Оборудование подстанций

Расчет заземляющих устройств производят при проектировании новых или реконструировании существующих заземлений. Путем расчета определяют, исходя из величины безопасных напряжений прикосновения и шага, число электродов заземлителя, их размеры и способ размещения, размеры и сечения соединительных полос и т. д.

На основании полученных расчетных данных проектируют заземляющие устройства. Расчет устройств сложный, так как требует учета значительного числа различных факторов, влияющих на сопротивление заземлителя, поэтому его может выполнять только специалист, имеющий необходимый опыт.

Приведенные далее сведения о расчете заземлений даются только для ознакомления с методикой расчета и применяемыми основными формулами, а также с исходными данными, которые берут в основу расчетов при проектировании заземляющих устройств.

Расчет заземляющих устройств производят в следующем порядке.

1. Определяют расчетный ток замыкания на землю и необходимое сопротивление заземляющего устройства R3 в зависимости от рода установки. При совмещении заземляющих устройств различных напряжений или назначений в качестве расчетной принимается наименьшая из требующихся величин сопротивлений.
2. Определяют расчетное значение удельного сопротивления грунта в месте заземления. Удельное сопротивление грунта характеризуют свойства и состояние грунта с точки зрения его электрической проводимости. За единицу удельного сопротивления грунта принимается сопротивление между сторонами кубика грунта с ребрами в 1 см Удельное сопротивление грунта зависит от его состава и состояния, содержания в нем влаги и растворимых веществ, от температуры и ряда других факторов. Оно нестабильно и существенно меняется в зависимости от времени года, вызывая значительные изменения сопротивления заземлителей. При отсутствии сведений о грунте, его удельное сопротивление может быть принято (для ориентировочных расчетов) равным 10000 Ом-см.
3. Определяют сопротивление электрода принятых размеров из полосы или трубы
4. Определяют способ расположения электродов (в ряд или по контуру) и необходимое их количество.

Расчет необходимого числа заземлителей производят, учитывая явления их взаимоэкранирования, которое объясняется взаимодействием токовых потоков, создаваемых ближайшими заземлителями. Следствием взаимоэкранирования является повышенное сопротивление системы заземлителей. Поэтому при расчете заземления нельзя считать, что если известно сопротивление единичного заземлителя, то сопротивление я заземлителей, заложенных в землю на одинаковой глубине и соединенных параллельно, будет в п раз меньше. Чем больше число заземлителей и чем ближе они расположены друг от друга, тем больше ощущается действие их взаимоэкранирования. Для того чтобы устранить влияние соседних заземлителей, надо бы увеличить расстояния между ними, но этого делать нельзя, так как тогда ухудшатся условия выравнивания потенциала и заземляющие устройства займут значительную площадь.

Более целесообразно для уменьшения явления взаимоэкранирования располагать заземлители на расстоянии примерно 3-4 м один от другого и при их расчете учитывать действие взаимоэкранирования, приводящее к увеличению сопротивления системы заземлителей. Окончательное количество труб (уголков) в заземлителе уточняют с учетом сопротивления полосы, снижающей общее сопротивление заземлителя.

Размещать заземлители следует в таких местах, где исключена возможность проникновения в грунт нефти или продуктов ее переработки (масел и др.). Нельзя устанавливать заземлители близко от паропроводов и трубопроводов горячей воды, вызывающих высыхание грунта. Пропитка почвы нефтепродуктами и испарение из нее влаги в месте расположения заземлителей вызывают резкое возрастание (иногда в 10 и более раз) их сопротивления растеканию.

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.

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.

Силовым трансформатором называют аппарат для преобразования (трансформирования) переменного тока одного напряжения в переменный ток другого - более высокого или более низкого напряжения.

По количеству обмоток трансформаторы бывают двух- и трехобмоточными. В промышленных электроустановках для электроснабжения силовых и осветительных нагрузок применяют трехфазные двухобмоточные трансформаторы.

Основными частями силового двухобмоточного трансформатора являются: магнитопровод, представляющий собой собранную из листовой электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм жесткую конструкцию, состоящую из связанных сверху и снизу ярмами трех вертикальных стержней, на которых устанавливают обмотки; листы стали ярма магнитопровода спрессованы-стальными ярмовыми балками; обмотки, намотанные на цилиндрические каркасы плоскими или круглыми изолированными проводами в один или несколько слоев, обмотка ВН расположена поверх обмотки НН; стальной бак овальной формы с гладкими, ребристыми или трубчатыми стенками; крышка для герметизации бака, а также установки на ней различных приборов и арматуры.

Трансформаторы напряжения изготовляют однофазными и трехфазными, которые бывают трех- или пяти» стержневыми. Схемы включения этих трансформаторов выбирают в зависимости от системы сети, исполнения трансформатора и его назначения в данной электроустановке.

Трансформаторы напряжения после осмотра и ревизии устанавливают в закрытых РУ на полукамеры или стальных угольниках, а в открытых РУ - на бетонных подушках или стальных конструкциях.

Расстояния между осями фаз и отдельными трансформаторами напряжения должны соответствовать проекту. Для обеспечения нормальных условий охлаждения обмоток расстояние между баками (кожухами) трансформаторов напряжения должно быть не менее 100 мм. При монтаже трансформатора напряжения в закрытом РУ на съемных угольниках передний угольник устанавливают ребром вниз для удобства подхода к его мас-лоспускному устройству. Трансформатор располагают так, чтобы его указатель уровня масла был (для удобства наблюдений и контроля) обращен в сторону коридора управления.

Корпус каждого трансформатора напряжения заземляют. Первичные и вторичные обмотки трансформаторов напряжения закорачивают на выводах и надежно заземляют на весь период монтажа.
Присоединяют установленные трансформаторы напряжений к шинам ВН распределительного устройства следующим образом: у трехфазных трансформаторов желтая фаза шин ВН - к выводу А; зеленая - к выводу В; красная - к выводу С.

Вывод высшего напряжения однофазного трансформатора напряжения, имеющий отметку А, можно присоединить к любой из трех шин высокого напряжения.

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.

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.

Масляным выключателем называют высоковольтный аппарат для отключения токов нагрузки и короткого замыкания в электроустановках напряжением 6 или 10 кВ и выше.

Малообъемным масляным выключателем называют отключающий аппарат, в котором содержится небольшое количество масла только для гашения электрической дуги в выключателе.
Одним из наиболее конструктивно совершенных и широко распространенных высоковольтных отключающих аппаратов является малообъемный масляный подвесной выключатель ВМП-10.
Масляные выключатели ВМП рассчитаны на токи 600, 1000 и 1500 А при напряжении 10 кВ и выпускаются в зависимости от габаритов в двух исполнениях: для установки в обычном распределительном устройстве (ВМП-10) и для малогабаритных комплектных распределительных устройств (ВМП-10К).

Выключатель ВМП-10 состоит из полюсов, буферных устройств и механизма, смонтированных на общей раме. Эти выключатели поступают на монтаж полностью собранными и отрегулированными. До установки производят внешний осмотр выключателя, проверяя целостность деталей.
Разбирают выключатель только при явных признаках повреждений или неисправности таких деталей, доступ к которым невозможен без разборки отдельной части или всего выключателя.
При повреждении или неисправности внутренних деталей полюса выключателя снимают его нижнюю крышку с неподвижным розеточным контактом, вынимают распорный цилиндр и дугогасительную камеру и тщательно осматривают. Неисправные детали заменяют, изоляционные и контактные части промывают чистым и сухим трансформаторным маслом, затем все устанавливают на место, соблюдая заводские отметки и маркировочные знаки.

У собранного выключателя должна быть отрегулирована одновременность размыкания и замыкания контактов.
Перед регулировкой устанавливают и надежно закрепляют на соответствующих конструкциях выключатель и привод, затем переводят их в отключенное положение и соединяют между собой посредством вала и тяги.
Выключатель ВМП-10 регулируют при снятых с полюсов верхних крышках и без маслоотделителей. Перед регулировкой на каждом полюсе в имеющееся резьбовое отверстие на торце подвижного контакта ввертывают до упора контрольный металлический стержень диаметром 6 мм, длиной около 400 мм, с резьбой на конце, а затем, собрав электрическую схему для проверки одновременности замыкания и размыкания контактов в каждом полюсе выключателя (рис. 3.7), приступают к регулированию.

В процессе регулирования операции включения и отключения производятся только вручную. Регулирование начинают с установки главного вала выключателя в отключенное положение.
В отключенном положении выключателя устанавливают отключающие пружины, сохраняя заданную на заводе величину их предварительного натяга.

Контакты полюсов включают и отключают до отказа с помощью наружных рычагов и на контрольных стерж» нях, ввернутых в подвижные контакты каждого полюса, делают отметки, соответствующие этим положениям. Отметку наносят, недоходя на 5 мм до отметки крайнего отключенного положения стержней.

В отключенном положении вал выключателя с механизмом полюсов соединяют изоляционными тягами, длину которых регулируют так, чтобы отметки отключенного положения на конт рольных стержнях совладали с отметками недохода стержней на б мм до крайнего .положения.

Доводят ручным включением привода подвижные контакты выключателя до касания с неподвижными, следя за тем, чтобы неодновременность касания контактов не превышала 5 мм.

Необходимую регулировку одновременности касания контактов производят, изменяя длину изоляционной тяги и проверяя по контрольному стержню величину недохода до крайнего отключенного положения, который должен быть не. менее 4 мм.

При достижении требуемых регулировочных данных и исправном действии механизмов выключателя и привода вывертывают контрольные стержни, устанавливают на место верхние крышки, заливают цилиндры сухим трансформаторным маслом, затем, повторно проверив прочность крепления выключателя и привода на конструкциях, а также надежность резьбовых и шплинтовых соединений, рычагов и тяг, производят 10-15 включений и отключений приводом.