Оборудование подстанций

Аппараты и конструкции подстанций должны быть надежно присоединены к заземляющей магистрали или непосредственно к заземлителю.

Для болтового присоединения стального заземляющего проводника прямоугольного сечения к корпусу аппарата или к металлоконструкции на конце проводника сверлят отверстие диаметром на 1 мм больше диаметра заземляющего болта. Если же присоединяемый заземляющий проводник имеет круглое сечение, то к его концу приваривают кусок плоской шины с отверстием соответствующего диаметра.

Присоединять заземляющие проводники к оборудованию,- которое часто подвергается демонтажу, рекомендуется гибкими проводниками соответствующих сечений с наконечниками, имеющими отверстия под болт.

Места болтовых присоединений заземляющих проводников к корпусам аппаратов и заземляемым металлическим конструкциям должны быть хорошо зачищены и покрыты техническим вазелином для предохранения от окислений и ухудшения контакта между ними.

В заземляющих устройствах могут быть использованы естественные и искусственные заземлители.

Естественными заземлителями называются металлические сооружения, которые можно использовать для заземления.

Предпочтительнее использовать естественные заземлители, так как при этом не только достигается экономия металла, но отпадает необходимость выполнения значительного объема работ, требующих больших затрат труда и времени.
В качестве естественных   заземлителей   используют:
1)   проложенные под    землей    водопроводные и другие металлические трубопроводы, а также обсадные трубы;
2)   металлические конструкции и арматура железобетонных конструкций зданий и   сооружений,   соединенные с землей;
3) металлические шпунты гидротехнических сооружений;
4) свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле.

Если оболочки кабелей служат единственными заземлителями, то в расчете заземляющих устройств они должны учитываться только при числе кабелей не менее двух.

Естественные заземлители должны быть связаны с заземляющими магистралями электроустановки не менее чем двумя проводниками, присоединенными к заземли-телю в разных местах.
В качестве естественных заземлителей нельзя использовать:
1) трубопроводы горючих жидкостей, горючих или взрывчатых газов, а также трубопроводы, покрытые изоляцией для защиты от коррозии;
2) алюминиевые оболочки кабелей и голые алюминиевые проводники.

Величину сопротивления растеканию естественных заземлителей определяют с помощью измерений.
В тех случаях, когда естественные заземлители вблизи электроустановки отсутствуют, используют искусственные заземлители.

Искусственными заземлителями называются специально устанавливаемые в земле металлические конструкции, предназначенные для присоединения к ним заземляющих проводников.
В качестве искусственных заземлителей применяют:
1) вертикально погруженные в землю стальные трубы, уголковую сталь, металлические стержни и т. п.;
2) горизонтально проложенные в земле стальные полосы, круглую сталь и т. д.

При опасности усиленной коррозии следует применять оцинкованные или омедненные заземлители.
Расположенные в земле заземлители и заземляющие проводники не должны иметь окраски.
В электроустановках наиболее широко распространены искусственные заземлители из стальных труб, стержней и уголков. Это позволяет не только обеспечить сравнительно легкое погружение их в землю на требуемую глубину, но и создать таким образом механически прочный заземлитель с достаточно малым    сопротивлением.

Испытания заземлителей из труб и стержней различных диаметров позволяют считать, что наиболее подходящими для заземлителей являются трубы и стержни диаметром 18-20 мм. Увеличение диаметра труб и стержней больше 20 мм нецелесообразно, так как это резко увеличит расход металла, а полученный эффект будет незначителен. Так, при увеличении диаметра трубы длиной 3 м с 20 до 50 мм ее сопротивление (в грунте с сопротивлением 10 000 Ом-см) уменьшится примерно на 15%. Если увеличение диаметра трубы или стержня существенно не влияет на снижение сопротивления растеканию, то этого нельзя сказать о длине. Увеличение длины трубы диаметром 50 мм с 1 до 3 м уменьшает сопротивление растеканию почти в 2,5 раза. В качестве электродов заземлителей наиболее часто применяют отрезки труб или уголка длиной 2,5-3 м. При такой длине электродов уменьшается влияние промерзания грунта.

При выборе электродов заземлителя надо использовать уголковую сталь, так как сопротивление растеканию электрода из уголка будет меньше сопротивления одинаковой по весу трубы.
Заземлители располагают в земле так, чтобы их верхние концы были ниже уровня земли на 0,5-0,7 м. Это позволяет снизить сопротивление растеканию заземлителей до 5%, а также уменьшить колебания величин сопротивления заземлителей, связанных с изменениями внешней температуры.

В городских электрических установках напряжением 380/220 и 220/127 В с заземленной нейтралью применяется система, при которой проводники защитного заземления и все элементы электроустановки, подлежащие заземлению, соединены с заземленной нейтралью трансформатора или генератора. При таком соединении каждое замыкание токоведущих частей на заземленные части электроустановки превращается в короткое замыкание, вызывающее отключение аварийной установки ближайшим предохранителем или автоматом.

Применение в электроустановках напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью системы «зануления» вызвано тем, что выполнение в этих установках обычного заземления оборудования не обеспечивает требуемой безопасности. Объясняется это следующим. Замыкание на корпус в электроустановке до 1000 В с заземленной нейтралью трансформатора сопровождается током.
Этот ток будет не всегда достаточным, чтобы вызвать действие автомата или предохранителя и обеспечить отключение электроустановки.

Нормальная работа системы «зануления» обеспечивается при условии соблюдения следующих основных требований:

1) достаточной величины тока отключения аварийного оборудования;
2) быстроты срабатывания отключающих устройств (автоматов предохранителей и др.);
3) немедленной ликвидацией обрыва проводников заземления;
4) сохранением номинальных значений плавких вставок и токов уставки автоматов при их заменах и ремонтах.

Сравнивая описанные способы выполнения защитных заземлений видно, что их действие заключается в одном случае в снижении тока до величины, безопасной для человека (в установках с изолированной нейтралью), а в другом - в обеспечении быстрого отключения поврежденного оборудования электроустановки (в установках с заземленной нейтралью).

При необходимости сушки трансформатора производят следующие подготовительные операции:

• сливают масло из трансформатора в чистые бочки;
• отвертывают болты, крепящие крышку к баку, и, прикрепив стропы к подъемным кольцам, поднимают выемную часть с помощью подъемных механизмов;
• устанавливают сердечник трансформатора на помосте высотой 0,3-0,5 м, изготовленном из оструганных досок толщиной 50-60 мм и очищают обмотки и магнитопровод от грязи и шлама, поливая их чистым сухим трансформаторным маслом, подогретым до 40° С;
• очищают бак от грязи, промывают сухим трансформаторным маслом и опускают сердечник в бак, предварительно укрепив на его обмотках и магнитопроводе 3-4 термопары.

Распространенным методом сушки трансформатора является метод индукционных потерь в стали бака, основанный на использовании вихревых токов, создаваемых индукционной обмоткой, наложенной на поверхность стального бака. При прохождении тока по индукционной обмотке его стенки нагреваются, а их тепло передается магнитопроводу и обмотке, находящимся в баке трансформатора.

Для сушки методом индукционных потерь утепляют бак несколькими слоями листового асбеста, поверх которого накладывает намагничивающую обмотку из провода с теплостойкой изоляцией. Сечение провода, число витков, напряжение и ток намагничивающей обмотки определяют путем расчета.

Силовой трансформатор с масляным охлаждением имеет приборы, облегчающие его обслуживание, обеспечивающие защиту внутренних частей от повреждений и предотвращающие быстрое старение трансформаторного масла.

К ним относятся:

• термометр и термометрический сигнализатор для контроля температуры верхних слоев масла в баке трансформатора;
• пробивной предохранитель, для защиты персонала и низковольтных аппаратов от высокого напряжения при переходе потенциала с обмоток ВН на обмотки НН вследствие пробоя изоляции между ними;
• переключатель для регулирования напряжения трансформатора переключением отводов ВИ и изменением отношения числа витков обмоток ВН и НН коэффициента трансформации в пределах ±5%;
• газовое реле, предохраняющее трансформатор от внутренних повреждений, вызывающих повышенный местный нагрев стали магнитопровода или обмоток, вследствие чего происходит интенсивное разложение окружающего масла и образование газов, воздействующих на контактную систему реле, замыкающую цепь сигнализации, а при особо опасных повреждениях - цепь отключения трансформатора;
• предохранительная труба, соединенная с баком и служащая для отвода газов в атмосферу при бурном образовании их вследствие «пожара» стали и других серьезных внутренних повреждений;
• вводы, представляющие собой армированные медным стержнем проходные фарфоровые изоляторы для изоляции выводимых из бака концов обмотки и удобного присоединения к ним шин распределительного устройства;
• расширитель (консерватор), обеспечивающий постоянное заполнение бака трансформатора маслом и компенсирующий изменение (увеличение или уменьшение) объема масла при колебаниях температуры.

Расширитель уменьшает поверхность соприкосновения масла с атмосферным воздухом и защищает масло от увлажнения и окисления.

После общего осмотра трансформатора удаляют временные уплотнения в маслоуказателе и расширителе, а кран маслоуказателя переводят в положение «Открыто». Проверяют сообщаемость маслоуказателя с расширителем и расширителя с баком, для чего сливают через нижний спускной кран небольшое количество масла, наблюдая за его уровнем в маслоуказателе. Если при сливе масла из бака и последующей доливке сухого масла в расширитель уровень масла в стекле маслоуказателя будет изменяться (понижаться, а затем повышаться), то это свидетельствует о нормальной сообщаемости между маслоуказателем, расширителем и баком.

Для того чтобы при доливке масла обеспечить выход воздуха, необходимо открыть пробки на предохранительной трубе, краны на крышке газового реле и бака.
В маслоуказателе уровень масла должен находиться вблизи черты, нанесенной на нем или рядом с ним на расширителе.

При уменьшении количества масла его доливают в бак. Характеристика и качество (диэлектрическая прочность, кислотность, содержание примесей и т. п.) доливаемого масла должны соответствовать характеристике и качеству масла в баке.

Для проверки качества масла, находящегося в баке монтируемого трансформатора, через нижний кран отбирают пробу масла и испытывают его диэлектрическую прочность; пробивное напряжение масла силовых трансформаторов напряжением 10 кВ должно быть не менее 25 кВ. Осматривая и проверяя мегомметром, убеждаются в исправности пробивного предохранителя.

Если трансформатор исправен, уровень масла находится в пределах отметок маслоуказателя, а испытанная в стандартном разряднике диэлектрическая прочность масла не ниже 25 кВ; тогда трансформатор можно устанавливать и включать в работу без сушки.

Подлежащие монтажу трансформаторы тока подвергают ревизии, при которой проверяют: наличие заводских табличек и соответствие указанных на них характеристик данным электроустановки; комплектность аппарата и крепежных деталей; состояние изоляторов (отсутствие на них сколов, трещин, поврежденной глазури), кожуха, (отсутствие вмятин, плотность прилегания кожуха к изоляторам и т. п.); целостность обмотки; правильность обозначения (полярность) выводов, для этого к ним присоединяют гальванометр с аккумулятором 1- 2 В; при правильной полярности стрелка гальванометра будет отклоняться вправо.

Перед монтажом трансформатора тока шаблонами размечают расположение отверстий и конструкций (плит, угольников и т. д.) в месте его установки, затем сверлят, отверстия необходимого диаметра и устанавливают конструкции.

Стальные плиты или угольники, на которых размещают проходные трансформаторы тока на 1000 А и более, разрезают и вновь соединяют планками из немагнитного металла с зазором в стыке плиты или угольника 1-2 мм во избежание появления в этих конструкциях замкнутых магнитных контуров и индуктированных токов.

Расстояние от головки (вывода) трансформатора тока до точки крепления подведенной шины на опорном изоляторе должно соответствовать данным проекта. Расстояние между заземленными корпусами проходных трансформаторов тока смежных фаз должно быть не менее 100 мм.
Токоведущие стержни и изоляторы трансформаторов тока не должны испытывать изгибающих усилий от присоединенных к их зажимам шин и проводов.

После установки трансформатор тока присоединяют к шинам распределительного устройства, а к его вторичной обмотке - провода вторичной цепи.

Вторичные обмотки, не присоединенные к приборам, должны быть замкнуты накоротко и заземлены непосредственно на зажимах трансформатора тока для избежания возникновения на вторичной обмотке напряжения опасной величины.

Смонтированный трансформатор тока заземляют. Вторичную обмотку также заземляют с помощью гибкого медного провода, присоединенного к болту заземления на корпусе трансформатора.
Трансформаторы напряжения служат для питания цепей напряжения различных приборов (ваттметров, счетчиков и т. п.) и реле. Первичную обмотку трансформатора напряжения включают параллельно в сеть.

К вторичной обмотке трансформатора напряжения присоединяют соответствующие цепи измерительных приборов и реле. Шкалы включаемых измерительных приборов должны быть отградуированы в соответствии с номинальным напряжением первичной обмотки.

Измерительными трансформаторами называют трансформаторы тока и трансформаторы напряжения для понижения тока или напряжения первичной цепи электроустановки до соответствующих величин цепей измерительных приборов, устройств релейной защиты и автоматики.

