ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИЕ АППАРАТЫ — РЕАКТОРЫ, РАЗРЯДНИКИ, ПРЕДОХРАНИТЕЛИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Реакторы предназначены для ограничения токов к. з. в электроустановках и для сохранения уровня напряжения в сети. Конструктивно реактор состоит из медной (тип РБ) или алюминиевой (тип РБА) обмотки, бетонных колонок и опорных фарфоровых изоляторов.
В типовом обозначении реакторов цифры последовательно указывают номинальное напряжение, кВ, номинальный ток, А, и реактивность, %, которая представляет собой значение падения напряжения в одной фазе реактора в процентах номинального напряжения. Реактивность реакторов разных исполнений составляет 4—12%.
Обмотка реактора выполняется в виде концентрически расположенных витков специального многожильного изолированного провода в радиальных бетонных колонках, изготовленных из цемента высоких марок. В каждой колонке заармировано по два стальных стержня с резьбой на концах для крепления к нижним опорным изоляторам и фланцам изоляторов вышерасположенной фазы (при вертикальной установке). На фланцах нижних опорных изоляторов, устанавливаемых на полу подстанции, имеются болты для заземления. Каждая колонка реактора закрепляется анкерным болтами. Комплект трехфазного реактора состоит из трех одинаковых катушек, включаемых последовательно в каждую фазу цепи. Выводы реакторов представляют собой алюминиевые пластины, приваренные к проводу обмотки, с набором контактных болтов.
Монтаж реактора состоит из ревизии, установки и сушки (при необходимости). На место монтажа реактор доставляют в заводской упаковке. Перед установкой его освобождают от упаковки, очищают от пыли и стружек и подвергают тщательному осмотру для выявления дефектов, препятствующих нормальной работе реактора. При осмотре проверяют, нет ли трещин и сколов у фарфоровых изоляторов, нарушения их армировки, трещин, отбитых краев и нарушения лакового покрова у бетонных колонок, деформации витков и нарушения их изоляции. Поврежденные изоляторы заменяют, погнутые витки обмотки выпрямляют, восстанавливают изоляцию витков лакотканью и покрывают бакелитовым лаком. Наряду с обмоткой следует после осмотра внимательно отнестись к устранению дефектов в бетонных колонках, которые являются основной изоляцией реактора. При изготовлении колонок бетон подвергается специальной обработке для достижения высокой влагостойкости, сушке и пропитке лаком, а после запекания на него накладывают покровный влагостойкий лак. Обнаруженные в бетоне небольшие трещины и в небольшом количестве (не 1/3 радиальной длины колонки и шириной не более 0,8 мм) заделываются изоляционным асфальтовым лаком, а большие трещины и сколы — чистым цементным раствором.
Установка реакторов в камерах подстанций может быть выполнена вертикально, горизонтально и ступенчато. При коротких замыканиях между соседними фазами реактора возникают большие электродинамические усилия. Наиболее опасными являются усилия отталкивания между обмотками, так как они вызывают растягивающие усилия в фарфоровых изоляторах (фарфоровые изоляторы лучше работают на сжатие, чем на растяжение). Во избежание этого следует при установке фаз реактора по вертикали и ступенчато руководствоваться следующим: направление обмоток фазы С и СГ (заводские обозначения фаз — В — верхняя, С —средняя, Н— нижняя, Г — горизонтальная, СГ— средняя горизонтальная) должно быть обратным направлению обмоток остальных двух фаз трехфазного комплекта реактора (в плане против часовой стрелки), что обеспечивает выгодное распределение усилий, возникающих при коротких замыканиях в обмотке реактора, в бетонных колонках и изоляторах.
При горизонтальной установке трехфазного комплекта реактора фаза СГ должна быть расположена на полу между двумя крайними фазами Г. Для ступенчатой установки фазы Г и СГ монтируют на полу, а фазу В располагают над фазой СГ. По вертикальной установке фазы Н—С—В располагают согласно рис. 19,а.
