Что такое отделитель с короткозамыкателем?

Как работают отделители и короткозамыкатели

В нашей стране эксплуатируется много подстанций 110/35/10 или 110/10 (110/6) кВ. Одна из них представлена на фотографии, полученной с искусственного спутника Земли.

Выполненные красным цветом надписи на ней поясняют назначение каждого объекта.

Эта же подстанция показана на фотографии, сделанной с земли (для увеличения нажмите на рисунок).

От нее по воздушным и кабельным линиям питаются трансформаторные устройства 10 кВ, которые понижают выходное напряжение до 380 вольт для электроснабжения жилых зданий и промышленных предприятий в населенных пунктах.

Упрощенная картина размещения первичного оборудования этой подстанции представлена блочной схемой.

Здесь наглядно видно месторасположение отделителей (ОД-1 и ОД-2) с короткозамыкателями (КЗ-1 и КЗ-2), которые подключены проводами ЛЭП в разрыв между удаленным выключателем питающей подстанции и силовыми автотрансформаторами рассматриваемой.

В нашем примере работают два автотрансформатора (АТ-1 и АТ-2). Они запитаны от одной проходящей мимо подстанции воздушной линии 110 кВ через секционный выключатель, с которым соединяются системой разъединителей.

Каждый из автотрансформаторов питает через свой вводной выключатель собственную систему шин 10 кВ, используемую для отходящих линий. Все их выключатели расположены в сооружении КРУН-10 кВ (комплектное распределительное устройство наружной установки).

На картинке голубым цветом показано здание ОПУ – общеподстанционного пункта управления, внутри которого размещены устройства сложных релейных защит, автоматики, средств измерения, элементов управления силовым оборудованием.

Такие подстанции по воздушным ЛЭП протяженностью до 100 км соединяются с питающей их ПС. Электроэнергия от удаленного источника поступает через силовой автоматический выключатель нагрузки, расположенный на ОРУ-110 кВ и оборудованный системой защит, автоматики и управления.

Как устроен и работает отделитель

В соответствии с названием его роль связана с отделением части электрической схемы, на которой возникла неисправность, от основной питающей линии.

На картинке показан отделитель — электротехнический аппарат для коммутации (отделения) электрических цепей без нагрузки и напряжения сразу во всех трех фазах линии. Контакты его ножей во включенном положении плотно прилегают между собой и обеспечивают минимальное переходное сопротивление для длительного прохождения электрического тока в номинальном режиме электроустановки.

Однако, они не имеют устройств гашения дуги, а привод не обеспечивает быстрое отключение и не имеет защит, как автоматический выключатель. По этим причинам отделителем запрещено разрывать ток нагрузки или подавать напряжение на схему. В логику его автоматической работы обязательно включается блокировка от проходящих через него токов нагрузки. Для ее работы установлен специальный трансформатор тока, питающий отдельную релейную схему.

Опорные изоляторы отделителя размещены на металлической раме, поднятой бетонными столбами на безопасную высоту. На этих изоляторах смонтированы стационарные контакты и поворотные ножи, соединенные системой рычагов с приводом, который может управляться:

автоматически для отделения защищаемой цепи от возникающих аварий разведением ножей во время создания бестоковой паузы;

вручную оперативным персоналом, для включения ножей и завода пружин отключения, приведения их в готовность к работе.

Автоматическое разделение схемы происходит за счет использования энергии взведенной пружины, усиленной электромотором. Она срабатывает при выводе из зацепления защелки электромагнитом катушки отключения. Когда от защит трансформатора подается напряжение на эту катушку, то поворотные ножи разрывают схему.

На валу отделителя размещены блок-контакты КСА, повторяющие его положение. Они используются во вторичных цепях:

Как устроен и работает короткозамыкатель

Это тоже электротехнический коммутационный аппарат, работающий в цепях 6 или 10 кВ. Со стороны подвижного поворотного ножа он надежно заземлен на контур подстанции, а на противоположном конце стационарного контакта подключен тоководом к одной фазе линии. Рубящий рабочий нож короткозамыкателя в нормальном положении отведен на безопасное расстояние от фазы, исключающее случайное перекрытие ее напряжения на землю.

Стационарный контакт постоянно находится под потенциалом линии и отделен от контура заземления сопротивлением опорного изолятора. Вся эта конструкция смонтирована на прочной металлической раме и поднята на безопасное расстояние от земли.

Управление корткозамыкателем осуществляется через рычажную систему. В ручном режиме подвижный нож отводится оперативным персоналом от стационарного контакта в положение готовности к срабатыванию. При этом взводится силовая пружина. Одновременно переключаются блок контакты КСА, повторяющие его положение для работы вторичных цепей.

При определении защитами неисправностей в схеме на электромагнит катушки отключения подается напряжение. В результате этого защелка пружины выбивается из зацепления и приложенным к системе рычагов крутящим моментом подвижный нож резко набрасывается на стационарный контакт. На фазе линии возникает искусственно созданное короткое замыкание с землей.

Конструкция короткозамыкателя рассчитана на прохождение через его нож и контакты аварийных токов, создаваемых при КЗ с учетом восприятия термического удара. Она выдерживает эти токи за время их прохождения от момента возникновения до снятия напряжения защитами удаленного выключателя.

Короткозамыкатели используют в сетях с заземленной или изолированной нейтралью. В первом случае их устанавливают на одну фазу, а во втором на две для обеспечения надежного замыкания.

Особенности логики работы отделителя и короткозамыкателя

Электрическая схема подключения короткозамыкателя и отделителя для одного трансформатора ПС в трехлинейном исполнении показана на схеме.

При рабочем режиме электроэнергия от питающей подстанции по ВЛ поступает через включенные разъединитель с отделителем на сторону высокого напряжения ТН, где трансформируется в 10 кВ. А далее она через вводной выключатель распределяется по потребителям.

Здесь видно, что на подстанции 110/10 кВ отсутствует выключатель нагрузки. На ней нет ни одного коммутационного аппарата, способного отключить напряжение с трансформатора при возникновении в нем повреждений или для производства оперативных переключений.

