Вспомогательное электрооборудование

1. Отключающее: аппараты для включения или отключе-

ния агрегатов и отдельных цепей ЭС и подстанций в нормальном режиме и при авариях:

- рубильники и переключатели – простейшие воздушные выключатели для неавтоматического (ручного) включения, отключения и переключения цепей постоянного и переменного тока до 1000 А напряжением до 500 В (рисунок П2.7 Приложения 2).

- автоматические выключатели – для защиты электро-установок от перегрузок и токов короткого замыкания, коммутационных операций под нагрузкой (рисунок П2.8 Приложения 2).

Выпускаются автоматы с расцепителями:

– тепловыми;

– электромагнитными;

– комбинированными (тепловой и электромагнитный);

– максимальными;

– минимальными;

– независимыми.

Каждый автомат (одно- или трехполюсный) имеет несколько токов уставки (срабатывания) и время срабатывания не более 5 секунд.

- плавкие предохранители – для защиты электроуста-новок от перегрузок и токов короткого замыкания, устанавливаются последовательно с выключателями или рубильниками.

Наибольшее распространение получили предохранители:

– низковольтные – пробочные и трубчатые (для защиты электроустановок до 1кВ) типа ПР и НПН (рисунок П2.9 Приложения 2);

– высоковольтные – кварцевые (для защиты электро-установок до 35 кВ) типа ПКТ (рисунок П2.10 Приложения 2).

- контакторы – служат для дистанционного и авто-матического управления электрическими цепями постоянно-го и переменного тока напряжением до 1кВ (рисунок П2.11 Приложения 2).

В отличие от автоматов они не защищают цепи от ненормальных режимов, а используются для частых вклю-чений и отключений цепей и управляются рубильниками, выключателями или кнопками.

- магнитные пускатели – служат для дистанционного управления короткозамкнутыми асинхронными двигателями и представляют собой трехфазный контактор с тепловым реле и системой блокировочных контактов, встроенные в общий ящик (рисунок П2.12 Приложения 2).

Пускатели, управляющие несколькими двигателями, комплектуются в одном щите, называемом магнитной станцией.

- разъединители – служат для создания видимого разрыва

цепи с целью обеспечения безопасности ремонтных работ на части электроустановки, находящейся под напряжением, но при отсутствии в ней тока (рисунок П2.13 Приложения 2). Предварительное отключение тока необходимо в связи с отсутствием у разъединителей дугогасящих устройств. В противном случае образуется электрическая дуга, способнаянанести вред обслуживающему персоналу и электро-оборудованию.

Выпускаются разъединители:

- для внутренних установок;

- для наружных установок;

- однополюсного и трехполюсного исполнения;

- на напряжения ³ 6кВ, на токи ³ 2кА.

Для повышения безопасности разъединители устанавливаются на отдельной опоре и включаются через ручные рычажные приводы, устанавливаемые на расстоянии от разъединителя.

- выключатели нагрузки – для отключения только токов нагрузки, без отключения токов короткого замыкания. Конструктивное исполнение выключателя нагрузки аналогично конструкции разъединителя с добавлением дугогасительной камеры, содержащей твердый

газогенерирующий материал (оргстекло).

- масляные выключатели – высоковольтные выклю-чатели для включения и отключения электрических цепей под нагрузкой и при к.з. (рисунок П2.14 Приложения 2).

К ним предъявляются высокие требования:

– достаточная отключающая способность;

– высокая надежность работы;

– взрыво- и пожаробезопасность;

– простота конструкции и удобство эксплуатации;

– как можно меньшие размеры и вес.

- короткозамыкатели (короткозамыкающие разъедините-ли)– для создания мощного искусственного к.з. для срабаты-вания защиты линии при возникновении неполадок в силовом трансформаторе, устанавливаются на тупиковых и отпаечных подстанциях со стороны высшего напряжения вместо масляных выключателей, т.к. дешевле и проще.

Выпускаются:

– двухполюсные на 35 кВ;

– однополюсные на 110-220 кВ.

