Электрические и электронные аппараты распределительных устройств и подстанций горных предприятий. Учебное пособие

сидно-цинковых варисторов, заключенных в полимерный герметизированный высокопрочный корпус, оконцованный металлическими фланцами.

Реактор – ЭА, предназначенный для ограничения токов короткого замыкания и одновременного поддержания напряжения на заданном уровне в целях облегчения режимов работы аппаратов в мощных электрических цепях.

Реактор – катушка индуктивности с постоянным внутренним сопротивлением, включенная в цепь последовательно. В нормальном режиме на реакторе падение напряжения составляет 3…4 %, что вполне допустимо. В случае короткого замыкания, большая часть напряжения приходится на реактор. Значение максимального ударного тока короткого замыкания рассчитывается по формуле

im = 2,54Iном 100% ,

Xp

где Iном – номинальный ток сети; Xp – реактивное сопротивление реактора. Соответственно, чем выше будет реактивное сопротивление, тем меньше будет значение максимального ударного тока в сети.

Реактивность прямо пропорциональна индуктивному сопротивлению катушки. При больших токах у катушек со стальными сердечниками происходит насыщение сердечника, что резко снижает реактивность, и, как следствие, реактор теряет свои токоограничивающие свойства. По этой причине реакторы выполняют без стальных сердечников, несмотря на то, что при этом для поддержания такого же значения индуктивности их приходится делать больших размеров и массы.

Реакторы классифицируются:

•на токоограничивающие;

•заградители связи;

•сглаживающие;

•пусковые для синхронных компенсаторов;

•фильтровые и др.

По виду магнитной системы реакторы различают:

•без магнитного сердечника;

•с магнитным сердечником;

•с магнитными ярмами без магнитного сердечника (броневые);

•подмагничиваемые постоянным током;

•с замкнутой системой магнитопроводов и др.

101

По конструктивному исполнению реакторы подразделяются:

•на сухие;

•масляные.

Сухие реакторы выполняются на напряжение до 35 кВ и предназначены, как правило, для установки в закрытых помещениях. Сухие реакторы – катушки индуктивности, имеющие сухую изоляцию и воздушное охлаждение. Все сухие реакторы различаются по типу применяемого изоляционного материала и материала для крепления обмотки. Обычно в качестве материала для крепления обмотки применяется бетон (бетонные реакторы), реже дерево, фарфор, полимерные материалы.

Наибольшее распространение получили бетонные реакторы, в которых многожильный провод наматывается в виде обмотки, после чего в специальные формы заливают жидкий бетон. Застывая, бетон образует каркас из вертикальных стоек, скрепленных металлическими шпильками.

Все бетонные реакторы имеется три основных способа расположения фаз трехфазных реакторов (рис. 6.13).

Следует отметить, что сухие реакторы постепенно стремятся повысить свой уровень напряжения. Они выполняются на напряжение 110 кВ и обладают рядом достоинств. У реакторов с квадратным сечением кабеля по сравнению с реакторами, в которых используются кабель круглого сечения, уменьшены габаритные размеры и существенно увеличена механическая прочность при электродинамическом воздействии за счет более высокого коэффициента заполнения сечения обмотки и снижения удельных механических давлений. Это значительно увеличивает полезный срок службы реактора, позволяет производить реакторы с повышенными (до 120 кА) значениями токов короткого замыкания.

Разработанная специально для реакторов наружной установки силиконовая высокотемпературная кремнийорганическая изоляция кабеля, в отличие от пленочной изоляции, не разрушается при воздействии электродинамических усилий тока коротких замыканий. Стойка при нагреве от электрического тока и солнечных лучей не подвержена изменению механических и диэлектрических свойств при длительном воздействии ультрафиолетовых лучей, солевого тумана, перепада температур и прочих агрессивных сред. Все это позволяет обеспечивать высокий уровень эластичности, электрической прочности и герметичности.

102

(в отличии от пленочной и литой изоляции) высокий уровень защиты от попадания влаги и токопроводящей пыли, которые в 90 % случаях являются причинами выхода реактора из строя.

Покрытие каждой жилы кабеля кремнийорганическим лаком позволяет за счет снижения ЭДС между отдельными жилами и уменьшения длин контуров протекания вихревых токов снизить добавочные потери на 30 %, что на 10 % сокращает затраты на непроизводительные потери электроэнергии. Современные изоляционные материалы класса нагревостойкости F или H обеспечивают наименьшую массу и габаритные размеры по сравнению с бетонными и аналогичными сухими реакторами.

Масляные реакторы выполняются, как правило, на напряжение выше 35 кВ. Обмотка выполнена из медных проводников, изолированных пропитанной кабельной бумагой, помещена в масляную изоляцию и имеет масляное охлаждение.

