Что такое отделитель с короткозамыкателем?

Как работают отделители и короткозамыкатели

В нашей стране эксплуатируется много подстанций 110/35/10 или 110/10 (110/6) кВ. Одна из них представлена на фотографии, полученной с искусственного спутника Земли.

Выполненные красным цветом надписи на ней поясняют назначение каждого объекта.

Эта же подстанция показана на фотографии, сделанной с земли (для увеличения нажмите на рисунок).

От нее по воздушным и кабельным линиям питаются трансформаторные устройства 10 кВ, которые понижают выходное напряжение до 380 вольт для электроснабжения жилых зданий и промышленных предприятий в населенных пунктах.

Упрощенная картина размещения первичного оборудования этой подстанции представлена блочной схемой.

Здесь наглядно видно месторасположение отделителей (ОД-1 и ОД-2) с короткозамыкателями (КЗ-1 и КЗ-2), которые подключены проводами ЛЭП в разрыв между удаленным выключателем питающей подстанции и силовыми автотрансформаторами рассматриваемой.

В нашем примере работают два автотрансформатора (АТ-1 и АТ-2). Они запитаны от одной проходящей мимо подстанции воздушной линии 110 кВ через секционный выключатель, с которым соединяются системой разъединителей.

Каждый из автотрансформаторов питает через свой вводной выключатель собственную систему шин 10 кВ, используемую для отходящих линий. Все их выключатели расположены в сооружении КРУН-10 кВ (комплектное распределительное устройство наружной установки).

На картинке голубым цветом показано здание ОПУ – общеподстанционного пункта управления, внутри которого размещены устройства сложных релейных защит, автоматики, средств измерения, элементов управления силовым оборудованием.

Такие подстанции по воздушным ЛЭП протяженностью до 100 км соединяются с питающей их ПС. Электроэнергия от удаленного источника поступает через силовой автоматический выключатель нагрузки, расположенный на ОРУ-110 кВ и оборудованный системой защит, автоматики и управления.

Как устроен и работает отделитель

В соответствии с названием его роль связана с отделением части электрической схемы, на которой возникла неисправность, от основной питающей линии.

На картинке показан отделитель — электротехнический аппарат для коммутации (отделения) электрических цепей без нагрузки и напряжения сразу во всех трех фазах линии. Контакты его ножей во включенном положении плотно прилегают между собой и обеспечивают минимальное переходное сопротивление для длительного прохождения электрического тока в номинальном режиме электроустановки.

Однако, они не имеют устройств гашения дуги, а привод не обеспечивает быстрое отключение и не имеет защит, как автоматический выключатель. По этим причинам отделителем запрещено разрывать ток нагрузки или подавать напряжение на схему. В логику его автоматической работы обязательно включается блокировка от проходящих через него токов нагрузки. Для ее работы установлен специальный трансформатор тока, питающий отдельную релейную схему.

Опорные изоляторы отделителя размещены на металлической раме, поднятой бетонными столбами на безопасную высоту. На этих изоляторах смонтированы стационарные контакты и поворотные ножи, соединенные системой рычагов с приводом, который может управляться:

автоматически для отделения защищаемой цепи от возникающих аварий разведением ножей во время создания бестоковой паузы;

вручную оперативным персоналом, для включения ножей и завода пружин отключения, приведения их в готовность к работе.

Автоматическое разделение схемы происходит за счет использования энергии взведенной пружины, усиленной электромотором. Она срабатывает при выводе из зацепления защелки электромагнитом катушки отключения. Когда от защит трансформатора подается напряжение на эту катушку, то поворотные ножи разрывают схему.

На валу отделителя размещены блок-контакты КСА, повторяющие его положение. Они используются во вторичных цепях:

Как устроен и работает короткозамыкатель

Это тоже электротехнический коммутационный аппарат, работающий в цепях 6 или 10 кВ. Со стороны подвижного поворотного ножа он надежно заземлен на контур подстанции, а на противоположном конце стационарного контакта подключен тоководом к одной фазе линии. Рубящий рабочий нож короткозамыкателя в нормальном положении отведен на безопасное расстояние от фазы, исключающее случайное перекрытие ее напряжения на землю.

Стационарный контакт постоянно находится под потенциалом линии и отделен от контура заземления сопротивлением опорного изолятора. Вся эта конструкция смонтирована на прочной металлической раме и поднята на безопасное расстояние от земли.

Управление корткозамыкателем осуществляется через рычажную систему. В ручном режиме подвижный нож отводится оперативным персоналом от стационарного контакта в положение готовности к срабатыванию. При этом взводится силовая пружина. Одновременно переключаются блок контакты КСА, повторяющие его положение для работы вторичных цепей.

При определении защитами неисправностей в схеме на электромагнит катушки отключения подается напряжение. В результате этого защелка пружины выбивается из зацепления и приложенным к системе рычагов крутящим моментом подвижный нож резко набрасывается на стационарный контакт. На фазе линии возникает искусственно созданное короткое замыкание с землей.

