Разъединители



Все об электростанциях


 


Разъединители



Разъединитель представляет собой коммутационный аппарат для напряжения свыше 1 кВ, основное назначение которого - создавать видимый разрыв и изолировать части системы, электроустановки, отдельные аппараты от смежных частей, находящихся под напряжением, для безопасного ремонта.

Помимо этого основного назначения разъединители используют также для других целей, поскольку их конструкция это позволяет, а именно:

  • для отключения и включения ненагруженных силовых трансформаторов небольшой мощности и линий ограниченной длины при строго установленных условиях;
  • для переключений присоединений РУ с одной системы сборных шин на другую без перерыва тока;
  • для заземления отключенных и изолированных участков системы с помощью вспомогательных ножей, предусматриваемых для этой цели.

Разъединители имеют относительно простую конструкцию. Обязательным является наличие в положении «отключено» видимого разрыва в воздухе, создающего уверенность в том, что рассматриваемый участок действительно отключен и изолирован от смежных частей. Разъединители снабжают приводами - ручными или электродвигательными - для неавтоматического управления. Стоимость разъединителя значительно ниже стоимости выключателя, требования к уходу и ремонту также ниже.


Схемы, поясняющие использование разъединителей

Рис.1. Схемы, поясняющие использование разъединителей:
а - при изоляции выключателя для ремонта;
б - при переключении присоединений


Поясним условия работы разъединителей на следующих примерах. Для подготовки выключателя для ремонта он должен быть отключен и изолирован от смежных частей, находящихся под напряжением, с помощью двух разъединителей QS1 и QS2 (рис.1,а). При этом разъединители отключают емкостный ток, значение которого определяется напряжением сети и емкостью вводов выключателя. Этот ток мал, и на контактах разъединителей не возникают дуговые разряды. После отключения разъединителей выключатель Q, подлежащий ремонту, должен быть заземлен с обеих сторон с помощью дополнительных ножей QSG1 и QSG2.

Переключение присоединений РУ под током с помощью разъединителей производят при обязательном условии - наличии параллельных ветвей с малым сопротивлением. Так. например, при наличии двух параллельных ветвей с разъединителями QS1 и QS2 (рис.1,б) один из разъединителей может быть безопасно разомкнут под током, если разъединитель второй ветви включен. При отключении разъединителя ток смещается из одной ветви в другую. При этом на контактах дуги не образуются.

Преимущественное применение получили трехполюсные разъединители с общим управлением полюсами. Последние могут быть связаны между собой механически, электрически или пневматически.



Разъединители для внутренней установки


Эти разъединители выполняют обычно вертикально-рубящего типа с ножами, поворачивающимися в вертикальной плоскости, перпендикулярной основанию.


Трехполюсный разъединитель типа РВР 10 кВ, 2000 А с двумя комплектами заземляющих ножей

Рис.2. Трехполюсный разъединитель типа РВР 10 кВ, 2000 А
с двумя комплектами заземляющих ножей


Трехполюсный разъединитель типа РВР - внутренней установки, рубящий (рис.2) - имеет два опорных изолятора 1 на полюс, установленных на основании 2 из профильной стали. Третий - тяговый изолятор 3 служит для приведения в движение главных ножей 4. Разъединители снабжены дополнительными ножами 5 для заземления - одним или двумя на каждый полюс. Для управления главными ножами служат вал 6 и система рычагов каждого полюса. Ведущие рычаги укреплены на валу и соединены шарнирно с тяговыми изоляторами. Последние соединены с ножами. Вал приводится во вращение с помощью привода. При этом главные ножи поворачиваются на угол около 60°. Заземляющие ножи 5 каждой стороны укреплены на особых валах 7 и соединены между собой медной шиной 9. Для управления заземляющими ножами необходимы особые приводы. Токоведущие части разъединителя (зажимы 8 для присоединения шин, контакты, ножи) выполняют в соответствии с номинальным током разъединителя. Чем больше последний, тем больше сечение ножей.


