Файл: 1. Приемники электрической энергии Введение.pdf

217 прямой проводник (шину), проходящий через тороидальный магнитопровод, на котором расположена вторичная обмотка.
Особенностью работы трансформаторов тока является недопустимость разрыва вторичной цепи, так как в этом случае может наступить пробой.
Поэтому вторичная обмотка должна быть или подключена к специальной измерительной схеме, или надежно закорочена.
Как и амперметр, трансформатор тока включается в разрыв цепи, что определяет его конструкцию, приведенную на рис. 145.
Рис. 145. Внешний вид трансформатора тока
Так как разрывы цепи в высоковольтных электросетях нежелательны, количество трансформаторов тока ограничено.

218
Для преобразования параметров переменного напряжения при транспортировке электроэнергии используются трансформаторные подстанции. Они могут быть повышающими и понижающими.
Преобразование переменного тока в постоянный и наоборот происходит на преобразовательных подстанциях. Для сопряжения различных энергосистем строятся вставки постоянного тока – подстанции, преобразующие переменный ток сначала в постоянный, а затем снова в переменный с другими параметрами. Близкими к подстанциям по роли в энергосистеме являются распределительные пункты. Они выполняют те же задачи, кроме трансформации и преобразования электроэнергии. На конечных участках электросетей часто применяются комплектные трансформаторные подстанции (КТП). Это максимально унифицированные электроустановки, преобразующие напряжение 6 или 10 кВ в 400 В.
По значению в энергосистеме различают несколько видов подстанций.
Узловая распределительная подстанция питается от энергосистемы напряжением 110–220 кВ. Она, как правило, не трансформирует это напряжение (или трансформирует частично), а лишь распределяет его по расположенным на территории предприятия подстанциям глубокого ввода.
Также непосредственно от энергосистемы получают напряжение 35–220 кВ главные понизительные подстанции, распределяющие электроэнергию напряжением 6 или 10 кВ по предприятию. Непосредственно от энергосистемы питаются и подстанции глубокого ввода, у которых сторона высокого напряжения выполнена по упрощенной схеме. Их назначение – питание группы потребителей предприятия или отдельного объекта.
Подстанция с первичным напряжением от 6 до 35 кВ, обеспечивающая питание потребителей напряжением
380/220
В, называется трансформаторным пунктом.
По обслуживаемой территории подстанции могут быть районными, местными и локальными, то есть снабжающими электричеством объекты, сосредоточенные в одном месте, например в крупном торговом центре.

219
На предприятиях подстанции могут располагаться в отдельных зданиях, но часто пристраиваются к обслуживаемым объектам или встраиваются в них. Также существуют и внутрицеховые, располагаемые внутри.
Большим разнообразием подвидов отличаются комплектные подстанции. Они бывают столбовыми, мачтовыми, киосковыми, мобильными на колесной базе и на салазках. По способу присоединения к электроэнергетической сети все подстанции могут быть тупиковыми, ответвительными, проходными и узловыми. Смысл этих терминов поясняет рис. 147.
Рис. 147. Типы подстанций по конфигурации сети
В последние годы в связи с тотальной компьютеризацией появились так называемые цифровые подстанции. Они отличаются максимальным уровнем автоматизации рабочих процессов.
4.3.2. Основное оборудование подстанций
Главным элементом подстанции является силовой трансформатор, которых может быть от одного до трех. Ввиду значимости ему посвящена отдельная тема. Рассмотрим остальное оборудование подстанции.
Специальные проводники, подводящие к трансформатору напряжение и отводящие его после преобразования, называются шинами и ошиновкой. К ним предъявляется требование свести к минимуму потери пре передаче электроэнергии, поэтому их сечение значительно больше, чем у проводов
ЛЭП.
Шины подводят электроэнергию к силовому выключателю, а ошиновка передает ее от выключателя непосредственно к трансформатору. В качестве шин и ошиновки, расположенных на открытом пространстве, обычно

220 используют многожильные круглые провода, а в закрытых помещениях – алюминиевые или медные полосы. В последние годы наметился тренд предпочтения жестких конструкций, поскольку это надежнее и экономичнее.
Коммутация высоковольтных цепей является непростой задачей из-за необходимости гашения дуги, особенно в режиме короткого замыкания.
Поэтому коммутационные аппараты по сложности и стоимости делятся на несколько типов.
Самым высокотехнологичным коммутационным устройством является высоковольтный выключатель, способный не только коммутировать рабочий ток, но и обеспечивать надежный разрыв цепи при коротком замыкании.
Выключатель нагрузки может коммутировать номинальный ток, но не предназначен для отключения цепи в режиме короткого замыкания.
Разъединители и отделители создают разрыв цепи при отключенном напряжении.
Высоковольтные выключатели обязательно имеют дугогасительные устройства и, при необходимости, электрический, пневматический или гидравлический привод. ГОСТ Р-52565-2006 определяет для них номинальные характеристики. Основные из них – значения рабочего напряжения и тока, максимальное действующее значение тока короткого замыкания, допустимая доля апериодического тока. Также этим ГОСТом заданы циклы автоматического повторного включения. Внешний вид высоковольтного выключателя показан на рис. 148.
Рис. 148. Высоковольтный выключатель
Выключатели подстанций коммутируют напряжения от 6 до 220 кВ при токах до 50 кА. Они выпускаются нескольких типов, в зависимости от способа гашения дуги.