Конструкция короткозамыкателя рассчитана на прохождение через его нож и контакты аварийных токов, создаваемых при КЗ с учетом восприятия термического удара. Она выдерживает эти токи за время их прохождения от момента возникновения до снятия напряжения защитами удаленного выключателя.

Короткозамыкатели используют в сетях с заземленной или изолированной нейтралью. В первом случае их устанавливают на одну фазу, а во втором на две для обеспечения надежного замыкания.

Особенности логики работы отделителя и короткозамыкателя

Электрическая схема подключения короткозамыкателя и отделителя для одного трансформатора ПС в трехлинейном исполнении показана на схеме.

При рабочем режиме электроэнергия от питающей подстанции по ВЛ поступает через включенные разъединитель с отделителем на сторону высокого напряжения ТН, где трансформируется в 10 кВ. А далее она через вводной выключатель распределяется по потребителям.

Здесь видно, что на подстанции 110/10 кВ отсутствует выключатель нагрузки. На ней нет ни одного коммутационного аппарата, способного отключить напряжение с трансформатора при возникновении в нем повреждений или для производства оперативных переключений.

Эта задача возложена на выключатель удаленной подстанции. К примеру, для вывода в плановый ремонт ТН 110/10 кВ, диспетчер ПС-330 по команде снимает напряжение со всей питающей ВЛ-110 ручным отключением выключателя. После этого разводятся ножи разъединителя.

Когда в схеме ТН 110/10 кВ возникает повреждение, то его отключает удаленный выключатель по следующему алгоритму.

Защиты трансформатора выявляют неисправность, анализируют и выдают напряжение на электромагнит катушки наложения короткозамыкателя. Его подвижный нож импульсом вбрасывается на контакт фазы. (Этот момент показан знаком молнии желтого цвета на временно́й шкале графика.) На ВЛ-110 появляется однофазное КЗ на землю.

Токовые защиты выключателя (например, дифференциально фазная или направленная токовая нулевой последовательности) чувствуют эту неисправность, анализируют и через время t защ выдают исполнительную команду на срабатывание привода, который за время t пр отключается.

Таким образом, время снятия напряжения с трансформатора определяется:

продолжительностью работы его защит;

длительностью импульса наложения короткозамыкателя;

скоростью отключения однофазного замыкания выключателем на удаленной подстанции, формирующей время t откл.

Однако, на этом логика взаимодействия защит, расположенных на разных подстанциях, не заканчивается. Схема управления выключателем с момента его отключения выдает команду на его автоматическое повторное включение через установленное для этого случая время t АПВ. Оно заранее выставляется уставкой автоматики. Во время его действия выключатель отключен, а ВЛ обесточена и находится без напряжения. Таким способом создается бестоковая пауза в электроснабжении.

После окончания выдержки времени АПВ воздушная ЛЭП снова запитывается. К этому моменту однофазное КЗ должно быть устранено действием отделителя. Он работает от защит трансформатора, которые выдают одновременно две команды на его отключение и наложение короткозамыкателя. Только действие команды на отделитель задерживается уставкой времени t уст, выставленной на релейной схеме защит трансформатора.

Время работы привода отделителя учитывается продолжительностью действия АПВ выключателя так, чтобы создать небольшой запас для его надежной работы.

Таким образом, после включения выключателя короткозамыкатель остается в наложенном на фазу линии положении, но при этом отделен от поданного на нее напряжения отключенным отделителем. При этом трансформатор остается обесточенным со стороны высокого напряжения и может быть введен в работу оперативным персоналом только после анализа происходящих на нем процессов и ликвидации возникшей неисправности, на что требуется определенное время.

Перспективы использования схем с отделителем и короткозамыкателем

Подстанции, на которых работает такая система, широко использовались в прошлом, когда установка воздушных или масляных выключателей требовала дополнительного вспомогательного и сложного оборудования (компрессорных либо масляных станций), что было экономически не выгодно.

Отделитель работает на открытом воздухе, подвергается действию любых атмосферных осадков. Его условия эксплуатации значительно ухудшаются зимой при мокром снегопаде и последующих заморозках.

Читайте также:  Почему гирлянда пищит при включении?

Сейчас такие подстанции подвергаются реконструкции. На них и на всех строящихся современных ОРУ-110 вместо отделителя и короткозамыкателя устанавливают элегазовый выключатель. Его привод работает от энергии взведенной электродвигателем пружины, а небольшого запаса элегаза, закачанного в баллон малой емкости, достаточно для гашения дуги, что обеспечивает длительный ресурс его срабатываний.

Отделители и короткозамыкатели

Отделитель, рассчитанный на напряжение 35 и 110 кВ (рис. 1), представляет собой разъединитель с автоматическим от­ключающим приводом (ШПОМ). Отделитель на 220 кВ выпол­няется в виде аппарата с тремя отдельными полюсами с самосто­ятельными приводами. Включается отделитель вручную. Отде­лители могут отключать токи намагничивания трансформаторов мощностью до 16 MB·А при напряжении 35 кВ и до 63 MB·А — принапряжении 110 кВ. Применяются отделители с ножами заземления (типа ОДЗ) и без ножей (типа ОД) (рис. 2).

