Высоковольтные разъединители

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разъединители

Разъединители -- аппараты, предназначенные для включения и отключения участков электрических цепей под напряжением при отсутствии нагрузочного тока [3]. Они применяются во всех высоковольтных установках для обеспечения видимого разрыва при отключении какого-либо участка цепи, а также для производства переключений и набора нужной схемы. Все операции с разъединителями, как правило, выполняются при обесточенных цепях.

Кроме того, разъединители наружной установки рассчитываются на возможность разрыва посредством их ножей зарядных токов воздушных и кабельных линий, а также токов холостого хода силовых трансформаторов и токов небольших нагрузок; поэтому их контакты часто снабжаются дугогасительными рогами.

Отличительной чертой разъединителей, а также отделителей и короткозамыкателей в сравнении с выключателями является отсутствие дугогасительных устройств.

Разъединители строятся для внутренней и для наружной установки на всю шкалу токов и напряжений. Они могут выполняться как трехполюсными на общей раме (обычно при напряжениях до 35 кВ), так и однополюсными при более высоких напряжениях. Последнее обусловлено тем, что при напряжениях свыше 35 кВ.

Полюс разъединителя независимо от разнообразия конструкций состоит из неподвижного и подвижного (ножа) контактов, укрепленных на соответствующих изоляторах, опорной плиты или рамы и привода.

Основным элементом разъединителя являются его контакты. Они должны надежно работать при номинальном режиме, а также при перегрузках и сквозных токах короткого замыкания. В разъединителях применяют высокие контактные нажатия. При больших токах контакты выполняют из нескольких (до восьми) параллельных пластин. Применяют пластины прямоугольного, швеллерного и круглого сечений. Для обеспечения высокой электродинамической устойчивости широко используют электромагнитные и электродинамические компенсаторы (часто говорят «замки»).

Разъединители могут иметь приводы: ручной -- оперативную штангу, рычажный или штурвальный и двигательный -- электрический, пневматический или гидравлический.

Во избежание ошибочных действий, т. е. размыкания под током, что может привести к крупным авариям и несчастным случаям, разъединитель всегда блокируется с выключателем. Блокировка допускает оперирование разъединителем только при отключенном выключателе. По исполнению блокировка может быть механической, механически-замковой, электромагнитнозамковой или другой.

Конструктивное различие между отдельными типами разъединителей состоит прежде всего в характере движения подвижного контакта (ножа). По этому признаку различают разъединители [3]:

вертикально-поворотного (врубного) и горизонтально-поворотного типов с вращением ножа в плоскости, параллельной или перпендикулярной осям поддерживающих изоляторов данного полюса соответственно;

качающегося типа с вращением ножа совместно с поддерживающим его изолятором в плоскости, параллельной осям поддерживающих изоляторов данного полюса;

с прямолинейным движением вдоль размыкаемого промежутка либо только ножа, либо ножа совместно с изолятором (катящегося типа);

со складывающимся ножом, со сложным движением (поворот и складывание) ножа;

подвесного типа с перемещением ножа вместе с поддерживающими изоляторами в плоскости, параллельной осям неподвижных подвесных изоляторов.

Пример исполнения разъединителя внутренней установки приведен на рис. 10-1. Полюс разъединителя состоит из неподвижных контактов 1, укрепленных на опорных изоляторах 5. Неподвижные контакты охватываются подвижным контактом 2, состоящим из двух ножей. Контактное нажатие создается пружинами 6. Компенсация электродинамических сил в контактах происходит за счет одинаково направленных токов в подвижных ножах. Привод контактов осуществляется через приводной вал 7, соответствующие рычаги и тяговый изолятор 3. Собирается разъединитель на раме 4.

Как устроены и работают высоковольтные разъединители

Высоковольтные аппараты: как устроены и работают разъединители Среди электрического оборудования высокого напряжения используются различные коммутационные аппараты. Одна из их групп получила название «Разъединители».

Эти конструкции используются для создания такого разрыва в электрической схеме, который не только исключает подачу напряжения, но и должен быть виден визуально.

