ХПИ_ОРЗА_вар_Б_заочники / Книга по РЗА 2006 / 17. ЦЕПИ УПРАВЛЕНИЯ И СИГНАЛИЗАЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Глава написана Перетятько В.А.

Для включения и отключения цепей переменного тока высокого напряжения под нагрузкой и при коротких замыканиях, применяются высоковольтные выключатели. В зависимости от вида дугогасящей и изолирующей среды, высоковольтные выключатели подразделяются на масляные, воздушные, вакуумные и элегазовые выключатели.

Операция включения высоковольтного выключателя, удержание его во включенном положении и отключение выполняется при помощи специального механизма, называемого приводом. В зависимости от способа выполнения операции включения, различают несколько разновидностей приводов: ручные, грузовые, пружинные, электромагнитные, электродвигательные и др.

Выключатели с ручным приводом включаются за счет мускульной силы человека. В грузовых приводах для включения выключателя используется энергия падающего груза, а в пружинных

– энергия предварительно сжатых (или растянутых) пружин. Включение электромагнитных приводов производится за счет мощных электромагнитов включения. Электродвигательные привода включаются с помощью электродвигателя.

Включение высоковольтных выключателей производится действием привода при подаче соответствующей команды от ключа (кнопки) управления, от устройств автоматики, или по каналам телемеханики. Команда на включение большинства типов выключателей подается непосредственно на электромагнит включения.

Для выключателей с электромагнитным приводом, вследствие большой мощности, требуемой для включения, команда включения подается через промежуточный контактор, коммутирующий цепь электромагнита (соленоида) включения. Ток электромагнита включения электромагнитных приводов, в зависимости от типа, имеет значительную величину, достигающую ста и более ампер при напряжении 220 В.

Источником питания соленоидов электромагнитных приводов служат мощные стационарные аккумуляторные батареи (например, типа СК), или специальные мощные выпрямители (например, типа БПРУ-66, УКП-380/220). Напряжение на выходе такого устройства в режиме холостого хода составляет 257-267 В, а при подключении нагрузки — 230 В. Выпрямленный ток устройства УКП с использованием накопителя достигает 150 А, а без него –150–320 А.

Устройство УКП состоит из двух блоков: УКП -1 — собственно выпрямитель, и блок накопителя

– УКП -2, который поставляется по специальному заказу, и необходим только для некоторых типов масляных выключателей. Накопитель представляет собой мощную катушку индуктивности, подключаемую параллельно электромагниту включения выключателя.

Накопитель предназначен для подпитки электромагнита включения выключателя при включении его на КЗ, то есть при снижении напряжения в питающей сети, и соответственно, в сети оперативного выпрямленного тока. При понижении напряжения, процесс включения некоторых типов выключателей может не завершиться, что определяется экспериментально. При этом контакты выключателя приблизятся друг к другу, но не замкнутся. Возникшая между контактами дуга может повредить выключатель. В этом случае применяется накопитель.

При включении выключателя на КЗ, пока напряжение еще нормальное, в накопителе запасается энергия магнитного поля, которая при понижении напряжения в питающей сети преобразуется в электрическую, и при помощи специальной электронной схемы подается на электромагнит включения, обеспечивая завершение операции включения.

Для отключения выключателей в качестве отключающего элемента используются электромагниты отключения, освобождающие в приводе удерживающее приспособление, а отключение высоковольтных выключателей происходит под действием предварительно сжатых (при операции включения) пружин. Привод должен обеспечить не только ручное или дистанционное отключение выключателя, но и автоматическое, при срабатывании релейной защиты.

На электростанциях, подстанциях и в сетях наибольшее распространение получили масляные высоковольтные выключатели, являющихся в течение многих десятилетий основным типом выключателей. В качестве изолирующей и дугогасящей среды в них применяется специальное электроизоляционное (трансформаторное) масло. Масляные выключатели, благодаря значительным усовершенствованиям их конструкции, успешно конкурируют с другими типами выключателей, и широко применяются для присоединений разных классов напряжения. Так, например, для присоединений 6-10 кВ широко применяются маломасляные выклю-

чатели типа ВМГ-133, ВММ-10, ВМП-10, ВК-10 и др; сетях 35 кВ применяются баковые выключатели ВТ-35, С-35, маломаслянные ВМУЭ-35 и др.; для напряжения 110 кВ используются многообъемные баковые выключатели (например, МКП -110, У-110, содержащие до 9 тонн масла) и маломасляные выключатели (например, ММО -110, ВМТ-110 и др.). Гашение дуги в масляных выключателях происходит, чаще всего, в специальных дугогасительных камерах, за счет поперечного масляного дутья под воздействием высокого давления, создающегося от разложения масла при горении дуги.