Рис. 1. Отделитель типа ОДЗ-35 с ножами заземления: 1 – шкаф управления; 2 – штанга; 3 – изолятор фарфоровый; 4 – ножи отделителя.

Рис. 2. Отделитель типа ОД-110: 1 – изолятор; 2 – ножи отделителя; 3 – механизм поворота колонок.

Короткозамыкатель (КЗ) — аппарат, предназначенный для создания искусственного короткого замыкания. Короткозамыкатель на напряжение 35 кВ выполняются в виде двухполюсного аппарата, на напряжение 110 кВ и 220 кВ — в виде однополюс­ного (рис. 3). Управление короткозамыкателями осуществля­ется приводом типа ШПКМ, выполненным с двумя реле мак­симального тока и катушкой отключения. Включается короткозамыкатель автоматически под действием пружинного меха­низма при срабатывании привода от релейной защиты.

Рис. 3. Короткозамыкатель типа КЗ: 1 – изолятор колонки; 2 – шина; 3 – тяги механизма управления приводом; 4 – привод; 5 – заземлитель.

Совместное применение отделителя и короткозамыкателя на подстанциях, рассчитанных на напряжение 35. 220 кВ, позволяет отказаться от установки выключателей высокого напряжения, а также упростить и удешевить подстанции без уменьшения надежности.

На рис. 4. приведена схема, поясняющая совместную ра­боту отделителя ОД и короткозамыкателя КЗ. Защита трансфор­матора TP вызывает срабатывание короткозамыкателя КЗ, ко­торый создает ток короткого замыкания, на что реагирует защи­та питающей линии. Линия отключается. В течение бестоковой паузы отключается отделитель ОД.На этом операция вывода из работы поврежденного трансформатора окончена. Остает­ся восстановить схему для питания потребителей П, подклю­ченных к линии. Это выполняет автоматика повторного вклю­чения АПВ.

Рис. 4. Схема, поясняющая работу отделителя и короткозамыкателя: В – выключатель; ЛЭП – линия электропередачи; Р – разъединитель; ОД – отделитель; КЗ – короткозамыкатель; ТР – трансформатор; П – потребитель.

Назначение и принцип действия.

В настоящее время начинают широко применяться высоковольтные подстанции без выключателей на питающей линии. Это позволяет удешевить и упростить оборудование при сохранении высокой надежности. Для замены выключателей на стороне высокого напряжения используются короткозамыкатели и отделители. Крроткозамыкатель — это быстродействующий контактный аппарат, с помощью которого по сигналу релейной защиты создается искусственное КЗ сети. Отделитель представляет собой разъединитель, который быстро отключает обесточенную цепь после подачи команды на его привод. Если в обычном разъединителе скорость отключения мала, то в отделителе процесс отключения длится 0,5—1 с. В качестве примера применения короткозамыкателей и отделителей на рис. 9 приведена схема питания от одной линии двух трансформаторных групп 77 и Т2. В схему кроме быстродействующих короткозамыкателей QK1 и QK2, введены отделители Q1 и Q2, которые при нормальном режиме работы замкнуты. Допустим, вследствие ухудшения изоляции трансформатора Т1 внутри него возникают электрические разряды, которые приводят к разложению масла и выделению газа. Газовые пузырьки, поднимаясь вверх, приводят к срабатыванию газового реле. По сигналу этого реле включается короткозамыкатель и в цепи возникает искусственное КЗ. Под действием тока КЗ срабатывает выключатель защиты QF1 и обе группы Т1 и Т2 обесточиваются.

Рис. 9. Схема коммутации с отделителями и короткозамыкателями

С помощью релейной защиты трансформатора 77 отключается также выключатель QF2, после чего с некоторой выдержкой отключается отделитель Q1. Затем, так как режим искусственного КЗ оказался отключенным, снова включается выключатель QF1. Если до аварии выключатель QF4 был отключен, тс после включения выключателя QFJ он может быть включен. При этом будет восстановлено питание потребителей на шинах 10 кВ первой трансформаторной группы.

