Оборудование подстанций

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.

В устройствах релейной защиты наиболее широко распространены токовые реле, реагирующие на недопустимое увеличение тока в защищаемой цепи и реле минимального напряжения, реагирующие на снижение ниже определенного значения или полное исчезновение напряжения.
Токовые реле включаются последовательно, а реле напряжения - параллельно защищаемой цепи.
Катушки токовых реле выполняются с малым количеством витков из провода большого сечения и поэтому имеют небольшое сопротивление, а катушки реле напряжения - с большим количеством витков из провода меньшего сечения, чем катушки токовых реле, и поэтому обладают большим сопротивлением.
Реле максимального тока срабатывает, когда проходящий через его катушку ток достигает заранее установленного значения, называемого током срабатывания. При уменьшении тока до определенной величины, называемой током возврата, подвижная система реле возвращается в исходное положение. Отношение тока возврата к току срабатывания называется коэффициентом возврата, который у большинства современных реле находится в пределах 0,8-0,9.
В реле максимального тока мгновенного действия по обмоткам катушек 6, расположенных на полюсах магнитопровода 7, протекает ток от трансформатора тока, включенного в рабочую цепь электроустановки или рабочий ток установки (если его величина не превышает допустимых для реле значений). Когда ток достигнет или превысит величину установленного тока срабатывания, стальной якорь 5 под влиянием магнитного потока, преодолевая противодействие пружины 2, повернется вместе с осью по часовой стрелке, и контактный мостик 3, укрепленный на оси, замкнет верхнюю -пару 4 и разомкнет нижнюю пару неподвижных контактов. Возврат подвижной системы контактов реле в исходное положение при уменьшении тока в катушках происходит под действием пружины 2. Для плавной регулировки тока срабатывания служит рычаг 1, кроме того, величину этого тока можно изменять, переключая обмотки катушек. При последовательном соединении катушек каждая обтекается вдвое большим током, чем при параллельном, в результате этого ток срабатывания реле будет в два раза меньше.- Реле не имеет регулировки времени срабатывания.

Рис. Электрические реле защиты: а - типа РТ-40; б - типа РТ-80

На рис. б показана схема устройства реле переменного тока серии РТ-80, которое представляет собой компоновку электромагнитного реле мгновенного действия и индукционного реле с выдержкой времени. Электромагнитный элемент обеспечивает мгновенное срабатывание реле, когда ток, протекающий по его катушке 19, находящейся на магнитопроводе 20, во много раз превысит установленный на шкале реле ток срабатывания. Минимальный ток, при котором реле срабатывает мгновенно, называется током срабатывания отсечки. В этом случае поворотный якорь 17, притягиваясь правой частью к магнитопроводу, повернется по часовой стрелке и изоляционная пластина 15, укрепленная на его левой части, воздействуя на пружинные контакты 14, замкнет их. При отсутствии тока в катушке якорь под действием массы своей левой части повернут против часовой стрелки до упора в винт 16, которым регулируется ток срабатывания отсечки. При ввертывании винта 16 воздушный зазор правым концом якоря и магнитопрово-дом уменьшается и отсечка срабатывает при меньшем токе.
Индукционная система реле работает следующим образом: алюминиевый диск 9, укрепленный на оси, может свободно вращаться в поворотной раме 12, которая удерживается пружиной 8 в таком положении, что укрепленный на оси диска червяк 11 не сцеплен с сектором 10. При прохождении тока по катушке реле диск под воздействием двух магнитных потоков, создающихся в зазорах магнитопровода, начинает вращаться. При вращении диска, которое начинается при токе 20-40% от тока срабатывания, возникают силы, стремящиеся повернуть рамку по часовой стрелке, чему препятствует пружина 8. Когда ток в катушке реле достигает величины тока срабатывания, эти силы возрастут настолько, что, преодолев сопротивление пружины 8, повернут рамку, и червяк войдет в зацепление с сектором. Сектор, закрепленный левым концом на оси, поворачиваясь на ней, переместится кверху, а своим рычагом поднимет фигурную деталь 13, укрепленную на левой стороне поворотного якоря 17. При этом правая сторона якоря приблизится к магнитопроводу, притянется к нему и изоляционная пластина 15 замкнет контакты реле.
Выдержка времени реле регулируется изменением начального положения сектора 10. Чем выше поднят сектор, тем меньший путь он должен пройти до соприкосновения с фигурной деталью якоря и тем, следовательно, меньше выдержка времени. Настройка выдержки времени производится по шкале 21.
При небольших кратностях тока (до 5-7) выдержка времени зависит от величины тока (чем больше ток, тем меньше выдержка), при кратностях тока 8-10 выдержка времени почти не зависит от тока и близка к установленному на шкале реле времени срабатывания. При больших кратностях тока реле срабатывает мгновенно под воздействием электромагнитного элемента. Такая характеристика времени называется ограниченно зависимой с отсечкой.
Ток срабатывания реле регулируется с помощью штепсельного устройства 18, которым переключается число витков обмотки реле. При включении большого числа витков ток срабатывания уменьшается.
Реле минимального напряжения мгновенного действия по своему устройству и принципу работы мало отличается от электромагнитного реле максимального тока. При нормальном напряжении в сети якорь реле под влиянием магнитного потока повернут по часовой стрелке и контакты реле разомкнуты. При падении напряжения, ниже установленного на реле, якорь поворачивается под действием пружины против часовой стрелки и контакты реле замыкаются. Значения напряжения срабатывания указаны на шкале.