Источники электроэнергии и особенности её распределения на предприятиях нефтяной и газовой промышленности

     Масляные  выключатели с малым объемом  масла в распределительных устройствах 6—10 кВ в последнее время вытеснили баковые выключатели и все шире применяются в установках и более высоких напряжений. В выключателях с малым объемом масла контактная система каждой фазы, снабженная дугогасительной камерой, размещается в небольшом цилиндрическом бачке (горшке), нижняя часть которого заполнена трансформаторным маслом. Последнее служит здесь дугогасящей средой и не выполняет функций изолирующей среды между токоведущими и заземленными частями. Так как объем масла в этих выключателях в десятки раз меньше, чем и соответствующих баковых выключателях, а цилиндры выключателей обладают высокой прочностью, выключатели с малым объемом масла могут считаться пожаро- и взрывобезопасными. Это упрощает строительную часть распределительных устройств.

     Выключатель ВМП-10 предназначен для установки в вертикальной плоскости на стене или рамной конструкции. Каждый полюс состоит из прочного изоляционного стеклоэпоксидного цилиндра, на торцах которого закреплены металлические фланцы, образующие днище и крышку цилиндра. В нижней части изоляционного цилиндра размещена дугогасительная камера поперечного дутья.

     Под дугогасительной камерой в днище  цилиндра расположен неподвижный розеточный контакт. Над ним располагается подвижный контакт, выполненный в виде круглого медного стержня, закрепленного в корпусе из алюминиевого сплава, смонтированного на верхнем фланце. В этом же корпусе расположены направляющие стержни с роликовыми токосъемными контактами, которые соединяют подвижный контактный стержень с неподвижным верхним выводом, и приводной выпрямляющий механизм. Дугогасительная камера собирается из пластин фибры, гетинакса и электрокартона, в которых вырезаны отверстия, образующие каналы и полости для гашения дуги. Камера имеет три щели для гашения дуги. Воздушный буфер  служит для ограничения давления при больших токах и для создания необходимого давления при значениях тока, близких к нулевому.

     Во  время расхождения контактов  возникает дуга, масло разлагается  и испаряется. Образующиеся газы создают камере давление. Когда контакт откроет первую щель, образуется газовое дутье поперек ствола дуги, и при прохождении тока через нуль возможно окончательное гашение дуги. При открытии следующих щелей обдув дуги усиливается. Обычно при больших токах дуга гаснет после открытия первых двух щелей. При отключении малых токов в камере создается небольшое давление, и дуга не гаснет после открытия всех трех щелей, а затягивается в масляные карманы в верхней части дугогасительного устройства.

     Газы, прорываясь из одного кармана в другой, создают продольное   дутье,   в   результате   чего   дуга   гаснет.

     Образующиеся  при выключении газы выходят наружу через зигзагообразный канал в верхней части полюса выключателя. Для предотвращения выброса масла в верхней части установлен специальный маслоотделитель. 

     Воздушные выключатели 

     В этих выключателях дуга гасится струей сжатого воздуха, поступающего в зону горения дуги под давлением до 2,0—3,2 МПа. При этом давлении и температуре 20° С воздух движется со скоростью около 300 м/с и интенсивно удаляет ионизированные частицы из дугового промежутка, создавая в нем высокую электрическую прочность, при которой восстанавливающееся напряжение не в состоянии вновь вызвать дуговой разряд после его прекращения при переходе тока через нулевое значение. Время гашения дуги в воздушных выключателях соответствует длительности одного периода (0,02 с), а полное время отключения составляет 0,06—0,08 с. Воздушные выключатели требуют специального компрессорного и пневматического хозяйства. Но их малый вес, удобство транспортировки и обслуживания, полная пожаробезопасность примели к тому, что эти выключатели получили широкое распространение в энергосистемах.

     На  объектах нефтяной и газовой промышленности воздушные выключатели находят применение в распределительных устройствах напряжением 35 и 110 кВ.

     В  камеру   (резервуар), заполненную сжатым воздухом и находящуюся под высоким потенциалом, помещены главные разрывы, к которым напряжение подводится через эпоксидные вводы . Один из разрывов шунтирован низкоомным сопротивлением .

