Контрольные вопросы и задания

1. Как устроены искровые промежутки?

2. Каково назначение разрядников?

3. Чем определяются защитные свойства разрядников?

4. Как устроен и работает трубчатый разрядник?

5. От чего за­висит дугогасительная способность трубчатого разрядника?

6. Назовите марки разрядников, применяемых в сельских электроустановках.

7. Как устроен и работает вентильный разрядник?

8. Каково назначение нелинейного сопротивления?

9. Как устроен и работает нелинейный ограничитель перенапряжения?

10. Почему ОПН являются основным средством защиты от перенапряжений?

11. Объясните схемы защиты сельских подстанций от перенапряжений.

Работа 14. Комплектное электрооборудование сельских электрических сетей

Содержание работы

1. Изучить классификацию и виды комплектных распределительных устройств (КРУ), применяемых в сельском электроснабжении.

2. Изучить назначение и конструктивные особенности комплектных распределительных устройств.

3. Изучить назначение, конструкцию и особенности комплектных трансформаторных подстанций, применяемых в сельском хозяйстве.

Общие сведения

Комплектное распределительное устройство (КРУ) – защищенное электротехническое устройство, предназначенное для приема и распределения электрической анергии и состоящее из шкафов КРУ со встроенными в них аппаратами для коммутации, управления, измерения, защиты и регулирования, а также с несущими конструкциями, кожухами, электрическими соединениями и вспомогательными элементами.

Комплектные распределительные устройства подразделяются на КРУ внутренней установки и КРУ наружной установки.

КРУ внутренней установки 6…10 кВ – устройства, предназначенные для работы в закрытых помещениях или сооружениях, выпускаются с одинарной системой сборных шин. По типу коммутационного аппарата их можно разделить на КРУ с маломасляными, вакуумными или электромагнитными выключателями.

КРУ наружной установки 6…10 кВ – устройства, предназначенные для открытых РУ. Они представляют собой устройства, состоящие из закрытых металлических шкафов со встроенными в них аппаратами, измерительными и защитными приборами и вспомогательными устройствами. Шкафы, изготовленные на заводе-изготовителе, поступают на место монтажа с полностью собранным и готовым к работе оборудованием. Применение КРУ приводит к сокращению объема и сроков проектирования и монтажа электрооборудования.

Шкаф состоит из металлического корпуса, который для безопасного обслуживания и локализации аварий разделен на отсеки с автоматически закрывающимися металлическими шторками.

Ниже представлены описания и устройство некоторых КРУ.

КРУ серии К-63

Комплектные распределительные устройства напряжением 6…10 кВ серии К-63 (далее КРУ серии К-63) предназначены для приема и распределения электрической энергии переменного трехфазного тока промышленной частоты 50 и 60 Гц напряжением 6 и 10 кВ.

Рис. 5.44. Шкаф кабельного ввода КРУсерии К-63 с подключением в шкафу: 1 – лоток; 2 – заземляющий разъединитель; 3 – релейный шкаф; 4 – блокировочный замок; 5 – шторочный механизм; 6 – отсек выкатного элемента; 7 – выкатной элемент с вакуумным выключателем типа ВВ/ТЕЛ; 8 – трансформатор типа ТДЗЛ; 9 – отсек сборных шин; 10 – трансформатор тока; 11 – силовой кабель; 12 – отсек ввода; 13 – ограничитель перенапряжения типа ОПН; 14 – клапаны разгрузки избыточного давления

КРУ серии К-63 применяются в качестве распределительных устройств 6…10 кВ, в том числе распределительных устройств трансформаторных подстанций, включая комплектные трансформаторные подстанции (блочные) 220/110/35/6…10 кВ, 110/6–10 кВ, 110/35/6…10 кВ, применяемые в сельском хозяйстве.

Рис. 5.45. Шкаф кабельного ввода-вывода КРУ серии К-63 с подключением вне шкафа: 1 – кабельный блок; 2 – клапаны разгрузки избыточного давления; 3 – высоковольтный кабель

КРУ серии К-63 могут поставляться для расширения уже действующих распредустройств других производителей, соединяться они могут через переходные шкафы, входящие в состав КРУ.

Комплектация КРУ этой серии может выполняться шкафом кабельного ввода с подключением в шкафу (рис. 5.44), шкафом кабельного ввода-вывода с подключением вне шкафа (рис. 5.45), либо шкафом шинного ввода-вывода (рис. 5.46).