Контактная система разъединителя типа РВР 10 кВ, 1000 А

Рис.3. Контактная система разъединителя типа РВР 10 кВ, 1000 А


У разъединителей с номинальным током до 1000 А включительно (рис.3) ножи состоят из двух медных полос 1 прямоугольного сечения, охватывающих контактную стойку 2. Боковые поверхности стойки имеют цилиндрическую форму и образуют с пластинами ножа линейные контакты. Давление в контакте создается пружинами 3, насаженными на стержень. Давление на ножи передается через стальные пластины 4 с выступами. При КЗ и резком увеличении тока пластины ножа притягиваются друг к другу, увеличивая давление в контакте. Стальные пластины увеличивают магнитную индукцию и создают дополнительное давление в контактах. Такого рода магнитными замками снабжают большую часть разъединителей.

У разъединителей с номинальным током свыше 1000 А главные ножи состоят из двух и четырех частей коробчатого сечения (рис.2). Контактные поверхности покрывают слоем серебра толщиной 20 мкм. Предусматривают также магнитные замки.

Для управления главными и заземляющими ножами предусматривают приводы, устройство которых зависит от номинального тока разъединителя. Ручной привод представляет собой систему рычагов или зубчатых передач, с помощью которых человек может повернуть вал разъединителя. Чем больше номинальный ток разъединителя, тем больше силы трения в контактах. Соответственно должен быть рассчитан механизм привода.

Разъединители с номинальным током 4000 А и выше снабжают приводами с червячной передачей, управляемыми вручную или с помощью электродвигателя. Для заземляющих ножей имеются отдельные приводы, обычно рычажные. Последние блокируют с приводами главных ножей, чтобы исключить возможность включения заземляющих ножей при включенных главных ножах, а также возможность включения главных ножей при включенных заземляющих ножах.


Установка трехполюсного разъединителя типа РВР с заземляющими ножами

Рис.4. Установка трехполюсного разъединителя типа РВР с заземляющими ножами


На рис.4 показана установка трехполюсного разъединителя 10 кВ, 2000 А с двумя комплектами заземляющих ножей. Привод главных ножей 1 - электродвигательный, а приводы заземляющих ножей 2 - червячные. У всех приводов предусмотрены блок-контакты 3 для сигнализации положения и блокировки.



Разъединители для наружной установки


Во времена СССР наибольшее распространение получили разъединители горизонтально-поворотного типа с ножами, вращающимися в горизонтальной плоскости, параллельной основанию. Их изготовляют для напряжений от 35 до 500 кВ включительно.


Трехполюсный разъединитель для наружной установки типа РНД 110 кВ, 2000 А

Рис.5. Трехполюсный разъединитель для наружной установки
типа РНД 110 кВ, 2000 А


Разъединитель типа РНД - наружный, двухколонковый (рис.5) - имеет две колонны изоляторов 1 на полюс, установленные вертикально в подшипниках на стальной раме 2 и связанные между собой системой рычагов 3. При повороте изоляторов поворачиваются и ножи 4, укрепленные на головках изоляторов. Зажимы 5 для присоединения проводников к разъединителю укреплены на головках изоляторов шарнирно и соединены с ножами гибкими лентами 6. При вращении изоляторов они не поворачиваются. Контакты разъединителя 7 находятся в месте стыка ножей, Они состоят из ряда пластин, укрепленных на одном ноже, и «лопатки» - на другом ноже. Давление в контактах создается пружинами. Ножи разъединителя приспособлены для работы в зимнее время при гололеде. Они состоят из двух пластин, соединенных шарнирно (на рисунке не показаны).

В процессе отключения нож «ломается» и разрушает лед, образовавшийся на контактах. Разъединители снабжены ножами для заземления 8 - одним или двумя на полюс. В отключенном положении ножи расположены горизонтально у основания разъединителя. При включении они поворачиваются в вертикальной плоскости на угол 90°. При этом контакт на конце заземляющего ножа соединяется с особым контактом 9 на главном ноже.

Полюсы трехполюсного разъединителя связаны между собой рычажной системой 10 и управляются с помощью общего привода 11. Средний полюс является ведущим, крайние полюсы - ведомыми. Заземляющие ножи имеют отдельные приводы, блокированные с приводами главных ножей.