- отделители (отделяющие разъединители) – устанавливают:

· там, где питающие линии снабжены механизмом авто-матического повторного включения (АПВ) для предотвраще-ния подачи напряжения на поврежденный элемент;

· или на подстанции, питаемой на одной линии с АПВ, где устновлены два трансформатора, для отключения поврежденного трансформатора при сохранении нормального питания исправного трансформатора.

Выполняются отделители однополюсными, соединяются на месте монтажа в трехполюсный аппарат.

Отключаются отделители автоматически, включаются вручную, управляются приводом.

 

II. Ограничивающее – для ограничения величины токов к.з. и защиты установок от перенапряжений.

- реакторы – выпускают бетонные реакторы, т. е. с сухой

изоляцией и бетонным каркасом для номинальных напряжений от 6 до 35 кВ и номинальных токов от 400 до 4000 А для внутренней и наружной установки (рисунок П2.15 Приложения 2).

При к.з. токи в катушках реактора могут увеличиваться в 10-20раз в сравнении с номинальным, при перегреве обмоток используют принудительное охлаждение вентиляторами.

- разрядники – аппараты, служащие для защиты изоляции электрооборудования электростанций от перенапряжений:

– атмосферных (молнии),

– наведенных (со стороны оборудования станции),

– коммутационных.

Название «вентильный» разрядник имеет от свойства мате-

риала нелинейных вилитовых резисторов, установленных в фарфором корпусе разрядника, менять свое сопротивление при повышенном напряжении (пропускает очень большие токи) и при пониженном напряжении (пропускает очень маленькие токи) (рисунок П2.16 Приложения 2).

- нелинейные ограничители перенапряжения – разрядники без искрового промежутка с нелинейными резисторами из оксида цинка; применяются на современных ТП вместо вентильных разрядников из-за ряда преимуществ:

· простота конструкции и высока надежность;

· способность к рассеиванию больших энергий;

· малые габариты, вес и стоимость.

 

III. Измерительное:

- измерительные трансформаторы тока и напряжения – применяют в установках переменного тока для включения и питания катушек измерительных приборов, реле защиты и автоматики, приборов сигнализации. Это позволяет:

– обеспечить безопасность измерений и удобство обслуживания приборов и реле;

– стандартизировать приборы и реле, расчитывая их обмотки на ток 5А и напряжение 100В;

– защитить последовательно включаемые обмотки от действия токов к.з. в контрольных цепях;

– облегчить контрольную проводку до сечений 1,5-10мм², с помощью которой приборы и реле присоединяются к вторичным обмоткам измерительных трансформаторов.

- амперметры – служат для контроля нагрузки электрических цепей с целью предупреждения ненормальных режимов их работы, устанавливаются во всех основных электрических цепях: в цепях генераторов, силовых трансфор-

маторов, электродвигателей, линий и т.д.

Схемы включения амперметров:

– один амперметр (на одну фазу при симметричной нагрузке) (рисунок 7.1, а);

– три (на три фазы при несимметричной нагрузке) (рисунок 7.1, б);

– один амперметр с переключателем (для поочередного измерения тока в трех фазах) (рисунок 7.1, в).

Используют щитовые (встроенные в щит) амперметры с классом точности 1-2,5.

 

 

Рисунок 7.1.

- вольтметры – для измерения и контроля напряжения, конструктивно почти не отличаются от амперметров. Отличаются по схеме включения в цепь – обмотку вольтметра включают через добавочное сопротивление параллельно тому участку цепи, где измеряется напряжение.

Используют щитовые вольтметры с классом точности 1-2,5 двух типов:

1) показывающие (рисунок П2.19 Приложения 2);

2) регистрирующие (самопишущие).

- мегометры – служит для измерения сопротивления изо-ляции элементов электроустановок электростанций и подстанций, состоят из:

– магнитоэлектрического логометра;

– источника питания – индуктора (маленький генератор постоянного тока).