Эта задача возложена на выключатель удаленной подстанции. К примеру, для вывода в плановый ремонт ТН 110/10 кВ, диспетчер ПС-330 по команде снимает напряжение со всей питающей ВЛ-110 ручным отключением выключателя. После этого разводятся ножи разъединителя.

Когда в схеме ТН 110/10 кВ возникает повреждение, то его отключает удаленный выключатель по следующему алгоритму.

Защиты трансформатора выявляют неисправность, анализируют и выдают напряжение на электромагнит катушки наложения короткозамыкателя. Его подвижный нож импульсом вбрасывается на контакт фазы. (Этот момент показан знаком молнии желтого цвета на временно́й шкале графика.) На ВЛ-110 появляется однофазное КЗ на землю.

Токовые защиты выключателя (например, дифференциально фазная или направленная токовая нулевой последовательности) чувствуют эту неисправность, анализируют и через время t защ выдают исполнительную команду на срабатывание привода, который за время t пр отключается.

Таким образом, время снятия напряжения с трансформатора определяется:

продолжительностью работы его защит;

длительностью импульса наложения короткозамыкателя;

скоростью отключения однофазного замыкания выключателем на удаленной подстанции, формирующей время t откл.

Однако, на этом логика взаимодействия защит, расположенных на разных подстанциях, не заканчивается. Схема управления выключателем с момента его отключения выдает команду на его автоматическое повторное включение через установленное для этого случая время t АПВ. Оно заранее выставляется уставкой автоматики. Во время его действия выключатель отключен, а ВЛ обесточена и находится без напряжения. Таким способом создается бестоковая пауза в электроснабжении.

После окончания выдержки времени АПВ воздушная ЛЭП снова запитывается. К этому моменту однофазное КЗ должно быть устранено действием отделителя. Он работает от защит трансформатора, которые выдают одновременно две команды на его отключение и наложение короткозамыкателя. Только действие команды на отделитель задерживается уставкой времени t уст, выставленной на релейной схеме защит трансформатора.

Время работы привода отделителя учитывается продолжительностью действия АПВ выключателя так, чтобы создать небольшой запас для его надежной работы.

Таким образом, после включения выключателя короткозамыкатель остается в наложенном на фазу линии положении, но при этом отделен от поданного на нее напряжения отключенным отделителем. При этом трансформатор остается обесточенным со стороны высокого напряжения и может быть введен в работу оперативным персоналом только после анализа происходящих на нем процессов и ликвидации возникшей неисправности, на что требуется определенное время.

Перспективы использования схем с отделителем и короткозамыкателем

Подстанции, на которых работает такая система, широко использовались в прошлом, когда установка воздушных или масляных выключателей требовала дополнительного вспомогательного и сложного оборудования (компрессорных либо масляных станций), что было экономически не выгодно.

Отделитель работает на открытом воздухе, подвергается действию любых атмосферных осадков. Его условия эксплуатации значительно ухудшаются зимой при мокром снегопаде и последующих заморозках.

Сейчас такие подстанции подвергаются реконструкции. На них и на всех строящихся современных ОРУ-110 вместо отделителя и короткозамыкателя устанавливают элегазовый выключатель. Его привод работает от энергии взведенной электродвигателем пружины, а небольшого запаса элегаза, закачанного в баллон малой емкости, достаточно для гашения дуги, что обеспечивает длительный ресурс его срабатываний.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Что такое отделители и короткозамыкатели?

Современная организация высоковольтных ЛЭП не предусматривает использование выключателей в узловых точках, подключенных к питающим линиям. Вместо них на большинстве подстанций используются короткозамыкатели и отделители. Такая концепция позволила, сохраняя высокий уровень надежности, существенно снизить стоимость оборудования и, что не маловажно, упростить его. Об устройстве этих электрических аппаратов и принципе действия будет рассказано ниже.

Назначение короткозамыкателя и отделителя

Кратко расскажем, для чего предназначен каждый из коммутационных аппаратов:

• Основная задача отделителей – произвести оперативное отключение обесточенного проблемного сегмента сети. По сути, этот контактный аппарат является разъединителем со скоростью срабатывания 500-1000 мс. Конструкция может иметь заземление или быть изолированной от него. Отделитель ОД-220

В сетях с классом напряжения до 110,0 кВ применяются трехполюсные аппараты, управляемые общим пусковым приводом. Для 220 кВ и выше используются однополюсные устройства (по одному на фазу). Отключаются отделители автоматически, а включаются вручную. Управление разъединителями осуществляется релейной защитой.

• Короткозамыкателями называют быстродействующие приводы, используемые для создания искусственного замыкания в линии с целью вызвать ее защитное отключение. В такой операции возникает необходимость в случае возникновения нештатной ситуации или аварии, например, при повреждениях трансформаторов. Короткозамыкатель КЗ-110

В зависимости от конструкции замыкание производится между фазами (в сетях до 35,0 кВ) или одной из фаз на «землю», для линий с классом напряжения от 110,0 кВ. Включается короткозамыкатель автоматически, при срабатывании релейной защиты, но если возникнет необходимость, процесс может быть запущен вручную. Что касается отключения, то для него автоматический режим не предусмотрен.

Устройство короткозамыкателя и отделителя

Кратко расскажем о конструкции электромеханических аппаратов, изображенных выше, это будет полезно при объяснении их принципа работы. Начнем с отделителя, его упрощенный чертеж представлен ниже (рис.3 1).

Рисунок 3. 1) конструкция отделителя; 2)конструкция короткозамыкателя

Обозначения (часть 1 конструкция отделителя):

• А1 – стойки изоляторы.
• B1 – поворотные штанги с установленными контактами ножами.
• С1 – пружинный механизм, приводящий в движение поворотные штанги.
• D1 – платформа.
• E1 – шкаф с электромагнитным «спусковым» механизмом, освобождающим пружинный привод, разводящий контактные части.

Как сами устройства, так и механика их работы не отличаются сложностью. Мы уже упоминали, что применение отделителя производится при снятом напряжении с сети, то есть, когда включаются выключатели на питающей магистрали. Следовательно, на разъединители можно не устанавливать специальные вакуумные дугогасительные контактные камеры.

