Такие устройства, как рубильники и разъединители , предназначаются для коммутации различных электрических цепей, причем как тех, которые находятся под нагрузкой, так и обесточенных. Это электрооборудование распространено очень широко, отличается относительной простотой конструкцией, высокой степенью надежности, удобством в эксплуатации и длительным сроком службы. Рубильники устанавливаются в различных , шкафах трансформаторных подстанций. Что касается разъединителей, то они являются, по сути дела, подвидом рубильников и необходимы для того, чтобы обеспечить видимого отключения и визуально показывают, что электрическая цепь действительно разорвана.
Конструкция и разновидности рубильников
Конструктивно рубильник состоит из нескольких частей, которые определенным образом соединены друг с другом. Его основой является панель, которая в обязательном порядке выполняется из диэлектрика. На ней закрепляются стойки с расположенными на них неподвижными контактными группами. Что касается подвижных контактов, то они представляют собой ножи, которые жестко крепятся на общем вале. В положении «Включено» они плотно прилегают к неподвижным контактам, что обеспечивает замыкание цепей по всем полюсам. Кроме того, рубильники часто оснащаются специальными дугогасительными камерами.
По способу привода рубильники подразделяются на рычажные и с центральной рукояткой. В первых приведение ножей в движение осуществляется с помощью системы рычагов, а во вторых — при перемещении рукоятки напрямую. Следует заметить, что рубильники с центральной рукояткой чаще всего применяются для разъединения цепей, которые не находятся под нагрузкой, а рычажные рубильники — тех, по котором протекает электрический ток.
Рубильники могут иметь один, два или три одновременно коммутируемых полюса, а также одно или два направления. Что касается такого важного показателя, как номинальный ток, то для этого электрооборудования он может достигать значения 1 000 А, а максимальное напряжение — 500 В. Впрочем, для тех цепей, где эти показатели существенно выше, выпускаются специальные рубильники, которые имеют дистанционное управление и оснащаются специальными защитными кожухами.
Конструкция и разновидности разъединителей
В отличие от рубильников, разъединители никогда не оснащаются дугогасительными камерами по той простой причине, что во время их включения или выключения цепь не находится под напряжением. По виду монтажа эти электротехнические устройства подразделяются на те, которые предназначены для наружной и внутренней установки; по количеству полюсов — на одно-, двух- и трехполюсные; по способу перемещения ножа — на устройства качающегося и вертикально-поворотного вида. Что касается типа управления, то однополюсные разъединители оборудуются изоляционными штангами, а трехполюсные — рычажным приводом.
Выключатели нагрузки - это электрические аппараты, предназначенные для включения и отключения нагрузочных токов цепей, вплоть до номинальных токов аппаратов. Выключатели нагрузки не способны отключать токи КЗ. Эти функции передаются на последовательно включаемые предохранители или на выключатели головных участков сети. Конструкция существующих выключателей нагрузки базируется на конструкции разъединителей. Отличие состоит в наличии маломощного газогенерирующего дуго-гасительного устройства со сменными газогенерирующими вкладышами из органического стекла.
Выключатель нагрузки отличается от разъединителя наличием дугогасительных камер и отключающих пружин. Дугогасительная камера работает следующим образом: если при размыкании в цепи выключателя будет проходить ток нагрузки, то возникнет электрическая дуга. Под действием высокой температуры дуги вкладыши камеры из органического стекла начинают разлагаться и выделять газ, давление газа в небольшом объеме щели значительно повышается и дуга гаснет за несколько сотых долей секунды. Ручное включение выключателя осуществляется приводом ПР-17. Электромагнитный привод ПЭ-11 обеспечивает ручное или дистанционное включение или автоматическое отключение выключателя.
Выключатели нагрузки отличаются от обычных разъединителей тем, что у них имеется дугогаСящее устройство, позволяющее делать необходимые переключения под нагрузкой.
| Привод ПРБА. |
Выключатели нагрузки служат для включения и отключения при помощи рычажного привода высоковольтной цепи под нагрузкой. Защита от перегрузок и коротких замыканий осуществляется предохранителями ПК, которые могут быть установлены на общей раме с выключателями нагрузки.
Выключатель нагрузки представляет собой трехполюсный коммутационный аппарат переменного тока для напряжения свыше 1 кВ, рассчитанный на отключение рабочего тока, порядка номинального, и снабженный приводом для неавтоматического или автоматического управления. Выключатели нагрузки не предназначены для отключения тока КЗ, но включающая их способность соответствует электродинамической стойкости при КЗ.