Таким образом, в этой схеме удается не ставить выключатели на стороне 220 кВ трансформаторов Т1 и Т2. Однако для надежной работы необходима четкая последовательность в работе короткозамыкателей, выключателей и отделителей. Иначе возможны такие тяжелые аварийные случаи, как отключение тока КЗ отделителями и др. Эффективность такой схемы тем выше, чем больше номинальное напряжение сети. Указанный эффект достигается за счет отсутствия выключателей на стороне 35—220 кВ, а также аккумуляторных батарей и компрессорных установок. Уменьшается площадь подстанции. Создается возможность приближения напряжения 35—220 кВ непосредственно к потребителям. Сокращаются сроки строительства. По справочным данным, применение отделителей и короткозамыкателей позволяет удешевить стоимость подстанции на 40—50 % и практически сохранить ту же надежность. б) Конструкция короткозамыкателей и отделителей. На рис. 10 представлен короткозамыкатель КЗ-110 на напряжение 110 кВ. На стальной коробке 1 установлен опорный изолятор 2. Вверху опорного изолятора расположен неподвижный контакт 3, находящийся под высоким напряжением. Подвижный заземленный контакт — нож 4 укреплен на валу 5 привода короткозамыкателя. Для создания необходимой прочности нож 4 имеет ребро жесткости 6. Основание 1 изолировано от земли и присоединяется к одному концу первичной обмотки трансформатора тока, второй конец которой заземлен (рис. 12). На вал 5 действует пружина привода, которая заводится в отключенном состоянии. Для включения подается команда на электромагнит привода, который освобождает защелку механизма. Под действием пружины нож перемещается в вертикальной плоскости вверх и заземляет контакт 3. Время включения такого короткозамыкателя 0,15—0,25 с. В основу конструкции отделителя ОД-110У на 110 кВ (рис. 11) положен двухколонковый разъединитель с вращением ножей 1 в горизонтальной плоскости. Приведение в движение колонок 2 осуществляется пружинным приводом 3 с электромагнитным управлением. Во включенном положении пружины привода заведены.

Рис. 10. Короткозамыкатель Рис. 11. Отделитель

При подаче команды пружина освобождается и контакты расходятся за время 0,4—0,5 с. Параметры отечественных короткозамыкателей и отделителей приведены в справочной литературе. Схема релейной защиты при использовании отделителей и короткозамыкателей приведена на рис. 12. Короткозамыкатель 1 имеет пружинный привод 4. Механизм расцепления 6 привода может срабатывать от реле максимального тока мгновенного действия 8 и независимого расцепителя 10. От трансформатора тока 3 питается электромагнит 9 расцепителя отделителя 2. Отделитель отключается под действием пружины 5. При нормальной работе подстанции отделитель 2 включен, а короткозамыкатель 1 выключен. При внутреннем повреждении трансформатора срабатывает либо реле дифференциальной защиты КА, либо газовое реле Вг. Промежуточное реле при этом включает электромагнит независимого расцепителя 10. В результате короткозамыкатель 1 включается и через трансформатор тока 3 течет ток КЗ. Электромагнит 9 включается, и его якорь 11 заводит пружину 12. Схема будет находиться в таком состоянии до тех пор, пока от своей защиты не отключится выключатель, установленный на стороне высокого напряжения 220 кВ (выключатель QF1 на схеме рис. 9). После отключения этого выключателя ток через короткозамыкатель 1ив обмотке трансформатора 3 прекратится. Электромагнит 9 обесточится, его якорь под действием возвратной пружины освобождает защелку 7, и отделитель 2 размыкается. Рис. 12. Схема релейной защиты при использовании отделителей и короткозамыкателей Рис. 13. Элегазовый короткозамыкатель 110 кВ

Теперь выключатель на питающем конце линии может включаться вновь. Такая схема применяется только тогда, когда выключатель срабатывает (отключается) от замедленно действующей защиты. При быстродействующей защите линии применяются другие схемы. Описанные выше конструкции короткозамыкателей и отделителей имеют большое время срабатывания (0,5—1 с), что удовлетворяет современные требования к энергосистемам. В перспективе это время должно быть уменьшено до 0,08—0,12 с при напряжениях до 220 кВ. Рассмотренные аппараты не обеспечивают также достаточную надежность работы при гололеде и сильных морозах. Для уменьшения времени включения замыкателя и времени отключения отделителя необходимо сокращать междуконтактное изоляционное расстояние путем применения элегазогой или вакуумной среды. Более перспективным является использование элегазовых аппаратов, так как удается получить необходимую прочность при одном разрыве. Для вакуумных аппаратов необходимо включение нескольких разрывов последовательно. На рис. 13 представлен элегазовый короткозамыкатель на напряжение 110 кВ. В фарфоровом цилиндре 1 установлены контакты 2 и 3. Давление элегаза в цилиндре составляет 0,3 МПа. Привод подвижного контакта 3 осуществляется тягой 5. Стальной сильфон 4 обеспечивает герметизацию полости цилиндра 1. Расстояние между контактами 85—110 мм. Время срабатывания в 4—5 раз меньше, чем у существующих короткозамыкателей открытого типа. Короткозамыкатель защищен от климатических воздействий окружающей среды.

Что такое отделители и короткозамыкатели?

Современная организация высоковольтных ЛЭП не предусматривает использование выключателей в узловых точках, подключенных к питающим линиям. Вместо них на большинстве подстанций используются короткозамыкатели и отделители. Такая концепция позволила, сохраняя высокий уровень надежности, существенно снизить стоимость оборудования и, что не маловажно, упростить его. Об устройстве этих электрических аппаратов и принципе действия будет рассказано ниже.

