Высоковольтное оборудование

ВВЕДЕНИЕ
Вся электроэнергия, выбираемая на электростанциях, передается на подстанции потребителям различного назначения по воздушным и кабельным линиям. Рост потребления электроэнергии на промышленных предприятиях в городах вызывает необходимость увеличения единичной мощности трансформаторов, преобразователей и электрических машин. Для передачи электроэнергии на большие расстояния применяют сверхвысокие напряжения переменного (1150кВ) и постоянного (1500кВ) тока. Эксплуатация мощных, разветвленных и объединенных энергосистем не может протекать нормально без единого оперативного (диспетчерского) управления. Принятая в СССР структура диспетчерского управления отличается многоступенчатостью и централизацией. Она обеспечивает бесперебойное электроснабжение потребителей, устранения аварий и различных нарушений возникающих в энергосистеме, координацию действий отдельных звеньев диспетчерского управления. Таким звеном является оперативно-диспетчерская служба «Предприятие Электрических Сетей» (ПЭС). Особенности её работы обуславливают определенный вид обслуживания элементов электрических сетей, одним из которых является создание оперативно-выездных бригад для обслуживания подстанций 35-220кВ и ниже.
I ТОКОВЕДУЩИЕ ЧАСТИ
1.1 Шины и проводаОсновные электрооборудование подстанций и коммутационные аппараты соединяю между собой проводниками, образующими токоведущие части, которые выполняют из алюминиевых и сталеалюминевых проводов, труб и шин прямоугольного и профильного сечений. Медные проводники из-за высокой стоимости на вновь сооружаемых подстанциях обычно не применяют. Прямоугольные шины из алюминия и его сплава выполняют поперечным сечением от 3х10 до12х120 мм. Профили из алюминия и его сплава изготавливают в виде швеллера, а также корытного и П- образного сечения. Трубы из алюминиевого сплава изготавливают круглой или квадратной формы. Неизолированные алюминиевые провода изготавливают сечением 16-600мм2, а неизолированные сталеалюминевые, в конструкции которых предусмотрен сердечник из стальных проволок – сечением 10\1.8-800\105 мм2. Соединения и ответвления шин из алюминия и алюминиевого сплава выполняют сваркой или болтами, при этом для болтовых соединений алюминиевых шин используют средства стабилизации сопротивления. Соединения на неизолированных проводах и ответвлений от них выполняют обжатием, прессованием, с помощью петлевых или осветительных болтовых зажимов, а также пропонокислородной сварки, а оконцевания этих проводов – аппаратными зажимами, соединяемыми с проводами опресованием, болтами или сваркой. В аппаратных зажимах, предназначенных для алюминиевых проводов, используют переходные медные пластины, обеспечивающие контактное соединение зажимов с медными выводами электротехнических устройств. При соединении алюминиевых проводов, оконцованых аппаратными зажимами, с медными выводами электротехнических устройств применяют также медноалюминиевые переходные платины или пластины из алюминиевого сплава.1.2 Изоляторы и выходыИзоляторы, используемые в распределительных устройствах напряжением выше 1кВ, по назначению и конструктивному выполнению разделяют на опорные и, проходные и подвесные. По роду установки различают изоляторы для внутренней и наружной установки. Опорные изоляторы предназначены для изоляции и крепления токоведущих частей. Опорные изоляторы с круглым чугунным основанием и встроенными в фарфоровый корпус металлическими частями применяют в закрытых РУ, опорно-стержневые и опорно-штыревые изоляторы с развитой поверхностью фосфорного изолирующего элемента - в открытых РУ. Проходные изоляторы предназначены для ввода высокого напряжения в закрытых РУ, баки масляных выключателей, силовые трансформаторы, смежные отсеки РУ (при проходе токоведущих частей через стены или перегородки). На токи до 2000А эти изоляторы выпускают с круглыми (болтами или гайками) или плоскими токоведущими стержнями, к которым болтами или гайками присоединяют шины РУ. По торцам проходные изоляторы закрывают армированными держателями. По середине корпуса из немагнитного материала (чугун, алюминиевый сплав) закреплён фланец с отверстиями для болтов. Проходные изоляторы на токе выше 2000А изготавливают без токоведущего стержня. Размеры их внутренних полостей зависят от сечения проходящих шин (пакетов шин). Проходные изоляторы, имеющие внутреннею изоляцию служат вводами. Вводы маслонаполненные высокого напряжения используют в качестве внешней изоляции в трансформаторах и боковых масляных выключателях, а также в зданиях распределительных устройств подстанций (проходные изоляторы). Вводы состоят из фарфоровых покрышек, закрепленных на соединительной металлической втулке, внутренней изоляции (бумажно-масляная, маслобарьерная, твердая бумажная и элегазовая) и токопроводящих стержней (труб), через которые напряжение подводится к обмоткам трансформаторов, контактам выключателей и токоведущим частям электроустановок. В зависимости от конструкции угол наклона вводов относительно вертикали может изменятся в пределах 15-90 градусов. Вводы с бумажно-масляной изоляцией поверх токопроводящей трубы имеет бумажную изоляцию, накладываемую непосредственно или на бакелитовый цилиндр и пропитываемую трансформаторным маслом. Между слоями бумаги в изоляции размещены уравнительные облатки из алюминиевой фольги, выравнивающие напряженность электрического поля. В негерметичном исполнении вводы снабжают расширителями и маслоуказателями, в герметичном исполнении – компенсаторами давления, с помощью которых обеспечивают их нормальную работу при температурных изменениях объема масла. Вводы с маслобарьерной изоляцией в качестве основной изоляции имеют трансформаторное масло, а в качестве дополнительной – бумажно-бакелитовые цилиндры, разделяющие масляный промежуток на слои. Вводы с бумажно-масляной и маслобарьерной изоляцией имеют измерительные вводы для присоединения к ним приспособлений измерения напряжений (ПИН). Одна из двух специальных обкладок, изолированных между собой и выведенных для присоединения ПИН, является измерительной, другая – заземляемой на корпус соединительной втулки. Вводы с элегазовой изоляцией имеют изолированный объем элегаза или общий объем с ячейкой КРУЭ. Давление во вводе измеряется манометром. Подвесные изоляторы предназначены для подвески проводов. Они могут иметь фарфоровый или стеклянный изолирующий элемент в виде диска различной формы, шапку из ковкого чугунов, закрепленную на шарообразной головке корпуса, стальной стержень, заделанный внутрь пустотелой головки. Шапка изолятора имеет специальный захват для шарнирного скрепления со сцепной арматурой или с головкой стержня другого изолятора. Для предохранения от расцепления головка стержня «запирается» в захвате шапки замком. Подвесные изоляторы используют для работы в нормальных условиях и в загрязненных районах. Грязестойкие стеклянные изоляторы отличаются от фарфоровых развитой формой изолирующего элемента.
II АППАРАТЫ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
2.1 Классификация АВНКоммутационные аппараты. В эту группу входят высоковольтные выключатели, предохранители, выключатели нагрузки, разъединители, отделители и короткозамыкатели.1) Высоковольтный выключатель – важнейший из АВН. Он служит для включения и отключения токов любых режимов: номинальных, токов КЗ, токов холостого хода (XX) силовых трансформаторов, токов холостых линий и кабелей. Характерной особенностью этого аппарата является наличие дугогасительного устройства (ДУ), которое обеспечивает гашение дуги, возникающей в цепи высокого напряжения при ее размыкании.2) Разъединитель служит для включения и отключения цепей высокого напряжения при отсутствии тока. Эти аппараты необходимы для изменения электрических схем энергоустановки и создания безопасных условий при ремонте и ревизии АВН и силового оборудования (трансформаторов, генераторов и др.). Отличительной особенностью разъединителя является видимый разрыв между контактами в положении «отключено». Разъединитель не имеет ДУ. После снятия напряжения с оборудования необходимо заземлить токоведущие части. Для этого разъединители часто снабжаются заземляющими устройствами.3) Высоковольтный предохранитель – аппарат, производящий отключение защищаемой цепи при КЗ и недопустимой перегрузке путем плавления металлического проводника малого сечения и последующего гашения дуги высокого напряжения в ДУ.4) Выключатель нагрузки. Этот аппарат служит только для включения и отключения номинальных токов установки. Отключение токов КЗ и перегрузок производит высоковольтный предохранитель, включенный с выключателем нагрузки последовательно. В отличие от разъединителя выключатель нагрузки имеет ДУ, рассчитанное на коммутацию номинальных токов и токов XX трансформаторов и линий электропередачи.5) Отделители и короткозамыкатели. В связи с возрастанием мощности приемников напряжение 35-220 кВ подается непосредственно на территории заводов, фабрик, городов. Выключатели на это напряжение имеют значительные габаритные размеры и высокую стоимость. В связи с этим разработаны упрощенные схемы энергоснабжения, в которых выключатели на повышенное напряжение заменяются простыми и дешевыми аппаратами -- отделителями и короткозамыкателями, не требующими большого помещения.Отделитель – это коммутационный аппарат, который служит для отключения обесточенной цепи высокого напряжения за малое время. По своей конструкции отделитель похож на разъединитель, но имеет быстродействующий привод, который отключает его за относительно малое время (не более 0,1 с).Короткозамыкатель – это коммутационный аппарат, который служит для создания КЗ в цепи высокого напряжения. По своей конструкции он напоминает заземляющее устройство разъединителя. Включение и отключение короткозамыкателя производится также с помощью быстродействующего привода. Время включения с момента подачи управляющего сигнала до момента замыкания контактов не превышает 0,1 с. Согласованная работа отделителя и замыкателя производится от специальной схемы автоматики.Ограничивающие аппараты: 1) Токоограничивающий реактор – катушка индуктивности, которая служит для ограничения тока КЗ и поддержания необходимого напряжения на сборных шинах распредустройства. Реакторы позволяют применить высоковольтные выключатели и другие АВН облегченного типа, а также повысить надежность работы электроустановки. Наряду с токоограничивающими реакторами в установках высокого напряжения нашли применение реакторы иного назначения: шунтирующие, нагрузочные, дугогасящие и др.2) Разрядники – аппараты, ограничивающие напряжение в электроустановке при коммутационных и атмосферных перенапряжениях. Они позволяют снизить требования к прочности электрической изоляции аппаратов и оборудования, уменьшить габаритные размеры электроустановки и значительно удешевить ее.Измерительные аппараты. В эту группу входят высоковольтные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН). Они изолируют силовые цепи высокого напряжения от токовых цепей и цепей напряжения измерительных приборов и релейной защиты. Кроме того, они позволяют различные номинальные токи и номинальные напряжения силовых цепей высокого напряжения привести к стандартным значениям тока (1 и 5 А) и напряжения (100 В).Комплектные распределительные устройства (КРУ) представляют собой совокупность АВН (выключатель, разъединители, ТТ, ТН, реактор и др.), которая позволяет осуществлять управление потоком энергии и защиту от аварийных режимов. КРУ изготовляются на аппаратном заводе и поставляется на подстанцию в готовом виде. Определенный набор ячеек КРУ позволяет на месте монтажа создать распределительное устройство высокого напряжения по одной из типовых схем. КРУ позволяет резко сократить время монтажа распределительного устройства, повысить надежность работы электроустановки, уменьшить затрату активных материалов и трудоемкость.Выключатели высокого напряжения. Выключатель является одним из основных видов ЭА, обеспечивающих включение и отключение электрических цепей с различными токами, в том числе токами перегрузки и коротких замыканий.
III УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Все измерительные и преобразовательные приборы изображаются на функциональных схемах автоматизации в виде окружностей или овалов.Если приборы размещаются на щитах и пультах в центральных или местных операторных помещениях, то внутри окружности проводится горизонтальная разделительная линия. Если функция, которой соответствует окружность, реализована в системе распределенного управления (например, в компьютеризированной системе), то окружность вписывается в квадрат.Внутрь окружности вписываются:– в верхнюю часть – функциональное обозначение (обозначения контролируемых, сигнализируемых или регулируемых параметров, обозначение функций и функциональных признаков приборов и устройств);– в нижнюю – позиционные обозначения приборов и устройств.Места расположения отборных устройств и точек измерения указываются с помощью тонких сплошных линийВ функциональных схемах автоматизации, последовательности буквенных обозначений должно быть следующей:1. обозначение основной измеряемой величины;2. обозначение, дополнительное (уточняющее основную) измеряемую величину;3. обозначение функционального признака прибора.Буквенные обозначения средств автоматизации строятся на основе латинского алфавита и состоят из трех групп букв:1 буква – Контролируемый, сигнализируемый или регулируемый параметр:D – плотность,Е – любая электрическая величина,F – расход,G – положение, перемещение,Н – ручное воздействие, К - временная программа,L – уровень,М – влажность, и т. д.1 буква – Контролируемый, сигнализируемый или регулируемый параметр:Р – давление,Q – состав смеси, концентрация,R – радиоактивность,S – скорость (линейная или угловая),Т – температура,U – разнородные величины,V – вязкость,W – масса.2 буква (не обязательная) – уточнение характера измеряемой величины:D – разность, перепад,F – соотношение, J – автоматическое переключение, Q – суммирование, интегрирование.3 группа символов (несколько букв) – функции и функциональные признаки прибора:I – показания,R – регистрация,С – регулирование,S – переключение,Y – преобразование сигналов, переключение,А – сигнализация,Е – первичное преобразование параметра,Т – промежуточное преобразование параметра, передача сигналов на расстояние,К – переключение управления с ручного на автоматическое и обратно, управление по программе, коррекция.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Электроэнергетика имеет большое значение в хозяйстве любой промышленно развитой страны, что объясняется такими преимуществами электроэнергии перед энергией других видов, как относительная лёгкость передачи на большие расстояния, распределения между потребителями, а также преобразования в другие виды энергии (механическую, тепловую, химическую, световую и др.). Отличительной чертой электроэнергии является одновременность её генерирования и потребления. Основная часть электроэнергии вырабатывается крупными электростанциями: тепловыми (ТЭС), гидравлическими (ГЭС), атомными (АЭС). Электростанции, объединённые между собой и с потребителями высоковольтными линиями электропередачи (ЛЭП), образуют электрические системы.Высоковольтная линия электропередачи, линия электропередачи напряжением выше 1 кв. В. л. э. бывают воздушные и подземные (подводные). Воздушной называют устройство для передачи и распределения электрической энергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и закреплённым на опорах при помощи изоляторов и арматуры. Опоры, изготовленные из дерева, железобетона или металла, отстоят одна от другой на 50–500 м в зависимости от марки провода и типа опоры. Расстояние от провода до земли составляет не менее 6–8 м. Подземные (подводные) В. л. э., в которых используются провода в специальной изоляции, применяют для распределения энергии на территории городов и промышленных предприятий, а также при переходе через широкие водные преграды.Считается, что ушли в прошлое времена, когда решался вопрос, каким быть электросетям в мире – сетям постоянного или переменного тока (так называемая «война токов или напряжений», имевшая место на рубеже 19-20 веков). В настоящее время большинство сетей – это сети переменного напряжения с частотой 50 / 60 Гц. Тем не менее, последние события в энергетике показывают, что старая дискуссия может вернуться.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Г.М. Кнорринг. Справочник для проектирования электрического освещения. «Энергия», 1968. 2. Карпов В.Н. Справочник по расчету проводов и кабели. «Энергия», 1969. 3. Вопросы и ответы по рациональной эксплуатации и безопасному обслуживанию электроустановок потребителей: В.В. Красник - Москва, Энергосервис, 2008 г.- 312 с. 4. Пособие по безопасной работе при эксплуатации электроустановок: - Санкт-Петербург, НЦ ЭНАС, 2007г.- 44 с.5. Сокол Т.С. Охрана труда: учеб. пособие / Т.С. Сокол; под общ ред. Н.В. Овчинниковой - 2-е изд. Мн: Дизайн ПРО, 2006.6. Руководящие указания по расчёту коротких замыканий, выбору и проверке аппаратов и проводников по условию короткого замыкания.7. Электрооборудование станций и подстанций, Л.Д. Рожкова, В.С. Козулин, М., Энергоиздат, 1987 г.8. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения, М., Энергоиздат, 1981 г.9. Справочная книга электрика, В.И. Григорьев, М., «Колос», 2004 г.