4. Коммутационная аппаратура

Электрические аппараты - это электрические устройства, с помощью которых происходит управление потоками электрической энергии, режимами работы, контроля и защиты технических систем и их компонентов. Основным признаком электрических аппаратов является наличие у них подвижных частей, а именно - контактной системы, с помощью которой происходит коммутация электрической цепи разного напряжения. К ним относятся выключатели, контакторы, реле, кнопки управления, переключатели, предохранители и т.д.

Электрические аппараты классифицируются по нескольким признакам:

• по напряжению: низкого (до 1000 В), высокого (от единиц до тысяч кВ);

• по назначению тока: слаботочные (до 5 а) и сильноточные (более 5 а);

• по роду тока: постоянного, переменного;

• по частоте источника питания: низкая частота, нормальная (50 гц), повышенная (от 400 Гц и выше);

• по роду функции: коммутационные, измерительные, ограничительные, стабилизирующие;

• по исполнению коммутирующего органа: контактные, бесконтактные, синхронные, гибридные и т.д.

Аппараты высокого напряжения делятся на:

• коммутационные аппараты (выключатели, выключатели нагрузки, разъединители);

• измерительные аппараты (трансформаторы тока, напряжения, делители напряжения);

• ограничивающие аппараты (предохранители, реакторы, разрядники, нелинейные ограничители перенапряжений);

• компенсирующие аппараты (шунтирующие реакторы);

• комплектные распределительные устройства (КРУ).

Основными коммутационными аппаратами тока на ГЭС являются выключатели высокого напряжения, которые устанавливаются в цепях присоединений генераторов к трансформаторам и ЛЭП в распредели­тельных устройствах. В электроустановках небольшой мощности при­меняют выключатели нагрузки, которые рассчитаны на отключение и включение только токов нагрузки и не отключают токи к.з. Важным параметром выключателя является номинальный ток отключения (I он) - это наибольший ток короткого замыкания, который выключатель может надежно отключить при напряжении, равном наибольшему рабочему напряжению. Наибольший ток, который выключатель может надежно отключить при напряжении, отличающемся от его номинального напряжения, называется током отключения. Выключатель должен быть способен производить необходимый перечень коммутационных операций, к которым относятся АПВ - автоматическое повторное включение, при котором выключатель выполняет автоматически операцию О-ВО-ВО (отк-пауза-вкл-отк-180 сек-вкл-отк) или О-ВО-ВО (отк-180 сек-вкл-отк-180 сек-вкл-отк). Гашение дуги переменного тока при отключении выключателя характерно тем, что дуга должна погаснуть в очень короткий промежуток времени, поэтому предъявляются высокие требования к деонизации промежутка между расходящимися контактами выключателя, которая в современных выключателях обеспечивается высокой скоростью расхождения этих контактов. Поэтому в современных условиях проектирование выключателей идет по пути создания дугогасительных устройств, работающих в воздушной среде высокого давления (на СШГЭС в рабочих камерах выключателя давление Р = 40 атм). Электрическая дуга, возникающая при размыкании контактов, гасится с помощью сжатого воздуха. Кроме того, в последнее время проектируются и внедряются на станциях выключатели с использованием более совершенной дугогасительной среды - элегаза, который в 5 раз превышает плотность воздуха, в 2 раза - электрическую прочность воздуха. В элегазе при атмосферном давлении может быть погашена дуга с током в 100 раз превышающим ток, отключаемый в воздухе при тех же условиях.

Разъединители применяются для коммутации элементов цепи при отсутствии токов нагрузки, т.е. операции с разъединителем производятся после отключения цепи выключателем. Эти коммутационные аппараты позволяют надежно изолировать те части электроустановки, на которой проводятся ремонтные работы от других частей установок, находящихся под напряжением. Гашение дуги происходит в воздушной среде под атмосферным давлением за счет разведения контактов на расстояние, при котором невозможен электрический пробой между контактами.

Автоматические выключатели (автоматы) широко применяются в цепях для собственных нужд ГЭС. Их особенность - надежное отключение токов короткого замыкания до 150 кВ.

Предохранители - коммутационные аппараты, которые применяются для защиты силовых трансформаторов, воздушных и кабельных линий, электродвигателей, трансформаторов напряжения.

Токоограничивающие реакторы служат для ограничения тока до значения, не опасного для оборудования и представляет собой индуктивное сопротивление, включаемое последовательно с нагрузкой.

Реакторы шунтирующие включаются между проводом линии электропередачи и землей для компенсации зарядной мощности.

Разрядники и ограничители перенапряжений служат для ограничения напряжений, которые появляются при коммутациях и атмосферных природных явлениях (удар молнии в провод ЛЭП при грозе).

Контакторы - это аппараты для коммутации в цепях низкого напряжения (не более 380 в) при токах нагрузки, незначительно превышающих номинальный.

Пускатели - это аппараты, отличающиеся от контакторов тем, что имеют встроенную систему, которая осуществляет защиту электродвигателей.

Реле управления - коммутационные аппараты, работающие в схемах автоматического управления электроприводами. Токи, коммутируемые ими, не превышают 10 А.

Реле автоматики - аппараты, применяемые в цепях защит оборудования, сетей и цепей, а также другого оборудования от ненормальных и аварийных режимов работы. Они предназначены для усиления, размножения, кодирования и запоминания поступающей информации, выдачи управляющих сигналов на отключение оборудования.

Аккумуляторные батареи (АБ) - важнейший элемент оборудования ГЭС. Это устройство служит для питания цепей оперативного тока, которые должны обладать исключительной надежностью, т.к. от бесперебойности питания цепей релейной защиты и автоматики зависит надежность работы основного оборудования станции и его целостность. Главное требование - оперативный ток должен поступать от источника, независимого от электрической сети энергосистемы и работы генераторов станции. Для обеспечения надежности работы цепей оперативного тока АБ работают в режиме постоянного подзаряда, который поддерживает батарею практически в заряженном состоянии в процессе всего времени эксплуатации.