Токопроводы с элегазовой изоляцией

Токопроводы этого вида – сборные шины, токопроводы связи с трансформаторами и другие получили применение в комплектных РУ 110 кВ и выше с элегазовой изоляцией. Проводники в виде труб заключают в кожухи из алюминия, заполненные элегазом под некоторым давлением. Различают токопроводы с индивидуальной оболочкой для каждой фазы и общей оболочкой для трех фаз.

В последнее время заметна тенденция к расширению области применения токопроводов с элегазовой изоляцией. В США и Японии построены токопроводы 1000–1100 кВ с элегазовой изоляцией протяженностью в несколько сотен километров каждый. Эти токопроводы должны заменить воздушные линии с опорами, размеры и масса которых очень велики, так как расстояние между фазами составляет 12 м.

Разработаны также конструкции элементов КРУ и подстанций, а именно: вводов элегаз – воздух; секций токопроводов с измерительными трансформаторами тока; емкостных делителей напряжения; силовых трансформаторов с элегазовой изоляцией; элегазовых выключателей с четырьмя разрывами на каждый полюс, с номинальным током отключения 48 кА; разрядников для КРУ с элегазовой изоляцией; шунтирующих реакторов. Перечисленные элементы электрического оборудования имеют весьма сжатые размеры.

На смену воздушным линиям обычной конструкции приходят более экономичные линии – токопроводы с элегазовой изоляцией.

Комплектна РУ 220 кВ з елегазовою ізоляцією типу ЯЕ – 220 Л

1-блок заземлюючих ножів лінійного роз'єднувача; 2- блок лінійного роз'єднувача; 3- блок трансформаторів струму; 4- вимикач; 5-розподільна шафа; 6-блок шинного роз'єднувача; 7- блок заземлюючих ножів шинного роз'єднувача; 8- блок збірної шини фази А; 9-блок кабельного вводу

Заземление нейтралей

Нейтралями электроустановок называют общие точки обмотки генераторов или трансформаторов, соединенные в звезду.

Вид связей нейтралей машин и трансформаторов с землей в значительной степени определяет уровень изоляции электроустановок и выбор коммутационной аппаратуры, значения перенапряжений и способы их ограничения, токи при однонофазных замыканиях на землю, условия работы релейной защиты и безопасности в электрических сетях, электромагнитное влияние на линии связи и т. д.

В зависимости от режима нейтрали электрические сети разделяют на четыре группы: 1) сети с незаземленными (изолированными) нейтралями;

2) сети с резонансно-заземленными (компенсированными) нейтралями;

3) сети с эффективно-заземленными нейтралями; 4) сети с глухозазем-ленными нейтралями.

В Украине к первой и второй группам относятся сети напряжением 3 – 35 кВ, нейтрали трансформаторов или генераторов которых изолированы от земли или заземлены через заземляющие реакторы.

Сети с эффективно-заземленными нейтралями применяют на напряжение выше 1 кВ. В них коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4. Коэффициентом замыкания на землю называют отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания на землю поврежденной фазы к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания. В соответствии с рекомендациями Международного электротехнического комитета (МЭК) к эффективно-заземленным сетям относят сети высокого и сверхвысокого напряжения, нейтрали которых соединены с землей непосредственно или через небольшое активное сопротивление. В украине к этой группе относятся сети напряжением 110 кВ и выше.

К четвертой группе относятся сети напряжением 220, 380 и 660 В.

Режим работы нейтрали определяет ток замыкания на землю. Сети, в которых ток однофазного замыкания на землю менее 500 А, называют сетями с малыми токами замыкания на землю (в основном это сети с незаземленными и резонансно-заземленными нейтралями). Токи более 500 А соответствуют сетям с большими токами замыкания на землю (это сети с эффективно-заземленными нейтралями).

а) Трехфазные сети с незаземленными (изолированными) нейтралями

В сетях с незаземленными нейтралями токи при однофазном замыкании на землю протекают через распределенные емкости фаз, которые для упрощения анализа процесса условно заменяют емкостями, сосредоточенными в середине линий (рис.). Междуфазные емкости при этом не рассматриваются, так как при однофазных повреждениях их влияние на токи в земле не сказывается.