Расстояния фаз реактора от стен и потолка строго нормированы и указаны в проекте. Уменьшение расстояния от бетонных стен из-за наличия в них стальной арматуры может существенно влиять на увеличение потери электроэнергии в реакторах. Расстояние между краем реактора и стальными конструкциями в камере должно быть не менее половины диаметра реактора.
Установка бетонных реакторов в камерах вследствие возникновения сильных электромагнитных полей при их работе требует соблюдения специальных условий.
стальные конструкции и проводники не должны создавать замкнутых контуров; для контактных соединений применять болты из маломагнитной стали или из латуни; крепление реактора выполнять прочно и надежно; при выверке реактора по вертикали под изоляторы ставить прокладки из твердого картона; подводить шины к реактору перпендикулярно обмоткам и закреплять их на расстоянии не более 350 мм (для предохранения вывода реактора от усилий при коротком замыкании).
Рис. 19. Реактор типа РБА-10,600-6.
а — способы установки трехфазного комплекта реактора: 1 — вертикально; 2 — горизонтально; 3 — ступенчато; б — крепление стропов при подъёме: 1 — стальной трос; 2 — швеллер; 3 — деревянные прокладки.
Для подъема реакторов в междуэтажном перекрытии камер предусматривается установка специальных крюков. При горизонтальной установке каждую фазу реактора при помощи талей поднимают на фундамент, опускают на фундаментные штыри, выверяют по уровню и отвесу и затягивают крепежные болты. Монтаж бетонных реакторов при вертикальном расположении фаз выполняется в следующем порядке:
устанавливают на фундамент фазу В и поднимают ее на высоту, достаточную для установки под ней фазы С;
устанавливают «а фундамент фазу С и на ее бетонных колонках на эластичных прокладках укрепляют опорные изоляторы;
поднимают соединенные фазы В и С для установки на фундамент фазы Н, на которой аналогично закрепляют изоляторы с эластичными прокладками;
опускают две верхние фазы на фазу Н и соединяют с ней болтами;
всю группу выверяют по уровню и отвесу и окончательно затягивают все крепежные болты.
Подъем и установку фаз реактора производят с помощью швеллерной траверсы с тросовым захватом, соблюдая особую осторожность, чтобы не повредить обмотки или бетонные колонки (рис. 19,6).
После установки реактор заземляют, а также подвергают испытаниям. Прочность главной изоляции испытывают повышенным напряжением 32 или 42 кВ соответственно номинальному напряжению 6 или 10 кВ в течение 1 мин. Сопротивление изоляции обмоток не нормируется, но оно должно быть не менее 70% заводских данных.
При пониженном сопротивлении изоляции, а также после ремонта реакторы подвергаются сушке воздуходувкой или постоянным током. Во время сушки поддерживается температура в пределах 100—120°С. Сопротивление изоляции между обмоткой, болтами крепления колонок и изолятором после сушки, измеренное мегаомметром, должно быть не менее 0,5 МОм. Бетонные колонки в горячем состоянии покрывают два раза натуральной олифой и покровным лаком, при этом после каждого покрытия производят запекание лакового покрова при температуре 110—120 °С в течение 5—6 ч.
Разрядники
Разрядники предназначены для защиты изоляции электроустановки и ее электрооборудования от коммутационных и атмосферных перенапряжений. Перенапряжения на шинах распределительных устройств и подстанций возникают при коммутационных (внутренних) изменениях схемы и режима работы установки, например при отключении цепей с большой индуктивностью или емкостью, при отключении короткого замыкания и т. д. Коммутационные перенапряжения обычно бывают кратковременные и могут достигать трех-четырехкратного напряжения установки. Но особенно значительны перенапряжения при атмосферных разрядах, превышающих номинальное напряжение электроустановки в десятки и сотни раз. Атмосферные (внешние) перенапряжения возникают в результате прямых грозовых разрядов или воздействия напряжений, индуктированных в элементах установки при грозовых разрядах вблизи нее.
