6.1. Общие требования к РУ напряжением выше 1 кВ
Терминология, определения и классификация РУ приведены в гл. 1.
РУ содержит набор коммутационных аппаратов, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства РЗиА, средства учета и измерения.
РУ различаются:
по месту расположения — ОРУ и ЗРУ;
по выполнению секционирования — с одной секцией сборных шин (без секционирования), с двумя и более секциями, с секционированием сборных шин и обходным устройством;
по числу систем сборных шин — с одной и с двумя системами сборных шин;
по структуре схемы — радиального и кольцевого типа.
Структура кольцевого типа удобнее радиальной в плане развития системы энергоснабжения, потому что отличается следующими признаками:
схема выполнена в виде кольца с ответвлениями присоединений и подводов питания;
отключение каждого присоединения осуществляется двумя или тремя выключателями;
отключение одного выключателя никак не отражается на питание присоединений;
при повреждениях (КЗ или отключениях) на РУ выходит из строя лишь незначительная часть системы;
разъединители выполняют только основную функцию — изолируют выведенный из эксплуатации элемент.
Согласно требованиям действующих ПУЭ, электрооборудование, токоведущие части и изоляторы, крепления, ограждения, несущие конструкции, изоляционные и другие расстояния должны быть выбраны и установлены таким образом, чтобы:
вызываемые нормальными условиями работы электроустановки усилия, нагрев, электрическая дуга или другие сопутствующие ее работе явления (искрение, выброс газов и т. п.) не могли привести к повреждению оборудования и возникновению КЗ или замыкания на землю, а также причинить вред обслуживающему персоналу;
при нарушении нормальных условий работы электроустановки была обеспечена необходимая локализация повреждений, обусловленных действием КЗ;
при снятом напряжении с какой-либо цепи относящиеся к ней аппараты, токоведущие части и конструкции могли подвергаться безопасному осмотру, замене и ремонтам без нарушения нормальной работы соседних цепей;
была обеспечена возможность удобного транспортирования оборудования.
В соответствии с этим, к оборудованию РУ предъявляются следующие основные требования:
оборудование должно удовлетворять условиям работы как в нормальном режиме, так и при КЗ. В нормальном режиме работы нагрев проводников током не должен превышать установленных нормативных значений. В режиме КЗ оборудование РУ должно обладать требуемой термической и электродинамической стойкостью;
изоляция оборудования РУ должна соответствовать номинальному напряжению сети и выдерживать повышения напряжения при коммутационных и атмосферных перенапряжениях;
оборудование РУ должно надежно работать при допустимых перегрузках, которые не должны приводить к повреждениям и снижению срока его службы;
производственные помещения РУ должны быть удобны и безопасны при обслуживании оборудования персоналом, а также при ремонтах;
температурный режим и влажность воздуха в помещениях ЗРУ должны поддерживаться такими, чтобы не происходило выпадения росы на изоляторах. В ЗРУ температура не должна превышать 40 °C. Вентиляционные отверстия должны иметь жалюзи или металлические сетки. Полы в помещениях РУ должны быть окрашены, а в помещениях КРУ с выкатными тележками должны быть повышенной прочности и иметь металлические направляющие для выкатывания тележек с оборудованием;
РУ должны быть оборудованы рабочим и аварийным освещением. Осветительная арматура должна устанавливаться так, чтобы было обеспечено ее безопасное обслуживание. Освещенность рабочих мест при применении ламп накаливания должна быть не менее 30 лк в помещениях сборных шин, коридорах управления, камерах реакторов, выключателей, трансформаторов, КРУ и 10 лк — на ОРУ 35 кВ и выше;
оборудование и приводы коммутационных аппаратов должны иметь четкие надписи, указывающие название оборудования и диспетчерское наименование электрической цепи. В РУ недопустимо нетиповое (не характерное для РУ) расположение рукояток приводов шинных разъединителей, когда одни разъединители, например, отключаются переводом рукоятки привода вниз, а другие — вверх. Коммутационные аппараты и их приводы должны иметь указатели положения «Включено» и «Отключено»;
в помещениях РУ должны находиться необходимый по требованиям безопасности инвентарь и средства пожаротушения.
В задачи обслуживания РУ входит:
обеспечение соответствия режимов работы РУ и электрических цепей техническими характеристиками установленного оборудования;
поддержание в каждый период времени такой схемы РУ и ПС, чтобы они отвечали требованиям надежной работы энергосистемы и безотказной селективной работы устройств РЗиА;
систематический надзор и уход за оборудованием и помещениями РУ;
контроль за своевременным проведением профилактических испытаний и ремонтов оборудования РУ;
соблюдение установленного порядка и последовательности выполнения переключений в РУ.
6.2. Обслуживание шин и контактных соединений
Шинопровод — это токоведущие элементы, расположенные в металлической оболочке, служащие для соединения главных цепей составных частей в соответствии со схемой соединения и конструктивным исполнением РУ (ГОСТ 14695—80).
Контактное соединение — это контакт электрической цепи, предназначенный только для проведения электрического тока и не предназначенный для коммутации электрической цепи при заданном действии устройства (ГОСТ 14312—79).
В РУ из экономических соображений применяются в основном шины из алюминия и его сплавов. Медные шины находят применение, как правило, в установках с большими токами и в специальных установках.
Шины различаются по форме поперечного сечения: прямоугольные (плоские полосы), трубчатые (квадратного и круглого сечения), а также шины корытного профиля, которые по своим свойствам близки к трубчатым шинам.
В РУ наружной установки 35 кВ и выше применяются шины из гибких многопроволочных проводов. При токах более 1000 А применяют пучки из двух, трех и большего числа проводов на фазу. В ряде случаев шины выполняют трубами из алюминия.
Площадь поперечного сечения шин выбирают по значению рабочего тока и току КЗ. При КЗ температура нагрева алюминиевых шин не должна превышать 200 °C.
Контактные соединения шин, электрических аппаратов и кабелей являются их неотъемлемыми частями. Причинами многих аварий на ПС были неудовлетворительные состояния контактных соединений, в том числе и на шинах, а также подвижных частей и гибких связей разъединителей, в частности из-за неплотного касания, загрязнения и окисления контактных поверхностей.
В местах плохого контакта вследствие повышенного активного сопротивления выделяется большое количество теплоты с последующим перегревом и расплавлением металла соприкасающихся поверхностей. Поэтому контакты и их поверхности требуют постоянного наблюдения и ухода.
При осмотре и проверке шинопроводов тщательно проверяют контактные соединения, крепления опорных и проходных изоляторов.
Шины прямоугольного сечения соединяют внахлестку двумя болтами при ширине шин до 60 мм и четырьмя болтами — при ширине шин 80 мм и более. Длина участка болтового соединения должна составлять не менее двойной ширины соединяемых шин.
Ремонт контактных соединений сводится к очистке поверхностей бензином, ацетоном или уайтспиритом от смазки и грязи, удалению ржавчины со стальных и оксидной пленки с алюминиевых шин. Болты затягивают до отказа, но так, чтобы под ними не сминался материал шин и не повреждалась резьба болтов. Сильно затянутое болтами соединение алюминиевых контактов с течением времени ослабевает, так как алюминий под воздействием большого давления вытесняется из зоны высокого давления и дает невосстанавливаемую усадку.
Контактное соединение считается удовлетворительным, если щуп размером 0,05×10 мм входит в межконтактное пространство (между шинами) не более чем на 5 мм.
Количество теплоты, выделяющееся в контактном соединении, пропорционально квадрату тока и значению переходного сопротивления. При длительном прохождении тока температура нагрева контактов не должна превышать значений, приведенных в табл. 6.1.
Таблица 6.1
Контактные соединения выполняют таким образом, чтобы переходное сопротивление участка цепи, содержащей контакт, было меньше сопротивления участка целого провода той же длины. Благодаря этому температура нагрева контакта меньше температуры целого проводника. Отношение этих величин характеризует дефектность контакта.
Дефектность контактных соединений определяют падением напряжения на участке цепи, содержащем контактное соединение, при прохождении по контакту рабочего тока или измерением переходного сопротивления контакта.
Дефектность контактного соединения определяется следующими отношениями:
Если состояние контакта хорошее, то
и наоборот.
Состояние контактных соединений коммутационных аппаратов оценивается абсолютными значениями их сопротивлений, которые не должны превышать допустимых (нормируемых) значений.
По своему назначению контакты разделяются на неразъемные, разъемные и подвижные.
По исполнению контакты бывают болтовыми, сварными, прессуемыми, обжимными, переходными (с алюминия на медь).
Более надежными в эксплуатации по сравнению с болтовыми справедливо считаются сварные, прессуемые и обжимные контакты.
Контактные пары из алюминия имеют тот недостаток, что уже при обработке контактные поверхности окисляются, и получить надежный контакт без удаления оксидной пленки невозможно. С целью повышения качества и свойств алюминиевых контактных соединений осуществляют их меднение, лужение, серебрение и т. д.
Для защиты контактов масляных и воздушных выключателей от повреждения дугой к ним припаивают тонкие металлические накладки, изготовленные из порошка тугоплавкого вольфрама и хорошо проводящих металлов (серебра или меди).
На переходное сопротивление контактов значительное влияние оказывает чистота обработки их поверхностей и сжимающие силы. С увеличением нажатия чистота обработки сказывается меньше. Большие сжимающие силы обеспечивают более низкие переходные сопротивления. Чтобы не превысить критических значений сил, болты зажимов затягивают ключом с регулируемым моментом.
Измерение температуры и контроль нагрева контактных соединений обязательны при прохождении максимальных токов нагрузки.
Измерение температуры нагрева контакта производится переносным электротермометром или при помощи термосвеч.
Переносной электротермометр предназначен для измерений на токоведущих частях напряжением до 10 кВ и представляет собой компактный неравномерный мост, в одно плечо которого включен медный термометр сопротивления, а в диагональ — микроамперметр. Для питания моста применяется батарейка. При измерении головку датчика температуры прибора прижимают к контакту и через 20–30 с считывают значение температуры со шкалы прибора. Электротермометр имеет погрешность 2,5 % в обе стороны.
При помощи термосвеч определяется степень нагрева контактов. Комплект состоит из пяти свечей с температурами плавления 50, 80, 100, 130 и 160 °C.
Закрепленной на изоляционной штанге специальным держателем свечой касаются отдельных частей контакта. При температуре нагрева этой части, близкой к температуре плавления материала свечи, конец ее плавится. Расплавляемые свечи применяют поочередно в порядке возрастания их температур плавления.
Нагрев контактных соединений контролируют при помощи термопленочных указателей многократного действия в ЗРУ и термоуказателей однократного действия с легкоплавким припоем — на ОРУ.
Термопленочные указатели в виде узких полосок наклеивают на металлические части контактных соединений. В интервале температур 70-100 °C термопленка изменяет свой цвет с красного на черный. При охлаждении контакта черный цвет вновь становится красным. Если контакт нагревается до температуры более 120 °C и его температура удерживается на этом уровне в течение 1–2 ч, термопленка приобретает грязновато-желтую окраску и после охлаждения контакта уже не восстанавливает своего первоначального красного цвета. По изменению цвета пленки судят о степени нагрева контактов.
Указатели нагрева с легкоплавким припоем применяют в местах, не доступных для контроля нагрева контактов при помощи термопленок. Два конца медной проволоки соединяют припоем с различным содержанием олова, свинца и висмута. Температура плавления таких припоев может быть получена от 95 до 160 °C. Один конец спаянной проволоки закрепляют непосредственно на контактном зажиме, а другой, загнутый в колечко, служит указателем.
При нагреве контакта, а вместе с ним и указателя до температуры, превышающей температуру плавления припоя, указатель отпадает, что свидетельствует о недопустимом нагреве контакта.
Для выявления перегрева контактов используются тепловизоры и инфракрасные радиометры.
Радиометр представляет собой прибор, фокусирующий тепловое излучение на чувствительный элемент, передающий соответствующий выходной сигнал на стрелочный индикатор. Наводка объектива радиометра на контактное соединение производится через оптический окуляр. При измерении прибор устанавливается на расстоянии 2-20 м от токопроводящей части.
С помощью радиометров выявляют неисправные контактные соединения разъединителей, токопроводов, наконечников кабелей, выводов силовых трансформаторов и другого оборудования.
6.3. Обслуживание высоковольтных изоляторов
Изолятор — это электротехническое устройство, предназначенное для электрической изоляции и механического крепления электроустановок или их отдельных частей, находящихся под разными электрическими потенциалами (ГОСТ 27744—88).
Арматура изолятора — часть изолятора, предназначенная для механического крепления к электроустановкам или объектам (ГОСТ 27744—88).
Подвесной изолятор — это линейный изолятор, предназначенный для подвижного крепления токоведущих элементов к несущим конструкциям или объектам (ГОСТ 27744—88).
Опорный изолятор — это изолятор, используемый в качестве жесткой опоры для электротехнического устройства или отдельных его частей (ГОСТ 27744—88).
Стержневой опорный изолятор — это опорный изолятор со сплошным телом в форме цилиндра или усеченного конуса, неподвижно соединенным с арматурой (ГОСТ 27744—88).
Стержневой подвесной изолятор — это подвесной изолятор с телом в форме цилиндра, жестко соединенный с арматурой, расположенной на концах (ГОСТ 27744—88).
На ПС применяются подвесные и опорные изоляторы.
В последние два десятилетия в электроэнергетике осуществляется постепенный переход на полимерную изоляцию, что привело к расширению применения полимерных изоляторов в электроустановках ВН.
Высоковольтные изоляторы, применяемые на ЛЭП, в аппаратах и оборудовании ОРУ, должны без старения выдерживать:
многократные температурные колебания в сочетании со знакопеременными механическими нагрузками;
длительное ультрафиолетовое облучение солнечной радиации;
воздействие электрической дуги без образования электропроводных следов;
действие токов утечки по поверхности в увлажненном и загрязненном состоянии (эрозийная стойкость);
воздействие неблагоприятных условий окружающей среды;
воздействие сильно неравномерного электрического поля;
действия и ошибки персонала при монтаже и эксплуатации.
Опыт эксплуатации показал неминуемость старения электротехнического фарфора, электропроводность поверхностного слоя стекла при увлажнении, разрушение стекла вследствие выщелачивания и электролиза, хрупкость этих материалов.
Изолятор состоит из изолирующей части, изготовленной из электротехнического фарфора или щелочного стекла, и металлической арматуры, служащей для крепления изолятора к заземленной металлической или железобетонной конструкции и для крепления к изолятору токопроводящих частей. Изолирующие части соединяются с арматурой с помощью цементно-песчаных связок из портланд-цемента.
Несмотря на указанные выше недостатки, фарфоровые изоляторы имеют широкое применение вследствие их высокой электрической и механической прочности, а также стойкости к атмосферным воздействиям.
Достоинствами изоляторов из щелочного стекла являются также высокие электрические и механические характеристики, хорошая стойкость к перепадам температуры и к воздействию химически агрессивных сред. Однако при сильных концентрированных ударах механическая прочность стеклянных изоляторов становится ниже, чем у фарфоровых, так как закаленное стекло рассыпается на мелкие кусочки (например, при ударе камнем).
Особенностью конструкции изоляторов является то, что их изолирующая часть соединяется с арматурой изолятора с помощью цементно-песчаной связки. Материалы соединяемых элементов обладают различными коэффициентами линейного расширения, то есть неодинаковы. Для компенсации деформаций, возникающих из-за разницы температурных коэффициентов линейного расширения, и снижения коэффициента трения между поверхностями раздела контактирующих элементов наносятся компенсирующие промазки в виде тонкого слоя битумного компаунда и устанавливаются эластичные прокладки.
Опорные изоляторы делятся на опорно-стержневые и опорно-штыревые.
Опорно-стержневые изоляторы, как правило, применяются для внутренней установки в РУ 6-35 кВ и представляют собой полые фарфоровые изоляторы, армированные фланцами для установки изоляторов и колпачками для крепления токоведущих частей.
Опорно-штыревые изоляторы применяются для внутренней и наружной установки. Изоляторы на напряжение 110 кВ и выше собираются в колонки из изоляторов напряжением 35 кВ.
Подвесные изоляторы применяются для подвешивания проводов к опорам ВЛ и шин РУ к металлическим и железобетонным конструкциям ПС. Эти изоляторы разделяются на тарельчатые и стержневые.
Тарельчатый изолятор содержит изолирующий элемент, к которому при помощи цементной связки крепится чугунная, покрытая цинком головка с гнездом для введения в него стержня другого изолятора при их соединении в гирлянду.
Защита изоляторов от разрушения при температурных перепадах обеспечивается применением компенсирующих промазок и эластичных прокладок.
Подвесные изоляторы стержневого типа применяются на ПС в качестве растяжек для крепления воздушных выключателей и РВ. В этих случаях фарфор работает на растяжение, поэтому механическая прочность стержневых изоляторов ниже прочности тарельчатых.
В соответствии с требованиями ПУЭ, выбор изоляторов из стекла и фарфора должен производиться по удельной эффективной длине пути утечки в зависимости от степени загрязнения в месте расположения электроустановки и ее номинального напряжения.
Длина пути утечки изолятора — это наименьшее расстояние по поверхности изоляционной детали между металлическими частями разного потенциала.
Эффективная длина пути утечки — часть длины пути утечки, определяющая электрическую прочность изолятора в условиях загрязнения и увлажнения.
Степень загрязнения — это показатель, учитывающий влияние загрязненности атмосферы на снижение электрической прочности изоляции электроустановок.
ГОСТ 9920—89 различает следующие степени загрязнения:
I — легкая при длине пути утечки 1,6 см/кВ;
II — средняя при длине пути утечки 2,0 см/кВ;
III — сильная при длине пути утечки 2,5 см/кВ;
IV — очень сильная при длине пути утечки 3,1 см/кВ.
Длина пути утечки L (см) изоляторов из стекла и фарфора должна определяться по формуле:
L = λэ U k, (6.2)
где λэ — удельная эффективная длина пути утечки, см/кВ (определяется по табл. 6.2);
U — наибольшее рабочее междуфазовое напряжение, кВ (по ГОСТ 721);
k — коэффициент использования длины пути утечки (по таблицам ПУЭ). Это поправочный коэффициент, учитывающий эффективность использования длины пути утечки изолятора.
Таблица 6.2
Удельная эффективная длина пути утечки поддерживающих гирлянд и штыревых изоляторов ВЛ на высоте более 1000 м над уровнем моря должна быть увеличена по сравнению с нормированной в табл. 6.2:
от 1000 до 2000 м — на 5 %;
от 2000 до 3000 м — на 10 %;
от 3000 до 4000 м — на 15 %.
Количество подвесных тарельчатых изоляторов (m) в поддерживающих гирляндах и в последовательной цепи гирлянд специальной конструкции (V-образных, А-образных, Y-образных и др.) для ВЛ на металлических и железобетонных опорах должно определяться по формуле:
m = L /Хи, (6.3)
где Lи — длина пути утечки одного изолятора по стандарту или техническим условиям на изолятор конкретного типа, см.
Если расчет m не дает целого числа, то выбирают следующее целое число.
Основными причинами повреждения изоляции на ПС являются следующие:
низкое качество изготовления изоляторов из-за применения некондиционного сырья;
нарушение режимов обжига и охлаждения;
попадание в стекломассу стеклянных изоляторов кусочков шихты, огнеупорных материалов, в местах нахождения которых возникают местные напряжения, приводящие к разрушению изолятора при колебаниях температуры и механическом воздействии.
К основным факторам старения изоляции относится воздействие механических нагрузок, в результате чего в местах сочленений диэлектрика с арматурой образуются трещины, ускоренное старение компенсирующих промазок и прокладок, приводящее к снижению прочностных характеристик изоляторов, влияние изменений температуры окружающей среды, а также влияние атмосферных химически активных веществ.
Поверхность изоляторов загрязняется уносами промышленных предприятий и различными непромышленными уносами (грунтовая пыль, морская соль и т. д.). Наличие на поверхности изолятора сухого осадка практически не оказывает влияния на его разрядные характеристики. Увлажненное загрязняющее вещество образует электролит, который под действием приложенного к изолятору напряжения приводит к увеличению тока утечки по его поверхности с последующим возможным перекрытием изолятора.
Для повышения надежности работы изоляции в условиях загрязнений необходимы следующие мероприятия:
усиление изоляции путем введения в гирлянды дополнительных элементов, а также использование грязестойких изоляторов;
протирка изоляции тряпками, смоченными в воде или растворителе;
обмывка изоляторов под напряжением струей воды;
применение гидрофобных покрытий, противодействующих возникновению дорожек, проводящих ток при увлажненной поверхности.
С точки зрения применения изоляционных материалов изоляторы делятся:
на композитные (применение нескольких полимерных материалов);
цельные (применен один полимерный материал);
традиционные (фарфор, стекло) с полимерным покрытием;
традиционные с дополнительными полимерными элементами или ребрами.
В отечественной электроэнергетике наибольшее применение получили композитные изоляторы, содержащие изоляционное тело из высокопрочного армированного стеклоровингом эпоксидного компаунда, металлической арматуры и защитной оболочки.
Осмотры и профилактические испытания изоляторов. При визуальных осмотрах основное внимание обращается на целостность изоляторов, отсутствие трещин и сколов, защищенность цементных швов от влаги, окраску арматуры и отсутствие подтеков ржавчины по поверхности изоляторов.
При осмотре подвесных изоляторов проверяется состояние узлов их сочленений: не расцепились ли изоляторы в гирляндах или не порваны ли шапки изоляторов.
Визуальные осмотры штыревых изоляторов должны производиться перед началом каждой операции включения или отключения коммутационного аппарата.
Для изоляторов наиболее распространены следующие методы профилактических испытаний:
измерение сопротивления изоляции;
измерение распределения напряжения;
механические испытания.
Измерение сопротивления изоляции производится на отключенном оборудовании мегаомметром на 2500 В при положительной температуре окружающего воздуха. Для оценки результатов измерений установлено минимально допустимое значение сопротивления, которое для каждого подвесного или каждого элемента штыревого изолятора должно быть не ниже 300 МОм.
Для контроля состояния подвесной и опорно-штыревой изоляции основным считается метод измерения распределения потенциалов. Измерение производится под рабочим напряжением с помощью измерительной штанги. Суть метода заключается в том, что измеряется падение напряжения на каждом элементе изолирующей конструкции и результаты измерения сравниваются с нормальным падением напряжения, то есть с падением напряжения на всех участках при отсутствии повреждений изолятора. Нормы распределения падения напряжения табулированы.
Подвесные изоляторы из закаленного стекла электрическим испытаниям не подвергаются.
Механическим испытаниям подвергаются опорно-стержневые изоляторы типа ОНС разъединителей и отделителей. Такие изоляторы электрически непробиваемы. Их испытывают изгибающим усилием 40–60 % минимального разрушающего усилия при статическом изгибе. Механическое усилие прикладывается к изоляторам каждого полюса разъединителя или отделителя при помощи стягивающего приспособления. Продолжительность испытания 15 с.
6.4. Заземляющие устройства на ПС и в РУ
Заземляющее устройство — это совокупность электрически соединенных заземлителя и заземляющих проводников (ГОСТ 24291-90).
Заземление — это преднамеренное электрическое соединение какой-либо части электроустановки с заземляющим устройством (ГОСТ 24291-90). Заземление обеспечивает безопасность персонала и защиту от помех электронных приборов.
Защитное заземление — это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением (ГОСТ 12.1.009—76).
Зануление (защитное зануление) — это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением (ГОСТ 12.1.009—76).
Заземлитель — это проводник (электрод) или совокупность электрически соединенных между собой проводников, находящихся в надежном соприкосновении с землей или ее эквивалентом, например, с изолированным от земли водоемом (ГОСТ 24291—90, ГОСТ 30331.1—95, ГОСТ Р 50571.1—93).
Заземляющий проводник — это проводник, соединяющий заземляемые части с заземлителем (ГОСТ 24291—90, ГОСТ 12.1.030—81).
Замыкание на землю — это случайное электрическое соединение токоведущей части непосредственно с землей, или нетоковедущими проводящими конструкциями, или предметами, не изолированными от земли (ГОСТ 12.1.009—76).
Напряжение прикосновения — это напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек (ГОСТ 12.1.009—76).
На ПС заземляющие устройства применяются в качестве защитных и рабочих заземлений.
Защитное заземление служит для обеспечения защиты персонала при повреждениях изоляции оборудования и замыкания токопроводящих частей на землю. Оно выполняется так, чтобы напряжение прикосновения не превышало нормируемых значений.
Рабочее заземление обеспечивает нормальную работу электроустановок: сохранение в работе на некоторое время поврежденной линии, гашение дуговых замыканий на землю, снижение коммутационных перенапряжений и уровня изоляции силовых трансформаторов и т. д.
Различают электроустановки, работающие с изолированной нейтралью, заземленной через дугогасящие реакторы (компенсированные сети), с заземленной нейтралью через сопротивления (активные и реактивные), в частности, с глухозаземленной нейтралью (эффективно заземленные сети).
Изолированная нейтраль — это нейтраль генератора (трансформатора), не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление (ГОСТ 12.1.030— 81).
Заземленная нейтраль — это нейтраль генератора (трансформатора), присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (ГОСТ 12.1.030-81).
Сети с изолированной нейтралью — это, как правило, сети напряжением 6-10 кВ, в которых ток замыкания на землю не превышает соответственно 30 и 20 А, и электрическая емкость которых мала.
При таких токах замыкания на землю в месте замыкания дуга самопогашается.
Если ток замыкания на землю превысит указанные значения, то его компенсируют с помощью дугогасящего реактора, один из выводов которого подключается к нейтрали трансформатора, а другой — к заземляющему устройству. С компенсацией емкостного тока работают сети до 35 кВ.
Сети напряжением 110 кВ и выше относятся к эффективно заземленным.
Нейтрали трансформаторов присоединяют к заземляющим устройствам наглухо или через заземляющие реакторы с малой индуктивностью так, чтобы при однофазных КЗ в сети напряжение на неповрежденных фазах относительно земли не превышало 1,4 Цф Большие значения токов замыкания на землю отключаются срабатыванием релейной защиты.
Заземление называется грозозащитным, когда к заземлителям ПС присоединяются также РВ и молниеотводы, защищающие оборудование от перенапряжений и прямых ударов молнии.
Таким образом, заземляющие устройства ПС бывают трех видов: защитное, рабочее и грозозащитное.
Заземляющие устройства ПС выполняются из заземлителей (вертикальных металлических труб) и соединенных между собой в заземляющую сетку горизонтальных полос, проложенных в земле, а также наземных заземляющих магистралей и проводников, связывающих оборудование с заземлителями. Каждый заземляющий элемент должен присоединяться к заземляющей магистрали отдельным проводником.
Заземляющие проводники, проложенные в РУ, должны быть доступны для внешнего осмотра.
При осмотре проверяется целостность заземляющих проводников, состояние соединений и непрерывность проводки.
В процессе эксплуатации периодически контролируется состояние заземлителей, находящихся в земле; проверяется сопротивление заземляющих устройств. Измерения проводятся в периоды наименьшей проводимости почвы, то есть при сухой или промерзшей почве.
Дополнительно к системе заземления на ПС и в РУ применяют молниезащиту от прямых ударов молнии и от вторичных ее проявлений, таких, например, как перенапряжения.
6.5. Устройства оперативной блокировки
Блокировка электротехнического устройства (блокирование) — это часть электротехнического изделия (устройства), предназначенная для предотвращения или ограничения выполнения операций одними частями изделия при определенных состояниях или положениях других частей изделия в целях предупреждения возникновения в нем недопустимых состояний или исключения доступа к его частям, находящимся под напряжением (ГОСТ 18311—80).
При коммутационных операциях и различного рода переключениях нет гарантий, что обслуживающий персонал не допустит ошибки при обслуживании электрооборудования. Именно для предотвращения неправильных операций в РУ применяются блокирующие устройства, которые обеспечивают выполнение операций данным аппаратом в зависимости от положения других аппаратов (между выключателями и разъединителями, разъединителями и стационарными заземлителями и т. д.).
Например, блокировка выключателей с разъединителями контролирует действия персонала с коммутационными аппаратами, разрешая выполнение операций в определенной последовательности. При нарушении установленной последовательности блокировка запрещает их выполнение.
Поэтому оперативная блокировка являются дополнительным средством, препятствующим производству ошибочных операций. Персонал обязан знать инструкции по производству переключений в РУ и производить оперативные переключения, ясно представляя очередность операций и их конечную цель.
Важным средством предупреждения неправильных операций, производимых оперативным персоналом, являются устройства блокировки, которыми оснащены разъединители и заземляющие ножи.
Оперативная блокировка разъединителей с выключателями должна предотвращать:
включение и отключение разъединителями активной и реактивной мощности, за исключением случаев включения и отключения намагничивающего тока трансформаторов и зарядного тока линий;
включение и отключение разъединителями больших уравнительных токов или включение на несинхронное напряжение.
Блокировка защитных заземлений должна предотвращать:
включение заземляющих ножей на шины и участки присоединений, находящихся под напряжением;
включение разъединителей на участки шин и присоединений, заземленные включенными заземляющими ножами;
подачу напряжения выключателем на заземленный участок шин. Принципы выполнения оперативной блокировки разъединителей и заземляющих ножей заключаются в следующем.
1. Для разъединителей и заземляющих ножей должна выполняться блокировка, исключающая:
оперирование разъединителем под нагрузкой;
включение заземляющего ножа на участке цепи, не отделенном разъединителями от участков, находящихся под напряжением;
возможность подачи напряжения разъединителем на заземленный участок цепи;
возможность подачи напряжения выключателем на заземленный участок цепи.
Для этого выключатель отделяется от других участков цепи с обеих сторон таким образом, что включение заземляющего ножа с одной стороны выключателя оказывается возможным только при отключенном разъединителе с другой стороны выключателя и наоборот, включение разъединителя с одной стороны выключателя возможно при отключенном заземляющем ноже с другой стороны выключателя.
2. Для разъединителей с пофазным исполнением оперативная блокировка выполняется так, что оперирование разъединителем любой фазы невозможно при включенных заземляющих ножах на любой другой фазе.
3. Блокировка, исключающая возможность подачи на включенный заземляющий нож напряжения с противоположной стороны линии, не выполняется из-за ее сложности; достаточной является блокировка заземляющего ножа только с линейным разъединителем на данном конце линии.
4. Для шинных разъединителей и заземляющих ножей сборных шин выполняется полная оперативная блокировка, запрещающая включение заземляющего ножа сборных шин при включенном шинном разъединителе и включение любого шинного разъединителя при включенном заземляющем ноже сборных шин.
5. В КРУ 6 кВ выполняется оперативная блокировка, запрещающая включение заземляющего ножа сборных шин 6 кВ при рабочем положении тележек выключателей в цепи вводов рабочего и резервного питания, тележек выключателей трансформаторов 6/0,38 кВ и линий 6-10 кВ с двухсторонним питанием, а также вкатывание этих тележек в рабочие положения при включенном заземляющем ноже РУ 6 кВ.
К устройствам блокировки предъявляются следующие требования:
блокировка должна предусматривать блокирование всех неправильных операций (то есть должна быть полной), которые могут быть произведены разъединителями;
устройства оперативной блокировки и блокировки заземляющих ножей должны осуществляться по общей схеме;
блокировка должна быть надежной в эксплуатации: недопустимо, чтобы при неисправностях или исчезновении напряжения оперативного тока она позволила производить операции с разъединителями;
приводы разъединителей должны запираться блок-замками только в крайних положениях — «Включено» и «Отключено». В промежуточных положениях устройства блокировки должны препятствовать запиранию приводов и выниманию ключа из замка;
чтобы не увеличивать инерцию подвижных частей механизма, установка механических замков на приводах должна производиться на неподвижных деталях;
при наличии устройств механической блокировки приводы выключателей (кроме шиносоединительных) должны запираться блок-замком только в отключенном положении, чтобы выключатели не могли быть включены. Приводы шиносоединительных выключателей должны запираться только в двух положениях — «Включено» и «Отключено»;
установка механических замков на приводах выключателей (за исключением шиносоединительных) должна выполняться так, чтобы при включенном выключателе невозможно было вынуть ключ из замка;
необходимо выполнить указанную блокировку так, чтобы не вызвать отключение выключателей при попытке вынуть ключ из замка;
блокировка не должна без необходимости усложнять или замедлять операции с разъединителями, что особенно важно при большом количестве присоединений;
блокировка не должна препятствовать включению и отключению выключателя при разобранной схеме. Однако блокировка должна исключать возможность подачи напряжения на заземленные участки присоединений включением выключателя.
Аппаратура для электромагнитной блокировки выпускается двух видов:
для внутренней установки (замок ЗБ-1, ключ КЗЗ-1);
для наружной установки, которая может быть также применена в ЗРУ (замок ЭМБЗ, ключ ЭМК, розетка У-94Б). Кроме того, применяются блок-контакты КСА, используемые для внутренней и наружной установки, и реле РП-23, используемые в качестве реле блокировки при наличии разъединителей с электродвигательным приводом.
Оперативному персоналу, производящему переключения, запрещается принудительно деблокировать неисправную блокировку. Ее неисправность должна удостоверяться лицом, ответственным за техническое состояние блокировки. Только по его указанию блокировка может быть выведена из работы.
В аварийных ситуациях разрешение на деблокирование может дать диспетчер, в оперативном управлении которого находится оборудование.
При несчастном случае, когда блокировка препятствует быстрому переключению (отключению), коммутационные аппараты могут быть деблокированы без разрешения вышестоящих лиц. Однако при этом необходим контроль последовательности проводимых операций.
Каждый случай деблокирования должен быть зафиксирован в оперативном журнале.
6.6. Обслуживание элементов КРУ
Обслуживание элементов КРУ 6-10 кВ. КРУ и КРУН поставляются в готовом виде шкафами со встроенными в них электрическим оборудованием, устройствами РЗиА, измерения, сигнализации и управления.
Шкаф КРУ — часть КРУ, являющаяся законченным изделием заводского изготовления и состоящая из жесткой металлической конструкции с устанавливаемыми в ней электрооборудованием и приборами (ГОСТ 14693-90).
Тип шкафов КРУ — совокупность шкафов КРУ с определенной схемой главных и вспомогательных цепей и определенным диапазоном параметров применяемой аппаратуры (ГОСТ 14693-90).
Шкафы могут быть стационарного (если коммутационные аппараты и оборудование установлены в корпусах шкафов неподвижно) или выдвижного (если оборудование установлены на выдвижных тележках) исполнения.
При осмотрах КРУ и КРУН без их отключения (через смотровые окна и сетчатые ограждения) проверяют:
работу сети освещения и отопления помещений и шкафов;
уровень масла в маслонаполненных аппаратах, отсутствие течей масла, состояние разъединителей, контактов первичной цепи, механизмов блокировки, состояние контактных соединений шин и их термоиндикаторов, степень загрязненности, отсутствие видимых повреждений и коронирования изоляторов, состояние цепей вторичных соединений, действие кнопок управления выключателями, состояние низковольтной аппаратуры (автоматических выключателей, предохранителей и т. д.), качество уплотнений дверей и днищ; отсутствие щелей, через которые могут проникнуть мелкие животные и птицы.
В КРУН при резких перепадах температуры наружного воздуха происходит повышение относительной влажности в шкафах и увлажнение поверхности изоляторов. Для недопущения перекрытий изоляции необходимо производить ее очистку от пыли. Одним из эффективных средств повышения надежности изоляции КРУН является обмазка изоляторов гидрофобными пастами.
Для поддержания в шкафах микроклимата с относительной влажностью воздуха 60–70 % их утепляют минераловатными плитами и оборудуют электроподогревателями, которые должны автоматически включаться, когда относительная влажность повышается до 65–70 %.
При температуре ниже 5 °C необходимо предусмотреть обогрев приборов учета и релейной аппаратуры, а при температуре ниже −25 °C предусмотреть обогрев масляных выключателей.
Нагревательные устройства включаются автоматически с помощью реле влажности воздуха (влагорегулятор ВДК) и термореле (датчик ДТКБ).
В жаркое время года температура КРУН может превысить максимально допустимую температуру 40 °C, что может нарушить работу контактных соединений аппаратов, концевых кабельных разделок и т. д. В этом случае для снижения перегрева КРУН (например, солнечными лучами) выполняется окраска поверхности шкафов белой краской, установка навесов, принудительная приточно-вытяжная вентиляция.
При недовключении масляного выключателя или повреждении его контактной системы под действием тока нагрузки или тока КЗ возникает дуга, что вызывает разложение масла с образованием взрывоопасной смеси газов.
Наиболее опасно ручное включение выключателя на неустраненное КЗ, при котором даже небольшая задержка кнопки выключателя в конечном положении приведет к повторному включению на КЗ после его автоматического отключения.
При обслуживании КРУ и выполнении ремонтных работ запрещается:
проникать в высоковольтную часть ячеек без снятия напряжения и наложения заземлений;
включать заземляющие ножи (накладывать заземления) без видимого разрыва электрической цепи и без проверки отсутствия напряжения на заземляемых токопроводящих частях;
производить работы на выключателе или приводе при взведенных пружинах и включенных цепях управления;
выводить из работы блокирующие устройства, демонтировать защитные шторки и перегородки между отсеками;
открывать выхлопные клапаны, поскольку это может привести к отключению выключателей;
производить осмотры и работы в КРУН во время грозы и дождя. При выполнении ремонтных работ в ячейках КРУ целесообразно предусматривать возможность полного обесточивания той или иной секции и неподвижных разъединяющих контактов. Внутри ячеек должны быть вывешены предупреждающие плакаты, например: «Внимание! Напряжение снизу».
В процессе ремонта запрещается перемещение защитных ограждений, снятие плакатов и заземлений, снятие замков со шторок и дверей ячеек.
Обслуживание КРУЭ 110–220 кВ. Применение КРУЭ позволяет уменьшить площади и объемы, занимаемые РУ, и обеспечить возможность более легкого расширения по сравнению с традиционными РУ.
К другим преимуществам КРУЭ можно отнести:
многофункциональность: в одном корпусе совмещены сборные шины, выключатель, разъединители с заземлителями, ТТ, ТН; это существенно уменьшает размеры и повышает надежность РУ;
взрыво- и пожаробезопасность;
высокую надежность и стойкость к воздействию внешней среды;
возможность установки в сейсмически активных районах и зонах с повышенной загрязненностью;
отсутствие электрических и магнитных полей;
безопасность и удобство эксплуатации, простоту монтажа и демонтажа.
КРУЭ собирают из обычных электрических элементов: выключателей, разъединителей, ТТ и ТН, сборных и соединительных шин.
Каждый элемент заключают в герметизированную металлическую заземленную оболочку, необходимую для сохранения элегаза под избыточным давлением. Во избежание нагрева оболочек переменным магнитным потоком они изготовлены из немагнитного металла (сплава алюминия, конструкционной стали). Оболочки отдельных элементов соединены между собой при помощи фланцев с уплотнениями из синтетического каучука, этиленпропилена и других материалов. Внутренние объемы оболочек нескольких элементов соединяют в секции. Каждая секция имеет контрольно-измерительную газовую аппаратуру.
Перед демонтажом элемента элегаз из него удаляется при помощи передвижной установки, содержащей вакуумный насос, компрессор и резервуар для газа. С помощью компрессора элегаз перекачивается в резервуар, пока давление в оболочке не снизится до 100 Па. Затем вскрываются люки на оболочке и производится демонтаж элемента или его ремонт.
Шинные и линейные разъединители размещаются в отдельных блоках. В блоке имеется контактный стержень, соединенный изолирующей штангой с рычажным механизмом привода, и розеточный ламельный контакт, в который входит контактный стержень при включении разъединителя, а также поперечный контактный стержень, предназначенный для стыковки элемента с другим элементом ячейки.
Заземлитель помещен в герметизированную оболочку. Он представляет собой подвижный стержень, соединенный через скользящий контакт с землей и входящий в розеточный контакт заземляемого элемента.
Разъединители и заземлитель имеют электромагнитную блокировку.
ТТ размещаются в герметизированной оболочке. Первичной обмоткой служит токопроводящий стержень, который проходит внутри магнитопровода со вторичной обмоткой. Магнитопровод и вторичная обмотка залиты эпоксидной смолой.
ТН устанавливают в отдельных ячейках либо в ячейках секционных или шиносоединительных выключателей. При номинальном напряжении не более 220 кВ применяют электромагнитные ТН с эпоксидной изоляцией.
При переключениях положения коммутационных аппаратов и заземлителей проверяют по указателям положения, механически связанным с подвижными системами аппаратов.
При осмотрах КРУЭ проверяется общее состояние оборудования, в том числе: отсутствие пыли, шума, треска и т. д. Проверяется работа приточно-вытяжной вентиляции, температура воздуха в помещении РУ (должна находиться в пределах 5-40 °C), давление сжатого воздуха в резервуарах пневматических приводов выключателей (должно быть в пределах 1,7–2,1 МПа) и давление сжатого воздуха пневмоприводов разъединителей (0,6 МПа), состояние заземляющих проводок и их контактных соединений.
При утечках элегаза снижается электрическая прочность изоляционных промежутков, вследствие чего требуется контроль за давлением элегаза (при помощи манометров) в каждой секции.
В аварийной ситуации при возникновении дуги и резком повышении давления внутри оболочки разрывается специальная защитная мембрана, давление в секции сбрасывается и тем самым предотвращается разрушение оболочки.
Вследствие указанных выше конструктивных достоинств и изоляционных свойств КРУЭ практически не требует технического обслуживания. Изоляция в них (элегаз) не теряет своих свойств из-за атмосферных загрязнений.