Особенности конструкции генераторных выключателей

Назначение высоковольтных выключателей

Высоковольтный выключатель представляет собой специальный коммутационный аппарат, с помощью которого производится оперативное включение и отключение как отдельных электрических цепей, так и различного оборудования. При этом возможны как нормальные, так и аварийные режимы функционирования трехфазных (со стандартной частотой 50 Гц) энергосистем, предусматривающие ручное, дистанционное или автоматическое управление.

Главная проблема коммутации высоковольтных цепей – образование в момент размыкания контактов электрической дуги, которая приводит к разрушению последних. Поэтому в конструкции высоковольтного выключателя изначально заложены определенные конструктивные решения, позволяющие решить эту проблему. В частности, на контактах применяется керамическое покрытие, используются различные дугогасительные устройства и различные приводы (электромагнитные, пружинные, гидравлические и пневматические).

Решение проблемы с гашением дуги решается несколькими способами:

-в воздушных выключателях это происходит за счет сжатого воздуха;

— в масляных выключателях для этих целей используются пары масла;

— в элегазовых выключателях применяется специальный «электропрочный» газ SF6;

— и наконец, в вакуумных установках используется специальная дугогасильная камера (ВДК).

Такие выключатели, способные работать при номинальных напряжениях от 6-ти до 1150 кВ, и возникающих при этом токах отключения до 50 кА, нашли широкое применение на различных электрических станциях. Также эффективно их используют и на подстанциях, которые позволяют донести до потребителя электроэнергию в наиболее оптимальной форме.

По значению можно выделить следующие типы:

— сетевые выключатели, выполняющие свои функции при напряжениях в сети более 6 кВ;

— генераторные выключатели (работают в диапазоне 6… 20 кВ), главное отличие которых от стандартной конструкции – это способность выдерживать очень большие (до 10000 А) значения тока;

— высоковольтные выключатели (в диапазоне от 6-ти до 220 кВ), используемые в электрических цепях обеспечения таких энергоемких производств, как стале- и рудоплавильные печи;

— номинальные выключатели, характеристики которых предназначены для коммутации цепей со стандартными параметрами, без возможности реагирования на кратковременные сверхтоки.

Так как отказ выключателя в случае аварийной ситуации в электрической сети может привести к весьма серьезным последствиям, к его надежности предъявляются повышенные требования. В первую очередь это касается такой характеристики, как минимальное время срабатывания, которое должно быть по возможности минимальным.

Немаловажное значение имеет и такой параметр, как ремонтопригодность, который выражается, прежде всего, в возможности быстрого и своевременного доступа к поврежденному блоку, позволяющая максимально быстро устранить возникшие неисправности.

Выбор генераторных выключателей

Таблица 5. Выбор генераторных выключателей ВГМ-20-90/11200У3 – [1, стр.230]

Рабочий ток, протекающий через выключатель в нормальном режиме, вычислим через полную мощность генератора:

S_г = Р_г/сosφ = 300/0,85 = 353 МВА – полная мощность генератора.

I_раб = = = 10,2 кА,

При коротком замыкании через генераторный выключатель течет либо ток КЗ от системы, либо ток КЗ от генератора. Ток КЗ от системы больше, чем от генератора. Поэтому при выборе генераторного выключателя в качестве параметра сети принимается не суммарный ток КЗ, а составляющая тока КЗ от системы.

Выбор выключателей РУ высокого напряжения

Таблица 6. Выбор выключателей 220 кВ ВВБ-220Б-31,5/2000У1 – [1, стр.238]

Рабочий ток I_раб, протекающий через выключатель 220 кВ в максимальном режиме, может быть вычислен по полной мощности генератора:

I_раб = = = 0,93 кА

В отличие от генераторного выключателя, через выключатели РУ-ВН при коротком замыкании течет суммарный ток от системы и генераторов. Поэтому при выборе данных выключателей в качестве параметра сети принимается суммарный ток КЗ.

Таблица 7. Выбор выключателей 500 кВ ВВБ-500А-40/3150У1 – [1, стр.238]

Рабочий ток I_раб, протекающий через выключатель 500 кВ в максимальном режиме, вычисляется по полной мощности генератора:

I_раб = = = 0,41 кА

Выбор разъединителей РУ высокого напряжения

При выборе разъединителей используются те же, токи, что и при выборе выключателей соответствующего напряжения.

