ВопросОтделители и короткозамыкатели. Назначение, принцип работы.

Сегодня на высоковольтных подстанцияхзачастую используются типовые схемы без установки выключателей на питающей линии. Благодаря такой конструктивной особенности удаётся настроить полнофункциональное оборудование, которое отличается простотой исполнения и дешевизной при неизменно высокой надёжности. Чтобы заменить выключатели на стороне высокого напряженияприменяются отделители и короткозамыкатели.

Короткозамыкатели служат для того чтобы создавать искусственное КЗ сети по сигналу релейной защиты. Отличаются высоким быстродействием.

Отделитель - это разъединитель, способный быстро отключить обесточенную сеть, когда подаётся команда на его привод. Отделители срабатывают значительно медленней обычных разъединителей (в течение 0,5-1,0 секунд). Посредством отделителя отсоединяются повреждённые участки сети после того, как выполнено отключение защитного выключателя. В свою очередь выключатель срабатывает по причине короткого замыкания, которое создаётся короткозамыкателем.

Короткозамыкатели создают искусственное КЗ в случаях повреждения трансформатора. В результате этого под влиянием защиты происходит отключение выключателей, которые установлены на питающих выводах линий. Короткозамыкатели управляются посредством привода ШПК, а включение короткозамыкателя происходит в автоматическом режиме под влиянием пружинного механизма в результате срабатывания привода по сигналу релейной защиты. В случае необходимости короткозамыкатель можно также включить вручную. Отключить же его можно исключительно при ручном оперировании.