Отключающая способность разъединителей


Под отключающей способностью разъединителя следует понимать его способность отключать ток порядка нескольких ампер или нескольких десятков ампер при определенных условиях.

Процесс отключения цепи разъединителем протекает следующим образом. При размыкании разъединителя на разрывах образуются дуги. Под действием магнитного поля и выделяющеюся тепла они поднимаются и вытягиваются в виде петель (рис.6). Такие дуги принято называть свободными или открытыми.


Свободная дуга на контактах разъединителя

Рис.6. Свободная дуга на контактах разъединителя


Вследствие слабой деионизации дуговой столб сохраняет свою проводимость в моменты перехода тока через нулевое значение и дуга горит в течение десятков периодов. По мере удлинения дуги ее сопротивление и напряжение на разрыве увеличиваются, а ток уменьшается (рис.7).


Осциллограммы тока и напряжения на контактах разъединителя

Рис.7. Осциллограммы тока и напряжения на контактах разъединителя:
а - размыкание кольцевой линии 33 кВ с током 133 А, длительность дуги 22 периода;
б - отключение ненагруженного трансформатора с током 18 А, длительность дуги 25 периодов


При определенной длине дуги, называемой критической, напряжение сети оказывается недостаточным для ее поддержания, ток спадает до нуля, а напряжение на разрыве восстанавливается до напряжения сети. Вследствие сильного демпфирования восстанавливающееся напряжение не содержит составляющих высокой частоты, характерных для выключателей, снабженных гасительными камерами.

Опытами установлено, что свободная дуга переменного тока в воздухе угасает, если имеется достаточное пространство, чтобы она могла достигнуть критической длины и если расстояние между контактами разъединителя достаточно, чтобы исключить ее повторное зажигание. Максимальный вылет дуги, т.е. наибольшее расстояние от средней точки прямой, соединяющей контакты разъединителя, до точки наибольшего удаления дуги, зависит от напряжения сети и отключаемого тока.


Зависимость максимального вылета дуги на контактах разъединителя от тока и напряжения

Рис.8. Зависимость максимального вылета дуги
на контактах разъединителя от тока и напряжения


На рис.8 показана эта зависимость применительно к отключению индуктивного и активного токов.

Отключение разъединителем даже относительно небольших токов, в особенности емкостных, связано с опасностью переброса дуги на соседние фазы и на заземленные части, что недопустимо. По мере увеличения напряжения и отключаемого тока эта опасность увеличивается. Правила технической эксплуатации электроустановок (ПТЭ) разрешают операции включения и отключения электрических цепей разъединителями при строго определенных условиях. Так, например, разрешается включение и отключение разъединителями измерительных трансформаторов напряжения. При напряжениях до 10 кВ разрешается включать и отключать разъединителями наружной установки нагрузочный ток до 15 А. При более высоких напряжениях значения допускаемых отключаемых токов ставятся в зависимость от расстояний между полюсами. В табл.1 указаны допускаемые ПТЭ токи отключения для наиболее распространенных разъединителей серии РНД.

Таблица 1

Наибольшие токи намагничивания трансформаторов и зарядные токи линий,
допускаемые к отключению в наружных распределительных устройствах
разъединителями горизонтального типа

Наибольшие токи намагничивания трансформаторов и зарядные токи линий, допускаемые к отключению в наружных распределительных устройствах разъединителями горизонтального типа



Номинальные характеристики разъединителей


Номинальными параметрами разъединителей являются: номинальное напряжение, номинальный ток, номинальный ток динамической стойкости и номинальный ток термической стойкости. Отключающую способность разъединителей заводы-изготовители не указывают, поскольку она зависит от многих условий, в частности от расстояний между полюсами и до заземленных частей, которые выбирают проектирующие организаций.

Отделители имеют те же параметры, что и разъединители; дополнительно указывается номинальное время срабатывания.

Номинальными параметрами короткозамыкателей являются номинальное напряжение и номинальный ток включения - мгновенное значение iвкл и действующее значение периодической составляющей Iвкл. Эти величины должны быть сопоставлены с соответствующими расчетными значениями iуд и iп0. Дополнительно указывается полное время включения.