Таблица 8. Выбор разъединителей 220 кВ РНД-220/1000 У1 – [1, стр.274]

Таблица 9. Выбор разъединителей 500 кВ РНД-500/3200 У1 – [1, стр.276]

Дата добавления: 2018-06-01 ; просмотров: 731 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Выбор генераторных выключателей

Максимальный рабочий ток в цепи генератора для блока 320 МВт:

[кА],

где — мощность генератора ТВВ-320-2; — номинальное напряжение генератора.

Выбираем комплектное устройство, включающее в себя выключатель, типа УКВ-24-160/23500 У3 [5], где УК – устройство комплектное; В — воздушное.

Климатическое исполнение и категория размещения по [6], (для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией).

Проверка по току:

[кА];

Проверка по напряжению:

[кВ].

Условия выполняются, следовательно, генераторный выключатель типа УКВ-24-160/23500 У3 подходит.

Параметры выключателя сведены в таблицу №3.

Выбор выключателей для коммутации цепей собственных нужд

Максимальный рабочий ток в цепи за трансформатором СН:

[кА],

где — номинальная мощность ТСН; — напряжение низшей обмотки ТСН.

Выбираем выключатели внутренней установки для коммутации цепей СН типа ВВТЭ-М-10-31,5/1600 У3 [7], где В – выключатель; В – вакуумный; Т – трехполюсный; Э — электромагнитный привод; М – модернизированный.

Климатическое исполнение и категория размещения по [6] (для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией).

Проверка по току:

[кА];

Проверка по напряжению:

[кВ].

Условия выполняются, следовательно, выключатель типа

ВВТЭ-М-10-31,5/1600 У3 подходит.

Параметры выключателя сведены в таблицу №3.

Выбор выключателя перед РТСН (за обмоткой НН АТ)

Максимальный рабочий ток в цепи резервной магистрали перед РТСН за обмоткой НН АТ:

[кА],

где — номинальная мощность РТСН; — напряжение высшей обмотки РТСН.

Выбираем выключатель перед РТСН типа ВБМ-20-25/1000 У2 [8], где В – выключатель; Б – вакуумный; М — электромагнитный привод.

Климатическое исполнение и категория размещения по [9].

Проверка по току:

[кА];

Проверка по напряжению:

[кВ].

Условия выполняются, следовательно, выключатель типа

ВБМ-20-25/1000 У2 подходит.

Параметры выключателя сведены в таблицу №3.

Выбор блочных выключателей на стороне ВН (500 кВ)

Максимальный рабочий ток в цепи ВН за трансформатором 500кВ:

[кА].

Выбираем блочный выключатель на стороне ВН типа ВГК-500-40/3150 У1 [10], где В – выключатель; Г – элегазовый;

К – конструктивное исполнение (колонковый).

Климатическое исполнение и категория размещения по [11] (для работы на открытом воздухе)

Проверка по току:

[кА];

Проверка по напряжению:

[кВ].

Условия выполняются, следовательно, выключатель типа

ВГК-500-40/3150 У1 подходит.

Параметры выключателя сведены в таблицу №3.

Выбор блочных выключателей на стороне СН (220 кВ).

Максимальный рабочий ток в цепи СН за трансформатором 220кВ:

[кА].

Выбираем блочный выключатель на стороне СН типа ВГП-220-40/2500 У1 [5], где В – выключатель; Г – элегазовый;

П – тип привода(пружинный).

Климатическое исполнение и категория размещения по [11] (для работы на открытом воздухе).

Проверка по току:

[кА];

Проверка по напряжению:

[кВ].

Условия выполняются, следовательно, выключатель типа

ВГП-220-40/2500 У1 подходит.

Параметры выключателя сведены в таблицу №3.

Выбор выключателей для АТС на стороне ВН (500 кВ)

Максимальный рабочий ток в цепи ВН за АТ со стороны ВН

[кА],

где — максимальный переток мощности через АТС.

Поскольку реальное токораспределение в ОРУ на данной стадии проектирования не известно, однако известно, что данные выключатели войдут в состав одного ОРУ, выбираем выключатели аналогичные т. н. блочным выключателям. Помимо этого, ввиду принадлежности данных выключателей одной электростанции, рекомендуется использование однотипного оборудования.

Выбираем выключатель для АТС на стороне ВН типа ВГК-500-40/3150 У1 [10], где В – выключатель; Г – элегазовый; К – конструктивное исполнение(колонковый).

