- Коммутационная аппаратура
Одной из проблем, определяющих прогресс в развитии конструкций ККУ, является разработка и освоение специальной комплектующей аппаратуры, отвечающей требованиям ее установки в ККУ.
К общим требованиям, предъявляемым к комплектующей аппаратуре, относятся оптимальная малогабаритность, компактность, обеспечение наиболее целесообразной компоновки в ККУ, удобство и безопасность монтажа, производственная эстетика, высокая надежность и экономичность.
Основным коммутирующим аппаратом ККУ является выключатель, предназначенный для включения и отключения чисто емкостной нагрузки.
Обычные выключатели не обладают достаточной механической прочностью, необходимой при работе с КУ, так как, например, масляные выключатели напряжением выше 1 000 в обеспечивают только 2 000 включений и отключений, однако в ККУ с автоматическим регулированием указанное количество срабатываний может быть превышено, поэтому обычные выключатели быстро износятся.
Процессы, происходящие при отключении конденсаторов, представляют некоторые особенности по сравнению с процессами при отключении другого электрооборудования. При отключении конденсаторов напряжение на их зажимах в течение всего процесса отключения остается практически постоянным благодаря наличию в конденсаторе электрического заряда. При разряде конденсатора даже с разрядными сопротивлениями требуется значительно больше времени, чем для перемещения контактов выключателя из одного крайнего положения в другое. Поэтому можно считать, что на зажимах присоединенного к конденсатору выключателя напряжение остается постоянным в течение всего процесса отключения, а на зажимах выключателя, присоединенного к сети, меняется синусоидально.
В момент начала отключения напряжение между подвижными и неподвижными контактами равно нулю, но через половину периода, т. е. через 0,01 сек, оно равно удвоенной амплитуде напряжения сети. В этот момент расстояние между контактами выключателя может быть еще настолько мало, что воздушный промежуток будет пробит и ток возобновится. Так как в этот момент на конденсатор действует двойное напряжение, то ток может в 2 раза превысить ток включения разряженного конденсатора.
Таким образом, ток при отключении конденсатора может возобновляться несколько раз, пока не произойдет окончательного разрыва его на контактах выключателя.
Переходные процессы, возникающие при отключении конденсаторов, аналогичны процессам при включении. При этих процессах возникают кратковременные токи переходного режима, которые достигают значительной величины по сравнению с номинальным током батареи.
При исследовании процесса включения существенное значение имеет расположение подключаемой конденсаторной батареи (отдельно от других батарей или вблизи них, если они отделены лишь малыми активными и реактивными сопротивлениями и уже подключены к сети).
Кратность максимального тока включения обособленной батареи может достигать 5—15 по отношению к номинальному току батареи. При включении на параллельную работу конденсаторных батарей кратность максимального тока включения может достигать 20—250 по отношению к номинальному току батареи.
Отечественный и зарубежный опыт показывает, что даже для мощных батареи конденсаторов максимальный ток включения меньше ударного тока короткого замыкания, который выдерживает выключатель.
Практически на промышленных предприятиях применяются типовые схемы с параллельным включением конденсаторных батарей мощностью 5и0—2 000 КВар, располагаемых на двух секциях одного РУ напряжением 6_ 10 кВ; аварий с выключателями, установленными по
этим схемам, не было.
Эхо объясняется тем, что переходные процессы, сопровождающиеся бросками тока большой величины, происходят настолько быстро (около периода или 0,005 сек), что термический эффект и динамические усилия не представляют опасности для выключателей и переключателей.
Малообъемные масляные выключатели в процессе отключения батареи могут допускать повторные зажигания, однако в большинстве случаев эти однократные зажигания, появляющиеся спустя 1/4 периода после прохождения тока через нуль, не приводят к опасным перенапряжениям. Эти выключатели (например, типа ВМП-10 и др.) могут применяться для управления конденсаторными установками мощностью 500—2 000 КВар и при этом не требуются устройства (реакторы и т. и ) для ограничения токов переходных процессов. Однако износоустойчивость этих выключателей недостаточна и при большом количестве коммутационных операций во время эксплуатации требуется частая замена их контактной системы.
