Шпора по Аппаратам. 1. Электрический аппарат

Скачать 158.5 Kb.

Название	1. Электрический аппарат
Анкор	Шпора по Аппаратам.doc
Дата	28.05.2017
Размер	158.5 Kb.
Формат файла
Имя файла	Шпора по Аппаратам.doc
Тип	Документы #9968

1. Электрический аппарат

- это электротехническое устройство, которое используется для включения и отключения электрических цепей, контроля, измерения, защиты, управления и регулирования установок, предназначенных для передачи, преобразования, распределения и потребления эл. энергии.

Классификация эл. аппаратов

по ряду признаков

А) по назначению

Коммутационные аппараты

для включения и отключения эл. цепей

распределительных устройств (РУ), служащие

Ограничивающие аппараты, предназначенные для ограничения токов КЗ

реакторы) и перенапряжений (разрядники, ограничители перенапряжения (ОПН)).

Пускорегулирующие аппараты

, предназначенные для пуска регулирования скорости вращения, напряжения и тока эл. машин

Аппараты для контроля заданных электрических или неэлектрических параметров. К этой группе относятся реле и датчики

Аппараты для измерений. С помощью аппаратов этой группы цепи первичной К ним относятся трансформаторы тока (ТТ), трансформаторы напряжения (ТН), делители напряжения; коммутации (главного тока) изолируются от цепей измерительных и защитных приборов, а измеряемая величина приобретает стандартное значение

Электрические регуляторы. Предназначены для регулирования заданного параметра по определенному закону. Аппараты для поддержания на неизменном уровне напряжения, тока, температуры, скорости вращения и

Б) По областям применения

1.Аппараты РУ НН, ВН – аппараты для электрических систем и электроснабжения;

2.Аппараты управления – аппараты, применяемые в схемах автоматического управления автоматического управления электроприводами и для автоматизации производственных процессов;

В) По номинальному напряжению:

1.Аппараты НН (с номинальным U до 1000 В)

2.Аппараты ВН (с номинальным U более 1000)

2.Электрическая дуга

В 1802 г. знаменитый русский ученый Василий Владимирович Петров, производя обширные опыты по изучению электричества, открыл новое, до него не изведанное явление – электрическая дуга

Большая группа электрических аппаратов представлена коммутационными устройствами, с помощью которых замыкается и размыкается эл. цепь. Электрический разряд, возникающий при размыкании контактов, приводит к их износу и в значительной степени определяет надежность и долговечность аппарата.

Эл. дуга – одна из форм эл. разряда в газе, т.е. такого состояния газов, при котором они, обычно являющиеся изоляторами становятся проводниками

Ионизация – процесс перехода газа из не токопроводящего состояния в токопроводящее.

Деионизация – обратный процесс.

Некоторые виды разрядов предшествующие дуговому:

а) несамостоятельный разряд – при котором под воздействием внешнего ионизатора возникают свободные заряды

б) переход в самостоятельный разряд – для возможности существования

которого важно, чтобы интенсивность ионизации была достаточно для восполнения

всех потерь заряженных частиц

в) тлеющий разряд – первая ступень самостоятельного разряда

. Плотность тока в

нем существенно больше чем при не самостоятельном разряде

г) электрическая дуга – есть разряд в газе или парах, обладающий низким катодным падением потенциала и большой плотностью тока.

1.Дуговой разряд имеет место только при относительно больших токах.

2.Температура центральной части дуги очень велика и может достигать 6000-25000 К.

3.При дуговом разряде плотность тока на катоде чрезвычайно велика и достигает 10²-10³ А/мм².

4.Падение напряжения составляет всего 10-20 В и практически не зависит от тока.

В дуговом разряде можно различит три характерные области

Околокатодная область

Занимает весьма небольшое пространство,

возникает положительный объемный заряд, создаваемый положительными ионами. Между этим положительным объемным зарядом и катодом возникает электрическое поле (ЭП) с напряженностью до 10⁷ В/м, в котором движутся электроны, создающие эл. ток.

Около катода

Область дугового столба

Энергия, приобретенная заряженными частицами в ЭП дугового столба, столь мала, что практически ионизация толчком не происходит.

При большой температуре, которая имеет место в области дугового столба, скорость частицы возрастает до значения, при котором удар в нейтральный атом приводит к его ионизации. Такая ионизация называется термической.

Степень ионизации, Х, пропорциональна

где Р – абсолютное давление газа

Около анодная область

Поток электронов устремляется из столба дуги к положительному электроду (аноду). Анод при дуговом разряде не излучает положительных ионов. Которые могли бы нейтрализовать электроны. Поэтому в близи анода создается объемный отрицательный заряд, что и вызывает появление околоанодного падения напряжения и повышение напряженности ЭП. Мощный поток электронов выбивает из анода электроны. которые также участвуют в создании отрицательного объемного заряда.
3.Способы гашения дуги

Способы гашения дуги

Задача дугогасительного устройства (в дальнейшем – ДУ) состоит в том, чтобы обеспечить гашение дуги за малое время с допустимым уровнем перенапряжения, при малом износе частей аппарата, при минимальном объеме раскаленных газов, с минимальным звуковым и световым эффектом

В эл. аппаратах НН наиболее распространены ДУ с узкой щелью, образованной дугостойкими стенками с высокой теплопроводностью. При этом столб дуги деформируется стенками ДУ, а его сечение приобретает прямоугольную форму.Эл. дуга по сути является проводником с током, который может взаимодействовать с магнитным полем (в дальнейшем – МП). Сила взаимодействия между МП и током дуги перемещает дугу, создается так называемое магнитное дутье.