Трансформаторы тока конструктивно выполняют опорными или проходными, одновитковыми или многовитковыми, с одним или двумя сердечниками. В последние годы промышленность выпускает трансформаторы тока 10 кВ типов ТПЛ-10 и ТКЛ-10 с литой изоляцией.

Первичные обмотки трансформаторов тока изготовляют на номинальные токи от 5 до 10 000 А.

Трансформаторы тока делятся по величине допустимой погрешности на пять классов: 0,2; 0,5; 1; 3 и 10. В промышленных электроустановках применяют в основном трансформаторы тока классов 0,5; 1 и 3.

Предохранители защищают электроустановку (подстанцию, линию) или ее отдельные элементы от токов перегрузок и короткого замыкания.

В закрытых электроустановках напряжением 6 и 10 кВ применяют предохранители ПК и ПКТ.
Предохранитель ПК состоит из плиты, патрона с плавкой вставкой и контактов, укрепленных на головках верхнего и нижнего опорных изоляторов.

Патрон представляет собой фарфоровую трубку, на концах которой закреплены латунные колпачки. Внутри патрона, заполненного кварцевым песком, находится плавкая вставка из медных посеребренных или констак-тановых проволок. Медные плавкие вставки применяют в предохранителях ПК, предназначенных для защиты силовых цепей, константановые - в предохранителях ПКТ, применяемых для защиты трансформаторов напряжения.

Плавкие вставки предохранителей ПК на токи до 7,5 А и ПКТ намотаны на ребристый стержень из керамики. Плавкие вставки предохранителей ПК на токи выше 7,5 А выполнены в виде спиралей, помещенных непосредственно в фарфоровый патрон.

В предохранителях на токи до 7,5 А параллельно с плавкими вставками включены вспомогательные проволоки с фарфоровыми искровыми промежутками. Эти проволоки по обе стороны искрового промежутка имеют различные сечения.

На проволоках плавких вставок предохранителей ПК на номинальные токи выше 7,5 А напаяны оловянные шарики, предназначенные для снижения перегрева элементов предохранителя при малых перегрузках. Действие подобной плавкой вставки основано на «металлургическом эффекте». Применение вставок, состоящих из проволок различного диаметра по длине (вставок ступенчатого сечения), позволяет снизить перенапряжения, возникающие на предохранителе при перегорании вставки.

При использовании в предохранителе ПК вставок из нескольких параллельных проволок увеличивается не только теплоотдача и уменьшается общее сечение вставки по сравнению с сечением однопроволочной вставки, но и улучшаются условия гашения дуги, возникающей в нескольких параллельных каналах при разрыве электрической цепи.

Высоковольтные предохранители ПК выбирают исходя из номинального длительного тока плавкой вставки, которая не расплавляется при наибольшем рабочем токе и при переходных процессах. Предельно отключаемый ток плавкой вставки предохранителя должен быть равен или больше максимально ожидаемого тока к. з. защищаемой цепи.

Селективность действия ПК обеспечивается, если номинальные токи плавких вставок последовательно установленных предохранителей различаются на одну ступень. Время отключения предохранителями ПК токов к. з. большой кратности составляет 0,05-0,007 с.

Патроны предохранителя ПК снабжены указателем срабатывания, состоящим из втулки, пружины, указательной проволоки и головки с крючком. Металлическая втулка, со вставленной в нее пружиной, закреплена на крышке патрона. Один конец пружины соединен с втулкой, другой - с головкой указателя, имеющей крючок, за который зацеплена указательная проволока. При этом пружина находится в сжатом состоянии.

Указательная проволока, перегорая одновременно с плавкой вставкой, освобождает пружину, которая выбрасывается из предохранителя вместе с головкой, сигнализируя таким образом о срабатывании предохранителя.

Патроны предохранителей ПКТ в отличие от патронов предохранителей ПК не имеют указателей срабатывания. Перегорание плавкой вставки предохранителя ПКТ обнаруживают по показаниям приборов, включенных в цепь трансформатора напряжения, защищаемого данным предохранителем.
Засыпаемый в патрон кварцевый песок должен быть сухим с размерами крупинок кварца 0,5-1,5 мм. Если размеры крупинок менее 0,5 мм, песок будет спекаться после нескольких перегораний плавкой вставки, а при .размере крупинок более 1,5 мм - увеличивается продолжительность горения дуги (при перегорании плавкой вставки) из-за большого количества воздуха, сохраняющегося в патроне между крупными частицами песка.

