книги из ГПНТБ / Шаповалов, Б. Т. Электрооборудование насосных станций учебное пособие

В последние годы для защиты электрических установок посто­ янного и переменного тока широкое распространение нашли предо­ хранители закрытого типа, в которых в качестве наполнителя обыч­ но используется тщательно очищенный и просеянный кварцевый песок. В таких предохранителях плавкая вставка находится в квар­ цевом песке, заполняющем фарфоровую трубку (патрон) предохра­ нителя. При расплавлении вставки и возникновении дуги последняя горит в узком канале, оставшемся от расплавившейся и испарив­ шейся вставки. Пары от расплавления проникают в окружающий кварц и им адсорбируются (поглощаются). Вследствие поглощения паров металла вставки сопротивление дуги увеличивается, а в результате непосредственного контакта с кварцем она интенсивно охлаждается, что приводит к быстрой ее деионизации и гашению. Продолжительность горения дуги — тысячные доли секунды, что делает эти предохранители, как и предохранители ПР, токоограни­ чивающими.

Плавкие вставки кварцевых предохранителей изготавливают из

расположенных вставок. На вставки посередине накладывают оло­ вянные шарики, обеспечивающие так называемый «металлургиче­ ский эффект», который заключается в том, что при нагреве вставки до температуры значительно меньшей, чем температура плавления меди, она в месте соединения ее с расплавившимся оловянным шариком как бы растворяется в олове и перегорает. В результате предупреждается перегрев патрона, который мог бы произойти вследствие высокой температуры плавления медной вставки.

Применение вставок из металлов, обладающих низкой темпера­ турой плавления, например из свинца, привело бы к необходимо­ сти увеличивать сечение вставки вследствие плохой электропровод­ ности этих металлов и ухудшило бы условия гашения дуги.

В настоящее время выпускают предохранители типов НПН и НПР. Предохранители НПН выполнены с неразборными патрона­ ми и рассчитаны на номинальные токи 15—60А. При сгорании плав­ кой вставки патроны заменяют. Патроны выполняют герметизиро­ ванными.

Предохранители НПР имеют разборный патрон, они рассчитаны на номинальные токи 100—350 А при напряжении до 660 В. На рис. 58 показаны патроны кварцевого предохранителя высокого на­ пряжения типа ПК на номинальный ток 7,5 А (рис. 58, а) и 10 А (рис. 58, б). Такие предохранители предназначены для защиты си­ ловых цепей напряжением не более 35 кВ при номинальном токе до 400 А с предельной отключаемой мощностью 200 000 кВА. Для защиты силовых трансформаторов напряжением не более 35 кВ вы­ пускают предохранители ПКТ, предельная мощность отключения которых 1 млн. кВА и более.

В заключение остановимся на терминах, относящихся к плав­ ким предохранителям, и на выборе тока плавкой вставки для защи­ ты асинхронных короткозамкнутых двигателей и линий.

102

Номинальным током предохранителя называют ток, равный наибольшему номинальному току плавкой вставки, которая может быть установлена на данном предохранителе. Значение его указы­ вается на щитке предохранителя.

Номинальный ток плавкой вставки /ном.вст — это тот ток, кото­ рый вставка выдерживает неограниченно долго, не плавясь; значе­ ние его также указано на вставке.

Предельным отключаемым током

кунды. Поэтому вставки в этом случае выбирают в расчете на но­ минальный ток, равный

Так как пуск двигателя продолжается не. более 8 с и его пусковой ток все время уменьшается, то вставка во время пуска не сгорит.

ЮЗ

При тяжелых условиях пуска двигателей

1п у с к

(57)

1,6

Предохранители на линиях выбирают с током плавкой вставки

где первый член представляет сумму пусковых токов одновремен­ но пускаемых потребителей, а второй — сумму номинальных токов всех остальных приемников при коэффициенте К, учитывающем одновременность включения потребителей и степень их загрузки

К = 0,65—0,7.

