Высоковольтный выключатель как выбрать
Выбор выключателей 6-10 кВ: достоинства и недостатки
29 ноября 2011 в 10:00
Перед электрическими сетями и предприятиями, имеющими на своем балансе высоковольтные выключатели напряжением 6-10 кВ, время от времени появляется необходимость их приобретения, и как следствие, возникает вопрос: «Какой тип выключателя выбрать?». Ответ на этот вопрос зависит от конкретных условий эксплуатации, а также, финансовых возможностей организации, но рассмотренные далее основные достоинства и недостатки различных типов выключателей, надеемся, окажут помощь при выборе оборудования для покупки.
Как выбрать выключатель нагрузки-мини рубильник
Если у вас уже установлен вводной автомат, для выбора выключателя нагрузки ориентируйтесь прежде всего на его номинальный ток. Номинал выключателя нагрузки рекомендуется выбирать либо равным номинальному току автомата, либо на ступень больше. При этом следует не забывать что нам диктуют правила.
Так согласно ГОСТ 32397-2013 минимальный ток вводного устройства должен быть не менее 40А.
Руководствуясь этим, приобретайте в магазине аппараты от 40А и выше, тем более что в цене они не слишком отличаются от своих «меньших собратьев». Ну а располагаться выключатель нагрузки должен однозначно до вводного автомата, а еще лучше до самого прибора учета.
Некоторые электрики используют зачастую схему электрощитка даже без вводного автоматического выключателя. Это также разрешается, если вы грамотно защитили отходящие линии отдельными автоматами. В этом случае на вводе монтируется просто один выключатель нагрузки.
Плюс такой схемы не только в экономии, но и в селективности. При замыкании в проводке, у вас уже одновременно не отключится и ввод (погасив всю квартиру, что зачастую бывает при больших токах КЗ) и автомат группы.
Высоковольтный выключатель со встроенным оптическим трансформатором тока
Рис. 1. Трехмерная модель полюса выключателя ВГТ-УЭТМ®-500 со встроенным ТТЭО В качестве источников измерительного сигнала для создания систем релейной защиты, противоаварийной автоматики, систем автоматического управления выключателем, коммерческого учета и телеметрии применяются электромагнитные трансформаторы тока (ТТ). Они выпускаются или в маслонаполненном, или в элегазовом исполнении. Но в любом случае для напряжений уровня 330–500 кВ эти изделия представляют собой внушительную конструкцию весом в 500–800 кг и высотой до 7 метров. Для их монтажа и установки требуются бетонные основания и стальные конструкции, значительные площади на территории распределительного устройства (ОРУ). Применение элегаза или масла в качестве изолирующей среды вынуждает тратить значительные средства на техническое обслуживание ТТ в процессе их жизненного цикла. Используемый в конструкции этих ТТ принцип электромагнитного преобразования приводит к эффектам намагничивания железа трансформаторов, искажению формы и величины вторичного измерительного тока и как следствие — к ложной работе вторичных систем автоматики и управления.
совместно с договорились о создании комплексного решения на базе российских технологий — элегазового выключателя 500 кВ со встроенным оптическим трансформатором тока и автоматикой управления. В конструкции комплексных изделий на базе выключателя ВГТ-УЭТМ®-500 будут использованы электронные оптические трансформаторы тока (ТТЭО) производства «Профотек».
Рис. 2. Компоновка полюса колонкового элегазового выключателя ВГТ-УЭТМ®-500 со встроенным волоконно-оптическим трансформатором тока от «Профотек»
Применение цифрового оптического ТТ исключает проявление эффектов магнитного насыщения. Оптический трансформатор обладает очень большим динамическим диапазоном рабочих токов и вследствие использования оптико-электронных систем преобразования тока выдает на выходе точный и неискаженный цифровой сигнал. Оптический ТТ не содержит масел и элегаза в своей конструкции и в связи с этим требует гораздо меньшего объема технического обслуживания. Кроме того, оптический трансформатор тока не поддерживает горения (он не содержит горючих материалов) и, в связи с этим обеспечивает повышенную надежность работы. Цифровой измерительный сигнал, вырабатываемый оптическим трансформатором, позволяет создавать системы измерений и защит с совершенно новыми качествами. Так, повышенное быстродействие цифровой системы измерений позволит очень точно определять моменты перехода тока через 0 и подавать команду на отключение выключателя в аварийных режимах именно в этот момент, а это поможет существенно увеличить ресурс работы высоковольтного выключателя.