К недостаткам масляных выключателей можно отнести их взрыво- и пожароопасность, из-за наличия горючего масла и выделяемого при горении дуги в масле горючего газа (около 70% водорода,10% метана, 20% этилена); гигроскопичность используемого трансформаторного масла, что может привести к увлажнению и перекрытию изоляции; трудоемкость обслуживания, вызванная необходимостью замены масла после нескольких отключений токов КЗ. Масляные выключатели чаще всего оборудуются пружинно-грузовыми, пружинными и электромагнитными приводами.

Воздушные выключатели применяются, как правило, на крупных станциях и подстанциях для присоединений 110 кВ и выше. У воздушных выключателей для гашения дуги и управления подвижными элементами выключателя используется воздух, сжатый специальной компрессорной установкой. Исполнительными органами для включения и отключения выключателя служат электромагниты, управляющие пневматическими клапанами. Воздушные выключатели отличает высокая надежность, простота конструкции, пожаробезопасность, удобство эксплуатации. Эти выключатели имеют малое собственное время отключения (около 0,05 с), и способны производить большое количество последовательных отключений. К недостаткам воздушных высоковольтных выключателей можно отнести необходимость в сложном компрессорном хозяйстве, взрывоопасность выключателей вследствие высокого давления используемого воздуха и шумность его работы.

Вакуумные выключатели, использующие принцип гашения дуги в вакууме, вследствие высокой коммутационной способности, малых габаритов и веса, надежности, долговечности, взрыво- и пожаробезопасности, малой трудоемкости обслуживания получают все большее распространение в электроустановках напряжением 6-35 кВ. Для управления вакуумными выключателями, чаще всего, используются электромагнитные привода.

К недостаткам вакуумных выключателей (ВВ) следует отнести коммутационные перенапряжения, возникающие при коммутации малых индуктивных токов (отключение ненагруженных силовых трансформаторов, заторможенных или запускаемых электродвигателей) при некоторых сочетаниях параметров присоединения и ВВ, опасные для электрооборудования. При этом может произойти преждевременное снижение коммутируемого тока до нуля (срез тока) не при переходе синусоиды напряжения через ноль, а в любой случайный момент периода. Срез тока может сопровождаться значительными коммутационными перенапряжениями (до 7 U ном ). Так как обычные разрядники для защиты от коммутационных перенапряжений не эффективны, в таких случаях оборудования требуется применение специальных ограничителей перенапряжения (ОПН).

Перспективным является применение элегазовых выключателей, использующих в качестве изолирующей и дугогасящей среды не поддерживающий горение дуги элегаз (шестифтористую серу — SF6). Элегаз не горюч, бесцветен, не имеет запаха, и сам по себе, не ядовит. Ядовитые составляющие образуются в элегазе под воздействием температуры при горении дуги. Элегаз под давлением находится в герметичном сосуде, обеспечивающем его использование без пополнения в течение 25 и более лет. Гашение дуги в элегазовых выключателях, так же как и в масляных, происходит при прохождении синусоиды напряжений через ноль, что обеспечивает низкий уровень коммутационных перенапряжений, в том числе при индуктивных и емкостных нагрузках. К недостаткам элегазовых выключателей можно отнести их относительную дороговизну и токсичность продуктов разложения применяемого элегаза.

17.2. УПРАВЛЕНИЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫМИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯМИ

Ниже рассматриваются принципы работы и примеры выполнения схем управления и сигнализации высоковольтных выключателей различных типов. В виду малой распространенности воздушных выключателей в распределительных сетях, схемы их управления не рассматриваются.

Существует два вида управления выключателями: дистанционное и местное. Под местным понимается управление выключателем с помощью командных аппаратов, расположенных на его приводе, или в непосредственной близости от него. Местное управление, вследствие их

безопасности, можно использовать для вакуумных выключателей. Допускается использование местного управления для масляных выключателей, но ввиду их взрывоопасности, для их включения на КЗ рекомендуется применение дистанционного управления.

Дистанционное управление высоковольтными выключателями осуществляется со щита управления, путем подачи на схему управления команд «Включить» или «Отключить» при помощи ключа (кнопки) управления. Щит управления может быть удален от управляемых выключателей на расстояние до нескольких сотен метров.

Контроль за положением включателя осуществляется при помощи контрольных ламп или специальных светодиодов. Включенному положению выключателя соответствует свечение красной сигнальной лампы, отключенному – зеленой.

Дистанционное управление выключателями может так же осуществляться на значительном расстоянии, с рабочего места диспетчера по каналам связи через аппаратуру телемеханики, или посредством локальной сети микропроцессорных устройств РЗА.

Схема управления высоковольтного выключателя включает в себя командный аппарат (ключ управления или кнопки), реле, клеммники и вспомогательное оборудование, встроенное в привод для формирования управляющих воздействий на него, и для контроля его состояния (электромагниты включения и отключения, блок-контакты), провода и контрольные кабели.

