Общие сведения об отделителях и короткозамыкателях
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Короткозамыкатель – быстродействующий контактный электрический аппарат, предназначенный для создания искусственного короткого замыкания сети по сигналу релейной защиты.

Отделитель – это разъединитель, который быстро отключает обесточенную цепь после подачи команды на его привод. Процесс отключения в отделителе длится 0,5–1 с.

На рис. 72 приведена схема питания от одной линии двух трансформаторных групп Т1 и Т2. В схему введены короткозамыкатели QK1, QK2 и отделители Q1, Q2, которые при нормальном режиме работы замкнуты. При ухудшении изоляции трансформатора Т1 срабатывает газовое реле, и по его сигналу включается короткозамыкатель. В цепи возникает искусственное короткое замыкание. Под действием тока короткого замыкания срабатывает выключатель защиты QF1 и обе группы трансформаторов (Т1 и Т2) обесточиваются. С помощью релейной защиты трансформатора Т1 отключается также выключатель QF2, после чего с некоторой выдержкой отключается отделитель Q1. Так как режим искусственного короткого замыкания оказался отключенным, снова включается выключатель QF1. Если до аварии выключатель QF4 был отключен, то после включения выключателя QF1 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. Для надежной работы необходима четкая последовательность в работе короткозамыкателей, выключателей и отделителей.

Эффективность схемы тем выше, чем больше номинальное напряжение сети. Устраняются выключатели, аккумуляторные батареи, компрессорные установки на стороне 35–220 кВ, уменьшается площадь подстанции и ее стоимость, сокращаются сроки строительства.

Наиболее перспективно применение элегазовых аппаратов. На рис. 73 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.

Рис. 72. Схема включения короткозамыкателей Рис. 73. Элегазовый короткозамыкатель

Выбор отделителей и короткозамыкателей

Номинальное напряжение короткозамыкателя должно соответствовать номинальному значению напряжения сети.

Динамическая и термическая стойкости короткозамыкателя должны соответствовать току короткого замыкания в месте его установки.

Время отключения короткозамыкателя должно соответствовать требованиям схемы автоматики.

Номинальные данные по току и напряжению отделителя выбираются так же, как и для разъединителя. Кроме того, время отключения должно соответствовать требованиям схемы автоматики.

Ток должен быть не меньше ударного тока короткого замыкания, протекающего через выключатель.

 

Реакторы

Общие сведения о реакторах

Реактор – это электрический аппарат, предназначенный для ограничения токов короткого замыкания и поддержания напряжения на шинах при аварийном режиме.

Реактор выполняется в виде обмотки с неизменной индуктивностью.

Принцип действия реактора

Генератор G питает сборные шины, от которых отходят линии к потребителю. За выключателем QF1 реактор отсутствует, а за выключателем QF2 реактор L установлен.

При коротком трехфазном замыкании ток IКЗ1 определяется в основном индуктивным сопротивлением генератора:

где  

номинальный ток генератора;

  U н

номинальное напряжение генератора;

 

относительное индуктивное сопротивление генератора.
           

Напряжение при коротком замыкании на сборных шинах будет равно нулю и на всех отходящих линиях пропадет напряжение.

Ток короткого замыкания в линии с реактором определяется суммарным сопротивлением генератора и реактора:

Как правило, один генератор обслуживает несколько десятков потребителей, поэтому номинальный ток линии во много раз меньше номинального тока генератора. Длительный ток реактора выбирается равным току линии, при этом IРн << IГн. Если xГ = xР, то XР >> XГ и

Так как реактор обладает высокой надежностью, выбор аппаратуры линии производится по току IКЗ2 << IКЗ1, что облегчает и удешевляет распределительное устройство.

В режиме короткого замыкания падение напряжения на реакторе так как  и напряжение на шинах относительно земли мало отличается от номинального фазного напряжения.

При номинальном режиме XР << ZН, поэтому падение напряжения на реакторе незначительно.

Для уменьшения потерь напряжения на реакторе в номинальном режиме, упрощения и удешевления распределительных устройств применяют сдвоенные реакторы. При обычных реакторах (рис. 74, а) каждая отходящая линия имеет свой реактор. Каждая трехфазная группа реакторов размещается в специальной ячейке распределительного устройства. В сдвоенных реакторах (рис. 74, б) реакторы соседних ветвей сближены так, что между ними существует сильная магнитная связь.

В номинальном режиме магнитные поля реакторов направлены встречно и оказывают размагничивающее действие друг на друга. В результате индуктивное сопротивление ветви падает, следовательно, уменьшается падение напряжения на реакторе.

Падение напряжения на ветви реактора ΔUВ при номинальном токе

где X РВ индуктивное сопротивление ветви реактора;
  X М =ω M сопротивление взаимной индукции ветвей реактора (М – коэффициент взаимной
    индуктивности);
  k=M/L РВ коэффициент связи ветвей реактора;
  L РВ индуктивность одной ветви.

 

а) б)

Рис. 74. Схемы реакторов

 

Чем больше коэффициент связи, тем меньше падение напряжения в ветви. С точки зрения уменьшения падения напряжения в номинальном режиме желательно увеличение коэффициента связи k.

Для увеличения коэффициента связи реакторы должны быть, возможно, ближе друг к другу.

Сдвоенные реакторы позволяют уменьшить габариты аппарата, удешевляют и упрощают распределительное устройство.

