Общие сведения о высоковольтной аппаратуре

Высоковольтное оборудование представляет собой механизм или электрическое устройство, которое выполняет функции передачи, преобразование и распределения электрической энергии с номинальным напряжением выше 1000 Вольт.
К этому оборудованию и работе с ним (обслуживание, ремонт, эксплуатация, безопасность для человека) необходимо относиться очень серьезно. Перечисленным вопросам предъявляются очень серьезные требования, особенно это касается безопасности всех аспектов работы и обслуживания оборудования для человека.
Высоковольтное оборудование делится на две большие группы:

К первой группе относятся разнообразные генераторы электроэнергии, электростанции различных видов (ТЭС, ГЭС, АЭС и другие виды).
Ко второй группе относится оборудование распределительных подстанций, служащее для передачи, распределения и преобразования электроэнергии. К этой группа можно отнести и электрические машины, рассчитанные на напряжение выше 1000 Вольт.

Высоковольтное оборудование подстанций и распределительных устройств

Если рассмотреть высоковольтное оборудование подстанций и распределительных устройств, то можно разделить их на несколько элементов:

Более подробно о каждом из типов рассмотрим в следующих блоках.

Трансформаторы

Согласно ГОСТ 16110-82 Трансформаторы силовые. Термины и определения
Силовой трансформатор – Трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приема и использования электрической энергии.
Также в этом ГОСТе указывается, что к силовым относятся трансформаторы трехфазные и многофазные мощностью 6,3 кВ·А и более, однофазные мощностью 5 кВ·А и более.
Из курса физика мы уже знаем, что преобразование электроэнергии в трансформаторах реализуется посредством переменного магнитного поля.
Исходя из практики использования можно сказать, что силовые трансформаторы являются наиболее распространенным и востребованным электротехническим устройством.
Также из курса физики мы знаем потери при протекании тока по линиям электропередачи рассчитываются из формулы
Q=I²*R*t
Из чего делается вывод что, для передачи электроэнергии выгодно использовать высокие напряжения и, соответственно, малые токи.
Большая часть электроэнергии, производимой на генераторных электростанциях, вырабатывается на напряжения от 16 до 35 кВ. Такой уровень напряжения слишком высок для бытовых нужд и недостаточен для передачи на большие расстояния. В связи с чем используется следующая схема

Из схемы видно, что в результате электроэнергия по пути к потребителю преобразуется несколько раз. Чаще всего количество преобразований не превышает 3-4 раз.

Ячейка КРУ

КРУ - комплектное распределительное устройство, представляющее собой блок собранный из типовых унифицированных блоков (ячеек) высокой степени готовности, собранных в заводских условиях. Набор таких может быть различным в зависимости от области применения, но зачастую включает в себя следующие элементы

Как правило КРУ состоит из 4 основных отсеков, которые в свою очередь поделены на высоковольтные и низковольтный.



Каждый отсек имеет свои особенности:
Кабельный отсек (отсек ввода). В нем размещаются кабели раздели, измерительные трансформаторы, трансформаторы напряжения, ограничители перенапряжения.
Отсек выключателя. Содержит в себе силовой выключатель и/или другое высоковольтное оборудование (разъединители, предохранители и т.п.).
Отсек сборных шин. Здесь размешены силовые шины, которые соединяют секции РУ,
Рейный отсек. В нем находится низковольтное оборудование: РЗиА, переключатели, рубильники. На двери отсека, так же располагается светосигнальная арматура, устройства учёта и измерения электроэнергии, элементы управления ячейкой.

Выключатели и разъединители.

Высоковольтный выключатель представляет собой коммутационный аппарат, предназначенный для оперативных включений и отключений отдельных цепей или электрооборудования в энергосистеме.
Классификация высоковольтных выключателей

Выключатели представляют собой трехполюсный аппарат, полюсы которого имеют одну (общую) раму и управляются одним приводом, либо каждый из трех полюсов выключателей имеет собственную раму и управляется своим приводом (выключатель с пополюсным управлением).
Принцип работы аппаратов основан на гашении электрической дуги (возникающей между расходящимися контактами при отключении тока) потоком элегаза.
Согласно ГОСТ 17703—72 разъединитель — контактный коммутационный аппарат, предназначенный для коммутации электрической цепи без тока или с незначительным током, который для обеспечения безопасности имеет в отключенном положении изоляционный промежуток.
Устройство
Разъединители не имеют устройств для гашения дуги и поэтому не допускают отключения ими цепи под нагрузкой. В случае отключения под нагрузкой возникает устойчивая дуга, вызывающая короткое замыкание между фазами.
Разъединитель состоит из трехполюсных (однополюсных) групп разъединителя и заземлителей. Каждая группа управляется своим приводом.
Полюс разъединителя представляет собой две поворотные колонки изоляторов, установленных на раме и несущих на себе токоведущую систему с двумя проходными и одним размыкаемым в горизонтальной плоскости контактом.
Размыкаемый контакт разъединителя выполнен в виде кулачкового контакта, закрепленного на конце одного токопровода, и контактных пальцев, закрепленных на конце другого, во включенном положении разъединителя контактные пальцы охватывают кулачковый контакт. Пальцы и кулачковые контакты имеют серебряное покрытие.

Короткозамыкатели

Короткозамыкатель — коммутационный аппарат, предназначенный для создания искусственного короткого замыкания на землю в сетях электроснабжения.
Конструктивно короткозамыкатель аналогичен заземлителю, но за счёт мощной контактной системы может включаться на короткое замыкание. Представляет собой однополюсный или двухполюсный (в зависимости от системы рабочего заземления сети) разъединитель, снабжённый пружинным приводом для автоматического включения и предназначенный для соединений провода (проводов) трёхфазной системы с землёй по ручной команде или от релейной защиты

Принцип действия
В случае аварии на трансформаторе одного из присоединений (T1), установленная на нём защита подаст напряжение на катушку включения соответствующего короткозамыкателя (SC1). Короткозамыкатель замкнёт свои контакты, создав искусственное замыкание на землю. На это замыкание среагирует защита магистральной ЛЭП, в зоне действия которой находится подстанция, и с помощью головного выключателя (Q) отключит всю подстанцию. Через небольшой промежуток времени на линии сработает АПВ и включит головной выключатель. За это время, которое называется бестоковой паузой, сработает только отделитель повреждённого трансформатора (E1) и отключит его от сети. Таким образом, не используя отдельный выключатель на каждое присоединение, возможно отключить повреждённый участок, оставив подстанцию в работе.

Разрядники

Разрядник — электрический аппарат, предназначенный для ограничения перенапряжений в электротехнических установках и электрических сетях. Первоначально разрядником называли устройство для защиты от перенапряжений на основе искрового промежутка. Затем, для ограничения перенапряжений начали применять устройства на основе полупроводников и металл-оксидных варисторов, применительно к которым продолжают употреблять термин «разрядник».
Разрядник состоит из двух электродов и дугогасительного устройства.
Электроды
Один из электродов крепится на защищаемой цепи, второй электрод заземляется. Пространство между электродами называется искровым промежутком. При определенном значении напряжения между двумя электродами искровой промежуток пробивается, снимая тем самым перенапряжение с защищаемого участка цепи. Одно из основных требований, предъявляемых к разряднику — гарантированная электрическая прочность при промышленной частоте (разрядник не должен пробиваться в нормальном режиме работы сети).
Дугогасительное устройство
После пробоя импульсом искровой промежуток достаточно ионизирован, чтобы пробиться фазным напряжением нормального режима, в связи с чем возникает короткое замыкание и, как следствие, срабатывание устройств РЗА, защищающих данный участок. Задача дугогасительного устройства — устранить это замыкание в наиболее короткие сроки до срабатывания устройств защиты.

Обозначение






На электрических принципиальных схемах в России разрядники обозначаются согласно ГОСТ 2.727—68.
1. Общее обозначение разрядника
2. Разрядник трубчатый
3. Разрядник вентильный и магнитовентильный
4. ОПН, варистор
5. Пробивной предохранитель
6. Газовый разрядник
7. Трёхэлектродный газовый разрядник
8. Газовый разрядник с термозащитой

Реакторы

Токоограни́чивающий реа́ктор — электрический аппарат, предназначенный для ограничения ударного тока короткого замыкания. Включается последовательно в цепь тока, который нужно ограничивать, и работает как индуктивное (реактивное) дополнительное сопротивление, уменьшающее ток и поддерживающее напряжение в сети при коротком замыкании, что увеличивает устойчивость генераторов и системы в целом.
При коротком замыкании ток в цепи значительно возрастает по сравнению с током нормального режима. В высоковольтных сетях токи короткого замыкания могут достигать таких величин, что подобрать установки, которые смогли бы выдержать электродинамические силы, возникающие вследствие протекания этих токов, не представляется возможным. Для ограничения тока короткого замыкания применяют токоограничивающие реакторы, которые при к.з. также поддерживают на сборных шинах питания достаточно высокое напряжение (за счёт большего падения на самом реакторе), что необходимо для нормальной работы других нагрузок.

Реактор — это катушка с постоянным индуктивным сопротивлением, включенная в цепь последовательно. В большинстве конструкций токоограничивающие реакторы не имеют ферромагнитных сердечников. В нормальном режиме на реакторе наблюдается падение напряжения порядка 3—4 %, что вполне допустимо. В случае короткого замыкания бо́льшая часть напряжения приходится на реактор. Значение максимального ударного тока короткого замыкания рассчитывается по формуле:



где I_H — номинальный ток сети, X_p — реактивное сопротивление реактора.
Соответственно, чем выше будет реактивное сопротивление, тем меньше будет значение максимального ударного тока в сети.
Реактивность прямо пропорциональна индуктивному сопротивлению катушки. При больших токах у катушек со стальными сердечниками происходит насыщение сердечника, что резко снижает реактивность, и, как следствие, реактор теряет свои токоограничивающие свойства. По этой причине реакторы выполняют без стальных сердечников, несмотря на то, что при этом, для поддержания такого же значения индуктивности, их приходится делать больших размеров и массы. В случае если в линии электропередач 0,4—110 кВ имеются устройства передачи данных по технологии PLC, то реактор будет гасить эти частоты