Теперь рассмотрим основные элементы конструкции короткозамыкателя (рис.3 2):

• A2 – основная (опорная) штанга-изолятор.
• В2 – неподвижная штанга с контактными ножами.
• С2 – пружинный привод.
• D2 – платформа, на которой установлен короткозамыкатель.
• E2 – шкаф для электромагнитного привода и трансформатора тока.
• F2 – подвижная заземленная штанга, замыкающая полюса короткозамыкателя.

Конструктивно короткозамыкатель КЗ-35, а также другие модели, создающие искусственное межфазное КЗ, имеют несколько отличий от представленного на рисунке устройства. Поскольку имитируется линейное замыкание, то подвижная не соединена с «землей», она подключается к другой фазе. Соответственно, конструкция снабжена еще одним изолятором-стойкой.

Принцип действия

Механика действий этих устройств довольно простая, у отделителя она следующая: при поступлении сигнала срабатывает реле отключающее электромагнит, который блокирует пружинный механизм. В результате срабатывания привода отделителя, его поворотные штанги разводятся в разные стороны, размыкая контакты. Сигнал на отключения подают цепи управления релейной защиты.

Используются разъединители только с применением короткозамыкателей. Это связано с тем, что с помощью последних можно током КЗ вызвать срабатывание релейной защиты, как на текущей высоковольтной подстанции, так и той, к которой подключена питающая ЛЭП. Короткозамыкатель может быть запущен по сигналу защиты трансформатора или вручную, если в том возникла необходимость.

Как только сигнал на запуск получен, отключается электромагнит блокировки пружинного механизма и под его воздействием приводится в движение подвижный контакт. В результате короткозамыкатель вызовет КЗ линии, что моментально приведет в действие релейную защиту. По ее сигналу сработают высоковольтные выключатели питающей ЛЭП. Поскольку скорость срабатывания разъединителей существенно ниже, они будут производить отключение уже обесточенной магистрали.

Для закрепления материала рассмотрим несколько примеров.

Работа короткозамыкателя без отделителя

Ниже представлена принципиальная электрическая схема подстанции, где применяется короткозамыкатель без использования отделителя.

Схема подстанции 110/10

Значащие обозначения:

• A – Линейный размыкатель в высоковольтной части ТП.
• В – Короткозамыкатель.
• С – Силовой трансформатор.

В данной схеме короткозамыкатель будет работать следующим образом:

1. Если возникают проблемы с трансформатором «С» его подает сигнал на короткозамыкатель «В».
2. Механизм электромеханического устройства производит короткозамкнутое соединение.
3. КЗ отслеживает релейная защита, и формирует сигнал на ЛР «А».
4. Силовой выключатель срабатывает и отключает ввод.

После того, как будет установлена и устранена причина срабатывания защиты, отключается выключатель (то есть, производится подключения вводной линии).

Описанный выше пример организации защиты на подстанции вполне работоспособен и надежен, но применение выключателя в данном случае не оправдывает себя ввиду его высокой стоимости.

Совместная работа короткозамыкателя с отделителем

Теперь рассмотрим связку ОД-КЗ на примере подстанции с двумя трансформаторными группами, запитанными от одной входящей ЛЭП.

Пример подстанции с ОД-КЗ

Обозначения:

• Вк1 – силовой выключатель ВЛ (замкнут).
• Вк2, Вк3 – силовые защитные выключатели на низкой стороне (замкнуты).
• Вк4 – секторный выключатель (разомкнут).
• Кз1, Кз2 – короткозамыкатели (разомкнуты).
• Од1, Од2 – отделители (замкнуты).
• Тр1, Тр2 – силовые трансформаторы 220/10

Для получения представления как работает данная схема, рассмотрим ситуацию с выходом из строя одного из трансформаторов:

1. Представим, что в Тр2 нарушилась изоляция, что привело к образованию электроразрядов разлагающих масло, что обнаруживает газовое реле и подает соответствующий сигнал на щит управления короткозамыкателя Кз2.
2. Сигнал, поступивший на блокирующее реле, приводит к его срабатыванию. Механизм разблокируется и пружинным приводом осуществляется толчок подвижной штанги, в результате замыкаются две фазы.
3. Это включает Вк1, что приводит к отключению питающей линии обесточиванию Tp1 и Tp2. КЗ также вызывает соответствующую реакцию релейной защиты Tp2, она отключает Вк3 (снимается нагрузка) и запускает Од2. Поскольку у последнего самая низка скорость срабатывания, он приводится в действие последним, когда ВЛ и нагрузка отключены.
4. Через определенную выдержку Вк1 вновь подключает ЛЭП (срабатывает система автоматического повторного включения).
5. Автоматика ввода резерва включает Вк4.

По итогу на подстанции работает только Тр1, от которого запитываются обе секции.

Особенности

Идеальных систем не бывает, естественно, что у короткозамыкателей и отделителей имеется ряд особенностей, часть из которых можно причислить к недостаткам. Например, у последних резко снижается надежность срабатывания при оледенении. Эта проблема решается, если используются разъединители закрытого типа с элегазовым наполнением. Такие устройства стоят дороже обычных моделей, но все равно обходятся дешевле силовых выключателей.

К короткозамыкателям также имеются претензии, в частности, по скорости их срабатывания (она порядка 400-500 мс). Самое простое решение в данном случае – использование конструкций, где в качестве приводе используется пороховой заряд.

В остальном эксплуатация аппаратов, описанных в статье, вполне оправдывает себя, о чем говорит популярность связки ОД-КЗ.

Что такое отделитель с короткозамыкателем?

• Принцип действия
• Кратко о короткозамыкателе
• Кратко об отделителе
• Совместная работа
• Достоинства и недостатки

Принцип действия

Трансформатор – это приспособление, представляющее собой электромагнитное устройство с 2-я (и более) обмотками. Этот аппарат предназначен в основном для превращения переменного тока с одного напряжения в другой. Трансформация энергии происходит благодаря магнитному полю. Трансформаторные будки в основной части используются для проведения электричества на большущие расстояния, при всем этом разделяют и рассылают ее на приемники, выпрямители, усилители различного типа устройств. Основной составной частью вышеуказанного приспособления есть провод с обмотками. Для качественно работы в трансформаторах устанавливаться короткозамыкатели и отделители, которые регулируют исправность аппарата.

