Электрические аппараты (предохранители, измерительные трансформато­ры тока и напряжения)

Электрические аппараты высокого напряжения используются в электроэнергетических системах (объединенных и автономных) для осуществления всех необходимых изменений схем выдачи мощности и электроснабжения потребителей в нормальном эксплуатационном режиме и в аварийных условиях, обеспечения непрерывного контроля за состоянием систем высокого напряжения, ограничения возникающих в процессе эксплуатации перенапряжений и токов короткого замыкания (КЗ), а также для компенсации избыточной зарядной мощности линий в нормальных и аварийных режимах. Иными словами с помощью электрических аппаратов высокого напряжения осуществляется управление энергетическими системами в самом широком смысле этого понятия.
По функциональному признаку аппараты высокого напряжения подразделяются на следующие виды:
коммутационные аппараты (выключатели, выключатели нагрузки, разъединители, короткозамыкатели, отделители); измерительные аппараты (трансформаторы тока и напряжения, делители напряжения);
ограничивающие аппараты (предохранители, реакторы, разрядники, нелинейные ограничители перенапряжений); компенсирующие аппараты (управляемые и неуправляемые шунтирующие реакторы).
Коммутационные аппараты используются для формирования необходимых схем выдачи мощности от электростанций, ее передачи на расстояние и схем электроснабжения потребителей.

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ - это коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение.
Простота устройства и обслуживания, малые размеры, высокая отключающая способность, небольшая стоимость обеспечили очень широкое их применение.
Предохранители низкого напряжения изготавливаются на токи от миллиампер до тысячи ампер и на напряжение до 660 В, а предохранители высокого напряжения – до 35 кВ и выше.
Широкое применение предохранителей в самых различных областях народного хозяйства и в быту привело к многообразию их конструкций. Однако, несмотря на это, все они имеют следующие основные элементы: корпус; плавкую вставку; контактное присоединительное устройство; дугогасительное устройство или дугогасящую среду.
Процесс срабатывания предохранителя делится на несколько стадий: нагревание вставки до температуры плавления, плавление и испарение вставки, возникновение и гашение электрической дуги с восстановлением изоляционных свойств образующегося изоляционного промежутка.
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМ

Измерительные — трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН) применяются для осуществления непрерывного контроля за этими параметрами электрической цепи в качестве датчиков сигнала ее состояния, воспринимаемого устройствами защиты и автоматики. Применяются ТТ и ТН при высоких напряжениях и больших токах, когда непосредственное включение в первичные цепи контрольно-измерительных приборов, реле и приборов автоматики технически невозможно или недопустимо по условиям безопасности обслуживающего персонала. Измерительные трансформаторы устанавливаются в открытых (ОРУ), закрытых (ЗРУ) и герметичных (ГРУ) распределительных устройствах и связываются контрольными кабелями с приборами устройств вторичной коммутации, которые размещаются на панелях щитов и пультов и на стенах в помещениях щитов управления, машинного зала и РУ. Основное требование к трансформаторам тока — обеспечение передачи информации со стороны высокого потенциала на потенциал земли с минимально возможными искажениями.
Наиболее распространенными в настоящее время являются электромагнитные ТТ и ТН, содержащие магнитопровод, первичную обмотку, включаемую непосредственно в цепь высокого напряжения последовательно (ТТ) либо параллельно (ТН), и одну или несколько вторичных обмоток. Номинальный ток вторичных обмоток ТТ составляет обычно 5 А. иногда 1 А, номинальное напряжение вторичных обмоток ТН составляет обычно 100 В.
Эти трансформаторы имеют очень небольшие погрешности в установившемся режиме: от долей процента до нескольких процентов в зависимости от класса точности. Однако в переходных режимах, связанных, например, с возникновением КЗ, погрешности измерения тока и напряжения могут достигать 10% и более прежде всего из-за насыщения стали сердечника.
В связи с этим в последнее время вместо электромагнитных ТН применяются емкостные делители, а вместо электромагнитных ТТ — оптико-электронные, в которых передача сигнала со стороны высокого потенциала на землю осуществляется по оптическому каналу с помощью волоконных световодов (ОЭТТ). Такие ТТ передают сигнал на устройства защиты и управления практически без искажения.
Однако, мощность передаваемого по оптическому каналу сигнала недостаточна для использования в обычных устройствах релейной защиты и автоматики. Поэтому использование ОЭТТ необходимо сочетать с применением микроэлектронных устройств и ЭВМ.

2. Электрическая аппаратура. Изоляторы распределительных устройств.

