Разъединители - ­­­Электрическая часть электростанций

Разъединителями называют коммутационные аппараты, предназначенные для отключения и включения цепей без тока и для создания видимого разрыва в воздухе. Уровень изоляции этого разрыва (промежутка) должен соответствовать максимальному импульсному напряжению при полной волне. По конструкции различают рубящие, поворотные, качающиеся, катящиеся и пантографические разъединители. На рис. 5-23 показаны однополюсные разъединители рубящего типа (вертикально-поворотные), на рис. 5-24 — поворотный разъединитель на 35 кВ, а на рис. 5-25 приведено сравнение габаритов разъединителей рубящего и поворотного типа на 35 кВ. Двухколонковый разъединитель поворотного типа на 330 кВ изображен на рис. 5-26. Качающийся разъединитель, у которого подвижный контакт укреплен на изоляторе, установленном на вращающемся валике, показан на рис. 5-27. Включение и отключение каждого полюса происходит при качании этого изолятора в вертикальной плоскости. Разъединители такого типа выполняются на номинальные напряжения только до 35 кВ. Насколько прост принцип действия разъединителей, настолько высокие требования предъявляются к их эксплуатационной надежности. Это объясняется многочисленностью этих аппаратов в каждой установке высокого напряжения и важным местом, занимаемым ими в электрической схеме станций и подстанций. По меньшей мере две трети всех разъединителей подключены к сборным шинам и к воздушным и кабельным линиям, отходящим от подстанции. Поэтому надежность работы всей установки прямо зависит от надежности работы разъединителей. Главными причинами ненадежной работы разъединителей являются недостаточная динамическая и термическая стойкость, непригодность разъединителей внутренней установки для работы на открытом воздухе, а также для отключения цепей, находящихся под нагрузкой.

Рис. 5-23. Однополюсные разъединителя рубящего типа: а — с утком; б — с качающимся изолятором 1 — опорная рама; 2 — неподвижные контакты; 3 — ушко для включения и отключения ножа; 4 — нож разъединителя; 5 — опорный изолятор; 6 — механизм включения и отключения ножа

Рис. 5-24. Двухполюсный разъединитель поворотного типа 35 кВ 1 — опорная рама; 2 — опорный изолятор; 3 — наконечник для присоединения шины; 4 — гибкая связь; 5 — нож с контактом; 6 — нож без контакта; 7 — тяга; 8 — вал Динамическая стойкость разъединителей достигается устранением в их токоведущей системе замкнутых контуров тока или даже полузамкнутых шлейфов (рис. 5-28, а) и применением опорных изоляторов достаточной механической прочности. Как известно, электродинамическое воздействие тока заключается в том, что элементы обтекаемой током системы, неблагоприятно расположенные по отношению друг к другу, испытывают взаимные механические усилия, стремящиеся деформировать их. Рис. 5-25. Сравнение габаритов разъединителей 35 кВ 1 — рубящего типа; 2 — поворотного типа В частности, если токоведущая система рубящего разъединителя образует шлейфы, сквозной ток короткого замыкания стремится разомкнуть его контакты, при этом последние обгорают и плавятся, а опорные изоляторы ломаются. На рис. 5-28, б показан разъединитель рубящего типа без шлейфов. Как видим, это конструктивный недостаток, зависящий от завода-изготовителя, и нужно следить, чтобы при выборе разъединителя для установки его гарантированный предельный сквозной ток соответствовал условиям работы в данной точке сети. Однако отрывающие нож разъединителя усилия могут появиться и при неправильном монтаже подводящих и отводящих цепей, которые также не должны образовывать шлейфов. Небрежный уход за разъединителями в эксплуатации также может привести к подобным авариям. В зависимости от конструкции разъединители имеют либо поверхностные, либо точечные, либо линейные контакты. Во всех случаях контакты должны обеспечивать высокую проводимость, т. е. наименьшее возможное переходное сопротивление. Проходящие через контакты сквозные токи к. з. не должны отрывать их друг от друга. Известно, что при к. з. в контактных соединениях возникают электродинамические силы, стремящиеся оторвать контакты друг от друга.

Рис. 5-26. Двухполюсный разъединитель поворотного типа 330 кВ 1 — опорная рама; 2 — поворотная опора; 3 — колонка изоляторов; 4 — экран; 5 — наконечник для присоединения шин; 6 — нож; 7 — льдозащитный кожух; 8 — контакт заземления; 9 — нож заземления; 10 — привод