В нормальном режиме работы напряжения фаз сети относительно земли (U_А, U_В, U_С) симметричны и равны фазному напряжению, а емкостные (зарядные) токи фаз относительно земли I_соА, I_соВ и I_соС также симметричны и равны между собой (рис., а). Емкостный ток фазы

I_со = U_фωС, (1.1)

где С — емкость фазы относительно земли.

Геометрическая сумма емкостных токов трех фаз равна нулю. Емкостный ток нормального режима в одной фазе в современных сетях с не заземленной нейтралью, как правило, не превышает нескольких ампер и практически не влияет на загрузку генераторов.

В случае металлического замыкания на землю в одной точке напряжения неповрежденных фаз относительно земли возрастают в √3 раз и становятся равными междуфазному напряжению. Например, при замыкании на землю фазы А (рис.,б) поверхность земли в точке повреждения при обретает потенциал этой фазы, а напряжения фаз В и С относительно земли становятся соответственно равными междуфазным напряжениям U_B = U_ВА и U_C = U_CA- Емкостные токи неповрежденных фаз В и С также увеличиваются в соответствии с увеличением напряжения в √3 раз.

Рис.. Трехфазная сеть с незаземленной нейтралью:

а) – нормальный режим; б – режим замыкания фазы А на землю; в – устройство для обнаружения замыканий на землю

Ток на землю фазы А, обусловленный ее собственной емкостью, будет равен нулю, так как эта емкость оказывается закороченной. Для тока в месте повреждения можно записать:

I_С =-(I_СВ+I_СС)

т. е. геометрическая сумма векторов емкостных токов неповрежденных фаз определяет вектор тока через место повреждения. Ток I_С оказывается в 3 раза больше, чем емкостный ток фазы в нормальном режиме:

I_С = 3 I_С0 = 3 U_фωС

Ток I_С зависит от напряжения сети, частоты и емкости фаз относительно земли, которая зависит в основном от конструкции линий сети и их протяженности.

Приближенно ток I_С, А, можно определить по следующим формулам:

для воздушных сетей

I_С = Ul/350

для кабельных сетей

I_С = Ul/10

где U – междуфазное напряжение, кВ; l – длина электрически связанной сети данного напряжения, км.

В случае замыкания на землю через переходное сопротивление напряжение поврежденной фазы относительно земли будет больше нуля, но меньше фазного, а неповрежденных фаз – больше фазного, но меньше линейного. Меньше будет и ток замыкания на землю.

При однофазных замыканиях на землю в сетях с незаземленной нейтралью треугольник линейных напряжений не искажается, поэтому потребители, включенные на междуфазные напряжения, продолжают работать нормально.

Вследствие того что при замыкании на землю напряжение неповрежденных фаз относительно земли увеличивается в √3 раз по сравнению с нормальным значением, изоляция в сетях с незаземленной нейтралью должна быть рассчитана на междуфазное напряжение. Это ограничивает область использования этого режима работы нейтрали сетями с напряжением 35 кВ и ниже, где стоимость изоляции электроустановок не является определяющей и некоторое ее увеличение компенсируется повышенной надежностью питания потребителей, если учесть, что однофазные замыкания на землю составляют в среднем до 65% всех нарушений изоляции.

В то же время необходимо отметить, что при работе сети с замкнутой на землю фазой становится более вероятным повреждение изоляции другой фазы и возникновение междуфазного короткого замыкания через землю.

Вторая точка замыкания может находиться на другом участке электрически связанной сети. Таким образом, короткое замыкание затронет несколько участков сети, вызывая их отключение. Например, в случае, показанном на рис., могут отключиться сразу две линии.

В связи с изложенным в сетях с незаземленными нейтралями обязательно предусматривают специальные сигнальные устройства, извещающие персонал о возникновении однофазных замыканий на землю.

На рис., в показан способ контроля изоляции в сети с незаземленной нейтралью. Устройства контроля подключаются к сети через измерительный трансформатор напряжения типа НТМИ или через группу однофазных трансформаторов типа ЗНОМ.

Вторичные обмотки измерительных трансформаторов (рис., в) соединяются по схемам: одна (I) – звезда, вторая (II) – разомкнутый треугольник. Обмотка I позволяет измерять напряжения всех фаз, обмотка II предназначена для контроля геометрической суммы напряжений всех фаз.