Принципы построения схем управления и сигнализации выключателей определяется типом применяемых выключателей и их приводов, родом оперативного тока (постоянный или переменный), специальными требованиями, обеспечивающими работу выключателя в нормальных и аварийных условиях.

Так как операция отключения большинства типов выключателей производится под действием предварительно сжатых (при включении) отключающих пружин, при исправном выключателе неполное отключение его исключено. При поступлении отключающего импульса необходимой величины и длительности, освобождается защелка, удерживающая привод во включенном положении, и выключатель отключается.

При включении выключателя с электромагнитным приводом недостаточная длительность включающего импульса приводит к тому, что удерживающий механизм не захватывается защелкой, и включившийся выключатель отключается. Поэтому, схема управления выключателя должна обеспечивать необходимую длительность управляющих импульсов.

Схемы управления высоковольтными выключателями должны отвечать таким общим требованиям:

• После завершения операции включения или отключения выполняется автоматический съем управляющего импульса, поскольку электромагниты и контакторы не рассчитаны на длительное прохождение токов.

• Обеспечивается блокировка от многократных включений и отключений выключателя (блокировка от «прыганья») при включении на короткое замыкание.

• Для предотвращения неполного завершения или срыва операции, предусматривается подхват командных импульсов.

• Цепи управления и сигнализации имеют защиту от коротких замыканий предохранителями или автоматическими выключателями. Предусматривается контроль исправности цепей управления и сигнализации.

• Предусматривается непрерывный автоматический контроль исправности цепей включения и отключения выключателя, поскольку обрыв цепи может привести к отказу в срабатывании устройств релейной защиты и автоматики.

• Обеспечивается возможность не только дистанционного управления (ключами и кнопками), управления по каналам телемеханики, но и управления автоматического (релейной защитой, автоматикой: АПВ, АВР и др.).

• Выполняется сигнализация положения выключателя, поскольку с места управления, как правило, не видно положения выключателя.

• Сигнализация положения при управлении оператором отличается от сигнализации при автоматическом выполнении операции.

• Дистанционное включение и отключение выключателя посредством локальной сети не отличается от аналогичных операций, выполняемых микропроцессорным устройством РЗА.

Пример простейшей схемы управления и автоматики масляного выключателя 6-10 кВ с пружинным (пружинно-грузовым) приводом на переменном оперативном токе рассмотрен в главе 10 и приведен на рис. 10.1.

Принципы выполнения схем управления высоковольтными выключателями, а так же назначение основных ее элементов, показаны на примере схем выполненных на постоянном оперативном токе. На рисунках 17.1.- 17.6. приведены элементы схем управления и сигнализации как с новыми, так и со старыми (в скобках) позиционными обозначениями.

Включение выключателя (рис.17.1) осуществляется подачей команды «Включить» при помощи ключа управления SA (КУ) на исполнительный орган – электромагнит (соленоид) включения YAC (ЭВ). Параллельно ключу управления подключены так же контакты реле автоматики включения по АПВ. Цепи электромагнитов управления привода выключателя должны автоматически размыкаться после завершения операции включения или отключения.

Схемы управления и сигнализации воздушных и масляных выключателей — Схемы управления и сигнализации воздушных выключателей

Схемы управления и сигнализации для выключателей с трехфазным приводом. На рис. 18 показана схема управления и сигнализации выключателя ВВ-35, имеющего привод, общий для трех фаз. В схеме применен ключ типа КСВФ. Подхват командных импульсов в цепи включения осуществляется замыкающим контактом ЭВ, в цепи отключения — замыкающим контактом реле блокировки от «прыгания» РБМ. Уставка на электроконтактном манометре 16 ат. -ШУ

Рис. 18. Схема управления и сигнализации воздушного выключателя с трехфазным приводом.
Благодаря надежному действию привода выключателя и его блок-контактов защита электромагнитов управления не предусматривается. Реле контроля цепей включения и отключения РПО и РПВ одновременно используются как повторители блок-контактов выключателя. Роль повторителей блокировочных контактов реле РПВ и РПО выполняют неполноценно, так как они могут изменять свое положение не только при переключении выключателя, но и по другим причинам: при шунтировании обмоток этих реле контактами ключей управления, при снятии оперативного тока. Использование реле РПО и РПВ в качестве повторителей блок-контактов выключателя в данной схеме возможно благодаря тому, что изменение положения реле-повторителей по причинам, не связанным с изменением положения выключателя, не влияет на поведение релейной защиты и автоматики.
Схема на рис. 18 применяется на объектах, где центральная сигнализация выполнена таким образом, что в нормальных условиях на шинке +ШС «плюс» отсутствует, и сигнальные лампы не светятся. Для проверки состояния световой сигнализации и перед операциями по дистанционному управлению выключателями специальным ключом, расположенным на панели центральной сигнализации, на шинку +ШС подается «плюс», и сигнальные лампы загораются ровным светом.
Для исключения ложного прохождения сигнала «Обрыв цепей управления» во время операций с выключателем за счет шунтирования обмоток и преждевременного отпадания реле РПО — при включении, а РПВ — при отключении выключателя цепь сигнала «Обрыв цепей управления» заводят через контакты ключа управления, находящегося в разомкнутом состоянии в положении ключа включить В2 и отключить 02.
При исчезновении в цепях управления выключателя напряжения оперативного тока появятся сигналы «Обрыв цепей управления» и ложный сигнал «Давление упало». На присоединениях, где в цепях оперативного тока устанавливаются не предохранители, а автоматы, для исключения ложного сигнала «Давление упало» в его цепь вводится замыкающий блокировочный кон такт автомата.