Предохранители располагают на стене, стальной раме, а также на цоколе из швеллера или двух угольников, соблюдая следующие требования: патроны должны входить в губки установленных предохранителей мягко и без перекосов (отклонение продольной оси каждой пары контактных губок вдоль патрона не должно превышать ±0,5 мм); указатели срабатывания патронов предохранителей должны быть обращены вниз и хорошо видны обслуживающему персоналу; патроны должны вкладываться в держатели и извлекаться из них с достаточно большим усилием; замки предохранителей должны прочно удерживать патрон от выпадания его при электродинамических усилиях, создаваемых токами короткого замыкания.

Предохранители заземляют, присоединяя заземляющую шину к фланцам опорных изоляторов, раме или металлической конструкции, на которых они установлены.

Шинной конструкцией распределительного устройства называют систему голых жестких проводников (шин), закрепляемых на изоляторах и предназначенных для распределения электроэнергии. Шины в большинстве случаев имеют прямоугольное сечение и изготовляются преимущественно из алюминия или стали.
Материал шин, их сечения, взаимное расположение и расстояния между ними определены проектом и зависят от токовых нагрузок, напряжения электроустановки, требований термической и динамической устойчивости шин при токах короткого замыкания и т. д.
К шинам распределительных устройств предъявляют требования термической и динамической устойчивости при коротких замыканиях.

Шины считаются термически устойчивыми при условии

Тн.к.з < Тнmax,

где

Тн.к.з - температура нагрева шин при прохождении тока короткого замыкания;
Тнmax - максимально допускаемая температура нагрева голых шин, равная

• 200° С -для алюминиевых;
• 300° С -для медных;
• 400° С - для стальных шин.

При прохождении через распределительное устройство токов короткого замыкания шины РУ нагреваются. Чрезмерный нагрев снижает их механическую прочность и ослабляет контакты в местах соединения их между собой и присоединения к зажимам аппаратов.
При проверке шин РУ на динамическую устойчивость проверяют их механическую прочность при прохождении по ним ударного тока короткого замыкания, создающего большие электродинамические усилия.
Электродинамические усилия стремятся изогнуть шины, поэтому производится проверка (расчет) прочности шин на изгиб. Шины в РУ располагаются горизонтально или вертикально, на ребро или плашмя.

Наибольшее воздействие электродинамических усилий испытывает шина средней фазы распределительного устройства.
Если механическое напряжение больше допустимого, то его уменьшают, изменяя взаимное расположение шин, величину пролета и расстояния между фазами, увеличивая сечение шин или ограничивая величины токов короткого замыкания.

Реле - это прибор, автоматически реагирующий на заданное изменение контролируемого им параметра. В зависимости от физической величины реле делят на реле тока, напряжения, мощности и частоты, а по назначению на следующие три группы:

1. основные - непосредственно реагирующие на изменения воздействующих физических величин;
2. вспомогательные - управляемые другими реле и выполняющие функции введения выдержки времени, передачи импульсов другим реле и т. д.;
3. сигнальные (указательные) - фиксирующие действия защиты и управляющие световыми и звуковыми сигналами.

Все реле имеют воспринимающий орган, реагирующий на изменение воздействующих величин, и исполнительный орган, производящий определенные действия, например отключение масляного выключателя, подачу предупредительных сигналов или запуск других реле.
В зависимости от характера изменения воздействующей на них физической величины электрические реле делятся на максимальные и минимальные. Максимальные- это реле, срабатывающие тогда, когда значение воздействующей величины превышает заданную, а минимальные, когда значение воздействующей величины снижается ниже заданной.
По способу включения реле делятся на первичные и вторичные. Воспринимающий орган первичных реле включается непосредственно в защищаемую цепь, а вторичных- во вторичную цепь измерительных трансформаторов или во вторичную обмотку силового трансформатора, имеющего вторичное напряжение до 400 В.
Реле используются в устройствах релейной защиты, которые защищают электроустановки от коротких замыканий, недопустимых перегрузок и при других нарушениях установленных режимов ее работы.
В устройствах релейной защиты и автоматики широко распространены вторичные реле прямого действия, встраиваемые в привод выключателя, исполнительный орган которых механически воздействует на отключающее устройство привода и косвенного действия, у которых исполнительный орган только управляет цепью вспомогательного источника оперативного тока.
Реле приводятся в действие подачей импульса оперативного постоянного или переменного тока. Источниками оперативного постоянного тока могут служить аккумуляторные батареи и выпрямительные устройства, а переменного тока - измерительные и силовые трансформаторы, к вторичным обмоткам которых присоединяются соответствующие катушки реле.