4 вопрос

В современных условиях для обеспечения надежности и экономичности электроснабжения потребителей необходима совместная работа большого числа электростанций, подстанций и связывающих их электрических сетей разных напряжений. Однако при этом электрические схемы станций и подстанций должны обеспечивать соединение их отдельных элементов достаточно просто, надежно и удобно. В условиях эксплуатации подстанций возникает необходимость изменения схемы при выводе оборудования в ремонт, ликвидации аварий. Чтобы можно было производить эти изменения электрических схем, их элементы — трансформаторы, шины распределительных устройств (РУ), воздушные и кабельные линии — соединяют друг с другом посредством коммутационных аппаратов. Главной схемой электрических соединений или схемой первичной коммутации называется схема электрических соединений основного электрооборудования, к которому относятся трансформаторы силовые и измерительные, реакторы, коммутационные аппараты и соединяющие их проводники. Для главных схем подстанций определяющими факторами являются местоположение подстанции в энергосистеме и ее назначение, мощность, перерабатываемая на подстанции и проходящая через нее транзитом, количество и мощность трансформаторов и отходящих линий, уровни их напряжений, категории потребителей, которые питаются по этим линиям. По способу начертания главные схемы подстанций подразделяются на многолинейные, на которых показываются все фазы электроустановки и нулевой провод, и однолинейные, на которых изображается только одна фаза, остальные ввиду их аналогичности не показываются. Графическое изображение однолинейных схем значительно проще, повышается наглядность и запоминаемость таких схем. Однолинейные схемы составляют для всей электроустановки, те участки, схемы, где по фазам есть отличия имеют многолинейное изображение. Выбранная схема при выполнении электроустановки должна обеспечивать ряд условий: обеспечивать надежность электроснабжения потребителей; осуществлять эксплуатацию с минимальными затратами средств и расходом материалов; обеспечивать безопасность и удобство обслуживания; исключать возможность ошибочных операций персоналом в процессе срочных переключений. Выполнение последнего условия затрудняется при очень сложной схеме электроустановки, однако значительное упрощение схемы может вызвать трудности для выполнения первого условия в отношении надежности электроснабжения. Железнодорожные потребители в основном относятся к первой и второй категориям, и для их питания используют чаще трансформаторные подстанции с двумя трансформаторами, один из которых может быть резервным. Для электроснабжения потребителей третьей категории применяют схемы однотрансформаторных подстанций. Рис. 1. Схема однотрансформаторной подстанции с первичным напряжением 10 кВ Однолинейная схема однотрансформаторной подстанции с первичным напряжением 10 кВ и вторичным напряжением 0,4 кВ. Подстанция (рис. 1) получает питание по воздушной линии 10 кВ. На вводе подстанции W установлен разъединитель QS и предохранитель FUX, который защищает трансформатор Т от токов КЗ, длительных перегрузок, опасных для трансформатора. От атмосферных перенапряжений, набегающих на подстанцию по воздушной линии, она защищается разрядником FV. РУ-0,4 кВ имеет одинарную систему сборных шин, на которую напряжение подается от трансформатора Т по вводу. На вводе установлен рубильник S{, предохранитель FU2 и трансформатор тока ТА. Так как трансформаторы тока могут устанавливаться не на всех фазах, то эта часть схемы показана в трехфазном изображении во избежание неясностей. Нулевой провод от нейтрали трансформатора до нейтральной шины N показывается отдельно. От сборных шин 0,4 кВ отходят линии потребителей, на которых установлены рубильники (пакетные выключатели) S2-S5 и предохранители FU1-FU6. Конструкция такой подстанции показана на рис. Как видно на рис. 1, схема подстанции очень проста, ее элементы не резервируются, и в случае отказа или повреждения любого из них часть потребителей или все (при повреждении трансформатора) остаются без электроэнергии. Такой недостаток в значительной степени устраняется при использовании подстанций с двумя трансформаторами. Однолинейная схема двухтрансформаторной подстанции с первичным напряжением 10 кВ и вторичным напряжением 0,4 кВ представлена на рис. 2. В РУ-10 кВ подстанции принята одинарная секционированная на две секции двумя разъединителями QS1 и QS4 система сборных шин. Это позволяет работать на одной секции без отключения другой. Вводы подстанции W2 и IVр которые снабжают электроэнергией потребители второй и третьей категорий, для удешевления и упрощения обслуживания могут выполняться на выключателях нагрузки QW1 и QW4 с заземляющими ножами. На отходящих линиях Wt и W4 и присоединениях понижающих трансформаторов устанавливают выключатели нагрузки QWV Q W2, Q W5, QWb в комплекте с предохранителями FU2, FUV FU4, FUy При этом предохранители целесообразно устанавливать перед выключателями нагрузки, считая по направлению передачи электроэнергии. На вводах применяются выключатели нагрузки ВНЗ- 16 с заземляющими ножами, на отходящих линиях и трансформаторах — ВНПЗ-17. Для учета электроэнергии, отпускаемой потребителям по линиях W] и W4, предусмотрены счетчики, подключаемые к трансформаторам тока ТА{ и ТА, и к трансформаторам напряжения TV] и TV2, которые подключаются к шинам через разъединители QS2 и QSs с заземляющими ножами типа РВЗ-10. Пунктиром показана блокировочная связь разъединителей и их заземляющих ножей, которая не позволяет включать разъединитель при включенном заземляющем ноже и включать заземляющий нож при включенном разъединителе. Защищаются от токов КЗ 7У, и TV2 предохранителями FUl и FU6. Заземление каждой секции сборных шин предусматривается заземляющими разъединителями QSX и QSb типа РВ-10. Рис. 2. Схема двухтрансформаторной подстанции с первичным напряжением 10 кВ Рис. 3. Схема двухтрансформаторной подстанции с первичным напряжением 35 кВ Рис. 3. Схема двухтрансформаторной подстанции с первичным напряжением 35 кВ Пой наличии воздушных линий 10 кВ должна быть предусмотрена установка разрядников РВО-10, подключаемых к секциям шин через разъединители QS2 и QSy распределительное устройство 0,4 кВ выполняется из щитов серии Щ0-70, которые в зависимости от назначения комплектуются различными аппаратами, рассчитанными на широкий диапазон токов. В РУ-0,4 кВ принята одинарная секционированная автоматическим выключателем SF2 и рубильниками S4 и S5 на две секции система сборных шин. Питание каждой секции осуществляется от своего трансформатора Г, и Т2, подключенного к шинам через автоматические выключатели 5F, и SF3 и рубильники S2 и Sr К трансформаторам тока ТА4 и Т А1 подключаются амперметры и счетчики активной и реактивной энергии. При раздельной работе секций шин предусмотрено автоматическое включение резерва [ABP)., которое осуществляется включением межсекционного автоматического выключателя SF2 (нормально он отключен) при отключении трансформатора Г, или Т2. При отсутствии АВР секционирование выполняют рубильниками. Разрядники F Vx и F V2 типа РВН-0,5 для защиты изоляции трансформаторов и оборудования РУ-0,4 кВ от перенапряжения устанавливают только при наличии воздушных линий 0,4 кВ. В цепи каждого присоединения линий устанавливаются рубильники Sv Sy Sb, Sg и предохранители F U1 -FU]0 (возможно применение автоматических выключателей). К трансформаторам тока ТАЪ, TAS, ТА6, ТАН подключаются амперметры и, при необходимости, счетчики электроэнергии. Питание собственных нужд СН подстанции выполняется от специальной шины, на которую электроэнергия поступает по вводам 0,4 кВ от трансформаторов 7, и Т2. Однолинейная схема двухтрансформаторной подстанции с первичным напряжением 35 кВ представлена на рис. 3. Электроэнергия подается на подстанцию под двум вводам W2 и W3 от районной или тяговой подстанции и поступает на одинарную, секционированную выключателем Qs систему сборных шин РУ-35 кВ. На каждом вводе установлены многообъемные масляные выключатели q2 и q1 типа С-35М-630 со встроенными трансформаторами тока ТА4н ТА6типа ТВ-35. Для подключения счетчиков денежного расчета применяются трансформаторы тока ТА3 и ТА5 (комплект из Двух трансформаторов имеет один номер) типа ТФЗМ-35А. К линиям W2 и W} выключатели Q2 и Q} подключаются линейными разъединителями с двумя заземляющими ножами QS2 и QS3 типа РНДЗ-2-35 (РДЭ-2-35), а к секциям шин — шинными разъединителями QS6 и QS1 типа РНДЭ-1-35 (РДЗ-1-35). Секционный выключатель Q5 подключается к секциям шин с помощью секционных разъединителей QS9 и QS[Q типа РНДЗ-1-35 (РДЗ-1-35). Разъединители с двух сторон выключателя ввода или секционного позволяют обеспечить безопасность производства ремонтных работ на выключателях и трансформаторах тока. В отдельных случаях от РУ-35 кВ получают питание смежные подстанции по линиям Wх и W4. Электроэнергия поступает на шины по вводам Wг и Wъ и часть ее транзитом без переработки передается другим подстанциям. На линиях W, и W4 установлено такое же оборудование как и на W 2 и Wъ. К каждой секции РУ-35 кВ подключается понижающий трансформатор Г, и Т2 через выключатель Q6 и Q1 со встроенными трансформаторами тока ГЛ|0 и ТАи и разъединитель QSn и QSi3 с одним заземляющим ножом, позволяющим отделить выключатель от секции при ремонте. Трансформаторы напряжения TVlnTV2 типа 3HOM-35 и разрядники FVl и FV2 типа РВС-35 присоединяются к секциям шин через разъединители QS[, и QSW которые имеют заземляющие ножи для заземления TV и FV при ремонте и ножи для заземления секций шин. Понижающие трансформаторы Г, и Т2 могут работать параллельно на шины РУ-10 кВ, раздельно (отключен секционный выключатель Ql2) или поочередно (один в работе, второй в резерве) с возможностью автоматического включения резервного (АВР) трансформатора. Схема РУ-10 кВ предусматривает использование одинарной секционированной выключателем системы сборных шин. Размещают оборудование РУ в закрытых помещениях или шкафах наружной установки. В обоих случаях используют комплектные устройства, состоящие из шкафов или камер, в которых размещаются выключатели и трансформаторы тока. На рис. 3 приведена схема РУ-10 кВ с выключателями Qs - Qw установленными на выкатных тележках, что позволяет обходиться без разъединителей. На каждом присоединении РУ используются стационарные заземляющие ножи, обеспечивающие безопасность ведения работ внутри шкафов. От шин 10 кВ отходят четыре линии, питающие потребителей. Потребители первой категории для надежного электроснабжения получают питание по двум линиям, отходящим от разных секций шин. При отключении или повреждении одной линии или одной секции потребитель будет получать энергию по другой линии от второй секций. Одиночная линия может быть использована для питания потребителей второй или третьей категории. Питание потребителей первой категории по такой одиночной линии возможно, если имеется резервное питание от другого источника питания. Для питания потребителей собственных нужд: релейной защиты, автоматики, телемеханики, цепей управления и сигнализации, освещения и электрического отопления, подогрева оборудования в зимнее время, освещения, а также проведения ремонтных работ предусмотрена установка двух трансформаторов собственных нужд (ТСН) Г3 и Г4 мощностью 63-160 кВ А. ТСН присоединяется к шинам через выключатели Q^ и Q[(>. Трансформаторы тока ТАХ2 и ТАп используются для подключения релейных защит. Учет энергии, расходуемой на собственные нужды подстанции, ведется со стороны вторичного напряжения ТСН. К секциям шин РУ-10 кВ присоединяются трансформаторы напряжения Т V3 и Т К4типа НТМИ-10, защищаемые предохранителями FUxhF U2 типа ПКТ-10, и разрядники FV3hFVa типа РВП-10, защищающие изоляцию РУ-10 кВ от перенапряжений. Трансформатор напряжения и разрядник одной секции размещаются на общей выкатной тележке. Секционирование шин выполняется с помощью двух шкафов: в одном установлен секционный выключатель Ql2 с трансформаторами тока ТАХ6; во втором — выдвижной элемент Т, выполняющий роль разъединителя. При использовании понижающих трансформаторов мощностью до 4000 кВ-А и сравнительно небольшой мощности КЗ при напряжении 35 кВ и реже 110 кВ находят применение схемы с выхлопными предохранителями типа ПВТ. Однолинейная схема комплектной однотрансформаторной подстанции с первичным напряжением 110 кВ представлена на рис. 4, а ее конструктивное выполнение -— на рис. 27. От линии электропередачи по вводу Wх электроэнергия напряжением 110 (35) кВ поступает на трансформатор Г, типа ТМН-2500/110, который защищается от токов КЗ предохранителем F £/, типа ПВТ-110 и разрядником F Vx типа РВС-110 от перенапряжений. Разъединитель QS типа РНДЗ-1-110/630 служит для отключения трансформатора Тх на холостом ходу при отключенном выключателе ввода РУ-10 кВ Qx и создания видимого разрыва цепи при ремонте и замене предохранителя FUr На одной фазе ввода W х установлена аппаратура высокочастотной связи, состоящая из заградительного реактора L R, не пропускающего высокочастотные токи связи за пределы линии, и конденсатора С, через который токи связи попадают на приемо-передающую аппаратуру. Рис. 4. Схема комплектной однотрансформаторной подстанции с первичным напряжением 110 кВ Нейтраль первичной обмотки трансформатора обычно заземляется разъединителем QS2 типа РНД-35 или заземлитель нейтрали ЗОН-110, при работе системы напряжением 110 кВ с изолированной нейтралью заземление осуществляется через разрядник F V2, состоящий из последовательно соединенных разрядников типа РВС-35 и РВС-15. РУ-10 кВ имеет одинарную несекционированную систему сборных шин, от которой потребители получают электроэнергию по четырем линиям W2, Wy WA и Ws, на которых установлены выключатели, Qv Q4 и Qs типа ВМП-10 или ВКЭ-10. Для подключения релейных защит, счетчиков электрической энергии и других измерительных приборов на каждой линии и на вводе установлены трансформаторы тока TA1 - ТА3. Питание обмоток напряжения измерительных приборов и реле осуществляется от трансформатора напряжения Т V, подключаемого к сборным шинам через высоковольтный контакт пальцевого типа. Разрядник F V3, защищающий изоляцию оборудования РУ-10 кВ от перенапряжений располагается на одной с трансформатором напряжения TV выкатной тележке. Шины заземляются в процессе ремонтных работ на них стационарным заземляющим ножом QSG, расположенном в высоковольтном шкафу трансформатора напряжения. Такие подстанции используются для питания потребителей второй и третьей категории. Питание потребителей первой категории может осуществляться от данной подстанции при наличии резервного питания от другого источника. При необходимости питания потребителей первой категории от одной подстанции, на ней необходимо устанавливать не менее двух трансформаторов, подключаемых к питающим линиям напряжением 35-220 кВ с помощью отделителей и короткозамыкателей. В районах с интенсивным гололедообразованием, где работа отделителей и короткозамыкателей недостаточно надежна, они заменяются выключателем. Однолинейная схема РУ-110 (220) кВ концевой и ответвительной подстанций представлена на рис. 5. Питание на трансформаторы Г, и Т2 поступает от линии электропередачи по вводам Ж, и Wг, на которых установлены разъединители QS1 и QS2 типа РНДЗ-2-110 с дистанционными приводами типа ПДН-1. Между вводами выполняется перемычка с двумя разъединителями QS3 и QS4> QS3 имеет привод ПДН-1, QS4 с ручным приводом ПР-90. На первичной стороне трансформаторов Г, и Т2 установлены разъединители QS5 и QS6 такие же как на вводах, быстродействующие отделители QR\ и QR2, дополненные короткозамыкателями QNS и QNr. Встроенные трансформаторы тока ТА{ и ТАг необходимы для подключения амперметра и релейных защит. Наличие перемычки с разъединителем, имеющим дистанционное управление, позволяет обеспечить питание любого трансформатора по любому вводу или двух трансформаторов по одному вводу. Второй разъединитель перемычки QS4 с ручным приводом используется при ремонте QS3 для создания видимого разрыва цепи, Трансформатор Т2 остается в работе, получая электроэнергию по вводу W2. Разрядники FV1 и FF2 THna РВС-110 защищают изоляцию РУ-110 кВ от перенапряжений. Рис. 5. Схема РУ-110 кВ концевой и ответвительной подстанций Однолинейная схема РУ-110 (220) кВ проходной подстанции, включаемой в рассечку линии 110 (220) кВ, показана на рис. 6. РУ-110 кВ имеет ремонтную и рабочую перемычки между вводами. Рабочая перемычка с выключателем Q типа МКП-1 10М со встроенными трансформаторами тока Т А2 типа ТВ-110 и разъединителями QSs и QS6 типа РНДЗ-1-110, необходимыми для ремонта выключателя перемычки, используется для транзита электроэнергии энергосистемы. Разъединители QSi и QS2 ремонтной перемычки нормально отключены, включаются для обеспечения транзита электроэнергии при ремонте рабочей перемычки. К трансформаторам тока Т АХ типа ТФЗМ-110 (220) подключаются приборы и реле, нормально получающие питание от ТА2, при переводе транзита энергии через ремонтную перемычку. Трансформаторы напряжения ТУ, и TV2типа НКФ-110 (220) используются для питания обмоток напряжения измерительных приборов и реле. Схема РУ между рабочей перемычкой и трансформаторами такая же как у рассмотренной выше ответвительной или концевой подстанции. Рис. 6. Схема РУ-110 кВ проходной подстанции

Виды схем и их назначение

Главная схема электрических соединений электростанции (подстанции) — это совокупность основного электрооборудования (генераторы, трансформаторы, линии), сборных шин, коммутационной и другой первичной аппаратуры со всеми выполненными между ними в натуре соединениями.
Выбор главной схемы является определяющим при проектировании электрической части электростанции (подстанции), так как он определяет полный состав элементов и связей между ними. Выбранная главная схема является исходной при составлении принципиальных схем электрических соединений, схем собственных нужд, схем вторичных соединений, монтажных схем и т. д.
На чертеже главные схемы изображаются в однолинейном исполнении при отключенном положении всех элементов установки. В некоторых случаях допускается изображать отдельные элементы схемы в рабочем положении.

Рис. 1. Виды схем (на примере подстанции 110/10 кВ)

Все элементы схемы и связи между ними изображаются в соответствии со стандартами единой системы конструкторской документации (ЕСКД).
В условиях эксплуатации, наряду с принципиальной, главной схемой, применяются упрощенные оперативные схемы, в которых указывается только основное оборудование. Дежурный персонал каждой смены заполняет оперативную схему и вносит в нее необходимые изменения в части положения выключателей и разъединителей, происходящие во время дежурства.
При проектировании электроустановки до разработки главной схемы составляется структурная схема выдачи электроэнергии (мощности), на которой показываются основные функциональные части электроустановки (распределительные устройства, трансформаторы, генераторы) и связи между ними. Структурные схемы служат для дальнейшей разработки более подробных и полных принципиальных схем, а также для общего ознакомления с работой электроустановки.
На чертежах этих схем функциональные части изображаются в виде треугольников или условных графических изображений (рис. 1, а). Никакой аппаратуры (выключателей, разъединителей, трансформаторов тока и т.д.) на схеме не показывают.
На рис. 1,б показана главная схема этой же подстанции без некоторых аппаратов - трансформаторов тока, напряжения, разрядников. Такая схема является упрощенной принципиальной схемой электрических соединений. На полной принципиальной схеме (рис.1, в) указывают все аппараты первичной цепи, заземляющие ножи разъединителей и отделителей, указывают также типы применяемых аппаратов. В оперативной схеме (рис. 1, г) условно показаны разъединители и заземляющие ножи. Действительное положение этих аппаратов (включено, отключено) показывается на схеме дежурным персоналом каждой смены.
Согласно ГОСТ 2.710-81, буквенно-цифровое обозначение в электрических схемах состоит из трех частей: 1-я указывает вид элемента, 2-я - его порядковый номер, 3-я — его функцию. Вид и номер являются обязательной частью условного буквенно-цифрового обозначения и должны присваиваться всем элементам и устройствам объекта. Указание функции элемента (3-я часть обозначения) необязательно.
В 1-й части записывают одну или несколько букв латинского алфавита (буквенные коды для элементов электрических схем приведены в таблице приложения к лекции 1), во 2-й части — одну или несколько арабских цифр, характеризующих порядковый номер элемента. Например, QS1 - разъединитель №1, Q2 — выключатель № 2; QB — секционный выключатель. В ведущих проектных организациях используются более сложные обозначения проектных функциональных групп.