ДУ с последовательной катушкой более распространены в виду ряда преимуществ

1.При токах >100 А МП быстро сдвигает дугу с рабочих поверхностей контактов, чем обеспечивает их малый износ.

2.При изменение направления тока меняет знак и МП. Сила, действующая на дугу, не изменяет своего направления.

3.Так как через катушку проходит номинальный ток контактора, то она выполняется из провода большого сечения, в результате чего падение напряжения составляет доли вольта.

К недостаткам можно отнести недостаточно надежное срабатывание при малых токах (5-7 А), затраты меди на катушку

ДУ с параллельными катушками имеют следующие недостатки:

1.Направление ЭДС, действующей на дугу, зависит от полярности тока.

2.При КЗ возможно снижение напряжения на источнике питающем катушку.

В следствии этого ДУ с параллельными катушками применяются только при отключении токов 5-10 А.

Существует несколько видов узкощелевых ДУ с магнитным дутьем:

лабиринтно-щелевые, в которых дуга гасится в результате её растягивания и охлаждения при соприкосновении с изоляционными пластинами различной конфигурации;

с металлической (деионной) решеткой, в которой дуга расщепляется на несколько последовательных коротких дуг, вследствие чего облегчается процесс дугогашения;

с гашением дуги в результате поперечного конвективного охлаждения её ствола при перемещении её с большой скоростью в газе

Гашение дуги высоким давлением

С ростом давления возрастает плотность газа, при этом увеличиваются теплопроводность и отвод тепла от дуги. Если при данном токе в дуге увеличить давление окружающей среды, то увеличиться отвод тепла. Для того чтобы сохранить тот же ток, необходимо к дуге подвести большую мощность, что при неизменном токе требует повышения напряжения.

Гашение дуги потоком сжатого газа

Сжатый воздух обладает высокой плотностью и теплопроводностью. Омывая дугу с большой скоростью, он охлаждает её и при прохождении через нуль обеспечивает деионизацию дугового столба. Воздух при высоком давлении также обладает высокой электрической прочность, что создает высокую скорость нарастания электрической прочности промежутка.

Гашение дуги в трансформаторном масле

Под действием энергии дуги происходит взрывоподобное разложение масла на водород и газы в виде паров масла. Водород обладает исключительно высокой теплопроводностью и является одной из лучших дугогасящих сред. Температура газа достигает 2000-3000 К. За сотые доли секунды давление поднимается до 2-4 МПа. Образующийся газовый пузырь стремиться вырваться из камеры через щель. При этом происходит эффективное охлаждение дуги потоками газа, вытекающими из камеры.

Гашение дуги в вакууме

В вакуумных ДУ электрический пробой затруднен в следствии отсутствия носителей зарядов.

Пробивное напряжение промежутка 1 мм достигает 100 кВ

Гашение дуги с помощью п/п приборов

Так называемая бесконтактная коммутация. При большой частоте коммутаций возникает износ контактов при обычной дуговой коммутации. Для повышения износостойкости контактов применяют п/п приборы: диоды, транзисторы и тиристоры

Бездуговая коммутация эл. цепей

На основе тиристоров могут быть созданы п/п выключатели, с помощью которых отключение цепи происходит до прохождения тока через нуль. Для этого применяются схемы с принудительной коммутацией.

4.ЭДУ при переменном токе.

При КЗ в сети, через токоведущую часть аппарата могут проходить токи, в десятки раз превышающие номинальный. При взаимодействии этих токов с магнитным полем других токоведущих частей аппарата создаются электродинамические усилия (ЭДУ). При расчете контакторов, автоматов защиты и ряда других эл. аппаратов необходимо учитывать большие ЭДУ, жействующие в их токоведуших частях при режиме КЗ.

а) однофазная цепь

среднее значение ЭДУ пропорционально квадрату тока (действующего значения). Изменение усилия во времени при переменном токе в однофазной цепи происходит без изменения своего знака.

б) Трехфазная цепь синусоидального тока

наибольшее усилие приходится на проводник средней фазы

в) электродинамическая стойкость

Механическая прочность элементов конструкции эл. аппаратов зависит от значения ЭДУ, его направления, длительности воздействия и крутизны нарастания. Расчеты прочности конструкций ведутся по максимальному значению ЭДУ, хотя действует оно кратковременно.
5.Режимы нагрева электрических аппаратов

а) Установившийся режим нагрева

Процесс нагрева считается установившимся, если с течением времени температура частей аппарата не изменяется.

б) переходный процесс при нагреве и охлаждении

Тепло, выделяющееся в аппарате, частично отдается в окружающее пространство, частично идет на повышение его температуры.

Возможны три режима нагрева аппарата

1.первый характеризуется постоянством подводимой к нему мощности:

Р=I²₀R₂.

2.при втором режиме ток через аппарат не меняется, так как его сопротивление значительно меньше сопротивления нагрузки. Вследствие нагрева изменяется его сопротивление. Тогда:

,

3.при третьем режиме обмотка аппарата подключена к источнику бесконечной мощности. Тогда:

в) нагрев при кратковременном режиме работы

Кратковременный режим работы аппарата характеризуется тем. Что при включении температура его не достигает установившейся. После кратковременного нагрева аппарат отключается, и его температура падает до значения температуры окружающей среды.

г) перемежающийся и повторно-кратковременный

При перемежающимся режиме проходящий через аппарат ток циклически

меняется, не спадая до нулевого значения.