Схемы трехфазного управления и сигнализации для выключателей с пофазным приводом.

Схема на рис. 19 обеспечивает возможность только одновременного включения и отключения трех фаз выключателя. Сигнализация положения выполняется общей для трех фаз выключателя.
В схеме предусмотрена блокировка от неполнофазного включения. Если включение выключателя проходит нормально, то одновременно переключаются и блок-контакты выключателя, что вызывает только соответствующее изменение в положении реле РПО и РПВ. В случае неполнофазного включения выключателя срабатывает реле РП, так как цепь через блок-контакты будет замкнута, и подает импульс на отключение выключателя.
В связи с тем, что реле РПО выполнено с выдержкой времени на возврат, в процессе включения реле РПВ срабатывает до того, как отпадет реле РПО. В результате в течение промежутка времени, пока не отпадет реле РПО, через замкнутые контакты РПО и РПВ, участвующих в цепях сигнальной лампы, образуется нежелательная связь между шинками (+ )ШМ и +ШС. Для ее исключения последовательно с замыкающим контактом РПВ включается размыкающий контакт РПО.
Контакт КУ (02) в цепи катушки РО предотвращает подгорание контакта КУ (02) в цепи отключения, когда длительность команды «отключить» в условиях неполнофазного переключения будет больше времени отпадания РО.
Помимо контроля величины давления сжатого воздуха, контроля цепей управления и оперативного тока на них, в схеме на рис. 1Э имеется сигнализация о непереключении фаз выключателя. Этот сигнал подается от реле РП, которое по состоянию блок-контактов выключателя выявляет возникновение неполнофазного режима или отказ блок-контактов в переключении.
Схемы с пофазным управлением и сигнализацией. На линиях электропередач, где допускается длительная работа в неполнофазном режиме, возникает необходимость пофазного управления выключателем. Для этого выключатели оборудуются схемами пофазного управления и сигнализации (рис. 20). Особенность такой схемы в том, что обеспечивается как пофазное управление выключателем, так и одновременное управление тремя фазами. Цепи включения и отключения каждой фазы выключателя действуют независимо.

Рис. 19. Схема трехфазного управления и сигнализации воздушно выключателя с пофазным приводом

Подхват командных импульсов управления выполнен в цепях включения от блок-контактов электромагнитов ЭВа, ЭВЬ, ЭВ, а в цепях отключения от контактов реле блокировки от «прыгания» РБМа, РБМЬ, РБМС. Контроль цепей включения и отключения каждой фазы также независимый и осуществляется через контакты реле РПО и РПВ фаз А,В, С. Реле контроля давления РКЦ и реле ограничения длительности командных импульсов РО общие для трех фаз выключателя. Пуск реле РО в схемах пофазного управления выключателем выполняется иначе, чем в схемах трехфазного управления. В неполнофазных режимах работы линий использовать для пуска РО факт непереключения блок-контактов фаз выключателя, очевидно, нельзя. Кроме того, в схемах пофазного управления при отказе механизмов пневматической системы или блок-контактов отдельных фаз возможно не только повреждение электромагнитов отключения,, как это было в схемах трехфазного управления, но к электромагнитов включения (из строя будут выходить, только электромагниты отказавшей фазы).
В рассматриваемой схеме защита электромагнитов включения и отключения осуществляется так же принудительным размыканием цепи их самоудерживания контактами РО. Нормально реле РО подтянуто и его контакты в цепи подхвата команд замкнуты. При включении выключателя срабатывают электромагниты включения ЭВа, ЭВЪ, ЭВС и через контакты РО продолжают удерживаться до конца операции. Если при этом происходит отказ фаз в действии (в любом сочетании), то благодаря шунтированию обмотки РО блок-контактами ЭВа, ЭВЬ, ЭВС произойдет отпадание РО и принудительное размыкание цепей самоудерживания электромагнитов. Во время отключения выключателя обесточение обмотки РО достигается с помощью контактов реле РБМа, РБМЬ, РБМС, соединенных последовательно. Чтобы не допустить разрыва токов электромагнитов управления контактами реле РКВ и РКО, в условиях задержки команд включения и отключения до времени, превышающего время отпадания реле РО, предусматривается следующее:
1. На все время подачи команды включения производится разрыв цепи шунтирования обмотки РО размыкающим контактом реле РКВ.

Рис. 20. Схема пофазного управления и сигнализации воздушного выключателя.

2. При отключении выключателя замыкающим контактом РКО шунтируется цепь контактов РБМ, чем предотвращается преждевременный подрыв питания обмотки РО.
Сопротивление 2R выбирается из условий надежного срабатывания реле РО, а также из условия обеспечения термической устойчивости этого сопротивления при шунтировании обмотки РО.

Кроме общего ключа управления КУ, для пофазного управления в цепях управления и сигнализации каждой фазы установлены индивидуальные переключатели ПУа, ПУь, ПУС с фиксированными положениями «включить» (В) и «отключить» (О). С помощью переключателей осуществляется выбор фазы выключателя, исполнение же команды выполняется ключом КУ- Световая сигнализация положения выключателя на щите управления выполняется также пофазно по схеме несоответствия. Контроль за положением фаз выключателя на месте его установки осуществляется сигнальными лампами, расположенными в приводах выключателя.
Порядок операций при дистанционном включении следующий. Проверяют, что ключ ОАПВ (ПБ), предназначенный для ввода ОАПВ в работу, отключен. Индивидуальные переключатели на фазах, подлежащих включению, устанавливаются в положение «включить», чем обеспечивается подготовка их цепей включения. При этом лампы ЛО на фазах, подготовленных к включению, будут гореть мигающим светом по цепи: (+ )ШМ, соответствующие ПУ, ЛО, контакты РПО и — ШС. Затем ключ КУ переводится в положение «включить» В2, чем замыкается цепь обмотки реле РКВ. Последнее срабатывает и своими контактами подает «плюс» на электромагниты фаз выключателя, намеченных к включению. Электромагниты срабатывают и до полного завершения операции самоудерживаются через контакты реле РО и блок- контакты ЭВ. На включившихся фазах выключателя происходит переключение реле РПО и РПВ, в результате чего лампы ЛО гаснут, а лампы ЛВ загораются ровным светом по цепи: + IL1C, соответствующие ПУ, ЛВ, контакты РПВ и —ШС.
Дистанционное отключение производится аналогично Индивидуальные переключатели на фазах, намеченных к отключению, также предварительно устанавливают в по ложение «отключить» (О) и убеждаются в правильное действии сигнализации. Затем ключ КУ переводят в положение «отключить», что обеспечивает срабатывание реле РКО, которое своими контактами замыкает цепи электромагнитов отключения фаз выключателя, подготовленных к операции включения. Сработавшие электромагниты самоудерживаются через контакты реле РО и РБМ до конца операции отключения. В случае ее успешного завершения на фазах, участвующих в операции, переключаются реле положения РПО и РПВ, лампы ЛО гаснут, лампы Л В горят ровным светом.
При автоматическом отключении импульс проходит, помимо переключателей ПУ и ключа управления КУ, непосредственно от контактов релейной защиты или автоматики. Импульс на автоматическое отключение может быть подан на одну или три фазы выключателя. Аварийная сигнализация при отключении одной, двух или трех фаз действует благодаря поступлению «плюса» на шинку 1113А по цепи +ZZ/C, КУ, контакт 1РПБ, 10R. Лампы ЛО отключившихся фаз будут гореть прерывистым светом.
Автоматическое включение повреждавшейся фазы от устройства ОАПВ обеспечивается подачей включающего импульса, как показано на рис. 18, в цепи электромагнитов включения помимо контактов переключателей ПУ и реле РКВ. Срабатывание электромагнита включения происходит при этом только на отключенной фазе, поскольку в цепях включения неотключавшихся фаз имеется разрыв на блок-контактах В. Исправность цепей включения и отключения контролируется индивидуальными реле РПВ и РПО. Когда оба реле одной фазы будут одновременно в отпавшем состоянии, загорается табло «Обрыв цепи управления» и звенит звонок. Контроль давления сжатого воздуха осуществляется реле РКД, которое действует на табло «Давление упало» и звонок. Сигнал «Непереключение фаз» осуществляется контактами реле 1РПБ и 2РПБ. На линиях, где возможен длительный неполнофазный режим, сигнал «Непереключение фаз» отсутствует.
Схемы управления и сигнализации для выключателей с несколькими блоками управления на одну фазу. На рис. 21 показана схема управления и сигнализации выключателя 750 кв с двумя блоками на одну фазу. Каждая фаза такого выключателя состоит из двух самостоятельных элементов (полуполюсов), включающих в себя блок управления, пневматическую систему и гасительные колонки. Оба полуполюса одной фазы действуют независимо друг от друга. Для обеспечения нормальной работы выключателя полуполюсы каждой фазы должны действовать одновременно. В противном случае при отключении только одного полуполюса или при неодновременном их отключении выключатель не справится с гашением дуги.
Синхронная работа полуполюсов обеспечивается схемой управления выключателя. В каждом блоке управления имеются электромагниты включения и отключения типа ВВ 400-15 с форсировкой. Одновременность действия полуполюсов достигается параллельным соединением катушек электромагнитов обоих блоков управления фазы.
Схема обеспечивает трехфазное управление от ключей КУ и пофазное или трехфазное управление от релейной защиты и ОАПВ. Управление от ключа типа КСВФ выполнено через контакты общих реле РКО и РКВ.
В цепях электромагнитов включения блок-контакты полуполюсов собраны последовательно, а в цепях электромагнитов отключения — параллельно. Такое соединение блок-контактов принято из условий обеспечения наибольшей надежности цепей отключения и предотвращения возможного включения одного полуполюса, когда второй полуполюс неисправен и находится во включенном состоянии.

