4.2.1. Требования к выключателям

Выключатели высокого напряжения в качестве коммутационных аппаратов предназначены для коммутации электрических цепей с целью включения и отключения токов нагрузки, токов намагничивания силовых трансформаторов и зарядных токов линий и шин, а также отключения токов КЗ, включая коммутацию при изменениях схем электроустановок.

Выключатели рассчитываются для работы практически во всех режимах электрической цепи, в том числе в тяжелом режиме отключения токов КЗ.

Исходя из этого, к выключателям предъявляются следующие требования:

надежное отключение любых токов нагрузки в пределах их номинальных значений;

быстродействие при отключениях, связанное с гашением дуги в возможно минимальный промежуток времени;

пригодность для АПВ после отключения электрической цепи под действием защиты;

обеспечение взрыво- и пожаробезопасности при всех видах коммутации;

удобство в обслуживании, в частности, каждый выключатель (или его привод) должен иметь хорошо видимый указатель положения «Включено» и «Отключено». Если выключатель не имеет открытых контактов, а его привод установлен отдельно (например, за стенкой) от выключателя, то указатели положения должны быть и на выключателе, и на его приводе.

Отключение и включение под напряжение и в работу присоединения, имеющего в своей цепи выключатель, производится дистанционно. При этом кнопка (ключ управления) выключателя удерживается в положении «Отключить» или «Включить» до момента срабатывания сигнализации, указывающей на окончание операции.

При отказе в отключении выключателя при дистанционном управлении во избежание несчастных случаев не допускается его отключение воздействием на кнопку местного управления, защелку привода или сердечник отключающего электромагнита. Для вывода выключателя в ремонт в этом случае обесточивается соответствующая секция или участок электроустановки. Отключение такого выключателя по месту допустимо лишь при настоятельной необходимости, например, для снятия напряжения с пострадавшего, если нет других вариантов.

Из многочисленных типов и конструкций выключателей на практике наибольшее распространение получили масляные выключатели с большим объемом масла, выключатели с малым объемом масла и воздушные выключатели. Все более широкое применение получают элегазовые и вакуумные выключатели.

Общими для всех выключателей основными конструктивными частями являются токопроводящие и контактные системы с дугогасительными устройствами, изоляционные конструкции, корпуса и вспомогательные элементы (газоотводы, предохранительные клапаны, указатели положения и др.), передаточные механизмы и приводы.

 

4.2.2. Обслуживание масляных выключателей

Масляные выключатели бывают с большим объемом масла (серий МКП, У, С и др.) и маломасляные выключатели (серий ВМГ, ВМП, МГГ, ВМК и др.).

В баковых масляных выключателях с большим объемом масла используется масло как для гашения дуги, так и для изоляции токопроводящих частей от заземленных конструкций.

В маломасляных выключателях масло используется в основном для гашения дуги и может быть при необходимости использовано для изоляции от земли частей, находящихся под напряжением. Их баки специально изолируются от земли.

Гашение дуги в масляных выключателях обеспечивается воздействием на нее масла, которое является дугогасящей средой. При этом образуется сильный нагрев, сопровождающийся разложением масла и образованием в камере выключателя газа с температурой газовой смеси, достигающей 2500 К.

Высокую дугогасящую способность масла определяет наличие в газовой смеси до 70 % водорода. Быстрое нарастание давления в газовой смеси до 3–8 МПа способствует эффективной деионизации межконтактного пространства в выключателе.

При расхождении контактов дуга гаснет в момент прохождения тока через нулевое значение, поскольку в это время мощность к ней не подводится, температура дуги падает и дуговой промежуток практически теряет проводимость.

Однако дуга может повториться, что зависит от двух противоположных друг другу факторов: скорости нарастания восстанавливающегося напряжения, стремящегося пробить промежуток между контактами, и от скорости нарастания изолирующих свойств промежутка, препятствующих пробою. Отсюда ясно, что если скорость восстановления напряжения на контактах полюса выключателя окажется выше скорости восстановления изолирующих свойств среды, то дуга вновь загорится и процесс ее гашения повторится.

В современных масляных выключателях используются эффективные дугогасящие устройства, которые ускоряют восстановление электрической прочности межконтактного промежутка. Также снижению скорости восстановления напряжения способствуют шунтирующие резисторы, присоединяемые параллельно главным контактам дугогасительных камер, которые применяются в некоторых типах выключателей.

Кроме того, на длительность горения дуги влияет сила отключаемого тока, с увеличением которого происходит более сильное газообразование и, следовательно, более успешное гашение дуги.

При малых токах отключения гашение дуги затягивается, так как ее энергии оказывается недостаточно для эффективного гашения.

При отключении токов намагничивания процесс гашения дуги сопровождается возникновением перенапряжений, связанных с обрывом тока до момента его прохождения через нуль. Перенапряжения приводят к повторным пробоям. В этих случаях целесообразно применение шунтирующих резисторов, позволяющих снизить кратность перенапряжений. С этой же целью шунтирующие резисторы целесообразно применять и при отключении зарядных токов ЛЭП, так как через них разряжается емкость отключаемых линий.

Важную роль при гашении дуги играет и высота слоя масла над контактами. С увеличением слоя масла возрастает давление в газовом пузыре и интенсивней проходит процесс деионизации. Однако высокий уровень масла в баке снижает объем воздушной подушки, что может привести к повышению давления внутри бака и сильному удару масла в его крышку.

При небольшом слое масла над контактами горючие газы, проходя через него, не успевают охладиться, и в результате соединения с кислородом воздуха могут образовать гремучую смесь.

Большое значение в выключателе имеет скорость расхождения контактов. При высокой скорости их движения дуга быстро достигает своей критической длины, при которой восстанавливающее напряжение становится недостаточным для пробоя большого промежутка. Эффективным способом увеличения скорости удлинения дуги является увеличение числа последовательных разрывов в каждом полюсе выключателя.

На скорость движение контактов отрицательно влияет вязкость масла в выключателе, которая возрастает с понижением температуры масла.

Существенное влияние на скоростные характеристики масляных выключателей оказывают загрязнение и загустение смазки трущихся частей приводов и передаточных механизмов, так как при этом замедляется скорость движения контактов вплоть до их остановки и зависания. Это следует учитывать при очередных ремонтах, в процессе которых необходимо удалить старую смазку и заменить ее на новую консистентную незамерзающую смазку, например, марок ЦИАТИМ-201, ЦИАТИМ-221.

Для отключения и включения выключателей используют электромагнитные, пневматические или пружинные приводы.

По способу включения и отключения приводы бывают полуавтоматические и автоматические.

Выключатель с полуавтоматическим приводом включают вручную, а отключают как вручную, так и дистанционно от релейной защиты. Автоматические приводы осуществляют включение и отключение выключателя как дистанционно от релейной защиты, так и вручную.

Привод выключателя состоит из следующих основных частей:

силовое устройство, служащее для преобразования подведенной энергии в механическую;

передаточный и операционный механизмы, служащие для передачи движения от силового устройства к механизму выключателя и для удержания его во включенном положении;

отключающее устройство.

Электромагнитные приводы постоянного тока применяются для управления всеми типами масляных выключателей 10—220 кВ.

Электромагнитный привод представляет собой корпус с электромагнитом включения и операционным механизмом. В корпусе размещены также электромагнит отключения, контакты вспомогательных цепей, механизм ручного отключения и жестко связанный с валом указатель положения выключателя.

Рассмотрим кратко принцип работы и схему управления электромагнитного привода выключателей; при этом остановимся на тех элементах электромагнитного привода, с которыми чаще всего приходится иметь дело оперативному персоналу на практике. К таким элементам относятся запирающий механизм, отключающее устройство и механизм свободного расцепления.

Запирающий механизм требуется для удержания выключателя во включенном положении. Для надежности запирающего механизма трущиеся поверхности ролика и защелки шлифуются; они должны регулярно смазываться незамерзающей смазкой и содержаться в чистоте.

Отключающее устройство состоит из электромагнита и ферромагнитного сердечника со штоком, перемещающегося внутри его обмотки. При подаче напряжения на обмотку электромагнита его сердечник втягивается и, ударяя по защелке, расцепляет запирающий механизм привода. Электромагнитные механизмы отключения должны обладать быстродействием и постоянством динамических характеристик независимо от колебаний напряжения сети и температуры окружающей среды. Для этого должно быть обеспечено свободное перемещение сердечника электромагнита на всем его пути, отрегулирован запас его хода, а также проверена надежная работа электромагнитного механизма отключения при отклонениях напряжения на его выводах от номинального.

Механизм свободного расцепления представляет собой систему складывающихся рычагов в приводе и является связывающим звеном между силовым устройством и передаточным механизмом. Он разобщает силовое устройство с передаточным механизмом для последующего отключения выключателя независимо от того, продолжает или нет действовать сила, осуществляющая включение.

Необходимость такого механизма обусловлена требованием мгновенного отключения выключателя действием релейной защиты при включении его на неустраненное КЗ.

Кроме перечисленных элементов коммутации, защиты и управления схемы управления выключателем содержат также цепи блокировки и сигнальные цепи.

Наиболее важной является блокировка против повторений операций включения и отключения, когда предпринимается попытка включения выключателя после его автоматического отключения на неустраненное КЗ. В этом случае команда на включение, поданная ключом, затягивается, и тем временем выключатель отключится под действием релейной защиты, что может привести к повторному включению выключателя. В данном случае блокировка запрещает повторные включения.

В схемах управления имеются сигнальные лампы, показывающие, включен или отключен выключатель, звуковая сигнализация о несоответствии положения выключателя и его ключа управления, а также сигнализация контроля цепей включения и отключения выключателя.

Кроме того, в цепях управления имеются вспомогательные контакты для электромагнитов включения и отключения, сигнальных ламп и других цепей постоянного тока. Эти контакты управляются с помощью кинематических передач между валом привода и валом контактора.

Схемы управления и сигнализации применяются на ПС в различных вариантах в зависимости от типа выключателя и его привода и ряда других условий (например, использования устройств телемеханики).

Пневматические приводы, имеющие в качестве источника сжатый воздух, применяются для управления масляными выключателями серий У, С и др.

В качестве силовых элементов применяются поршневые пневматические блоки одностороннего действия, показанные на рис. 4.1.

Сжатый воздух подается с одной стороны поршня 3, а обратный ход поршня осуществляется действием пружины 4.

Привод крепится на баке выключателя и соединяется тягой с механизмом его полюса. Каждый полюс имеет самостоятельную схему управления, обеспечивающую дистанционное трехполюсное и пофазное управление выключателем.

Рис. 4.1. Принципиальная схема поршневого пневматического блока одностороннего действия:

1 — подача сжатого воздуха; 2 — цилиндр; 3 — поршень; 4 — пружина; 5 — шток

Пружинные приводы применяются в маломасляных выключателях 6—10 кВ. Источником энергии в таких приводах служат мощные предварительно взведенные рабочие пружины. Завод пружины осуществляется электродвигателем, соединенным с редуктором, но возможен и ручной завод съемным рычагом. Время завода пружин в зависимости от типа привода составляет от нескольких секунд до десятков секунд.

Включение выключателя может происходить лишь после полного завода пружин, что контролируется специальной блокировкой и сигнализируется указателем готовности привода к работе. Завод пружин возможен как при отключенном, так и при включенном выключателе.

Отключение выключателя выполняется отключающими пружинами, которые расположены в механизме выключателя и заводятся при его включении.

В пружинных приводах установлены электромагниты включения и отключения, кнопки подачи команд на электромагниты, указатель готовности привода к включению и механический указатель положения выключателя.

Пружинные приводы не требуют для своей работы источника постоянного оперативного тока. Питание оперативных цепей управления, релейной защиты и автоматики, цепей обогрева шкафов КРУ осуществляется от источника переменного тока в виде выносных однофазных трансформаторов, подключенных к вводам линии или трансформаторов собственных нужд.