Дело в том, что за всю многолетнюю историю эксплуатации электроэнергии сложились традиции безопасного ее использования. Отключения электричества выключателями нагрузки со сложными техническими устройствами скрыты от наблюдения. В случае возникновения у них поломок напряжение остается на участке, предназначенном для вывода из работы. Это очень опасно и является прямой предпосылкой для поражения людей электрическим током или выводу электротехнического оборудования из строя.

По этим причинам разъединители монтируют в высоковольтной схеме последовательно с выключателями и, как правило, после них для обеспечения безопасности производства работ.

Для понимания этого процесса представим участок электрической схемы, когда электроэнергия от источника на трансформаторной подстанции №1 передается по линии электропередач, разделенной на 5 рабочих участков к подстанциям №2 и №3. 

Допустим, что на участке №3 (выделен красным цветом) возникла необходимость проведения технических работ, требующих по условиям безопасности снятия напряжения.

Для этого потребуется выполнить отключения силовых выключателей:

· питающей подстанции №1;

· потребляющих подстанций №2 и №3, которые находятся в работе по стороне нижнего напряжения и будут генерировать электроэнергию на линию, включая участок №3, за счет эффекта обратной трансформации.

При любой неисправности одного из выключателей или ошибочном либо их самопроизвольном несанкционированном включении на рабочем участке №3 появится напряжение, а это недопустимо.

Поэтому в электрическую схему после каждого выключателя смонтирован разъединитель, который дополнительно создает безопасный и видимый разрыв цепи.

Представленная выше картинка выполнена в упрощенном однолинейном исполнении. Однако, на практике высоковольтные линии электропередач используют минимум три фазы. Более точная схема для нашего случая подготовки рабочего участка №3 к техническому обслуживанию будет иметь следующий вид. 

На ней каждая фаза «А», «В», «С» линии электропередачи показана своим цветом: желтым, зеленым и красным. На всех подстанциях она разрывается вначале своим выключателем, а затем -- разъединителем. Только после этого каждая фаза линии электропередачи для участка №3 заземляется.

На этом рисунке вопрос заземления показан не полностью, а только для демонстрации необходимости его выполнения.

Место расположения разъединителя в схеме определяет его упрощенную конструкцию по сравнению с силовым выключателем нагрузки. Это объясняется тем, что выключатель должен надежно разрывать проходящую через него электроэнергию в нормальном режиме работы и аварийные токи коротких замыканий огромных величин, которые могут возникнуть в непредвиденный момент времени в любом месте участка схемы, защищаемого выключателем.

Такие процессы очень сложные. Они связаны с ионизацией окружающей среды и возникновением мощной электрической дуги, которая может сжечь контакты. Для предотвращения этого явления используют различные технические решения, основанные на применении сред с изоляционными свойствами. Ими наполняют рабочую область выключателя, в которой производится разрыв цепи.

Второе направление борьбы с дугой - это обеспечение максимального быстродействия отключающего механизма. Время его работы сопоставимо со взрывом и происходит примерно за два периода колебания гармоники синусоидального тока.

Столько же времени требуется современным защитам со средствами автоматики для выявления неисправности в схеме и подачи команды на исполнительный элемент выключателя.

Поэтому время отключения аварийных ситуаций защитами и автоматикой составляет порядка 0,04 сек.

Для разъединителей такие сложные устройства не нужны. Они спроектированы для отключения руками оператора или электродвигателями приводов без спешки. Поскольку разъединители устанавливаются после выключателей, то ими оперируют исключительно после снятия напряжения, когда электрической дуги быть не может.

Таким образом, разъединителями создают видимый разрыв электрической цепи для ее безопасного технического обслуживания после того, как выключателем нагрузки снято напряжение. Это их основное назначение.

Конструкция разъединителей

Устройство высоковольтного разъединителя довольно сложное, но в то же время оно намного проще, чем у силового выключателя такого же напряжения. Рассмотрим примеры их исполнения для оборудования 330 кВ. 

высоковольтный разъединитель ток

Единственные токи, которые отключают подобные разъединители -- это возможные емкостные разряды, образуемые наведенным напряжением. На разрыв их мощности и рассчитаны силовые контакты разъединителей. В рабочем состоянии через них проходит максимальный ток нагрузки.

Для оперирования каждой фазой разъединителя по отдельности или в комплексе предназначены шкафы управления приводами.

Если внимательно посмотреть на приведенные фотографии, то видно, что коммутационные контакты выключателя и разъединителя расположены на значительной высоте. Это сделано из соображений безопасности для остального оборудования и обслуживающего эксплуатационного персонала.

На ОРУ-110 кВ безопасная высота расположения разъединителя меньше.

Так лучше их обслуживать, проще и дешевле монтировать. Однако, это требует от обслуживающего персонала, находящегося под введенным в работу разъединителем, повышенного внимания. На практике встречались случаи, когда работники в сырую погоду поднимали вверх косу, сокращая безопасное расстояние до электрооборудования и попадая под напряжение 110 кВ.

Это лишний раз подтверждает, что технику безопасности необходимо не только досконально знать, но и безукоризненно выполнять.

Месторасположение разъединителей воздушных ЛЭП 10 кВ на опорах около крытого распределительного устройства с силовыми выключателями подстанции показано на фотографии. 

На следующей снимке виден способ управления разъединителем линии 10 кВ с помощью ручного привода. Питающий трансформатор находится рядом.

Разъединители воздушных линий на 6 кВ имеют такое же устройство, как и для линий 10 кВ. 

На всех приведенных фотографиях видно, что любой разъединитель состоит из следующих конструктивных элементов:

· силовой рамы, размещенной на безопасной высоте;

· опорных изоляторов, жестко смонтированных на раме по концам образуемого разрыва для каждой фазы;

· контактной системы, обеспечивающей надежное прохождение номинального тока линии и исключающей в разомкнутом состоянии подачу напряжения на участок, выделенный для обслуживания;

· системы управления перемещением ножей.

У разъединителей, используемых для цепей с напряжением 110 кВ и выше, контактная система выполнена из двух подвижных полуножей, которые разводятся в противоположные стороны. В остальных конструкциях чаще используется один подвижный нож, вводимый в неподвижно закрепленный контакт.

Разъединители классифицируют по:

· количеству полюсов;

· характеру установки (внутренней или наружной);

· виду движения ножа для создания разрыва цепи (поворотного, рубящего либо качающегося типа);

· способам управления: вручную оперативной изоляционной штангой или системой рычагов либо автоматически электродвигателями (может использоваться гидравлика и даже пневматика) с системой управления.

Все операции с разъединителями в работающей схеме относятся к опасным работам, их выполняет только обученный и подготовленный персонал по специально оформленным бланкам под непосредственным контролем диспетчера.

Блокировка разъединителей

Особенностью высоковольтных разъединителей является то, что вместе с ними на одной платформе часто располагают заземляющие ножи с обеих сторон создаваемого разрыва. Ими удобно манипулировать оперативному персоналу, выполняющему переключения в схемах электроснабжения.

При переключениях важно правильно соблюдать очередность наложения/снятия заземления и включения/вывода из работы разъединителя. Нельзя включать силовой выключатель при установленном заземлении с любой стороны разъединителя. Это приведет к возникновению короткого замыкания.

Также нельзя накладывать заземления при включенном разъединителе и поданном напряжении на схему, что тоже создаст КЗ.

С целью недопущения при переключениях ошибочных ситуаций используется техническая блокировка действий оперативного персонала со стационарными заземлителями, разъединителями и выключателями. Она может быть:

· чисто механической;

· электрической (на основе использования электромагнитного замка);

· комбинированной.

Конструкции блокировок бывают разными. Их сложность и надежность увеличивается с повышением величины напряжения, используемого в первичной схеме.

Для управления электрическими видами блокировок на валах поворота контактных ножей монтируют дополнительные контакты, используемые во вторичных цепях. Их называют блок контактами КСА. Они полностью повторяют положение разъединителя, одновременно с ним замыкаются или размыкаются. С целью расширения возможностей схем управления, защит и автоматики выключателей и линий эти блок контакты создают как с нормально открытым, так и закрытым положением.

Назначение разъединителей

Разъединители служат для создания видимого разрыва, отделяющего выведенное из работы оборудование от токопроводящих частей, находящихся под напряжением. Это необходимо, например, при выводе оборудования в ремонт в целях безопасного производства работ.

Разъединители не имеют дугогасительных устройств и поэтому предназначаются, главным образом, для включения и отключения электрических цепей при отсутствии тока нагрузки и находящихся только под напряжением или даже без напряжения. 

При отсутствии в электрической цепи выключателя в электроустановках 6 - 10 кВ допускается включение и отключение разъединителями небольших токов, значительно меньших номинальных токов аппаратов, о чем сказано ниже.

Требования, предъявляемые к разъединителям

Требования, предъявляемые к разъединителям с точки зрения обслуживания их оперативным персоналом, заключаются в следующем:

· разъединители должны создавать ясно видимый разрыв цепи, соответствующий классу напряжения установки;

· приводы разъединителей должны иметь устройства жесткой фиксации ножей в каждом из двух оперативных положений: включенном и отключенном. Кроме того, они должны иметь надежные упоры, ограничивающие поворот ножей на угол, больший заданного;

· разъединители должны включаться и отключаться при любых наихудших условиях окружающей среды (например, обледенении);

· опорные изоляторы и изоляционные тяги должны выдерживать механические нагрузки, возникающие при выполнении операций;

· главные ножи разъединителей должны иметь блокировку с ножами заземляющего устройства, исключающую возможность одновременного включения тех и других.

Классификация и устройство разъединителей

Отдельные типы разъединителей 6 - 10 кВ отличаются друг от друга: 

· по роду установки (разъединители внутренней и наружной установки); 

· по числу полюсов (разъединители однополюсные и трехполюсные); 

· по характеру движения ножа (разъединители вертикально-поворотного и качающегося типа). 

· трехполюсные разъединители управляются рычажным приводом, однополюсные - оперативной изоляционной штангой.

Различие в конструкциях разъединителей внутренней и наружной установок объясняются условиями их работы. Разъединители наружной установки должны иметь приспособления, разрушающие ледяную корку, образующуюся при гололеде. Кроме того, их используют для отключения небольших токов нагрузки и их контакты снабжаются рогами для гашения дуги, возникающей между расходящимися контактами.

Использование разъединителей для отключения уравнительных токов и небольших токов нагрузки

Способность разъединителей включать и отключать зарядные токи кабельных и воздушных линий, токи намагничивания силовых трансформаторов, уравнительные токи (это ток, проходящий между двумя точками электрически связанной замкнутой сети и обусловленный разностью напряжений и перераспределением нагрузки в момент отключения или включения электрической связи) и небольшие токи нагрузки подтверждена многочисленными испытаниями, проведенными в энергосистемах. Это нашли отражение в ряде директивных материалов, регламентирующих их использование.

Так, в закрытых распределительных устройствах 6-10 кВ разъединителями допускается включение и отключение намагничивающих токов силовых трансформаторов, зарядных токов линий, а также токов замыкания на землю, не превышающих следующих значений:

· При напряжении 6кВ: намагничивающий ток - 3,5 А. Зарядный ток - 2,5 А. Ток замыкания на землю - 4,0 А.

· При напряжении 10кВ: намагничивающий ток - 3,0 А. Зарядный ток - 2,0 А. Ток замыкания на землю - 3,0 А.

Установка между полюсами изоляционных перегородок позволяет увеличивать включаемый и отключаемый ток в 1,5 раза.

Разъединителями 6 - 10 кВ допускается включение и отключение уравнительных токов до 70 А, а также нагрузочных токов линий до 15 А при условии проведения операций трехполюсными разъединителями наружной установки с механическим приводом.

Разъединители часто снабжаются стационарными заземлителями, что представляет возможность не прибегать к установке переносных заземлений на оборудовании, выводимом в ремонт, и тем самым исключает нарушения правил безопасности, связанных с процессом установки переносных заземлений.

Техника выполнения операций с разъединителями

В распределительных устройствах операции по отключению и включению разъединителей присоединения, имеющего в своей цепи выключатель, должны выполняться после проверки отключенного положения выключателя на месте его установки.