Рис. 5-27. Разъединитель качающегося типа с ножом заземления 1 — неподвижные изоляторы; 2 — рога; 3 — подвижный контакт; 4 — гибкая связь; 5 — наконечник для шин;. 6 — качающийся изолятор; 7 нож заземления Рис. 5-28. Рубящие разъединители; a — путь тока образует шлейф; 6 — путь тока без шлейфа Рис. 5-29. Контактные поверхности в сильно увеличенном виде Это объясняется тем, что, как бы ни были тщательно пришлифованы друг к другу контактные поверхности, на них всегда имеются неровности и впадины, вследствие чего действительное их соприкосновение происходит только в отдельных точках. При этом, как видно из рис. 5-29, линии тока в нижнем контакте окажутся под углом к линиям тока в верхнем контакте или даже параллельными им, что и приведет к отрывающим усилиям. Уменьшение контактного давления вызовет увеличение переходного сопротивления, начнется перегрев контактов, который может закончиться их оплавлением, обгоранием и даже полным разрушением. Чем хуже пришлифованы поверхности контактов, тем меньше точек соприкосновения и больше вероятность повреждения разъединителя при сквозных к. з. Существуют конструкции контактных систем, использующие электродинамические усилия для увеличения контактного давления и повышения проводимости контактов. Разъединители должны обладать также достаточной термической стойкостью. Для каждого разъединителя установлен предельный ток к. з., выдерживаемый им в течение определенного времени без недопустимых перегревов. Обычно для разъединителей напряжением до 35 кВ в каталогах приводится четырехсекундная, а для разъединителей 110 кВ и выше— трехсекундная термическая стойкость. Режимы работы разъединителей в аварийных условиях должны соответствовать их термической стойкости. В небольших установках трехфазного тока часто применяют разъединители в однополюсном исполнении, которые включаются и отключаются вручную, шальтштангой. В более ответственных установках высокого напряжения, как правило, применяют трехполюсные разъединители с ручным, двигательным или пневматическим приводом. Любой тип привода должен обеспечивать возможно более быстрое перемещение подвижного контакта вблизи неподвижного. Конструкция ручного привода должна быть простой и не должна требовать от персонала особого искусства для управления. Для обеспечения надежной и безопасной эксплуатации разъединителей следует во всех установках, в том числе и небольших напряжений, применять разъединители преимущественно трехполюсного типа. В особенности это относится к присоединениям трансформаторов напряжения, так как однополюсное управление может привести к случайному образованию последовательной цепи емкости и индуктивности с железом и вызвать феррорезонанс, сопровождающийся перенапряжениями, субгармониками тока и изменением направления вращения трехфазного магнитного поля. Кроме того, при двухфазном питании и несимметричной нагрузке у сетевых трансформаторов, имеющих группы соединений 5 или 11, могут возникнуть значительные повышения напряжения на отдельных фазах. Наиболее строгим требованием для обеспечения надежной работы и безопасной эксплуатации разъединителей является безусловное запрещение коммутаций под нагрузкой. Чтобы исключить ошибочные действия с разъединителями, в распределительных устройствах устанавливают блокировки, имеющие многочисленные разновидности (механические и электрические). Блокировка независимо от персонала разрешает оперировать с разъединителями только в том случае, когда связанный с ними выключатель находится в положении «Отключено». В установках небольшой мощности разрешается производить отключение ненагруженных трансформаторов, а в некоторых случаях трансформаторов под нагрузкой при помощи разъединителей.

Напряжение, кВ		Ток замыкания па землю А		Зарядный ток на фазу, А
3—6		7,5		2,5
10—20		3,0		1,0
35		1,5		0,5
Напряжение, кВ	Расстояние между полюсами, м		Ток, намагничивающий		А зарядный
20—35	1,0 2,0		2,3 11,0		1,0 3,5
110	2.5 3.5		8,0 14,5		3.0 5.0
220	5,0 6,8		8,0 17,0		—

Допускается также отключение и включение нагрузочного тока линий до 15 А при напряжениях 10 кВ и ниже. В закрытых распределительных устройствах разрешается отключение зарядного тока воздушных и кабельных линий и тока замыкания на землю. Все эти коммутации предполагают наличие трехполюсных разъединителей и выполнение условий, сведенных в табл. 5-2 (ЗРУ) и 5-3 (ОРУ). Размеры площадки, занимаемой подстанциями высокого и сверхвысокого напряжения, во многом определяются конструкцией разъединителей. Стремление уменьшить габариты разъединителей для выигрыша места на открытых подстанциях высокого и сверхвысокого напряжения привело к многочисленным и разнообразным типам разъединителей, начиная от обычных рубящих и поворотных и кончая одноколонковыми, пантографическими и подвесными. На рис. 5-30 приведены некоторые важнейшие типы разъединителей. Здесь показаны двухколонковый и трехколонковый поворотные разъединители с ножами, вращающимися в горизонтальной плоскости (рис. 5-30, а, б); двухколонковый поворотный разъединитель с вращением ножей в вертикальной плоскости (рис. 5-30, б); двухколонковый разъединитель рубящего типа (рис. 5-30, г); трехколонковый разъединитель катящегося типа (рис. 5-30, <3); двухколонковый разъединитель катящегося типа (рис. 5-30, е); одноколонковый поворотный разъединитель V-образной формы (рис. 5-30, ж); одноколонковый разъединитель (рис. 5-30, з); одноколонковый пантографический разъединитель (рис. 5-30, и). Разъединители катящегося типа (рис. 5-31) разработаны для открытых распределительных устройств сверхвысоких напряжений (выше 330 кВ). Они имеют сложную и громоздкую конструкцию, и применение их при меньших напряжениях нецелесообразно. Один из полюсов такого разъединителя закреплен неподвижно, а изолятор другого установлен на тележке, передвигающейся по рельсам.

