Выбор и проверка высоковольтных выключателей

Выбор и проверка высоковольтных выключателей

Методика расчёта.• Выключатели ВН выбираются по напряжению, току, категории размещения, конструктивному выполнению и коммутационной способности.

Должны быть выполнены условия

где — номинальное напряжение выключателя, кВ;

— номинальное напряжение установки, кВ;

— номинальный ток выключателя, А;

— номинальный ток установки, А.

• Выключатели ВН выбираются:

а) на отключающую способность.

Должны быть выполнены условия

где и — номинальное и расчётное значения токов отключения, кА;

, — номинальная и расчётная полные мощности отключения, МВА.

где — трёхфазный ток КЗ в момент отключения выключателя, действующее значение в установившемся режиме, кА;

б) на динамическую стойкость.

Должно быть выполнено условие

где — амплитуда предельного сквозного ударного тока КЗ выключателя, кА;

— амплитуда ударного тока электроустановки, кА,

в) на термическую стойкость.

Должно быть выполнено условие

где , — токи термической стойкости каталожный и расчётный, кА;

— приведенное время действия КЗ, если отключение произойдёт в зоне переходного процесса, с. Приближённо ; — время действия КЗ фактическое, с.,

где — время срабатывания релейной защиты, с;

— собственное время отключения выключателя, с.

Примечание.Величина определяется при расчёте конкретной РЗ.

Величина для быстродействующих выключателей 0,1 с, а для небыстродействующих 0,1 с.

Время одного периода при частоте 50 Гц составляет 0,02 с. Время действия КЗ ( ) для сетей 10 кВ составляет 1…3 с, значит, самое быстрое отключение произойдёт через 50 периодов, что соответствует зоне давно установившегося КЗ (через 8…10 периодов).

Каталожными данными являются: , , , , , .

Структура условного обозначения силового выключателя

Рисунок 11.1 — Условные буквенно-цифровые обозначения силового выключателя ВН:

1 — Одна буква. В — выключатель.

2 — Одна или две буквы. Конструктивное выполнение: В — вакуумный, М — масляный,

К — колонковый, Э – электромагнитное гашение дуги, ЭМ- электромагнитный, ММ – маломасляный.

3 – Привод: — П — пружинный; Э – электромагнитный; ПЭ — пружинный и электромагнитный.

4 – Номинальное напряжение, кВ.

5 – Номинальный ток отключения (термической стойкости), кА.

Примечание.У некоторых типов он указан на 7 месте.

6 — Номинальный ток выключателя.

7 – Климатическое исполнение выключателя.

8 – Категория размещения.

Например:

Э – Электромагнитный привод.

630 — Номинальный ток = 630 А.

У – Умеренный климат.

3 – Внутренней установки.

У – Умеренный климат.

3 – Внутренней установки.

Таблица 17.1 — Технические данные выключателей ВН на 10 кВ

Пример

Дано:

Таблица 17.1 — Технические данные выключателей ВН на 10 кВ (Продолжение)

Требуется:

• выбрать выключатель ВН, масляный;

• заполнить ведомость выключателя.

Решение:

1. Составляется «Ведомость выключателя ВН» (таблица 11.2). Заносятся известные данные.

По справочным данным таблицы 11.1 согласно условиям выбирается выключатель ВММ-10-400-10 У1.

Необходимые данные заносятся в «Ведомость».

2. Определяются расчётные данные и заносятся в «Ведомость».

Ку = 1; = 0,57 кА.

Ток термической стойкости

Таблица 17.2 — Ведомость выключателя ВН

Таким образом, условия выбора выполнены.

Ответ: Для ТП выбраны 2 х ВММ-10-400-10У1.

ЗАНЯТИЕ 18

Выбор разъединителей

Разъединителипредназначены для включения и отключения электрических цепей напряжением выше 1000 В без нагрузки и для создания в них видимого разрыва. Однако в отдельных случаях разрешают отключать разъединителем

электрические цепи при протекании в них токов, значение и характер которых регламентированы ПТЭ.

При выборе разъединителей необходимо выполнение условий:

1. Номинальное напряжение разъединителя должно соответствовать номинальному напряжению высоковольтной сети.