Для уменьшения чрезмерного нагрева масла в масляных реакторах необходимо ограничивать магнитный поток, который стремится замкнуться на стенках бака. Магнитный поток огранивается двумя способами: электромагнитным экранированием и магнитным шунтом.

Электромагнитный экран представляет собой расположенные концентрично относительно обмотки реактора короткозамкнутые медные или алюминиевые витки вокруг стенок банки. Экранирование происходит за счет того, что в этих витках возникает встречное электромагнитное поле, которое компенсирует основное поле.

Магнитный шунт – это пакеты листовой стали, расположенные внутри банки около стенок, которые создают искусственный магнитопровод с магнитным сопротивлением, меньшим сопротивлением стенок банки, что заставляет основной магнитный поток реактора замыкаться по нему, а не через стенки банки.

Наряду с рассмотренными выше реакторами обычной конструкции в электроустановках находят применение сдвоенные реакторы. Конструктивно они подобны обычным реакторам, но от средней точки обмотки имеется дополнительный вывод. В случае применения сдвоенных реакторов источник может быть присоединен к средней точке, а потребители – к крайним или наоборот.

Преимуществом сдвоенного реактора является то, что в зависимости от схемы включения и направления токов в обмотках индуктивное сопротивление может увеличиваться или уменьшаться. Это свойство сдвоенного реактора обычно используется для уменьшения

104

падения напряжения в нормальном режиме и ограничения токов при коротком замыкании.

Фильтро-компенсирующие устройства предназначены для снижения гармонических искажений напряжения и компенсации реактивной мощности нагрузок потребителей в сетях электроснабжения промышленных предприятий и в электрических сетях.

Фильтры гармоник проектируются индивидуально для каждого объекта, что гарантирует возможность достижения наивысших параметров по фильтрации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности.

6.5. Высоковольтные разъединители, отделители, короткозамыкатели

Высоковольтный разъединитель – ЭА с ручным приводом, предназначенный для коммутации цепей напряжением выше 1 кВ при отсутствии нагрузки и создания видимого разрыва электрической цепи.

Основные требования, предъявляемые к высоковольтным разъединителям:

1)возможность создания видимого разрыва цепи соответствующего уровня напряжения;

2)возможность включения и отключения при любых наихудших условиях окружающей среды (обледенения и т.д.);

3)приводы разъединителей должны иметь устройства жесткой фиксации положения «Включено» – «Отключено»;

4)изоляторы должны выдерживать механические нагрузки, возникающие при выполнении коммутационных операций в нормальных и аварийных режимах.

К конструкции разъеденителя предъявляют жесткие требования по надежности, так как ими запрещено коммутировать токи нагрузки, для чего в них встраивается ряд защит и блокировок, делающих невозможными оперативные ошибки персонала и разрешающие выполнение операции только тогда, когда выключатель данного разъединителя отключен.

На рис. 6.14 представлен высоковольтный разъединитель РВЗ10/400 II УХЛ2. Токопровод состоит из двух неподвижных контактов

иподвижных контактных ножей. Неподвижный контакт (2) представляет собой медную шину, согнутую под прямым углом. Подвижный контактный нож (1) состоит из двух медных полос, расположенных

105

на некотором расстоянии друг от друга. Для жесткости пластинам ножа придана коробчатая форма.

Одна сторона неподвижного контакта используется для крепления контакта к колпачку опорного изолятора и для крепления подводящей шины, а другая при включении ножа входит в зазор между его пластинами. Пластины контактного ножа прижимаются к боковым поверхностям неподвижного контакта посредством пружин. Контактный нож может поворачиваться вокруг оси, закрепленной на неподвижном контакте.

Все разъединители напряжением до 10 кВ подразделяются по роду установки на разъединители: внутренней установки (РВ, РВз, РВФ, РВФз) и наружной установки (РЛН, РЛНД, РЛНДз, РД, РДз), что объясняется условиями их эксплуатации.

1

Рис. 6.14. Высоковольтный разъединитель РВЗ-10/400 II УХЛ2 (вид сбоку): 1 – подвижный контактный нож; 2– неподвижный контакт; 3 – опорные изоляторы; 4 – изоляционная тяга;

5 – колпачок опорного изолятора

Разъединители для наружной установки должны иметь приспособление для разрушения ледяной корки, образующейся при гололеде.

106

По числу полюсов разъединители подразделяются на однополюсные и трехполюсные.

Следует отметить, что разъединители способны отключать уравнительные и небольшие токи нагрузки.