§ 23. РАЗЪЕДИНИТЕЛИ И ИХ ВЫБОР

Разъединители относятся к аппаратам, работающим при напря­ жении выше 1000 В. Они служат для обеспечения безопасности ремонтных работ, ревизии отключающих аппаратов и широко ис­ пользуются при всевозможных коммутационных оперативных пере­ ключениях. Разъединители делают видимым место разъединения электрической цепи. Они разрывают цепь под напряжением обычно без тока, но иногда и при малых токах. Разъединители не имеют дугогасительных устройств, поэтому нельзя отключать токи, при которых на их контактах появляется электрическая дуга. Появле­ ние такой дуги весьма опасно, так как кроме разрушающего дей­ ствия на контакты (вследствие электродинамического взаимодей­ ствия между дугами соседних фаз трехфазной системы разъедини­ теля) весьма вероятно возникновение на них трехфазного короткого замыкания, т. е. возникновение в установке тяжелого аварийного режима. В виде исключения допускается использовать разъедини­ тели для включения и отключения небольших токов трансформато­ ров напряжения, зарядного тока сборных шин и прочего электро­ оборудования, а также токов, возникающих при подключении ней­ трали трансформаторов к заземляющему устройству и при отключении ее от этого устройства и т. д.

Кроме перечисленных случаев, разъединители разрешается при­ менять для включения и отключения силовых трансформаторов при холостом ходе также для воздушных линий электропередачи; при этом допустимые мощности силовых трансформаторов, длина и напряжение линий определяются в соответствии с действующими правилами техники безопасности.

Разъединители выпускают для наружной и внутренней установ­ ки. Разъединители для наружной установки должны иметь изоля­ торы повышенной электрической и механической прочности. Поверхность изоляторов должна быть ребристой с достаточным числом «юбок», что предотвращает потерю их электрической проч­ ности при дожде, снеге, запылении. Кроме того, следует учитывать

J 04

возможность обледенения изоляторов и контактов. Разъединители, могут быть снабжены специальными ледокольными приспособле­ ниями.

Разъединители бывают рубящего типа — с поворотом ножей в плоскости изоляторов, поворотного типа — с поворотом ножей в плоскости, перпендикулярной оси изоляторов, и штепсельного (втычного) типа, когда изоляторы, с закрепленными на них под­ вижными контактами, перемещаются при отключении и включении вдоль своей оси.

рис. 59 показан однополюсный разъединитель рубящего типа для внутренней установки, а на рис. 60 — трехполюсный разъединитель того же типа.

На рис. 61 показан двухколонковый разъединитель для наруж­ ной установки с горизонтально поворачивающимися ножами, рас­ считанный на напряжение ПО кВ. Характерная особенность этого разъединителя заключается в том, что он имеет два поворачиваю­ щихся в горизонтальной плоскости ножа (подвижные контакты) 1 и 3, расположенные на вращающихся опорных изоляторах 4 и 5. Необходимый контакт между ножами обеспечивается ламелями 2, закрепленными на конце ножа 1 (на рисунке разъединитель изо­ бражен во включенном положении).

При отключении разъединителей фланец изолятора 4 под дейст­ вием рычага 7 поворачивается против часовой стрелки, при этом сам изолятор с помощью тяги 6 поворачивается по часовой стрелке. При повороте изоляторов закрепленные на них ножи поворачива­

ются примерно на 90° и располагаются параллельно один другому. Разъединители могут иметь ручные, пневматические или электродвигательные приводы. Пневматические и электродвигательные приводы имеют дистанционное управление. По конструкции приво­ ды разделяются на рычажные, штурвальные, с электродвигателя-

Рис. 61. Разъединитель РЛНД-110 однополюсный двух­ колонковый, горизонтально-поворотный для наружной установки, рассчитанный на ПО кВ:

1, 3 — ножи, 2 — контактная ламель, 4, 5 — изоляторы, 5 —тяга, 7 — рычаг

ми постоянного и переменного тока и червячные. Наиболее рас­ пространены ручные и пневматические приводы. Червячные и элек­ тродвигательные применяют только для тяжелых разъединителей, рассчитанных на токи от 3000 А и более, когда ручное управление невозможно или затруднительно. В установках с относительно малыми токами разъединители приходится часто включать и отклю­ чать вручную с помощью изоляционной штанги с крючком на кон­

106

це, которым захватывается специальное ушко, расположенное на ноже однофазных разъединителей. Во избежание самопроизволь­ ных отключений разъединителя при коротких замыканиях, когда электродинамические силы, действующие на его ножи и стремящие­ ся их отключить, опасно возрастают, однофазные и трехфазные

4 — рычаг привода, 5 — приводной рычаг к блок-контак­ там, 6 — стальная тяга, 7 — рукоятка привода, 8 — перед­ ний подшипник привода, 9 — задний подшипник приво­ да, 10 — стальная тяга, // — сектор с отверстиями

разъединители, не имеющие привода и дистанционной передачи, снабжают специальным замком, который перед отключением разъ­ единителя должен быть открыт.

Для сигнализации и блокировки приводы разъединителей снаб­ жены несколькими парами блок-контактов, положение которых зависит от положения контактов разъединителя. На рис. 62 показа­ но устройство и установка трехполюсного разъединителя (внутрен­ ней установки) с рычажным ручным приводом.

107

Разъединители выбирают в зависимости от номинальных зна­ чений напряжения и тока, а также конструкции и типа установки. Выбранные разъединители проверяют на термическую и динамиче­ скую устойчивость при коротком замыкании.

Термическая устойчивость характеризуется так называемым током термической устойчивости, за который принимается тот мак­ симальный ток, при прохождении которого в течение 1 0 с через разъединитель выделяется допустимое для его надежной работы количество тепла. Этот ток может быть вычислен по формуле

— фиктивное время действия тока трехфазного короткого замы­ кания.

Подсчитанный по этой формуле ток должен быть меньше (или равен) соответствующего десятисекундного тока термической ус­ тойчивости разъединителя, определенного по каталогу.

Динамическая устойчивость характеризуется ударным током трехфазного короткого замыкания (iy). Расчетное значение удар­ ного тока установки, которое может воздействовать на разъедини­ тель, должно быть равно (или меньше) значению ударного тока, определенному по каталогу для выбранного разъединителя.

§24. ВЫКЛЮЧАТЕЛИ НАГРУЗКИ

Вэлектрических установках относительно небольшой мощности широко применяются выключатели нагрузки. Они предназначены для включения и отключения нормальных токов нагрузки. Воз­ никшие токи короткого замыкания отключаются с помощью плав­ ких высоковольтных предохранителей, которые включены в цепь последовательно с выключателем.

Внастоящее время в практике используются выключатели

нагрузки ВН-16, ВНП-16 и ВНП-17, рассчитанные на напряжения

имеют гасительную камеру, снабженную вкладышами из твердого газогенерирующего вещества. В основе их конструкции лежит ап­ парат, подобный трехполюсному разъединителю для внутренней установки, с пристроенными дугогасительными камерами 5, отклю­ чающими пружинами 9 и кварцевыми предохранителями 3.

Рабочие контакты выключателя состоят из двухполосного ножа 2 , охватывающего во включенном положении контактную стойку 6 . На ближайшем к верхнему изолятору аппарата конце двухполосно­ го ножа закреплены две стальные дугообразные пластины 1 с зажа­ тым между ними концом дугогасительного ножа (контакта) 4.

108

Когда рабочие контакты включены, нож входит внутрь камер 5 и соединяется с неподвижными дугогасительными контактами (см. рис. 63), которые закреплены на стальных пружинах и соединены гибкими связями с токоведущими контактными стойками 6 . При включении сначала замыкаются дугогасительные контакты, а за­ тем рабочие, при отключении — порядок обратный.

Гасительная камера (рис. 64) состоит из двух выштампованных из пластмассы щек 13, стянутых винтами. Щеки образуют

Рис. 63. Выключатель нагрузки ВНП-16:

внутри камеры коробчатые сечения, куда закладываются вклады­ ши, выполненные из органического стекла. Толщина вкладышей выбрана такой, что между ними по длине камеры остается узкая щель, в которую входит дугогасительный контакт. При отключении выключателя, дуга, образующаяся между неподвижным и отходя­ щим от него подвижными дугогасительными контактами, «затяги­ вается» в эту щель. Вследствие высокой температуры дуги орга­ ническое стекло вкладышей, быстро нагреваясь, генерирует весьма значительное количество газов, что приводит к повышению давле­ ния внутри камеры. Пока нож 4 (см. рис. 63) находится внутри дугогасителыюй камеры, газы из нее могут выходить только в зазоры, образованные между этим ножом и вкладышами. Так как состав генерированных газов и их повышенное давление создают благо­ приятные условия для гашения дуги, то она гаснет в камере еще до выхода из нее ножа. Требуемая скорость движения подвижных контактов обеспечивается двумя отключающимися пружинами, ко­ торые при включенном положении выключателя нагрузки натя­ нуты.

1 0 9

Широкое распространение выключателей объясняется тем, что при их применении в распределительных устройствах подстанций, где защита от токов короткого замыкания может быть выполнена с помощью плавких предохранителей, снижается стоимость распре­ делительного устройства и уменьшается площадь, требуемая для

А-А

Рис. 64. Дугогасительная камера выключателя нагрузки ВН-16:

/ — колпачок опорного цилиндра, 2 — неподвижные дугогасительные контакты, 3 — рабочая полость дугогасительной камеры, 4, 7 — вкладыши из органического стекла, 5, 6 — пластмас­ совые щеки, 8 — токоведущая контактная стойка, 9 — щель, образованная вкладышами, 10 — подвижный дугогасительный контакт (нож)

его размещения. Недостаток рассматриваемых выключателей со­ стоит в том, что их нельзя повторно включать, не прерывая рабо­ ту на время, необходимое для замены плавкой вставки.

§25. КОРОТКОЗАМЫКАТЕЛИ И ОТДЕЛИТЕЛИ

Впоследние годы в связи со значительным ростом строительст­ ва трансформаторных подстанций возросла потребность в простой, дешевой и в то же время достаточно надежной электротехнической аппаратуре. Такой аппаратурой для некоторых типов подстанций явились короткозамыкатели (короткозамыкающие разъединители)

иотделители. Применение их на тупиковых и проходных подстан­ циях позволяет не устанавливать масляные выключатели со сто­ роны высшего напряжения трансформаторов.

На рис. 65 приведены схемы подстанций без выключателей на стороне высшего напряжения. На рис. 65, а показана схема тупи­ ковой трансформаторной понизительной подстанции, получающей

ПО

энергию по линии 110 и 220 кВ. Выключатель установлен только на головном участке линии, для подключения трансформатора исполь­ зованы короткозамыкатель и линейный разъединитель. В этом слу­ чае при коротком замыкании в трансформаторе или на его выво­ дах возникает импульс, включающий привод короткозамыкателя. Короткозамыкатель замыкается и создает полное короткое замы­ кание перед трансформатором, которое действует на защиту, уста­ новленную на головном участке линии, и отключает головной

Рис. 65. Схемы подстанций без выключателей на стороне выс­ шего напряжения трансформатора:

а — тупиковая трансформаторная подстанция, б — проходная и тупи­ ковая понизительные трансформаторные подстанции

выключатель. Линии 110—220 кВ работают, как правило, с зазем­ ленной нейтралью, поэтому для надежного срабатывания их за­ щиты достаточно установить однофазный короткозамыкатель. Пос­ ле отключения линии головным выключателем линия от трансфор­ матора отключается с помощью линейного разъединителя, после чего могут быть приняты меры по устранению повреждений и возоб­ новлению нормальной работы подстанции.

На рис. 65, б показаны схемы двух понизительных трансформа­ торных подстанций, которые получают питание (отпайкой) от линии напряжением 35 кВ. Каждая подстанция подключена к питающей линии с помощью короткозамыкателя, отделителя и линейного разъединителя. Так как линии 35 кВ работают обычно с изолиро­ ванной нейтралью, то для надежного срабатывания защиты на их головном участке при повреждении трансформатора первой или второй подстанции со стороны высшего напряжения трансформа­ торов должны быть установлены двухфазные короткозамыкатели. Порядок работы схемы в этом случае такой: при аварии в транс­ форматоре под действием его релейной защиты срабатывает при­

111