Внутренней установки напряжением 10/6 кВ

Комплектные распределительные устройства (КРУ) предназначены для работы в распределительных устройствах сетей трехфазного переменного тока с изолированной или заземленной через дугогасительный реактор нейтралью. КРУ набираются из отдельных камер, в которые встроены электротехническое оборудование, устройства релейной защиты и автоматики, измерительные приборы и т.п. Камеры определенной серии независимо от схемы электрических соединений главной цепи имеют аналогичную конструкцию основных узлов и, как правило, одинаковые габаритные размеры. В зависимости от конструктивного исполнения все КРУ можно разбить на следующие группы: стационарного исполнения (ячейки типа КСО), выкатного исполнения и моноблоки, заполненные элегазом.

В комплектных распределительных устройствах стационарного исполнения коммутационные аппараты, трансформаторы напряжения, трансформаторы собственных нужд небольшой мощности устанавливаются в камерах неподвижно.

В комплектных распределительных устройствах выкатного исполнения вышеперечисленное оборудование устанавливается на выкатных тележках.

Моноблок представляет собой компактное распределительное устройство на три-пять присоединений, заполненное элегазом (выпускаются моноблоки с возможностью расширения), предназначенное для небольших распределительных пунктов и РУВН трансформаторных подстанций 6…20 кВ. Моноблоки имеют принципиально новую конструкцию, использующую современные технологии и аппараты.

КРУ выпускаются для внутренней (внутри здания, в том числе модульного) и наружной установки. Комплектные распределительные устройства выкатного исполнения широко используются на промышленных предприятиях, имеющих большое число присоединений к сборным шинам, они находят распространение также за счет применения вакуумных и элегазовых выключателей. Такие выключатели могут иметь невыкатное, а выдвижное исполнение, не требующее специальных тележек, что определяет перспективность дальнейшего применения КРУ стационарного исполнения. В электроснабжении городов, имеющих относительно спокойный характер нагрузки и небольшое число присоединений к сборным шинам, наиболее широко используются КРУ стационарного исполнения, так как они более дешевы, чем выкатного исполнения и имеют меньшую металлоемкость.

Вместе с тем КРУ стационарного исполнения имеют ряд недостатков [3]:

· меньшая защищенность токоведущих частей и персонала при междуфазных КЗ, в первую очередь на шинах КРУ. Данный недостаток существенно уменьшается в ходе применения оптической дуговой защиты КРУ;

· менее удобные условия при ремонтах, проверках и испытаниях оборудования КРУ.

Данный недостаток компенсируется в значительной мере за счет применения надежного оборудования.

Предприятия электротехнической промышленности выпуска-ют различные серии комплектных распределительных устройств, в том числе КРУ целевого назначения, с различными технически-ми характеристиками, габаритными размерами, параметрами обо-рудования, схемами первичных соединений. Для каждой серии комплектных распределительных устройств заводом-изготови-телем предлагается сетка схем первичных соединений камер (схемы электрических соединений главных цепей) или модулей.

Схемы первичных соединений камер подразделяются на следующие виды: с высоковольтным выключателем (вводы, отходящие линии, секционирование), выключателем нагрузки или выключателем нагрузки и предохранителем (вводы, отходящие линии, секционирование), разъединителями (секционирование), измерительным трансформатором напряжения и др.

На схеме первичных соединений камер показываются все основные элементы установленного электротехнического оборудования. В камерах, предназначенных для среднего расположения в РУ, т.е. такого, при котором с обеих сторон камеры установлены смежные камеры, сборные шины проходят в обе стороны, что и отображается в схеме. При крайнем положении камеры в распределительном устройстве у сборных шин ставится вертикальная линия, показывающая, что в этом месте сборные шины кончаются. В камерах выкатного исполнения отсек сборных шин в этом месте закрывается металлической заглушкой или перегородкой. Такая же линия ставится при наличии в схеме камер секционирования. Камеры на напряжение 6 и 10 кВ комплектуются электрооборудованием на номинальное напряжение 10 кВ, трансформаторы напряжения, разрядники, силовые предохранители, трансформаторы собственных нужд устанавливаются на напряжение 6 и 10 кВ.