221
В воздушных с этой целью применяется сжатый воздух. Так как дуга представляет собой плазму, то есть ионизированный газ, то его можно сдуть струей воздуха, движущегося со скоростью более 10 м/с. Существуют воздушные выключатели, в которых струя воздуха подается вдоль контактной группы и поперек. Для реализации такого подхода используются контакты специальной формы, в том числе полые. Такие выключатели были теоретически разработаны еще в XIX веке, но их практическая реализация началась лишь в середине XX века.
В масляных выключателях реализован способ «простого разрыва под маслом». Контакты выключателя (неподвижный и подвижный) находятся в баке с трансформаторным маслом. В момент разрыва цепи между ними возникает дуга. При этом масло начинает интенсивно испаряться, в газовом пузыре повышается давление, и в очередной момент перехода тока через ноль цепь разрывается и дуга гаснет. Бак масляного выключателя может быть заземлен. В этом случае масло является не только дугогасящей средой, но и изолятором в выключенном состоянии. Также существуют маломасляные выключатели, в которых масло служит либо только дугогасящей средой, либо, кроме того, изолирующей средой контактной группы. Масляные выключатели появились после воздушных и долгое время были основными коммутационными устройствами в электросетях.
В элегазовых выключателях в качестве дугогасящей среды используется электронный газ (элегаз) SF
6
. Это тяжелый и плотный газ, по изоляционным свойствам он близок к маслу. Элегазовые выключатели появились сравнительно недавно и в настоящее время считаются одними из наиболее перспективных.
В вакуумных выключателях разрыв электрической цепи происходит в вакууме, где практически нет газообразных веществ, способных ионизироваться. Поэтому вакуумные выключатели считаются самыми современными.

222
До 10 кВ применяются электромагнитные выключатели. В них дугогасительная камера имеет узкие щели или решетки, способствующие гашению дуги.
Следующим по сложности устройства и цене является выключатель нагрузки. Как следует из названия, этот коммутационный прибор может включать и выключать электрические цепи с номинальным рабочим током, но непригоден для разрыва цепи при коротком замыкании. Его внешний вид представлен на рис. 149.
Рис. 149. Выключатель нагрузки
Для защиты электрических цепей от короткого замыкания совместно с выключателем нагрузки должны использоваться предохранители. В остальном выключатели нагрузки имеют много общего с высоковольтными выключателями. Они также оборудуются ручным или автоматическим приводом.
Разъединитель, показанный на рис. 150, предназначен для коммутации обесточенных цепей с целью создания видимого разрыва. Допускается коммутация малых токов с помощью разъединителей.
Рис. 150. Разъединитель
Отделитель по конструкции похож на разъединитель, но используется для автоматического отделения поврежденных фрагментов сети в бестоковую паузу автоматического повторного включения. В сочетании с короткозамыкателем заменяет высоковольтный выключатель, создавая искусственное короткое замыкание, которое вызывает срабатывание выключателя питающей цепи.

223
Высоковольтные выключатели и другие коммутационные аппараты могут управляться с помощью мускульной силы человека, но на современных подстанциях чаще применяются автоматические приводы. В них используются электромагниты, электродвигатели, грузы, пружины и сжатый воздух. Прямое действие привода на управляемый механизм используется редко, так как требует большой мощности. Более рационально косвенное воздействие, когда необходимая для переключения аппарата энергия сначала запасается, например, за счет подъема груза, а в нужный момент быстро освобождается.
Так как современные электросети немыслимы без автоматической защиты от аварийных ситуаций, то даже ручные приводы имеют в своем составе автоматику. То есть они включаются всегда вручную, а выключаться могут как вручную, так и автоматически. Так, например, известный привод типа ПРБА содержит, кроме ручного механизма, два реле, срабатывающие при превышении порогового тока или при недопустимом падении напряжения.
Приводы для дистанционного управления должны быть полностью автоматическими. Наиболее простыми, дешевыми и надежными можно считать грузовые и пружинные, относящиеся к приводам косвенного действия. Они могут работать не только на постоянном, но и на переменном токе, что снижает нагрузку на аккумуляторные батареи. Используемые для накопления механической энергии электродвигатели имеют малую мощность.
Электромагнитные приводы осуществляют прямое воздействие на контактную группу, без предварительного накопления энергии, поэтому потребляют значительную мощность. Например, в приводе ПЭ-11 постоянный ток включающей обмотки достигает 120 А. Также он имеет большую массу – 1150 кг. Тем не менее благодаря своей простоте и надежности электромагнитные приводы применяются достаточно широко.

224
Принцип работы пневматического привода понятен из его названия.
Такой привод в своем составе имеет баллон для накопления воздуха и клапаны, управляющие его подачей. Хотя конструкция такого устройства достаточно сложна и требует дополнительного оборудования (компрессора, трубопровода и др.), пневматические приводы имеют ряд преимуществ перед электромагнитными. Прежде всего, они обладают высоким быстродействием, что важно с точки зрения гашения дуги, и потребляют малую мощность.
Пневмогидравлические приводы запасают необходимую энергию за счет большого давления газа (обычно азота). В жестком стальном баллоне с маслом находится резиновый резервуар, в котором создается высокое давление. Электромагнитный клапан подает масло под давлением на поршневой исполнительный механизм. На сегодняшний день описанный тип привода считается самым эффективным. Он применяется для коммутации цепей от 110 кВ.
4.3.3. Распределительные устройства
Непосредственное выполнение функций по приему и распределению электроэнергии каждого конкретного класса напряжения возлагается на распределительные устройства (РУ). Состав каждого РУ достаточно индивидуален, в общем случае в него входят коммутационные аппараты соответствующего класса напряжения, измерительные средства, устройства релейной защиты и автоматики.
Для высоковольтных сетей применяются ОРУ – открытые распределительные устройства, все оборудование которых расположено на открытой территории. Каждый элемент устройства смонтирован на бетонном или металлическом основании, под которым при использовании маслонаполненных выключателей, реакторов или трансформаторов оборудуется маслоприемник. Это делается из соображений противопожарной безопасности.