Коммутационные аппараты(работа 2). Лабораторная работа 2 коммутационные аппараты электрических станций и подстанций

Лабораторная работа № 2
КОММУТАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ
Цель работы: Изучить назначение, устройство и принцип действия коммутационной аппаратуры высокого напряжения электрических станций и подстанций.
Порядок выполнения работы:
1.Изучить устройство и принцип работы основных типов коммутационных устройств.
2.На примере выключателя нагрузки ВНПР-10 найти все элементы схемы выключателя.
3. Изучить работу коммутационных аппаратов в различных режимах работы.
1. Разъединители
Разъединитель — это контактный коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения электрической цепи без тока или с незначительным током, который для обеспечения безопасности имеет между контактами в отключенном положении изоляционный промежуток.
При ремонтных работах разъединителем создается видимый разрыв между частями, оставшимися под напряжением, и аппаратами, выведенными в ремонт.
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 высоковольтным выключателем.
По роду установки различают разъединители для внутренней и наружной установки. Они могут изготавливаться без заземляющих ножей, с односторонним размещением и с двухсторонним размещением заземляющих ножей. Разъединители по числу полюсов могут быть одно- и трехпо- люсными, по конструкции — рубящего, поворотного, катящегося, пантографического и подвесного типа.
По способу установки различают разъединители с вертикальным и горизонтальным расположением ножей.
По сравнению с разъединителями для внутренней установки разъединители для наружной установки имеют:
-увеличенное расстояние между фазами;
-изоляторы с развитой поверхностью;
-приспособление, предупреждающее обмерзание контактов;
-повышенную механическую прочность изоляторов.

Маркировка разъединителей для наружной установки: РЛНДА-1-10/200
У1 (Р - разъединитель, Л - линейный, Н- наружной установки, 10 - для электроустановок с напряжением 10 кВ, 200 - допустимый ток через контакты, У - для умеренного климата, 1 - для работы на открытом воздухе).
Разъединители для внутренней установки с большими токами имеют по крайней мере две особенности: 1) подвижный контакт - нож выполняется из двух пластин; 2) на конце ножа устанавливают магнитные замки.
Разъединители и заземляющие ножи управляются ручными приводами.
Существует определенное правило операций с разъединителями: включай быстро, а отключай медленно.
Заземляющие ножи соединяют все фазные токоведущие проводники через заземляющий проводник с заземлителем. Они длительно выдерживают токи трехфазного короткого замыкания.
Наряду со стационарными заземляющими ножами для безопасного выполнения работ используют переносные заземлители - закоротки.
Вал разъединителя имеет механическую блокировку с валом заземляющих ножей. Эта блокировка запрещает включение заземляющих ножей при включенном разъединителе и при включенных заземляющих ножах запрещает включение разъединителя.
Кроме блокировки между заземляющими ножами и разъединителями существует блокировка между высоковольтными выключателями и разъединителями. Это специальный шифровой замок, который открывает привод разъединителя только в том случае, когда отключен выключатель цепи, в которой установлен разъединитель.
Для упрощения схем электроустановок допускается использовать разъединители для производства следующих операций: отключения и включения нейтралей трансформаторов и заземляющих дугогасящих реакторов при отсутствии в сети замыкания на землю; зарядного тока шин и оборудования всех напряжений (кроме батарей конденсаторов); нагрузочного тока до 15 А трехполюсными разъединителями наружной установки при напряжении 10 кВ и ниже.
Разъединителем разрешается также производить операции, если он надежно шунтирован низкоомной параллельной цепью
(ши- носоединительным или обходным выключателем.
Разъединителями и отделителями разрешается отключать и включать намагничивающий ток силовых трансформаторов до 400 кВА и зарядный ток воздушных и кабельных линий.
Значение отключаемого разъединителем тока зависит от его конструкции
(вертикальное, горизонтальное расположение ножей), расстояния между полюсами, номинального напряжения установки, поэтому допустимость такой операции устанавливается инструкциями и директивными указаниями.
Разъединители играют важную роль в схемах электроустановок, от надежности их работы зависит надежность работы всей электроустановки,

