Комплектні розподільні пристрої (КРУ) з вакуумними вимикачами
Комплектні РУ (КРУ) з вакуумними вимикачами дуже компактні і випускаються у викочуванні (рис. 1) і стаціонарному (рис. 2) виконання. У конструкціях КРУ викочування на викочуванні візка розміщується вимикач з приводом. У корпусі шафи містяться відсіки збірних шин, вимірювальних ТТ та кабельної обробки, вимірювальної апаратури та релейного захисту. Роль високовольтних роз'єднувачів виконують втичні контакти. Вони створюють видимий розрив під час виведення вимикача у ремонт. З'єднання оперативних ланцюгів візка та корпусу здійснюється за допомогою штепсельних роз'ємів. Викочування з вимикачем може займати три положення: робоче, випробувальне і ремонтне. Робоче положення відповідає режиму, при якому замкнуті втичні контакти та з'єднані оперативні ланцюги за допомогою штепсельного роз'єму. У випробувальному положенні проводиться випробування вимикача. При цьому втичні контакти розімкнуті, а оперативні ланцюги замкнуті. У робочому та випробувальному положеннях візок фіксується всередині корпусу шафи.
Для виконання ремонтних робіт візок висувається з меж корпусу шафи, при цьому струмопровідні силові частини шафи, включаючи нерухомі втичні контакти, автоматично захищаються шторками для захисту персоналу від випадкового дотику, а висновки ТТ заземлюються спеціальними роз'єднувачами. Для забезпечення безпеки праці та запобігання аваріям передбачаються спеціальні блокування, які унеможливлюють: вкатування візка в корпус при включеному вимикачі; включення вимикача у нефіксованому положенні візка; викочування візка з робочого положення при включеному вимикачі; включення заземлюючих роз'єднувачів при робочому положенні візка; вкочування візка в робоче положення при включених заземлюючих ножах. Якщо вимикач не зафіксований у робочому положенні, то можливий перегрів втичних контактів через поганий контакт або виникнення дугового розряду при розриві ланцюга (якщо вимикач увімкнений, а шини під напругою). Шафа КРУ розділена на відсіки за допомогою металевих перегородок і прохідних ізоляторів для локалізації аварій, що виникли в шафі, в межах пошкодженої ділянки. Комплектні розподільні пристрої на 6 - 35 кВ з вакуумними вимикачами пелегазової ізоляцією. Одним з недоліків вакуумних вимикачів є перекриття зовнішньої поверхні ізоляційного корпусу при перенапругах, що пояснюється малоювисотою ізоляційного корпусу дугогасної камери. З цієї причини спочатку вакуумні вимикачі занурювали в олію, що ускладнювало умови їх експлуатації. Доцільніше розміщувати їх у спеціальних відсіках, заповнених елегазом. У цьому випадку не тільки полегшуються умови експлуатації, а й підвищується їх надійність у порівнянні з вакуумними вимикачами, що встановлюються на повітрі, оскільки навіть у разі втрати вакууму у вакуумних дугогасних камерах гасіння дуги в елегазі відбувається ефективніше, ніж у повітрі. Комплектне РУ з вакуумним вимикачем та елегазовою ізоляцією складається з чотирьох відсіків: 1, 2, 7 та 9 (рис. 2). У відсіку 1 розміщуються кабельні муфти 10, трансформатори 11 напруги і трансформатори струму 12. Об'єм відсіку 4 дозволяє в разі необхідності розмістити в ньому розрядники або обмежувачі перенапруги. У відсіку 2, заповненому елегазом при тиску Р = 0,25 МПа, розміщується вакуумний вимикач 3. Відсіки 7 і 9 призначені для двох систем збірних шин і відповідних шинних роз'єднувачів 5 і 8. У відсіку 5, що не заповнюється елегазом, розташовані приводи вимикача та роз'єднувачів та апаратури б управління, захисту та сигналізації.
Трансформатори струму та напруги з литою епоксидною ізоляцією.