Выявление и устранение неполадок в работе масляных выключателей. Под неполадками в работе выключателей подразумеваются их отказы и повреждения, которые могут привести к авариям с образованием пожаров в РУ.

Наиболее частыми неполадками являются отказы выключателей в отключении токов КЗ, неисправности контактных систем, перекрытия внутренней и внешней изоляции, поломки изолирующих частей, отказы передаточных механизмов и приводов.

В настоящее время в связи с развитием энергосистем возрастают значения токов КЗ, в том числе до значений, недопустимых для отключения ранее установленными на ПС выключателями. В таких условиях эксплуатации необходимо систематически проверять соответствие параметров выключателей практическим условиям их работы. Кроме того, нельзя допускать такие схемы работы ПС, при которых мощность КЗ превышает отключающую способность выключателей, а также принимать меры по ограничению токов КЗ.

Неполадки в контактных системах нарушают процессы включения и отключения выключателей и могут привести к образованию дуги с последующим взрывом выключателя.

К неполадкам контактных систем относятся недовключение подвижных контактов, их зависание в промежуточном положении, поломка розеточных контактов и др.

Наиболее массовым видом повреждений выключателя является перекрытие изоляции. Такое может иметь место при коммутационных и грозовых перенапряжениях или при загрязнении изоляции. При загрязнении и увлажнении изоляции могут возникнуть перекрытия опорной изоляции.

Перекрытия внутри баков у выключателей наружной установки возникали при попадании в них влаги, всплытии льда при наступлении оттепели, снижении диэлектрических свойств масла, его вытекании из бака.

К неполадкам изолирующих деталей относятся разрушения фарфоровых тяг выключателей (часто у выключателей ВМГ) и изоляционных тяг (у выключателей ВМПП-10). Разрушение фарфоровых тяг приводит к перекрытию выключателей.

Повреждения передаточных и операционных механизмов приводов возникают из-за поломок отдельных деталей и нарушения регулировки. Это приводит к заеданию валов, застреванию тяг и нарушению контактных систем, что является одной из важных причин аварий выключателей.

Частыми причинами отказов приводов являются некачественная регулировка затирания в механизме расцепления и сердечников электромагнитов, дефекты пружин, нарушения связи между частями механизма привода по причине выпадения осей или пальцев.

Осмотры и меры по предупреждению отказов масляных выключателей . При осмотрах масляных выключателей прежде всего проверяют соответствие положения каждого выключателя показаниям его сигнального устройства согласно оперативной схеме.

Кроме того, проверяют состояние поверхности фарфоровых покрышек вводов, изоляторов и тяг, целостность мембран предохранительных клапанов и отсутствие выбросов масла из газоотводов, а также отсутствие следов просачивания масла через сварные швы, разъемы и краны.

На слух проверяется отсутствие шума и треска внутри выключателя.

По цвету термопленок определяется температура контактных соединений.

При значительном понижении уровня масла из бака принимаются меры, препятствующие отключению выключателя током нагрузки или током КЗ. С этой целью автоматические выключатели отключают и снимают предохранители на обоих полюсах шин электромагнита отключения. Затем собирают схему, при которой цепь с неуправляемым выключателем отключается другим выключателем — шиносоединительным (ШСВ) или обходным.

Зимой при температуре окружающего воздуха ниже минус 25 °C из-за повышения вязкости масла резко ухудшаются условия гашения дуги в масляных выключателях. Поэтому для улучшения условий работы масляных выключателей в зимнее время должен включаться электроподогрев, отключение которого производится при температуре выше минус 20 °C.

На надежность выключателей большое влияние оказывает качество работы их приводов, особенно при отклонениях напряжения от номинального в сети оперативного тока. Любое отклонение напряжения в ту или иную сторону представляет опасность для выключателя.

Так, при понижении напряжения в силовых цепях привод может недовключить выключатель, что представляет опасность при работе в режиме АПВ.

При повышении напряжения электромагниты могут развить слишком большие усилия, которые приведут к поломкам деталей привода и повреждению запирающего механизма.

Для предупреждения отказов в работе приводов их периодически проверяют при напряжении 0,8 и 1,15Uном. При отказе в отключении выключатель должен быть выведен в ремонт.

 

4.2.3. Обслуживание воздушных выключателей

Конструктивные схемы воздушных выключателей различны. Однако их общими элементами являются:

дугогасительные устройства;

устройства создания изоляционного промежутка между контактами выключателя при его отключенном положении;

изоляционные конструкции;

шунтирующие резисторы;

резервуары для хранения сжатого воздуха;

механизмы системы управления.

В воздушных выключателях сжатый воздух выполняет следующие две функции: гашение дуги и управление механизмом выключателя.

Конструктивные схемы воздушных выключателей на ПС отличаются способом создания изоляционного промежутка между контактами выключателя, способом подачи сжатого воздуха в дугогасящие устройства, системой управления выключателем, наличием шунтирующих резисторов и делителей напряжения и др.

В качестве материала для изоляции токоведущих частей от земли служит фарфор.

Наиболее характерными причинами отказов воздушных выключателей являются следующие:

отказы в отключении токов КЗ, которые происходят из-за недостаточной отключающей способности воздушных выключателей гасить электрическую дугу, а также при отключении неудаленных КЗ, сопровождающихся большой скоростью восстановления напряжения на контактах. При удалении точки КЗ от шин ПС скорость восстановления напряжения уменьшается. Для улучшения работы выключателей в таких случаях применяется шунтирование дугового разрыва низкоомным резистором и повышение эффективности дугогасящих устройств путем увеличения последовательно включенных мест разрыва;

дефекты контактных систем из-за дефектов конструкций отдельных узлов выключателя, заклинивания деталей, приводящих к зависанию подвижных контактов в промежуточном положении или к недостаточному вжиманию контактов. Если зависание происходит во время отключения КЗ, то горящей дугой разрушаются контактные системы и фарфоровая изоляция;