Читайте также:  Что такое ноль и фаза в электрике

Назначение короткозамыкателя и отделителя

Кратко расскажем, для чего предназначен каждый из коммутационных аппаратов:

  • Основная задача отделителей – произвести оперативное отключение обесточенного проблемного сегмента сети. По сути, этот контактный аппарат является разъединителем со скоростью срабатывания 500-1000 мс. Конструкция может иметь заземление или быть изолированной от него. Отделитель ОД-220

В сетях с классом напряжения до 110,0 кВ применяются трехполюсные аппараты, управляемые общим пусковым приводом. Для 220 кВ и выше используются однополюсные устройства (по одному на фазу). Отключаются отделители автоматически, а включаются вручную. Управление разъединителями осуществляется релейной защитой.

  • Короткозамыкателями называют быстродействующие приводы, используемые для создания искусственного замыкания в линии с целью вызвать ее защитное отключение. В такой операции возникает необходимость в случае возникновения нештатной ситуации или аварии, например, при повреждениях трансформаторов. Короткозамыкатель КЗ-110

В зависимости от конструкции замыкание производится между фазами (в сетях до 35,0 кВ) или одной из фаз на «землю», для линий с классом напряжения от 110,0 кВ. Включается короткозамыкатель автоматически, при срабатывании релейной защиты, но если возникнет необходимость, процесс может быть запущен вручную. Что касается отключения, то для него автоматический режим не предусмотрен.

Устройство короткозамыкателя и отделителя

Кратко расскажем о конструкции электромеханических аппаратов, изображенных выше, это будет полезно при объяснении их принципа работы. Начнем с отделителя, его упрощенный чертеж представлен ниже (рис.3 1).

Рисунок 3. 1) конструкция отделителя; 2)конструкция короткозамыкателя

Обозначения (часть 1 конструкция отделителя):

  • А1 – стойки изоляторы.
  • B1 – поворотные штанги с установленными контактами ножами.
  • С1 – пружинный механизм, приводящий в движение поворотные штанги.
  • D1 – платформа.
  • E1 – шкаф с электромагнитным «спусковым» механизмом, освобождающим пружинный привод, разводящий контактные части.

Как сами устройства, так и механика их работы не отличаются сложностью. Мы уже упоминали, что применение отделителя производится при снятом напряжении с сети, то есть, когда включаются выключатели на питающей магистрали. Следовательно, на разъединители можно не устанавливать специальные вакуумные дугогасительные контактные камеры.

Теперь рассмотрим основные элементы конструкции короткозамыкателя (рис.3 2):

  • A2 – основная (опорная) штанга-изолятор.
  • В2 – неподвижная штанга с контактными ножами.
  • С2 – пружинный привод.
  • D2 – платформа, на которой установлен короткозамыкатель.
  • E2 – шкаф для электромагнитного привода и трансформатора тока.
  • F2 – подвижная заземленная штанга, замыкающая полюса короткозамыкателя.

Конструктивно короткозамыкатель КЗ-35, а также другие модели, создающие искусственное межфазное КЗ, имеют несколько отличий от представленного на рисунке устройства. Поскольку имитируется линейное замыкание, то подвижная не соединена с «землей», она подключается к другой фазе. Соответственно, конструкция снабжена еще одним изолятором-стойкой.

Принцип действия

Механика действий этих устройств довольно простая, у отделителя она следующая: при поступлении сигнала срабатывает реле отключающее электромагнит, который блокирует пружинный механизм. В результате срабатывания привода отделителя, его поворотные штанги разводятся в разные стороны, размыкая контакты. Сигнал на отключения подают цепи управления релейной защиты.

Используются разъединители только с применением короткозамыкателей. Это связано с тем, что с помощью последних можно током КЗ вызвать срабатывание релейной защиты, как на текущей высоковольтной подстанции, так и той, к которой подключена питающая ЛЭП. Короткозамыкатель может быть запущен по сигналу защиты трансформатора или вручную, если в том возникла необходимость.

Как только сигнал на запуск получен, отключается электромагнит блокировки пружинного механизма и под его воздействием приводится в движение подвижный контакт. В результате короткозамыкатель вызовет КЗ линии, что моментально приведет в действие релейную защиту. По ее сигналу сработают высоковольтные выключатели питающей ЛЭП. Поскольку скорость срабатывания разъединителей существенно ниже, они будут производить отключение уже обесточенной магистрали.

Для закрепления материала рассмотрим несколько примеров.

Работа короткозамыкателя без отделителя

Ниже представлена принципиальная электрическая схема подстанции, где применяется короткозамыкатель без использования отделителя.

Схема подстанции 110/10

Значащие обозначения:

  • A – Линейный размыкатель в высоковольтной части ТП.
  • В – Короткозамыкатель.
  • С – Силовой трансформатор.

В данной схеме короткозамыкатель будет работать следующим образом:

  1. Если возникают проблемы с трансформатором «С» его подает сигнал на короткозамыкатель «В».
  2. Механизм электромеханического устройства производит короткозамкнутое соединение.
  3. КЗ отслеживает релейная защита, и формирует сигнал на ЛР «А».
  4. Силовой выключатель срабатывает и отключает ввод.