Нормально на зажимах обмотки II напряжение равно нулю, поскольку равна нулю геометрическая сумма фазных напряжений всех трех фаз в сети с незаземленной нейтралью. При металлическом замыкании одной фазы в сети первичного напряжения на землю на зажимах обмотки II появляется напряжение, равное геометрической сумме напряжений двух неповрежденных фаз (рис.,6) Число витков обмотки II подбирается так, чтобы напряжение на ее выводах при металлическом замыкании фазы первичной сети на землю равнялось 100 В. При замыкании на землю через переходное сопротивление напряжение на обмотке II в зависимости от сопротивления в месте замыкания будет 0–100 В.

Реле напряжения, подключаемое к обмотке II, будет при соответствующей настройке реагировать на повреждения изоляции первичной сети и- приводить в действие сигнальные устройства (звонок, табло).

Допустимая длительность работы с заземленной фазой определяется Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) и в большинстве случаев не должна превышать 2 ч.

Более опасно однофазное замыкание на землю через дугу, так как дуга может повредить оборудование и вызвать двух- или трехфазное КЗ (последнее часто наблюдается при одной из жил кабеля.

Особенно опасны дуги внутри машин и аппаратов, возникающие при однофазных замыканиях на заземленные корпуса или сердечники.

При определенных условиях в месте замыкания на землю может возникать так называемая перемежающаяся дуга, т. е. дуга, которая периодически гаснет и зажигается вновь. Перемежающаяся дуга сопровождается возникновением перенапряжений на фазах относительно земли, которые могут достигать 3,5 U_ф. Эти перенапряжения распространяются на всю электрически связанную сеть, в результате чего возможны пробои изоляции и образование КЗ в частях установки с ослабленной изоляцией.

Наиболее вероятно возникновение перемежающихся дуг при емкостном токе замыкания на землю более 5–10 А, причем опасность дуговых перенапряжений для изоляции возрастает с увеличением напряжения сети. Допустимые значения тока нормируются (§ 1.2.16 ПУЭ) и не должны превышать следующих значений:

Напряжение сети, кВ	3-6		15-20
Емкостный ток замыкания на землю, А

В сетях 3–20 кВ, имеющих линии на железобетонных и металлических опорах, допускается I_С не более 10 А. В блочных схемах генератор – трансформатор на генераторном напряжении емкостный ток не должен превышать 5 А.

Работа сети с незаземленной (изолированной) нейтралью применяется и при напряжении до 1 кВ. При этом основные свойства сетей с незаземленной нейтралью сохраняются и при этом напряжении. Кроме того, эти сети обеспечивают высокий уровень электробезопасности и их следует применять для передвижных установок, торфяных разработок и шахт. Для защиты от опасности, возникающей при пробое изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений, в нейтрали или фазе каждого трансформатора устанавливается пробивной предохранитель.

б) Трехфазные сети с резонансно-заземленными (компенсированными) нейтралями

В сетях 3 – 35 кВ в Украине для уменьшения тока замыкания на землю с целью удовлетворения указанных выше норм применяется заземление нейтралей через дугогасящие реакторы.

В нормальном режиме работы ток через реактор практически равен нулю. При полном замыкании на землю одной фазы дугогасящий реактор оказывается под фазным напряжением и через место замыкания на землю протекает наряду с емкостным током I_С также индуктивный ток реактора I_L,(рис.). Так как индуктивный и емкостный токи отличаются по фазе на угол 180°, то в месте замыкания на землю они компенсируют друг друга. Если I_С = I_L (резонанс), то через место замыкания на землю ток протекать не будет. Благодаря этому дуга в месте повреждения не возникает и устраняются связанные с нею опасные последствия.

Трехфазная сеть с резонансно-заземленной нейтралью

В современных энергосистемах сети 110 кВ и выше эксплуатируются с эффективным заземлением нейтралей обмоток силовых трансформаторов.

Каждый вид заземления имеет свои преимущества и недостатки.