Рис. 5.46. Шкаф шинного ввода-вывода КРУ серии К-63: 1 – фототиристор типа ТФ; 2 – клапаны разгрузки избыточного давления; 3 – шинный блок; 4 – изолятор типа ИПУ

КРУН серии К-VI-У

Комплектное распределительное устройство наружной установки (рис. 5.47) предназначено для приема и распределения электрической энергии напряжением 6 кВ частоты 50 Гц, защиты сетей с изолированной нейтралью и управления токоприемниками на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях, для питания трансформаторных подстанций.

Рис. 5.47. Шкаф КРУН серии К-VI-У: 1 – отсек вторичной коммутации; 2 – тележка с выключателем ВМП-10 К и пружинным приводом; 3 – отсек нижних разъемных контактов, трансформаторов тока, кабельного ввода; 4 – отсек верхнего разъемного контакта; 5 – отсек сборных шин

Несмотря на многообразие конструкций распределительных устройств, они должны удовлетворять определенным требованиям. При эксплуатации шкафов КРУ допустимый нагрев элементов конструкции и механические усилия на них, выхлоп газов или электрическая дуга при коммутации выключателей не должны причинять вред обслуживающему персоналу, вызывать перекрытие изоляции шкафов КРУ и поджигание выхлопных газов. При снятом напряжении должно быть безопасным обслуживание электрооборудования, приборов, токоведущих частей и самого шкафа КРУ; должна иметься возможность осуществления осмотра, ремонта и замены соседних шкафов КРУ без нарушения нормальной работы. Ремонт электрооборудования выдвижного элемента выполняют при выводе выдвижного элемента в ремонтное положение.

Конструкция шкафа КРУ должна:

• обеспечивать возможность безопасного обслуживания (без снятия напряжения с главных цепей) сборок зажимов, контактов вспомогательных цепей выключателя и разъединителя, аппаратов вспомогательных цепей;

• обеспечивать защиту обслуживающего персонала от случайного прикосновения к токоведущим и подвижным частям, заключенным в оболочку;

• защищать оборудование от попадания твердых тел по заданной для конструкции степени защиты.

После выкатывания выдвижного элемента из шкафа КРУ в ремонтное положение все токоведущие части главных цепей, которые могут оказаться под напряжением, закрываются (ограждаются) запретными шторками с приспособлениями для их запирания. Эти шторки и ограждения не должны сниматься или открываться без помощи ключей или специальных инструментов. В шкафах КРУ со стационарно установленным оборудованием предусматривается возможность установки стационарных или инвентарных перегородок (при ремонте) для отделения находящихся под напряжением частей оборудования. Разъединители и заземляющие разъединители должны устанавливаться в КРУ так, чтобы исключалось их самопроизвольное включение под действием силы тяжести: напряжение к ним должно подаваться со стороны неподвижных частей; приводы к ним должны иметь указатели положения и приспособления для их запирания.

В соответствии с требованиями к устройству заземления шкафов КРУ, каркас выдвижного элемента должен иметь непрерывный электрический контакт с корпусом шкафа КРУ при помощи скользящих заземляющих контактов на всем протяжении пути от рабочего до контрольного положения выдвижного элемента не менее чем в двух местах. Не допускается использование для заземления болтов, винтов, шпилек, выполняющих роль крепежных деталей.

В настоящее время на всех предприятиях изготавливаются шкафы КРУ с техническими данными, соответствующими номинальным параметрам встраиваемого выключателя. Большая часть конструкций КРУ на наиболее распространенные для всех отраслей народного хозяйства технические данные (напряжение до 10 кВ, номинальные токи до 1600 А, токи отключения 20 кА) может быть с электромагнитным, маломасляным или вакуумным выключателем.

Преимущества КРУ с электромагнитным выключателем: взрыво- и пожаробезопасность, малый износ дугогасительных контактов и рабочих элементов дугогасителя, работа в условиях частых отключений, высокая отключающая способность. Недостатки: сложная конструкция дугогасительного устройства с системой магнитного дутья, ограниченный верхний предел номинального напряжения, ограниченная пригодность для наружных установок.

