Электрические аппараты высокого напряжения

Высоковольтные выключатели: назначение, основные пара-метры. Устройство воздушных, элегазовых, масляных, электро-магнитных и вакуумных выключателей: краткая характеристика, область применения, выбор. Охрана труда при работе с аппаратами высокого напряжения. Разъединители, отделители, короткозамыкатели: назначение, устройство. Высоковольтные предохранители: устройство, основные параметры, выбор. Выключатели нагрузки: устройство, выбор. Трансформаторы тока (ТТ), напряжения (ТН): назначение, устройство ТТ и ТН на раз-личные классы напряжения, режимы работы, основные параметры, выбор ТТ и ТН. Реакторы: назначение, устройство одинарных и сдвоенных реакторов, основные параметры, выбор реак-торов. Инновационные пути развития электроаппаратостроения.

Литература: [1, с. 526–530, 552–628, 640–680].

Методические указания

Выключатели являются важнейшими коммутационными аппаратами. Они служат для включения и отключения токов нагрузки, токов короткого замыкания, токов холостого хода силовых трансформаторов, емкостных токов конденсаторных батарей, линий электропередачи. К основным параметрам выключателя относятся: номинальное напряжение, номинальный (длительный) ток, номинальный ток термической стойкости, номинальный ток электродинамической стойкости, номиналь-ный ток отключения, номинальная мощность отключения, номинальный ток включения, собственное время включения и отключения, полное время включения и отключения.

В масляных выключателях дуга, образующаяся между контактами, горит в трансформаторном масле. Под действием энергии дуги масло разлагается и образующиеся при этом газы и пары используются для гашения дуги. В зависимости от изоляции токоведущих частей различают баковые выключатели и маломасляные (малообъемные). В баковых выключателях масло используется для гашения дуги и изоляции токоведущих частей соседних фаз друг от друга и от земли, а в малообъемных выключателях трансформаторное масло исполь-зуется только для гашения дуги. В воздушных выключателях в качестве гасящей среды используется сжатый воздух, находящийся в баке под давлением. При отключении сжатый воздух из бака подается в дугогасительное устройство, обдувая дугу. В элегазовых выключателях гашение дуги осуществляется за счет охлаждения ее движущимся с большой скоростью элегазом, который используется и как изолирующая среда. В электромагнитных выключателях гашение дуги происходит за счет увеличения ее сопротивления вследствие интенсивного удлинения и охлаждения. В вакуумных выключателях контакты расходятся в вакууме. Возникающая при расхождении контактов дуга быстро гаснет благодаря интенсивной диффузии зарядов в вакууме.

При сравнительно небольшом токе нагрузки (400–600 А) в сетях 6–10 кВ применяются выключатели нагрузки. Они имеют дугогасительные устройства небольшой мощности для отключения токов нагрузки. Для гашения дуги применяются камеры с автогазовым, электромагнитным, элегазовым дутьем и вакуумными элементами. Для отключения токов короткого за-мыкания применяются высоковольтные предохранители.

Разъединители используют в системах электроснабжения для разъединения и переключения участков сети, находящихся под напряжением. Они создают необходимый видимый разрыв электрической цепи, требуемый условиями эксплуатации. Разъединители не имеют специальных устройств для гашения дуги, и с помощью их можно отключать небольшие токи, например, токи холостого хода трансформаторов, зарядные токи шин, линий.

Отделители – коммутационные аппараты, выполненные на базе разъединителей. Их назначение такое же, как и разъединителей. Отделители оснащены быстродействующим автоматическим приводом, с помощью которого производится быстрое размыкание цепи, например, в бестоковую паузу при действии автоматического повторного включения.

Короткозамыкатели служат для искусственного создания короткого замыкания, когда ток при повреждениях в трансформаторе может оказаться недостаточным для срабатывания релейной защиты. Они применяются на подстанциях без выключателей со стороны высшего напряжения.

Высоковольтные предохранители чаще всего применяются для защиты силовых трансформаторов небольшой мощности, электродвигателей, распределительных сетей, трансформаторов напряжения.

Наибольшее распространение получили предохранители с мелкозернистым наполнителем и стреляющие.

Предохранители характеризуются следующими параметрами: номинальным напряжением, наибольшим рабочим напряжением, номинальными токами предохранителя и плавкой вставки, номинальным и наименьшим токами отключения.

Трансформаторы тока имеют замкнутый магнитопровод с двумя обмотками. Через первичную обмотку проходит измеряемый ток, вторичная обмотка подключается к измерительным приборам или реле. Один вывод вторичной обмотки трансформатора обязательно заземляется. Основными параметрами трансформатора являются: номинальное напряжение, номиналь-ный первичный и вторичный токи, номинальный коэффициент трансформации, номинальная мощность нагрузки. Класс точности трансформатора определяется его погрешностью по току в процентах при первичном токе, равном 100–120 % от номинального. Трансформаторы тока могут иметь классы точ-ности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10.

Трансформаторы напряжения служат для преобразования высокого напряжения в низкое, стандартное напряжение. Обычно за номинальное вторичное напряжение принимается напряжение 100 В или В. Первичная обмотка трансформатора напряжения изолируется от вторичной в соответствии с классом напряжения установки. Для безопасности обслуживания один вывод вторичной обмотки заземляется. Таким образом, трансформатор напряжения изолирует измерительные приборы и реле от цепи высокого напряжения и делает безопасным их обслуживание.

Основными параметрами трансформаторов напряжения являются: номинальное напряжение первичной и вторичной обмоток, номинальный коэффициент трансформации, номиналь-ная вторичная нагрузка, класс точности (0,2; 0,5; 1; 3), зависящий от нагрузки.

Реакторы предназначены для ограничения тока короткого замыкания. Они представляют собой катушку с большим индуктивным и малым активным сопротивлением и характеризуются номинальным током, номинальным напряжением, индуктивным сопротивлением, токами термической и динамической стойкости.

Чтобы индуктивность катушек реакторов не зависела от величины тока, протекающего по обмоткам, реакторы выполняют без стальных сердечников. Для уменьшения падения напряжения в нормальном режиме применяют сдвоенные реакторы, в которых реакторы соседних ветвей сближены так, что между ними существует сильная магнитная связь. В нормальном режиме магнитные поля реакторов направлены встречно и оказывают взаимно размагничивающее действие. В результате индуктивное сопротивление ветви падает. Основные параметры сдвоенного реактора: номинальный ток каждой ветви, индуктивное сопротивление одной ветви в процентах, коэффициент связи, электродинамическая стойкость каждой вет-ви, термическая стойкость одной ветви.

Вопросы для самопроверки

1. Назначение и основные параметры высоковольтных выключателей.

2. Поясните устройство и принцип действия баковых масляных и маломасляных выключателей.

3. Какие приводы масляных выключателей применяются? Поясните их принципы действия.

4. Как устроены воздушные выключатели?

5. Как устроены элегазовые выключатели и вакуумные?

6. Как устроены электромагнитные выключатели?

7. Какие способы гашения дуги применяются в высоковольтных выключателях?

8. Поясните назначение, принцип действия и устройство выключателя нагрузки?

9. Как осуществляется выбор высоковольтных выключателей?

10. Назначение и устройство разъединителей и отделителей.

11. Как производится выбор разъединителей и отделителей?

12. Для каких целей служат короткозамыкатели? Поясните принцип работы и методику выбора короткозамыкателей.

13. Поясните принцип действия и устройство предохранителей с мелкозернистым наполнителем и стреляющего типа.

14. Как выбираются высоковольтные предохранители?

15. Поясните назначение, устройство и режимы работы транс-форматоров тока.

16. От каких факторов и как зависит погрешность трансформаторов тока?

17. Как осуществляется выбор трансформаторов тока?

18. Поясните назначение, устройство и режимы работы трансформаторов напряжения.

19. От каких факторов и как зависит погрешность трансформаторов напряжения?

20. Как осуществляется выбор трансформаторов напряжения?

21. Поясните назначение, принципиальное устройство и основные параметры реакторов.

22. Как устроены сдвоенные реакторы? Какими параметрами они характеризуются?

Литература

1. Чунихин, А.А. Электрические аппараты / А.А. Чунихин. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 720 с.

2. Чунихин, А.А. Аппараты высокого напряжения / А.А. Чу-нихин. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 432 с.

3. Основы теории электрических аппаратов / Б.К. Буль
[и др.]. – М.: Высшая школа, 1970. – 600 с.

4. Задачник по электрическим аппаратам / Г.В. Буткевич
[и др.]. – М.: Высшая школа, 1987. – 231 с.

5. Миловзоров, В.П. Электромагнитные устройства автоматики / В.П. Миловзоров. – М.: Высшая школа, 1983. – 408 с.