5.8 Назначение выключателей

В зависимости от способа установки в электрической цепи выключатели различаются по назначении. Выключатель, при помощи которого осуществляется отключение и включение генераторов, трансформаторов и линий в нормальных и аварийных условиях, называется выключателем присоединения (того или иного). Объединение сборных шин между собой на совместную работу производится с помощью шиносоединительного выключателя (ШСВ), а секций шин – секционным выключателем (СВ). Обходной выключатель (ОВ) связан с обходной системой шин (ОСШ) и заменяет основные выключатели присоединений при их ремонте.

6. Разъединители

Разъединителем - это контактный коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения цепи без тока или с незначительным током и создания видимого разрыва в воздухе. Уровень изоляции этого разрыва (промежутка) должен соответствовать максимальному импульсному напряжению при полной волне.

В качестве оперативных они используются для переключения в схемах соединений, а как неоперативные применяются для отсоединения участков коммутации и оборудования, выводимых в ремонт.

Разъединители по числу полюсов могут быть одно- и трехполюсными, по роду установки – для внутренних и наружных установок, по конструкции – рубящего, поворотного, катящегося, пантографического и подвесного типа.

Разъединителями нельзя отключать токи нагрузки, так как контактная система их не имеет дугогасительных устройств и в случае ошибочного отключения токов нагрузки возникает устойчивая дуга, которая может привести к междуфазному КЗ и несчастным случаям с обслуживающим персоналом. Перед операцией разъединителем цепь должна быть разомкнута выключателем.

В небольших установках трехфазного тока часто применяют разъединители в однополюсном исполнении, которые включаются и отключаются вручную, шальтштангой. В более ответственных установках высокого напряжения, как правило, применяют трехполюсные разъединители с ручным, двигательным или пружинным приводом. Любой тип привода должен обеспечивать, возможно, более быстрое перемещение подвижного контакта вблизи неподвижного. Конструкция ручного привода должна быть простой и не должна требовать от персонала особого искусства для управления.

Для обеспечения надежной и безопасной эксплуатации разъединителей следует во всех установках, в том числе и небольших напряжений, применять разъединители преимущественно трехполюсного типа. В особенности это относится к присоединениям ТН, так как однополюсное управление может привести к случайному образованию последовательной цепи емкости индуктивности с железом и вызвать феррорезонанс, сопровождающийся перенапряжениями, субгармониками тока и изменением направления вращения трехфазного магнитного поля.

Наиболее строгим требованием для обеспечения надежной работы и безопасной эксплуатации разъединителей является безусловное запрещение коммутаций под нагрузкой. Чтобы исключить ошибочные действия с разъединителями, в РУ устанавливают блокировки, имеющие многочисленные разновидности (механические и электрические). Блокировка независимо от персонала разрешает оперировать с разъединителями только в том случае, когда связанный с ним выключатель находится в положении «Отключено».

Для упрощения схем электроустановок допускается использовать разъединители для производства следующих операций (трехполюсными разъединителями):

• отключение и включение нейтралей трансформаторов и заземляющих дугогасящих реакторов при отсутствии в сети замыкания на землю;

• отключение зарядного тока шин и оборудования всех напряжений (кроме батарей конденсаторов);

• отключение ненагруженных трансформаторов, а в некоторых случаях трансформаторов под нагрузкой при помощи разъединителей;

• отключение и включение нагрузочного тока до 15 А при напряжении 10 кВ и ниже;

• отключение в ЗРУ зарядного тока воздушных и кабельных линий и тока замыкания на землю.

Для внутренних установок разъединители могут быть однополюсными (РВО) или трехполюсными (РВ, РВК, РВРЗ и др.).

Разъединители, устанавливаемые в ОРУ, должны обладать соответствующей изоляцией и надежно выполнять свои функции в неблагоприятных условиях окружающей среды. В свое время широко применялись разъединители рубящего типа. Недостатком их являются большие габариты при отключенном положении ножа. Так, разъединитель РОН(З)-500/2000 при поднятом ноже имеет высоту 9,8 м.

Разъединители горизонтально-поворотного типа выпускаются на напряжение 10 – 750 кВ. Широкое применение этих разъединителей объясняется значительно меньшими габаритами и более простым механизмом управления.

Рис. 6.1. Разъединитель горизонтально-поворотного типа РНДЗ-2-110 а – включенное положение разъединителя: 1 – рама, 2 – опорный изолятор, 3 – наконечник для присоединения шин, 4 – гибкая связь, 5 –главный нож с ламелями, 6 – главный нож без ламелей, 7 - заземляющие ножи, 8 – тяга к приводу, 9 – привод; б – разъемный контакт разъединителя РНВ-500: 1- гибкая связь, 2 – пружина, 3 – ламель, 4 – лопатка

В этих разъединителях главный нож состоит из двух частей, так же как у разъединителя РНВ, но они перемещаются в горизонтальной плоскости при повороте колок изоляторов, на которых закреплены (рис. 6.1). Один полюс является ведущим, к нему присоединен привод. Движение к двум другим полюсам (ведомым) передается тягами. Разъединители могут иметь один или два заземляющих ножа. В разъединителях такого типа при отключении нож как бы «ломается» на две части, поэтому значительно облегчается работа привода в случае обледенения контактов. В разъединителях 330-750 кВ предусмотрены льдозащитные кожухи, закрывающие контакты. Специальными типами разъединителей являются короткозамыкатели (КЗ) и отделители (ОД), устанавливаемые на стороне высшего напряжения менее ответственных подстанций, на которых для экономии места и капитальных затрат выключатели предусматриваются только на стороне низшего напряжения. При повреждениях на подстанции и недостаточном токе КЗ для действия защиты на головном конце питающей линии КЗ закорачивает линию и, повышая этим ток КЗ, обеспечивает надежное отключение линии с головного конца. Вслед за этим ОД отключается и автоматически изолирует поврежденную часть подстанции. Далее действием АПВ восстанавливается питание неповрежденных элементов подстанции. Правильная последовательность действий КЗ и ОД обеспечивается установкой в их

приводах электромагнитной блокировки, которая разрешается отключение ОД только после исчезновения тока в цепи КЗ. Если ОД снабжены заземляющими ножами, обязательна механическая блокировка, предотвращающая неправильные включения главных и заземляющих ножей и допускающая заземление элемента подстанции только при отсутствии на нем напряжения.

Короткозамыкатель - это коммутационный аппарат (быстродействующий разъединитель) с пружинным приводом и контактами, замыкающимися в воздухе, предназначенный для создания искусственного КЗ в электрической цепи, в случае внутреннего повреждения силового трансформатора в цепи которого по стороне высшего напряжения от установлен в паре с отделителем. При таком КЗ, действием линейных защит на питающих подстанциях ВЛ обесточивается, поврежденный трансформатор отсоединяется от сети отключением отделителя, а линия включается в работу действием АПВ. Допустимое количество включений на КЗ без смены контактов — не менее пяти, из них не менее трех на предельно допустимую амплитуду тока КЗ.

Короткозамыкатели наружной установки с приводом и трансформатором тока ТШЛ-0,5 предназначены для создания искусственного КЗ (двухфазного у КРН-35) при повреждениях в трансформаторе. Короткозамыкатели на 35 кВ выполняют в виде двух полюсов, соединяемых при монтаже в один двухполюсный аппарат (для систем с изолированной нейтралью).

Короткозамыкатели К3-35 представляют собой аппараты вертикально-рубящего типа, состоящие из основания, изоляционной колонки, неподвижного контакта с выводом для присоединения к линии электропередачи и заземляющего ножа, на конце которого укреплена съемная контактная пластинка. В основании короткозамыкатели размещен вал, установленный в подшипниках, две включающие пружины с регулировкой натяжения, соединенные с основанием и рычагами вала короткозамыкатели, а также гидравлический буфер. Нормальное положение короткозамыкателя отключенное. При этом нож отведен от неподвижного контакта на разрядное расстояние, а его включающие пружины растянуты. Это положение ножа фиксируется приводом. При подаче сигнала на привод короткозамыкателя привод освобождает нож короткозамыкателя, который под действием пружины входит в неподвижный контакт, создавая короткое замыкание на землю.

Короткозамыкатель К3-35 1 - привод; 2 - тяга; 3 - колонка изолятора; 4 - неподвижный контакт; 5 - изолятор; 6 - трансформатор тока.

Короткозамыкатель К3-110 1 - привод; 2 - тяга; 3 - колонка изолятора; 4 - неподвижный контакт; 5 - изолятор; 6 - трансформатор тока.

Рис. 6.2. Внешний вид короткозамыкателей КЗ-35 и КЗ-110 кВ

В сетях 110-220 кВ короткозамыкатели выполняются однополюсными. Конструктивно короткозамыкатель типа КЗ-110 состоит из стержневого изолятора (в сетях 220 кВ — из двух стержневых изоляторов, поставленных один на другой) с расположенным на нем неподвижным контактом. Подвижный нож изоляционной тягой соединяется с пружинным приводом типа ПРК-1У1, встроенным в шкаф. Привод служит для завода включающих пружин короткозамыкателя, удержания ножа в отключенном положении и для ручного отключения включившегося ножа. Конструктивно привод ПРК-1У1 подобен приводу ПРО-1У1, за исключением релейной части. В приводе ПРК-1У1 встроен электромагнит включения и три реле максимального тока типа РТМ. В отключенном положении короткозамыкателя пружины привода заведены, и он готов к действию. Для включения короткозамыкателя защита повреждённого трансформатора подает оперативный ток на электромагнит включения, боек которого через систему рычагов воздействует на защелку, и нож включается. Время от момента подачи команды на электромагнит включения до полного замыкания контактов короткозамыкателя не превышает 0,35 с.

Отделитель – коммутационный аппарат, предназначенный для быстрого отсоединения поврежденного участка электрической сети в бестоковую паузу (реже для операций включения). По конструкции токоведущих частей отделитель - это обычный трехполюсный разъединитель, по своей конструкции похож на разъединитель горизонтально-поворотного типа РЛНД Их контактная система не приспособлена для коммутаций под рабочим током нагрузки. Для отключения (время отключения достаточно велико – 0,4 – 0,5 сек. (это является недостатком конструкции)) в отделителях используется энергия взведенной пружины привода, а включение ОД производится вручную.

В основном, в целях экономии, отделители применяются на подстанциях 35, 110 кВ вместо выключателей по стороне высшего напряжения. Отделители работают в связке с короткозамыкателями.

Отделителями допускаются операции отключения и включения:

- трансформаторов напряжения, зарядного тока шин и подстанционного оборудования всех напряжений (кроме конденсаторных батарей);

- параллельных ветвей, находящихся под током нагрузки, если разъединители этих ветвей шунтированы другими включенными разъединителями или выключателями;

- намагничивающих токов силовых трансформаторов и зарядных токов воздушных и кабельных линий;

- нейтралей трансформаторов и дугогасящих катушек при отсутствии в сети замыкания фазы на землю.

Отделитель ОДЗ-2-35 1,3  -  ножи, 2  -  контактное устройство, 4  -  колонки, 5 - отключающая пружина, 6  -  подшипники, 7  -  рама, 8  -  рычаг, 9  -  тяга, 10  -  привод отделителя, 11  -  привод заземляющих ножей, 12  -  трубчатая тяга, 13  -  заземляющие ножи

Отделитель 110 кВ 1,3  -  ножи, 2  -  контактное устройство, 4  -  изоляционные колонки, 5  -  кожух отключающей пружины, 6  -  подшипники, 7  -  рама, 8  -  рычаг, 9  -  тяга, 10  -  привод отделителя; б – привод отделителя

Рис. 6.3. Внешний вид отделителей ОД-2-35 и ОД-110 кВ

ОД могут отключать обесточенную цепь или ток намагничивания трансформатора. ОД изготавливаются на напряжение 35 – 220 кВ. Допускается отключать ОД ненагруженные трансформаторы.

Серьезными недостатками воздушных КЗ и ОД являются относительно большое время включения и отключения, а также затрудненность действия КЗ и ОД при низкой температуре и гололеде.

Эти недостатки частично устраняются в элегазовых КЗ и ОД. Вследствие высокой электрической прочности элегаза расстояние между контактами аппаратов в отключенном состоянии может быть уменьшено до 80–100 мм. Поэтому скорость включения их может быть повышена в 3 – 4 раза. Так как контактная система КЗ и ОД размещена в полости фарфоровых изоляторов, заполненных элегазом, на работе их не будут сказываться внешние условия (гололед, низкая температура воздуха).

Еще большим быстродействием могут обладать вакуумные КЗ и ОД, так как ход подвижных контактов в этих аппаратах может быть не больше 10 -12 мм. При этом можно достичь полного времени включения и отключения примерно 10 мсек. Основой конструкции таких КЗ и ОД может явится вакуумная дугогасительная камера. Однако широкое распространение вакуумных аппаратов сдерживается тем, что вакуумные колбы изготавливаются на напряжение не выше 20 кВ и стоимость вакуумных аппаратов получается значительно выше обычных КЗ и ОД.