6.Электрические контакты

(общие сведения, режимы работы)

Электрическим контактом называется соединение двух проводников, позволяющее проводить ток между ними. Соприкасающиеся проводники называются контактами или контакт-деталями.

Как бы тщательно не были обработаны поверхности соприкосновения контактов, электрический ток проходит между ними только в отдельных точках, в которых эти поверхности касаются, так как получить абсолютно гладкую поверхность практически не возможно.

Сопротивление в области касания, обусловленное явлениями стягивания линий тока, называется переходным сопротивлением контакта.

Режимы работы контактов

А) Включение цепи

ри включении эл. аппаратов в их контактных системах могут происходить следующие процессы: 1) вибрация контактов; 2) эрозия на поверхности контактов в результате образования электрического разряда между ними.

Контакты во включенном состоянии

В этом режиме следует различать два случая: через контакты проходит длительный номинальный ток и через контакты проходит ток КЗ

В) Отключение цепи

В процессе размыкания контактов контактное нажатие уменьшается, переходное сопротивление возрастает. И за счет этого растет температура точек касания.

В момент разъединения контакты нагреваются до температуры плавления между ними возникает мостик из жидкого металла.

При дальнейшем расхождении контактов мостик обрывается и в зависимости от параметров отключаемой цепи возникает либо дуговой, либо тлеющий разряд.

При высокой температуре происходит интенсивное окисление и распыление металла контактов в окружающем пространстве, перенос металла с одного электрода на другой и образование пленки. Износ, связанный с окислением и образованием на электродах пленок химических соединений материала контактов со средой, называется химическим износом или коррозией.

Для борьбы с эрозией контактов на токи от 1 до 600 А предпринимаются следующие меры:

    сокращается длительность горения дуги с помощью дугогасительных устройств;

    устраняется вибрация контактов при включении;

    применяются дугостойкие материалы контактов.
7.Электрические контакты

(конструкция контактов, материалы)

к материалам контактов современных электрических аппаратов применяются следующие требования:

1.высокие электрическая проводимость и тепло проводимость;

2.высокая коррозийная стойкость в воздушной и других средах;

3.стойкость против образования пленок с высоким электрическим сопротивлением;

4.малая твердость для уменьшения необходимой силы нажатия;

5.высокая твердость для уменьшения механического износа при частых включениях и отключеньях;

6.малая эрозия;

7.высокая температура плавления;

8.высокие значения тока и напряжения, необходимые для дугообразования;

9.простота обработки, низкая стоимость.

Наиболее распространенными материалами являются:    медь:

Достоинства: высокая удельная проводимость и теплопроводность.

Недостатки: низкая температура плавления, на воздухе покрывается слоем оксидов;

    серебро:Достоинства: высокие электрическая проводимость и теплопроводность, пленка имеет малую механическую прочность, малое переходное сопротивление. Недостатки: малая дугостойкость и недостаточная твердость;

    алюминий:Достоинства: высокие электрическая проводимость и теплопроводность, малая масса.

Недостатки: образование на воздухе и в других средах пленок с высокой механической прочностью и сопротивлением; низкая дугостойкость; малая механическая стойкость, электрохимическая коррозия.

Конструкция твердометаллических контактов

а) неподвижные разборные и неразборные контакты

Такие контакты служат для соединения неподвижных токоведущих деталей шин, кабелей и проводов. Эти детали могут находиться как внутри аппарата, так и вне его.В последнем случае они служат для присоединения аппарата к источнику или нагрузке

б) подвижные неразмыкающиеся контактные соединения.

Такие соединения используются либо для передачи тока с подвижного контакта на неподвижный, либо при небольшом перемещении неподвижного контакта пол действием подвижного.

Наиболее простым соединением такого типа является гибкая связь, изготавливаемая из медной ленты или многожильного жгута из медных жил.

При больших ходах и больших номинальных токах применяются контактные соединения в виде скользящих токосъемов.

в) разрывные контакты.

Контакты многих аппаратов разрывают связь с током, большим, чем минимальный ток дугообразования I_д. Возникающая электрическая дуга приводит к быстрому износу контактов.. для надежного гашения дуги, образующейся при отключении, необходимо определенное расстояние между неподвижным и подвижным контактами, которое выбирается с запасом. Расстояние между неподвижным и подвижным контактами в отключенном состоянии называется зазором контактов.

Существуют следующие виды контактов: 1) контактный узел с перекатыванием подвижного контакта; 2)неподвижный розеточный контакт; 3) щеточный контакт; 3) пальцевый самоустанавливающийся контакт недостатками твердометаллических контактов

1.С ростом длительного номинального тока возрастают необходимое значение контактного нажатия, габариты и масса контактов. При токах 10 ка и выше резко увеличиваются масса и габариты;2.Эрозия контактов ограничивает износостойкость аппарата;3.Окисление поверхности, возможность приваривания контактов понижают надежность аппарата. При больших токах КЗ контактные нажатия достигают больших значений, что увеличивает необходимую мощность привода, габариты и массу аппарата

Преимущества ЖМК над твердометаллическими контактами:

1.Малое переходное сопротивление и высокие допустимые плотности тока на поверхности раздела жидкий металл – электрод, что позволяет резко сократить габаритные размеры контактного узла и контактное нажатие;

2.Отсутствие вибрации, припаивания, залипания и окисления контактов при их коммутации;

3.Возможность разработки коммутационных аппаратов на новом принципе;

