя вручную непосредственно на месте установки привода.

Все приводы выключателей высокого напряжения имеют сво­ бодное расцепление. Механизм его позволяет отключить выклю­ чатель при получении команды на отключение в период, когда осуществляется его включение, несмотря на то, что сила, осуще­ ствляющая включение, продолжает действовать.

Из двигательных приводов в нефтяной промышленности на­ ходят применение пружинные, грузовые, электромагнитные.

В электромагнитном приводе (рис. 2.9) для отключения вы-

ключателя подается импульс тока в катушку отключающего электромагнита 1, сердечник которого, ударяя по запорной за ­ щелке 2, освобождает рычаг 4, сидящий на валу привода 3. Под действием выключающих пружин, конструктивно объединенных с выключателем, последний отключается, а вал привода 3 пово­ рачивается по часовой стрелке.

В отключенном положении рычаг 4 ложится на шток сердеч­ ника включающего электромагнита 5. Для включения выключа­ теля подается ток в катушку 5 включающего электромагнита, сердечник которого поднимает рычаг 4 до захвата его запорной защелкой 2. Вал привода поворачивается против часовой стрел­ ки, включая выключатель. Для ручного включения служит ры­ чаг 6.

Электромагнитные приводы работают на постоянном токе, поэтому на установке должны быть аккумуляторная батарея или выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в посто­ янное.

Пружинный привод ПП-67 изготовляют для внутренней и наружной установок. Он предназначен для автоматического, дистанционного и ручного включения и отключения выключате­ лей и автоматического повторного включения. Перед включени­ ем универсальный двигатель через редуктор растягивает спи­ ральные пружины и одновременно поднимает груз. После каж­ дого выключения эта операция осуществляется автоматически. Запасенная энергия растянутых пружин и поднятого груза ис­ пользуется для включения выключателя при освобождении удер­ живающей защелки. Ручное включение и отключение осущест­ вляется кнопками, а дистанционное и автоматическое — путем подачи тока соответственно на включающий и отключающий электромагниты. Ручной завод привода осуществляется при по­ мощи рукоятки.

Для управления выключателями нагрузки применяются руч­ ные приводы ПРА-17 и ПР-17. Первый из них имеет механизм свободного расцепления и отключающий электромагнит, т. е. конструкция его аналогична конструкции ПРБА. Он дает воз­ можность осуществлять дистанционное отключение. Управление приводом производится с помощью рукоятки штурвала, надето­ го на вал привода. Привод ПР-17 не имеет отключающего элек­ тромагнита, поэтому отключать и включать выключатель можно только вручную на месте установки привода.

Для управления трехполюсными разъединителями внутренней установки применяются главным образом ручные приводы — ры-. чажные, червячные и редко — электродвигательные приводы.

Однополюсными разъединителями на небольшие токи (400— 600 А) можно управлять при помощи оперативной штанги, пред­ ставляющей собой изоляционный стержень с металлическим пальцем на конце.

52

Для разъединителей наружной установки применяют ручные рычажные и червячные, а также электродвигательные приводы. Электродвигательные приводы используют для мощных разъеди­ нителей, требующих дистанционного управления. Все приводы снабжаются блок-контактами для сигнализации положения разъединителей на щите управления.

2.4. Измерительные трансформаторы

Измерительные трансформаторы применяют в электроуста­ новках переменного тока для питания катушек измерительных приборов и др. При этом появляется возможность применять более простые, надежные и дешевые, унифицированные по току и напряжению измерительные приборы и реле.

Подключение приборов и реле во вторичные обмотки изме­ рительных трансформаторов обеспечивает гальваническое раз­ деление цепей высокого напряжения и цепей измерения, защиты и, следовательно, безопасное обслуживание приборов и реле.

Для защиты обслуживающего персонала и предотвращения повреждения приборов и реле в случае пробоя изоляции между первичной и вторичной обмотками корпуса измерительных транс­ форматоров один из зажимов вторичной обмотки заземляют.

