Коммутационные аппараты.
Коммутационные аппараты – это аппараты, с помощью которых замыкается и размыкается (коммутируется) цепь электрического тока. Они разделяются на аппараты до 1000 В и выше 1000 В. К коммутационным аппаратам до 1000 В относятся: рубильники, магнитные пускатели, контакторы, автоматы, а так же всевозможные переключатели, тумблеры и т.д.
Рубильник – это выключатель электрической цепи с ручным приводом. Предназначен в основном для создания видимого разрыва при выводе в ремонт оборудования. С помощью рубильника разрешается также замыкать и размыкать цепь тока величиной не более той, что указана на рубильнике.
Контактор – это коммутационный аппарат с электрическим приводом, служащий для частых включений и отключений оборудования. Контактор не защищает оборудование от токов КЗ. Для этой цели последовательно с ним устанавливается либо автомат с ручным приводом, либо плавкие предохранители.
Магнитный пускатель – это контактор со встроенным тепловым реле, представляющим из себя биметаллическую пластину, которая изгибается при нагреве от токов, превышающих номинальный (допустимый) для данного оборудования и отключает пускатель.
Автомат – это автоматический выключатель электрической цепи предназначенный для защиты оборудования от токов КЗ. Для этого автомат снабжен встроенным электромагнитным реле, которое при увеличении тока сверх допустимого выбивает защелку отключающих пружин, которые взводятся при включении, а также дугогасительной решеткой, которая находится над контактами и предназначена для гашения электрической дуги, возникающей при разрыве цепи с большими токами. Автоматы могут быть с ручным и электрическим приводом. Автоматы с электрическим приводом используются также для дистанционного включения оборудования (контактор или пускатель здесь не требуется).
Чтобы был понятней принцип использования вышеуказанных аппаратов, приведем пример традиционной схемы питания трехфазного электродвигателя напряжением 380 В или, как принято говорить в энергетике, 0,4 кВ:
1-й вариант: Сборные шины – рубильник – автомат с электрическим приводом. Назначение. Рубильник служит для создания видимого разрыва при выводе в ремонт оборудования, питающегося от этого рубильника (в энергетике говорят «для разборки схемы»). Автомат служит для защиты оборудования от токов КЗ и для дистанционных включений и отключений оборудования.
2-й вариант: Сборные шины – рубильник – автомат с ручным приводом - контактор. Назначение. Рубильник служит для создания видимого разрыва (разборки схемы). Автомат для защиты от токов КЗ. Контактор для дистанционных включений и отключений оборудования.
3-й вариант: Сборка питания* – автомат с ручным приводом – магнитный пускатель.
Автомат для защиты от КЗ и для разборки схемы. Магнитный пускатель для дистанционных включений и отключений оборудования и защищает от токов перегрузки (когда ток превышает допустимый из-за большой нагрузки со стороны механизма, который приводится во вращение электродвигателем).
* Сборка питания (силовая сборка) – распределительный силовой щиток, питающийся со сборных шин и состоящий из вводного автомата и автоматов отходящих присоединений. Силовые сборки устанавливаются непосредственно около оборудования, которое от них питается, что позволяет значительно экономить на электрических кабелях и на панелях РУ-0,4 кВ, если бы это оборудование питалось со сборных шин РУ-0,4 кВ.
К коммутационным аппаратам выше 1000 В относятся: разъединители, отделители, короткозамыкатели, выключатели, выключатели нагрузки.
Разъединитель – коммутационный аппарат, служащий для создания видимого разрыва (для разборки схемы), также разрешено отключать небольшой величины токи, установленные местной инструкцией по производству переключений. Разъединители до 110 кВ выпускаются с ручным приводом, начиная с 220 кВ - выпускаются с электрическим приводом. В калужской энергосистеме все разъединители 110-220 кВ – с ручным приводом.
Отделитель (ОД) – это разъединитель с автоматическим отключением. Служит для автоматического отделения поврежденного оборудования от электрической сети после того, как с участка сети снимется напряжение и до того, как напряжение подастся вновь с помощью АПВ. Это называется «отключается в бестоковую паузу». Отключение отделителя происходит за счет пружин, которые заводятся вручную при операции включения.
Короткозамыкатель – это разъединитель с автоматическим включением. Применяется в схеме защиты трансформаторов, не имеющих выключателей на стороне высшего напряжения. Служит для создания однофазного КЗ на землю в сети 110-220 кВ или двухфазного КЗ в сети 35 кВ при работе защит трансформатора для того, чтобы сработали защиты питающей трансформатор линии и отключили ее. Затем в бестоковую паузу отключается отделитель трансформатора, отделяя его от линии, а затем линия по АПВ включается опять в работу. Короткозамыкатель работает всегда в паре с отделителем и оба они входят в схему защиты трансформатора. Включение короткозамыкателя происходит за счет пружин, которые заводятся вручную при операции отключения.