Рис. 21. Схема управления и сигнализции воздушного выключателя 750 кв.

Защита электромагнитов управления выполнена по аналогии со схемами пофазного управления выключатетем. Для шунтирования обмотки реле РО используются только блок-контакты электромагнитов включения одного блока управления. Это допустимо, так как электромагниты обоих блоков соединены между собой параллельно.
Контроль давления сжатого воздуха общий на все фазы и блоки и осуществляется реле РКД. Уставка на электроконтактном манометре КМ— 16 ат.
Реле 1РПБ и 2РПБ выполняют роль размножителей блок-контактов полуполюсов выключателя и одновременно используются для сигнализации неполнофазного переключения. Защита цепей управления от коротких замыканий осуществляется автоматом АВ с электромагнитным расцепителем.
Сигнализация положения на щите управления выполняется общей на три фазы выключателя с помощью лампы в рукоятке ключа управления. Когда положение выключателя соответствует положению ключа управления и на шинку +ШС подан «плюс», лампа горит ровным светом. При появлении несоответствия в положениях между фазами выключателя и ключом КУ лампа горит прерывистым светом. Если во время операции произошло непереключение фаз выключателя, лампа гаснет. По положению сигнальных ламп в шкафах управления полуполюсов персонал может определять полуполюсы, которые во время операции по какой-то причине не переключились.
Сигнализация обрыва цепей управления осуществляется через размыкающие контакты реле РПО и РПВ каждой фазы. Понижение давления сигнализируется контактами реле РКД. В цепь сигнала «Давление упало» включен замыкающий блок-контакт автомата АВ. благодаря которому предотвращается ложный сигнал в случае отключения автомата АВ. Сигнал «Непереключение фаз» подается замыкающими контактами 1РПБ и 2РПБ.

Схемы управления и защиты двигателя

Управлять электрическими двигателями можно как в ручном режиме, так и с использованием автоматизированных схем. Конечно же, ручное управление двигателями в простейшем случае может заключаться в подаче питания по усмотрению оператора на зажимы обмоток с помощью таких аппаратов, как выключатели нагрузки или выключатель-разъединители.

Чаще же управление двигателем осуществляется с помощью разной степени сложности дистанционных и автоматических схем управления. Схемы могут включать в себя кроме двигателя несколько дополнительных устройств в зависимости от ответственности самого двигателя, назначения и установленного режима работы электроустановки и особенностей технологического процесса. Это могут быть средства запуска и остановки двигателя, изменения направления вращения его вала, устройства изменения и регулировки скорости и момента, а также устройства защиты от перегрузки и повреждений. Рассмотрим несколько распространенных схем управления и защиты двигателей.

Схема управления контактором

В соответствии с требованиями ПУЭ пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и синхронных двигателей, как правило, должен производиться непосредственным включением в сеть (схема прямого пуска). Для этого применяется подключение через контактор схема которого приведена ниже.

В соответствии со схемой прямого пуска кроме силовых цепей для задействования элементов дистанционного управления необходимо подключить контактор через кнопку "Пуск" и кнопку "Стоп". Все стандартно — при нажатии кнопки "Пуск" замыкается цепь питания катушки, после чего замыкаются силовые контакты контактора, двигатель пускается, происходит самоподхват контактором питания после замыкания вспомогательного контакта NO. Для остановки двигателя достаточно нажать кнопку "Стоп", разорвав цепь питания катушки с последующим отключением силовых контактов.

Следующая из базовых схем управления двигателями с помощью контакторов – реверсивная. Используется там, где требуется управление направлением вращения вала двигателя, например, на станочном оборудовании, у электрических лебедок и других грузоподъемных механизмов. Изменение вращения достигается сменой порядка подключениялюбых двух питающих фаз в ошиновке, питающей двигатель, при переключениях по схеме. Подключение контактора пуск стоп двигателя здесь существенным образом отличаются от предыдущей схемы. Здесь уже применяются два контактора КМ1 и КМ2, оснащенные дополнительными контактными надставками с нормально замкнутыми контактами КМ 1.2 и КМ 2.2. Эти вспомогательные контакты обеспечивают в некотором роде защиту от ошибок при оперировании, которые в свою очередь могли бы привести к межфазному замыканию. При вращении в любую из сторон мгновенное переключение направления при нажатии соответствующей кнопки невозможно из-за разомкнутой цепи управления. Смена возможна только после нажатия кнопки "Стоп", когда вся система возвращается в исходное положение.

Для снижения пусковых токов в питающей сети при пусках мощных двигателей применяется коммутация контакторов, обеспечивающая переключения по схеме "звезда-треугольник" (Y-∆). В схеме приведенной ниже используются следующие основные элементы — контакторы КМ (главный), КМ1 для включения по схеме "∆" и КМ2 для включения по схеме "Y", РВ — реле времени для обеспечения задержки времени при переключении на схему "∆", ТТ- трансформатор тока для питания реле тока, РТ- реле тока для поддержки схемы пуска по схеме "Y" до момента снижения пусковых токов, БКМ — вспомогательные контакты соответствующих контакторов.

Также при необходимости в любой из рассмотренных схем подключения двигателей могут быть предусмотрены аппараты для его защиты при следующих типичных аварийных режимах – многофазных и однофазных замыканиях, при перегрузке, обрыве и перекосе фаз, при минимальном напряжении.

Защита от замыканий обеспечивается автоматическими выключателями (QF – в силовых цепях, SF – в цепях управления) или плавкими предохранителями, устанавливаемыми в цепях питания и управления. Для защиты от перегрузки могут предусматриваться как тепловые реле (TP), так и специальные автоматические выключатели с регулируемой тепловой защитой, уставки которых настраиваются на номинальных ток двигателя. Для защиты при обрыве одной из фаз в схему вводится реле контроля фаз.Которое, кроме того, можно настроить на срабатывание при понижении или повышении напряжения, при нарушении чередования и перекосе фаз. Соответственно схема подключения катушки контактора реализовывается с подключением последовательно в цепь управления вспомогательных контактов всех применяемых дополнительных устройств защиты.

Устройство и принцип действия масляных выключателей

Масляный выключатель предназначен для включения и отключения силовых электрических цепей в рабочем режиме (под нагрузкой), перегрузках, а также в случаях коротких замыканий на линии.

Масляные выключатели могут включаться и отключаться как вручную, так и в автоматическом режиме под управлением аппаратов защиты и управления.

Главным элементом масляного выключателя является контактная система, погруженная в трансформаторное масло, в которой происходит гашение электрической дуги, образующейся при разрыве цепи высокого напряжения.

Исследования показали, что в момент расхождения контактов между ними образуется электрическая дуга, которая держится несколько периодов. По мере увеличения расстояния между контактами дуга гаснет, а протекание тока в цепи прекращается. Физическая сущность данного явления заключается в следующем. При исчезновении тока магнитная энергия, запасенная в выключаемой цепи, превращается в электростатическую. Это можно выразить формулой баланса энергии:

Где L – индуктивность, а С – емкость коммутируемой цепи.

Отсюда можно выразить:

Отношение называют волновым сопротивлением, оно составляет для воздушных линий 400 – 500 Ом, а для кабельных линий 30 – 50 Ом.

Если отключение происходит в момент прохождения тока через максимум, то напряжение в цепи может повыситься во много раз по сравнению с номинальным. Особенно это опасно для изоляции электроустановки в случае отключения токов короткого замыкания. Но если процесс отключения происходит в момент прохождения тока через ноль, то величина напряжения оказывается небольшой и не поддерживает процесс горения электрической дуги. Именно в этот момент масляный выключатель и должен обеспечить окончательный разрыв электрической дуги.

Процесс выключения тока в масле происходит при интенсивном образовании в области дуги паров масла, так как температура во время процесса отключения может достигать порядка 6000 0 С.

При достижении определенного расстояния между размыкающимися контактами, в момент прохождения тока через нулевое значение, напряжение снижается и оказывается недостаточным для пробоя газового промежутка между контактами, электрическая дуга разрывается и процесс отключения заканчивается. Также быстрому гашению электрической дуги способствует высокое давление газов, выделяющихся вследствие частичного разложения масла в области образования дуги.

Если величина тока не зависит от конструкции масляного выключателя, то напряжение на дуге и время ее разрыва зависит не только от параметров электрической цепи, но и от конструкции выключателя.

Таким образом, гашение электрической дуги в масляных выключателях основано на быстром расхождении контактов и интенсивном охлаждении электрической дуги.

Кроме того, в некоторых конструкциях выключателей применяют расщепление электрической дуги на ряд параллельных дуг меньшего сечения и разделение электрической дуги на ряд коротких дуг.

Быстрое расхождение контактов масляного выключателя достигается путем применения специальных пружин.

Усиленное охлаждение электрической дуги достигается за счет высокой теплопроводности газов, образующихся при разложении масла, а также газового дутья, направленного вдоль или поперек дуги в зависимости от типа и конструкции масляного выключателя.

Высоковольтные выключатели подразделяют на масляные и воздушные. Масляные выключатели бывают баковые с большим объемом масла и горшковые с малым объемом масла. В баковых выключателях контакты всех трех фаз погружены в один закрытый бак, заполненный минеральным маслом.

В горшковых выключателях на каждой фазе имеется отдельный стальной цилиндр, заполненный маслом, в котором происходит разрыв контактов и гашение электрической дуги.

На рисунке ниже показано устройство многообъемного масляного выключателя типа ВМБ-10 на 10 кВ и 600 А, состоящего из следующий деталей:

Круглый бак со сферическим днищем 1. Бак внутри изолируется электрокартоном. Перегородки между фазами также выполняются из картона. Неподвижные медные контакты 2 выполнены в виде массивных колодок, к которым присоединены концы токоведущих стержней проходных изоляторов 3. Сферические подвижные контакты 4 привернуты к медной шине, прикрепленной к стальной траверсе 5. Надежный контакт при включении создается при помощи стальных пружин 6. Бак заполняется трансформаторным маслом.

Довольно распространенным в сетях 6 – 10 кВ малообъемным масляным выключателем горшкового типа является ВМГ-133, показанного на рисунке ниже:

Этот выключатель выполняется на номинальный ток до 1000 А и характерен, как и все другие малообъемные выключатели, весьма незначительным объемом масла (примерно 10 кг против 180 кг, заполняющих, например, бак масляного выключателя ВМ-22, который снят с производства, но кое-где его все же можно встретить). Это делает их непожаро- и невзрывоопасными и позволяет их устанавливать в открытых камерах распределительных устройств высокого напряжения.

Масляный выключатель ВМГ-133 имеет следующее устройство: на сварной раме 1 укреплено шесть опорных изоляторов 2 (по два изолятора на фазу). На изоляторах подвешены три стальных бачка 3, в которых размещается контактная система.

Контактная система состоит из розеточного неподвижного контакта, находящегося на дне цилиндра, токоведущего подвижного контакта стержня, контактной колодки в месте выхода токоведущего стержня и гибкой токоведущей связи для соединения с выводами. Розеточный контакт состоит из шести сегментов, сжимаемых к центру пружинами, что обеспечивает надежный контакт с токоведущими стержнями.

На двух чугунных подшипниках в верхней части расположен вал 4 с приваренными к нему рычагами 5 для привода. При включении выключателя вал поворачивается на угол 54 0 . К коротким плечам крайних рычагов вала прикреплены отключающие пружины 6, работающие на сжатие при отключении. С механизмом выключателя привод соединен валом 7.

Внутри стальных цилиндров выключателя помещаются бакелитовые изоляционные цилиндры. Дуга гасится в выключателе ВМГ-133 в специальной дугогасительной камере, находящейся в цилиндре в месте разрыва контактов. Камера изготавливается из гетинакса или фибры.

Дугогасительные камеры набираются из изоляционных перегородок, образующих три поперечные дутьевых щели, соединенные отдельными выходами с верхней частью цилиндра. При отключении под нагрузкой, под действием электрической дуги часть масла испаряется, при этом давление в нижней части цилиндра быстро растет, пары масла устремляются в дутьевые щели и создает поперечное дутье, способствующее быстрой деионизации и гашению дуги.

В рассматриваемом выключателе масло уже не служит для изоляции токоведущих частей между фазами и от земли, а предназначено лишь для гашения электрической дуги и изоляции промежутка между разомкнутыми контактами данной фазы.

К той же группе, что и описанный ВМГ-133, относится и выключатель ВМП-10 (рисунок ниже), имеющий меньшие габариты и вес:

Небольшой обзор устройства и принципа действия ВМПП-10:

Вес масла в нем составляет 4,5 кг. Выключатели ВМП-10 устанавливаются в комплектных ячейках типа КСО, а ВМП-10К – в малогабаритных комплексных распределительных устройствах с выкатными тележками типа КРУ.

Выключатель ВМП-10К имеет меньшую ширину, чем ВМП-10, что достигается сближением полюсов и установкой между ними изоляционных перегородок.

При использовании малообъемных выключателей значительно снижается стоимость распределительного устройства, повышается возможность индустриализации монтажа за счет применения комплектных ячеек с установленными в них горшковыми выключателями и прочим высоковольтным оборудованием.

Основные технические данные некоторых выключателей приведены в таблице ниже: