Классификация электрических аппаратов высокого напряжения

Электрические аппараты высокого напряжения (АВН) применяются в электроэнергетических системах для работы в схемах электроснабжения потребителей и в измерительных схемах, как в нормальном режиме эксплуатации, гак и в аварийных режимах работы (короткое замыкание, перенапряжения в цепи, асимметричный режим работы и др.).

Критерием уровня напряжения для АВН является класс напряжения 3 кВ (нижняя граница) и 750 кВ (разрабатываются аппараты на класс напряжения 1150 кВ) — верхняя граница применения АВН.

Аппараты высокого напряжения по функциональным признакам подразделяются на следующие разновидности:

• • коммутационные аппараты (выключатели, выключатели нагрузки, предохранители, разъединители, заземлители, короткозамыкатели);
• • ограничивающие аппараты (разрядники, ограничители перенапряжения, реакторы);
• • измерительные аппараты (измерительные трансформаторы тока и напряжения):
• • комплектные распределительные устройства (КРУ) и комплектные трансформаторные подстанции (КТП).

На рис. 9.1 показана схема электростанции с распределительными устройствами (РУ) на 10 и 110 кВ. Для простоты схема выполнена в однолинейном исполнении. На примере этой схемы рассмотрим назначение и место различных АВН в системе электроснабжения потребителей. Системы управления и контроля низкого напряжения на схеме не показаны.

Рис. 9.1. Схема электростанции с РУ на 10 и 110 кВ:

G1 и G2 — генераторы; LR — токоограничивающий реактор; Т1 и 72 — повышающие силовые трансформаторы; Q — выключатель; QB — выключатель секционный;

QS — разъединитель; /•' — разрядник; W — линия электропередачи Источником напряжения являются два генератора G1 и G2 (один из них резервный). Повышающие трансформаторы Т1 и Т2 поднимают уровень напряжения до необходимого (например, 110 кВ) для транспортировки к потребителям. Два других трансформатора ТЗ и Т4, понижающие, используются для собственных нужд подстанции.

Рассмотрим АВН, используемые в схеме, включая их разновидности.

Коммутационные аппараты. Высоковольтные выключатели Q выполняют функции защиты источников энергии и цепей от аварийных режимов, в первую очередь, от короткого замыкания КЗ (например, однои трехфазиого) [2]. Возникающие при КЗ токи значительно превышают номинальные значения, что может вызвать выход потребителей и соединительных проводов из строя. Особенно опасными они являются на зажимах генераторов и распределительных устройств (РУ), а также при неудаленном КЗ.

На разных уровнях от источника энергии до потребителей используются различные виду выключателей: на уровне напряжений от 3 до 20 кВ часто используются электромагнитные и маломасляные выключатели. В настоящее время они активно заменяются вакуумными выключателями (до 35 кВ). От 35 до 220 кВ еще продолжают использоваться масляные (баковые) выключатели, от 110 до 1150 кВ — воздушные выключатели. Однако они заменяются элегазовыми выключателями практически во всех классах высокого напряжения. Тем не менее, не стоит забывать, что уровень оснащенности российских подстанций масляными выключателями достаточно высок, а учитывая, что срок их службы свыше 25 лет, они еще долго будут применяться в старых схемах электроснабжения.

Выключатели нагрузки (на схеме не показаны) могут быть включены на входе РУ и обеспечивают коммутацию цепей в номинальном режиме работы. Они имеют дугогасительное устройство, но могут коммутировать только токи холостого хода трансформаторов и линий электропередачи.

Разъединители (QS на схеме рис. 9.1) коммутируют цепь только в обесточенном состоянии и служат для обеспечения гальванической развязки в виде видимого разрыва, что обеспечивает защиту персонала. Часто они снабжаются заземлителями.

Отделители также коммутируют обесточенную цепь, но их контактный орган находится в закрытой оболочке, заполненной газом с повышенным давлением, что позволяет снизить размеры межконтактного промежутка и повысить быстродействие устройства.

Короткозамыкатель используется для создания искусственного КЗ при проведении испытаний аппаратов. По конструкции он похож на заземлитель, но имеет быстродействующий привод.

Высоковольтные предохранители — это аппараты разового действия, обладающие высоким быстродействием и выполняющие функции защиты цепей от КЗ.

Ограничивающие аппараты. Разрядники (F) и ограничители перенапряжения (ОПН) служат для ограничения уровня перенапряжений в цепи, вызванных атмосферными и коммутационными процессами, которые опасны для изоляции проводников. Реакторы служат для ограничения токов КЗ и поддержания требуемого уровня напряжения на сборных шинах РУ. Снижая токи КЗ, мы тем самым понижаем требования к коммутационной аппаратуре высокого напряжения по показателям термической и электродинамической стойкости и повышаем надежность работы системы.

Измерительные аппараты. Измерительные трансформаторы тока и напряжения (на рис. 9.1 не показаны) позволяют, используя низковольтную измерительную аппаратуру, измерять уровни токов и напряжений в цепях высокого напряжения, достигающие больших значений. При этом обеспечивается гальваническая развязка цепей низкого и высокого напряжения.

Комплектные распределительные устройства (КРУ) — совокупность высоковольной и низковольтной аппаратуры, выполненной в отдельном корпусе, состоящей из отдельных аппаратных ячеек и предназначенной для питания группы крупных потребителей и защиты их от аварийных режимов. На уровне 6 (10) или 35 кВ для определенного набора потребителей используются комплектные трансформаторные подстанции (КТП), понижающие уровень напряжения до 0,4/0,69 кВ, который используется непосредственно потребителями. КТП, как и КРУ, собираются в заводских условиях, а монтируются в местах скопления потребителей электрической энергии (промышленные предприятия, жилищные комплексы, транспортные структуры и т. п.) (подробнее см. параграф 9.2).