перекрытия опорной изоляции по наружной поверхности, которые обусловлены в основном загрязнением изоляторов уносами с предприятий и пылью при ее увлажнении. Проникновение влаги внутрь изоляторов, а также прекращение продувки внутренних полостей воздухопроводов приводит к перекрытию изоляции по внутренней поверхности и разрушениям выключателей;

неисправности механизмов приводов и клапанов , с которыми связано значительное число отказов в работе выключателей, обусловленных дефектами клапанов, попаданием под клапаны посторонних предметов, повреждением электромагнитов и цепей управления. Иногда происходит самопроизвольное уменьшение сброса давления из-за попадания в каналы клапанов пыли и смазки. Все эти неисправности, как правило, приводят к неполнофазной работе выключателей;

повреждение резиновых уплотнителей происходит из-за потери упругих свойств резины и приводит к нарушению герметичности соединений. Для устранения таких нежелательных явлений производится обжатие всех элементов эластичного крепления изоляторов. Следует учесть, что частые обжатия приводят к деформации и преждевременному выходу из строя резиновых прокладок и уплотнений.

Осмотры воздушных выключателей являются неотъемлемой частью процедуры их обслуживания.

При осмотре по показаниям сигнальных ламп и манометров проверяется фактическое положение всех фаз воздушного выключателя, отсутствие утечек воздуха, целостность изоляторов гасительных камер, отделителей, шунтирующих резисторов и емкостных делителей напряжения, опорных колонок и изолирующих растяжек, а также отсутствие загрязненности поверхности изоляторов.

По манометрам, установленным в распределительном шкафу, контролируется давление воздуха в резервуарах выключателя и поступление его на вентиляцию.

У воздушных выключателей давление должно быть на уровне 2 МПа. При давлении ниже 1,6 МПа один из манометров размыкает цепь включения и отключения, а другой при давлении ниже 1,9 МПа переключает цепи АПВ на отключение.

Для воздушных выключателей отечественного производства отклонения давлений от номинального нормируются следующими значениями:

Контроль за поступлением воздуха на вентиляцию ведется по указателю продувки, представляющему собой стеклянную трубку с находящимся в ней алюминиевым шариком. Шарик под действием струи воздуха должен находиться во взвешенном состоянии между рисками, нанесенными на указателе. Регулирование расхода воздуха осуществляется винтом на верхней части редукторного клапана.

Включение выключателей, длительно находящихся без вентиляции, должно производиться после просушки их изоляции путем усиления продувки в течение 12–24 ч. При этом шарик указателя продувки будет находиться в верхнем положении.

При осмотре визуально проверяется целостность резиновых уплотнений в соединениях изоляторов гасительных камер, отделителей и их опорных колонок.

Обслуживание выключателей в процессе эксплуатации включает проведение следующих мероприятий:

из резервуаров выключателей с периодичностью 1–2 раза в месяц удаляется накопившийся в них конденсат;

с той же периодичностью продувается сжатым воздухом рабочего давления воздухораспределительная сеть. Несоблюдение периодичности продувок при резких изменениях температуры окружающей среды приводит к конденсации влаги в резервуарах выключателей и образованию льда в воздухораспределительной сети;

чтобы не допускать скопления конденсата в блоках пневматических клапанов, из них также удаляют конденсат через спускной клапан;

при понижении температуры окружающего воздуха ниже 5 °C в шкафах управления и в распределительном шкафу включают электрический обогрев;

не реже 2 раз в год проверяют работоспособность выключателя путем контрольных опробований на отключение и включение при номинальном и минимально допустимом давлении.

Воздух, поступающий в резервуары выключателей, должен быть очищен от механических примесей. Очистка и осушка воздуха производятся компрессорной воздухоприготовительной установкой. Для дополнительной очистки сжатого воздуха в распределительных шкафах выключателей установлены войлочно-волосяные фильтры. Смена фильтрующих патронов в них должна производиться систематически в зависимости от степени загрязнения воздуха.

 

4.2.4. Обслуживание элегазовых выключателей

Элегазовые выключатели являются одним из самых современных типов высоковольтных выключателей и получают все более широкое применение, в основном в КРУ 110–220 кВ. Эти выключатели являются достаточно надежными в работе и долговечными; они позволяют осуществлять не менее 10 тысяч операций включения и отключения номинального тока и 40 отключений номинального тока КЗ.

В качестве дугогасительной, изолирующей и теплоотводящей среды в них применяется электротермический газ (элегаз) — шестифтористая сера SF6.

Элегаз обладает следующими достоинствами: он безвреден, химически не активен, не горит и не поддерживает горение, обладает повышенной теплопроводностью, удачно сочетает в себе изоляционные и дугогасящие свойства и легкодоступен. Электрическая прочность элегаза в 2,5 раза больше прочности воздуха. Его электрические характеристики обладают высокой стабильностью. При нормальной эксплуатации элегаз не действует на материалы и конструкции, не стареет и не требует такого ухода, как, например, масло.

Электрическая дуга частично разлагает элегаз. Основная масса продуктов разложения восстанавливается (рекомбинирует). Оставшаяся часть поглощается фильтрами-поглотителями, встроенными в резервуары выключателей. Продукты разложения, не поглощенные фильтрами, взаимодействуют с влагой, кислородом и парами металла и выпадают в выключателях в виде тонкого слоя порошка. Сухой порошок является хорошим диэлектриком.

Полюс элегазового выключателя представляет собой герметичный заземленный, заполненный сжатым воздухом металлический резервуар, в котором размещено дугогасительное устройство. Оно крепится к стенкам резервуара с помощью эпоксидных опорных изоляторов.

Подвижные части дугогасящего устройства выключателя перемещаются изоляционной тягой, связанной с пневматическим приводом, шток которого входит в резервуар.

В процессе обслуживания элегазовых выключателей персонал обязан следить за давлением элегаза в резервуарах выключателей, с тем чтобы предотвратить чрезмерные утечки элегаза и снижение по этой причине электрической прочности изоляционных промежутков.

Контроль давления осуществляется по показаниям манометров и плотномеров. Плотномеры используются в случаях, когда температура окружающей среды изменяется в широких пределах, что затрудняет измерение давления.

При эксплуатации практически невозможно обеспечить абсолютную герметизацию резервуара, в связи с чем утечки элегаза неизбежны, но они не должны превышать 3 % общей массы в год.

Проводить операции с выключателями при пониженном давлении элегаза не допускается.

При осмотрах выключателей проверяется: чистота наружной поверхности, отсутствие звуков электрических разрядов, треска, вибраций, работа приточно-вытяжной вентиляции, температура в помещении РУ (должна поддерживаться на уровне не ниже 5 °C), а также проверяется давление в резервуарах пневматических приводов выключателей (должно находиться в пределах 1,6–2,1 МПа).

Элегаз в 5 раз тяжелее воздуха и при утечках скапливается в пониженных местах (на полу, в подвалах, траншеях, кабельных каналах). Персонал, находящийся в таких местах, почувствует недостаток кислорода и удушье. Безопасный уровень концентрации чистого (не загрязненного продуктами разложения) элегаза в помещении составляет порядка 0,1 % (5000 мг/м3), а при кратковременном пребывании — до 1 %.

Поэтому проведение работ в помещениях РУ, где обнаружена утечка элегаза, может допускаться при включенной приточно-вытяжной вентиляции и применении средств индивидуальной защиты. Следует иметь в виду, что в продуктах разложения элегаза электрической дугой содержатся активные высокотоксичные фториды и сернистые соединения. Наличие продуктов разложения обнаруживается по неприятному запаху. Эти химические соединения в газообразном и твердом состоянии очень опасны для людей.

 

4.2.5. Обслуживание вакуумных выключателей

Вакуумные выключатели находят широкое применение в электроустановках напряжением 10 кВ и выше. По сравнению с другими выключателями высокого напряжения вакуумные выключатели имеют следующие преимущества:

высокое быстродействие;

полную взрыво- и пожаробезопасность;

экологическую чистоту;

широкий диапазон температур (от +200 до −70 °C);

надежность в работе;

минимальные эксплуатационные затраты;

минимальные габаритные размеры;

повышенную устойчивость к ударным вибрационным нагрузкам;

высокую изностойкость при коммутации токов нагрузки;

произвольное рабочее положение вакуумного дугогасительного устройства.

Принцип использования вакуума для гашения дуги при высоких напряжениях был известен давно. Однако на практике их стали применять лишь после появления технических возможностей — создания вакуумночистых проводниковых и изоляционных материалов больших размеров, проведения вакуумночистых сборок этих материалов и получения высокого вакуума.

Главной частью вакуумного выключателя является вакуумная дугогасительная камера.

Конструктивно вакуумный выключатель выполнен следующим образом.

Цилиндрический корпус камеры, как правило, состоит из двух секций полых керамических изоляторов, соединенных металлической прокладкой и закрытых с торцов фланцами. Внутри камеры расположена контактная система и электростатические экраны, защищающие изоляционные поверхности от металлизации продуктами эрозии контактов и способствующие распределению потенциалов внутри камеры. Неподвижный контакт жестко прикреплен к нижнему фланцу камеры, а подвижный контакт проходит через верхний фланец камеры и соединяется с ним сильфоном из нержавеющей стали, создающим герметичное подвижное соединение. Камеры полюсов выключателя крепятся на металлическом каркасе с помощью опорных изоляторов.

Подвижные контакты камер управляются общим приводом с помощью изоляционных тяг и перемещаются при отключении на 12 мм, что позволяет достигать высоких скоростей отключения — порядка 1,7–2,3 м/с.

Воздух из камер откачан до глубокого вакуума, который сохраняется в течение всего срока их службы. Поэтому гашение электрической дуги в вакуумном выключателе происходит при полном отсутствии среды, проводящей электрический ток. Вследствие этого изоляция межэлектродного промежутка восстанавливается быстро и дуга гаснет при первом же прохождении тока через нулевое значение. При этом эрозия контактов под действием дуги незначительна — в пределах допустимого значения (4 мм).

При обслуживании вакуумных выключателей проверяется отсутствие дефектов изоляторов (сколов и трещин) и загрязнений их поверхности, а также отсутствие следов разрядов и коронирования.

 

4.2.6. Операции с выключателями и проверка их работоспособности

К операциям с выключателями следует отнести, в первую очередь, ручное отключение и включение ручным приводом.

Ручное отключение масляного выключателя с дистанционным приводом производится воздействием на сердечник отключающего электромагнита или защелку привода. При этом следует помнить, что если на линии имеется АПВ, работающее по принципу несоответствия положений выключателя и его ключа управления, то после ручного отключения выключателя произойдет его повторное включение устройством АПВ.

Включение ручным приводом производится быстрым поворотом рычага (штурвала) до упора, но без приложения больших усилий в конце хода. Ручной привод должен быть отделен от выключателя стенкой или прочным металлическим щитом для защиты персонала от травм при возможном повреждении выключателя в случае подачи напряжения на неустраненное после автоматического отключения КЗ или недопустимо оставленную после производства работ на оборудовании закоротку.

Представляет опасность включение масляного выключателя после его автоматического отключения, если ключ управления масляным выключателем находится в непосредственной близости от выключателя. В этом случае следует пользоваться переносной нормально разомкнутой кнопкой, которая подключается при помощи шнура к цепи управления выключателем и позволяет персоналу подавать импульс на его включение, находясь от выключателя на безопасном расстоянии.

Включение воздушных выключателей кнопками пневматического управления не производится.

Отключение воздушного выключателя кнопкой местного управления допускается лишь в том случае, когда быстрое отключение выключателя может предотвратить опасность для жизни людей или обеспечить сохранность оборудования.

Опробование воздушных выключателей в процессе наладки и испытаний выполняется дистанционно со щита управления или из специального укрытия (фургона). При этом никто из членов бригады не должен находиться ближе 100 м от воздушного выключателя. О каждой операции отключения воздушного выключателя, сопровождающегося сильным выхлопом, работающие предупреждаются сиреной.

При сильном броске тока во время включения выключателя, указывающего на наличие КЗ или недопустимое несинхронное включение, выключатель должен быть немедленно, не дожидаясь срабатывания релейной защиты, отключен поворотом ключа.

Выключатели ПС, оснащенные устройством телемеханики, должны быть до начала выполнения операций персоналом непосредственно на самой ПС переведены на местное управление.

Проверка положения выключателя осуществляется двумя способами: на месте установки выключателя и по показаниям сигнальных ламп и измерительных приборов на щите управления.

Проверка на месте установки выключателя производится по его механическому указателю, положению рабочих контактов выключателей с видимым разрывом цепи тока, показанию манометров и сигнальных ламп воздушных выключателей. Такой способ проверки является обязательным, если после отключения выключателя предстоят операции с разъединителями или отделителями данной электрической цепи.

Перед началом операций с шинными разъединителями при переводе электрических цепей с одной системы шин на другую проверяется положение ШСВ.

В КРУ отключенное положение выключателя должно проверяться перед каждой операцией перемещения тележки в шкафу КРУ из рабочего положения в контрольное, и наоборот.

Проверка положений выключателя на месте их установки должна выполняться пофазно, если такую проверку допускает их конструкция.

Проверка по показаниям сигнальных ламп и измерительных приборов производится при отключении выключателя электрической цепи без проведения в дальнейшем операций с разъединителями, при отключении выключателя с последующим проведением операций с разъединителями при помощи дистанционного привода, при включении под нагрузку линии, трансформатора, при подаче и снятии напряжения с шин. Во всех этих случаях нет необходимости проверять действительное положение выключателя в РУ, если по измерительным приборам и сигнальным лампам видно, что операция с выключателем состоялась.

Способ проверки положения выключателя по сигнальным лампам и измерительным приборам не должен заменять вышеизложенный основной способ, а может лишь применяться в качестве дополнительного способа проверки на месте установки выключателя.

 

4.3.1. Обслуживание разъединителей и отделителей

Разъединители не имеют дугогасящих устройств; они предназначены для включения и отключения участков электрической цепи высокого напряжения с целью обеспечения безопасного производства работ на отключенном участке, заземления участков при помощи стационарных заземляющих ножей.

Кроме того, разъединители служат для создания видимого разрыва, отделяющего выведенное из работы оборудование от токоведущих частей, находящихся под напряжением, для вывода его в ремонт или для безопасного производства работ.

Разъединитель — это аппарат, широко применяемый в РУ, который органически связан с принципиальной схемой и конструкцией РУ Многообразие схем и конструкций РУ диктует необходимость разнообразных конструктивных исполнений разъединителей.

К разъединителям предъявляются следующие требования:

должны создавать ясно видимый разрыв цепи, соответствующий классу напряжения установки;

их приводы должны иметь устройства жесткой фиксации ножей в каждом из двух оперативных положений: включенном и отключенном. Кроме того, они должны иметь надежные упоры, ограничивающие поворот ножей на угол, больший заданного;

разъединители должны включаться и отключаться при любых наихудших условиях окружающей среды, например, при обледенении;

опорные изоляторы и изоляционные тяги должны выдерживать механические нагрузки, возникающие при выполнении операций;

главные ножи разъединителей должны иметь блокировку с ножами заземляющего устройства, исключающую возможность одновременного включения тех и других;

разъединители должны иметь надлежащую изоляцию, обеспечивающую надежную работу и безопасное обслуживание при перенапряжениях и ухудшении атмосферных условий.

При выполнении операций с разъединителями на присоединении, отключенном выключателем, с привода этого выключателя снимается оперативный ток и принимаются меры, исключающие самопроизвольное включение выключателя. На ключ управления отключенного выключателя вывешивается плакат «Не включать — работают люди».

Операции с разъединителями разрешается производить только при отсутствии у них дефектов и повреждений.

Разъединители отличаются друг от друга по роду установки (внутренней и наружной установки), по числу полюсов (однополюсные и трехполюсные), по характеру движения ножа (вертикально-поворотного и качающегося типа).

Трехполюсные разъединители управляются рычажным приводом (ПР) и приводом с червячной передачей (ПЧ), однополюсные — оперативной изоляционной штангой.

Для управления разъединителями применяются ручные, элек-тродвигательные и пневматические приводы.

Ручные приводы могут быть рычажными серии ПР и с червячной передачей серии ПЧ и приводиться в действие человеком вручную. Однополюсные разъединители внутренней установки напряжением до 35 кВ управляются также оперативными изолирующими штангами.

При ручном отключении разъединителей вначале делают пробное движение рычагом привода, чтобы убедиться в исправности тяг, отсутствии качаний и дефектов изоляторов. Если в момент расхождения контактов между ними возникает дуга, что может быть в результате разрыва цепи тока нагрузки, разъединители немедленно включают и до выяснения причин образования дуги операции с ними не производят.

Электродвигательные приводы применяются для управления разъединителями наружной и внутренней установки и приводятся в действие электрической энергией. Их изготавливают на номинальные напряжения 110 и 220 В постоянного тока и 127, 220 и 380 В переменного тока. Приводной электродвигатель питается от сети переменного тока 380 В через контакты реверсивного магнитного пускателя. В приводе предусмотрена механическая блокировка, не допускающая ошибочное проведение операций с главными ножами при включенных ножах стационарных заземлителей. Имеется также блокировка, запрещающая дистанционное управление разъединителями в момент управления с места.

В зависимости от номинального напряжения и конфигурации разъединителей время на одну операцию приводом составляет от 4 до 20 с, причем начатая приводом операция завершается независимо от длительности подачи команды.

Для дистанционного управления разъединителями 6—10 кВ внутренней установки применяются электродвигательные приводы, управляющие сразу тремя фазами разъединителей. Приводы питаются от источника постоянного тока 220 В.