Защитное действие разрядника заключается в снижении амплитуды волны перенапряжения до пределов, безопасных для изоляции защищаемой электроустановки. При повышении напряжения до определенных пределов пробиваются искровые промежутки разрядника и энергия перенапряжения отводится в землю.
На подстанциях напряжением 6—10 кВ применяются преимущественно вентильные разрядники типа РВП (разрядник вентильный подстанционный).
Рис. 20. Разрядник РВП-10.
1 — ввод; 2 — прокладки из резины; I — пружина; 4 — искровые промежутки; 5 — колонка вилитовых дисков; 6 — фарфоровый кожух; 7 — внутренняя диафрагма; 8 —стопорная пружина; 9 —компаунд; 10 — наружная диафрагма; 11 — заземляющий болт; 12 — металлический хомут.
Разрядник состоит из двух основных узлов: блока искровых промежутков и колонки вилитовых дисков (рабочее сопротивление). Конструкция разрядника РВП видна из рис. 20. В герметизированном фарфоровом корпусе, уплотненном озоностойкой резиной, помещены блок искровых промежутков 4 и рабочее сопротивление 5. Многократный искровой промежуток состоит из нескольких последовательно соединенных единичных промежутков, заключенных в бумажно-бакелитовый футляр. Каждый искровой промежуток состоит из двух фигурных шайб с зажатыми между ними кольцами из миканита. Весь блок искровых промежутков расположен в верхней части корпуса и зажат спиральной пружиной 3. Рабочее сопротивление состоит из набора вилитовых дисков, включенных последовательно, которые обладают вентильными свойствами: с увеличением приложенного напряжения проводимость вилита резко уменьшается, а при снижении напряжения — резко возрастает. Ввод 1 разрядника имеет специальное ушко с болтом для его подвески, а для жесткого крепления к металлоконструкции служит хомут 12. Провод фазы линии высокого напряжения присоединяется через пластину к искровому промежутку сверху, а заземляющий проводник присоединяется непосредственно или через регистратор срабатывания к зажиму 11, имеющему электрический контакт с рабочим сопротивлением.
В нормальном режиме искровые промежутки отделены от сети рабочим сопротивлением. При возникновении перенапряжения искровые промежутки пробиваются и сеть соединяется с землей через вилитовое сопротивление. В первый момент пробоя искровых промежутков к вилитовым дискам будет приложено максимальное перенапряжение и при этом проводимость их будет наибольшей. В результате разряда на землю напряжение в сети снизится и проводимость дисков уменьшится.
Разрядники серии РВП на 3, 6 и 10 кВ имеют одинаковую конструкцию, но отличаются друг от друга только числом вилитовых дисков сопротивления, количеством искровых промежутков, а также размерами.
Кроме разрядников типа РВП применяются также вентильные разрядники типа РВС; они конструктивно сходны с разрядниками РВГ1, однако отличаются от него формой корпуса и большой пропускной способностью. Для сельских электроустановок выпускается разрядник РС-10, который является модификацией разрядника РВП-10 и отличается от последнего количеством единичных искровых промежутков и высотой набора рабочих сопротивлений.
Разрядники до установки подвергают тщательному осмотру для выявления пригодности их к эксплуатации. Наружный осмотр их производят с целью проверки: целости фарфоровых корпусов и металлических деталей; отсутствия трещин и отбитых краев; герметичности уплотнения в верхней и нижней части разрядника; отсутствия выкрашивания в армировочных швах; плотности прилегания крышки к корпусу; комплектности крепежных деталей; отсутствия стука внутри разрядника при его покачивании на угол до 30°. Разрядники поставляются в собранном виде и отрегулированными на заводе- изготовителе, поэтому при монтаже разрядники не вскрывают и не производят ревизии внутренних деталей.