В комплектных распределительных устройствах должна предусматриваться защита от дуговых коротких замыканий. Существует два наиболее распространенных типа дуговой защиты, которыми оснащаются производимые в России КРУ: фототиристорная и клапанная. Принцип действия первой основан на контроле светового потока, появляющегося в момент возникновения дуги, с помощью фототиристоров. Фототиристорная дуговая защита обладает хорошей чувствительностью и быстродействием, позволяет локализовать повреждение в начальный момент возникновения дуги, но имеет существенный недостаток – низкую надежность фототиристоров. С развитием производства волоконной оптики стало возможным применение волоконно-оптических кабелей в качестве датчиков обнаружения электрической дуги, что позволило повысить надежность дуговой защиты и улучшить ее характеристики. Современной оптоволоконной защитой оснащены камеры КСО «Аврора».

Клапанная защита реагирует на увеличение давления внутри объема ячейки, возникающего при горении дуги, что приводит к срабатыванию выхлопного клапана. Недостаток клапанной защиты – низкая чувствительность. Камеры всех серий снабжены блокировками, исключающими ошибочные действия обслуживающего персонала с коммутационными аппаратами, что создает безопасные условия эксплуатации камер.

Промышленностью выпускаются комплектные распределительные устройства стационарного исполнения внутренней установки [2]:

• КСО серии 300 с выключателями нагрузки: КСО-366; КСО-392; КСО-399 и др.;

• КСО серии 200 с высоковольтными выключателями:КСО-285, КСО-292; КСО-202, КСО-6(Ю)-Э1 «Аврора» и др.;

• серии КРУ/ TEL.

В большинстве выпускаемых в нашей стране камер стационарного исполнения применяются коммутационные аппараты традиционного конструктивного исполнения и аналогичные конструкции ячеек, в которых сборные шины располагаются открыто в верхней части камеры.

Применяемые в настоящее время камеры КСО-6(10) «Аврора» имеют преимущества перед традиционными камерами серии КСО. В камерах КСО-6(10) используются современные коммутационные аппараты последнего поколения технологически выдвижного исполнения, что позволило значительно сократить габаритные размеры и массу камер и получить существенную экономию путем уменьшения размеров РУ, повысить надежность, эксплуатационную безопасность и срок службы камер.

КСО «Аврора» – серия модульных ячеек в металлических корпусах с воздушной изоляцией.

Ячейки КСО-6(10) «Аврора»-Э1 оснащаются:

– стационарными трехпозиционными разъединителями и выключателя нагрузки автокомпрессионного типа,

– стационарными, но технологическими выдвижными и выкатными, силовыми выключателями, трансформаторами тока, из-мерительными трансформаторами собственных нужд.

Камеры снабжаются микропроцессорными блоками релейной защиты типа IPR. Для защиты от дуговых коротких замыканий на задней стенке камеры устанавливаются разгрузочные клапаны. По заказу потребителя камеры могут быть оснащены современной оптоволоконной дуговой защитой, которая обеспечивает селективную сигнализацию поврежденного отсека ячейки и отключения вводного и секционного выключателя с запретом на АПВ и АВР. В камерах предусмотрена возможность индикации напряжения 10(6) кВ.

Камера представляет собой металлоконструкцию, разделенную на три отсека (рис. 4.1) [2]: отсек сборных шин с медными шинами; отсек аппаратов и присоединений кабелей с коммутационными аппаратами (выключателями нагрузки и разъединителями), ограничителями перенапряжений, трансформаторами напряжения и т.д. Приводы выключателей нагрузки, разъединителей и разъединителей-заземлителей располагаются с фасадной стороны камеры, отсек релейной защиты и вторичной коммутации с микропроцессорным блоком релейной защиты, приборами контроля и учета электроэнергии. Разъединители РТ и выключатели нагрузки ВНТ имеют одинаковую конструкцию и отличаются только наличием дугогасящих контактов и дугогасящей камеры у выключателей нагрузки.