Пневматические приводы устанавливают непосредственно на рамах разъединителей, вследствие чего отпадает надобность в соединительных тягах. Их применение целесообразно на ПС, где имеются установки для производства сжатого воздуха. Привод работает при номинальном давлении сжатого воздуха 2 МПа.

В электрическую схему блока помимо кнопок входят электромагниты включения и отключения, воздействующие на открытие пусковых клапанов, и вспомогательные контактные пары, срабатывающие в конце хода включения и отключения разъединителей. В шкафу блока управления установлен подогреватель, который включается при температуре наружного воздуха ниже 5 °C.

В отличие от электродвигательных приводов в пневматических приводах не предусмотрены механизмы ручного управления разъединителями.

Отделители по конструкции токоведущих частей не отличаются от разъединителей. Их контактная система не приспособлена для операций под рабочим током нагрузки.

Основным назначением отделителей является быстрое отключение поврежденного участка электрической сети в бестоковую паузу. Допускаются также операции отключения и включения участков линии или элементов схемы, находящихся без напряжения, или намагничивающих и зарядных токов.

Отделители управляются полуавтоматическими приводами (например, типа ПРО-1У1), с помощью которых возможно дистанционное или с места установки отключение отделителей от устройства релейной защиты, а также включение отделителей вручную съемной рукояткой. При ручном включении отделителей одновременно взводятся и встроенные пружины. Запасаемая в них энергия используется для отключения отделителей. Процесс отключения длится не более 0,5 с.

При автоматизации ПС отделители используются не только для отключения электрических цепей, но и для переключения ПС в бестоковую паузу на резервный источник питания.

Отделители применяются в основном на ПС без выключателей со стороны ВН.

На таких ПС кроме отделителей устанавливаются и короткозамыкатели, для того чтобы при внутренних повреждениях трансформаторов быстро создавать мощные искусственные КЗ на питающих линиях, отключаемых затем выключателями.

После снятия напряжения поврежденный трансформатор отключается отделителем, а линия включается в работу действием АПВ.

Коммутационная способность разъединителей и отделителей. Разъединителями и отделителями разрешается включение и отключение:

ТН зарядного тока шин и подстанционного оборудования всех напряжений, кроме конденсаторных батарей;

параллельных ветвей, находящихся под током нагрузки, если разъединители этих ветвей шунтированы другими включенными разъединителями или выключателями;

намагничивающих токов силовых трансформаторов и зарядных токов ВЛ и КЛ;

нейтралей трансформаторов и дугогасящих катушек при отсутствии в сети замыкания фазы на землю.

На рис. 4.2. показано, что во всех случаях операций с разъединителями, находящимися под напряжением, ими замыкается или размыкается только цепь зарядного тока, обусловленного емкостью С.

Рис. 4.2. Схема, поясняющая отключение шинным разъединением небольшого зарядного тока:

QS 1, 2, 3 — разъединители;

C — емкость токоведущих частей на землю

Зарядные токи оборудования ПС и шин малы, и коммутация их разъединителями не опасна. Возникающие при этом емкостные дуги хотя и растягиваются, но не содержат большого количества тепла; их температура сравнительно невысока (до 1000 °C) и не приводит к подгоранию или оплавлению контактных поверхностей.

Если ШСВ и шинные разъединители переводимых с одной системы шин на другую присоединений удалены друг от друга на сравнительно большие расстояния (порядка десятков и сотен метров) и по соединяющим их сборным шинам проходят большие токи, создающие значительное падение напряжения на этом участке, то при операциях с разъединителями может возникнуть достаточно сильная дуга. Чтобы избежать ее появления, создается дополнительная параллельная ветвь включением на обе системы шин разъединителей любого другого присоединения, расположенного вблизи середины расстояния между ШСВ и разъединителями коммутируемого присоединения.

Сначала производят операции с разъединителями удаленного присоединения, потом отключают разъединители, включением которых создалась дополнительная шунтирующая цепь.

В такой ситуации недопустимо шунтирование и расшунтирование разъединителями реакторов, поскольку при этом разность напряжений на контактах разъединителей будет равна падению напряжения на реакторе, которое может оказаться значительным, что вызовет возникновение дуги, опасной для персонала.

В ЗРУ 6-35 кВ разъединителями и отделителями отечественного производства допускается включение и отключение намагничивающего тока трансформаторов, зарядного тока ВЛ и КЛ, а также тока замыкания на землю не выше следующих значений:

разъединителей изолирующих перегородок позволяет увеличить включаемый и отключаемый ток в 1,5 раза.

На ОРУ в зависимости от конструкции разъединителей или отделителей и расстояния между полюсами разрешается отключение и включение намагничивающего тока трансформаторов и зарядных токов ВЛ и КЛ, значения которых не должны превышать приведенных в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Окончание табл. 4.2

С целью увеличения диапазона токов, отключаемых разъединителями и отделителями, их снабжают дутьевыми приставками, с помощью которых формируется и направляется на дугу, возникающую между расходящимися контактами аппарата, сильная струя воздуха. Сжатый воздух из баллона интенсивно охлаждает дугу и деионизирует межконтактный промежуток.

Для определения длины ВЛ 35 и 110 кВ, отключаемой или включаемой без нагрузки разъединителями и отделителями, необходимо знать следующие исходные данные:

Зарядный ток КЛ, А/км, определяется по следующей формуле:

Ток замыкания на землю в воздушных сетях с изолированной нейтралью определяется по следующей формуле:

в кабельных сетях с изолированной нейтралью:

Осмотры разъединителей, отделителей и короткозамыкателей. Перед включением или отключением разъединители или отделители осматривают. Они не должны иметь видимых дефектов и повреждений. Операции с разъединителями, у которых при измерении или осмотре обнаружены дефектные изоляторы, выполняют лишь после снятия с них напряжения.

При осмотре основное внимание следует обращать на состояние контактных соединений и изоляцию аппаратов, которые являются у них наиболее ответственными и слабыми частями, а также на отсутствие продольных и кольцевых трещин на изоляторах, особенно в частях, примыкающих к фланцам.

При размыкании больших токов, загрязнении, окислении и слабом нажатии контакты нагреваются и выгорают. При обнаружении признаков нагрева термосвечами или переносным прибором (электротермометром) производится проверка температуры нагрева. Если температура нагрева превышает допустимую, аппарат следует вывести в ремонт.

Загрязнение поверхности изоляторов приводит к снижению разрядного напряжения, а при дожде, тумане или сильной росе — к их перекрытию.

Кроме того, при включении и отключении изоляторы воспринимают большие нагрузки. Поэтому во избежание их поломок не следует производить плановые переключения в неблагоприятные погодные периоды, а также при резких похолоданиях, когда в изоляторах появляются значительные внутренние напряжения.

При осмотрах следует обращать внимание на отсутствие продольных и кольцевых трещин на изоляторах, а также повреждений в арматуре и в цементных швах. При обнаружении поверхностных дефектов (сколов, следов ударов) аппараты должны выводиться в ремонт.

Операции под напряжением с разъединителями, имеющими дефекты, могут производиться лишь в исключительных случаях по специальному разрешению уполномоченного на это лица.

 

4.3.2. Операции с разъединителями и отделителями

Одним из важных общих положений, которые должны соблюдаться персоналом в цепях с разъединителями и отделителями, является то, что отключение намагничивающих и зарядных токов выполняется отделителями, позволяющими быстро выполнять операции благодаря наличию встроенных пружин, а включение — разъединителями при предварительно включенных отделителях.

При отключении ненагруженного трансформатора разъединителями или отделителями возможен кратковременный неполнофазный режим вследствие неодновременного размыкания контактов отдельных полюсов, что может вызвать появление перенапряжений. Опасность перенапряжения наименьшая у трансформаторов с заземленной нейтралью. Поэтому перед отключением трансформатора от сети заземляют его нейтраль, если в нормальном режиме она была разземлена и защищена разрядником. Рекомендуется также предварительно отключать дугогасящие реакторы.

После проведения операций включения или отключения разъединителей или отделителей осмотром проверяют их действительное положение, так как возможны случаи недовключения ножей, попадание ножей мимо губок, обрывы тяг, разрегулировка приводов и др.

В РУ все операции по отключению и включению разъединителей присоединения, имеющего в своей цепи выключатель, должны выполняться после проверки отключенного положения выключателя на месте его установки.

Прежде чем отключить разъединители и отделители, необходимо произвести их внешний осмотр. Эти аппараты, их приводы и блокирующие устройства не должны иметь повреждений, препятствующих выполнению операций. Особое внимание должно быть обращено на отсутствие шунтирующих перемычек.

При обнаружении тех или иных дефектов операции с разъединителями под напряжением должны выполняться с большой осторожностью и только с разрешения лица, отдавшего распоряжение о переключении. Запрещаются операции с разъединителями под напряжением, если на изоляторах обнаружены трещины.

Включение разъединителей ручным приводом следует выполнять быстро и решительно, но без удара в конце хода. При появлении между контактами дуги ножи разъединителей не следует отводить обратно, поскольку при расхождении контактов дуга может удлиниться, перекрыть промежуток между фазами и вызвать КЗ. Во всех случаях операция включения должна проводиться до конца, так как при соприкосновении контактов дуга погаснет, не причинив повреждений оборудованию.

Отключение разъединителей, наоборот, должно производиться медленно и осторожно. Вначале рычагами привода делается пробное движение, с тем чтобы убедиться в исправности тяг, отсутствии качаний и поломок изоляторов. Если в момент расхождения контактов возникнет дуга, разъединители необходимо немедленно включить и до выяснения причин образования дуги операции с ними не производить.

Разъединителями разрешается выполнять операции:

включения и отключения зарядного тока ошиновки и оборудования всех классов напряжения (кроме тока конденсаторных батарей);

включения и отключения ТН, нейтралей силовых трансформаторов и дугогасящих реакторов с номинальным напряжением до 35 кВ включительно при отсутствии в сети замыкания фазы на землю или резонанса;

включения и отключения ТН электромагнитного типа с номинальным напряжением 110 кВ и выше;

шунтирования и расшунтирования включенных выключателей (с приводов которых снят оперативный ток) вместе с прилегающей к ним ошиновкой.

В кольцевых сетях 6-10 кВ разрешается отключение разъединителями уравнительных токов до 70 А и замыкание разъединителем сети в кольцо при разности напряжений в момент операции на ПС, питающих стороны этого разъединителя, не более 5 %.

Допускается отключение и включение трехполюсными разъединителями наружной установки при напряжении 10 кВ и ниже тока нагрузки до 15 А.

Допускается дистанционное отключение разъединителями неисправного выключателя 220 кВ и выше, зашунтированного одним выключателем или цепочкой из нескольких выключателей других присоединений системы шин (схема четырехугольника, полуторная и т. п.), если отключение выключателя может привести к его разрушению или обесточению ПС.

Операции с однополюсными разъединителями, проводимые с помощью оперативных штанг, должны выполняться в той очередности, которая обеспечивает наибольшую безопасность для персонала.

Поэтому при любом расположении разъединителей (в горизонтальном или вертикальном ряду) первым всегда следует отключать разъединитель средней фазы, затем при расположении разъединителей в горизонтальном ряду поочередно отключают крайние разъединители, а при вертикальном расположении разъединителей (один над другим) вторым отключают верхний разъединитель, третьим — нижний.

Операции включения однополюсных разъединителей выполняют в обратном порядке.

В цепях, содержащих выключатели с пружинными приводами, операции с разъединителями следует выполнять при ослабленных пружинах, чтобы избежать случайных включений выключателей во время производства операций с разъединителями.

Для защиты персонала от воздействия дуги при отключении разъединителями или отделителями малых токов над приводами аппаратов сооружаются козырьки из несгораемого материала, а приводы трехполюсных разъединителей 6—35 кВ внутренней установки отделяются от разъединителей стенкой или глухим щитом.

При проверке положения аппарата каждая его фаза должна проверяться отдельно.