Климатическое исполнение и категория размещения по [11] (для работы на открытом воздухе).

Проверка по току:

[кА];

Проверка по напряжению:

[кВ].

Условия выполняются, следовательно, выключатель типа

ВГК-500-40/3150 У1 подходит.

Параметры выключателя сведены в таблицу №3.

Выбор выключателей для АТ на стороне СН (220 кВ)

Максимальный рабочий ток в цепи СН за АТ со стороны СН:

[кА].

Выбираем блочный выключатель на стороне СН типа ВГП-220-40/2500 У1 [5], где В – выключатель; Г – элегазовый; П – тип привода(пружинный).

Климатическое исполнение и категория размещения по [11] (для работы на открытом воздухе).

Проверка по току:

[кА];

Проверка по напряжению:

[кВ].

Условия выполняются, следовательно, выключатель типа

ВГП-220-40/2500 У1 подходит.

Параметры выключателя сведены в таблицу №3.

Таблица №3− Параметры выбранных выключателей.

Элегазовые выключатели: виды + правила и особенности эксплуатации

Функционирование высоковольтных электрических сетей по токовым характеристикам не сопоставимо с работой бытовых аналогов. Соответственно, при возникновении аварийной ситуации для отключения оборудования и гашения электродуги необходимы более мощные устройства, чем стандартные автоматические приборы.

В качестве защитных конструкций применяют элегазовые выключатели (ЭВ), которыми можно управлять как в ручном режиме, так и с помощью автоматики.

• Определение и применение элегаза
• Конструкция элегазового выключателя
  • Колонковые и баковые устройства
  • Принцип гашения дуги
  • Для чего нужен привод
• Преимущества и недостатки использования ЭВ
• Правила подключения и обслуживания ЭВ
• Выводы и полезное видео по теме

Определение и применение элегаза

Элегаз – это шестифтористая сера, которую относят к электротехническим газам. Благодаря изоляционным свойствам ее активно применяют при производстве электротехнических устройств. В нейтральном состоянии элегаз представляет собой негорючий газ без цвета и запаха. Если его сравнивать с воздухом, то можно отметить высокую плотность (6,7) и молекулярную массу, превышающую воздушную в 5 раз.

Одно из преимуществ элегаза – устойчивость к внешним проявлениям. Он не меняет характеристик при любых условиях. Если происходит распад во время электроразряда, то вскоре наступает полноценное, необходимое для работы восстановление.

Секрет в том, что молекулы элегаза связывают электроны и образуют отрицательные ионы. Качество «электроотрицания» наделило 6-фтористую серу такой характеристикой, как электрическая прочность. На практике электропрочность воздуха в 2-3 раза слабее, чем то же свойство элегаза. Кроме прочего, он пожаробезопасен, так как относится к негорючим веществам, и обладает охлаждающей способностью.

Перечисленные характеристики сделали элегаз максимально подходящим для применения в электротехнической сфере, в частности, в следующих устройствах:

• силовые трансформаторы, работающие по принципу магнитной индукции;
• распределительные устройства комплектного типа;
• линии высокого напряжения, связывающие удаленные установки;
• высоковольтные выключатели.

Но некоторые свойства элегаза привели к тому, что пришлось усовершенствовать конструкцию выключателя. Основной недостаток касается перехода газообразной фазы в жидкую, а это возможно при определенных соотношениях параметров давления и температуры.

Чтобы оборудование работало без перебоев, необходимо обеспечить комфортные условия. Предположим, для функционирования элегазовых устройств при -40º необходимо давление не более 0,4 МПа и плотность менее 0,03 г/см³. На практике при необходимости газ подогревают, что препятствует переходу в жидкую фазу.

Конструкция элегазового выключателя

Если сравнивать элегазовые устройства с аналогами других видов, то по конструкции они ближе всего к масляным приборам. Разница заключается в наполнении камер для гашения дуги. В качестве наполнителя у масляных выключателей используется масляная смесь, а у элегазовых – 6-фтористая сера. Преимущество второго варианта в долговечности и минимуме технического обслуживания.

Способы гашения электродуги зависят от многих факторов, среди которых решающими являются номинальный ток и напряжение, а также условия использования устройства. Всего выделяют четыре вида ЭВ:

• с электромагнитным дутьем;
• с дутьем в элегазе – с 1 ступенью давления;
• с продольным дутьем – с 2-мя ступенями давления;
• с автогенерирующим дутьем.