     Заполнение  камеры сжатым воздухом в отключенном состоянии обеспечивает необходимую электрическую прочность промежутка между разомкнутыми контактами.

     При отключении цепи оба разрыва размыкаются  одновременно. После погасания дуги под действием струи воздуха на разрыве, шунтированном сопротивлением, другой разрыв отключает сопровождающий ток, ограниченный этим сопротивлением.

     Выключатель состоит из трех полюсов, не связанных  друг с другом механически, и одного распределительного шкафа.

     Полюс имеет одну металлическую дугогасительную  камеру, Расположенную на опорном изоляторе. Шкаф управления содержит элементы пневматического и электрического управления. 

     Разъединители, отделители, короткозамыкатели  и разрядники. 

     Разъединители предназначены для отсоединения отдельных элементов оборудования и участков электрической системы от источников   напряжения.   В     распределительных     устройствах разъединители служат главным образом для снятия напряжения с элементов установки, подлежащих осмотру, ремонту, а также для изменения коммутационной схемы распределительного устройства (соединение между собой секций шин, перевод питания линии на другую систему шин  и т.  п.)

     Разъединители создают видимое место разрыва  электрической цепи.

     Контакты  разъединителей не имеют дугогасительных  устройств, поэтому разъединители могут включать ненагруженные цепи и отсоединять цепи, предварительно разомкнутые выключателем. Допускается отключать обычными разъединителями малые токи, в частности при напряжении до 10 кВ отключать ток нагрузки до 15 А, включать и отключать без нагрузки трансформаторы напряжения, цепь тока холостого хода трансформаторов мощностью не выше 750 кв • А и ток замыкания на землю до 10 А.

     Для предотвращения ошибочных операций с разъединителями их блокируют с выключателями таким образом, что включение и отключение разъединителя оказываются возможными только при отключенном выключателе.

     По  конструктивному исполнению различают  два основных вида разъединителей: рубящего типа с движением подвижного контакта — ножа в плоскости осей изоляторов и поворотного типа с перемещением ножа в плоскости, перпендикулярной к осям изоляторов.

     Для внутренней установки применяются  однополюсные и: трехполюсные разъединители  рубящего типа на напряжения 6, 10, 20 и 35 кВ. Разъединители для наружной установки выпускаются отечественной промышленностью двух основных типов: рубящего типа (РЛН, РЛНЗ, РОН) и поворотного типа (РЛНД). В полюсе разъединителя РЛН на номинальное напряжение 10 кВ роль тяги выполняет подвижной изолятор. Нож разъединителя, состоящий из двух медных полос, заканчивается стальным рогом, который совместно с таким же рогом, имеющимся у неподвижного контакта, защищает рабочие контакты от обгорания при отключении разъединителем небольших токов, допустимых для него. При вращении изолятора нож трубчатого сечения начинает перемещаться под действием поводка. Если разъединитель включается, нож но сначала перемещается в вертикальной плоскости. Лопатка, находящаяся на конце ножа, расположенная вертикально, входит   между   пальцами   неподвижного   контакта.

     Далее, в конце операции включения, нож поворачивается вокруг вертикальной оси, лопатка приходит в горизонтальное положение и, раздвигая пальцы неподвижного контакта, создает надежное соединение.  Нож  заземления   может    быть включен только тогда, когда поднят нож разъединителя. Это обеспечивается блокировкой вала привода ножа заземления с приводом вращающегося изолятора.

     Разъединители поворотного типа изготовляются  в виде двухколонковых конструкций  для одного полюса. На месте монтажа  отдельные полюса соединяются между собой в трехполюсный разъединитель.

     Короткозамыкатели и отделители применяются на подстанциях, где нет силовых выключателей напряжения выше 1000 В па вводах питающих линий.

     В схеме двухтрансформаторной подстанции, питаемой линией с выключателем, установленным только на ее питающем конце, на вводе подстанции выключатели не ставит. В цепи каждого трансформатора установлен короткозамыкатель и отделитель.