Выключатели нагрузки применяют в присоединениях силовых трансформаторов на стороне высшего напряжения вместо силовых выключателей, если это возможно по условиям работы электроустановки. В связи с совершенствованием конструкций выключателей нагрузки область их применения расширяется.
Выключатели нагрузки и разъединители имеют одинаковую конструкцию. В качестве дугогасящей и изоляционной среды используется эле-газ. Три поворотных контакта помещены в корпус, заполненный элега-зом с избыточным давлением 40 кПа, герметичность корпуса всегда проверяется на заводе-изготовителе. Заземляющий разъединитель, помещенный в элегаз, обладает необходимой стойкостью к включению на короткое замыкание.
Аппараты высокого напряжения, являясь в основном аппаратами распред-х устр-в, служат для распределения мощных потоков электроэнергии и управления ими, обеспечения надежной работы энергоустановок и систем при аварийных режимах.
К основным аппаратам распред-х устр-в (не только высокого напряжения) относятся выключатели, разъединители и построенные на их базе реакторы и разрядники, а также измерительные тр-ры тока и напряж-я, предохранители.
Выключатели силовые.
Осуществляют оперативные включения и отключения, а главное, защиту от токов КЗ. Кроме номинальных значений тока и напряж-я основными показателями для них явл-ся номинальные токи отключения, включения и электродинамической стойкости, т.е. наибольшие токи КЗ, которые выключатель способен отключить, включить и пропустить ч/з себя не разрушаясь.
По способу гашения дуги высоковольтные выкл-ле могут быть масляные, воздушные, элегазовые, вакуумные, электромагнитные и др.
По конструкции выкл-ли каждого типа в зависимости от выполняемых ф-ций (назначения) в схемах распределительных устр-в подразделяются на генераторные, сетевые или подстанционные. Генераторные выкл-ли харак-ся значениями номинальных токов и большими токами отключения при меньших напряжениях, сетевые- меньшими номинальными токами и более высокими напряжениями, подстанционные – наивысшими номинальными напряжениями, наиболее высокой отключающей способностью, быстродействием и наличием автом-го повторного включ-я (АПВ). Аппараты различаются еще по другим характеристикам- быстродействию, наличию АПВ, исполнению- для наружной или внутренней установки, по числу фаз и т.д.
Выключатели нагрузки.
Предназначены для управления высоковольтными синхронными и асинхр-ми двигателями большой мощности, а также другими нагрузками с малой индуктивностью. Они должны обеспечивать надежную коммутацию токов рабочих режимов (пуск, реверс, торможение, остановка и т.д. с большой частотой (300-600 вкл/ч)). Соответственно этому они должны иметь сравнительно с выкл-ми намного большую механич-ю и коммутац-ю износостойкость. Защита цепей здесь осущ-ся соответствующими выключателями или предохранителями.
В сетях 6-10 кВ электроснабжения предприятий возникает необходимость отключения и включения токов нормальной нагрузки. Простейшим коммутац-м аппаратом, позволяющим откл-ть и вкл-ть токи нагрузки в нормальном режиме, явл-ся автогазовый выкл-ль нагрузки ВНПР. Выключатели нагрузки ВНП созданы на базе разъединителей рубящего типа. На опорном изоляторе с неподвижным главным контактом укреплена дугогасительная камера с газогенерирующими вкладышами. К главному подвижному контакту-ножу присоединена скоба с дугогасительным контактом. При отключении под действием пружины привода движение от вала передается главным контакт-ножам, которые размыкаются в воздухе первыми, но дуги не образуется, т.к. весь ток проходит по дугогасительным контактам. При дальнейшем движении ножа размыкаются дугогасит-е контакты, возникшая дуга воздействует на вкладыши, из кот-х выдел-ся газ. Давление в камере повыш-ся, а при выходе дугогас-го ножа из камеры созд-ся выхлоп газа и дуга гаснет. При включ-ии сначала замык-ся дугогас-е контакты, затем- главные.
Разъединители.
Разъединитель-контактный коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения электрической цепи без тока или с незначительным током, который для обеспеч-я безопасности имеет м/у контактами в отключенном положении изоляционный промежуток.
Разъединители играют важную роль в схемах электроустановок, от надежности их работы зависит надежность работы всей электроустановки, поэтому к ним предъявл-ся следующие требов-я:
1) создание видимого разрыва в воздухе, электр-я прочность которого соотв-ет максимальному импульсному напряж-ю;
2) электродинамич-я и термич-я стойкость при протекании токов КЗ;
3) исключение самопроизвольных отключений;
4) четкое включ-е и откл-е при наихудших усл-ях работы (обледенение, снег, ветер).