После того, как будет установлена и устранена причина срабатывания защиты, отключается выключатель (то есть, производится подключения вводной линии).

Описанный выше пример организации защиты на подстанции вполне работоспособен и надежен, но применение выключателя в данном случае не оправдывает себя ввиду его высокой стоимости.

Совместная работа короткозамыкателя с отделителем

Теперь рассмотрим связку ОД-КЗ на примере подстанции с двумя трансформаторными группами, запитанными от одной входящей ЛЭП.

Пример подстанции с ОД-КЗ

Обозначения:

  • Вк1 – силовой выключатель ВЛ (замкнут).
  • Вк2, Вк3 – силовые защитные выключатели на низкой стороне (замкнуты).
  • Вк4 – секторный выключатель (разомкнут).
  • Кз1, Кз2 – короткозамыкатели (разомкнуты).
  • Од1, Од2 – отделители (замкнуты).
  • Тр1, Тр2 – силовые трансформаторы 220/10

Для получения представления как работает данная схема, рассмотрим ситуацию с выходом из строя одного из трансформаторов:

  1. Представим, что в Тр2 нарушилась изоляция, что привело к образованию электроразрядов разлагающих масло, что обнаруживает газовое реле и подает соответствующий сигнал на щит управления короткозамыкателя Кз2.
  2. Сигнал, поступивший на блокирующее реле, приводит к его срабатыванию. Механизм разблокируется и пружинным приводом осуществляется толчок подвижной штанги, в результате замыкаются две фазы.
  3. Это включает Вк1, что приводит к отключению питающей линии обесточиванию Tp1 и Tp2. КЗ также вызывает соответствующую реакцию релейной защиты Tp2, она отключает Вк3 (снимается нагрузка) и запускает Од2. Поскольку у последнего самая низка скорость срабатывания, он приводится в действие последним, когда ВЛ и нагрузка отключены.
  4. Через определенную выдержку Вк1 вновь подключает ЛЭП (срабатывает система автоматического повторного включения).
  5. Автоматика ввода резерва включает Вк4.

По итогу на подстанции работает только Тр1, от которого запитываются обе секции.

Особенности

Идеальных систем не бывает, естественно, что у короткозамыкателей и отделителей имеется ряд особенностей, часть из которых можно причислить к недостаткам. Например, у последних резко снижается надежность срабатывания при оледенении. Эта проблема решается, если используются разъединители закрытого типа с элегазовым наполнением. Такие устройства стоят дороже обычных моделей, но все равно обходятся дешевле силовых выключателей.

К короткозамыкателям также имеются претензии, в частности, по скорости их срабатывания (она порядка 400-500 мс). Самое простое решение в данном случае – использование конструкций, где в качестве приводе используется пороховой заряд.

В остальном эксплуатация аппаратов, описанных в статье, вполне оправдывает себя, о чем говорит популярность связки ОД-КЗ.

Назначение короткозамыкателя

Здравствуйте, уважаемые посетители сайта «Заметки электрика».

Еще перед летним отпуском в этом году, мы выводили в ремонт силовой трансформатор 110/10 (кВ) мощностью 63 (МВА). Ремонтная бригада производила замену разрядников на стороне 110 (кВ) на ОПН. А мы в это время занимались полной проверкой релейной защиты и автоматики этого самого трансформатора.

Схема электроснабжения данной подстанции выстроена с высокой стороны на отделителях и короткозамыкателях. Вот я и решил написать об этом более подробно. Тема сегодняшней статьи будет называться короткозамыкатель. Я Вам расскажу про назначение и применение короткозамыкателя, а также про принцип его работы.

Назначение короткозамыкателя

Короткозамыкатель – это коммутационный аппарат, который необходим для создания искусственного короткого замыкания в электрической цепи.

Смысл его работы заключается в следующем. При внутреннем повреждении силового трансформатора включается короткозамыкатель и создает искусственное короткое замыкание. В это время на питающей подстанции релейная защита реагирует на ток искусственного короткого замыкания и отключает питающую линию, а соответственно, и силовой трансформатор от сети.

Короткозамыкатель может устанавливаться либо на одном полюсе, в электроустановках напряжением 110 (кВ) и выше, либо на двух полюсах, в электроустановках напряжением 35 (кВ).

В моем примере на одной подстанции короткозамыкатель установлен в ОРУ на стороне 110 (кВ) в фазе В, а на другой — в фазе С и А.

На фотографии выше видно, что короткозамыкатель КЗ-110 установлен в фазе В.

А на этой фотографии на одном вводе короткозамыкатель КЗ-110 установлен в помещении ЗРУ в крайней фазе С, а на другом вводе — в фазе А.

В общем это зависит в том числе и от конструктивных особенностей подстанции.

При установке короткозамыкателя высоковольтный выключатель на стороне 110 (кВ) не требуется, что значительно упрощает и удешевляет монтаж такого электрооборудования примерно на 40-50%, не теряя при этом надежность.