Кроме того, в современных ОРУ энергетических объектов нередко имеют место «мертвые» зоны, обусловленные разнесением мест установки выключателей и ТТ. Короткие замыкания (КЗ) в таких зонах ликвидируются только действием устройства резервирования отказа выключателя (УРОВ). Однако длительность периода возмущения, в течение которого отрабатывает УРОВ, может привести к нарушению динамической устойчивости генерирующего оборудования. Одним из решений по ликвидации «мертвых» зон является установка высоковольтного выключателя со встроенным оптическим ТТ. Это позволит исключить «мертвые» зоны в существующей конфигурации ОРУ без существенных затрат на изменение компоновки распределительного устройства и строительство дополнительных сетевых элементов в схемах выдачи мощности крупных энергообъектов.
Разработка высоковольтного выключателя с интегрированным оптическим трансформатором позволит создать «цифровой выключатель», который логично вписывается в технологию цифровой подстанции.
Создание колонкового выключателя с интегрированным оптическим трансформатором тока позволит существенно снизить материальные затраты при новом строительстве, так как отпадает необходимость в монтаже значительного количества вспомогательных конструкций (бетонные основания и т. п.) и позволит сократить размеры площади на ОРУ, необходимой для монтажа высоковольтных элементов. Разработка высоковольтного выключателя с интегрированным оптическим трансформатором позволит создать «цифровой выключатель», который логично вписывается в технологию цифровой подстанции. С точки зрения эксплуатации предлагаемое решение представляется оптимальным, так как конструкция самого выключателя и органов управления им не изменяются, что позволяет рассчитывать на упрощенную процедуру подготовки эксплуатационного персонала к использованию комбинированного изделия и не вызовет сложностей при его монтаже и наладке. При этом, благодаря применению оптических технологий, у выключателя появляются дополнительные функциональные возможности и новые качественные характеристики, такие как наблюдаемость, безопасность, быстродействие и должная чувствительность систем защиты.
Рис. 3. Интеллектуальный узел управления выключателем для цифровой подстанции
Выбор в качестве базы для создания «цифрового выключателя» ВГТ-УЭТМ®-500 обусловлен серьезным моральным устареванием воздушных выключателей серий ВНВ и ВВБ, которые в России являются наиболее распространенными коммутационными аппаратами на класс напряжения 500 кВ. Эти выключатели вводились в эксплуатацию с конца 70-х до начала 80-х годов прошлого века. При среднем сроке службы, не превышающем 25 лет, данное электрооборудование в основной массе практически выработало свой ресурс. Как следствие, остро стоит вопрос о замене данного оборудования на более современные аналоги. Установка же колонкового элегазового выключателя взамен устаревших воздушных на действующих подстанциях не требует проведения значительных подготовительных работ.
Следует дополнить, что на текущем этапе проектирования комплексного изделия прорабатывается возможность дооснащения ранее установленных выключателей ВГТ-УЭТМ®-500 комплектами модернизации, включающими в себя сами оптические трансформаторы, элементы для их подсоединения к полюсу серийного выключателя и все сопутствующие электронные блоки. Таким образом, в недалеком будущем будет возможно не только создавать новые цифровые подстанции, но и проводить «оцифровку» старых с минимальными затратами.
Изделие планируется испытать и подготовить к установке для проведения опытной промышленной эксплуатации в 2021 году.
Выбор высоковольтных выключателей: по типам, мощности, расчет, формулы, примеры
Все высоковольтные потребители подстанций, питающиеся от подстанций (цеховые трансформаторы, высоковольтные двигатели, батареи конденсаторов), подсоединяют посредством высоковольтных ячеек. Рекомендуется использовать комплектные ячейки КРУ и КСО. Такое решение позволяет существенно повысить производительность монтажных работ, сократить стоимость подстанций, повысить надежность электроснабжения и безопасность обслуживания. Выбор конкретной ячейки комплектного распределительного устройства зависит от токов рабочего режима и короткого замыкания в соответствующем присоединении, предопределяющих выбор выключателя или другого коммутационного аппарата.
В распределительных устройствах 10 (6) кВ применяют маломасляные, элегазовые, вакуумные и другие выключатели. Большой диапазон исполнений дает возможность применять выключатели как для присоединения электроустановок средней мощности, так и на стороне вторичного напряжения крупных трансформаторов.
Количество ячеек, присоединенных к секции шин, должно быть выбрано исходя из следующих потребностей: по одной ячейке на каждое проектируемое присоединение 10(6) кВ; по одной резервной ячейке на каждой секции шин; ячейка с межсекционным выключателем; ячейка с измерительным трансформатором напряжения на каждой секции шин; ячейка с вводным выключателем. Наиболее типичной схемой РУ 10 кВ промышленного предприятия является схема с одиночными секционированными шинами. Выбор высоковольтных выключателей производят:
По термической стойкости проверка осуществляется по расчетному импульсу квадратичного тока короткого замыкания и найденным в каталоге значениям:
При удаленном коротком замыкании значение теплового импульса тока короткого замыкания Вк может определяться по формуле
где т — расчетное время отключения выключателя, с.
Время действия релейной защиты может быть принято: при расчете кабелей и выключателей тупиковых присоединений ЗУР (высоковольтные двигатели, цеховые трансформаторы) t р.з. = 0,01 с; для вводных выключателей РУ 6—10 кА 4УР
t р.з. = 0,5… 0,6 с; для коммутационных аппаратов 5УР t р.з. = 1,2…2,0 с.
При коротком замыкании вблизи группы двигателей тепловой импульс определяется как суммарный от периодической Вкп и апериодической В к.а. составляющих:
Апериодические составляющие токов двигателей от системы затухают по экспонентам с близкими постоянными времени, поэтому апериодическую составляющую тока в месте короткого замыкания можно представить в виде одной экспоненты с эквивалентной постоянной времени:
Тепловой импульс от апериодической составляющей тока короткого замыкания
При наличии синхронных двигателей на соседней секции шин максимальное результирующее значение тока внешнего короткого замыкания определяется с учетом суммарной подпитки от обеих секций, так как секционный выключатель может быть включен. При проектировании подстанции промышленного предприятия возникает необходимость повторения процедур выбора аппаратов и токоведущих устройств столько раз, сколько отходящих линий имеется на предприятии.
Характеристики некоторых видов выключателей:
Интересное видео о высоковольтных выключателях смотрите ниже:
Выбор автоматических выключателей вводных и отходящих линий
Случай применения одного трансформатора
Если трансформатор расположен на потребительской подстанции, то в некоторых национальных стандартах требуется применение низковольтного автоматического выключателя, в котором были бы явно видны разомкнутые контакты, такого как, например, выкатной выключатель Compact NS.
(
рис. H44
): Какой тип автоматического выключателя пригоден для главного автомата защиты электроустановки, питаемой от трехфазного понижающего трансформатора мощностью 250 кВА и напряжением во вторичной обмотке 400 В, установленного на потребительской подстанции?
Ток трансформатора In = 360 А Ток (трехфазный) Isc = 8,9 кА
Для таких условий подходящим вариантом будет автоматический выключатель Compact NS400N с диапазоном регулировки расцепителя 160 — 400 А и предельной отключающей способностью (Icu) 45 кА.
Рис. H44:
Пример установки автоматического выключателя на выходе трансформатора, расположенного на потребительской подстанции
Элегазовые высоковольтные выключатели
Элегазом называется смесь серы и фтора в определенной пропорции. В результате образуется инертный газ с плотностью выше чем у воздуха примерно в 5 раз и электрической прочностью в 2-3 раза больше воздушной.
Данный вид выключателей, используя элегаз, способен погасить дугу, ток которой примерно в 100 раз выше тока, отключаемого в обычном воздухе, в тех же самых условиях. Такая способность объясняется возможностями молекул улавливать электроны, находящиеся в дуговом столбе, с одновременным созданием относительно неподвижных отрицательных ионов. При потере электронов дуга становится неустойчивой и очень легко гаснет. Если элегаз подается под давлением, то электроны из дуги поглощаются еще быстрее.
