Оборудование подстанций

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).

Полностью смонтированный трансформатор подвергается приемо-сдаточным испытаниям, в объем которых при мощности трансформаторов до 1000 кВ-А входят:

• определение условий включения трансформатора без сушки;
• измерение сопротивления обмоток постоянному току;
• величина сопротивлений каждой фазы обмотки не должна отличаться от заводских данных более чем на 2%;
• фазирование трансформатора с сетью и другими параллельно работающими трансформаторами;
• испытание трансформатора трех- пятикратным включением его толчком в сеть (при отсутствии нагрузки, присоединенной к трансформатору);
• испытание диэлектрической прочности и сокращенный анализ масла, взятого из бака трансформатора с соблюдением правил отбора проб масла.

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.

Разрядником называют аппарат для защиты изоляции электроустановки и ее электрооборудования от перенапряжений.

Перенапряжение - это всякого рода повышения напряжений, представляющие угрозу для целостности изоляции электроустановки. Они возникают при изменении схемы коммутации электроустановки или же вследствие атмосферных разрядов.

Наиболее опасными являются атмосферные перенапряжения, превышающие номинальные в десятки и сотни раз.

Атмосферные перенапряжения возникают вследствие воздействия на электроустановку прямых грозовых разрядов или воздействия напряжений, индуктированных в элементах установки при грозовых разрядах вблизи нее.

Чаще всего атмосферные перенапряжения возникают в воздушных линиях электропередачи и опасны для всех элементов электроустановки, связанной с воздушными сетями.

Защита электроустановок и электрооборудования от перенапряжений осуществляется при помощи разрядников, защитное действие которого состоит в том, что в нем снижается амплитуда волны перенапряжения до значения, безопасного для целостности изоляции защищаемой электроустановки, а затем энергия перенапряжения отводится в землю через присоединенный к разряднику заземляющий проводник.

В электроустановках напряжением 6 и 10 кВ для защиты от атмосферных перенапряжений применяются преимущественно вилитовые разрядники РВП и вентильные разрядники РВС.

Вилитовый разрядник РВП состоит из блока искровых промежутков и колонки вилитовых дисков, помещенных внутри фарфорового корпуса 6. Блок искровых промежутков представляет собой несколько последовательно соединенных единичных искровых промежутков, состоящих из двух фигурных шайб с зажатым между ними кольцом из миканита.

Разрядники РВП не имеют шунтирующих сопротивлений. Распределение напряжения по единичным промежуткам определяется их собственными емкостями.

Блок искровых промежутков расположен в верхней части корпуса разрядника и зажат пружиной. В нижней части корпуса размещена колонка вилитовых дисков, составляющих рабочее сопротивление разрядника. Количество искровых промежутков в блоке и вилитовых дисков в колонке зависит от величины номинального напряжения разрядника.

Для защиты от атмосферных воздействий фарфоровый кожух герметизирован резиновой озоностойкой прокладкой и компаундом.

Разрядник присоединен к сети заземления зажимом непосредственно или через счетчик срабатывания.

Вентильный разрядник РВС по конструкции похож на разрядник РВП, но отличается от него формой корпуса и улучшенной характеристикой, обусловленной наличием шунтирующих сопротивлений, выравнивающих распределение напряжения вдоль искровых промежутков.

Разрядники, предназначенные к установке, тщательно осматривают и проверяют: целостность их фарфоровых корпусов и металлических деталей; наличие и комплектность крепежных деталей; отсутствие шума (стука) в разряднике при его встряхивании, свидетельствующего о повреждении отдельных деталей.

Части включенного в работу разрядника, кроме заземленного цоколя, находятся под напряжением, поэтому при монтаже его располагают так, чтобы исключить возможность случайного прикосновения к разряднику.

Для удобства отключения разрядников на зимнее время, а также при испытаниях или осмотрах рекомендуется присоединять их к шинам РУ через разъединители.

Разрядники не должны испытывать механических усилий, передаваемых от присоединенных к ним шин. При присоединении к разряднику жестких шин применяют компенсирующие устройства.
Расстояние между установленными в помещении разрядниками или между разрядниками и другими элементами РУ напряжением 10 кВ должно быть не менее 125 мм.

Разрядники надежно заземляют. Заземляющий проводник от разрядника к магистрали или к общему контуру заземления прокладывают по кратчайшему пути.

Все нетоковедущие металлические детали разрядников окрашивают влагостойкой краской.

Разъединители и выключатели нагрузки являются безмасляными отключающими аппаратами и имеют почти аналогичное устройство.
Разъединители служат для оперативного изменения схем первичной коммутации и создания видимого разрыва электрической цепи (видимого воздушного промежутка между подвижными и неподвижными контактами), позволяющего персоналу убедиться в безопасности производства работ на отключенном участке электроустановки.
Допускается отключение разъединителями участка электроустановки, линий и отдельных аппаратов при наличии в них только небольших токов, например тока холостого хода силового трансформатора или зарядного тока линии.
Разъединители конструктивно выполняют в виде однополюсных или трехполюсных аппаратов. В электроустановках трехфазного тока в качестве отключающего аппарата применяют три однополюсных разъединителя или один трехполюсный.