Хотя признаюсь Вам, что при написании своего дипломного проекта на тему: «Модернизация главной распределительной подстанции» я ушел от применения короткозамыкателей и отделителей, и установил на сторону 110 (кВ) вакуумные высоковольтные выключатели ВБЭ-110. На то это и дипломный проект, чтобы показать и доказать, что данная модернизация и расчеты имели право на жизнь.

Читайте также:  Обзор робота-пылесоса wolkinz cosmo

На нашем предприятии имеются две главные распределительные подстанции (ГПП) напряжением 110/10 (кВ), где установлены короткозамыкатели. И у обеих подстанций схемы немного различаются. Давайте разберем работу короткозамыкателя на каждой из этих подстанций.

Работа короткозамыкателя без отделителя

Представляю Вашему вниманию электрическую принципиальную схему подстанции ГПП-1 110/10 (кВ) ввода № 1.

Питание силового трансформатора Т-1 осуществляется по воздушной линии 110 (кВ) через линейный разъединитель ЛР-110.

Вот этот самый силовой трансформатор Т-1 110/10 (кВ) мощностью 63 (МВА) .

На стороне 110 (кВ) в сторону линии установлен заземляющий нож ЗН для обеспечения электробезопасности при проведении ремонтных работ.

Как Вы видите, короткозамыкатель КЗ-110 установлен на стороне 110 (кВ) без отделителя.

В таком случае при внутреннем повреждении силового трансформатора Т-1 включается короткозамыкатель, который создает искусственное короткое замыкание на воздушной линии.

Под действием искусственного тока короткого замыкания релейная защита на питающей подстанции отключает с помощью выключателя эту линию. Линия остается без напряжения до выяснения конкретных причин повреждения силового трансформатора Т-1.

Работа короткозамыкателя с отделителем

А вот схема питания ГПП-2 110/10 (кВ) немного отличается от предыдущей схемы.

Питание силового трансформатора Т-1 осуществляется по воздушной линии 110 (кВ) через линейный разъединитель ЛР-110 и отделитель ОДЗ-110.

В данной схеме, в отличии от предыдущей, установлен отделитель ОДЗ-110. Устанавливается он на всех трех полюсах. Более подробно про отделитель я напишу в отдельной статье. Чтобы не пропустить, подпишитесь на получение извещения о выходе новых статей на сайте.

В нормальном режиме работы силового трансформатора Т-1 все три силовых контакта отделителя замкнуты.

А при возникновении внутреннего повреждения силового трансформатора Т-1 срабатывает короткозамыкатель, который создает искусственное короткое замыкание на воздушной линии.

Под действием искусственного тока короткого замыкания релейная защита на питающей подстанции отключает с помощью высоковольтного выключателя эту линию. И только после того, как линия отключится, в эту бестоковую паузу отключается отделитель, размыкая свои силовые контакты и тем самым отделяя поврежденный силовой трансформатор от сети.

Выглядит это следующим образом. Специально для Вас я снял видео работы короткозамыкателя в паре с отделителем.

Затем на этот высоковольтный выключатель на питающей подстанции действует АПВ (автоматическое повторное включение) и он включается. Линия снова становится под напряжение.

Эта схема немного сложна тем, что в ней необходима более точная и четкая слаженность работы релейной защиты на срабатывание короткозамыкателя и отделителя, а также высоковольтного выключателя на питающей подстанции. Этому способствуют различные виды блокировки устройств релейной защиты и автоматики, а также своевременное обслуживание приводов короткозамыкателя и отделителя.

Вот поэтому к релейной защите и предъявляются такие основные требования, как селективность (избирательность), быстродействие, чувствительность и надежность.

Но Вы только представьте себе, что произойдет, если релейная защита сработает не слаженно, и отделитель будет разрывать ток искусственного короткого замыкания. Это приведет к очень большим последствиям и аварии на подстанции.

Что такое отделитель с короткозамыкателем?

Принцип действия

Трансформатор – это приспособление, представляющее собой электромагнитное устройство с 2-я (и более) обмотками. Этот аппарат предназначен в основном для превращения переменного тока с одного напряжения в другой. Трансформация энергии происходит благодаря магнитному полю. Трансформаторные будки в основной части используются для проведения электричества на большущие расстояния, при всем этом разделяют и рассылают ее на приемники, выпрямители, усилители различного типа устройств. Основной составной частью вышеуказанного приспособления есть провод с обмотками. Для качественно работы в трансформаторах устанавливаться короткозамыкатели и отделители, которые регулируют исправность аппарата.

Кратко о короткозамыкателе

Короткозамыкатель это устройство, которое создает в электрических линиях неестественное короткое замыкание. Где же применяются такие приспособления? Прежде всего аппарат устанавливается в трансформаторах. Его используют с целью обеспечить отключение неисправного трансформатора после того, как было создано короткое замыкание во время действия релейной защиты линии которую питает. После этого и трансформатор, и линия отключаются от электросети.