Как отделитель определяет, что наступила бестоковая пауза и пора отключаться? В цепи короткозамыкателя фаза-земля установлен трансформатор тока (бублик его зовут, он надет на шину соединяющую КЗ с землей). Когда КЗ включается, через «бублик» идет ток КЗ на землю и он подтягивает реле, которое рвет цепь отключения ОД. Посте отключения питающей линии ток в «бублике» исчезает, реле отпадает и дает разрешение на отключение ОД.
Выключатели – это автоматические коммутационные аппараты, которые служат для включения и отключения нагрузочных токов (нормальных токов) и токов КЗ. Главный элемент конструкции выключателя – это дугогасительная камера, в которой гасится электрическая дуга, возникающая при расхождении контактов во время разрыва цепи электрического тока. По принципу гашения дуги, вернее в зависимости от вида среды, в которой гасится дуга, выключатели разделяются на воздушные, масляные, элегазовые и вакуумные. В воздушных выключателях (изготовляются на напряжение от 110 кВ и выше) дуга гасится струей сжатого воздуха давлением от 8 до 20 кГ/см2 (попросту выдувается в специальные отверстия). В масляных выключателях (изготовляются на напряжение от 6 до 220 кВ) дуга гасится водородным пузырем большого давления, возникающим в результате разложения масла от той же дуги. В элегазовых выключателях (изготовляются на напряжение от 6 до 220 кВ) дуга гасится с помощью элегаза (фтористое соединение серы SF6), которым заполнен корпус выключателя. В вакуумных выключателях (изготовляются на напряжение 6 -10 кВ) дуга ничем не гасится, сама гаснет, т.к. в вакууме никакой среды, поддерживающей горение, нет.
Приводы выключателей (механизмы, включающие и отключающие выключатели) бывают четырех типов – пневматические, электромагнитные (соленоидные), пружинные и грузовые. Пневматический привод применяется на воздушных выключателях. Включение и отключение выключателя производится за счет сжатого воздуха. Электромагнитный (соленоидный) привод применяемся на выключателях всех типов (кроме, естественно, воздушных) на тех подстанциях, где есть аккумуляторные батареи. Электромагнитный привод производит включение выключателя с помощью специального мощного соленоида (соленоид включения), который представляет из себя катушку с сердечником (с магнитопроводом), внутри которого находится подвижный шток (круглый металлический стержень). При подаче на соленоид постоянного тока от аккумуляторной батареи, шток втягивается в сердечник катушки и приводит в движение (толкает) механизм включения выключателя. Одновременно с операцией включения соленоид взводит отключающие пружины, которые отключают выключатель при подаче команды (электрического импульса) на отключение от защит или ключа управления. Отключающий импульс подается на соленоид отключения, который действует по принципу соленоида включения, но во сто крат меньше его по размеру, т.к. в его функции входит всего лишь выбить роликовый механизм (защелку), удерживающий отключающие пружины во взведенном состоянии. Пружинные приводы на выключателях применяются там, где отсутствуют аккумуляторные батареи. Включение и отключение выключателя производят за счет пружин. Включающие пружины взводятся автоматически электродвигателем переменного тока или вручную рукояткой. Отключающие пружины так же, как и в случае соленоидного привода взводятся в момент включения, т.е. включающими пружинами, которые намного мощнее. Грузовые приводы включают выключатель за счет энергии падающего груза. Отключение производится так же, как и в предыдущих случаях за счет пружин. Груз поднимается так же, как и в пружинном приводе либо вручную, либо электродвигателем. Эти приводы применяются в масляных выключателях 35 кВ.
Выключатели нагрузки – это трех полюсный разъединитель с ручным приводом, снабженный дугогасительным устройством. Служит для отключения нагрузочных токов в сетях 6-10 кВ. В дугогасительном устройстве имеются специальные газогенерирующие вкладыши, которые при нагреве от электрической дуги при отключении выделяют газ, с помощью которого дуга и гасится. В настоящее время выключатели нагрузки не применяются.
Предохранители – эти электрические аппараты можно назвать коммутационными аппаратами однократного действия, предназначенные для защиты оборудования от токов превышающих допустимые величины для данного оборудования. Разрыв цепи происходит за счет расплавления специальной плавкой вставки предохранителя в результате нагрева сверх допустимыми токами. Для гашения возникающей при этом дуги изоляционный корпус предохранителя, в котором находится плавкая вставка, заполнен специальным наполнителем. Предохранители выпускаются на напряжение от 0,4 до 35 кВ. В настоящее время в электроустановках выше 1000 В предохранители используются только для защиты трансформаторов напряжения и трансформаторов собственных нужд 6-10 кВ подстанций.