Рис. 4.1. Камера КСО-6(Ю)-Э1 «Аврора»:

1 – отсек сборных шин; 2 – привод разъединителей; 3 – отсек аппаратов

и присоединений; 4 – отсек релейной зашиты и вторичной коммутации;

5 – блок вакуумного выключателя; 6 – двери

Выключатели нагрузки (разъединителей) серии ВНТ (РТ) по сравнению с традиционными аппаратами имеют некоторые особенности:

– трехпозиционная конструкция коммутационных аппаратов, обеспечивающая дополнительную безопасность при оперативных переключениях,

– малое количество механических деталей и узлов сочленения,

– отсутствие заменяемых вкладышей дугогасительных камер,

– пружинный привод и контактная система, не требующая обслуживания в течение всего срока службы,

– поперечное расположение коммутационных аппаратов по отношению к сборным шинам.

Три полюса аппарата установлены на металлическом основании. Перемещение подвижных контактов осуществляется рычагами полюсов, жестко закрепленными на общем валу. Конец вала связан с приводом через соединительную муфту. Полюс выключателя или разъединителя представляет собой два держателя, изготовленные из изоляционного материала, между которыми закреплены подвижный и неподвижный контакты, нижняя отводная шина.

В нижней части держателей установлен пластмассовый корпус. Внутри корпуса находится токоведущий цилиндр, по внутренней поверхности которого скользит подвижный контакт. Токоведущий цилиндр электрически соединен с нижней отводной шиной при помощи двух цилиндрических скользящих контактов. За счет вращения вокруг осей скользящих контактов обеспечивается изменение направления движения подвижных контактов. Неподвижные заземляющие контакты крепятся к металлическому основанию выключателя (разъединителя), к которому крепится шина заземления. В верхней части держателей установлен неподвижный линейный контакт полюса.

Подвижный контакт представляет собой токоведущий цилиндр, покрытый слоем изоляционного материала. Обе оконечности подвижного контакта выполнены в виде ламелей, по которым проходит ток. В оконечности подвижного контакта ввинчены фторопластовые сопла, являющиеся распоркой для ламелей. В выключателе нагрузки сопло необходимо для направления струи воздуха в область горения дуги, возникающей при отключении выключателя.

Каждый полюс выключателя нагрузки оборудуется автокомпрессионным воздушным дугогасительным устройством. Принцип действия дугогасительного устройства основан на гашении дуги продольным по отношению к оси ствола потоком воздуха, возникающим вследствие уменьшения объема внутренней полости корпуса подвижного контакта во время выполнения операции отключения.

Система дугогасительных контактов состоит из подвижного стержневого дугогасительного контакта 1 (рис. 4.2.), установленного внутри непод-вижного главного контакта, и дугогасительной розетки 2 внутри подвижного главного контакта.

Во время выполнения операции отключения сначала происходит размыкание главных контактов, при этом подвижный дугогасительный контакт движется вместе с подвижным главным контактом, удерживаемый дугогасительной розеткой. После размыкания дугогасительного контакта и розетки между ними образуется электрическая дуга, которая гасится потоком воздуха, выходящим из сопла 3 под действием поршня 4, расположенного внутри подвижного главного контакта. В то же время подвижный дугогасительный контакт под действием возвратной пружины начинает двигаться в направлении, противоположном направлению движения подвижного главного контакта. Этим обеспечивается большая скорость увеличения межконтактного промежутка на начальной стадии гашения дуги. Таким образом, эффективное гашение электрической дуги обеспечивается совместным действием двух факторов: продольное воздушное дутье и высокая скорость движения подвижного контакта.

Особенностью ячеек с выключателями нагрузки и предохранителями является автоматическое отключение выключателя нагрузки при перегорании предохранителя любой из фаз, что необходимо в качестве защиты трехфазных электродвигателей от обрыва фазы. Отключающее устройство установлено на основании выключателя и состоит из трех изолированных тяг, закрепленных на общем валу.