В сетях с изолированной нейтралью однофазное замыкание на землю не приводит к короткому замыканию. В месте замыкания проходит небольшой ток, обусловленный емкостью двух фаз на землю. Значительные емкостные токи обычно компенсируются полностью или частично включением в нейтраль трансформатора дугогасящего реактора. Остаточный в результате компенсации малый ток не способен поддерживать горение дуги в месте замыкания, поэтому поврежденный участок, как правило, не отключается автоматически. Металлическое однофазное замыкание на землю сопровождается повышением напряжения на неповрежденных фазах до линейного, а при замыкании через дугу возможно появление перенапряжений, распространяющихся на всю электрически связанную сеть, в которой могут находиться участки с ослабленной изоляцией. Чтобы уберечь трансформаторы, работающие в сетях с изолированной нейтралью или с компенсацией емкостных токов, от воздействия повышенных напряжений, изоляцию их нейтралей выполняют на тот же класс напряжения, что и изоляцию линейных вводов. При таком уровне изоляции не требуется применение никаких средств защиты нейтралей, кроме вентильных разрядников, включаемых параллельно дугогасящему реактору.

В сетях с эффективным заземлением нейтрали (рис.) однофазное замыкание на землю приводит к короткому замыканию. Ток короткого замыкания (КЗ) проходит от места повреждения по земле к заземленным нейтралям трансформаторов Т1 и Т2 распределяясь обратно пропорционально сопротивлениям ветвей. Поврежденный участок выводится из работы действием защит от замыканий на землю. Через трансформаторы (ТЗ и Т4), нейтрали которых не имеют глухого заземления, ток однофазного КЗ не проходит.

С учетом того, что однофазное КЗ является частым (до 80% случаев КЗ в энергосистемах приходится на однофазные КЗ) и тяжелым видом повреждений, принимают меры по уменьшению токов КЗ. Одной из таких мер является частичное разземление нейтралей трансформаторов.

Нейтрали автотрансформаторов не разземляются, так как они рассчитаны для работы с обязательным заземлением концов общей обмотки.

Однофазное короткое замыкание в сети с эффективным заземлением нейтрали

Число заземленных нейтралей на каждом участке сети устанавливается расчетами и принимается минимальным. При выборе точек заземления нейтралей в энергосистеме руководствуются как требованиями релейной защиты в части поддержания на определенном уровне токов замыкания на землю, так и обеспечением защиты изоляции разземленных нейтралей от перенапряжений. Последнее обстоятельство вызвано тем, что все трансформаторы 110-220 кВ отечественных заводов имеют пониженный уровень изоляции нейтралей. Так, у трансформаторов 110 кВ с регулированием напряжения под нагрузкой уровень изоляции нейтралей соответствует стандартному классу напряжения 35 кВ, что обусловлено включением со стороны нейтрали переключающих устройств с классом изоляции 35 кВ. Трансформаторы 220 кВ имеют также пониженный на класс уровень изоляции нейтралей. Во всех случаях это дает значительный экономический эффект, и тем больший, чем выше класс напряжения трансформатора.

Выбор указанного уровня изоляции нейтралей трансформаторов, предназначенных для работы в сетях с эффективно заземленной нейтралью, технически обосновывается значением напряжения, которое может появиться на нейтрали при однофазном КЗ. А оно может достигнуть почти 1/3 линейного напряжения (например, для сетей 110 кВ около 42 кВ - действующее значение). Очевидно, что изоляция класса 35 кВ разземленной нейтрали нуждается в защите от повышенных напряжений. Кроме того, при неполнофазных отключениях[1] (или включениях) ненагруженных трансформаторов с изолированной нейтралью переходный процесс сопровождается кратковременными перенапряжениями. Достаточно надежной защитой нейтралей от кратковременных перенапряжений является применение вентильных разрядников или ограничителей перенапряжений (ОПН). Нейтрали трансформаторов 110 кВ защищаются разрядниками 2хРВС-20 с наибольшим допустимым действующим напряжением гашения 50 кВ, или ОПН-50.

Однако практика показывает, что на нейтрали трансформаторов могут воздействовать не только кратковременные перенапряжения. Нейтрали могут оказаться под воздействием фазного напряжения промышленной частоты (для сетей 110 кВ 65-67 кВ), которое опасно как для изоляции трансформатора, так и для разрядника в его нейтрали. Такое напряжение может появиться и длительно (десятки минут) оставаться незамеченным при неполнофазных режимах ком коммутации выключателями, разъединителями и отделителями ненагруженных трансформаторов, а также при некоторых аварийных режимах.