Якорь этого генератора вращают рукояткой вручную со скоростью 90-120 об/мин, индуктируемая при этом ЭДС обеспечивает на зажимах мегомметра напряжение 0,5-2кВ (рисунок П2.20 Приложения 2).

- ваттметры – служат для измерения и контроля распределения активной и реактивной мощностей между элементами энергосистемы.

Выполняются:

– на постоянном токе как электродинамические;

– на переменном токе как электродинамические и индукционные.

Используют щитовые ваттметры с классом точности 1-2,5 двух типов:

1) показывающие;

2) регистрирующие (самопишущие).

- счетчики – для учета выработанной, потребленной и потерянной в сети электроэнергии, устанавливаются соответ-ственно на электростанциях, сетевых подстанциях и у потребителей.

Для учета активной энергии (рисунки П2.21-П2.23 Приложения 2) используют счетчики ватт-часов, которые в зависимости от расположения в энергосиситеме, показывают:

– количество электроэнергии, вырабатываемой генерато-рами электростанций, потребленной на собственные нужды;

– количество электроэнергии, отданной в сеть и на подстанции;

– количество электроэнергии, отпущенной потребителям и

подлежащей оплате;

– величину потерь электроэнергии в элементах сети;

– нормы расхода электроэнергии.

Для учета реактивной энергии (рисунок П2.24 Приложения 2) используют счетчики вольт-ампер-часов реактивных, показывающих:

– количество реактивной электроэнергии, вырабатыва-емой генераторами электростанций;

– пропущенную через районные ТП;

– выработанную синхронными компенсаторами;

– выработанную компенсирующими установками промыш-ленных предприятий.

Используют индукционные цифровые счетчики: однофазные; трехфазные; однотарифные; двухтарифные.

- частотомеры – служат для измерения частоты перемен-

ного тока, наиболее часто используются:

1) электромагнитные вибрационные (только в стационар-

ных установках):

– с косвенным возбуждением;

– с непосредственным возбуждением.

2) стрелочные.

- фазометры – служат для измерения угла сдвига фаз между током и напряжением или измерения коэффициента мощности Cosj в цепях переменного тока.

- синхроскопы – служат для облегчения синхронизации синхронных машин и генераторов электростанций (когда час-тоты и фазы напряжений синхронизируемого и работающих генераторов совпадают, стрелка синхроскопа останавливается на нуле шкалы), используются:

– ламповые;

– электромагнитные (логометры).

V. Защитное:

- устройства релейной защиты – специальные устройс-тва, состоящие из одного или нескольких приборов (реле), ко-торые при нарушении нормальной работы или при пов-реждении какого-либо элемента установки или сети вызывают отключение его выключателей или сигнального устройства.

По назначению релейные защиты подразделяют на:

1) основные (измерительные – реле тока, напряжения, мощности, сопротивления и др.);

2) вспомогательные, действующие по команде первых

(реле времени, промежуточные, указательные).

- устройства заземления – для обеспечения безопас-

ности человека при случайном соприкосновении с частями электроустановок, находящихся под напряжением из-за замыкания на землю вследствие пробоя изоляции таких частей (защитное заземление) и для обеспечения нормальной работы электроустановок в нормальном и аварийном режимах (рабочее заземление).

Состоят из:

– заземлителей: это металлический проводник, непосредственно сопри-касающийся с землей, обеспечивает электрическое

соединение с землей (естест-венные – металлические тру-бопроводы, негазовые; иску-сственные – стальные трубы, уголки);

– заземляющихпровод-ников: это неизолированные провода и шины, соединяю-щие заземляемые части электроустановок с зазем-лителем.

Рисунок 7.2.

Схемы рисунка 7.2 пояс-няют роль заземления элект-рооборудования. При соп-рикосновении человека с ко-рпусом незаземленного обо-

рудования под напряжением, через человека проходит ток, равный фазному (схема а). При наличии заземления (схема б), ток утечки в основном уходит в землю (схема в), т. к.

сопротивление чело-века значительно больше сопротивления земли.