Коммутационная аппаратура комплектуется приводами типа «К-0», «К-1», «К-2Е». В ячейке КСО-6(10)-Э1 «Аврора» устанавливаются следующие блокировки (рис. 4.3):

Рис. 4.3. Ячейка КСО-6(10)-Э1

• блокировка включения и отключения разъединителей,

• блокировка, не допускающая включения ВН и разъединителя при включенных ножах заземления данного присоединения,

• блокировка, не допускающая открывания дверей высоковольтного отсека при включенных выключателях нагрузки (разъединителях);

• блокировка, не допускающая включения заземляющего разъединителя при условии, что в других ячейках, от которых возможна подача напряжения на участок главной цепи ячейки, где размещен заземляющий разъединитель, коммутационные аппараты находятся во включенном состоянии.

В качестве силового выключателя в главных цепях ячейки КСО-6(10)-Э1 «Аврора» используетcя вакуумный выключатель типа ВВ/ТЕL.

Релейная защита и автоматика ячеек КСО. Релейная защита и автоматика необходима для защиты трансформаторов, вводов и отходящих линий, синхронных и асинхронных электродвигателей, сборных шин РУ, генераторов.

В ячейках обычно устанавливается следующее оборудование: устройство для коммерческого или технического учета, дополнительные электроизмерительные приборы, схемы автоматизации и управления конкретных объектов, оптоволоконная дуговая защита, элементы системы телемеханики, а также системы сбора и передачи информации. Устройства релейной защиты и автоматики устанавливаются в отсеке релейной защиты и вторичной коммутации. Отсек смонтирован в верхней части ячейки КСО и полностью изолирован от высоковольтного оборудования. В качестве оперативного тока может использоваться переменный ток напряжением 110, 220 В, постоянный ток напряжением 110, 220 В.

Для организации переменного оперативного тока напряжением 220 В на каждую секцию распределительного устройства устанавливается ячейка трансформатора собственных нужд (ТСН). В ячейке ТСН предусмотрен автоматический выключатель для подключения шкафов оперативного тока (ШОТ).

Для защиты различных присоединений в ячейках КСО в базовом варианте устанавливаются микропроцессорные блоки релейной защиты и автоматики (МБРЗ) типа IPR-A и SMPR-A сов-местного производства ОАО ПО «Элтехника» и фирмы «ORION» (Италия).

Виды защит реле IPR-А:

• токовая отсечка от междуфазных замыканий (ТО);

• максимальная токовая защита от междуфазных замыканий (МТЗ);

• токовая отсечка от однофазных замыканий на землю (ЗТО);

• максимальная токовая защита от однофазных замыканий на землю;

• защита от перегрузки с действием на сигнал.

Виды защит реле SMPR-A:

• все виды защит реле IPR-А;

• защита минимального напряжения (ЗМН);

• защита от повышения напряжения (ЗПН);

• защита от повышения/понижения частоты (может использоваться для АЧР);

• защита по снижению/повышению (может использоваться для регулирования батареи статических конденсаторов БСК).

В ячейках КСО, как правило, устанавливаются счетчики активной и реактивной энергии.

Камеры КРУ/ТЕL представляют собой наиболее современные камеры модульной конструкции. Они предназначены для комплектования распределительных устройств напряжением 10(6) кВ трансформаторных подстанций и распределительных пунктов общепромышленного и городского назначения. Камеры КРУ/TEL рекомендуется использовать при частых коммутациях электрической сети.

Камеры набираются из отдельных модулей. В зависимости от числа подключаемых кабелей модули разделяются на одно- и двухкабельные (с возможностью подключения одного или двух кабелей площадью сечением до 240 мм² каждый). Для подключения силовых кабелей используются термоусаживаемые концевые кабельные муфты.

Ячейки с вакуумными выключателями выполняют функции ввода, секционирования РУ, а также коммутации отходящих линий, батарей статических конденсаторов. Они снабжены устройствами микропроцессорной релейной защиты. В качестве аппаратов, обеспечивающих видимый разрыв главных цепей шкафов КРУ/TEL, применяются разъединители или разъединители-заземлители. В камерах используются разъединители, у которых подвижный контакт разъединителя перемещается вдоль вертикальной оси. В ячейках могут быть установлены полупроводниковые ограничители перенапряжений (ОПН) для защиты от импульсных коммутационных перенапряжений. В ячейках установлены два однофазных ТН серии НОЛ либо трехфазные антиферрорезонансные трансформаторы напряжения (ТН) серии НАМИТ, либо группы из трех однофазных ТН серии 3НОЛ. Два последних варианта позволяют осуществлять контроль фазных напряжений и выделять утроенное напряжение нулевой последовательности , являющееся признаком замыкания фазы на землю. Ячейки комплектуются групповой двухступенчатой защитой минимального напряжения (защитой от потери питания).