Если в воздушных приборах в процессе гашения дуги газ поступает в атмосферу, то в элегазовых он остается в замкнутом пространстве, наполненном газовой смесью. При этом сохраняется небольшое избыточное давление.

Колонковые и баковые устройства

На практике применяются два вида элегазовых установок:

• баковые;
• колонковые.

Отличия касаются как конструкционных особенностей, так и принципа гашения электродуги. По внешнему устройству колонковые напоминают маломасляные аналоги: состоят из двух функциональных частей – дугогасительной и контактной, имеют одинаково объемные размеры. Отключающие устройства рассчитаны на работу от сети 220 В и относятся к однофазному оборудованию.

Пример элегазового выключателя колонкового типа — LF 10 Schneider Electric.

Баковые элегазовые приборы меньше по размерам и оснащены приводом с несколькими фазами. Такое распределение позволяет лучше контролировать и плавно регулировать параметры напряжения.

Образцом бакового устройства является элегазовая установка DT2-550 F3 Alstom Grid. Подобные устройства положительно зарекомендовали себя в электросистемах с напряжением 500 кВ. Конструкция собрана и оснащена таким образом, что функционирует без сбоев при низких температурах (критических), повышенной влажности, а также в регионах с сейсмической активностью и превышенной загрязненностью атмосферы.

Принцип гашения дуги

Как срабатывает устройство, рассмотрим на примере выключателя LW36 китайского производителя CHINT.

При отключении пружина действует на динамические элементы цилиндра, и они опускаются вниз. Все контакты, кроме дугогасительных, размыкаются. Когда отсоединяются и дугогасительные контакты, по которым проходит ток, возникает электрическая дуга. Горячий газ перемещается в тепловую камеру, срабатывает обратный клапан. Когда газ из тепловой камеры выдувается в промежуток, происходит гашение дуги.

Если происходит отключение небольших по величине токов, то давления в тепловой камере недостаточно, поэтому привлекается давление из компрессионной камеры (оно всегда выше). Открывается обратный клапан, газ беспрепятственно поступает в промежуток и при переходе через ноль гасит дугу.

Современные колонковые установки обладают улучшенными характеристиками. Техническое обслуживание снижено до минимума, коммутационный ресурс увеличен. Элегазовые выключатели отличаются низким уровнем шума, надежной механикой, простотой монтажных и испытательных работ.

Регулировка баковых моделей производится с помощью привода и трансформаторов. Пружинный или пружинно-гидравлический привод контролирует процессы включения/отключения, уровень удержания электродуги.

Для чего нужен привод

Привод призван выполнять все операции, связанные с включением/выключением или удержанием установки в определенном положении. На схеме показано, где именно может располагаться привод. Обычно это поверхность земли или невысокая опора, обеспечивающая обслуживающему персоналу легкий доступ к регулирующим устройствам.

Привод состоит из механизма включения, фиксирующего устройства – защелки, расцепляющего механизма. Процесс включения должен происходить максимально быстро, что избежать приваривания контактов. Во время включения прилагают большие усилия для преодоления силы трения всех задействованных элементов. Отключение производится проще и заключается в обратном движении защелки, которая обеспечивает включение и его удержание.

Способов включения/отключения несколько:

• механический;
• пружинный;
• грузовой;
• пневматический;
• электромагнитный.

Для маломощных систем используют ручное управление. В этом случае достаточно силы одного оператора. Выключение ручных механизмов обычно осуществляется в автоматическом режиме. Пружинный привод также приводится в действие вручную, но иногда привлекаются маломощные электродвигатели.

Для применения электромагнитного привода требуется больше энергии, поэтому необходим постоянный источник тока примерно 58 А с напряжением 220 В. В качестве резервного механизма отключения имеется ручной рычаг. Электромагнитные устройства отличаются надежностью, поэтому их успешно эксплуатируют в зонах с суровыми зимами. Минус – потребность в мощном аккумуляторе.

Пневматический привод отличается тем, что вместо электромагнита главным рабочим элементом является пара цилиндр/поршень. Благодаря сжатому воздуху скорость включения намного выше, чем у предыдущих моделей.

Преимущества и недостатки использования ЭВ

Элегазовые выключатели, как и другие типы электрораспределительных устройств, имеют ряд преимуществ и недостатков. При выборе установки производят необходимые расчеты и, кроме технических характеристик и конструкционных особенностей, учитывают плюсы и минусы моделей.