Разрядники поднимают вручную или талями на опорные конструкции, выверяют по уровню и отвесу с подкладкой в необходимых случаях под цоколь отрезков из листовой стали и закрепляют на опорах посредством хомута болтами. Части включенного в работу разрядника, кроме заземленного цоколя, находятся под напряжением, поэтому при монтаже его располагают так, чтобы была исключена возможность случайного прикосновения к разряднику.
Предохранители
Предохранители высокого напряжения предназначены для защиты электроустановок небольшой мощности от токов к. з. и перегрузок. Они применяются для защиты силовых цепей (исполнение ПК — предохранитель с кварцевым заполнением) и для защиты цепей измерительных трансформаторов напряжения (исполнение ПКТ).
Предохранитель с кварцевым заполнением состоит из двух опорных изоляторов, установленных на металлическом цоколе; контактов, укрепленных на изоляторах; патрона, вставляемого в контакты. Патрон (рис.21) представляет собой фарфоровую трубку, концы которой заармированы латунными колпачками-обоймами. Внутри патрона имеется плавкая вставка (припаянная к обоймам) из медных посеребренных проволок (у предохранителей ПКТ — константановая проволока). Кроме того, у предохранителей типа ПК на номинальный ток свыше 7,5 А на концах плавких вставок напаяны оловянные шарики для снижения перегрева предохранителя при небольших перегрузках: при нагреве проволоки до температуры плавления олова молекулы последнего проникают в медь и образуют сплав с температурой плавления ниже, чем у меди.
Патроны предохранителей ПК снабжены еще одной деталью — указателем срабатывания. При коротком замыкании в цепи, защищаемой предохранителем, перегорает плавкая вставка и возникающая при этом дуга гасится за счет охлаждения ее песком и образовавшихся при испарении плавкой вставки паров металла, которые проникают между крупинками кварца, где они
охлаждаются и (конденсируются. Это приводит к быстрому гашению дуги. Одновременно перегорает указательная проволока и указатель срабатывания выталкивается пружиной наружу, поэтому указатель срабатывания позволяет быстро отыскать перегоревший патрои. Предохранитель срабатывает бесшумно и без выброса пламени. Предохранители ПК являются одновременно и токоограничивающими аппаратами, так как действуют очень быстро и разрывают цепь тока к. з. раньше, чем он успеет достигнуть своего максимального значения.
Рис. 21. Патроны предохранителей ПК.
а — с плавкой вставкой на керамическом сердечнике; б — с плавкой вставкой, свитой в спираль; 1 — крышка; 2 — латунная обойма; 3 — фарфоровая трубка; 4 — кварцевый песок; 5 — плавкая вставка; 6 — указательная проволока; 7 — указатель срабатывания; 8 — шарик из олова.
Предохранители монтируют на цоколе из швеллера или угловой стали и на стальной раме. Цоколь предохранителя или стальную раму устанавливают вертикально по разметке на болтах и выверяют по уровню и отвесу по основным осям. Затягивают гайки равномерно, наблюдая, чтобы оси изоляторов одной фазы строго совпадали по вертикали с продольной осью патрона и контактных губок с допуском ±0,5 мм.
Перед установкой предохранители подвергают осмотру, проверяют: состояние фарфоровых изоляторов и трубок, армировку изоляторов и патронов, исправность указателя срабатывания, целость плавкой вставки и ее соответствие номинальному току патрона и предохранителя, наличие надежного контакта между губками и патронами предохранителя, состояние стальных пружинящих скоб, контактных губок, ограничительных торцевых пластин.
При установке предохранителей добиваются, чтобы патроны входили в губки без перекосов, от усилия одной руки; указатели срабатывания были обращены вниз; замки предохранителей прочно удерживали патроны от выпадения при электродинамических ударах; контактные зажимы или губки плотно охватывали цилиндрическую головку или ножи патрона.
Контактные поверхности губок и патронов зачищают и покрывают слоем технического вазелина. Встряхиванием проверяют полноту и плотность засыпки кварцевого песка и отбраковывают предохранители, в которых слышен шум пересыпающегося песка.