Например, масляный выключатель типа ВМП-10 при номинальном токе 1 000 а и напряжении 10 кВ допускает при мощности короткого замыкания 50U МВА ток отключения 28 кА, ток динамической устойчивости 52 кА, время отключения 0,1 сек, время включения 0,3 сек, скорость размыкания контактов 3,5—5 м/сек.
Выключатели для включения и отключения всей конденсаторной установки должны выбираться из расчета отключения токов короткого замыкания в данной точке сети.
В связи с отсутствием в настоящее время специально приспособленных для работы в конденсаторных установках выключателей для автоматического управления ККУ напряжением ниже 1 000 в могут быть применены, например, контакторы типа КТУ-4 и ни КТ6000 с предохранителями или автоматы типа А4000 с дистанционным управлением с необходимыми видами защит и сигнализацией. Следует учитывать, что эти выключатели предназначены и проверены для управления электроприемниками с индуктивной нагрузкой, поэтому при применении для управления конденсаторными установками их нужно выбирать с запасом по току не менее чем на 50% выше номинального тока конденсаторной батареи.
Ударный ток короткого замыкания, допускаемый в защищаемой этими выключателями сети (например, сеть 380 в), должен быть не менее 50 кА в соответствии с принятым ударным током короткого замыкания для распределительных щитов низкого напряжения цеховых трансформаторных подстанций.
Чтобы избежать обратного зажигания дуги, замыкание и размыкание контактов выключателя должны быть по возможности быстрыми. При ручном управлении выключателями должно быть дано соответствующее указание эксплуатационному персоналу о возможности быстрого переключения контактов выключателя.
Таким образом, в качестве выключателя для управления конденсаторными установками необходим специальный быстродействующий автоматический выключатель, который допускает частые и быстрые переключения и имеет повышенную износоустойчивость. Эти выключатели должны обеспечивать включение и отключение конденсаторной батареи на параллельную работу ее с другой батареей.
Скорость замыкания и размыкания контактов этого выключателя должна быть по возможности большой, чтобы избежать повторных зажиганий дуги, которые могут продолжаться до полной разрядки отключаемой батареи. Эти многократные повторные зажигания дуги могут привести к появлению перенапряжений, достигающих 3—5-кратных значений номинального напряжения сети.
Для автоматического управления конденсаторными установками напряжением 3- 10 кВ могут применяться малообъемные масляные выключатели типов ВМГ-133, ВМП-10 и др. с запасом по току не менее чем на 50% выше номинального тока конденсаторной батареи малой и средней мощности, но они не приспособлены для отключения чисто емкостной нагрузки и в процессе отключения не исключена возможность обратного зажигания.
1 Ударным током называется полный ток короткого замыкания при ею максимальном значении, достигаемом через 0,01 сек с момента возникновения короткого замыкания.
Наиболее пригодны для работы в конденсаторных установках широко применяемые за рубежом воздушные или вакуумные выключатели.
Вакуумные выключатели допускают быстрые и частые переключения и практически исключают повторные зажигания дуги. Однако разрывная мощность короткого замыкания их еще недостаточна для применения в качестве основного выключателя всей конденсаторной установки.
Поэтому вакуумные выключатели могут применяться как переключатели для включения и отключения отдельных секций конденсаторной установки. Эти переключатели в отличие от основного выключателя всей конденсаторной установки не должны отключать токи короткого замыкания в данной точке сети и выбираются из расчета 1,3—1,5 номинального тока секции батареи.
До разработки и выпуска специальных выключателей для управления конденсаторными установка ми напряжением 35 кВ и выше, мощностью 5—15 Мвар могут применяться обычные масляные и воздушные выключатели с запасом по току не менее чем на 50% выше номинального тока батареи, так как они также не приспособлены для отключения чисто емкостной нагрузки.