Основными параметрами реактора являются: номинальное напряжение; номинальный ток; реактивное сопротивление; ток термической стойкости, отнесенный к определенному времени; ток динамической стойкости.

Номинальное напряжение – это напряжение сети, в которой реактор предназначен работать. Изоляция обмотки от земли осуществляется опорными фарфоровыми изоляторами.

Номинальный ток – длительный ток, который, протекая по обмотке, нагревает ее до температуры, близкой к допустимой.

Номинальный ток реактора может быть равен 3000–4000 А, при этом активные потери могут достигать нескольких десятков киловатт.

Кроме того, имеют место дополнительные потери из-за того, что проводники реактора находятся в мощном магнитном поле. Коэффициент добавочных потерь достигает 1,3–1,5.

Одним из основных параметров реактора является его индуктивность LР.

Для бетонных реакторов, имеющих обмотку из ω витков в виде катушки высотой h (м), толщиной b (м) и средним диаметром D (м), индуктивность (мГн) может быть определена по формуле Корндорфера

где

Ток термической стойкости Iт = IкзР должен выдерживаться в течение времени tт.

Если xР < 3 %, то при расчете тока короткого замыкания желательно учитывать сопротивление источника питания.

При прохождении тока короткого замыкания между реакторами и внутри реактора создаются электродинамические силы, которые стремятся его разрушить. Механическая прочность реактора характеризуется током электродинамической стойкости. При расчете электродинамической стойкости за основу берется ударный ток iуд = 1,8 ‒ 2IкзР.

Расстояние между реакторами определяется высотой опорных изоляторов. Так как при напряжении 6–10 кВ высота этих изоляторов мала, то при больших токах в реакторах возникают электродинамические силы, которые могут разрушить изоляторы, работающие и на сжатие, и на разрыв.

В реакторах на большие токи электродинамические силы при вертикальной установке в аварийном режиме столь велики, что изоляторы не могут обеспечить необходимую электродинамическую стойкость.

В этих случаях приходится прибегать к горизонтальной установке реакторов. Расстояние между осями может быть выбрано достаточно большим.

Конструкции реакторов

Наиболее распространенными являются бетонные реакторы. На рис. 75 представлен трехфазный комплект таких реакторов. Из многожильного провода 1 намотаны обмотки реактора А, В, С.

Заливкой в специальные формы получаются бетонные вертикальные стойки – колонны 2, которые скрепляют между собой отдельные витки обмоток. Торцы колонн имеют шпильки с изоляторами 3, 4.

Для получения необходимой прочности электрической изоляции реактор подвергают интенсивной сушке под вакуумом и пропитке влагостойким изоляционным лаком.

Охлаждение реакторов, как правило, естественное.

Между отдельными витками в ряду обмотки реактора и между рядами выдерживается значительный зазор – (3,5–4,5)·10–2 м, что улучшает охлаждение отдельных витков и повышает электрическую прочность изоляции.

При больших номинальных токах (более 400 А) применяется несколько параллельных ветвей. Для равномерного распределения тока по ветвям применяется транспозиция витков. Все витки ветвей должны быть одинаково расположены относительно оси реактора.

В качестве обмоточного провода используется многожильный медный или алюминиевый кабель большого сечения. Кабель покрывается несколькими слоями кабельной бумаги толщиной 0,12 ×10-3 м и хлопчатобумажной оплеткой. Общая толщина изоляции примерно – 1,5×10-3 м. Максимальная допустимая температура при длительном режиме – не выше 105 °С, при КЗ – не выше 250 °С.

В трехфазном комплекте наибольшему нагреву подвергается верхний реактор, поскольку подходящий снизу воздух уже подогрет реакторами, расположенными ниже.

Рис. 75. Бетонный реактор Рис. 76. Масляный реактор

 

Вокруг обмотки реактора замыкается мощное магнитное поле. Для уменьшения дополнительных потерь все ферромагнитные детали (балки, арматура железобетонных стен) удаляются от обмотки на расстояние, не меньшее ее внешнего радиуса.

Бетонные реакторы применяются в закрытых распределительных устройствах при напряжении не выше 35 кВ. Недостатками таких реакторов являются большие масса и габаритные размеры.

Применение ферромагнитных магнитопроводов позволяет резко снизить размеры реактора, однако при больших токах происходит насыщение магнитопроводов и уменьшение индуктивности, что уменьшает токоограничивающий эффект реактора. В связи с этим применение магнитопроводов в токоограничивающих реакторах не получило распространения.

При напряжении больше 35 кВ и для установки на открытой части подстанций применяются реакторы в масляном исполнении (рис. 76).

В стальной бак 1 с трансформаторным маслом погружена обмотка 2.

Применение масла позволяет уменьшить изоляционные расстояния между обмоткой и заземленными частями реактора и улучшить охлаждение обмотки за счет конвекции масла. В результате уменьшаются масса и габаритные размеры. Выводы обмотки присоединяются к контактам проходных изоляторов 4. Потери на вихревые токи в стенках бака уменьшают применением короткозамкнутого витка в виде экрана 3.

Разработаны также тороидальные реакторы. В таких реакторах внешнее поле рассеяния практически отсутствует и нагрев бака не возникает. Тороидальные реакторы на напряжение 110 кВ и выше имеют более высокие технические и экономические показатели по сравнению с бетонной конструкцией.

Дата: 2019-02-25, просмотров: 288.