Кратко о короткозамыкателе

Короткозамыкатель – это устройство, которое создает в электрических линиях неестественное короткое замыкание. Где же применяются такие приспособления? Прежде всего аппарат устанавливается в трансформаторах. Его используют с целью обеспечить отключение неисправного трансформатора после того, как было создано короткое замыкание во время действия релейной защиты линии которую питает. После этого и трансформатор, и линия отключаются от электросети.

Как работает короткозамыкатель? Аппарат работает на 2 или же на 1 полюс, зависимо от вольтажа. Установки, имеющие 35кВ работают с двумя полюсами, а при напряжении в 110кВ или более находит применение один полюс. Можно наглядно рассмотреть фото и схему КЗ, чтобы понять из чего он состоит.

Схема короткозамыкателя КЗ–35: (1 – стальная коробка; 2 – опорный изолятор; 3 – недвижимый контакт; 4 – движущийся заземленный нож (контакт); 5 – вал).

У короткозымыкательной передачи есть пружина, отвечающая за включение движущегося ножа на недвижимый контакт, который в данный момент под напряжением. Релейная защита подает импульс, запуская привод, но отключается вручную. Во избежание возникновения дуги и поломки прибора нужно увеличить резвость ножа. В подобных конструкциях короткозамыкатель включается за 0,15 – 0,5 с.

Кратко об отделителе

Отделитель – это своеобразный разъединитель, быстро отключающий сеть без тока, когда на тот пойдет об этом команда. Его можно отличить от разъединителя благодаря приводу в виде пружины, находящемуся на отделителе. Включение этого приспособления проводится ручным способом. Отделители могут, так же иметь заземленную ножку с одной стороны или же с обеих. Рассмотрим на фото и схеме ниже из чего состоит отделитель:

Схема отделителя ОД–220: (1 – 2-х колонковый разъединитель с ножом, который вращается; 2 – колонки; 3 – привод в виде пружин).

Ознакомившись со схемой, посмотрим, как работает отделитель. Он отключает цепь (без тока) или ток намагничивания, но отключить ток короткого замыкания, появившегося во время запуска короткозамыкателя нельзя. И через этот нюанс в схемах ОД и КЗ есть блокировка, которая не дает отделителю выключиться при условии, что через трансформатор проходит ток. Где применяется это приспособление? В трансформаторной будке, для стабилизации ее работы.

Также, чтобы отделитель не отключался в конструкцию введено токовое реле, которое подключено непосредственно к трансформатору тока находящийся в короткозамыкателе. После отключения линии реле замкнет контакт и конденсатор, что приведет его к работе. Далее, благодаря конденсатору 2 сработает отключение.

Совместная работа

Если конструкция открытого типа, то работа вышеупомянутых аппаратов нестабильна (вплоть до отказа работать), так как они чувствительны к морозу, гололеду. По этой причине были разработаны закрытые камеры с газом. Газ может утечь и при таком условии он восстанавливается из баллона, который приделан к оболочке камеры. Давление в подобных камерах регулируется постоянно мановакуумметром.

Короткозамыкатель вмещает в себе контактную камеру из фарфора и 2-х электродов с одиночным разрывом в 0,9 см. Для прикрепления шины проводящей ток в недвижимом контакте есть выход. Гибкие связи соединяют между собой контакт. Контактная камера заполняется газом с давлением 0,3 Мпа. Газ, находящийся в камере, не поддается горению, и это не несет опасности при взрыве или пожаре. Исходя из этого устройства по гашению дуги не имеют смысла в конструкции. Нижний контакт похож на стержень с цилиндром в виде экрана и имеет розеточный тип.

Схема совместной работы выглядит так:

Схема действия отделителя с короткозамыкателем

• Q – выключатель;
• QR – отделитель;
• QN – короткозамыкатель;
• T1, T2 – силовые трансформаторы;
• TA1, TA2, TA3 – токовые трансформаторы;
• YAT – отключение отделителя;
• YAC – включение короткозамыкателя.

Эта система, комбинация почти что аналог выключателю с высоким вольтажом. При аварийной ситуации внутри зоны, которая защищается, защитным элементом выступает силовой трансформатор, который с помощью некоторых процессов обесточивает всех потребителей данного трансформатора.

Также во время, когда нет подачи тока отделитель отключается, чтобы предотвратить собственный разрыв от воздействия тока. Такая система используется в сетях с большим током. Как мы уже говорили выше, система ОД-КЗ является дешевой, но в наше время она уже устарела и заменяется более новыми выключателями. Подробнее узнать об этом вопросе вы можете, просмотрев видео:

Достоинства и недостатки

Отделители и короткозамыкатели в открытом виде не очень качественно работают в неблагоприятные погодные условия. Из-за этого была создана некая конструкция с системой контакта, помещенная в камеру с элегазом.

Установка с 35 киловаттами использует 2 полюса. Более мощные (110 киловатт и более) используется один полюс. Типичные короткозамыкатели срабатывают очень долго и поэтому целесообразней пользоваться устройством, в основе которого пороховой заряд. Взрыв его запускает нож в движение.

Важно знать, что контролируя состояние аппаратов, в первую очередь нужно проверять изоляцию на всех деталях.

Вот и все, что хотелось рассказать вам о принципе работы, конструкции и назначении короткозамыкателей и отделителей. Надеемся, информация была для вас полезной и понятной!

Советуем также прочитать:

Назначение короткозамыкателя

Здравствуйте, уважаемые посетители сайта «Заметки электрика».

Еще перед летним отпуском в этом году, мы выводили в ремонт силовой трансформатор 110/10 (кВ) мощностью 63 (МВА). Ремонтная бригада производила замену разрядников на стороне 110 (кВ) на ОПН. А мы в это время занимались полной проверкой релейной защиты и автоматики этого самого трансформатора.

Схема электроснабжения данной подстанции выстроена с высокой стороны на отделителях и короткозамыкателях. Вот я и решил написать об этом более подробно. Тема сегодняшней статьи будет называться короткозамыкатель. Я Вам расскажу про назначение и применение короткозамыкателя, а также про принцип его работы.

Назначение короткозамыкателя

Короткозамыкатель – это коммутационный аппарат, который необходим для создания искусственного короткого замыкания в электрической цепи.

Смысл его работы заключается в следующем. При внутреннем повреждении силового трансформатора включается короткозамыкатель и создает искусственное короткое замыкание. В это время на питающей подстанции релейная защита реагирует на ток искусственного короткого замыкания и отключает питающую линию, а соответственно, и силовой трансформатор от сети.

Короткозамыкатель может устанавливаться либо на одном полюсе, в электроустановках напряжением 110 (кВ) и выше, либо на двух полюсах, в электроустановках напряжением 35 (кВ).

В моем примере на одной подстанции короткозамыкатель установлен в ОРУ на стороне 110 (кВ) в фазе В, а на другой — в фазе С и А.

На фотографии выше видно, что короткозамыкатель КЗ-110 установлен в фазе В.

А на этой фотографии на одном вводе короткозамыкатель КЗ-110 установлен в помещении ЗРУ в крайней фазе С, а на другом вводе — в фазе А.

В общем это зависит в том числе и от конструктивных особенностей подстанции.

При установке короткозамыкателя высоковольтный выключатель на стороне 110 (кВ) не требуется, что значительно упрощает и удешевляет монтаж такого электрооборудования примерно на 40-50%, не теряя при этом надежность.

Хотя признаюсь Вам, что при написании своего дипломного проекта на тему: «Модернизация главной распределительной подстанции» я ушел от применения короткозамыкателей и отделителей, и установил на сторону 110 (кВ) вакуумные высоковольтные выключатели ВБЭ-110. На то это и дипломный проект, чтобы показать и доказать, что данная модернизация и расчеты имели право на жизнь.

На нашем предприятии имеются две главные распределительные подстанции (ГПП) напряжением 110/10 (кВ), где установлены короткозамыкатели. И у обеих подстанций схемы немного различаются. Давайте разберем работу короткозамыкателя на каждой из этих подстанций.

Работа короткозамыкателя без отделителя

Представляю Вашему вниманию электрическую принципиальную схему подстанции ГПП-1 110/10 (кВ) ввода № 1.

Питание силового трансформатора Т-1 осуществляется по воздушной линии 110 (кВ) через линейный разъединитель ЛР-110.

Вот этот самый силовой трансформатор Т-1 110/10 (кВ) мощностью 63 (МВА) .

На стороне 110 (кВ) в сторону линии установлен заземляющий нож ЗН для обеспечения электробезопасности при проведении ремонтных работ.

Как Вы видите, короткозамыкатель КЗ-110 установлен на стороне 110 (кВ) без отделителя.

В таком случае при внутреннем повреждении силового трансформатора Т-1 включается короткозамыкатель, который создает искусственное короткое замыкание на воздушной линии.

Под действием искусственного тока короткого замыкания релейная защита на питающей подстанции отключает с помощью выключателя эту линию. Линия остается без напряжения до выяснения конкретных причин повреждения силового трансформатора Т-1.

Работа короткозамыкателя с отделителем

А вот схема питания ГПП-2 110/10 (кВ) немного отличается от предыдущей схемы.

Питание силового трансформатора Т-1 осуществляется по воздушной линии 110 (кВ) через линейный разъединитель ЛР-110 и отделитель ОДЗ-110.

В данной схеме, в отличии от предыдущей, установлен отделитель ОДЗ-110. Устанавливается он на всех трех полюсах. Более подробно про отделитель я напишу в отдельной статье. Чтобы не пропустить, подпишитесь на получение извещения о выходе новых статей на сайте.

В нормальном режиме работы силового трансформатора Т-1 все три силовых контакта отделителя замкнуты.

А при возникновении внутреннего повреждения силового трансформатора Т-1 срабатывает короткозамыкатель, который создает искусственное короткое замыкание на воздушной линии.

Под действием искусственного тока короткого замыкания релейная защита на питающей подстанции отключает с помощью высоковольтного выключателя эту линию. И только после того, как линия отключится, в эту бестоковую паузу отключается отделитель, размыкая свои силовые контакты и тем самым отделяя поврежденный силовой трансформатор от сети.

Выглядит это следующим образом. Специально для Вас я снял видео работы короткозамыкателя в паре с отделителем.

Затем на этот высоковольтный выключатель на питающей подстанции действует АПВ (автоматическое повторное включение) и он включается. Линия снова становится под напряжение.

Эта схема немного сложна тем, что в ней необходима более точная и четкая слаженность работы релейной защиты на срабатывание короткозамыкателя и отделителя, а также высоковольтного выключателя на питающей подстанции. Этому способствуют различные виды блокировки устройств релейной защиты и автоматики, а также своевременное обслуживание приводов короткозамыкателя и отделителя.

Вот поэтому к релейной защите и предъявляются такие основные требования, как селективность (избирательность), быстродействие, чувствительность и надежность.

Но Вы только представьте себе, что произойдет, если релейная защита сработает не слаженно, и отделитель будет разрывать ток искусственного короткого замыкания. Это приведет к очень большим последствиям и аварии на подстанции.

Что собой представляет схема отделитель-короткозамыкатель: описание конструкции и назначение

С целью уменьшения стоимости высоковольтных аппаратов на различных производствах, изготовители заменяют специальные переключатели для высокой напряженности короткозамыкателями и отделителями.

Такую систему можно встретить на некоторых подстанциях с мощностью от 40 кВ и больше, но в основном, такой подход считается уже не актуальным.

Поскольку в странах СНГ еще используют данную схему, в рамках этой публикации мы расскажем о ней и ее составляющих: отделители в отдельности.

Способ функционирования отделителя

Электротрансформатор – это электромагнитное устройство, которое имеетдве или более, индуктивно связанные обмотки. Его используют для того, чтобы при помощи электромагнитной индукции преобразовать переменный электроток.

Превращение происходит при условии изменения мощности самого тока. Наверняка, вы видели большие трансформаторы, расположенные в некоторых районах города.