Прежде чем отключить или включить разъединители, необходимо произвести их внешний осмотр. Разъединители, приводы и блокирующие устройства не должны иметь повреждений, препятствующих выполнению операций. Особое внимание должно быть обращено на отсутствие .шунтирующих разъединители перемычек. В случае обнаружения тех или иных дефектов операции с разъединителями под напряжением должны выполняться с большой осторожностью и только с разрешения лица, отдавшего распоряжение о переключении. Запрещаются операции с разъединителями под напряжением, если на изоляторах обнаружены трещины.

Включение разъединителей ручным приводом следует выполнять быстро и решительно, но без удара в конце хода. При появлении между контактами дуги ножи разъединителей не следует отводить обратно, так как при расхождении контактов дуга может удлиниться, перекрыть промежуток между фазами и вызвать КЗ. Операция включения во всех случаях должна проводиться до конца. При соприкосновении контактов дуга погаснет, не причинив повреждений оборудованию.

Отключение разъединителей, наооборот, проводят медленно и осторожно. Вначале делают пробное движение рычагом привода, чтобы убедиться в исправности тяг, отсутствии качаний и поломок изоляторов. Если в момент расхождения контактов возникнет дуга, разъединители необходимо немедленно включить и до выяснения причины образования Дуги операции с ними не производить.

Операции с однополюсными разъединителями, производимые с помощью оперативных штанг, должны выполняться в той очередности, которая обеспечивает наибольшую безопасность для персонала. Допустим, что персонал ошибочно приступил к отключению разъединителей под нагрузкой.

При смешанной нагрузке наиболее безопасно отключение первого из трех разъединителей, так как при этом не возникает сильной дуги, даже если по цепи проходил номинальный ток. В момент расхождения контактов между ними может появиться лишь сравнительно небольшая разность потенциалов, поскольку с одной стороны отключаемый разъединитель будет находиться под напряжением источника питания, а с другой его стороны некоторое время будет действовать примерно одинаковая ЭДС, наводимая вращающимися при питании по двум фазам синхронными и асинхронными двигателями нагрузки, а также за счет конденсаторных батарей, установленных в распределительной сети.

При отключении второго разъединителя под нагрузкой появится сильная дуга. Третий разъединитель вообще не будет отключать никакой мощности. Так как отключение второго по очередности разъединителя представляет собой наибольшую опасность, он должен находиться по возможности дальше от разъединителей других фаз. Поэтому при любом расположении разъединителей (в горизонтальном или вертикальном ряду) первым всегда следует отключать разъединитель средней фазы, затем при расположении разъединителей в горизонтальном ряду поочередно отключают крайние разъединители, а при вертикальном расположении разъединителей (один над другим) вторым отключают верхний разъединитель, третьим - нижний.

Операции включения однополюсных разъединителей выполняют в обратном порядке.

В цепях, содержащих выключатели с пружинными приводами, операции с разъединителями следует выполнять при ослабленных пружинах, чтобы избежать случайных включений выключателей во время производства операций с разъединителями.

В сетях 6 - 10 кВ, работающих с компенсацией емкостного тока замыкания на землю, перед отключением разъединителями тока намагничивания трансформатора, в нейтраль которого включен дугогасящий реактор, следует прежде всего отключить дугогасящий реактор, чтобы избежать перенапряжений, причиной которых может быть неодновременность размыканий контактов трех фаз разъединителей.

Личная безопасность персонала, выполняющего операции с разъединителями. При выполнении любой операции с разъединителями, находящимися под напряжением, выполняющий операцию (и контролирующий его действия - в случае участия в переключениях двух лиц) должен предварительно выбрать такое место у привода аппарата, чтобы избежать травм от возможных разрушений и падений вниз изоляторов аппарата вместе с закрепленными на них токопроводящими элементами, а также защитить себя от прямого воздействия электрической дуги при ее возникновении.

Не рекомендуется в момент проведения операции смотреть на контактные части аппарата. Однако после завершения операции включения или отключения проверка положений главных ножей разъединителей и ножей стационарных заземлителей является обязательной, поскольку на практике неоднократно наблюдались случаи недовключения главных ножей, неотключения ножей стационарных заземлителей отдельных фаз, попадания ножей мимо контактных губок, обравы тяг от приводов и т.д. При этом каждая фаза разъединителей должна проверяться отдельно, независимо от фактического положения ножей других фаз и наличия механических связей между ними.

Размещено на Allbest.ru