2.Наибольший длительный ток нагрузки потребителя не должен превышать номинальное значение длительного тока разъединителя.

3. Ударный ток КЗ в месте установки разъединителя не должен превышать допустимую амплитуду ударного тока КЗ разъединителя.

4. Ток термической стойкости I_т в течение времени t_T, гарантированный заводом-изготовителем, и ток КЗ I_КЗ, протекающий через разъединитель в течение времени t_KЗ, должны быть связаны соотношением

Условия выбора высоковольтных выключателей

Высоковольтные выключатели – это коммутационные аппараты, предназначенные для включения, отключения электрических цепей в нормальных режимах и для автоматического отключения поврежденных элементов системы электроснабжения при КЗ и других аварийных режимах.

Высоковольтные выключатели имеют дугогасительные устройства и поэтому способны отключать не только токи нагрузки, но и токи КЗ.

По конструктивным особенностям и способу гашения дуги различают масляные, воздушные, элегазовые, электромагнитные, автогазовые, вакуумные выключатели. К особой группе относятся выключатели нагрузки, рассчитанные на отключение токов нормального режима. Кроме того, по роду установки различают выключатели для внутренней, наружной установки и для комплектных РУ.

Высоковольтные выключатели должны предусматриваться на линиях, как правило, в начале, т. е. со стороны питания. Количество коммутационных аппаратов на различных присоединениях выбирается исходя из требований надежности и принципа построения систем релейной защиты и сетевой противоаварийной автоматики.

Высоковольтные выключатели выбирают в зависимости от места установки, способа обслуживания и назначения.

Параметры выключателя выбирают по техническим данным таким образом, чтобы технические характеристики выключателя были больше расчётных.

При проектировании подстанции высоковольтные выключатели выбираются в соответствии с их назначением по четырем условиям:

1Выбор по номинальному напряжению сводится к сравнению номинального напряжения установки и номинального напряжения установки выключателя:

2 Выбор по номинальному току сводится к выбору выключателя, у которого номинальный ток является ближайшим большим к расчётному току установки, т.е. должно быть соблюдено условие:

3 По отключающей способности выключатели выбираются по предельно отключающему току (I_по), т.е. току, который выключатель надёжно разрывает при коротком замыкании без повреждений, препятствующих дальнейшей работе:

4Проверка на термическую стойкость. Для проверки на термическую стойкость при сквозных токах короткого замыкания определяют номинальный и расчётный тепловой импульс:

5Проверка на электродинамическую стойкость при сквозном коротком замыкании:

По расчетным условиям выбираем выключатель типа ВВЭ-10-20/630-У3:

Э – встроенный электромагнитный привод;

10 – номинальное напряжение, 10кВ;

20 – предельный сквозной ток, кА;

630 – номинальный ток, А;

У3 – категория размещения.

Вакуумные выключатели имеют простую конструкцию, высокую надёжность, малые размеры, большую коммутационную износостойкость, полностью пожаро- и взрывобезопасны, экологически чисты, не создают шума при операциях, требуют малых эксплутационных расходов.

Недостатками вакуумных выключателей (ВВ) являются сравнительно небольшие токи и ток отключения, возможность появления коммутационных перенапряжений при отключении малых индуктивных токов.

Конструкция вакуумного выключателя позволилит достичь следующих преимуществ по сравнению с другими коммутационными аппаратами:

Высокий механический и коммутационный ресурс.

Малые габариты и вес.

Небольшое потребление энергии.

Возможность управления по цепям постоянного, выпрямленного и переменного оперативного тока.

Простота встраивания в различные типы КРУ и КСО и удобство организации необходимых блокировок.

Устройство и выбор высоковольтных выключателей

Выключатель — это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока. Выключатель является основным аппаратом в электрических установках, он служит для отключения и включения цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, КЗ, холостой ход, несинхронная работа.

К выключателям высокого напряжения предъявляют следующие требования:

-надежное отключение любых токов (от десятков ампер до номинального тока отключения);

-пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения (БАПВ);

-возможность по фазного (по полюсного) управления для выключателей 110 кВ и выше;

-легкость ревизии и осмотра контактов;

-взрыво- и пожаробезопасность;

-удобство транспортировки и эксплуатации.