поэтому к ним предъявляются следующие требования: создание видимого разрыва в воздухе, электрическая прочность которого соответствует максимальному импульсному напряжению; электродинамическая и термическая стойкость при протекании токов
КЗ; исключение самопроизвольных отключений; четкое включение и отключение при наихудших условиях работы
(обледенение, снег, ветер).
1.1. Разъединители рубящего типа
В разъединителях рубящего типа (рис. 1) нож вращается вокруг одного из неподвижных контактов, движение ножу передается от вала через фарфоровые тяги 8. Необходимое давление в контактах создается пружинами.
При прохождении токов КЗ создаются электродинамические усилия в местах перехода тока с пластин ножа 1 в неподвижный контакт 3,
стремящиеся оттолкнуть ножи от контакта. С другой стороны, пластины ножа притягиваются друг к другу благодаря взаимодействию токов одного направления. При больших токах КЗ силы отталкивания могут оказаться больше, чем силы притяжения пластин ножа, это приведет к отбросу пластин ножа от контакта, возникновению дуги, т.е. к аварии. Чтобы избежать этого, в разъединителях предусматривается устройство магнитного замка. Он состоит из двух стальных пластин 2, расположенных снаружи ножа, которые, намагничиваясь токами КЗ, притягиваются друг к другу и создают дополнительное давление в контакте. Для уменьшения отключающего и включающего усилия применяется механизм для снятия контактного давления. Заземляющие ножи 6 могут быть расположены со стороны шарнирного или разъемного контакта или с обеих сторон. При трехполюсной установке они закорачиваются общей медной шиной.
Рисунок 1 – Разъединитель рубящего типа для внутренней установки с двумя заземляющими ножами РВРЗ-2-20/8000 (один полюс): 1 — подвижные главные контакты;
2 — стальные пластины; 3 — неподвижный контакт; 4— опорный изолятор; 5— рама; 6—
заземляющие ножи; 7— механическая блокировка между главными и заземляющими ножами; 8 — фарфоровая тяга.

1.2. Разъединители поворотного типа
Разъединители горизонтального оборотного типа выпускаются на напряжение 10—750 кВ. Широкое применение этих разъединителей объясняется значительно меньшими габаритами и более простым механизмом управления. В этих разъединителях главный нож состоит из двух частей, так же как у разъединителя РНВ, но они перемещаются в горизонтальной плоскости при повороте колонок изоляторов, на которых закреплены (рис. 2). Один полюс является ведущим, к нему присоединен привод. Движение к двум другим полюсам (ведомым) передается тягами.
Разъединители могут иметь один или два заземляющих ножа. Контактная часть разъединителя состоит из ламелей, укрепленных на конце одного ножа, и контактной поверхности на конце другого ножа. При включении нож входит между ламелями. Давление в контакте создается пружинами.
Рисунок 2 – Разъединитель горизонтально-поворотного типа РНДЗ-2-110: 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.
В горизонтально-поворотных разъединителях при отключении нож как бы «ломается» на две части, поэтому значительно облегчается работа привода в случае обледенения контактов. В разъединителях рубящего типа для разрушения корки льда ножу сообщалось поступательно-вращательное движение, чем усложнялась кинематика привода.
В разъединителях 330—750 кВ предусмотрены льдозащитные кожухи, закрывающие контакты.
Более совершенную конструкцию имеют разъединители серии РГ и РГН
(рис. 3) на напряжение от 35 до 220 кВ, предназначенные для замены разъединителей типа РНД.
На несущей раме закрепляются неподвижная 2 и подвижная 5 колонки, на которых крепятся полунож двухполосный 3 с разъемным контактом 4 и полунож однополосный.