Через человека тог-да проходит очень ма-ленький ток, не опас-ный для жизни, вели-чина которого зависит от сопротивления земли (чем оно меньше, тем меньше ток через человека).

Рисунок 7.2. Пример выполне-ния устройства заземления

Устройство зазем-ления может быть вы-полнено по контуру или

как показано на рис.7.2.

VI. Сигнальное: на центральных постах управления элементов энергетических систем имеются следующие виды и устройства сигнализации:

- устройства сигнализации положения – указывают персоналу на состояние исполнительных органов (коммута-ционных аппаратов – разъединителей и др.);

- устройства аварийной сигнализации – извещают о возникновении ненормальных или аварийных режимов работы объекта или целого участка;

- устройства предупреждающей сигнализации – преду-преждает персонал о возможности аварийных режимов;

- устройства напоминающей сигнализации – указывает, какие виды защиты и автоматики сработали;

- устройства сигнализации вызова – требует прихода персонала в помещение, где нарушена работа оборудования.

По способу действия различают сигнализацию:

– световую: световые индикаторы (сигнальные лампы, световое табло);

– звуковую (двухтональную): звонок, зуммер, сирена.

Осуществляется сигнализация:

1) автоматически – с помощью подключенных специаль-ных приборов (например, прибор ПС для сигнализации поло-жения), через специальные схемы с использованием датчиков контроля (реле времени, манометры, контактные термометры и др), (рисунки П2.25-П2.26 Приложения 2);

2) вручную с помощью кнопки на пульте оператора (рисунок П2.27 Приложения 2).

 

ГЛАВА 8. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

8.1. Характеристика, назначение и требования

К релейной защите

 

Различают три группы автоматики в системах сельского электроснабжения:

1. устройства автоматического контроля;

2. устройства автоматического управления;

3. устройства автоматического регулирования.

Особое значение среди них имеет релейная защита, необходимость использования которой объясняется особенностями системы сельского электроснабжения, т.е. ее протяженностью и резкопеременной нагрузкой потребителей, что делает невозможным управление ею вручную, особенно в аварийных режимах.

Основное назначение релейной защиты (РЗ):

– определить наличие и место повреждения в электричес-

кой системе,

– подать команду на отключение поврежденного элемента при аварийных режимах (к.з.),

– подать сигнал обслуживающему персоналу при появлении ненормальных режимов;

– воздействовать на устройства противоаварийной автома-тики (АПВ, АВР) с целью восстановления электроснабжения возможно большего числа отключившихся потребителей.

Устройства релейной защиты состоят из нескольких

элементов: соединенных по определенной схеме реле – автоматических аппаратов, которые срабатывают при некотором значении входной величины (тока, напряжения, сопротивления и т.д.) и скачкообразно изменяют выходную величину в управляемых цепях.

Функционально схема защиты содержит:

1) измерительный орган, контролирующий состояние защищаемого объекта;

2) логический орган, формирующий командный сигнал;

3) исполнительный орган, формирующий выходной сигнал на выключатель защищаемого объекта.

Требования к РЗ:

1. Селективность – способность РЗ избирательно отклю-

чать только поврежденные участки с сохранением работоспо-собности неповрежденной части электрической сети.

2. Быстродействие:

– для уменьшения размеров повреждения изоляции и токоведущих частей токами к.з.;

– сокращения времени работы потребителей при пониженном напряжении;

– повышения эффективности противоаварийной автоматики;

– улучшения устойчивости параллельной работы генераторов.

3. Чувствительность – способность РЗ реагировать на малые изменения контролируемого параметра и обеспечить надежное срабатывание при повреждении в конце защищаемой зоны в минимальном режиме работы системы электроснабжения.

4. Надежность – способность РЗ нормально выполнять функции, сохраняя эксплуатационные показатели в течение определенного времени и безотказно срабатывать только в

защищаемой зоне при появлении повреждений.

5. Экономичность – рациональное снижение большого числа мелких установок, ведущих к удорожанию системы.