Измерение больших токов (в цепях переменного тока) без применения измерительных трансформаторов вообще невозмож­ но. Измерительные трансформаторы позволяют устанавливать приборы и реле на некотором расстоянии от цепи, где произво­ дят измерения. Провода, соединяющие в этом случае вторичные обмотки измерительных трансформаторов и приборы, имеют не­ большую площадь сечения (1,5—4 мм2).

Измерительные трансформаторы вносят в результаты изме­ рений дополнительную погрешность. Но так как измерительные технические приборы имеют класс точности 1,5 или 2,5, а изме­ рительный трансформатор можно использовать с классом точ­ ности 0,5 или 1, вносимая им дополнительная погрешность будет не слишком велика.

Измерительные трансформаторы делят на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Трансформаторы напряжения применяют в электроустанов­ ках переменного тока напряжением 380 В и выше для снижения напряжения в измеряемой цепи до напряжения, на которое из­ готавливаются катушки вольтметров и параллельные катушки (катушки напряжения) других унифицированных приборов (ваттметров, счетчиков и др.), предназначенных для включения через измерительные трансформаторы.

Трансформатор напряжения (рис. 2.10, а) устроен как сило­ вой трансформатор. Он состоит из замкнутого магнитопровода 2, набранного из листовой электротехнической стали, и двух изо-

53

'н

в

- 1 *Hi

• 9-ч>

Рис. 2.10. Устройство (а) и схемы включения (б и в) трансформаторов на­ пряжения

лированных друг от друга и размещенных на магнитопроводе обмоток: первичной /, имеющей большое число витков W\ тон­ кого изолированного медного провода, и вторичной 3 с меньшим числом витков w2 (так как трансформаторы напряжения всегда понижающие).

Первичную обмотку трансформатора присоединяют к сети с измеряемым напряжением, к зажимам вторичной обмотки под­ соединяют параллельно вольтметры и катушки-напряжения дру­ гих приборов или реле напряжения. Трансформаторы напряже­ ния работают в режиме, близком к режиму холостого хода, по­ скольку катушки включаемых во вторичную обмотку приборов _и_^реле имеют большое сопротивление.

Число витков обмоток трансформаторов напряжения рассчи­ тывают таким образом, чтобы у трансформаторов с любым но­ минальным первичным напряжением U\ ном напряжение вторич­ ной обмотки (напряжение при разомкнутой вторичной обмотке, т. е. при идеальном холостом ходе) U2H0M составляло 100 или

ЮО/УЗ В. Последнее значение напряжения принимают в тех слу­ чаях, когда первичную обмотку трансформаторов напряжения включают на фазное напряжение электроустановки.

Отношение номинальных напряжений первичной и вторичной обмоток называют номинальным коэффициентом трансфор­ мации

Для определения напряжения на первичной обмотке не сле­ дует умножать вторичное напряжение на коэффициент транс­

54

формации, так как шкалы вольтметров отградуированы с учетом определенного коэффициента трансформации.

При подключении к трансформатору напряжения измери­ тельных приборов и реле в его обмотках падает напряжение, и соотношение (2.3) для действительных напряжений U\ и U2 на­ рушается. Алгебраическая разность

представляет собой абсолютную погрешность трансформатора напряжения. Выражая ее в долях или в процентах от измеряе­ мого напряжения U\, получаем относительную погрешность (в процентах)

1 и 3. Эта погрешность вносит соответствующую ошибку в по­ казания всех измерительных приборов. Трансформаторы напря­ жения класса точности 0,2 применяют только для лабораторных измерений. Трансформаторы напряжения до 3 кВ выпускаются с воздушным охлаждением (сухие), а на 6 кВ и выше — с мас­ ляным охлаждением. Для электроустановок 10 кВ и ниже вы­ пускаются однофазные и трехфазные трансформаторы напряже­ ния, а при напряжении 20 кВ и выше — только однофазные.

Приборы или реле защиты подключают через трансформато­ ры напряжения различным образом:

два однофазных трансформатора напряжения включаются в открытый треугольник (рис. 2.10, б)\ схема позволяет измерять только линейные напряжения;

три однофазных трансформатора напряжения соединяют в звезду с глухозаземленной нейтралью первичных обмоток; схе­ ма применяется в трехфазных системах с заземленной нейтралью и позволяет измерять линейные напряжения и напряжения фаз по отношению к земле; трехфазный трехстержневой трансфор­ матор напряжения с обмотками, соединенными в звезду, подклю­ чают к трем фазам сети (рис. 2.10, в).

Для защиты сети от коротких замыканий в трансформаторе с первичной стороны устанавливают высоковольтные предохра­ нители ПКТ (см. 2.3.2).

Трансформаторы тока предназначены для преобразования из­ меряемых первичных токов в относительно малые токи, не пре­ вышающие обычно 5 А. Во вторичную цепь трансформатора тока включают амперметры, последовательные обмотки ваттметров, счетчиков и других приборов.

55

Трансформатор тока (рис. 2.11, а) состоит из магнитопровода 2 идвух изолированных обмоток. Первичную обмотку 1, име­ ющую меньшее число витков, включают последовательно в цепь измеряемого тока. Вторичную обмотку 3 с большим числом вит­ ков замыкают на амперметр и токовые обмотки измерительных приборов, соединенные последовательно, или на токовые реле защиты. Сопротивление их мало и обычно не превышает 1—2 Ом, поэтому трансформатор тока работает в режиме, близком к ре­ жиму короткого замыкания. Другая особенность трансформато­ ра тока состоит в том, что его первичный ток не зависит от со­ противления его вторичной цепи, а определяется только током нагрузки первичной цепи. При работе этот ток может изменяться от нуля до номинального, а при коротких замыканиях в цепи может превосходить номинальный ток в десятки раз.

Уравнение м.д. с. для трансформатора тока имеет такой же вид, как и для силового трансформатора, т. е.

Результирующая м.д.с. I0Wi состоит из реактивной состав­ ляющей /йшь непосредственно создающей магнитный поток Фа

исовпадающей с ним по фазе, и активной составляющей Iaw1, опережающей Фо на 90°, определяемой потерями на гистерезис

ивихревые токи в магнитопроводе. При нормальном режиме ра­

боты трансформатора тока м.д.с. JoWy обычно составляет не более 1% от м.д.с. IiWy (или /2ДО2), поскольку м.д.с. /2^2 ока­

зывает на трансформатор размагничивающее действие. При до­

56

статочной мощности источника первичного тока размыкание вторичной цепи трансформатора тока вызовет значительное уве­ личение магнитного потока Фо, в этом случае /2^2= 0 и /0^1= = I\Wi. Это — аварийный режим, так как возрастание потока в магнитопроводе приводит к большому увеличению э.д. с. (до нескольких сотен или тысяч вольт), что опасно для обслуживаю­ щего персонала и может вызвать пробой изоляции вторичной обмотки. Кроме того, увеличение потока сопровождается ростом потерь на перемагничивание и вихревые токи, повышением тем­ пературы магнитопровода и, следовательно, обмоток и может служить причиной термического разрушения их изоляции. Та­ ким образом, вторичная цепь работающего трансформатора тока всегда должна быть замкнута на токовые обмотки приборов или накоротко.

Трансформаторы тока изготовляют на номинальные первич­ ные токи от 1 до 40 000 А при номинальном напряжении от 0,66 до 750 кВ. Номинальный вторичный ток— 1 или 5 А. Отношение

называется номинальным коэффициентом трансформации транс­ форматора тока. Для удобства измерения силы тока шкалы ам­ перметров градуируют с учетом определенного коэффициента трансформации Ki, что указывается на шкале амперметра в виде надписи «С трансформатором тока 200/5».

Трансформаторы тока в зависимости от числа витков первич­ ной обмотки делятся на одновитковые (стержневые)— приме­ няются при /1 ном^200 А и многовитковые — для меньших токов (до 300 А). Схематически устройство одновитковых и многовитковых трансформаторов тока показано соответственно на рис. 2.11, б, в. Первичная обмотка 1, покрытая изоляцией 2, про­ пущена через магнитопровод 3 со вторичной обмоткой 4.

