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.

Содержание

1. Назначение короткозамыкателя и отделителя
2. Устройство короткозамыкателя и отделителя
3. Принцип действия
4. Работа короткозамыкателя без отделителя
5. Совместная работа короткозамыкателя с отделителем
6. Особенности

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.
  

  

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.
  

  

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).

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.

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.

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.