Оборудование трансформаторных подстанций

§ 128. ОБОРУДОВАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ

В состав оборудования трансформаторных подстанций входят: силовые трансформаторы, аппаратура защиты и коммутации, шинные устройства, измерительные трансформаторы и устройства автоматического контроля и управления.

Прием электрической энергии и дальнейшее распределение ее на подстанциях и в распределительных устройствах осуществляется посредством главных шин. Шины укрепляются с помощью крепеж­ных деталей на фарфоровых изоляторах. Шины для закрытых распределительных устройств (ЗРУ) 6—10 кв представляют собой голые, обычно алюминиевые (реже медные) полосы прямоугольного поперечного сечения. Для распознавания отдельных фаз (и защиты шин от коррозии) их окрашивают в различные цвета: фаза А — в желтый, фаза В — в зеленый, фаза С — в красный цвет.

Электрические линии присоединяют к главным шинам с по­мощью специальной аппаратуры (выключатели, разъединители и т. д.). Все электрические соединения подстанций и распределитель­ных устройств обычно изображают в виде однолинейных схем, на которых условными обозначениями показывают основные элементы установки (выключатели, предохранители и т. д.).

Измерительные трансформаторы применяют для включения из­мерительных приборов и обмоток реле защиты и управления.

К аппаратам защиты и коммутации, устанавливаемым на под­станциях, относятся выключатели мощности, выключатели нагруз­ки, разъединители, предохранители, разрядники и реакторы.

На рис. 168 изображена однолинейная схема  трансформаторной подстанции небольшой мощности (не более 320 ква), а на! рис. 169 — однолинейная схема трансформаторной подстанции большой мощности.

Масляные выключатели мощности предназначены для включе­ния и выключения различных электроустройств высокого напряже­ния переменного тока (генераторов, двигателей, трансформаторов) при нормальной эксплуатации, а также и для отключения их при перегрузке или коротких замыканиях.

Масляные выключатели по своей конструкции делятся на две основные группы: баковые выключатели с большим объемом мас­ла, которое является дугогасящей и изолирующей средой, и горшковые  выключатели с малым объемом масла, которое использует­ся для гашения дуги.

На рис. 170 показан схематиче­ский разрез бакового масляного вы­ключателя с большим объемом мас­ла и без специального устройства для гашения дуги. Выключатель состоит из металлического бака 2, заполненного маслом, и устройства для разрыва цепи тока. На стенке бака имеется указатель уровня мас­ла. Сверху бак закрыт металличе­ской крышкой 2, в которой имеется газоотводная трубка и закреплены проходные изоляторы 3 (втулки). Внутри втулок помещены токоведущие стержни 4, соединенные с не­подвижными контактами 5. Подвиж­ные контакты 6 укреплены на изоля­ционной планке 7, жестко связанной с вертикальной штангой 8. Штанга с   подвижной   контактной   системой

под действием пружины 9, помещенной в верхней части выключа­теля, стремится разомкнуть контакты, но в нормальных условиях удерживается электромеханической защелкой 10.

При размыкании подвижных и неподвижных контактов между ними возникает электрическая дуга, так как накопленная в цепи электрическая энергия не может мгновенно исчезнуть и стремит­ся поддержать ток, проходящий через дугу, состоящую из раска­ленных газов. Под действием высокой температуры ближайшие слои масла испаряются и разлагаются на составные части, вслед­ствие чего дуга оказывается окруженной газовой средой (газовым пузырем) — водородом, который обладает высокой теплоемкостью и диэлектрической прочностью. Это облегчает гашение дуги.

После гашения дуги в масле остаются раскаленные газы, кото­рые поднимаются вверх через весь слой масла, охлаждаясь на сво­ем пути и собираясь под крышкой выключателя в специально остав­ленном незаполненном маслом буферном пространстве, сообщаю­щемся с воздухом через газоотводную трубку. Большая часть газов состоит из водорода, который с кислородом воздуха образует гре­мучую смесь.

Если водород, проходя через слой масла, недостаточно охлаж­дается, то гремучая смесь может взорваться, что поведет к разруше­нию выключателя, загоранию масла и может быть причиной пожаpa. Поэтому слой масла над контактами должен быть достаточно большим. Однако наполнение маслом выключателя сверх установ­ленной нормы также недопустимо, так как при этом уменьшается буферное пространство, что может, в свою очередь, вызвать взрыв выключателя расширяющимися газами.

Учитывая возможность взрывов при эксплуатации, масляные  выключатели с большим объемом масла устанавливают в специ­альных взрывных камерах, представляющих собой железобетонное или кирпичное изолированное помещение.

Горшковые выключатели (рис. 171) с малым объемом масла безопасны в отношении взрывов и пожаров вследствие большой прочности цилиндров и малого объема масла. Поэтому они не требуют специальных изолированных помещений для своей уста­новки.

Контактами является подвижный стержень и неподвижный контакт розеточного типа, находящийся в нижней части горшка.

При включении подвижный стержень, проходя через центральное отверстие, отжимает две латунные заслонки, находящиеся под давлением пружины. При выключении латунные заслонки закрыва­ют отверстие, через которое проходит подвижный контакт.