Трансформаторы тока, питающие цепи измерительных прибо­ ров и реле защиты, обычно имеют два отдельных магнитопрово­ да с обмотками, каждая из которых питает одну из указанных цепей (рис. 2.11, г).

Конструкция трансформаторов тока весьма разнообразна. В закрытых распределительных устройствах 6 и 10 кВ наиболее широко применяются проходные одновитковые трансформаторы, которые одновременно выполняют функцию опорных изоля­ торов.

Включение нагрузки (приборов, реле) во вторичную обмотку трансформаторов тока приводит к увеличению результирующей м. д. с. /0Ш[. В результате, как следует из формул (2.6) и (2.7), соотношение между первичными Л и вторичными /2 токами из­ меняется и возникает погрешность, которая вносит ошибку в показания всех измерительных приборов. В зависимости от мак-

57

симальной ошибки трансформаторы тока делятся на пять клас­ сов точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Число, обозначающее класс точ­ ности, равно погрешности, выраженной в процентах:

Чтобы ошибка не превышала погрешность, соответствующую данному классу точности трансформатора тока, нагрузка вторич­ ной обмотки не должна быть больше номинальной.

Вторичные обмотки трансформаторов тока, предназначенные для включения реле защиты, имеют класс точности 5Р или ЮР.

Трансформаторы тока выбирают по конструкции, необходи­ мому первичному току и номинальному напряжению электро­ установки и проверяют на стойкость к токам короткого замы­ кания.

2.5. Комплектные распределительные устройства и трансформаторные подстанции

Схемы электрических соединений трансформаторных под­ станций, применяемых на предприятиях нефтяной промышлен­ ности, разнообразны и рассматриваются в тех главах, где описы­ вается электрооборудование соответствующих технологических объектов.

По конструкции различают открытые и закрытые подстанции. В первых электрооборудование расположено на открытом воз­ духе, во вторых — в закрытом здании. Подстанции 110/6— 10 и 35/6—10 кВ обычно имеют открытую часть, где расположены распределительное устройство 110—35 кВ и силовые трансфор­ маторы, и закрытую часть, где устанавливают распределитель­ ное устройство 6—10 кВ, щит управления, и подсобные поме­ щения.

Подстанции 6—10/0,4—0,66 кВ во многих случаях распола­ гают полностью в закрытых помещениях, а иногда с выносом трансформаторов на открытый воздух. На нефтяных промыс­ лах такие подстанции часто монтируют полностью на открытом воздухе. В этом случае применяются и передвижные подстанции.

В закрытых распределительных устройствах на напряжения 6—10 кВ выключатели с большим объемом масла устанавлива­ ют в специальных камерах с выходом наружу. Распределитель­ ные устройства такого типа в настоящее время не сооружают, но они сохранились в эксплуатации.

Переход на масляные выключатели с малым объемом масла позволил применять сборные и комплектные распределительные устройства. В первых аппаратуру размещают в открытых ячей­ ках КСО (камера сборная одностороннего обслуживания) на стальном каркасе, защищенных металлическими листами или

58

8

Рис. 2.12. Ячейка распределительного устройства серии КРУ:

I — отсек шин; 2 — отсек трансформаторов тока и кабеля; 3 — трансформаторы тока; 4 — кабельная муфта; 5 — отсек выключателя; 6 — выключатель ВМГ-10; 7 — выкатная те­ лежка; 8 — отсек приборов (а, Ь, с — фазы)

сеткой. Ячейки привозят на место монтажа в полностью собран­ ном виде, где к ним подводят внешние проводники.

В последние годы более широкое применение в распредели­ тельных устройствах 6—10 кВ получили комплектные шкафыячейки серии КРУ, где выключатели высокого напряжения (если они имеются) смонтированы на выкатных тележках (рис. 2.12). При выдвижении тележки с выключателем он отсоединяется от шин высокого напряжения путем размыкания цепи разъедини­ телями штепсельного типа, заменяющими здесь обычные разъ­ единители.

В каждый из шкафов комплектного распределительного уст­ ройства встроено все электрооборудование соответствующей ли­ нии, включая релейную защиту и измерительные приборы. Транс-

59