Защитные и токоограничивающие аппараты реферат

Обновлено: 16.05.2024

Реакторы предназначены для ограничения токов к. з. в электроустановках и для сохранения уровня напряжения в сети. Конструктивно реактор состоит из медной (тип РБ) или алюминиевой (тип РБА) обмотки, бетонных колонок и опорных фарфоровых изоляторов.
В типовом обозначении реакторов цифры последовательно указывают номинальное напряжение, кВ, номинальный ток, А, и реактивность, %, которая представляет собой значение падения напряжения в одной фазе реактора в процентах номинального напряжения. Реактивность реакторов разных исполнений составляет 4—12%.
Обмотка реактора выполняется в виде концентрически расположенных витков специального многожильного изолированного провода в радиальных бетонных колонках, изготовленных из цемента высоких марок. В каждой колонке заармировано по два стальных стержня с резьбой на концах для крепления к нижним опорным изоляторам и фланцам изоляторов вышерасположенной фазы (при вертикальной установке). На фланцах нижних опорных изоляторов, устанавливаемых на полу подстанции, имеются болты для заземления. Каждая колонка реактора закрепляется анкерным болтами. Комплект трехфазного реактора состоит из трех одинаковых катушек, включаемых последовательно в каждую фазу цепи. Выводы реакторов представляют собой алюминиевые пластины, приваренные к проводу обмотки, с набором контактных болтов.
Монтаж реактора состоит из ревизии, установки и сушки (при необходимости). На место монтажа реактор доставляют в заводской упаковке. Перед установкой его освобождают от упаковки, очищают от пыли и стружек и подвергают тщательному осмотру для выявления дефектов, препятствующих нормальной работе реактора. При осмотре проверяют, нет ли трещин и сколов у фарфоровых изоляторов, нарушения их армировки, трещин, отбитых краев и нарушения лакового покрова у бетонных колонок, деформации витков и нарушения их изоляции. Поврежденные изоляторы заменяют, погнутые витки обмотки выпрямляют, восстанавливают изоляцию витков лакотканью и покрывают бакелитовым лаком. Наряду с обмоткой следует после осмотра внимательно отнестись к устранению дефектов в бетонных колонках, которые являются основной изоляцией реактора. При изготовлении колонок бетон подвергается специальной обработке для достижения высокой влагостойкости, сушке и пропитке лаком, а после запекания на него накладывают покровный влагостойкий лак. Обнаруженные в бетоне небольшие трещины и в небольшом количестве (не 1/3 радиальной длины колонки и шириной не более 0,8 мм) заделываются изоляционным асфальтовым лаком, а большие трещины и сколы — чистым цементным раствором.
Установка реакторов в камерах подстанций может быть выполнена вертикально, горизонтально и ступенчато. При коротких замыканиях между соседними фазами реактора возникают большие электродинамические усилия. Наиболее опасными являются усилия отталкивания между обмотками, так как они вызывают растягивающие усилия в фарфоровых изоляторах (фарфоровые изоляторы лучше работают на сжатие, чем на растяжение). Во избежание этого следует при установке фаз реактора по вертикали и ступенчато руководствоваться следующим: направление обмоток фазы С и СГ (заводские обозначения фаз — В — верхняя, С —средняя, Н— нижняя, Г — горизонтальная, СГ— средняя горизонтальная) должно быть обратным направлению обмоток остальных двух фаз трехфазного комплекта реактора (в плане против часовой стрелки), что обеспечивает выгодное распределение усилий, возникающих при коротких замыканиях в обмотке реактора, в бетонных колонках и изоляторах.
При горизонтальной установке трехфазного комплекта реактора фаза СГ должна быть расположена на полу между двумя крайними фазами Г. Для ступенчатой установки фазы Г и СГ монтируют на полу, а фазу В располагают над фазой СГ. По вертикальной установке фазы Н—С—В располагают согласно рис. 19,а.
Расстояния фаз реактора от стен и потолка строго нормированы и указаны в проекте. Уменьшение расстояния от бетонных стен из-за наличия в них стальной арматуры может существенно влиять на увеличение потери электроэнергии в реакторах. Расстояние между краем реактора и стальными конструкциями в камере должно быть не менее половины диаметра реактора.
Установка бетонных реакторов в камерах вследствие возникновения сильных электромагнитных полей при их работе требует соблюдения специальных условий.
стальные конструкции и проводники не должны создавать замкнутых контуров; для контактных соединений применять болты из маломагнитной стали или из латуни; крепление реактора выполнять прочно и надежно; при выверке реактора по вертикали под изоляторы ставить прокладки из твердого картона; подводить шины к реактору перпендикулярно обмоткам и закреплять их на расстоянии не более 350 мм (для предохранения вывода реактора от усилий при коротком замыкании).

Рис. 19. Реактор типа РБА-10,600-6.
а — способы установки трехфазного комплекта реактора: 1 — вертикально; 2 — горизонтально; 3 — ступенчато; б — крепление стропов при подъёме: 1 — стальной трос; 2 — швеллер; 3 — деревянные прокладки.