Преимущества КРУ с вакуумным выключателем: полная взрыво- и пожаробезопасность, возможность осуществления сверхбыстродействия и применения для работы в любых циклах АПВ, малая масса, малые габариты, легкая замена дугогасителя, простота эксплуатации. Недостатки: относительно ограниченный верхний предел значения отключаемого тока; возможные коммутационные перенапряжения при отключении малых индуктивных токов, отключение ограниченного емкостного тока БК, относительно высокая стоимость.

В зависимости от номинальных токов изготавливаемых выключателей при напряжении 10 кВ изготавливаются КРУ различных серий с номинальными токами 320, 400, 630, 1000, 1250, 1600, 2000, 3150 и 5000 А; с номинальным током отключения 2; 10; 20; 31,5; 40 и 63 кА.

Камеры сборные одностороннего обслуживания КСО-298 напряжением 6 и 10 кВ предназначены для распределительных устройств переменного трехфазного тока частотой 50 Гц систем с изолированной или заземленной через дугогасительный реактор нейтралью (рис. 5.48).

Рис. 5.48. Общий вид камеры КСО-298: 1 – сборные шины; 2 – шинный разъединитель; 3 – защитный экран; 4 – выключатель; 5 – трансформаторы тока; 6 – блокиратор; 7 – приводы разъединителей; 8 – линейный разъединитель; 9 – клеммник; 10 – трансформатор тока нулевой последовательности

В состав камеры входит малогабаритный вакуумный выключатель BB/TEL. Основными достоинствами данного выключателя являются:

высокий механический ресурс;

малое потребление электроэнергии по цепям включения и отключения;

малые габариты и вес;

возможность управления как по цепям оперативного постоянного, так и оперативного перемен­ного токов.

Конструктивно камера КСО-298 состоит их трех отсеков: высоковольтного A, низковольтного С и кабельного В. При существенно меньших – по сравнению с камерами других серий габаритах – высота кабельного отсека обеспечивает удобство проведения работ в нем. Сборные шины расположены в зоне D и закрыты с фасада защитным экраном. На крайних в ряду камерах устанавливаются боковые защитные экраны.

Камеры КСО имеют изоляцию на номинальное напряжение 10 кВ. Трансформаторы напряжения, ОПН и силовые предохранители, силовые трансформаторы устанавливаются на напряжение 6 или 10 кВ.

Из камер КСО собираются распределительные устройства (РУ), служащие для приема и распределения электроэнергии. Принцип работы определяется совокупностью схем главных и вспомогательных цепей камер. КСО представляет собой сборную металлоконструкцию, составные части которой сварены из листовых гнутых профилей. Внутри размещена аппаратура главных цепей, реле защиты, управления. Рукоятки приводов и аппаратов управления, приборы учета, измерения и сигнализации расположены с фасадной стороны камеры КСО.

Доступ в камеру обеспечивают две двери: верхняя – в зону высоковольтного выключателя, трансформатора напряжения или предохранителя, нижняя – в зону кабельных присоединений, силового трансформатора или разъединителей. Между дверью с аппаратурой вспомогательных цепей и высоковольтным выключателем установлена съемная перегородка, предотвращающая доступ в зону высокого напряжения. На камере имеются смотровые окна для обзора ее внутренней части. Кроме того, в камере КСО имеется устройство для установки лампы внутреннего освещения (лампа накаливания 36 В), обеспечивающее безопас­ность замены перегоревшей лампы без снятия напряжения. Сборные шины камеры КСО имеют с фасада сплошное ограждение со смотровыми окнами.

Комплектная трансформаторная подстанция (КТП) – электрическая установка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электрической энергии трехфазного переменного тока, состоящая из трансформатора, распределительного устройства со стороны ВН и НН и комплектных токопроводов (шинопроводов), соединяющих эти элементы. Поставляется КТП в собранном или подготовленном для сборки виде.

Общей чертой комплектных трансформаторных подстанций является возможность быстрого монтажа и длительной безаварийной эксплуатации в тяжелых климатических условиях. Применение распределительных устройств современных конструкций позволяет эксплуатировать подключенные к централизованной системе управления подстанции в необслуживаемом режиме. Подстанции, как правило, оснащаются аппаратурой по выбору заказчика.

КТП 35 / 10(6) кВ. Трансформаторные подстанции этого класса напряжения предназначены для электроснабжения высоковольтных электроустановок в различных отраслях хозяйственной деятельности (в том числе и сельского хозяйства) трехфазным переменным током промышленной частоты 50 Гц номинальным напряжением 10(6) кВ.