Как работает короткозамыкатель? Аппарат работает на 2 или же на 1 полюс, зависимо от вольтажа. Установки, имеющие 35кВ работают с двумя полюсами, а при напряжении в 110кВ или более находит применение один полюс. Можно наглядно рассмотреть фото и схему КЗ, чтобы понять из чего он состоит.

Схема короткозамыкателя КЗ–35: (1 – стальная коробка; 2 – опорный изолятор; 3 – недвижимый контакт; 4 – движущийся заземленный нож (контакт); 5 – вал).

У короткозымыкательной передачи есть пружина, отвечающая за включение движущегося ножа на недвижимый контакт, который в данный момент под напряжением. Релейная защита подает импульс, запуская привод, но отключается вручную. Во избежание возникновения дуги и поломки прибора нужно увеличить резвость ножа. В подобных конструкциях короткозамыкатель включается за 0,15 – 0,5 с.

Кратко об отделителе

Отделитель – это своеобразный разъединитель, быстро отключающий сеть без тока, когда на тот пойдет об этом команда. Его можно отличить от разъединителя благодаря приводу в виде пружины, находящемуся на отделителе. Включение этого приспособления проводится ручным способом. Отделители могут, так же иметь заземленную ножку с одной стороны или же с обеих. Рассмотрим на фото и схеме ниже из чего состоит отделитель:

Схема отделителя ОД–220: (1 – 2-х колонковый разъединитель с ножом, который вращается; 2 – колонки; 3 – привод в виде пружин).

Ознакомившись со схемой, посмотрим, как работает отделитель. Он отключает цепь (без тока) или ток намагничивания, но отключить ток короткого замыкания, появившегося во время запуска короткозамыкателя нельзя. И через этот нюанс в схемах ОД и КЗ есть блокировка, которая не дает отделителю выключиться при условии, что через трансформатор проходит ток. Где применяется это приспособление? В трансформаторной будке, для стабилизации ее работы.

Также, чтобы отделитель не отключался в конструкцию введено токовое реле, которое подключено непосредственно к трансформатору тока находящийся в короткозамыкателе. После отключения линии реле замкнет контакт и конденсатор, что приведет его к работе. Далее, благодаря конденсатору 2 сработает отключение.

Совместная работа

Если конструкция открытого типа, то работа вышеупомянутых аппаратов нестабильна (вплоть до отказа работать), так как они чувствительны к морозу, гололеду. По этой причине были разработаны закрытые камеры с газом. Газ может утечь и при таком условии он восстанавливается из баллона, который приделан к оболочке камеры. Давление в подобных камерах регулируется постоянно мановакуумметром.

Короткозамыкатель вмещает в себе контактную камеру из фарфора и 2-х электродов с одиночным разрывом в 0,9 см. Для прикрепления шины проводящей ток в недвижимом контакте есть выход. Гибкие связи соединяют между собой контакт. Контактная камера заполняется газом с давлением 0,3 Мпа. Газ, находящийся в камере, не поддается горению, и это не несет опасности при взрыве или пожаре. Исходя из этого устройства по гашению дуги не имеют смысла в конструкции. Нижний контакт похож на стержень с цилиндром в виде экрана и имеет розеточный тип.

Схема совместной работы выглядит так:

Схема действия отделителя с короткозамыкателем

  • Q – выключатель;
  • QR – отделитель;
  • QN – короткозамыкатель;
  • T1, T2 – силовые трансформаторы;
  • TA1, TA2, TA3 – токовые трансформаторы;
  • YAT – отключение отделителя;
  • YAC – включение короткозамыкателя.

Эта система, комбинация почти что аналог выключателю с высоким вольтажом. При аварийной ситуации внутри зоны, которая защищается, защитным элементом выступает силовой трансформатор, который с помощью некоторых процессов обесточивает всех потребителей данного трансформатора.

Также во время, когда нет подачи тока отделитель отключается, чтобы предотвратить собственный разрыв от воздействия тока. Такая система используется в сетях с большим током. Как мы уже говорили выше, система ОД-КЗ является дешевой, но в наше время она уже устарела и заменяется более новыми выключателями. Подробнее узнать об этом вопросе вы можете, просмотрев видео:

Достоинства и недостатки

Отделители и короткозамыкатели в открытом виде не очень качественно работают в неблагоприятные погодные условия. Из-за этого была создана некая конструкция с системой контакта, помещенная в камеру с элегазом.

Установка с 35 киловаттами использует 2 полюса. Более мощные (110 киловатт и более) используется один полюс. Типичные короткозамыкатели срабатывают очень долго и поэтому целесообразней пользоваться устройством, в основе которого пороховой заряд. Взрыв его запускает нож в движение.

Важно знать, что контролируя состояние аппаратов, в первую очередь нужно проверять изоляцию на всех деталях.

Вот и все, что хотелось рассказать вам о принципе работы, конструкции и назначении короткозамыкателей и отделителей. Надеемся, информация была для вас полезной и понятной!

Советуем также прочитать:

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...