Трансформатори струму мають ємнісний дільник напруги. Їхні висновки приєднані до зовнішніх затискачів. Це дозволяє в будь-який час проводити випробування ізоляції і перевірку фазування без необхідності відкриття відсіку 1. До комірки можна приєднати будь-який тип кабелю перетином до 625 мм 2 . Є також спеціальні вводи щодо періодичних випробувань ізоляції. Розроблені і окремі вакуумні вимикачі,розміщені у герметичних корпусах, заповнених елегазом (рис. 1).
Оскільки вакуумний вимикач має дуже високий комутаційний ресурс, витрати на експлуатаційні витрати такого комбінованого вимикача істотно зменшуються. Нові розробки КРУ із вакуумними вимикачами. Нова концепція КРУ з вакуумними вимикачами для установки всередині приміщень відрізняється від традиційних рішень наявністю вимикача, що самовідділяється, виконує також функцію роз'єднувача, і поздовжнім розташуванням фаз всіх функціональних елементів. Розроблений для розподільних мереж XXI століття осередок КРУ є новим поколінням обладнання середньої напруги, що має високі характеристики за тривалістю безперервної роботи, надійності та безпеки, де всі функціональні елементи змонтовані на одній прямій лінії між шинами і кабельними приєднаннями.
Основою даної концепції є вимикач, що оригінальним чином поєднує функції вимикача та роз'єднувача в єдиному модулі. Технічна реалізація цього модуля стала можливою під час використання вакуумної дугогасної камери. Ізоляція між відсіками вимикача та кабелів забезпечується спеціальною багатофункціональною траверсою, в яку вбудовані трансформатори струму та ємнісний дільник для індикації напруги. Механічний привід вимикача, який розташовується за дверцятами осередку, керується з лицьового боку. Заземлюючий ніж також управляється з лицьового боку осередку прямим поворотом його головної осі. У конструкції КРУ шини, вимикач та кабелі розташовуються один над одним. Як і в традиційних осередках, прилади зашиті, керування та сигналізації розташовані в їїверхню частину. Ззаду є витяжний пристрій для відведення гарячих газів у разі короткого замикання всередині комірки. У відсіку кабелів висновки їх контактних затискачів і заземлюючий ніж змонтовані з правого боку комірки для того, щоб звільнити зліва максимум простору для операцій з підключення кабельних затискачів. Осередки "введення", "шинного переходу" (шиноз'єднувального вимикача) і "вимірювання" можуть бути забезпечені ТН, що відключаються. Вони розташовуються подовжньо з лівого боку відсіку кабелів. Оригінальність осередку полягає в тому, що відділення шин від кабелів здійснюється за допомогою повороту на 90° полюсів та механізму приводу вимикача. Перенапруги під час роботи вакуумних вимикачів. При комутації вакуумними вимикачами індуктивних струмів (наприклад, при відключенні мало навантажених трансформаторів і пускових струмів електродвигунів) виникають перенапруги трьох видів: спричинені зрізом струму, повторними багаторазовими пробоями міжконтактного проміжку і одночасним відключенням трьох фаз. Слід зазначити, що комутаційні перенапруги мають випадковий характер і залежать від структури електричної мережі та статистичних властивостей вакуумного вимикача. У процесі відключення в міжконтактному проміжку вакуумних дугогасних камер виникає вакуумна дуга промислової частоти (палаюча в парах металу). Внаслідок високої швидкості наростання електричної міцності міжконтактного проміжку у вакуумі (рис. 3) дуга може згаснути до переходу струму через нульове значення, тобто. відбувається зріз струму. В результаті зрізу струму енергія, запасена в індуктивному навантаженні, переходить у ємність навантаження і виникають великі перенапруги, які можуть призвести до пробою ізоляції електрообладнання, спрацьовування захисту від замикань на землюскорочує термін служби електричних апаратів. Зріз струму вакуумними вимикачами може призвести до надзвичайно високих перенапруг, неприпустимих для ізоляції двигунів та кабелів. При відключенні вакуумними вимикачами пускових струмів перенапруги можуть бути ще більшими, оскільки при цьому індуктивність двигуна на порядок менша. У зв'язку із цим необхідно забезпечити захист ізоляції від таких перенапруг. Найбільш досконалий захист ізоляції забезпечується нелінійними обмежувачами перенапруг (ГНН). Крім того, засобами захисту від перенапруг можуть бути RC-ланцюжки та пристрої, що регулюють момент комутації. Використання RC-ланцюжка сприятливо впливає на перехідні процеси при відключенні: зменшує амплітуду перенапруг при зрізі струму, так як збільшує ємність навантаження, що відключається; демпфує високочастотні коливання при повторних пробоях міжконтактного проміжку; знижує частоту коливань після відключення струму, зменшуючи ймовірність повторних пробоїв; зсуває положення нульового значення струму високочастотних коливань щодо максимуму напруги, тому в момент гасіння при нулі струму напруга на ємності нижче максимального; це знижує напругу, що відновлюється, і можливість повторних пробоїв; знижує крутість фронту перенапруг при повторних запалюваннях внаслідок зменшення частоти коливань через збільшення ємності, що полегшує вплив на поздовжню ізоляцію. Внаслідок цього RC-ланцюжка знижують перенапруги при багаторазових повторних пробоях, перешкоджають ескалації напруг. Водночас демпфуючі RC-ланцюжки мають певні недоліки: ємність RC-ланцюжка збільшує загальний ємнісний струм замикання на землю в мережі, що може призвести в ряді випадків до необхідності встановленнядугогасних пристроїв, що ускладнюють режими та експлуатацію мережі; розміщення захисного ланцюжка поблизу затискачів двигуна утруднене (особливо на об'єктах, що діють); встановлення RC-ланцюжка у вимикача знижує ефективність обмеження перенапруг. У разі використання демпфуючого RC-ланцюжка обумовлене нею згасання коливань має максимум при певному значенні R, оскільки при R = 0 і R = згасання відсутня. Змінюючи при певному С опір R демпфуючого ланцюжка, можна знайти значення R, відповідне мінімальним перенапруг. Цим у ланцюзі створюється режим найбільшого демпфування коливань. Ємність демпфуючого ланцюжка С повинна бути значно більшою за ємність індуктивного навантаження, що відключається (у 5 — 7 разів, як показують численні розрахунки). При цьому велику частку струму коливань бере на себе гілка ДС-ланцюжка, внаслідок чого зростають втрати та згасання. Зазвичай у схемах потреб електростанцій довжина кабелю становить 50 — 500 м. З урахуванням довжини і марки кабелю ємність КС-ланцюжка може становити 0,1 — 1,3 мкФ. Опір RC-ланцюжка для тих самих параметрів кабелю має становити 30 - 15 Ом. Обмеження перенапруг за допомогою ГНН при комутаціях вакуумними вимикачами електродвигунів та трансформаторів має ряд переваг. Обмежуються перенапруги ГНН при зрізі струму та ескалації перенапруг і цим виключається віртуальний зріз струму. Конструктивно ОПН легко може бути встановлений в комірці вимикача або кришці трансформатора. Оскільки рівень перенапруг, що витримуються, у електродвигунів нижче, ніж у трансформаторів, захист електродвигуна має першорядне значення. Крім того, знизити перенапруги, викликані повторними пробоями міжконтактного проміжку вимикача при відключенні ниміндуктивних струмів можна за допомогою пристрою синхронізованого відключення вакуумним вимикачем. Воно включається в ланцюг електромагніту відключення вимикача з метою запобігання розмиканню контактів в моменти, небезпечні з точки зору виникнення ескалації напруг, що являє собою процес поступового збільшення перенапруг при декількох повторних пробоях міжконтактного проміжку вимикача. Основна умова виникнення таких пробоїв і перенапруження полягає в тому, що контакти вимикача механічно розмикаються поблизу нульового значення струму, за час близько 1 мс до цього моменту. У цьому випадку після згасання дуги контакти вимикача ще не встигли розійтися на велику відстань, електрична міцність проміжку відносно невелика і він може бути пробити напрузі, що відновлюється на вимикачі. Для запобігання таким явищам необхідно виключити можливість розмикання контактів вимикача у вказаний момент (до 1 мс до нульового значення струму).