Высоковольтный короткозамыкатель – особый вид разъединителя, предназначенный для замыкания линии «на землю» после отключения электрической цепи. Данный аппарат служит для защиты обслуживающего персонала и оборудования от случайного включения электрической цепи и для защиты от остаточных токов в высоковольтных линиях электропередачи.

Высоковольтный отделитель – коммутационный аппарат, предназначенный для быстрого отсоединения поврежденного участка электрической сети в бестоковую паузу (реже для операций включения). По конструкции токоведущих частей отделители не отличаются от разъединителей. Их контактная система не приспособлена для коммутаций рабочих токов нагрузки. Для быстрого отключения (не более 0,5 с) в отделителях используется энергия взведенной пружины привода.

Короткозамыкатели совместно с отделителями применяются в упрощенных схемах подстанций, вместо более дорогих силовых выключателей. Подобная замена позволяет экономить значительные средства, так как стоимость силовых выключателей довольно высока. Устанавливаются короткозамыкатели в сетях с заземленной нейтралью – на одну фазу, в сетях с изолированной нейтралью – на две. Включение короткозамыкателя происходит автоматически, отключение – вручную.

В настоящее время применение короткозамыкателей ограничено теми подстанциями, где они установлены. Короткозамыкатели больше не производят. Схемы, где они применяются, имеют меньшую надежность и большую вероятность повреждения дорогостоящего оборудования подстанции (силового трансформатора), чем схемы с применением выключателей.

107

7.УСТРОЙСТВА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

7.1.Общие сведения и классификация устройства

Реле – коммутационное устройство, в котором плавное изменение управляющего параметра (входной сигнал) приводит к скачкообразному изменению управляемого параметра (выходной сигнал). При этом хотя бы один из параметров должен быть электрический, поэтому такие реле называются электрическими. Все электрические реле подразделяются на два вида: 1) электромеханические и 2) статические. В электромеханическом реле принцип действия основан на использовании относительного перемещения его элементов. В статическом электрическом реле принцип действия основан на изменении внутренних параметров аппарата и отсутствии относительного перемещения его элементов.

Классификационные признаки реле (рис. 7.1): 1. По физическому явлению:

1)магнитоэлектрические, в которых движение элементов воспринимающего органа происходит за счет взаимодействия магнитного поля и контура с током чувствительного элемента;

2)электромагнитные, в которых перемещение элементов воспринимающего органа обусловлено взаимодействием магнитного поля чувствительного элемента с якорем;

3)индукционные – вследствие взаимодействия между электромагнитным полем чувствительного элемента и индуктированным в подвижном элементе (проводнике) током происходит движение элементов воспринимающего органа;

4)электродинамические – движение элементов воспринимающего органа обеспечивается электродинамическим взаимодействием токов, протекающим по катушкам чувствительного элемента;

5)поляризованные, в которых движение элементов воспринимающего органа происходит за счет взаимодействия основного магнитного потока, создаваемого катушкой чувствительного элемента, и дополнительного поляризующего потока постоянного магнита;

6)тепловые – действие, обусловленное изменением характеристик чувствительных элементов вследствие их нагрева;

7)электронные, в которых воздействие на исполнительный орган происходит за счет электронных явлений в воспринимающем органе.

108

2.По физической величине, на которую реагируют реле: 1) тока, напряжения; 2) мощности; 3) сопротивления; 4) частоты; 5) времени; 6) сдвига фаз.

3.По реакции на изменение входных физических величин:

1)реле максимального действия, которые реагируют на появление или возрастание входной величины;

2)реле минимального действия, которые реагируют на исчезновение или уменьшение входной величины;

3)реле направленного действия, которые срабатывают при изменении направления действия входной величины;

4)реле дифференциальные, которые реагируют на возникновение разности значений двух величин;

5)балансные реле, которые реагируют на сумму или разность воздействий двух или нескольких чувствительных элементов;

6)регулировочные реле, реагирующие на любые отклонения входной величины от заданного значения.

4. По принципу воздействия исполнительного органа на управляемую цепь:

1)контактные реле, в которых коммутации в управляющей цепи происходят с помощью контактов;

2)бесконтактные реле, в которых коммутации в управляющей цепи происходят с помощью изменения параметров элементов исполнительного органа.

5. По способу действия на управляемый объект:

1)реле прямого действия, в которых исполнительный орган непосредственно воздействует на управляемый объект;

2)реле косвенного действия, в которых исполнительный орган не воздействует непосредственно на управляемый объект, а воздействует на другие промежуточные аппараты, способные провести определенную коммутацию.

6. По области применения реле:

1)управления электроприводами – мощные реле, рассчитанные на значительные токи входных и выходных величин;

2)защиты энергосистем, как правило, маломощные косвенного действия на управляемый объект;

110