Для подъема реакторов в междуэтажном перекрытии камер предусматривается установка специальных крюков. При горизонтальной установке каждую фазу реактора при помощи талей поднимают на фундамент, опускают на фундаментные штыри, выверяют по уровню и отвесу и затягивают крепежные болты. Монтаж бетонных реакторов при вертикальном расположении фаз выполняется в следующем порядке:
устанавливают на фундамент фазу В и поднимают ее на высоту, достаточную для установки под ней фазы С;
устанавливают «а фундамент фазу С и на ее бетонных колонках на эластичных прокладках укрепляют опорные изоляторы;
поднимают соединенные фазы В и С для установки на фундамент фазы Н, на которой аналогично закрепляют изоляторы с эластичными прокладками;
опускают две верхние фазы на фазу Н и соединяют с ней болтами;
всю группу выверяют по уровню и отвесу и окончательно затягивают все крепежные болты.
Подъем и установку фаз реактора производят с помощью швеллерной траверсы с тросовым захватом, соблюдая особую осторожность, чтобы не повредить обмотки или бетонные колонки (рис. 19,6).
После установки реактор заземляют, а также подвергают испытаниям. Прочность главной изоляции испытывают повышенным напряжением 32 или 42 кВ соответственно номинальному напряжению 6 или 10 кВ в течение 1 мин. Сопротивление изоляции обмоток не нормируется, но оно должно быть не менее 70% заводских данных.
При пониженном сопротивлении изоляции, а также после ремонта реакторы подвергаются сушке воздуходувкой или постоянным током. Во время сушки поддерживается температура в пределах 100—120°С. Сопротивление изоляции между обмоткой, болтами крепления колонок и изолятором после сушки, измеренное мегаомметром, должно быть не менее 0,5 МОм. Бетонные колонки в горячем состоянии покрывают два раза натуральной олифой и покровным лаком, при этом после каждого покрытия производят запекание лакового покрова при температуре 110—120 °С в течение 5—6 ч.

Разрядники

Разрядники предназначены для защиты изоляции электроустановки и ее электрооборудования от коммутационных и атмосферных перенапряжений. Перенапряжения на шинах распределительных устройств и подстанций возникают при коммутационных (внутренних) изменениях схемы и режима работы установки, например при отключении цепей с большой индуктивностью или емкостью, при отключении короткого замыкания и т. д. Коммутационные перенапряжения обычно бывают кратковременные и могут достигать трех-четырехкратного напряжения установки. Но особенно значительны перенапряжения при атмосферных разрядах, превышающих номинальное напряжение электроустановки в десятки и сотни раз. Атмосферные (внешние) перенапряжения возникают в результате прямых грозовых разрядов или воздействия напряжений, индуктированных в элементах установки при грозовых разрядах вблизи нее.
Защитное действие разрядника заключается в снижении амплитуды волны перенапряжения до пределов, безопасных для изоляции защищаемой электроустановки. При повышении напряжения до определенных пределов пробиваются искровые промежутки разрядника и энергия перенапряжения отводится в землю.
На подстанциях напряжением 6—10 кВ применяются преимущественно вентильные разрядники типа РВП (разрядник вентильный подстанционный).

Рис. 20. Разрядник РВП-10.
1 — ввод; 2 — прокладки из резины; I — пружина; 4 — искровые промежутки; 5 — колонка вилитовых дисков; 6 — фарфоровый кожух; 7 — внутренняя диафрагма; 8 —стопорная пружина; 9 —компаунд; 10 — наружная диафрагма; 11 — заземляющий болт; 12 — металлический хомут.
Разрядник состоит из двух основных узлов: блока искровых промежутков и колонки вилитовых дисков (рабочее сопротивление). Конструкция разрядника РВП видна из рис. 20. В герметизированном фарфоровом корпусе, уплотненном озоностойкой резиной, помещены блок искровых промежутков 4 и рабочее сопротивление 5. Многократный искровой промежуток состоит из нескольких последовательно соединенных единичных промежутков, заключенных в бумажно-бакелитовый футляр. Каждый искровой промежуток состоит из двух фигурных шайб с зажатыми между ними кольцами из миканита. Весь блок искровых промежутков расположен в верхней части корпуса и зажат спиральной пружиной 3. Рабочее сопротивление состоит из набора вилитовых дисков, включенных последовательно, которые обладают вентильными свойствами: с увеличением приложенного напряжения проводимость вилита резко уменьшается, а при снижении напряжения — резко возрастает. Ввод 1 разрядника имеет специальное ушко с болтом для его подвески, а для жесткого крепления к металлоконструкции служит хомут 12. Провод фазы линии высокого напряжения присоединяется через пластину к искровому промежутку сверху, а заземляющий проводник присоединяется непосредственно или через регистратор срабатывания к зажиму 11, имеющему электрический контакт с рабочим сопротивлением.
В нормальном режиме искровые промежутки отделены от сети рабочим сопротивлением. При возникновении перенапряжения искровые промежутки пробиваются и сеть соединяется с землей через вилитовое сопротивление. В первый момент пробоя искровых промежутков к вилитовым дискам будет приложено максимальное перенапряжение и при этом проводимость их будет наибольшей. В результате разряда на землю напряжение в сети снизится и проводимость дисков уменьшится.
Разрядники серии РВП на 3, 6 и 10 кВ имеют одинаковую конструкцию, но отличаются друг от друга только числом вилитовых дисков сопротивления, количеством искровых промежутков, а также размерами.
Кроме разрядников типа РВП применяются также вентильные разрядники типа РВС; они конструктивно сходны с разрядниками РВГ1, однако отличаются от него формой корпуса и большой пропускной способностью. Для сельских электроустановок выпускается разрядник РС-10, который является модификацией разрядника РВП-10 и отличается от последнего количеством единичных искровых промежутков и высотой набора рабочих сопротивлений.
Разрядники до установки подвергают тщательному осмотру для выявления пригодности их к эксплуатации. Наружный осмотр их производят с целью проверки: целости фарфоровых корпусов и металлических деталей; отсутствия трещин и отбитых краев; герметичности уплотнения в верхней и нижней части разрядника; отсутствия выкрашивания в армировочных швах; плотности прилегания крышки к корпусу; комплектности крепежных деталей; отсутствия стука внутри разрядника при его покачивании на угол до 30°. Разрядники поставляются в собранном виде и отрегулированными на заводе- изготовителе, поэтому при монтаже разрядники не вскрывают и не производят ревизии внутренних деталей.
Разрядники поднимают вручную или талями на опорные конструкции, выверяют по уровню и отвесу с подкладкой в необходимых случаях под цоколь отрезков из листовой стали и закрепляют на опорах посредством хомута болтами. Части включенного в работу разрядника, кроме заземленного цоколя, находятся под напряжением, поэтому при монтаже его располагают так, чтобы была исключена возможность случайного прикосновения к разряднику.

Предохранители

предохранитель

Предохранители высокого напряжения предназначены для защиты электроустановок небольшой мощности от токов к. з. и перегрузок. Они применяются для защиты силовых цепей (исполнение ПК — предохранитель с кварцевым заполнением) и для защиты цепей измерительных трансформаторов напряжения (исполнение ПКТ).
Предохранитель с кварцевым заполнением состоит из двух опорных изоляторов, установленных на металлическом цоколе; контактов, укрепленных на изоляторах; патрона, вставляемого в контакты. Патрон (рис.21) представляет собой фарфоровую трубку, концы которой заармированы латунными колпачками-обоймами. Внутри патрона имеется плавкая вставка (припаянная к обоймам) из медных посеребренных проволок (у предохранителей ПКТ — константановая проволока). Кроме того, у предохранителей типа ПК на номинальный ток свыше 7,5 А на концах плавких вставок напаяны оловянные шарики для снижения перегрева предохранителя при небольших перегрузках: при нагреве проволоки до температуры плавления олова молекулы последнего проникают в медь и образуют сплав с температурой плавления ниже, чем у меди.
Патроны предохранителей ПК снабжены еще одной деталью — указателем срабатывания. При коротком замыкании в цепи, защищаемой предохранителем, перегорает плавкая вставка и возникающая при этом дуга гасится за счет охлаждения ее песком и образовавшихся при испарении плавкой вставки паров металла, которые проникают между крупинками кварца, где они
охлаждаются и (конденсируются. Это приводит к быстрому гашению дуги. Одновременно перегорает указательная проволока и указатель срабатывания выталкивается пружиной наружу, поэтому указатель срабатывания позволяет быстро отыскать перегоревший патрои. Предохранитель срабатывает бесшумно и без выброса пламени. Предохранители ПК являются одновременно и токоограничивающими аппаратами, так как действуют очень быстро и разрывают цепь тока к. з. раньше, чем он успеет достигнуть своего максимального значения.

Рис. 21. Патроны предохранителей ПК.
а — с плавкой вставкой на керамическом сердечнике; б — с плавкой вставкой, свитой в спираль; 1 — крышка; 2 — латунная обойма; 3 — фарфоровая трубка; 4 — кварцевый песок; 5 — плавкая вставка; 6 — указательная проволока; 7 — указатель срабатывания; 8 — шарик из олова.
Предохранители монтируют на цоколе из швеллера или угловой стали и на стальной раме. Цоколь предохранителя или стальную раму устанавливают вертикально по разметке на болтах и выверяют по уровню и отвесу по основным осям. Затягивают гайки равномерно, наблюдая, чтобы оси изоляторов одной фазы строго совпадали по вертикали с продольной осью патрона и контактных губок с допуском ±0,5 мм.
Перед установкой предохранители подвергают осмотру, проверяют: состояние фарфоровых изоляторов и трубок, армировку изоляторов и патронов, исправность указателя срабатывания, целость плавкой вставки и ее соответствие номинальному току патрона и предохранителя, наличие надежного контакта между губками и патронами предохранителя, состояние стальных пружинящих скоб, контактных губок, ограничительных торцевых пластин.

При установке предохранителей добиваются, чтобы патроны входили в губки без перекосов, от усилия одной руки; указатели срабатывания были обращены вниз; замки предохранителей прочно удерживали патроны от выпадения при электродинамических ударах; контактные зажимы или губки плотно охватывали цилиндрическую головку или ножи патрона.
Контактные поверхности губок и патронов зачищают и покрывают слоем технического вазелина. Встряхиванием проверяют полноту и плотность засыпки кварцевого песка и отбраковывают предохранители, в которых слышен шум пересыпающегося песка.

По функциональному признаку электрические аппараты высокого напряжения (АВН) подразделяются на следующие виды: – коммутационные аппараты (выключатели, разъединители, короткозамыкатели, отделители); – защитные и ограничивающие аппараты (предохранители, токоограничивающие реакторы, разрядники, нелинейные ограничители перенапряжений); – комплектные распределительные устройства (КРУ).

Коммутационные аппараты используются для формирования необходимых схем передачи энергии от ее источника (электростанции) к потребителю.

Выключатели предназначены для оперативной и аварийной коммутации в энергосистемах, т.е. выполнения операций включения и отключения отдельных цепей при ручном или автоматическом управлении. Во включенном состоянии выключатели должны беспрепятственно пропускать токи нагрузки. Характер режима работы этих аппаратов несколько необычен: нормальным для них считается как включенное состояние, когда они обтекаются током нагрузки, так и отключенное, при котором они обеспечивают необходимую электрическую изоляцию между разомкнутыми участками цепи. Коммутация цепи, осуществляемая при переключении выключателя из одного положения в другое, производится нерегулярно, время от времени, а выполнение им специфических требований по отключению возникающего в цепи короткого замыкания чрезвычайно редко. Выключатели должны надежно выполнять свои функции в течение срока службы (25 лет), находясь в любом из указанных состояний, и одновременно быть всегда готовыми к мгновенному эффективному выполнению любых коммутационных операций, часто после длительного пребывания в неподвижном состоянии. Отсюда следует, что они должны иметь очень высокий коэффициент готовности: при малой продолжительности процессов коммутации (несколько минут в год) должна быть обеспечена постоянная готовность к осуществлению коммутаций.

Секционные выключатели применяются в сборных шинах. В распределительных устройствах (РУ) электростанций секционные выключатели при нормальной работе обычно замкнуты. Они должны автоматически отключаться только при повреждении в зоне сборных шин. Вместе с ними должны отключаться и другие выключатели поврежденной секции. Таким образом, поврежденная секция РУ будет отключена, а остальная часть останется в работе.

Разъединители применяются для коммутации обесточенных при помощи выключателей участков токоведущих систем, для переключения РУ с одной ветви на другую, а также для отделения на время ревизии или ремонта силового электротехнического оборудования и создания безопасных условий от смежных частей линии, находящихся под напряжением. Разъединители способны размыкать электрическую цепь только при отсутствии в ней тока или при весьма малом токе. В отличие от выключателей разъединители в отключенном состоянии образуют видимый разрыв цепи. После отключения разъединителей с обеих сторон объекта, например выключателя или трансформатора, они должны заземляться с обеих сторон либо при помощи переносных заземлителей, либо специальных заземляющих ножей, встраиваемых в конструкцию разъединителя.

Отделитель служит для отключения обесточенной цепи высокого напряжения за малое время (не более 0,1 с). Он подобен разъединителю, но снабжен быстродействующим приводом.

Короткозамыкатель служит для создания искусственного короткого замыкания (КЗ) в цепи высокого напряжения. Конструкция его подобна конструкции заземляющего устройства разъединителя, но снабженного быстродействующим приводом.

Короткозамыкатели и отделители устанавливаются на стороне высшего напряжения РУ малоответственных потребителей, когда в целях экономии площади и стоимости РУ выключатели предусмотрены только на стороне низшего напряжения.

Ограничивающие аппараты подразделяются на аппараты ограничения тока и напряжения.

К токоограничивающим аппаратам относятся предохранители и реакторы высокого напряжения. Плавкие предохранители предназначены для защиты силовых трансформаторов и измерительных трансформаторов напряжения, воздушных и кабельных линий, конденсаторов.

Токоограничивающие реакторы представляют собой катушку индуктивности без стали и служат для ограничения тока короткого замыкания (КЗ) и поддержания напряжения на сборных шинах РУ. Применение их позволяет существенно снизить требования к выключателям по электродинамической, термической стойкости и отключающей способности в сетях с реакторами по сравнению с аналогичными сетями, не защищенными реакторами.

В качестве ограничителей грозовых и внутренних перенапряжений используются разрядники и ограничители перенапряжения. Они должны быть установлены вблизи силовых повышающих трансформаторов и вводов воздушных линий в РУ. Они позволяют снизить требования к прочности электрической изоляции аппаратов и оборудования РУ, уменьшить габаритные размеры электрической установки и значительно снизить ее стоимость.

Комплектные распределительные устройства (КРУ) составляются из полностью или частично закрытых шкафов или блоков со встроенными в них АВН, устройствами защиты, автоматики, контрольно-измерительной аппаратуры и поставляемых в собранном на заводе или полностью подготовленном для сборки виде. Различают распределительные устройства внутренней и наружной установки. Комплектные распределительные устройства становятся наиболее распространенным типом РУ. В последнее время начали широко применяться герметизированные РУ (ГРУ), в которых все токоведущие элементы и весь комплекс аппаратуры (выключатели, разъединители) расположены внутри герметичной оболочки, заполненной сжатым газом (элегазом). Наиболее эффективно ГРУ будут применяться в крупных городах, что даст значительную экономию городских площадей и повысит надежность энергосистем.

41. Электрические схемы электростанций и подстанций. Классификация схем распределительных устройств. Основные требования, предъявляемые к схемам распределительных устройств электроустановок.

К схемам электрических соединений электроустановок предъявляется целый комплекс требований, из которых можно выделить семь основных: надежность, экономичность, удобство эксплуатации, технологическая гибкость, экологическая чистота, компактность и унифицированность.

По степени надежности главные схемы ЭС должны выбираться исходя из важности и значения электростанции в энергосистеме с точки зрения надежного электроснабжения потребителей электрической энергии. Выбранная схема, в частности, должна обеспечивать: – допустимую (минимальную) потерю генераторной мощности ЭС в расчетных аварийных режимах (например, при устойчивом коротком замыкании на одной из систем шин ВН или СН); – сохранение транзита системных связей через шины РУ при авариях на электростанции; – ликвидацию аварий в РУ по возможности только операциями с выключателями; – питание РУ с.н. от энергосистемы после полной остановки электростанции.

В зависимости от конкретных условий (например, при сооружении электростанций в зонах повышенной сейсмичности, вечной мерзлоты и др.) к надежности главных схем могут предъявляться и другие требования.

При выполнении схем ГРУ ТЭЦ и ПС должны учитываться требования, связанные с категорией потребителей по степени ответственности их электроснабжения.

В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) все потребители делятся на три категории:

· I категория — электроприемники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение особо важных элементов городского хозяйства. Такие потребители должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания, иметь 100 %-ный резерв по питающим линиям электропередачи. Перерыв в электроснабжении таких потребителей допускается лишь на время автоматического ввода резервного питания (АВР), допустимого по условию самозапуска электродвигателей.

· II категория — электроприемники, перерыв в электроснабжении которых связан с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушением нормальной деятельности значительного числа городских жителей. Для таких потребителей допускается перерыв в электроснабжении на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом или выездной оперативной бригадой. Питание таких потребителей допускается осуществлять через один силовой трансформатор (при наличии передвижного резерва) по одной линии электропередачи.

· III категория — все остальные электроприемники, не подходящие под определения I и II категорий (например, электроприемники цехов несерийного производства, вспомогательных цехов, небольших поселков и т.п.). Для таких потребителей допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для ремонта или замены поврежденного элемента сети, но не более одних суток.

Под экономичностью схемы подразумевается принятие решений с учетом необходимых капитальных вложений и ежегодных издержек на производство тепловой и электрической энергии при обеспечении требуемой степени надежности. Принятие того или иного уровня надежности схемы производится на основании сопоставления затрат на его обеспечение с экономическими потерями (ущербом), связанными с нарушением ее работоспособности.

Под удобством эксплуатации схемы понимаются надежность работы и простота ее исполнения, снижение вероятности ошибок обслуживающего персонала в процессе эксплуатации, минимизация количества коммутаций в первичных и вторичных цепях, уменьшение количества аварий из-за ошибок персонала и отказов электрооборудования во время производства оперативных переключений.

Под технологической гибкостью схемы понимается ее способность адаптироваться к изменяющимся условиям работы при плановых ремонтах, аварийно-восстановительных работах, расширении, реконструкции и испытаниях.

Под экологической чистотой схемы понимается степень воздействия электроустановки на окружающую среду (шум, электрические и магнитные поля, выбросы, отходы и т.п.) и на человека.

Компактность схемы подразумевает минимизацию площадей, занимаемых РУ [например, применение элегазового распределительного устройства (КРУЭ) в 10 раз и более уменьшает площадь отчуждаемых земель для его сооружения по сравнению с традиционным решением].

Унифицированность схемы есть не что иное, как использование типовых решений, позволяющих снизить материальные, трудовые и финансовые затраты на проектирование, монтаж, пусконаладочные работы и эксплуатацию электроустановки.

Аппараты защиты предназначены для того, чтобы при возникновении аварийных режимов в работе электроприемников или электрических сетей автоматически отключить защищаемую электрическую цепь.

•исчезновение напряжения или чрезмерное понижение напряжения (которое вызывает опасное увеличение потребляемого тока).

Во всех перечисленных случаях защитные аппараты должны предупредить возможность повреждения изоляции обмоток двигателя и поломок в механической части привода или рабочей машины, своевременно и надежно отключив электроустановку.

Наряду с этим аппараты электрической защиты должны быть рассчитаны на длительное протекание через них максимального тока нагрузки и на кратковременное действие пикового тока, который возникает при включении в сеть отдельных мощных электродвигателей.

Максимальной защитой называется защита электропривода от токов короткого замыкания и кратковременной большой перезагрузки. Этот вид защиты осуществляется электромагнитными расцепителями автоматических воздушных выключателей, плавкими предохранителями, а также электромагнитными реле, включенными во вторичные цепи.

Защита от перегрузок электроустановок длительными токами, на 30—60% превышающих номинальные токи, осуществляется при помощи тепловых реле или реле

При очень значительном снижении напряжения, а также при полном его исчезновении двигатель может остановиться. Если после этого напряжение сети будет внезапно восстановлено, то произойдет самозапуск двигателя, что в некоторых случаях может привести к серьезным авариям и несчастным случаям. Защита, срабатывающая при понижении напряжения в сети и тем самым исключающая возможность самозапуска (если он недопустим), осуществляется электромагнитными реле напряжения, магнитными пускателями и контакторами. Она называется защитой минимального напряжения.

Защита осуществляется автоматическим отключением поврежденного участка системы или подачей сигнала о нарушении нормального режима. Каждый элемент системы кроме основной защиты реагирующей на нарушения режима элемента системы может снабжаться резервной защитой, которая должна реагировать при отказах основной.

Быстродействие определяется временем срабатывания tc. Различают защиты: мгновенного действия tc 0,5с. Селективность обеспечивается соответствующим выбором типа защиты, ее параметрами и временем срабатывания. Чувствительность характеризуется коэффициентом Кч. Для максимальной защиты Kч=Xmin/Xc для минимальной Кч= Хс/Хмах. Хс - параметр срабатывания, Xmin и Хмах - соответственно, минимально и максимально возможные значения контролируемого параметра в аварийном режиме.

Для общепромышленного электрооборудования предусматриваются: максимально токовая защита (для быстрого отключения при коротком замыкании), защита от перегрузок для отключения цепи при длительном превышении номинального; защита минимального напряжения для отключения двигателей при опасном для них снижении напряжения; нулевая защита, предохраняющая от самозапуска двигателя, остановившегося после случайного перерыва в электроснабжении.

•коммутирующие, производящие отключение и включение силовых электрических цепей в системах, генерирующих, передающих и распределяющих электрическую энергию;

•аппараты управления (контакторы, пускатели, контроллеры, командоаппараты), управляющие работой электротехнического устройства;

•реле и регуляторы, осуществляющие защиту и управление работой устройств с использованием логических задач;

•датчики, создающие электрические сигналы (ток, напряжение), соответствующие определенным параметрам технологических процессов.

Вывод по вопросу: Защитные аппараты должны предупредить возможность повреждения изоляции обмоток двигателя и поломок в механической части привода или рабочей машины, своевременно и надежно отключив электроустановку.

Каждая трансформаторная подстанция, каждая воздушная линия, каждая кабельная линия и распределительные внутридомовые сети, каждый электроприёмник имеют аппараты защиты, обеспечивающие их бесперебойную и надежную работу.

Таких аппаратов на данный момент в мире имеется огромный выбор. Их можно подобрать по типу, по способу подключения, по параметрам защиты. Аппараты защиты электрооборудования и электрических сетей очень обширная группа и включает в себя такие аппараты как:

плавкие вставки (предохранители), автоматические выключатели, разнообразные реле (токовые, тепловые, напряжения и т. п.).

Плавкие предохранители защищают участок цепи от токовых перегрузок и коротких замыканий. Разделяются на одноразовые предохранители и предохранители со сменными вставками. Используются и в промышленности и в быту. Существуют предохранители работающие на напряжении до 1кВ и так же высоковольтные предохранители установленные, работающие на напряжении выше 1000В (например, плавкие предохранители на трансформаторах собственных нужд подстанций 6/0,4 кВ). Удобство в эксплуатации, простота конструкции и легкость при замене обеспечили предохранителям очень большую распространенность.

Автоматические выключатели играют ту же роль, что и предохранители. Только по сравнению с ними имеют более сложную конструкцию. Но при этом пользоваться автоматическими выключателями гораздо удобнее. В случае возникновении, например, короткого замыкания в сети в следствии старения изоляции, автоматический выключатель отключит от питания повреждённый участок. При этом сам легко восстанавливается, не требует замены на новый и после проведения ремонтных работ будет снова защищать свой участок сети. Так же пользоваться выключателями удобно при проведении каких либо регламентных ремонтных работ.

Производятся автоматические выключатели с широким спектром номинальных токов. Что позволяет подобрать нужный практически под любую задачу. Работают выключатели на напряжении до 1 кВ и на напряжении свыше 1кВ (высоковольтные выключатели).

Высоковольтные выключатели, для обеспечения чёткого расцепления контактов и предотвращения появления дуги производятся вакуумными, наполненными инертным газом или маслонаполненными.

В отличии от плавких предохранителей автоматические выключатели производятся как для однофазных так и для трехфазных сетей. То есть существуют одно-, двух-, трех-, четырехполюсные выключатели контролирующие три фазы трехфазной сети.

Например, при появлении короткого замыкания на землю одной из жил питающего кабеля электродвигателя автоматический выключатель отключит питание на всех трех, а не на одной поврежденной. Так как после исчезновения одной фазы электродвигатель продолжил бы работу на двух. Что не допустимо, так как является аварийным режимом работы и может привести к преждевременному выходу его из строя. Автоматические выключатели производятся для работы с постоянным и переменным напряжением.

Так же для защиты электрооборудования и электрических сетей разработано множество разнообразных реле. Под каждую задачу можно подобрать необходимое реле.

Тепловое реле - самый распространённый тип защиты электродвигателей, нагревателей, любых силовых приборов от токов перегрузки. Принцип его действия основан на возможности электрического тока нагревать проводник, по которому он протекает. Основная часть теплового реле – биметаллическая пластина. Которая при нагревании изгибается и тем самым разрывает контакт. Нагрев пластины происходит при превышении током его допустимого значения.

Токовые реле, контролирующие величину тока в сети, реле напряжения, реагирующие на изменения напряжения питания, реле дифференциального тока, срабатывающие при возникновения тока утечки.

Как правило такие токи утечки весьма малы, и автоматические выключатели совместно с предохранителями на них не реагируют, но могут вызвать смертельное поражение человека при контакте его с корпусом неисправного прибора. При большом количестве электроприёмников требующих подключения через дифференциальное реле, для уменьшения габаритов силового щита, питающего эти электроприёмники, используют комбинированные автоматы.

Сочетающие в себе устройства автоматического выключателя и дифференциального реле (автоматы дифференциальной защиты или дифавтоматы). Часто использование таких комбинированных защитных устройств бывает весьма актуально. При этом снижаются габариты силового шкафа, облегчается монтаж и следовательно уменьшаются затраты на установку.

На основе реле на производстве собирают шкафы релейных защит. Сборные шкафы релейных защит обеспечивают стабильную работу потребителей разных категорий. Примером подобной защиты является собранный на базе реле и цифровых блоков защит автоматический ввод резерва (АВР). Надежный способ обеспечения потребителей резервным электроснабжением, при потере основного.

Для работы АВР необходимо наличие хотя бы двух источников питания. Для потребителей первой категории наличие устройства АВР является обязательным условием. Так как перебои в электроснабжении для этой категории потребителей может привести к опасности для жизни людей, нарушению технологических процессов,

Вывод по вопросу: Устройства защиты должны выбираться согласно параметрам потребителя, характеристике проводников, токов короткого замыкания, типа нагрузки.

Заземление электроустановки — преднамеренное электрическое соединение ее корпуса с заземляющим устройством.

Заземление электроустановок бывает двух типов: защитное заземление и зануление, которые имеют одно и тоже назначение - защитить человека от поражения электрическим током, если он прикоснулся к корпусу элекроустановки или других ее частей, которые оказались под напряжением.

Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение части электроустановки с заземляющим устройством с целью обеспечения электробезопасности. Предназначено для защиты человека от прикосновения к корпусу электроустаноувки или других ее частей, оказавшихся под напряжением. Чем ниже сопротивление заземляющего устройства, тем лучше. Чтобы воспользоваться преимуществами заземления, надо купить розетки с заземляющим контактом.

В случае возникновения пробоя изоляции между фазой и корпусом электроустановки корпус ее может оказаться под напряжением. Если к корпусу в это время прикоснулся человек - ток, проходящий через человека, не представляет опасности, потому что его основная часть потечет по защитному заземлению, которое обладает очень низким сопротивлением. Защитное заземление состоит из заземлителя и заземляющих проводников.

К естественным заземлителям относятся металлические конструкции зданий, надежно соединенные с землей.

В качестве искусственных заземлителей используют стальные трубы, стержни или уголок, длиной не менее 2,5 м, забитых в землю и соединенных друг с другом стальными полосами или приваренной проволокой. В качестве заземляющих проводников, соединяющих заземлитель с заземляющими приборами обычно используют стальные или медные шины, которые либо приваривают к корпусам машин, либо соединяют с ними болтами. Защитному заземлению подлежат металлические корпуса электрических машин, трансформаторов, щиты, шкафы.

Защитное заземление значительно снижает напряжение, под которое может попасть человек. Это объясняется тем, что проводники заземления, сам заземлитель и земля имеют некоторое сопротивление. При повреждении изоляции ток замыкания протекает по корпусу электроустановки, заземлителю и далее по земле к нейтрали трансформатора, вызывая на их сопротивлении падение напряжения, которое хотя и меньше 220 В, но может быть ощутимо для человека. Для уменьшения этого напряжения необходимо принять меры к снижению сопротивления заземлителя относительно земли, например, увеличить количество исскуственных заземлителей.

Зануление — преднамеренное электрическое соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением с глухо заземленной нейтралью с нулевым проводом. Это приводит к тому, что замыкание любой из фаз на корпус электроустановки превращается в короткое замыкание этой фазы с нулевым проводом. Ток в этом случае возникает значительно больший, чем при использовании защитного заземления. Быстрое и полное отключение поврежденного оборудования — основное назначение зануления.

Нулевой рабочий проводник служит для питания электроустановок и имеет одинаковую с другими проводами изоляцию и достаточное сечение для прохождения рабочего тока.

Нулевой защитный проводник служит для создания кратковременного тока короткого замыкания для срабатывания защиты и быстрого отключения поврежденной электроустановки от питающей сети. В качестве нулевого защитного провода могут быть использованы стальные трубы электропроводок и нулевые провода, не имеющие предохранителей и выключателей.

Вторая буква в обозначении системы заземления определяет характер заземления открытых проводящих частей электроустановки здания:

- T — непосредственная связь открытых проводящих частей электроустановки здания с землёй, независимо от характера связи источника питания с землёй.

- N — непосредственная связь открытых проводящих частей электроустановки здания с точкой заземления источника питания.

Буквы, следующие через чёрточку за N, определяют способ устройства нулевого защитного и нулевого рабочего проводников: C — функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников обеспечивается одним общим проводником PEN.

S — функции нулевого защитного PE и нулевого рабочего N проводников обеспечиваются раздельными проводниками.

К системе TN-C относятся трехфазные четырехпроводные (три фазных проводника и PEN- проводник, совмещающий функции нулевого рабочего и нулевого защитного проводников) и однофазные двухпроводные (фазный и нулевой рабочий проводники) сети зданий старой постройки. Эта система простая и дешевая, но она не обеспечивает необходимый уровень электробезопасности.

В настоящее время применение системы TN-C на вновь строящихся и реконструируемых объектах не допускается. При эксплуатации системы TN-C в здании старой постройки, предназначенном для размещения компьютерной техники и телекоммуникаций, необходимо обеспечить переход от системы TN-C к системе TN-S (TN-C-S).

Система TN-C-S характерна для реконструируемых сетей, в которых нулевой рабочий и защитный проводники объединены только в части схемы, во вводном устройстве электроустановки (например, вводном квартирном щитке). Во вводном устройстве электроустановки совмещенный нулевой защитный и рабочий проводник PEN разделен на нулевой защитный проводник PE и нулевой рабочий проводник N. При этом нулевой защитный проводник PE соединен со всеми открытыми токопроводящими частями электроустановки. Система TN-C-S является перспективной для нашей страны, позволяет обеспечить высокий уровень электробезопасности при относительно небольших затратах.

В системе TN-S нулевой рабочий и нулевой защитный проводники проложены отдельно. С подстанции приходит пяти жильный кабель. Все открытые проводящие части электроустановки соединены отдельным нулевым защитным проводником PE. Такая схема исключает обратные токи в проводнике РЕ, что снижает риск возникновения электромагнитных помех. Хорошим вариантом для минимизации помех является пристроенная трансформаторная подстанция (ТП), что позволяет обеспечить минимальную длину проводника от ввода кабелей электроснабжения до главного заземляющего зажима. Система TN-S при наличии пристроенной подстанции не требует повторного заземления, так как на этой подстанции имеется основной заземлитель. Такая система широко распространена в Европе.

В системе TT трансформаторная подстанция имеет непосредственную связь токоведущих частей с землёй. Все открытые проводящие части электроустановки здания имеют непосредственную связь с землёй через заземлитель, электрически не зависимый от заземлителя нейтрали трансформаторной подстанции.

В системе IT нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства,

имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части заземлены. Ток утечки на корпус или на землю в будет низким и не повлияет на условия работы присоединенного оборудования. Такая система используется, как правило, в электроустановках зданий, к которым предъявляются повышенные требования по безопасности.

Для защиты изоляционных конструкций РУ от грозовых и коммутационных перенапряжений применяются разрядники и нелинейные ограничители перенапряжения (ОПН). Изменение напряжения и тока сопровождения на разряднике при его пробое (срабатывании) показано на рис. 9.24, а.


Основными элементами вентильных разрядников являются искровые промежутки, последовательно соединенные с резистором, имеющим нелинейную вольт-амперную характеристику (ВАХ). В некоторых разрядниках параллельно искровым промежуткам 2, 3 присоединяются шунтирующие резисторы 1 (линейные) и конденсаторы, дающие возможность управлять распределением напряжений различной длительности по искровым промежуткам (рис. 9.24, б).

На рис. 9.25 представлен вентильный разрядник на напряжение 33 кВ, состоящий из фарфоровой покрышки 1, колонки нелинейных резисторов из вилита 2 и блока последовательно соединенных искровых промежутков 3.


Конструкция ОПН показана на рис. 9.26. Основными элементами ОПН являются фарфоровый корпус 2, фланцы 4, имеющие устройство 3, обеспечивающее герметичность, наружный тороидальный экран 6 с держателями 5, обеспечивающий выравнивание распределения напряжения по варисторам 7. Варисторы имеют внутреннюю полость 1, служащую для сброса избыточного давления при аварийном режиме через клапан взрывобезопасности 3. Тепловая прослойка 8, передающая избыток теплоты от варисторов на корпус, одновременно используется для крепления варисторов 7. В последнее время для изготовления корпусов ОПН стали применять полимерные материалы, например стеклопластик, что позволяет существенно снизить массу аппаратов и упростить конструкцию ОПН.

Одним из основных недостатков вентильных разрядников является высокое значение коэффициента нелинейности материалов (тервита и вилита) α = (0,2—0,4), а также нестабильность напряжений пробоя. Поэтому значительный прогресс был достигнут после разработки новых оксидно-цинковых варисторов с коэффициентом нелинейности α = 0,02. Это позволило разработать аппараты защиты без искровых промежутков. При рабочем напряжении токи через варисторы составляют миллиамперы, а при перенапряжениях соответственно сотни и тысячи ампер.

Ограничитель подсоединен к сети в течение всего срока службы. Поэтому через варисторы непрерывно протекает ток. Ограничитель сохраняет работоспособность до тех пор, пока воздействием рабочего напряжения и импульсов перенапряжений активная составляющая тока не превысит некоторого критического значения, при котором нарушается тепловое равновесие аппарата.

Поглощение ограничителем энергии из сети предшествует повышению перенапряжения. Кратность ограничения перенапряжений ОПН имеет порядок 1,75 (для коммутационных) и соответственно 2,42—1,8 (для грозовых), что значительно ниже, чем для вентильных разрядников, и, самое главное, обеспечивается стабильность этого коэффициента.

Токоограничивающим реактором называется электрический аппарат, выполненный в виде катушки неизменной индуктивности, предназначенный для ограничения токов КЗ и поддержания напряжения на шинах РУ в аварийном режиме. Откуда следует, что при возникновении КЗ на одной из отходящих линий низкого напряжения ток КЗ будет ограничиваться реактивными сопротивлениями генератора Хг и реактора Xт:

Обычно реактивное сопротивление реактора выражают в процентах:

Ток генератора много больше номинального тока отходящих линий, при этом Xр >> Х г. Таким образом, реально реактивное сопротивление реактора ограничивает уровень ожидаемого тока КЗ. Использование реактора позволяет выбрать коммутационную аппаратуру на более легкие режимы по номинальному току отключения и токам термической и динамической стойкости. Как известно, в номинальном режиме на реакторе будут наблюдаться постоянные потери напряжения. Поэтому увеличение индуктивного сопротивления реактора Xр% приводит к росту дополнительных потерь напряжения на нем. Увеличение индуктивности позволит более глубоко ограничить ток КЗ и использовать в сети более простые и дешевые аппараты. Используя критерий минимума затрат для РУ в целом, можно выбрать реактор с оптимальными электрическими параметрами.


Для обеспечения линейности вольт-амперных характеристик реактора применяются конструкции без ферромагнитного магнитопровода. Наиболее просты и дешевы конструкции сухих бетонных реакторов. На рис. 9.27 представлена конструкция однофазного бетонного реактора. Многожильный кабель 1 (медный или алюминиевый) при изготовлении заливается в специальные формы и крепится при помощи бетонных стоек-колонн 2. Основания колонн крепятся к опорным изоляторам 3. Для повышения электрической прочности после отвердения бетон пропитывается специальным лаком. Между витками катушки реактора имеются значительные расстояния, которые необходимы для снижения электродинамического усилия при КЗ и охлаждения реактора в номинальном режиме. Отдельные модули (фазные) реакторов могут располагаться вертикально и горизонтально, но обязательно в закрытых помещениях. К недостаткам реакторов кроме больших массы и габаритных размеров, следует отнести и создание значительных магнитных полей рассеяния.

Читайте также: