Электрооборудование подстанций. Электронное учебное пособие для студентов энергетических специальностей.

1. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ПОДСТАНЦИЙ БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Электрические системы» Электронное учебное пособие для студентов энергетических специальностей Разработала: Браневич О.А. Руководитель: Фадеева Г.А. к.т.н., доцент Минск 2004

2. Подстанция Электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электрической энергии, состоящая из трансформаторов , устройств управления, распределительных и вспомогательных устройств

3. Силовые трансформаторы

4. Трансформатор - с татическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты . О тношение высшего напряжения трансформатора к низшему называется к оэффициент ом трансформации .

5. Трансформатор ы содерж ат устройств а , позволяющ и е изменять коэффициент трансформации . Трансформатор с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) позволяе т изменять коэффициент трансформации без отключения трансформатора от сети, т.е. под нагрузкой . Трансформатор с регулированием напряжения без возбуждения (ПБВ) позволяе т изменять коэффициент трансформации только после отключения трансформатора от сети , т.е. после снятия с него напряжения . Устройство РПН

6. Трансформаторы двухобмоточный трехобмоточный Большинство трансформаторов выполняется трехфазными, трансформаторы большой мощности выполняются однофазными.По количеству обмоток трансформаторы разделяются на двухобмоточные и трехобмоточные.

9. Мощный трансформатор высокого напряжения представляет собой сложное устройство, состоящее из большого числа конструктивных элементов, основными из которых являются: магнитная система (магнитопровод), обмотки, изоляция, выводы, бак, охлаждающ и е устройств а , устройство регулирования напряжения, защитные и измерительные устройства .

16. Условные обозначения типов трансформаторов О -однофазный или Т -трехфазный ; А – автотрансформатор. Р -трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения . М – естественное масляное охлаждение; Д- принудительное воздушное охлаждение (дутье); Ц - принудительная циркуляция масла и др. Т -трехобмоточный трансформатор . Н - наличие устройств а регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) . Г -грозоупорное исполнение. С – трансформатор для собственных нужд электростанций; Ж – для электрификации железных дорог. Далее указывается номинальная мощность трансформатора, кВА и номинальное напряжение обмотки высшего напряжения кВ. Например: ТРДЦН-63000 / 110 ТМН-2500 /35 ТДЦ-125000 /330

17. Назначение и у стройство измерительных трансформаторов тока и напряжения

19. Трансформатор тока характеризуется номинальным коэффициентом трансформации: К I = I 1 ном / I 2ном , где I 1ном и I 2ном – номинальные значения первичного и вторичного ток ов соответственно. Значения номинального вторичного тока чаще всего прин имаются равными 5 и ли 1 0 А. Трансформатор тока 110 кВ

20. Коэффициент трансформации трансформатора тока не является строго постоянной величиной и может отличаться от номинального значения из-за погрешности, обусловленной наличием тока намагничивания.Токовая погрешность определяется по выражению:  I % = ( К I I 2 – I 1 )100 / I 1 . Погрешность трансформатора тока зависит от его конструктивных особенностей: сечения и магнитной проницаемости материала магнитопровода, средней длины магнитного пути, значения I 1  1 . В зависимости от предъявляемых требований выпускаются трансформаторы тока с классами точности 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Погрешность трансформатора тока зависит от вторичной нагрузки (сопротивление приборов, проводов, контактов) и от кратности первичного тока по отношению к номинальному. Трансформатор тока с элегазовой изоляцией

23. Трансформатор напряжения в отличие от трансформатора тока работает в режиме, близком к холостому ходу, так как сопротивление параллельных катушек приборов и реле большое, а ток, потребляемый ими, не велик. Номинальный коэффициент трансформации определяется следующим выражением: К ном = U 1 ном / U 2ном , где U 1 ном , U 2 ном – номинальные первичн о е и вторичн о е напряжени я соответственно . Рассеяние магнитного потока и потери в сердечнике приводят к погрешности измерения:  U % = ( К ном U 2 – U 1 )100 / U 1 . В зависимости о т номинальной погрешности различают классы точности 0,2; 0,5; 1; 3.

26. Назначение и устройство выключателей

28. В д угогасительны х устройства х выключателей могут использ оваться разные принципы гашения дуги: охлаждение дуги посредствам перемещения ее в окружающей среде; обдувание дуги воздухом или холодным неионизированным газ о м; расщепление дуги на несколько параллельных дуг малого сечения; удлинение, дробление и соприкосновение дуги с твердым диэлектриком; создание высокого давления в дуговом промежутке и другие. Главное, чтобы время гашения дуги было минимальным. При разрыве цепи контакт ы выключателя размыкаются и возникает электрическая дуга, которая должна гаситься в специальных устройствах – дугогасительных камерах .

29. Управление выключателем, т. е. его включение и отключение, может производиться вручную, дистанционно или автоматически. Механизм для включения и отключения выключателя называется приводом. У большинства выключателей он представляет собой отдельный аппарат – электромагнитный, пружинный, грузовой или пневматический, соединяемый с приводным в а лом выключателя. Привод масляного выключателя Привод воздушного выключателя

31. В малообъемных масляных включателях трансформаторное масло используется только как средство гашения дуги . Б аки этих выключателей во время работы находятся под напряжением, поэтому они изолируются от за земл ен ных частей наружны ми изолятор ами . Маломасляные выключатели применяются на напряжение 10 (6) - 35 кВ. Выключатель серии ВМ-10

33. Воздушные выключатели обладают рядом достоинств: взрыво- и пожаробезопасность, быстродействие и возможность осуществления быстродействующего АПВ, высок ая отключающ ая способность, надежное отключение емкостных токов линий, малый износ дугогасительных контактов, легкий доступ к дугогасительным камерам, пригодность для наружной и внутренней установки. Недостатками воздушных выключат е л е й являются сложная конструкция ряда деталей и узлов, относительно высокая стоимость, трудность установки встроенных трансформаторов тока. Воздушный выключатель 110 кВ

35. В акуумные выключатели Электрическая прочность вакуумного промежутка во много раз больше, чем воздушного при атмосферном давлении. Это свойство используется в вакуумных дугогасительных камерах. Рабочие контакты имеют вид полых усеченных конусов с радиальными прорезями. Такая форма контактов при размыкании создает электродинамическое усилие, действующее на возникающую дугу и заставляющее ее перемещаться через зазоры на дугогасительные контакты. Контакты представляют собой диски, по которым движется дуга. Материал контактов подобран так, чтобы уменьшить количество испаряющегося металла. Вследствие глубокого вакуума происходит быстрая диффузия заряженных частиц в окружающее пространство и дуга быстро гаснет. Устройство вакуумной камеры 1 - стеклокерамическая оболочка; 2 – стальные торцовые фланцы; 3 – медный контактный стержень неподвижный; 4 – медный контактный стержень подвижный; 5 – электрод; 6 – стальной ребристый сильфон; 7,8,9 – экраны.

36. Достоинства вакуумных выключателей : простота конструкции; высокая степень надежности, высокая износостойкость, малые размеры, пожаро- и взрывобезопасность, отсутствие шума при операциях, отсутствие загрязнения окружающей среды, малые эксплуатационные расходы. Недостатки : сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения, возможность коммутационных перенапряжений при отключении малых токов. Достоинства и недостатки вакуумных выключателей Вакуумный выключатель ВВК-35Б-20 / 1000У1 1 – полюс; 2 – привод; 3 – рама; 4 – механизм привода полюса; 5 – опорный изолятор; 6 – токоведущие шины;

38. Достоинства элегазовых выключателей : пожаро- и взрывобезопасность, быстродействи е , высокая отключающая способность, малый износ дугогасительных контактов, пригодность для наружной и внутренней установки. Недостатки : н еобходимость специальных устройств для наполнения, перекачки и очистки элегаза SF 6 и относительно высокая стоимость SF 6 . Колонковый элегазовый выключатель 110 кВ Достоинства и недостатки элегазовых выключателей

39. Выключатели нагрузки Выключатель нагрузки представляет собой трехполюсный коммутационный аппарат переменного тока для напряжения свыше 1 кВ, рассчитанный на отключение рабочего тока и снабженный приводом для неавтоматического или автоматического управления. Выключатели нагрузки не предназначены для отключения тока КЗ.

40. Разъединители, отделители и короткозамыка те ли

42. Конструктивно разъединители могут быть внутренней и наружной установок. Разъединители управляются приводами вручную или дистанционно (но не автоматически). По способу установки различают разъединители с вертикальным и горизонтальным расположением ножей. П о числу полюсов р азъединители могут быть одно- и трехполюсными, по по роду уста но вки – для внутренних и наружных установок, по конструкции – рубящего, поворотного, к а тящегося и подвесного типа . Значение тока , отключае м о го разъединителями , зависит от его конструкции (вертикальное или горизонтальное расположение ножей), от расстояния между полюсами, от номинального напряжения. . Разъединитель РГП.2-35 Разъединитель РД(3)-35

43. Правилами устройства электроустановок допускается отключать разъединителями : холостой ток открыто установленных трансформаторов напряжением 10 кВ – мощностью до 630 кВА; напряжением 20 кВ – мощностью до 6300 кВА; напряжением 35 кВ – мощностью до 20000 кВА; напряжением 110 к В – мощностью до 40500 кВ А ; уравнительный ток линии при разности напряжений не более 2% ; токи замыкания на землю, а также небольшие зарядные токи линии.

44. Короткозамыкатели Короткозамыкатель – это коммутационный аппарат, предназначенный для создания искусственного короткого замыкания в случае повреждения на подстанциях , не имеющих выключателей. При включении ножа короткозамыкателя создается искусственное КЗ , которое отключается удаленным выключателем на питающей стороне. В сетях с заземленной нейтралью короткозамыкатели имеют од ин полюс и создают однофазное КЗ на землю. В сетях с изолированной нейтралью короткозамыкатели имеют два полюса и создают двухфазное КЗ. Короткозамыкатели имеют надежную конструкцию контактов и снабжены специальным приводом, позволяющим осуществлять автоматическое в ключение ножа. Отключение ножа производится вручную. Короткозамыкатель 110 кВ

46. Предохранители Назначение, устройство и принцип работы

47. Плавкие предохранители выполняют операцию автоматического отключения цепи при повышении определенного значения тока. После срабатывания предохранителя необходимо сменить плавкую вставку или патрон, чтобы подготовить аппарат для дальнейшей работы. Предохранитель ПТК-102 Ценными свойствами плавких предохранителей являются простота устройства, относительно малая стоимость, быстрое отключение цепи при коротком замыкании, способность предохранителя типа ПК (плавкие предохранители) ограничивать ток цепи при КЗ. К недостаткам плавких предохранителей относятся следующие: предохранители срабатывают при токе, значительно превышающем номинальный ток плавкой вставки, и поэтому избирательность отключения не обеспечивает безопасность отдельных участков сети; отключение цепи плавкими предохранителями связано обычно с перенапряжением; возможно однофазное отключение и последующая ненормальная работа у ставок релейной защиты .

49. Грозозащита и заземление подстанций Опасные грозовые перенапряжения в распределительных устройствах подстанций возникают как при не посредственном поражении их молнией, так и п оявлении на подстанции грозовых волн с воздушных линий в результате поражения проводов воздушных линий молнией или удара молнии в вершину опоры или трос.

50. Защита оборудования подстанции от набегающих по воздушным линиям волн перенапряжений осуществляется защитой подходов воздушных линий от прямых ударов молнии тросом, установкой на воздушных линиях искровых промежутков и трубчатых разрядников, а также установкой на подстанциях вентильных разрядников и ограничителей перенапряжения . Вентильный разрядник Ограничитель перенапряжения

51. На подстанциях устанавливается как общая защита – молниеотводы отдельно стоящие на порталах, так и специальные аппараты: вентильные разрядники и ограничители перенапряжения. Молниеотводы

52. Ограничитель перенапряжения Защита от прямых ударов молнии предусматривается для всех открытых распределительных устройств и открытых подстанций напряжением 20-500 кВ, за исключением подстанций 20 и 35 кВ с трансформаторами единичной мощностью до 1600 кВА . Ограничитель перенапряжения

55. Грозоз ащит а подстанции напряжением 35-110 кВ

56. Заземление подстанций Заземляющие устройства являются составной частью большинства электроустановок и служат для обеспечения необходимого уровня электробезопасности в зоне обслуживания электроустановки и за ее пределами, для отвода в землю импульсных токов с молниеотводов и разрядников, для создания цепи при работе защиты от замыканий на землю и для стабилизации напряжения фаз электрических сетей относительно земли. Для заземлений электроустановок различных назначений и различных напряжений на подстанции , как правило, поменяют одно общее заземляющее устройство.

58. Работы на подстанции должны проводиться со строгим соблюдением правил техники безопасности.