Они используются для передачи электроэнергии на огромные дистанции, кроме того, они отправляют ее на всевозможные приемники и усилители других аппаратов.

Как уже было сказано, главная составляющая схемы отделителя – провод с намотками. Чтобы трансформатор работал качественно и исправно, в нем закрепляется схема отделитель-короткозамыкатель.

Основные сведения о короткозамыкателе (КЗ)

Данная электрическая установка используется для того, чтобы на линии создавать искусственное короткое замыкание. Отсюда и название отделителя.

Как уже было сказано выше, такие установки, как короткозамыкатели, чаще всего можно встретить в трансформаторных щитках. Для чего он нужен?

После того, как на электрической трассе, которая питается от электротрансформатора, было произведено короткое замыкание,его необходимо отключить. Короткозамыкатель – ключевой объект в данном процессе. После замыкания аппарат и вся электрическая трасса отсоединяются от источника питания.

По какому принципу функционирует электроустановка с короткозамыкателем? В зависимости от мощности тока, прибор может работать с одним или двумя полюсами.

Механизмы, у которых значение мощности достигает 35 кВ, функционируют с 2 полюсами, а те, у которых это значение в 110 кВ, используют только один полюс.

Выше мы оставили для вас схему и фотографию короткозамыкателя, чтобы вы увидели все его составляющие.

Короткозамыкатель и отделитель включает в себя:

• металлический короб короткозамыкателя;
• основной изолятор;
• неподвижный соединитель;
• подвижный соединитель короткозамыкателя в виде ножа с заземлением;
• вал.

Передача отделителя короткозамыкателя имеет пружину. Она обеспечивает работу подвижного соединителя (ножа), направленного на неподвижную часть механизма, вокруг которой образуется напряжение.

Толчок дает релейная защита, запускается привод. Но остановить работу реле придется собственноручно.

Чтобы предотвратить появление дуги и неисправности всего механизма, необходимо улучшить резкость подвижной части (ножа). В таких аппаратах КЗ начинает свою работу примерно за 0,5 секунд.

Основные сведения об отделителе

Отделитель – это специальная установка, которая обеспечивает мгновенное отделение от электросети, если дана определенная команда.

Такой прибор можно спутать с разъединителем, который имеет схожий принцип работы. Разница состоит в том, что на отделителе установлена пружина, и в работу эта установка запускается собственноручно.

Кроме того, у данных приборов может быть закреплена заземляющая опора с одной или двух сторон. Он включает в себя такие детали:

• разъединитель с двумя колонками и подвижным ножом;
• сами колонки;
• пружинный привод.

Когда детали конструкции выявлены, можно поговорить о способе функционирования устройства.

Как было сказано выше, разъединитель отсоединяет трассу или магнитный электроток. Что касается электротока короткого замыкания, то такие приборы не могут его отключить.

Из-за этой особенности в самих конструкциях отделителя и короткозамыкателя есть блокирование.

Оно не позволяет разъединителю отключиться, в то время как через трансформатор пропускается электроток.Встретить такую установку можно в трансформаторных будках, они делают их работу стабильной.

Кроме того, чтобы разъединитель не смог отсоединиться, в схеме предусмотрена установка токового реле. Оно находится в короткозамыкателе и помещено в сам трансформатор.

Когда линия будет отключена, защитное реле закроет контакт и конденсатор, что заставит его включиться.Именно при помощи второго конденсатора произойдет отключение всего механизма.

Обоюдная связь короткозамыкателя и отделителя

В случае если данные установки установлены в механизмах открытого вида, это влечет за собой большие сбои в работе, поскольку отделитель и короткозамыкатель крайне неустойчивы к перепадам температур.

Из-за этого, были придуманы специальные короба с электротехническим газом закрытого типа.

Его утечка предотвращается наличием дополнительных резервных емкостей, которые закреплены около короба. Уровень давления постоянно контролируется особым прибором – мановакуумметром.

Установка, обеспечивающая короткое замыкание содержит в себе отдельную фарфоровую камеру и два электрода, размещенных с дистанцией в 0,9 сантиметров.Здесь предусмотрен специальный вывод под токопроводящую шину.

Подвижный контакт, в котором установлена шина, пронизан гибкими связями. Давление в такой камере должно поддерживаться на уровне 0,3 Мпа.

Следует отметить, что газ в баллонах и камере не имеет свойства гореть, поэтому вся конструкция защищена от пожара и взрывов.

Из-за этого здесь не устанавливаются аппараты для тушения дуги.Заключительный контакт имеет сходство с цилиндрическим стержнем и имеет розеточный вид. Ниже оставляем для вас изображение со схемой действия отделителя с короткозамыкателем.

• переключатель;
• разъединитель;
• короткозамыкатель;
• трансформаторы мощности;
• трансформаторы электротока;
• отключение отделителя;
• включение короткозамыкателя.

Данная схема является практически аналогичной переключателю для подстанций с высокой мощностью. В случае возникновения опасной ситуации внутри участка, защитной деталью послужит силовой трансформатор.

При помощи определенный действия он отключит от питания всех потребителей этого механизма. Кроме того, если в системе прекращена подача электротока, разъединитель отключается автоматически, чтобы не допустить разрыв.

Данная система применима для линий с высоким значением напряженности.В самом начале статьи мы уже говорили, что схема отделитель-короткозамыкатель на данный момент устарела. Сейчас можно поменять его на новые устройства.

Преимущественные и отрицательные характеристики системы

КЗ и ОД крайне неустойчивы к перепадам температур и разным природным явлениям, поэтому их работу в открытых механизмах нельзя назвать качественной.

Поэтому производители начали выпускать специальную камеру, в которую пускается электротехнический газ.

Для конструкции с мощностью в 35 кВ характерно два полюса, для более мощных – в 110 кВ, характерен один полюс. Стандартные короткозамыкатели вводятся в работу не так быстро, как хотелось бы.

Поэтому специалисты рекомендуют использовать установку, которая содержит порох.

Взрыв внутри нее способствует запуску движимого контакта (ножа) в работу в несколько раз быстрее. Следует отметить, что во время диагностики всего механизма особое внимание нужно уделять изоляции на каждом элементе.

На этом все! Мы рассказали вам о системе короткозамыкатель-отделитель, о каждой ее составляющей в отдельности. Верим, что данная публикация была для вас информативной.

Если же у вас остались некоторые вопросы по теме, можете задать их нашему редактору в комментариях.

Отделители и короткозамыкатели — назначение, конструкция, принцип работы

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 19 июля 2018; проверки требуют 2 правки.

Система отделитель — короткозамыкатель — комбинация из отделителя и короткозамыкателя, представляющая собой альтернативу высоковольтному выключателю.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В настоящее время разработаны типовые схемы высоковольтных подстанций без выключателей на питающей линии. Это позволяет удешевить и упростить оборудование при сохранении высокой надежности. Для замены выключателей на стороне высокого напряжения используются короткозамыкатели и отделители.

Короткозамыкатель — это быстродействующий контактный аппарат, который по сигналу релейной защиты создает искусственное КЗ сети.

Короткозамыкатели наружной установки с приводом ШПК (привод короткозамыкателя в шкафу) и трансформатором тока ТШЛ 0,5 (трансформатор тока шинный, с литой изоляцией, класс точности 0,5) предназначены для создания искусственного короткого замыкания (двухфазного у КЗ-35 или на землю у КЗ-110, КЗ-220) при повреждениях в трансформаторе. Под воздействием защиты замыкание вызывает отключение выключателей, установленных на питающих концах линий.

Управление короткозамыкателем осуществляется приводом ШПК, причем включается короткозамыкатель автоматически под действием пружинного механизма при срабатывании привода от сигнала релейной защиты. При необходимости короткозамыкатель может быть включен также вручную. Отключается короткозамыкатель только при ручном оперировании.

Отделитель представляет собой разъединитель, который быстро отключает обесточенную цепь после подачи команды на его привод. Если в обычном разъединителе скорость отключения очень мала, то в отделителе процесс отключения длится 0,5-1,0 с. Отделитель отсоединяет поврежденные участки электрической цепи после отключения защитного выключателя. Выключатель срабатывает от искусственного короткого замыкания, создаваемого короткозамыкателем.

Отделители представляют собой двухколонковый разъединитель с ножами заземления (ОДЗ); одним ОДЗ-1А, ОДЗ-1Б, двумя ОДЗ-2 или без них (ОД), управляемый приводом ШПО (привод отделителя в шкафу). До 110 кВ включительно три полюса отделителя соединяются в общий трехполюсный аппарат и управляются одним приводом ШПО.

Отделители на 220 кВ выполняются в виде трех отдельных полюсов, каждый из которых управляется самостоятельным приводом.

Отключение отделителя происходит автоматически под действием заведенных пружин при срабатывании блокирующего реле или отключающего электромагнита, освобождающих механизм свободного расцепления привода. Включение отделителя производится вручную.

Конструкции короткозамыкателей и отделителей:

На рис. 4.1.1. показан короткозамыкатель на напряжение 35 кВ КЗ-35. В скобках приведены размеры для короткозамыкателя на 110 кВ.

Рис. 4.1.1 Короткозамыкатель КЗ-35

На стальной коробке 1 установлен опорный изолятор 2. Вверху опорного изолятора расположен неподвижный контакт 3, находящийся под высоким напряжением. Подвижный заземленный контакт — нож 4 укреплен на валу 5 привода короткозамыкателя. Основание 1 изолировано от земли. На вал 5 действует пружина привода, которая заводится в отключенном состоянии. Для включения подается команда на электромагнит привода, который освобождает защелку механизма. Под действием пружины нож перемещается в вертикальной плоскости и заземляет контакт 3. Время включения такого короткозамыкателя 0,15-0,25 с.

Рис. 4.1.2. Отделитель

В основу конструкции отделителя ОД-220 на напряжение 220 кВ положен двухколонковый разъединитель с вращением ножей 1 в горизонтальной плоскости, рис. 4.1.2 Приведение в движение колонок 2 осуществляется пружинным приводом 3 с электромагнитным управлением. Во включенном положении пружины привода заземлены. При подаче команды пружина освобождается и контакты расходятся за время 0,4-0,5 с.

Принцип действия

При возникновении аварийной ситуации внутри защищаемой зоны (обычно защищаемым элементом является силовой трансформатор) и срабатывании релейной защиты (в частности газового реле трансформатора) подаётся сигнал на включение короткозамыкателя на напряжение и создание искусственного короткого замыкания в сети, на которую реагирует защита на головном высоковольтном выключателе. Последний срабатывает и отключает фидер, обесточивая всех потребителей от данного выключателя. В сетях с большим током короткого замыкания на землю обычно применяется однополюсный короткозамыкатель. В сетях с малым током замыкания на землю (сеть с изолированной нейтралью) используется двухполюсный короткозамыкатель, замыкающий две фазы линии на землю.

За время бестоковой паузы АПВ отключается отделитель, который находится в паре с соответствующим сработавшим короткозамыкателем. Для исключения разрыва отделителя под током имеется специальная блокировка в виде трансформаторов тока в цепи короткозамыкателя на землю и исполнительного элемента (обычно электромагнита, препятствующего срыва собачки с защёлки). При повторной подаче питания от головного выключателя повреждённый участок цепи уже будет отключен отделителем.

Устройство короткозамыкателя и отделителя

Кратко расскажем о конструкции электромеханических аппаратов, изображенных выше, это будет полезно при объяснении их принципа работы. Начнем с отделителя, его упрощенный чертеж представлен ниже (рис.3 1).

Рисунок 3. 1) конструкция отделителя; 2)конструкция короткозамыкателя

Обозначения (часть 1 конструкция отделителя):

• А1 – стойки изоляторы.
• B1 – поворотные штанги с установленными контактами ножами.
• С1 – пружинный механизм, приводящий в движение поворотные штанги.
• D1 – платформа.
• E1 – шкаф с электромагнитным «спусковым» механизмом, освобождающим пружинный привод, разводящий контактные части.