При отключении между подвижным и неподвижным контакта­ми образуется дуга. Под влиянием высокой температуры дуга ок­ружена газовой средой, вследствие чего резко повышается давле­ние в нижней части горшка. Поэтому поток масла устремляется че­рез поперечный канал гасительной камеры в верхнюю часть горшка и гасит дугу.

Основными величинами, характеризующими масляный выклю­чатель, являются номинальное напряжение и ток, предельный от­ключаемый ток и предельная отключаемая мощность.

Выключатели нагрузки предназначены для выключения и отключения электрических цепей только в условиях нормального ре­жима работы.

Дугогасительным устройством выключателя нагрузки является пластмассовая разъемная камера с вкладышем из органического стекла, внутри которого перемещается подвижной нож дугогаси­тельной системы выключателя. В нижней части камеры находится неподвижный нож дугогасительной системы.

При отключении расходятся сначала рабочие контакты, а за­тем контакты дугогасительной системы, между которыми возника­ет дуга. Под действием высокой температуры из стенок вкладыша выделяются газы (в основном водород), создающие дутье, гасящее дугу.

Выключатели нагрузки снабжаются плавкими предохранителя­ми, защищающими цепь от перегрузок и коротких замыканий.

Для защиты силовых цепей до 35 кв устанавливают плавкие пре­дохранители ПК (с кварцевым заполнением). Такой предохрани­тель представляет собой фарфоровую трубку, внутри которой по­мещены плавкие вставки. Трубка засыпается кварцевым песком, способствующим гашению дуги, возникающей при перегорании предохранителя.

Разъединители применяют в установках высокого напряжения для тех. или иных отключений и переключений в находящейся под напряжением цепи. Например, после выключения масляного вы­ключателя его отключают от линии с помощью разъединителей для производства нужного ремонта.

По своему устройству разъединитель подобен рубильнику. Сле­дует иметь в виду, что выключение разъединителя под нагрузкой ни в коем случае недопустимо, так как на ножках разъединителя при отключении его под током появляется устойчивая дуга, кото­рая может послужить причиной тяжелых аварий.

В выключенном положении контакты разъединителя имеют расстояние, достаточное для того, чтобы не получилось пробоя.

Реакторы служат для ограничения токов коротких замыканий. Реактор представляет собой индуктивную катушку, не имеющую стального сердечника и состоящую из нескольких витков изолиро­ванной медной проволоки большого поперечного сечения. Реакторы имеют большое индуктивное и малое активное сопротивление.

В результате уменьшения величины токов короткого замыкания при помощи реакторов оказывается возможным устанавливать на станциях и подстанциях более дешевую и простую аппаратуру, рассчитанную на меньшие токи короткого замыкания, применять Кабели и шины меньшего сечения. Это значительно снижает стои­мость распределительного устройства и повышает надежность его работы.

Разрядник представляет собой аппарат, предназначенный для защиты электротехнических устройств от перенапряжений. Пере­напряжениями называются повышения напряжения сверх номи­нального, достигающие величин, опасных для целости изоляции.

Такое  повышение напряжения создается электромагнитными процессами, связанными с грозовыми разрядами, или процессами, со­путствующими включениям, выключениям, коротким замыканиям между фазами и т. п.

Разрядник включают между проводом и землей; он служит для! соединения с землей провода, в котором возникло перенапряжение. Основной  частью  разрядника является искровой промежуток, в  котором   при   перенапряжении   возникает  электрическая   дуга.   По окончании перенапряжения дуга гаснет, и разрядник вновь не проводит тока.

Последовательно с разрядниками включают сопротивления для уменьшения тока через разрядник и для гашения дуги при снижении напряжения до номинального.

Простейшим разрядников служат два электрода, выполненные в виде рогов, разделен­ные промежутком. Более совершенным является разрядник применением нелинейных сопротивлении (например, тиритовый).

В   электроустановках    промышленных предприятий широко используют резервирование элек­троснабжения путем переключения питания потребителей с поврежденного на исправно действующий ввод. Для этого предприятие должно быть обеспечено двумя вводами от двух независимых источников электроэнергии, т. е. применяют автоматическое включение резерва АВР на стороне низкого напряжения.

АВР может устанавливаться при наличии как двух, высоко­вольтных или низковольтных вводов, так и при одном высоко­вольтном и одном низковольтном вводе.

Принципиальная схема АВР изображена на рис. 172. При на­личии напряжения на первом вводе сработает реле напряжения Рн, включив своими нормально открытыми контактами катушку электромагнита привода контактора нормальной работы Кн. Одно­временно разомкнутся нормально закрытые контакты реле Рн в цепи катушки контактора аварийного питания Ка. Таким образом, контактор Кн будет включен, а Ка — выключен, и электроснабже­ние предприятия будет осуществляться от 1-го ввода.

При прекращении подачи энергии по первому вводу (или при значительном снижении напряжения) реле Рн отпускает свои кон­такты в исходное положение, в результате чего контактор Кн отключается, а  Ка  включается, так что нагрузка получает электроэнергию от второго ввода. При восстановлении напряже­ния на первом вводе АВР переключает нагрузку вновь на первый ввод.