4.Возможность работы ЖМК при высоких внешних давлениях, высоких температурах, в глубоком вакууме.Недостатками ЖМК являются:

1.Обычно применяемые контактные материалы галий и его сплавы с другими металлами требуют предварительного прогрева контактов до момента включения, так как температура окружающей среды может быть ниже температуры затвердевания этих материалов;

2.Большинство аппаратов с ЖМК требуют определенного расположения в пространстве и подвержены влиянию сторонних механических воздействий (ударов, вибраций), что затрудняет их применение.
8.Выключатели ВН (баковые, маломасл, воздушн)

предназначены для коммутации цепей ВН во всех режимах, возможных в эксплуатации: включение и отключение номинальных токов, токов КЗ, токов холостого хода силовых трансформаторов и емкостных токов конденсаторных батарей и длинных линий. Наиболее тяжелым режимом является отключение и включение токов КЗ.

Основными параметрами выключателей являются: номинальное напряжение, номинальный (длительный) ток, номинальный ток термической стойкости, номинальный ток электродинамической стойкости, номинальная мощность отключения, номинальный ток отключения, номинальный ток включения, собственное время отключения и включения выключателя, полное время отключения и включения выключателя.

Номинальный ток отключения, I_0,ном, представляет собой наибольший ток, который выключатель способен надежно отключать при возрастающем напряжении между фазами, равном наибольшему рабочему напряжению сети

Номинальный ток включения – это наибольший ударный ток КЗ, на который выключатель включается без сваривания контактов и других повреждений.

Полное время включения выключателя – время от подачи команды на включение до завершения операции включения (посадка привода на защелку, окончание хода отделителя воздушного выключателя).

По методу гашения дуги выключатели бывают:

1.Масляные выключатели – дуга между контактами горит в трансформаторном масле. Бывают:

    баковые (токоведущие части изолируются с помощью масла);

    маломасляные (токоведущие части изолируются с помощью твердых диэлектриков и масла).

2.Воздушные выключатели – в качестве дугогасящей среды используется сжатый воздух, находящийся в баке под давлением 1-5 МПа.

3.Элегазовые выключатели – гашение дуги происходит за счет её охлаждения с помощью элегазового дутья.

4.Электромагнитные выключатели – охлаждение дуги за счет её удлинения.

5.Вакуумные выключатели – дугогасящей средой является вакуум.

Баковые масляные выключатели

При отключении движутся в низ по действием пружины. В каждом разрыве образуется дуга. Под действием энергии дуги масло разлагается на водород, метан и другие газы. в течении одной сотой секунды давление возрастает до 5-8 МПа. В момент прохождения тока через нуль дуга гаснет, и подвод мощности к ней прекращается. Однако энергия, выделенная дугой на протяжении предыдущего полупериода, создает в камере объем газа, в котором запасена энергия. Этот газ находится по высоким давлением. К моменту нуля тока это давление уменьшается, однако остается еще достаточно большим, чтобы создать газовый поток, охлаждающий дуг и восстанавливающий электрическую прочность дугового промежутка. После того как тело подвижного контакта откроет дутьевую щель, создается поток газов и паров масла, охлаждающих и деионизирующих дугу. Основными достоинствами этих выключателей являются: надежность, простота конструкции камер и механизма, высокая механическая прочность элементов (камер, механизма, вводов), возможность использовать встроенные ТТ и емкостные делители напряжения.

К недостаткам можно отнести: большие габариты и масса, необходимость периодической чистки масла, что требует наличия специализированного масляного хозяйства; сложность и трудоемкость ремонта и ревизии выключателей с напряжением 110 кВ и выше, взрыво- и пожароопасность.

Маломасляные выключатели

В маломасляных выключателях с целю уменьшения габаритных размеров и массы изоляция в основном осуществляется твердыми материалами.

Контактная система, ДУ и устройство, превращающее вращательное движение рычагов в поступательное движение контактов, смонтированы в виде единого блока. По сравнению с баковыми, маломасляные выключатели имеют ряд преимуществ:

1.Меньшие масса и габаритные размеры при малом объеме масла;

2.ДУ всегда готово к работе;

3.Осмотр и ремонт дугогасительных камер и контактов возможен без слива масла, что обеспечивает удобство эксплуатации;

К недостаткам маломасляных выключателей можно отнести:

1.Менее надежны в работе, чем баковые. Изоляционные детали – рубашки, опорная изоляция – подвергаются повышенным механическим нагрузкам. Номинальный ток отключения маломасляных выключателей ниже, чем у баковых;

2.Маломасляные выключатели как правило не допускают встроенных ТТ

Воздушные выключатели

Сжатый воздух используется в воздушных выключателях для гашения дуги путем направления его струей вдоль или поперек дуги, а также для включения и отключения системы разъемных контактов. Сжатый воздух подается к выключателя от компрессорной установки распределительного устройства по системе воздухопроводов.

Включение отключение выключателей осуществляется открыванием электромагнитных клапанов, через которые сжатый воздух подается из баллонов выключателя в соответствующие его устройства

По конструктивному устройству воздушные выключатели подразделяются на:    выключатели с отделителями;    выключатели без отделителей.