     Короткозамыкатель — это воздушный выключатель, служащий для создания искусственного металлического короткого замыкания.

     В случае повреждения в трансформаторе, не связанного появлением значительных токов, при которых может сработать релейная защита на питающем конце линии, защита трансформатора вызывает срабатывание короткозамыкателя. Последний создает ток к. з., достаточный для работы защиты на питающей стороне линии и отключения линии выключателем.

      Отделитель, установленный в цепи поврежденного трансформатора, после отключения линии выключателем быстро отсоединяет этот трансформатор при отсутствии тока в его цепи, после чего автоматически включается выключатель и неповрежденный трансформатор остается в работе.

     Короткозамыкатель на напряжение 110 кВ состоит из основания, на котором смонтирована изоляционная колонка с закрепленным на ней неподвижным контактом,  который соединен с фазой линии. Заземляющая шина закрепляется при помощи гайки. Держатель заземляющего ножа соединяется рычагами и тягой с приводом. Нормальное положение короткозамыкателя — отключенное, при котором нож отведен от неподвижного контакта, а его включающие пружины растянуты. При срабатывании привод освобождает нож, который под действием пружин с большой скоростью   входит   в   неподвижный   контакт.

     Короткозамыкатели на 35 кВ выполняются из двух отдельных полюсов, смонтированных вместе в один двухполюсный аппарат.

     Ток короткого замыкания, созданный короткозамыкателями, пропускается через шину — первичную обмотку трансформатора тока, от тока вторичной обмотки которого срабатывает привод отделителя.

     Отделитель  представляет собой разъединитель с автоматическим пружинным приводом, отключающий цепь за 0,4—0,6 с. Короткозамыкатели и отделители применяются на подстанциях напряжением 35—220 кВ. Они дают возможность отказаться от установки выключателей высокого напряжения, позволяют удешевить и упростить подстанцию, не уменьшая се надежности.

     Для заземления нейтралей силовых трансформаторов  или шин подстанций применяются однополюсные коммутационные аппараты — заземлители. Принцип их устройства аналогичен принципу устройства короткозамыкателей, но они включаются и выключаются вручную с  помощью  рычажного  привода.

     Для наложения переносного защитного  заземления на отключенные токоведущие провода в установках напряжением от 10 до 220 кВ применяются специальные изолирующие штанги (ШЗП). Для напряжений 10; 35; 110 кВ эти штанги изготовляются в трехфазном исполнении, а для 220 кВ — в однофазном.

     Основные  электрические параметры короткозамыкателей: номинальное напряжение U_H, амплитуда предельного сквозного тока imax, начальное действующее значение периодической составляющей I_п, ток термической устойчивости I_t.

     Параметры отделителей и заземлителей те же, что и разъединителей.

     Выключатель нагрузки — это разъединитель  специальной конструкции, контакты которого снабжены дугогасительным  устройством небольшой мощности. Он предназначается для включения и отключения цепей при токах нормальной нагрузки порядка нескольких сотен ампер, но не при токах короткого замыкания.

     Если  совместно с выключателем нагрузки установлены плавкие предохранители, включенные последовательно с его контактами, предохранители обеспечивают автоматический разрыв цепи при коротких замыканиях. Такое комбинированное устройство может быть использовано во многих случаях вместо силового выключателя напряжением выше 1000 В С релейной защитой. В частности, выключатели нагрузки  предохранителями  ВНП-16 и ВНП-17  на   напряжения  6    и10  кВ  рассчитаны  соответственно  на  номинальную силу  тока 200 и 400 А

     Подвижные контакты выключателя ВНП-16 состоят  из двухполосных рабочих ножей, к которым прикреплены медные дугогасительные ножи, изогнутые по дуге окружности.  На  верхних   изоляторах  закреплены    дугогасительные камеры с автогазовым дутьем. Гасительная камера выполнена из двух пластмассовых щек и содержит два газогенерирующих вкладыша из органического стекла. В собранной камере образуется дуговой паз, в который входит дугогасительный нож.