Распределительные устройства (РУ) являются наиболее ответственными элементами электрической части станций, поскольку в них сосредоточена вся коммутационная аппаратура (выключатели, разъединители), силовые и измерительные трансформаторы или автотрансформаторы, сборные шины, реакторы, дугогасительные катушки, разрядники, предохранители, выводы кабельных или воздушных линий.
Основным требованием к РУ является обеспечение надежности работы, так как повреждение ответственных элементов РУ (в первую очередь сборных шин) обязательно приводит к распаду всех связей, работающих через данное РУ, и прекращению нормальною энергоснабжения подключенных к нему потребителей.
Распределительные устройства бывают закрытого и открытого исполнения. Выбранные по номинальному напряжению и номинальному току РУ должны выдерживать возможные перенапряжения в пределах величины испытательных напряжений и быть термически и динамически устойчивыми при эксплуатационных перегрузках и протекании токов короткого замыкания. Кроме того, конструкции электрических аппаратов должны обладать простотой, компактностью и удобством обслуживания.
Надежность работы изоляции электрических аппаратов во всех эксплуатационных режимах зависит от правильного выбора уровня изоляции и соответствия его конкретным условиям эксплуатации. Уровни изоляции вновь устанавливаемой аппаратуры определены ГОСТ «Разрядные и испытательные напряжения изоляции аппаратуры и трансформаторов» и характеризуются импульсным испытательным напряжением стандартной волны.
Изоляция установленных в распределительных устройствах аппаратов и трансформаторов выбирается по величине номинального напряжения в соответствии с исполнением РУ для внутренней или наружной установки.
Внешняя изоляция аппаратуры и трансформаторов, установленных на открытых распределительных устройствах (ОРУ), в зависимости от степени загрязненности атмосферы может быть выбрана
Примечание. Открытые распределительные устройства 3—330 кв. должны сооружаться за пределами зоны III степени загрязнения. ОРУ 500 кв. должны сооружаться за пределами зоны II степени загрязнения. При размещении электростанции в пределах первой половины минимального защитного интервала распределительные устройства должны выполняться закрытыми. До освоения производства электрооборудования с изоляцией усиленного исполнения по ГОСТ 9920-61 распределительные устройства, размещаемые в зонах II степени загрязнения, разрешается выполнять закрытыми.
В ОРУ, сооружаемых в зонах II степени загрязнения, следует предусматривать водопровод для обмотки изоляторов.
Величины минимальных защитных зон и исполнение изоляции ОРУ тепловых электростанций с точки зрения уносов самой электростанции не нормируются, поскольку на них предусмотрены эффективные системы золоулавливания и высокие дымовые трубы.
Аппаратура ЗРУ работает в более надежных условиях, так как не подвергается атмосферным воздействиям или интенсивному загрязнению, поэтому ее изоляция имеет упрощенную конструкцию. К достоинствам ОРУ следует отнести меньшую стоимость строительных сооружений, хороший обзор, простую возможность расширения. С другой стороны, стоимость аппаратуры для ОРУ значительно выше за счет применения более сложной конструкции внешней изоляции.
Аппаратура обычного исполнения рассчитана для работы па высоте не более 1 ООО м над уровнем моря, в высокогорных районах необходимо применять усиленную внешнюю изоляцию, рассчитанную на более высокие разрядные напряжения.
Надежность работы контактных соединений аппаратов и шин определяется качеством их изготовления и монтажа. Сопротивление контакта RK увеличивает общее сопротивление электрической цепи с включенным коммутационным аппаратом: где R — переходное сопротивление, обусловленное неровностями поверхности металла;
R—сопротивление образованных поверхностных пленок.
Величина переходного сопротивления контакта зависит от физических свойств контактных материалов, геометрической формы поверхности и контактного давления. Неровность поверхности контактов вызывает увеличение плотности тока в точках касания во время нормальной работы до 107 а/см2. В процессе замыкания контакта аппарата площадь соприкасающихся поверхностей под действием внешнего давления изменяется и происходит деформация поверхностей, характер которой зависит от механических свойств контактных материалов.
Расчетная сила нажатия на контакты аппарата должна выбираться такой, чтобы поверхность их соприкосновения была чисто металлической. Наличие газовых включений способствует увеличению переходного сопротивления контакта, появлению перепада напряжений на контакте и как следствие возрастанию его температуры.
Образование пленок на контактной поверхности (органического или неорганического происхождения) возможно вследствие увеличения температуры или изменения химического состава окружающего контакты воздуха.
Увеличение сопротивления контактов в свою очередь приводит к дальнейшему росту температуры. Во избежание сваривания контактов в процессе работы контактные поверхности должны выполняться из специальных сплавов или металлокерамических соединений, работающих на принципе разделения контактной поверхности на множество частей (например, серебряно-графитовые и прочие сплавы).
Таким образом, требования к материалу контактных соединении оказываются несколько противоречивыми: с одной стороны, он должен обеспечить минимальное контактное сопротивление и высокую проводимость, а с другой стороны, из условия надежности его работы при гашении дуги во избежание разрушения или сваривания он должен быть тугоплавким, т. е. иметь повышенные значения контактного сопротивления. расширяющийся цемент цена.
При приемке из монтажа РУ следует иметь в виду, что доступ к многим контактным соединениям, в первую очередь сборным шинам, в эксплуатации затруднен, поэтому качество монтажа контактных соединений шин должно быть очень высоким.
Все электрические аппараты перед включением в работу после монтажа должны пройти испытания в установленном объеме.
Примерное распределение повреждений по видам аппаратуры РУ приведено в табл. 5-2.
Большая часть повреждений масляных выключателей происходит вследствие разрушений из-за непогашения дуги, перекрытия внутренних или наружных изоляционных частей, перегрева или приваривания контактов, поломки изолирующих тяг. Вводы масляных выключателей выходят из строя из-за недостаточной механической прочности фарфора изолятора, снижения электрической прочности масла (маслонаполненные) или мастики (мастичные).
Для воздушных выключателей наиболее характерными являются отказы в отключении токов коротких замыканий и малых токов (ток ненагруженных линий или трансформаторов), поломка изоляторов, повреждения контактной системы и механизмов приводов, приводящих к неполнофазному отключению или включению.
Повреждения разъединителей чаще всего встречаются при напряжении 6—10 кв., значительно реже для напряжений 35—110 кв. и происходят обычно из-за пробоя или разрушения изоляторов. Для сборных шин наиболее характерны повреждения из-за плохих контактов шин и аппаратных зажимов.
Повреждения изоляторов происходят из-за нарушения их электрической прочности вследствие загрязнения поверхности или вследствие появления в изоляторе механических трещин или изломов.
Повреждения измерительных трансформаторов тока и напряжения возникают при неправильном режиме их работы (разомкнута вторичная обмотка трансформатора тока, короткое замыкание в обмотках трансформатора напряжения и пр.)