Приемка электроэнергии подстанцией осуществляется от воздушных линий при номинальном напряжении 35 кВ, а распределение (после преобразования трансформатором 35/10(6) кВ) – при номинальном напряжении 10(6) кВ.

В типовом 2-трансформаторном исполнении КТП состоит из следующих функциональных элементов:

• РУ-35 кВ, состоящего из одного или двух модулей транспортируемых отдельно и соединяемых между собой на месте установки подстанции;

• трансформаторного блока, состоящего из одного или двух интегральных модулей. Станция может комплектоваться как сухими в эпоксидной изоляции так и масляными трансформаторами;

• РУ-10(6) кВ, состоящего из одного или двух модулей, транспортируемых отдельно и соединяемых между собой на месте установки подстанции.

Секция № 1 РУ-35 кВ состоит из фидера ввода 35 кВ, измерительной ячейки, фидера трансформатора 35/6 кВ, ячейки трансформатора собственных нужд, блока низкого напряжения. Секция № 2 РУ-35 кВ состоит из фидера ввода 35 кВ, измерительной ячейки фидера трансформатора 35/6 кВ, ячейки трансформатора собственных нужд, двух ячеек секционного выключателя. РУ-10(6) кВ состоит из 2-х секций 10(6) кВ собранных из шкафов D-12PT двухэлементного исполнения.

Секции РУ-10(6) кВ идентичны и состоят из фидера ввода 10(6) кВ, измерительного шкафа, пяти фидеров воздушных линий 10(6) кВ (обычно по одному фидеру на токи 300,150,100 А и два фидера 200 А), фидера секционного выключателя (по требованию клиента конфигурация с выключателем в каждой секции или выключателем и разъединителем), шкафы питания конденсаторной батареи, шкафа конденсаторной батареи 10(6) кВ емкостью от 300 до 1200 кВАр (в зависимости от мощности силового трансформатора). Каждый модуль (контейнер) 10(6) кВ дополнительно оснащается щитком питания цепей 220 В; 50 Гц и 110 В – и щитком центральной сигнализации модуля (по желанию клиента).

КТП 10(6)/0,4 кВ. Комплектная трансформаторная подстанция типа КТП 10(6)/0,4 предназначена для электроснабжения электроустановок и объектов сельского хозяйства трехфазным переменным током промышленной частоты 50 Гц номинальным напряжение 10(6) кВ и 0,4 кВ и, в силу своих конструктивных особенностей, служит для приема, преобразования и распределения электрической энергии потребителям электрической энергии.

Приемка электроэнергии подстанцией осуществляется от двух воздушных линий при номинальном напряжении 10(6) кВ, а распределение при напряжении 10(6) кВ и после преобразования трансформатором 10(6)/0,4 кВ при номинальном напряжении 0,4 кВ.

Комплектные трансформаторные подстанции (КТП) изготавливаются на заводах и крупноблочными узлами доставляются на место монтажа.

КТП 6-10/0,4-0,23 кВ внутренней и наружной установки широко применяются для электроснабжения промышленных предприятий, сельскохозяйственных и коммунальных потребителей. Такие КТП комплектуются силовыми трансформаторами типа ТНЗ с негорючим заполнителем, трансформаторами типа ТМГ герметичного исполнения с азотной подушкой или обычными масляными трансформаторами ТМ, ТСМА мощностью 25…1000 кВА.

КТП (рис. 5.49) состоит из распределительных устройств высокого и низкого напряжения, силового трансформатора. Основным элементом подстанции является силовой трансформатор, который состоит из магнитопровода, обмоток высшего (ВН) и низшего (НН) напряжения, бака и крышки. Трансформаторы мощностью 63 кВ·А имеют обмотку из алюминия, а трансформатор 25 кВА – из меди.

а	б
Рис. 5.49. КТП 6–10/0,4–0,23: а – внешний вид; б – однолинейная схема подключения

Распределительное устройство ВН (вводное устройство) 6…10 кВ представляет собой металлический шкаф (в котором установлены силовые предохранители ПК-6 или ПК-10) с проходными изоляторами, установленными на крышке. Силовой трансформатор размещается под шкафом ввода и устанавливается на раме. Изоляторы ВН и НН трансформатора закрываются защитным металлическим кожухом, который крепится к крышке трансформатора задней части шкафа ввода. Трансформаторы ТМ-25, ТМ-40, ТМ-63 выполнены без охладителей; ТМ-160, ТМ-250, ТМ-400 – радиаторными.

Схема электрических соединений КТП 6…10/0,4 кВ представлена на рис. 5.50.

От шин 0,38 кВ отходят три силовых фидера (через автоматы типа А3700) и фидер уличного освещения (через магнитный пускатель и предохранители).

От многофазных коротких замыканий и перегрузок отходящие фидеры защищаются автоматами 22, 24, 26 с комбинированными расцепителями. Для защиты от однофазных коротких замыканий в нулевых проводах фидеров установлены токовые реле 23, 25, 27, которые при срабатывании подключают катушки отключения автоматов к фазам АВ.

Для защиты силового трансформатора от перегрузки предусмотрено тепловое реле 17. При нормальной нагрузке трансформатора контакты 3 и 4 блокировочного переключателя 16 замкнуты и обмотка промежуточного реле 1 через закрытый контакт теплового реле 17 обтекается током. Реле 1 срабатывает. При перегрузке контакт реле 17 размыкается, реле 1 обесточи­вается и своими размыкающими контактами замыкает цепь отключения автоматов фидеров № 1 и № 3. Тепловое реле выдерживает не менее 2 ч перегрузку в 5 %, а перегрузку в 45 % отключает в течение не более 1,3 ч. Фидер уличного освещения включается и выключается автоматически при помощи фотореле 19 или вручную при помощи переключателя 20. Счетчик активной энергии 8 через выключатель 6 обогревается в зимнее время сопротивлениями 7. Лампу 5, подключенную к шинам через переключатель 2, используют для контроля наличия напряжения и для освещения РУ-0,38. Напряжение во всех фазах можно контролировать переносным вольтметром, включаемым в розетку 3 за переключателем 2.

Рис. 5.50. Принципиальная схема КТП 10–0,38кВ: 1 – реле промежуточное; 2 – переключатель; 3 – штепсельная розетка; 4 – предохранитель; 5 – контрольная лампа; 6 – выключатель; 7 – резисторы ПЭ50 (3 шт.); 8 – счетчик активной энергии; 9 – силовой трансформатор; 10 – предохранители ПК-10; 11 – разрядники РВО-10; 12 – разъединитель РЛНДА-1-10; 13 – рубильник; 14 – разрядники РВН-0,5; 15 – трансформаторы тока ТК-20; 16 – блокировочный переключатель; 17 – тепловое реле; 18 – предохранители; 19 – фотореле; 20 – переключатель; 21 – магнитный пускатель; 22 – автомат типа А3700 фидера № 1; 23 – реле токовое РЭ-57 нулевого провода фидера № 1; 24 – автомат типа А3700 фидера № 2; 25 – реле токовое РЭ-57 нулевого провода фидера № 2; 26 – автомат типа А3700 фидера № 3; 27 – реле токовое РЭ-57 нулевого провода фидера № 3

В КТП имеются блокировки, не допускающие открытие двери РУ-10 без отключения разъединителя (при помощи замка системы Гинодмана), отключение или включение рубильника ввода под нагрузкой (при помощи блокировочного переключателя 16). Рубильник закрыт дверкой, которую можно открыть только после поворота рукоятки. При этом размыкаются кон­такты 3–4 и замыкаются контакты 1–2, что приводит к обесточиванию реле 1 и отключению фидерных авто­матов.

Схемы соединения закрытых подстанций (в части высшего напряжения) могут быть значительно сложнее и зависят от конструктивного назначения распределительного устройства. Питающая и отходящие линии высшего напряжения, а также силовые трансформаторы могут подключаться к шинам РУ-10 кВ такой подстанции через выключатели, например, типа ВМГ-10, выключатели нагрузки типа ВН или ВНП, через предохранители типа ПК-10. Подстанции, питающие ответственных потребителей, обычно обеспечиваются АВР со стороны высшего и со стороны низшего напряжения, если на подстанции установлены два трансформатора.

Указания к выполнению работы

1. Изучить конструкцию, назначение и основные виды комплектных распределительных устройств внутренней и наружной установки.

2. Изучить конструкцию и назначение камер одностороннего обслуживания.

3. Изучить конструкцию комплектных трансформаторных подстанций, 35/6–10 кВ и 6–10/0,4 кВ, применяемых в сельском хозяйстве.