Рисунок 3. –
Разъединитель
РГ-35/2000УХЛ1:
1 — заземлитель;
2 — неподвижная колонка;
3 — полунож двухполосный;
4 —разъемный контакт;
5 — подвижная колонка;
6 — заземлитель;
7 — валы ножей заземлителей;
8 — тяга к приводу.
При отключении усилие от привода передается тягой 8; колонка 5, вращаясь, передает движение полуножам, при повороте которых размыкается контакт 4. Разъединитель может иметь один или два заземлителя 1, 6, управляемых приводом через валы 7. Поверхности разъемного контакта покрыты серебром. Изоляторы выполнены из высокопрочного фарфора. Выводные контакты скользящего типа более долговечны, чем гибкие связи (в сериях РНД, РЛНД). Разъединители серии
РГ работоспособны при гололеде до 20 мм.
1.3. Полупантографные разъединители
В установках 330 кВ и выше находят применение разъединители полупантографные с горизонтальным разъемом серии РПГ. На рисунке 3 показан разъединитель во включенном положении. Контактный нож 7 со- стоит из двух полуножей, складывающихся в вертикальной плоскости в процессе отключения. Такое положение полуножей в отключенном положении 7’ уменьшает общую высоту разъединителя. Первый полунож состоит из алюминиевой трубы, к которой привариваются вилка и шина.
Второй полунож также из алюминиевой трубы, к которой приваривается корпус скользящего контакта и контактная пластина с напайками из серебра, обеспечивающими малое переходное сопротивление в неподвижном контакте 6. Разъединители серии РПГ снабжаются двигательными приводами
ПДГ-25-8 (с одним заземлителем) и ПДГ-26-8 (с двумя заземлителями).

Рисунок 3 – Разъединитель полупантографный РПГ.2-330/3150УХЛ1:
1, 2 — стойки; 3 — труба; 4 — кожух; 5 — противовес; 6 — неподвижный контакт; 7
— контактный нож во включенном положении; 7' — контактный нож в отключенном положении; 8 — заземлитель; 9 — контактный вывод; 10 — изолирующие колонки
1.4. Подвесные разъединители
Подвесной разъединитель (рис. 4) имеет подвижную контактную систему, состоящую из груза 5, снабженного пружинящими лапами 4 и контактными наконечниками 3, к которым приварены токопроводы.
Вся эта система подвешена на гирляндах изоляторов 2 к порталу.
Неподвижный контакт в виде кольца 6 может устанавливаться на шинной изоляционной опоре, а также на измерительных трансформаторах тока и напряжения. Тросовая система управления состоит из электродвигательного привода, троса, противовеса, блоков.
В отключенном положении подвижный контакт поднят. При включении разъединителя вращением барабана привода поднимается вверх противовес, а подвижные контакты под действием собственного веса опускаются вниз и наконечники 3 приходят в соприкосновение с кольцом 6 — цепь замкнута.
Основные достоинства подвесных разъединителей – простота конструкции, использование при больших напряжениях. Недостатки разъединителей – низкая надёжность, неустойчивость к большим ветровым нагрузкам, необходимость ревизии контактной системы.

Рисунок 4 – Разъединитель подвесного типа
(РПН):
1 — трос от привода;
2 — гирлянда изоляторов;
3 — контактные наконечники;
4 — пружинящие лапы;
5— груз;
6 — неподвижный контакт в виде кольца;
7 — заземляющий нож;
8 — трансформатор тока.
2. Короткозамыкатели и отделители
Короткозамыкатель — это коммутационный аппарат, предназначенный для создания искусственного КЗ в электрической цепи.
Короткозамыкатели применяются в упрощенных схемах подстанций для того, чтобы обеспечить отключение поврежденного трансформатора после создания искусственного КЗ действием релейной защиты питающей линии. В установках 35 кВ необходимо применять два полюса короткозамыкателя для создания двухфазного КЗ, в установках 110 кВ и выше достаточно одного полюса.
Конструкция КЗ-35 аналогична разъединителю. Ножи, соединенные с заземленной шиной, приводятся в движение пружинным приводом при подаче импульса от релейной защиты и замыкаются на неподвижные контакты, находящиеся под напряжением. Время включения составляет 0,12
— 0,25 с. Отключение производится вручную.
Отделитель серии ОД представляет собой обычный трехполюсный разъединитель, снабженный приводом для автоматического отключения обесточенной цепи. Время отключения достаточно велико — 0,4—0,5 с, что является недостатком конструкции.
Отделители могут отключать обесточенную цепь или ток на- магничивания трансформатора.
Отделители и короткозамыкатели открытой конструкции недостаточно надежно работают в неблагоприятных погодных условиях (мороз, гололед).
В эксплуатации наблюдаются случаи их отказа в работе, поэтому применение их в настоящее время ограничено. Взамен этих конструкций разработаны отделители и короткозамыкатели с контактной системой, расположенной в закрытой камере, заполненной элегазом (КЭ-110, КЭ-220,
ОЭ). Достоинством закрытых короткозамыкателей и отделителей является четкая работа и малые времена включения (КЭ) и отключения (ОЭ).

3. Выключатели нагрузки
В сетях 6 – 10 кВ электроснабжения городских промышленных и сельскохозяйственных предприятий возникает необходимость отключения и включения токов нормальной нагрузки. Такая операция разъединителями не производится, так как они не имеют устройств для гашения возникающей дуги. Простейшим коммутационным аппаратом, позволяющим отключать и включать токи нагрузки в нормальном режиме, является автогазовый выключатель нагрузки ВНПР (рис. 5, а). Выключатели нагрузки ВНП созда- ны на базе разъединителей рубящего типа.
На опорном изоляторе с неподвижным главным контактом 3 укреплена простейшая дугогасительная камера 2 с газогенерирующими вкладышами 7 из органического стекла (рис. 5, б). К главному подвижному контакту-ножу 5 присоединена скоба с дугогасительным контактом 4, который во включенном положении находится внутри камеры между контактами 6. При отключении под действием пружины привода движение от вала 1 передается главным контакт- ножам 5, которые размыкаются в воздухе первыми, но дуги не образуется, так как весь ток проходит по дугогасительным контактам. При дальнейшем движении ножа 5 размыкаются дугогасительные контакты, возникшая дуга воздействует на вкладыши, из которых выделяется газ.
Давление в камере повышается, а при выходе дугогасительного ножа из камеры создается выхлоп газа и дуга гаснет. При включении сначала замыкаются дугогасительные контакты, затем — главные.
Без ревизии допустимое количество циклов ВО: 30 — при номинальном токе 630 А и cosφ > 0,7; 10 — при номинальном токе 630 А и cosφ > 0,3; 20 — при 5 % номинального тока и cosφ > 0,7; 10 — при отключении зарядного тока кабеля 10 А и более.
Рисунок 5 – Выключатель нагрузки ВНПР:
а — общий вид;
б — дугогасительная камера;
1 — вал привода;
2 — дугогасительная камера;
3 — главный неподвижный контакт;
4 — подвижный дугогасительный контакт;
5 — главный подвижный контакт-нож;
6 — неподвижный дугогасительный контакт;
7 — газогенерирующие вкладыши.

Выключатель ВНПР выдерживает сквозной ток КЗ i
пр.скв
= 41 кА, а ток термической стойкости i
тер
= 16 кА. Допустимо двукратное включение на короткое замыкание, после чего производится ревизия с заменой дугогасительных камер.
Выключатели нагрузки ВНП могут дополняться предохранителями
ПКЭ, заземляющими ножами и приводами разного типа: ручным (ПР), ручным с дистанционным отключением (ПРА) или электромагнитным (ПЭ).
Контрольные вопросы
1.
Назначение разъединителей.
2.
Для каких операций допускается использование разъединителей.
3.
Основные требования к разъединителям.
4.
Расшифруйте марки разъединителей: РЛНДА-1-10/200 У1; РГ-
35/2000УХЛ1: РПГ.2-330/3150УХЛ1.
5.
Назначение механической блокировки разъединителей.
6.
Устройство, принцип работы, достоинства и недостатки разъединителей рубящего типа.
7.
Устройство, принцип работы разъединителей поворотного типа.
8.
Устройство, принцип работы полупантографного разъединителя.
9.
Устройство, принцип работы, достоинства и недостатки разъединителей подвесного типа.
10.
Назначение короткозамыкателей и отделителей.
11.
Устройство, назначение, достоинства и недостатки выключателей нагрузки.
12.
Принцип гашения дуги в выключателях нагрузки.
Содержание отчета
1.
Название, цель, программа работы.
2.
Описание операций, выполняемых разъединителями.
3.
Кинематические схемы работы основных типов разъединителей.
4.
Техника безопасности при выполнении операций с разъединителями и выключателями нагрузки.