Подвійний міст

W1

W2

Дистанційне керування комутаційними апаратами

При управлінні технологічним процесом виробництва, перетворення або

розподілу електроенергії виникає необхідність дискретної дії на виконавчі органи. В електричних схемах такими органами є приводи вимикачів, комутаційні апарати в колах електродвигунів.

Ручне управління приводом того або іншого пристрою може здійснюватися або безпосередньо на місці установки шляхом фізичної дії апарату на привід, або за допомогою командоапарата з місцевого щита управління, або комірки КРУ чи з віддаленого пункту управління. Автоматичне управління здійснюється за допомогою пристроїв релейного захисту і автоматики.

Управління вимикачами здійснюється з щитів управління станції або

підстанції, а також з диспетчерських пунктів. Найвідповідальніші об'єкти

мають дубльоване управління. Спосіб управління з щитів станцій і підстанцій відрізняється від управління з щита енергосистеми. При відстанях в десятки метрів можливий безпосередній електричний зв'язок між командоапаратом і

виконавчим органом, таке управління називається дистанційним.

При великих відстанях (управління з ДП) передача команд здійснюється

засобами телемеханіки і це управління називається телемеханічним. Дистанційне керування комутаційними апаратами відбувається по ланцюжку: оператор - апаратура управління - привод комутаційного апарату. При цьому обов'язково повинен бути забезпечений зворотний зв'язок об'єкта управління з оператором - сигналізація положення апарату, що підтверджує виконання команди. Автоматичні і мимовільні комутації повинні супроводжуватися дією світлової і (або) звукової сигналізації.

Розрізняють три види дистанційного керування комутаційними апаратами:

- індивідуальне;

- індивідуальне за вибором;

- функціонально - групове (ФГУ)

При індивідуальному дистанційному керуванні кожен об'єкт має ключ управління і покажчик положення. При управлінні за вибором на групу об'єктів встановлюється один загальний ключ управління, один покажчик положення і один номеронабирач. Команда управління виконується в два етапи:

1- спочатку відбувається вибір об'єкта за допомогою номеронабирача;

2- потім подається команда на вибраний об'єкт (або групу об'єктів).
При ФГУ відбувається управління функціональними групами за
певними логічними програмами. У разі відмови ФГУ є
можливість управління по схемі за вибором або індивідуального
управління.

Для управління вимикачами застосовують вимикачі управління, наприклад ПМО або МК:

ПМО - перемикач малогабаритний загального призначення;

МК- малогабаритний ключ.

Ключі можуть бути з фіксацією положення рукоятки (буква Ф в позначенні), з самоповерненням рукоятки з оперативних положень "включити" "вимкнути" в фіксоване положення (буква В в позначенні), з вбудованою в рукоятку сигнальною лампою (буква С). Ключі з фіксацією рукоятки і самоповерненням МКВФ і ПМОФ мають шість положень: чотири фіксованих -"відключено" (0), "заздалегідь включено" (В1), "включено" (В), "заздалегідь відключено" (01) і два положення з поверненням в попереднє положення -"включить" (В2) і "відключити" (02).

Подачу кожної команди здійснюють в два етапи. Наприклад для вимикача

МКФ(ПМОФ)

рукоятку ключа поворотом рукоятки на 90 за годинниковою стрілкою переводять з положення "відключено" в проміжне положення "заздалегідь

включено", а потім додатковим поворотом на 45⁰ ставлять в положення "включити". Після чого оператор відпускає рукоятку, механізм повернення переводить в положення "включено" співпадаюче з положенням "заздалегідь включено".

У ключів без фіксації (МКВ,ПМОВ) рукоятка має три положення:" ввімкнути"- поворот рукоятки на 45⁰ за годинниковою стрілкою,

"вимкнути"- те ж, але проти годинникової стрілки і нейтральне.

У це положення ключ повертається з положення "ввімкнути" і "вимкнути".

Ключі управління мають два типи контактів:

- оперативні для подачі команд, які замикаються тільки на час подачі команд;

-сигнальні, призначені для сигналізації положення вимикача.

Дата добавления: 2014-01-06