Рис. 5-30. Схемы разъединителей высокого напряжения

Рис, 5-31, Разъединитель катящегося типа 500 кВ 1 — опорная рама; 2 — неподвижный изолятор; 3 — присоединительный провод; 4 — подвижный контакт; 5 — подвижный контакт; 6 — катящийся изолятор; 7 — нож заземления; 8 — привод ножа заземления; 9  — двигатель катящегося изолятора; 10 — стальной трос для перемещения катящегося изолятора Из-за сложности конструкции и недостаточной надежности работы в условиях гололеда эти разъединители не получили широкого распространения у нас, хотя они и имеют меньшие габариты по сравнению с разъединителями рубящего и поворотного типа. Разъединитель пантографического типа на 750 кВ, 2 кА показан на рис. 5-32. Такой разъединитель дает наибольшую экономию места, так как его разрывы расположены перпендикулярно к плоскости проводов, а пантограф в отключенном состоянии складывается и выступает наружу очень мало. При включении пантограф становится узким и таким образом допускает самые небольшие расстояния между фазами сборных шин по сравнению с другими типами одноколонковых разъединителей. На рис. 5-33 изображена оригинальная конструкция разъединителя подвесного типа для очень высоких напряжений. Включение и отключение разъединителя осуществляется опусканием или подъемом гирлянды изоляторов с подвижной контактной системой. Его главным преимуществом является компактность. Такой разъединитель успешно справляется с коммутациями в условиях гололеда. Вообще существует общее требование, чтобы контакты разъединителей сверхвысокого напряжения, всегда устанавливаемых в открытых распределительных устройствах, выполнялись льдоломающими, не требующими для разрушения ледяной корки больших усилий.

Рис. 5-32. Пантографический разъединитель 750 кВ I — рычаг ручного включения разъединителя; 2 — контактная система; 3 — неподвижный контакт; 4 — приводной механизм; 5 — поворотный изолятор; 6 — опорный изолятор; 7 — пневматический привод Рис. 5-33. Разъединитель подвесного типа 1 — груз; 2 — гибкие шины;  3 — гирлянда изоляторов; 4 — гибкие связи; 5 — подвижный контакт; 6 — неподвижное контактное кольцо; 7 — опорный изолятор В нашей стране выпускаются подвесные разъединители на 330 кВ РП-330/3200 и на 500 кВ РПД-500/3200. Конструкция разъединителя на 330 кВ схематично показана на рис. 5-33. Он состоит из подвижных контактов 5, подвешиваемых с помощью блочнотросовой системы на портале, и неподвижных контактов 6, устанавливаемых на опорно-изоляционной конструкции 7. В отличие от подвесного разъединителя РПД-500 подвижные контакты разъединителей 330 кВ объединены в единую систему с помощью траверсы, к которой они подвешены на гирляндах. Это предотвращает раскачивание их под действием ветра и улучшает заземление верхних изоляторов гирлянды. Неподвижные контакты устанавливаются на специальной опорно-изоляционной конструкции, состоящей из двух параллельных шинных опор ШО-330, связанных между собой поясами жесткости. В качестве опорно-изоляционных конструкций могут быть использованы трансформаторы тока ТРН-330 или напряжения НКФ-330. Это позволит получить дополнительную экономию места. Немаловажным элементом всякой электроустановки высокого напряжения являются заземляющие разъединители, служащие для заземления и замыкания накоротко линейных и кабельных присоединений или других частей установки. В принципе заземляющий разъединит ель представляет собой трехполюсный аппарат, который замыкает накоротко все три фазы подлежащей заземлению части установки и одновременно связывает ее с контуром защитного заземления станции (подстанции). При ошибочном закорачивании и заземлении частей установки, находящихся под напряжением, заземляющие разъединители подвергаются электродинамическим и термическим воздействиям полного тока к. з. Поэтому часто выдвигается требование, чтобы динамическая и термическая стойкость заземляющего разъединителя и всей цепи заземления соответствовала стойкости основного разъединителя. Однако в отечественной практике это требование считается излишним из-за значительного усложнения конструкции заземляющего разъединителя и увеличения его габаритов и массы. В нормах даже оговорена допустимость приваривания контактов и других повреждений элементов заземляющего разъединителя при протекании через него токов к. з., если эти повреждения не вызывают нарушения цепи заземления. Заземляющий разъединитель монтируется на общей раме с основным разъединителем и блокируется с ним механически. На рис. 5-31 показан сконструированный по этому принципу разъединитель 500 кВ поворотного типа с заземляющими ножами. Блокировка разрешает включение заземляющего разъединителя только при отключенном основном и, наоборот, включение основного разъединителя оказывается возможным только при отключенных заземляющих ножах. При этом часто привод заземляющего разъединителя заперт на отдельный специальный замок, так как не может быть связан механической блокировкой с разъединителем, находящимся на удаленном конце линии. В установках сверхвысокого напряжения (750 кВ) бывает целесообразно производить раздельную установку основного и заземляющего разъединителей.