Выключатели с отделителями снабжаются дугогасящими контактами, расходящимися только в момент подачи сжатого воздуха в дугогасительное

камеры на время, нужное для гашения дуги, после чего они снова замыкаются

В выключателях без отделителя контакты, разрывающие электрическую цепь при отключении, остаются разомкнутыми на все время отключенного положения выключателя.
9.Выключатели ВН (элегазовые, электромаг., вакуумные)

Элегазовые выключатели

выключателей высокого и сверх высокого напряжения, отличающихся меньшими габаритами и отвечающих требованиям современной энергетики по коммутационной способности и надежности, является применение дугогасящих сред, более эффективных по сравнению с воздухом и маслом. Использование электротехнического газа (SF₆ – элегаза) для этих целей обусловлено удачным сочетанием в нем изоляционных и дугогасящих сред.

-специальной камере (выключатели с автогенерирующим дутьем).

По способу гашения дуги в элегазе различают следующие виды элегазовых выключателей:

-автокомпрессионные с дутьем в элегазе, создаваемым посредством компрессионного устройства (выключатели с одной ступенью давления);

-в которых гашение дуги в ДУ обеспечивается вращением её по кольцевым контактам под действием поперечного магнитного поля, создаваемого отключаемым полтока (выключатели с электромагнитным дутьем);

-С ДУ продольного дутья, в которое предварительно сжатый газ поступает из резервуара с относительно высоким давлением элегаза (выключатели с двумя ступенями давления);

-С ДУ продольного дутья, в котором повышение давления элегаза происходит за счет разогрева газовой среды дугой отключения в

Трансформаторы тока устанавливаются отдельно, за элегазовым колонковым выключателем. Следующим отличительным свойством элегазовых колонковых выключателей является наличие сравнительно маленькой газовой камеры. Преимущество малого объема газа приводит к сокращению объема работ по техническому обслуживанию.

Достоинства элегазовых выключателей :

- пожаро - и взрывобезопасность

- быстрота действия;

- высокая отключающая способность;

- малый износ дугогасительных контактов;

- возможность создания серий с унифицированными узлами;

- экономичность;

- пригодность для наружной и внутренней установки.

Электромагнитные выключатели

не требуют для своей работы масла или сжатого воздуха, они более просты и удобны в эксплуатации, обладают высокой надежностью и большим сроком службы.

Существующие электромагнитные выключатели с узкощелевыми камерами различаются исполнением магнитных систем и формой щелевых каналов. ДУ изготовляются с плоской и зигзагообразной щелью.

Узкощелевые зигзагообразные камеры обеспечивают более эффективное дугогашение (вследствие интенсивного охлаждения дуги) и применяются на напряжение до 24 кВ.

В электромагнитном выключателе дуга гасится в камере с решеткой из керамических пластин, в которые дуга затягивается магнитным полем, возбуждаемым коммутируемым потоком.

Дуга при размыкании дугогасительных контактов под действием электродинамических усилий токоведущего контура и тепловых конвекционных потоков выдувается вверх, в дугогасящую камеру, а затем растягивается.

Недостатком конструкции является образование проводящих частиц вблизи дугогасительных контактов

что снижает электрическую прочность межконтактного промежутка.

Электромагнитные выключатели обеспечивают низкий уровень коммутационных перенапряжений, имеют сравнительно небольшой износ контактов

Недостатком электромагнитных выключателей является большая проводимость стенок. Узкие щели ДУ нагреваются дугой до очень высоких температур, при которых начинают проводит ток. Большой остаточный ток может приводить к пробою по раскаленной поверхности пластин.

Вакуумные выключатели

Гашение дуги в вакуумных выключателям происходит в глубоком вакууме

обладающем весьма высокой электрической прочностью, в следствии чего значительно уменьшаются межконтактный промежуток и габариты ДУ по сравнению с масляными и воздушными выключателями.

Преимущества вакуумных выключателей перед другими типами выключателей:

1.отсутствие специальной дугогасящей среды, требующей замены;

2.высокая износостойкость, обеспечивающая высокий срок службы выключателей при минимальных затратах;

3.быстрое восстановление электрической прочности междуконтактного промежутка;

4.полная взрыво- и пожаробезопасность, отсутствие выбросов продуктов горения окружающее пространство;

5.высокое быстродействие, обусловленное малой массой контактов и их малым ходом;

6.широкий диапазон температур от –70 до +200 ⁰С.

К недостаткам этих выключателей можно отнести: возникновение большим перенапряжений при отключении индуктивной нагрузки, что может приводить к повреждению изоляции; большие трудности при создании выключателей на номинальное напряжение 100 кВ и выше, когда приходится соединять несколько разрывов последовательно; сложность разработки и изготовления, большие затраты для организации производства

10.Приводы масляных выключателей, выключатели нагруз.

А) Ручной привод.

При ручном приводе используется мускульная сила человеке. Уменьшение усилия, необходимого для включения досигается применением рычажных систем.

Б) Электромагнитный привод

Электромагнитный привод предназначен для выключателей с максимальным статическим моментом на валу не более 400 Нм.

Включение производится броневым электромагнитом постоянного тока с якорем и катушкой. Электромагнитные приводы характеризуются простотой конструкции высокой надежностью

Недостатками этих приводов являются большое время включения (для мощных выключателей большое потребление энергии

В) Пружинный привод

В пружинном приводе энергия, необходимая для включения, запасается в пружине, которая заводится либо от руки, либо с помощью двигателя

По сравнению с пневматическим и гидропневматическим приводами

пружинный привод более прост по конструкции

Г) Пневматический привод

При открытии клапана сжатый воздух воздействует на поршень. Шток поршня приводит включение выключателя

Такой привод имеет ряд преимуществ пере электромагнитным: высокое быстродействие

Д) Пневмогидравлический привод

В пневмогидравлическом приводе аккумулирование энергии, необходимой для включения, осуществляется за счет сжатия газа под большим давлением. Для исключения утечки и растворения газ заключен в эластичном резиновом баллоне, размещенном в стальном сосуде.

Пневмогидравлический привод обладает высоким быстродействием, большой надежностью, удобством в эксплуатации. По своим характеристикам превосходит пневматический привод.

ВЫКЛЮЧАТЕЛИ НАГРУЗКИ

Стоимость выключателей с приводами довольно велика

Выключатель нагрузки имеет ДУ небольшой мощности для отключения

номинальных токов. В случае КЗ используется высоковольтный

предохранитель. В выключателях нагрузки для гашения дуги применяются камеры с автогазовым, электромагнитным, элегазовым дутьем и вакуумными элементами.

Управление выключателем осуществляется ручным рычажным приводом со встроенным электромагнитом для дистанционного отключения. Если необходимо дистанционное включения, то может быть использован дополнительный электромагнитный привод.
11.РАЗЪЕДИНИТЕЛИ

служат для включения и отключения цепи высокого напряжения либо при токах значительно меньших номинальных, либо в случаях, когда отключается номинальный ток, но напряжение на контактах аппарата недостаточно для образования дуги

Разъединители должны обладать высокой надежностью, поскольку их повреждения могут привести к серьезным авариям.

Разъединители различаются по номинальному напряжению, номинальному току, по роду установки

(для внутренней или наружной);

числу пар полюсов (одно-, двух- и трехполюсные: по способу управления (с ручным управлением, электрическим или пневматическим приводом); наличию или отсутствию ножей заземления; способу установки (на горизонтальной плоскости. вертикальной или наклонной0; иду среды в которой размыкаются и замыкаются контакты.

По характеру движения подвижного контакта

разъединителей можно разделить на следующие группы

Вертикально-поворотные

Движение ножа происходит в плоскости, параллельной оси опорных изоляторов полюса аппарата. Они могут быть как с одним ножом, так и с двумя полуножами.

Горизонтально-поворотные

Движение ножа происходит в горизонтальной плоскости, перпендикулярной осям опорных изоляторов

Разъединители с поступательным движением ножа

Разъединители со складывающимися ножами

Разъединители такого типа имеют неподвижный контакт, закрепленный на шинах ОРУ

Разъединители такого типа широко применяются в ЗРУ при напряжениях 20-220 кВ

Подвесные разъединители

Блокировка разъединителей и выключателей

Отключение разъединителя при прохождении через него тока может привести к тяжелой аварии, иногда с поражением людей. Образующаяся дуга очень подвижна, быстро удлиняется, что ведет к перемыканию полюсов и

возникновению КЗ.
12.ОТДЕЛИТЕЛИ, КОРОТКОЗАМЫКАТЕЛИ

В целях уменьшения капитальных затрат на строительство подстанций широко применяются схемы без выключателей на стороне высокого напряжения. Для замены выключателей на стороне высокого напряжения используют короткозамыкатели и отделители

Короткозамыкатели – это быстродействующий контактный аппарат, с помощью которого по сигналу релейной защиты создается искусственное КЗ сети.

Отделитель – представляет собой разъединитель, который быстро отключает обесточенную цепь после подачи команды на его привод. Процесс отключения отделителя длится 0,5-1 с

Под действием тока КЗ срабатывает выключатель QF1 и обе группы Т1 и Т2 обесточиваются. С помощью релейной защиты отключается также выключатель QF4, после чего с некоторой задержкой отключается отделитель QN1. Если до аварии выключатель QF4 был отключен, то после включения выключателя QF1 он может быть включен. При этом будет восстановлено питание потребителей на второй секции шин.
13.ТТ, ТН, ёмкостные делители напр.

Измерительные ТТ и ТН применяются для осуществления непрерывного контроля за этими параметрами электрической цепи в качестве датчиков сигнала её состояния, воспринимаемого устройствами защиты и автоматики

Применяются также ТТ и ТН при высоких напряжениях и больших тока, когда непосредственное включение в цепь контрольно-измерительных приборов, реле и приборов автоматики технически невозможно или не допустимо о условиям безопасности обслуживающего персонала

Все ТТ можно классифицировать

По роду установки: ТТ для работы на открытом воздухе

для работы в закрытых помещениях для

встраивания во внутренние полости электрооборудования

По способу установки

проходные ТТ, предназначенные для использования в качестве ввода и устанавливаемые в проемах потолков, стен, механических конструкциях; опорные, встраиваемые и т.д.;

По числу коэффициентов трансформации: с одним коэффициентом трансформации; с несколькими коэффициентами трансформации, получаемыми изменением числа витков первичной обмотки, или обеих обмоток;

По выполнению первичной обмотки: одновитковые, многовитковые;

По числу ступеней трансформации: одноступенчатые; каскадные (многоступенчатые), т.е с несколькими ступенями трансформации тока;

По роду изоляции между первичной и вторичными обмотками: изготавливаются с твердойс вязкой с комбинированной или газообразной

По принципу преобразования тока ТТ: электромагнитные и оптико-электронные.

Основные параметры и характеристики ТТ

Номинальное напряжение

Номинальный первичный ток

номинальный вторичный ток

) Вторичная нагрузка ТТ

Коэффициент трансформации ТТ

Стойкость ТТ к механическим и тепловым воздействиям

) Токовая погрешность ТТ

Конструкции ТТ

Различают одновитковые и многовитковые ТТ

В одновитковом ТТ первичная обмотка может быть выполнена в виде стержня, шины л пакета шин

Такие ТТ применяются при больших первичных токах

Измерительные трансформаторы напряжения (ТН

ТН предназначены для преобразования высокого напряжения в низкое стандартное напряжение, удобное для измерения.

Первичная обмотка изолируется от вторичной на полное рабочее напряжение.

ТН можно классифицировать по следующим признакам:

1) по числу обмоток ( двух- и трехобмоточные);

2) по числу фаз (одно- и трехфазные);

3) по классу точности (0,5; 1; 3);

4) по способу охлаждения (масляное, естественное воздушное, элегазовое);

5) по роду установки ( для внутренней и наружной установки).

Основными номинальными параметрами ТН являются напряжения обмоток, напряжение трансформатора, равное напряжению первичной обмотки, коэффициент трансформации – отношение номинального

емкостные делители напряжения

Делитель состоит из конденсаторной батареи

и конденсатора .

14.Оптоэлектронные ТТ и ТН.

Существующие электромагнитные ТН и ТН из-за индуктивной связи между обмотками и потерь в магнитопроводе не могут полностью отвечать требованиям по быстродействию, надежности и возможность получения информации об измеряемом параметре с высокой степенью точности, что особенно проявляется при измерениях тока в аварийных и переходных режимах при рабочем напряжении 330 кВ и выше. Решение этих задач возможно на основе использования новых методов, в частности, оптико-электронных, имеющих перспективу применения в ряде случаев место электромагнитных.

Принцип действия оптико-электронного ТТ (ОЭТТ), основанного на использование модулятора Фарадея в качестве первичного преобразователя тока, заключается в следующем: свет от источника параллельным пучком поступает на сторону высокого напряжения, где с помощью призм поворачивается в обратном направлении и проходит через поляризатор и первичную ячейку Фарадея, содержащую кристалл тяжелого флинта, с намотанной на него обмоткой с измеряемым током, расположенной на стороне высокого напряжения. Под действием магнитного поля, создаваемого обмоткой с измеряемым током, плоскость поляризации поляризованного луча света поворачивается на угол , пропорциональный измеряемому току I₁. Далее луч света проходит через вторичную ячейку с намотанной на неё вторичной обмоткой в направлении, противоположном

первичной, таким образом, чтобы её F₂ равнялась первичной F₁. Вторичный ток направлен так, что он компенсирует поворот плоскость луча света.

Метод работы ОЭТТ заключается в постоянном приведении плоскость поляризации света в исходное положение с помощью второй ячейки, расположенной на стороне низкого напряжения. Анализатор контролирует разницу между первичной и вторичной МДС, которая проявляется в изменении силы света, получаемой фотоячекой. Это изменение действует непосредственно на вход усилителя создающего вторичный то. Разность МДС вызывает немедленное изменение вторичного тока, стремящееся компенсировать эту разность,

Оптоэлектронный ТН

В качестве основного элемента ОЭТН принята ячейка Поккельса.

В случае необходимости проведения высокочастотных измерений при проведении исследований, делители напряжения, применяемые для этих целей, не удовлетворяют предъявляемым требованиям точности из-за ряда недостатков. К ним относятся наличие паразитной емкости относительно земли, некоторая индуктивность сопротивлений, возникновение значительных наводок на цепи заземления, что ограничивает не только точность, но и полосу пропускания по частоте. Этими причинами обусловлено применение в ряде случаев оптико-электронных ТН (ОЭТН).
15.Предохранители, реакторы.

Предохранители – это электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от токовых перегрузок и токов КЗ.

К предохранителям предъявляются следующие требования

1) Время токовая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но возможно ближе времятоковой характеристике защищаемого объекта;

2) Время срабатывания предохранителя при КЗ должно быть минимально возможным, особенно при защите полупроводниковых приборов;

3) При КЗ в защищаемой цепи предохранители должны обеспечить селективность защиты;

4) Характеристики предохранителя должны быть стабильными, а технологический разброс их параметров не должен нарушать надежность защиты;

5) Предохранители должны иметь высокую отключающую способность;

6) Конструкция должна быть наиболее простой

Основной характеристикой предохранителя является времятоковая характеристика, представляющая собой зависимость времени плавления вставки от протекающего тока

Существуют предохранители: а) с мелкозернистым наполнителем (в них дуга гаситься за счет взаимодействия с мелким гранулами наполнителя); б) стреляющие предохранители (дуга гаснет за счет её воздействия на газогенерирующий материал).

Плавкий предохранитель состоит из заменяемого плавкого элемента, контактов и опорных изоляторов, которые соединяются механически и электрически, согласно габаритно-установочному чертежу, на месте монтажа

Патрон устанавливается в контактах и закрепляется специальной защелкой.

При КЗ плавкая вставка испаряется по всей длине и в цепь вводиться длинная дуга, горящая в узкой щели имеющая высокое сопротивление, особенно в начальной стадии, когда пары металла недостаточно ионизированы. Все это приводит к возникновению больших перенапряжений –до 4,5U_ном на контактах предохранителя. Для ограничения перенапряжений применяются вставки переменного сечения. В начале сгорает участок меньшего сечения, а затем большего. В результате длина дуги растет медленней

Стреляющие предохранители

Для работы на открытом воздухе при напряжении 10 и 35 кВ и отключаемом токе до 15 кА применяются так называемые стреляющие предохранители

В процессе гашения дуга сначала имеет небольшую длину, а затем длина её увеличивается по мере выброса гибкого проводника. Это ограничивает скорость роста сопротивления дугового промежутка и устраняет перенапряжения.

Процесс отключения сопровождается сильным выбросом пламени, газов и стреляющим звуковым эффектом. Поэтому такие предохранители соседних фаз должны располагаться на значительном расстоянии друг от друга.

Токоограничивающий реактор – это электрический аппарат, выполненный в виде катушки с определенной индуктивностью и предназначенный для ограничения токов КЗ и поддержания напряжения на шинах в аварийном режиме. В зависимости от места установки все реакторы подразделяются на

1Линейные реакторы – включаются в отдельные; 2Групповые;3Секционные;4Сдвоенные

Сборные реакторы выполняются, как правило, на каркасе из стеклотекстолита или других полимерных материалов, стянутыми латунными болтами в изолирующих гильзах.

Значительным недостатком реакторов без магнитопровода является наличие сильного магнитного поля рассеяния, которое вызывает добавочные потери в близлежащих металлоконструкциях, а также большие ЭДУ между фазами при КЗ. Этого недостатка лишены реакторы с тороидальной обмоткой.

Для наружной установки применяются масляные реакторы, обмотки которых помещены в бак с трансформаторным маслом. Для защиты от чрезмерно больших вихревых токов стальной бак снабжается электромагнитными экранами торцевыми и осевыми, выполненными из меди или алюминия. Поэтому у реакторов такой конструкции велики потери в результате размагничивающего действия экранов, большая масса, повышенный расход цветных металлов.

16.Разрядники, ОПН

Трубчатые разрядники

При появлении перенапряжения промежуток должен пробиться раньше, чем изоляция защищаемого объекта. После пробоя линия заземляется через сопротивление разрядника. При этом напряжение на линии определяется током, проходящем через разрядник, сопротивлениями разрядника и заземления. Чем меньше эти сопротивления, тем эффективнее ограничиваются перенапряжения,

Во время пробоя через разрядник протекает импульс тока

Напряжение на разряднике при протекании импульса тока данного значения и формы называется остающимся напряжением. Чем меньше это напряжение, тем лучше качество разрядника.

После прохождения импульса тока искровой промежуток оказывается ионизированным и легко пробивается фазным напряжением. Возникает КЗ на землю, при котором через разрядник протекает ток промышленной частоты, который называется сопровождающим током

Чтобы избежать выключения оборудования от релейной защиты, этот ток должен быть отключен разрядником в возможно малое время (около полупериода).

Требования предъявляемые к разрядникам:

1) Вольт-секундная характеристика разрядника должна идти ниже характеристики защищаемого объекта и должна быть пологой

2) искровой промежуток разрядника должен иметь определенную гарантированную электрическую прочность при промышленной частоте и импульсах;

3) Остающееся напряжение на разряднике, характеризующее его ограничивающую способность, не должно достигать опасных значений;

4) Сопровождающий ток частотой 50 Гц должен отключаться за минимальное время;

5) Разрядник должен допускать большое число срабатываний без осмотра и ремонта.

Вентильные разрядники

Следующим этапом явился вентильный разрядник. В нем многократный искровой промежуток включается последовательно с нелинейным сопротивлением, обычно на основе карбида кремния (SIC). Остающееся напряжение на этом сопротивлении при номинальном разрядном токе 5 – 10 кА , 8/20 мкс принималось равным импульсному пробивному напряжению искрового промежутка. После ликвидации импульсного

перенапряжения при наибольшем допустимом напряжении промышленной частоты, благодаря нелинейности сопротивления, протекающий через вентильный разрядник сопровождающий ток снижается до 100 А и гасится искровым промежутком при первом же прохождении через нулевое значение. Это обеспечивает защиту от импульсных перенапряжений.

Работа разрядника происходит следующим образом.

При появлении перенапряжения пробиваются три последовательно включенных блока искровых промежутков 2. импульс тока при этом через рабочие резисторы замыкается на землю. Возникший сопровождающий ток ограничивается рабочими резисторами, которые создают условия для гашения дуги.

Вентильные разрядники работают бесшумно.

Недостатки вентильных разрядников: низкая нелинейность рабочих резисторов, как следствие этого: нестабильность защитных характеристик

Нелинейные ограничители перенапряжения (ОПН)

ОПН представляет собой нелинейный резистор с высоким коэффициентом нелинейности 0,04

В нормальном рабочем режиме ток через ОПН составляет десятые доли миллиампера. При возникновении волн перенапряжений резисторы ограничителя переходят в проводящее состояние и ограничивают дальнейшее нарастание напряжения на выводах. Когда перенапряжение снижается, ограничитель возвращается в непроводящее состояние

Основными параметрами ОПН являются:

наибольшее длительно допустимое напряжение;

номинальный разрядный ток;

остающееся напряжение при нормированных токах;

удельная энергоемкость;

ток пропускной способности.

Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение ОПН - это установленное максимально допустимое действующее значение напряжение промышленной частоты, которое может быть приложено непрерывно к ОПН и не приводит к повреждению при нормированных воздействиях.
17.Распределительные устройства

Они представляют собой совокупность соединённых между собой Эл. Аппаратов, предназначенных для приёма и распределения энерг. В функцию распред усройств также защита системы и обслуживание её аппаратов от ненормальных режимов работы.

По типу устройства различают:

-сборные

-комплектные(КРУ)

-открытого

-закрытого типа

Бывают КРУ наружной установки.