Как сами устройства, так и механика их работы не отличаются сложностью. Мы уже упоминали, что применение отделителя производится при снятом напряжении с сети, то есть, когда включаются выключатели на питающей магистрали. Следовательно, на разъединители можно не устанавливать специальные вакуумные дугогасительные контактные камеры.

Теперь рассмотрим основные элементы конструкции короткозамыкателя (рис.3 2):

• A2 – основная (опорная) штанга-изолятор.
• В2 – неподвижная штанга с контактными ножами.
• С2 – пружинный привод.
• D2 – платформа, на которой установлен короткозамыкатель.
• E2 – шкаф для электромагнитного привода и трансформатора тока.
• F2 – подвижная заземленная штанга, замыкающая полюса короткозамыкателя.

Конструктивно короткозамыкатель КЗ-35, а также другие модели, создающие искусственное межфазное КЗ, имеют несколько отличий от представленного на рисунке устройства. Поскольку имитируется линейное замыкание, то подвижная не соединена с «землей», она подключается к другой фазе. Соответственно, конструкция снабжена еще одним изолятором-стойкой.

Выбор разъединителей

Номинальное напряжение разъединителя должно соответствовать номинальному напряжению высоковольтной сети.
Наибольший длительный ток нагрузки потребителя не должен превышать номинальное значение длительного тока разъединителя.
Ударный ток КЗ в месте установки разъединителя не должен превышать допустимую амплитуду ударного тока КЗ разъединителя.

Внешние условия работы разъединителя должны соответствовать реальным условиям эксплуатации аппарата (скорость ветра, температура, гололед).

Преимущества

• Дешевизна — на данном присоединении достаточно иметь только один головной тяжёлый высоковольтный выключатель, а на отходящих фидерах — относительно дешёвые системы отделитель — короткозамыкатель.

Выбор короткозамыкателей и отделителей

Номинальное напряжение короткозамыкателя должно соответствовать номинальному значению напряжения сети.
Динамическая и термическая стойкости короткозамыкателя должны соответствовать току КЗ в месте его установки.
Время включения короткозамыкателя должно соответствовать требованиям схемы автоматики.
Номинальные данные по току и напряжению отделителя выбираются так же, как и для разъединителя. Кроме того, время отключения должно соответствовать требованиям схемы автоматики.

Работа короткозамыкателя без отделителя

Ниже представлена принципиальная электрическая схема подстанции, где применяется короткозамыкатель без использования отделителя.

Схема подстанции 110/10

Значащие обозначения:

• A – Линейный размыкатель в высоковольтной части ТП.
• В – Короткозамыкатель.
• С – Силовой трансформатор.

В данной схеме короткозамыкатель будет работать следующим образом:

1. Если возникают проблемы с трансформатором «С» его подает сигнал на короткозамыкатель «В».
2. Механизм электромеханического устройства производит короткозамкнутое соединение.
3. КЗ отслеживает релейная защита, и формирует сигнал на ЛР «А».
4. Силовой выключатель срабатывает и отключает ввод.

После того, как будет установлена и устранена причина срабатывания защиты, отключается выключатель (то есть, производится подключения вводной линии).

Описанный выше пример организации защиты на подстанции вполне работоспособен и надежен, но применение выключателя в данном случае не оправдывает себя ввиду его высокой стоимости.

Совместная работа короткозамыкателя с отделителем

Теперь рассмотрим связку ОД-КЗ на примере подстанции с двумя трансформаторными группами, запитанными от одной входящей ЛЭП.

Пример подстанции с ОД-КЗ

Обозначения:

• Вк1 – силовой выключатель ВЛ (замкнут).
• Вк2, Вк3 – силовые защитные выключатели на низкой стороне (замкнуты).
• Вк4 – секторный выключатель (разомкнут).
• Кз1, Кз2 – короткозамыкатели (разомкнуты).
• Од1, Од2 – отделители (замкнуты).
• Тр1, Тр2 – силовые трансформаторы 220/10

Для получения представления как работает данная схема, рассмотрим ситуацию с выходом из строя одного из трансформаторов:

1. Представим, что в Тр2 нарушилась изоляция, что привело к образованию электроразрядов разлагающих масло, что обнаруживает газовое реле и подает соответствующий сигнал на щит управления короткозамыкателя Кз2.
2. Сигнал, поступивший на блокирующее реле, приводит к его срабатыванию. Механизм разблокируется и пружинным приводом осуществляется толчок подвижной штанги, в результате замыкаются две фазы.
3. Это включает Вк1, что приводит к отключению питающей линии обесточиванию Tp1 и Tp2. КЗ также вызывает соответствующую реакцию релейной защиты Tp2, она отключает Вк3 (снимается нагрузка) и запускает Од2. Поскольку у последнего самая низка скорость срабатывания, он приводится в действие последним, когда ВЛ и нагрузка отключены.
4. Через определенную выдержку Вк1 вновь подключает ЛЭП (срабатывает система автоматического повторного включения).
5. Автоматика ввода резерва включает Вк4.

По итогу на подстанции работает только Тр1, от которого запитываются обе секции.

Современное состояние

На данное время система отделитель — короткозамыкатель считается морально устаревшей, не выпускается и заменяется на высоковольтные вакуумные или элегазовые выключатели. Применение отделителей и короткозамыкателей не допускается на подстанциях сети АО «KEGOC», ОАО «ФСК ЕЭС» и ОАО «МОЭСК».

Особенности

Идеальных систем не бывает, естественно, что у короткозамыкателей и отделителей имеется ряд особенностей, часть из которых можно причислить к недостаткам. Например, у последних резко снижается надежность срабатывания при оледенении. Эта проблема решается, если используются разъединители закрытого типа с элегазовым наполнением. Такие устройства стоят дороже обычных моделей, но все равно обходятся дешевле силовых выключателей.

К короткозамыкателям также имеются претензии, в частности, по скорости их срабатывания (она порядка 400-500 мс). Самое простое решение в данном случае – использование конструкций, где в качестве приводе используется пороховой заряд.

В остальном эксплуатация аппаратов, описанных в статье, вполне оправдывает себя, о чем говорит популярность связки ОД-КЗ.