В соответствии с ГОСТ 687 — 78Е выключатели характеризуются следующими параметрами:

1. Номинальный ток отключения I_{отк.ном} — наибольший ток КЗ (действующее значение), который выключатель способен отключить при напряжении, равном наибольшему рабочему напряжению при заданных условиях восстанавливающегося напряжения и заданном цикле операций. Номинальный ток отключения определяется действующим значением периодической составляющей в момент расхождения контактов.

2. Допустимое относительное содержание апериодической составляющей тока в токе отключения .

3. Цикл операций — выполняемая выключателем последовательность коммутационных операций с заданным интервалом между ними.

4. Стойкость при сквозных токах, характеризующаяся токами термической и электродинамической стойкости (действующее и амплитудное значение); эти токи выключатель выдерживает во включенном положении без повреждений, препятствующих дальнейшей работе.

5. Номинальный ток включения — ток КЗ, который выключатель с соответствующим приводом способен включить без приваривания контактов и других повреждений при номинальном напряжении и заданном цикле.

6. Собственное время отключения — интервал времени от момента подачи команды на отключение до момента прекращения соприкосновения дугогасительных контактов. Время отключения — интервал времени от подачи команды на отключение до момента погасания дуги во всех полюсах. Время включения — интервал времени от подачи команды на включение до возникновения тока в цепи.

7. Параметры восстанавливающегося напряжения — в соответствии с нормированными характеристиками собственного переходного восстанавливающегося напряжения (ПВН).

В ГОСТ 687 — 78Е приведены также другие требования к конструкции выключателей и методы их испытаний.

Основными конструктивными частями выключателей являются: контактная система с дугогасительным устройством, токоведущие части, корпус, изоляционная конструкция и приводной механизм.

Масляные баковые выключатели — в них масло служит для гашения дуги и изоляции токоведущих частей. При напряжение до 10 кВ (некоторые типы до 35 кВ) выключатель имеет один бак, в котором находятся контакты всех трех фаз, при большем напряжении для каждой фазы предусматривается отдельный бак.

Преимущества: простота конструкции; высокая отключающая способность; пригодность для наружной установки; возможность установки встроенных трансформаторов тока.

Недостатки: взрыво- и пожароопасность; необходимость периодического контроля за состоянием и уровнем масла в баке и вводах; большой объем масла, что обусловливает большую затрату времени на его замену, необходимость большых запасов масла; непригодность для установки внутри помещений; непригодность для выполнения быстродействующего АПВ; большая затрата металла, большая масса, неудобство перевозки, монтажа и наладки.

Маломасляные выключатели — масло в этих выключателях в основном служит дугогасящей средой и частично изоляцией между разомкнутыми контактами. Изоляция токоведущих частей друг от друга и от заземленных конструкций осуществляется фарфором или другими твердыми изолирующими материалами.

Достоинства: небольшое количество масла; относительно малая масса; более удобный, чем у баковых выключателей, доступ к дугогасительным контактам; возможность создание серии выключателей на разное напряжение с применением унифицированных узлов.

Недостатки: взрыво- и пожароопасность, хотя и меньшая по сравнению с баковыми; невозможность осуществления БАПВ; необходимость периодического контроля, доливки, относительно частой замены масла в дугогасительных бачках; трудность установки встроенных трансформаторов тока; относительно малая отключающая способность.

Область применения маломасляных выключателей — ЗРУ 6 — 110 кВ, КРУ 6 — 35 кВ, ОРУ 35 — 220 кВ.

Воздушные выключатели — гашение дуги происходит сжатым воздухом или в баке со сжатым воздухом, а изоляция токоведущих частей и дугогасительного устройства осуществляется фарфором или другими твердыми изолирующими материалами.

Преимущества: взрыво- и пожаробезопасность; быстродействие и возможность осуществления БАПВ; высокая отключающая способность; надежное отключение емкостных токов линий; малый износ дугогасительных контактов; легкий доступ к дугогасительным камерам; возможность создания серии из крупных узлов; пригодность для наружной и внутренней установки.

Недостатки: необходимость компрессорной установки; сложная конструкция ряда деталей и узлов; относительно высокая стоимость; трудность установки встроенных трансформаторов тока.

Электромагнитные выключатели — для гашения дуги не требуют ни масла, ни сжатого воздуха, что является большим преимуществом их перед другими типами выключателей. Выпускаются на напряжение 6 — 10 кВ, номинальный ток до 3600 А и ток отключения до 40 кА.

Дуга перемещается в дугогасящую камеру за счет магнитного поля созданного электромагнитом.

Достоинства: полная взрыво- и пожаробезопасность; малый износ дугогасительных контактов; пригодность для работы в условиях частых включении и отключений; относительно высокая отключающая способность.

Недостатки: сложность конструкции дугогасительной камеры с системой магнитного дутья; ограниченный верхний предел номинального напряжения (15 — 20 кВ); ограниченная пригодность для наружной установки.

Вакуумные выключатели — электрическая прочность вакуумного промежутка во много раз больше, чем воздушного при атмосферном давлении, это свойство используется в вакуумных дугогасительных камерах. Эти выключатели имеют ряд отличий: рабочие контакты имеют вид усеченных конусов с радиальными прорезями, создающими радиальное электродинамическое усилие; материал контактов подобран так, чтобы уменьшить количество испаряющегося металла.

Достоинства: простота конструкции; высокая степень надежности; высокая коммутационная износостойкость; малые размеры; пожаро- и взрывобезопасность; отсутствие шума при операциях; отсутствие загрязнения окружающей среды; малые эксплуатационные расходы.

Недостатки: сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения; возможность коммутационных перенапряжений при отключении малых индуктивных токов.

Автогазовые выключатели — для гашения дуги используется газ, выделяющийся из твердого газогенерирующего материала дугогасительной камеры.

Достоинства: отсутствие масла; небольшая масса.

Недостатки: быстрый износ твердого дугогасителя; относительно большой износ контактов.

Элегазовые выключатели — используются высокие дугогасящие свойства элегаза. Для успешного отключения тока в этих выключателях предусмотрено устройство вращения дуги в элегазе. В подвижные и неподвижные контакты встроены постоянные магниты из феррита, которые создают магнитные поля направленные встречно.

Достоинства: пожаро- и взрывобезопасность; быстрота действия; высокая отключающая способность; малый износ дугогасительных контактов; возможность создания серии с унифицированными узлами; пригодность для наружной и внутренней установки.

Недостатки: необходимость специальных устройств для наполнения, очистки и перекачки элегаза, относительно высокая стоимость элегаза.

Синхронизированные выключатели — выключатели, контакты которого размыкаются в строго определенный момент времени с опережением момента перехода отключаемого тока через нуль. Гашение дуги значительно облегчается, так как количество энергии, выделяющейся в дуге, намного уменьшается.

Преимущества: повышение динамической устойчивости работы систем при КЗ, так как отключение обеспечивается до первого перехода тока через нуль; увеличение срока службы контактов выключателя, так как им не приходиться отключать бодьших токов; большую отключающую способность.

Создание синхронизированных выключателей связано со многими техническими трудностями.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.003 с) .

Методика выбора высоковольтный выключатель

Отдел маркетинга и аналитики ООО «СКБ ЭП»

Широкий спектр приборов контроля высоковольтного оборудования, представленный на российском рынке, затрудняет пользователям выбор модели, наиболее подходящей по функциям и стоимости.
Кроме того, сложности при выборе прибора возникают и в связи с многообразием высоковольтного оборудования подстанций – и того, которое эксплуатируется многие годы, и современного, вновь устанавливаемого на энергообъектах.

Зарубежные высоковольтные выключатели зачастую стандартизированы как в плане доступа к подвижным частям, так и по составу контролируемых параметров.

В свою очередь приборы зарубежного производства, предназначенные для контроля высоковольтного оборудования, рассчитаны на работу именно с этими выключателями, поэтому конструктивно и функционально мало отличаются друг от друга. В то же время они совершенно не адаптированы к выключателям российского производства и из всех характеристик позволяют измерять только временные.