Характерной особенностью ячеек является установка трансформаторов тока (ТТ) во всех трех фазах, благодаря чему имеется возможность реализации максимальной защиты с реле во всех фазах. Это предотвращает развитие однофазных замыканий на землю в многоместные повреждения, затрагивающие зачастую до 4…5 кабельных линий (КЛ). При наличии ТТ только в крайних фазах (А и С) и появлении дугового замыкания на землю в средней фазе (В) возможно следующее повреждение. Перенапряжения, вызванные дуговым замыканием на землю, приводят к двойным и тройным замыканиям на землю. Релейная защита отключает КЛ, у которых повреждены фазы А или С, а КЛ с замыканием фазы В не отключаются релейной защитой. Сохранившееся на этой линии дуговое замыкание на землю провоцирует пробой изоляции фаз А и С с других КЛ.

Трансформатор собственных нужд – сухой трансформатор, 6(10)/0,4 кВ мощностью 40 кВ·А, подключается к сборным шинам РУВН через выключатель нагрузки и предохранители с отключением при перегорании хотя бы одного предохранителя. На стороне НН трансформатора имеются вводный автомат и автоматы для подключения внешних устройств, например, для производства наладочных работ.

Шкаф оперативного тока предназначен для организации кроме питания цепей оперативного тока цепей собственных нужд РУ. В шкафе установлены элементы схемы АВР собственных нужд, автоматы для защиты присоединений, два источника бесперебойного питания (ИБП), а также понижающие (разделительные) трансформаторы 220/36 В для питания цепей освещения. Схема шкафа позволяет организовать АВР-0,4 кВ, а также обеспечить в течение 15-30 минут после исчезновения напряжения на вводах 0,4 кВ бесперебойное питание от встроенных аккумуляторов цепей оперативного тока типового РП, содержащего 15-25 ячеек КСО.

Ячейки шинного и кабельного перехода используются для присоединения элементов РУ к сборным шинам. Ячейка с БСК предназначена для размещения на выкатной тележке батареи статических конденсаторов для компенсации реактивной мощности с номинальной мощностью 150, 300, 450 кВ. Подключение ячейки с БСК осуществляется с помощью ячейки с вакуумным выключателем.

Во многих ячейках установлены индикаторы напряжения, подключаемые к емкостным делителям напряжения (как конденсаторы и газоразрядные лампы с разъемами). Наличие индикаторов позволяет персоналу осуществлять полный визуальный контроль наличия напряжения на всех элементах РУ, что важно для обеспечения безопасности обслуживания.

Комплектные распределительные устройства выкатного исполнения предназначены для установки в распределительных пунктах 10(6) кВ, в распределительных устройствах 10(6) кВ трансформаторных подстанций, включая комплектные трансформаторные подстанции с первичным напряжением 35-110 кВ.

Основным достоинством КРУ выкатного исполнения является быстрая взаимозаменяемость аппаратов, установленных на вы-катной тележке, что особенно важно для крупных и ответственных электроустановок. Отсутствие разъединителей и применение вместо них специальных скользящих контактов штепсельного типа позволяет повысить надежность камер и удобство их технического обслуживания. КРУ выкатного исполнения выпускаются для токов до 3150 А различных серий: К-59, К-63, K-XXVI, КРУ2-10 и т.д. Они имеют широкий диапазон схем первичных соединений и применяются на подстанциях со сложными схемами главных соединений, при большом числе присоединений и токах вводного выключателя более 1000 А. Промышленностью выпускаются КРУ с одно- и двухсторонним обслуживанием. Применение КРУ одностороннего обслуживания обеспечивает возможность их размещения в помещениях РУ, имеющих меньшую ширину.

Камеры КРУ всех серий имеют жесткую конструкцию, в которую встроены токоведущие части (сборные шины, ответвления), трансформаторы напряжения, трансформаторы тока, ограничители перенапряжений и другое оборудование в соответствии со схемой камеры. Корпус камеры разделен на отсеки: отсек сборных шин, отсек выкатного элемента, линейный отсек, отсек (шкаф) релейной защиты и автоматики.

На выкатных тележках размещаются высоковольтные выключатели, трансформаторы напряжения, предохранители для подключения трансформаторов собственных нужд. В типовых схемах каждой серии предусматривается тележка с разъединителями, роль которых выполняют разъединяющие контакты. В верхней и нижней частях выкатного элемента расположены подвижные разъединяющие контакты, которые при вкатывании элемента в шкаф замыкаются с шинным (верхним) и линейным (нижним) неподвижными контактами. При выкатывании элемента с предварительно отключенным выключателем разъемные контакты отключаются, и выключатель при этом будет отключен от сборных шин и кабельных вводов. Когда выкатной элемент корпуса шкафа выдвинут, обеспечивается удобный доступ к выключателю и его приводу для ремонта, а при необходимости – быстрой замены выключателя другим аналогичным.

В камерах выкатного исполнения в качестве коммутационных аппаратов применяются вакуумные, элегазовые и маломасляные выключатели. Одним из преимуществ элегазовых выключателей является низкий уровень коммутационных перенапряжений, исключающих возможность повреждения изоляции, а также коммутационная способность до 50 кА и электродинамическая стойкость до 128 кА, что позволяет применять их в сетях с большими токами короткого замыкания.

Вся аппаратура управления, измерения и сигнализации устанавливается в отдельном отсеке или в отдельном шкафу, которые размещаются, как правило, сверху корпуса камеры КРУ. Связь вторичных цепей релейного шкафа выполняется с помощью проводов и штепсельных разъемов. Для всех выпускаемых в настоящее время серий камер предусматривается возможность применения микропроцессорных устройств РЗиА.

Комплектные распределительные устройства серии К-63 выпускаются с 2002 г. и предназначены для работы внутри. Отдельно стоящий шкаф с трансформатором собственных нужд предназначен для работы на открытом воздухе. КРУ поставляются отдельными камерами с элементами для стыковки камер в распределительное устройство или транспортными блоками до трех камер в блоке со смонтированными в пределах блока соединениями главных и вспомогательных цепей.

Камеры К-63 унифицированы и независимо от схем электрических соединений главной цепи имеют аналогичную конструкцию основных узлов и одинаковые габаритные размеры. Исключение составляют камеры кабельного ввода (вывода) с вводом кабеля в высоковольтный отсек снизу и сверху камеры, глубина этих камер на 200 мм больше по сравнению с другими камерами. В камере предусмотрены: отсек сборных шин (расположен в ниж-ней части камеры), отсек выкатного элемента, линейный отсек. В верхней части камер устанавливаются релейные шкафы со встроенной аппаратурой РЗиА, аппаратурой управления, измерения и сигнализации, клеммниками и цепями вторичных соединений. Конструкция камеры позволяет подключать не более четырех высоковольтных кабелей сечением 3×240 мм² на ток до 1000 А. Присоединения (вводы, выводы) могут быть как кабельными, так и шинными.

В камерах К-63 предусмотрена быстродействующая дуговая защита, выполненная на фототиристорах, установленных в высоковольтных отсеках камер. Схемы от дуговых замыканий выполнены с блокировкой по току, по напряжению, по току и напряжению, что исключает ложную работу защиты. Кроме того, отсеки камер оборудованы клапанами избыточного давления, контроль положения которых осуществляется путевыми конечными выключателями, подключенными к соответствующим цепям схем дуговой защиты. Внешний вид распределительного устройства с камерами серии К-63 и камеры с шинным и кабельным вводом представлены на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Общий вид РУ с камерами К-63

КРУ серии К-63 может устанавливаться в одном распределительном устройстве с КРУ других серий (КМ-1Ф; К-104; КР-10У4) с помощью переходных шкафов как по секционному выключателю, так и по сборным шинам.

4.2. Комплектные распределительные устройства наружной установки напряжением 10/6 кВ