Разъединители по числу полюсов могут быть одно- трехполюсными, по роду установки-для внутр-х и наружных установок, по конструкции- рубящего, поворотного, катящегося, подвесного типа. По способу установки- с вертикальным и горизонтальным расположением ножей.
Отделители и короткозамыкатели.
Отделитель предназначен для автоматич-го откл-я поврежденного участка эл-й цепи в момент отсутствия в ней тока, т.е. в период бестоковой паузы цикла АПВ выключателя на питающем конце линии.
Короткозамыкатель предназначен для создания искусственного КЗ с целью вызвать отключение выключателя, установл-го на питающем конце линии.
По конструкции отделители и короткозамыкатели суть разъединители с быстродействующими приводами, управляемыми от системы защиты.
Констр-я короткозам-ля. Ножи, соединенные с заземленной шиной, приводятся в движение пружинным приводом при подаче импульса от релейной защиты и замыкаются на неподвижные контакты, находящ-ся под напряж-ем, время откл-я сост-ет 0,12-0,25 с. Откл-е произв-ся вручную
Разъединители — аппараты коммутации, служащие для выключения и включения цепи тока без потребителя, или с небольшой нагрузкой. Таким небольшим током может служить ток намагничивания трансформатора, либо другой ток не выше 15 ампер.
Также разъединители служат для образования разрыва цепи при выключении электрической сети. Это нужно для создания безопасности при проведении работ по ремонту электрооборудования. В этом случае разъединитель образует видимый разрыв между цепью рабочего оборудования и устройств, находящихся в ремонте.
Устройство
Конструкцию разъединителей можно изучить на примере аппарата коммутации с 3-мя полюсами, рубящего вида.
Он представляет собой находящиеся на одной раме три полюса. У всех полюсов есть по два контакта: подвижный и неподвижный. Подвижные виды клемм полюсов скреплены изоляторами с одним валом. Также вал соединен с рычагом механизма привода аппарата. При управлении механизмом разъединителя сразу включаются все три ножа одновременно.
Соединение контактов сделано жестким с помощью специальных пружин. Они нажимают на пластины из стали, придавливают ножи подвижного контакта к стационарному.
Во время короткого замыкания по разъединителю проходит большой ток, который приводит к его разрушению. Для решения этой проблемы в конструкцию разъединителя вмонтировали магнитный замок, который включает в себя 2 пластины, находящиеся по сторонам двигающегося контакта. Эти пластины намагничиваются от действия тока короткого замыкания, сильно притягиваются друг к другу, и создают дополнительную упругость между контактами.
В конструкции разъединителей не предусмотрено устройство для гашения электрической дуги, поэтому при включенной нагрузке выключать разъединитель запрещается. Для таких целей предназначены другие устройства, например, выключатели. Чтобы не произошло выключение цепи разъединителем при включенной нагрузке, в их конструкции предусмотрены механические блокираторы. Также для этих целей служат механические фиксаторы.
Требования к разъединителям
Такие требования нужны для обслуживания разъединителей электромонтером, либо другим обслуживающим персоналом.
- Конструкция разъединителей выполняется такой, чтобы был виден разрыв цепи по классу напряжения.
- Приводы должны быть оборудованы жесткого закрепления ножей в выключенном и включенном положении. Также должны быть хорошие упоры для ограничения поворота ножа больше положенного.
- Разъединители должны быть приспособлены для любых погодных условий.
- Изоляторы и тяги должны иметь достаточную прочность, не разрушаться при выполнении переключений.
- Главные ножи разъединителей обязательно должны оснащаться блокировкой с ножами заземления, не допускающей одновременного включения.
Принцип действия и порядок выполнения переключений
В распредустройствах действия с разъединителями должны производиться только после того, как проверено отключенное состояние выключателя цепи.
Перед отключением разъединителя нужно снаружи осмотреть всю конструкцию. На разъединителях, блокирующих устройствах и их приводах не должно иметься повреждений, которые могли бы помешать выполнению операции выключения. Особо нужно осмотреть, нет ли шунтирующих перемычек для разъединителей.
Если обнаружены какие-либо дефекты и неисправности, то выключение разъединителя необходимо выполнять осторожно, с разрешения должностного лица, распорядившегося сделать переключение. При обнаружении трещин на изоляторах запрещается производить какие-либо операции с разъединителями.
При ручном механизме привода разъединитель нужно включать быстро и аккуратно, в конце хода не нужно допускать удара. Если во время включения появилась электрическая дуга, то ножи отводить обратно нельзя, так как размер дуги увеличится и перекроет междуфазное пространство, вызвав короткое замыкание. В любом случае операцию необходимо довести до завершения. Когда контакты замкнутся, то дуга исчезнет, и не создаст никаких проблем.
Обратную операцию по разъединению цепи производят не торопясь, с осторожностью. Сначала производят небольшое движение рычагом для проверки действия тяг, поломок изоляторов, люфтов в соединениях. Если при расцеплении цепи появляется дуга, то нужно сразу разъединитель вернуть обратно на свое место, выяснить причину. До выяснения переключения делать запрещается.
Выключение однополюсных разъединителей
Такие операции проводятся специальными штангами, в определенной последовательности, чтобы обеспечить максимальную защиту персонала. Представим такой случай, когда электромонтер начал выполнять отключение ошибочно, не отключив нагрузку.
С включенной нагрузке 1-й разъединитель выключать не опасно, так как сильная дуга не образуется. При расцеплении контактов может возникнуть только малое напряжение, с одной стороны разъединитель будет иметь напряжение источника, с другой будет одинаковая разность потенциалов, которая наводится работающими двигателями, а также конденсаторами, имеющимися в сети.
При выключении 2-го разъединителя может возникнуть мощная дуга. На 3-м разъединителе не будет большой мощности. Поэтому, как бы ни располагались разъединители, первым надо отключать средний разъединитель, далее верхний, затем нижний (при вертикальном расположении). Если расположение горизонтальное, то принцип тот же самый, только вместо верхнего и нижнего, нужно отключать правый и левый в любом порядке.
Если выключатели оснащены пружинами, то работать с разъединителями нужно, ослабив сначала пружины на выключателях, во избежание случайных срабатываний выключателей при операциях с разъединителями.
На линии 6-10 киловольт, где есть компенсация тока на заземление, перед тем как отключить ток намагничивания, сначала отключают реактор дугогашения, чтобы не было перенапряжений. Они могут возникнуть из-за неодновременного расцепления контактов фаз.
Особенности применения
Разъединители служат для видимого расцепления участка электрической цепи во время ремонта оборудования, создания безопасности, исключают подачу питания на ремонтный участок. Также расцепители можно применить для переключения питания электрическим током с одной цепи на другую.
По правилам разъединители могут включать и отключать:
- Нейтрали трансформаторов до 220 киловольт.
- Дугогасящие заземляющие реакторы, если нет замыкания на землю.
- Тока намагничивания.
- Подключение трансформаторов на холостом ходу до 750 кВА.
- Тока заряда и замыкания на заземление воздушных линий питания.
- Тока заряда шин, других подключений, удовлетворяющих требованиям нормативов.
- Отключение токов уравнения до 70 ампер в кольцевых сетях, замыкание сети при отличии напряжений на клеммах не выше 5%.
Отключение уравнительных токов
Разъединители могут отключать, включать токи заряда воздушных и кабельных сетей, токи намагничивания, в том числе силовых, уравнивающие токи, а также слабые токи нагрузки. Это подтверждено директивными и регламентирующими документами. Уравнительный ток – это ток между участками электрической замкнутой сети, обусловленный разностью значений напряжений во время коммутации электрической связи, то есть, во время отключения или соединения.
В закрытых распредустройствах до 10 кВ разъединителями можно включать и выключать токи намагничивания силовых трансформаторов, токов заряда линий, замыкания на землю, не больше следующих величин:
- При 6 киловольтах – ток 3,5 ампер, ток заряда 2,5 ампер, ток замыкания на землю 4 ампера.
- При 10 киловольтах – ток намагничивания 3 ампера, ток заряда 2 ампера, замыкающий ток на землю 3 ампера.
Если между полюсами установлены перегородки из диэлектрического материала, то допускаемый ток при переключениях можно увеличить в 1,5 раза.
Разъединителями при напряжении от 6 до 10 киловольт можно включать и выключать токи уравнивания до 70 ампер, а также токи нагрузки линии до 15 ампер, если операция переключения проводится 3-полюсными разъединителями внешней установки с приводным механизмом.
Если в электрической цепи нет выключателя, то при напряжении сети до 10 кВ допускается производить операции с разъединителями при малых токах, которые намного меньше тока номинала устройств.
Чаще всего разъединители оснащают стационарными заземлителями. Это дает возможность не устанавливать переносные заземления на устройствах, которые требуют ремонта, а значит, не будет нарушения требований правил безопасности при установке заземлений.
Обеспечение безопасности
Во время выполнения переключений с помощью разъединителей под напряжением, электромонтер должен выбрать правильное место своего расположения возле привода, чтобы не получить травм при случайном падении изолятора и других деталей, а также для защиты от действия возможной электрической дуги.
Нельзя смотреть на контакты во время совершения операции. Но после операции нужно обязательно осмотреть состояние ножей разъединителей и стационарных видов ножей. Бывают случаи, когда ножи включились не до конца, либо не отключились ножи стационарные при отключении на отдельных фазах. Каждая фаза осматривается отдельно, даже если между ножами всех фаз есть механическая связь.
Выключатель нагрузки — высоковольтный коммутационный аппарат, предназначенный для коммутации токов трехфазной электрической сети в номинальном режиме. Коммутация токов данным элементом оборудования, в зависимости от типа, может осуществляться дистанционно, в том числе автоматически или вручную, с места. Данный тип устройств является достаточно популярным и применяется в электрических сетях высокого напряжения. Далее мы рассмотрим устройство, принцип действия и назначение выключателей нагрузки.
Назначение
Назначение ВН — коммутация рабочих токов в электроустановках, то есть мощностей, которые не превышают допустимые (номинальные) значения для того или иного участка электрической сети. Данное устройство не рассчитано на отключение токов аварийного режима, поэтому его можно устанавливать только при условии наличия в цепи защиты от короткого замыкания и перегрузки, которая реализуется плавкими предохранителями (ПК, ПКТ, ПТ) или защитным аппаратом, установленным со стороны источника питания или на группе потребителей.
При этом ВН имеет отключающую способность, которая соответствует электродинамической стойкости при коротких замыканиях, что позволяет использовать данный электрический аппарат для подачи напряжения на участок электрической сети, не зависимо от его текущего состояния, например, для пробного включения.
Таким образом, при условии наличия в цепи защиты от сверхтоков рассматриваемый элемент оборудования может эксплуатироваться как полноценный высоковольтный защитный аппарат (масляный, вакуумный или элегазовый). А при наличии моторного привода может участвовать в работе различных автоматических устройств (АВР, АПВ, АЧР, ЧАПВ), а также управляться удаленно автоматизированной системой диспетчерского технологического управления.
Применение
Область применения выключателя нагрузки – преимущественно сети класса напряжения 6 и 10 кВ. Применение данных коммутационных устройств обусловлено, прежде всего, экономией: ВН значительно дешевле полноценных высоковольтных защитных аппаратов, а также требуют значительно меньше затрат на обслуживание и ремонт.
Где применяются данные элементы оборудования? ВН являются альтернативой — их применяют для коммутации токов стороны высокого напряжения силовых трансформаторов. Но только при условии наличия в цепи присоединения трансформатора, как и упоминалось выше, предохранителей или защитных элементов оборудования на другом конце линии со стороны смежной питающей подстанции либо линейных выключателей, от которых запитано распределительное устройство, питающее данный трансформатор.
Выключатели нагрузки применяют в других сетях небольшой мощности в качестве самостоятельного коммутационного аппарата. На протяженных и разветвленных воздушных линиях устройства используются для удобства отключения участков линий без необходимости полного ее обесточивания. При этом на питающей подстанции устанавливается выключатель для защиты всей линии от повреждений.
Конструкция
Рассмотрим, из чего состоит выключатель нагрузки на примере устройства коммутационного аппарата типа ВНР-10/400
- Основание (рама).
- Опорный изолятор.
- Держатели с контактами.
- Подвижный рабочий нож.
- Камера гашения дуги.
- Неподвижный верхний контакт.
- Изолирующая тяга.
- Рычаг.
- Гибкая связь.
- Нож заземления.
- Вал заземления.
- Тяга блокировочного устройства.
- Пружины.
- Резиновые прокладки.
- Вал рабочих ножей.
Принцип действия
Рассмотрим вкратце, как работают выключатели нагрузки на примере вышеупомянутого ВНР-10/400, предоставленного на фото:
Конструктивно данный коммутационный аппарат схож с разъединителем. Главное отличие разъединителя от ВН — наличие у последнего дугогасительного устройства и привода, обеспечивающего более быстрое выполнение операций.
Принцип действия выключателя нагрузки следующий. При включенном положении подвижные контакты находятся в дугогасительной камере. В нижней части дугогасительного устройства расположены дополнительные дугогасящие контакты. При выполнении операции отключения сначала размыкаются основные контакты, а затем дугогасительные. Образовавшаяся в процессе разрыва контактов электрическая дуга попадает в дугогасительную камеру, где нагревает до высокой температуры оргстекло, которое в свою очередь выделяет большое количество газов. Эти газы мощным потоком вырываются из дугогасительной камеры, чем гасят возникшую электрическую дугу за несколько миллисекунд.