Про отечественные выключатели можно сказать: сколько выключателей, почти столько же и вариантов установки датчиков перемещений для измерения параметров хода и скорости контактов. Причем при косвенных измерениях, когда эти параметры определяются по параметрам углового перемещения вала привода, очень важно знать кинематическую схему выключателя (формулу зависимости линейного перемещения контактов от угла поворота вала привода). В противном случае эти измерения оказываются бессмысленными, так как для советских и российских выключателей нормируются параметры хода контактов, а не углового перемещения вала.

Какие же измерительные приборы целесообразно выбирать для контроля парка высоковольтных выключателей?
В условиях постепенного обновления парка высоковольтного оборудования стоит задуматься о приобретении универсального прибора, который позволял бы снимать характеристики как с устаревших советских, так и с современных российских и зарубежных высоковольтных выключателей.

Таким прибором контроля высоковольтных выключателей является ПКВ/М7 производства СКБ ЭП. Разработка предшествующих поколений подобных приборов началась еще в советское время, благодаря чему компания располагает исчерпывающими данными по кинематическим схемам высоковольтных выключателей того периода.
Сегодняшняя версия прибора полностью адаптирована ко всем отечественным масляным и элегазовым аппаратам, а также к ряду вакуумных выключателей.

Адаптация прибора для контроля отечественных выключателей предусматривает проработку мест установки датчиков перемещений, оснащение прибора соответствующими крепежными приспособлениями и инструкциями по установке датчиков и, наконец, автоматический пересчет углового перемещения вала датчика в ход контактов.

Для многих зарубежных выключателей нормируются параметры углового перемещения, а не хода контактов, поэтому знание кинематических схем не требуется, а производители в большинстве случаев их и не предоставляют. В связи с этим адаптация прибора для контроля зарубежных выключателей заключается только в оснащении его соответствующими крепежными приспособлениями для установки датчика угловых перемещений.

Отметим, что метрологические характеристики ПКВ/М7 (в том числе погрешность измерений угловых перемещений) имеют значительный запас по отношению к характеристикам, необходимым для измерения параметров высоковольтных выключателей зарубежного производства.

В сентябре 2013 г. на территории завода высоковольтных выключателей Siemens (г. Воронеж) были проведены испытания методики измерения параметров элегазового выключателя 3AP1-FG145 прибором ПКВ/М7.

По результатам испытаний было выяснено, что небольшие габариты датчика угловых перемещений ДП21, которым комплектуется прибор ПКВ/М7, позволяют измерить угловое перемещение не только вала привода выключателя, на котором он обычно устанавливается (рис. 1а). Датчик угловых перемещений можно вынести непосредственно к валу полюса выключателя (рис. 1б). В этом случае результаты измерений не зависят от таких факторов, как люфты между приводом и полюсом, а также погрешности (допуски) изготовления тяг и других элементов выключателя. В итоге данное ноу-хау позволяет получить более точную информацию о ходе контактов выключателей.

Рис. 1. Крепление датчика ДП21 на элегазовом выключателе 3АР1- FG145 (Siemens)
а) первоначальное, на валу привода
б) новое, на валу полюса

Графический способ представления результатов измерений при помощи программы, входящей в комплект поставки прибора, дает более полную картину состояния выключателя по сравнению с простым контролем количественных значений нормируемых технических характеристик (в норме/не в норме). Кроме того, эта программа позволяет наложить графики хода контактов каждого полюса друг на друга, благодаря чему в случае неисправности сразу же выявляется ненормальное движение контролируемого элемента полюса.

Таким образом, измерить характеристики зарубежного выключателя можно с помощью и российского прибора, предварительно адаптированного к данным нуждам. Не стоит делать поспешных выводов в пользу того или другого производителя, так как не всегда низкая цена или мировая известность бренда гарантируют, что проблема контроля характеристик всего парка выключателей будет решена. В настоящий момент на рынке появились уникальные приборы, способные работать одновременно и с отечественными, и с зарубежными высоковольтными выключателями.

Оцените достоинства представленных на рынке контрольно-измерительных приборов и сделайте правильный выбор!

ООО «СКБ ЭП»
664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130, офис 285
Тел.: +7 (3952) 719-148, 755-607
skb@skbpribor.ru
www.skbpribor.ru

© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна