Распределительное устройство

редактировать
Распределительное устройство высокого напряжения Участок большой панели распределительного устройства. Распределительное устройство трамвая В этом автоматическом выключателе в качестве изоляции используется как SF 6, так и воздух.

В электроэнергетической системе, распределительное устройство состоит из электрических разъединителей, плавких предохранителей или автоматических выключателей, используемых для контроля, защиты и изолята электрооборудования. Распределительное устройство используется как для обесточивания оборудования, чтобы можно было выполнить работу, так и для устранения неисправностей ниже по потоку. Этот вид оборудования напрямую связан с надежностью электроснабжения.

На первых центральных электростанциях использовались простые разомкнутые рубильники, установленные на изоляционных панелях из мрамора или асбеста. Уровни мощности и напряжения быстро возрастали, что делало размыкание переключателей с ручным управлением слишком опасным для чего-либо, кроме изоляции обесточенной цепи. Маслонаполненное распределительное устройство позволяет сдерживать энергию дуги и безопасно контролировать ее. К началу 20 века распределительное устройство представляло собой металлическую конструкцию с электрически управляемыми переключающими элементами, использующими масляные выключатели. Сегодня маслонаполненное оборудование в значительной степени заменено оборудованием с воздушным ударом, вакуумом или оборудованием с элегазом SF 6, что позволяет безопасно контролировать большие токи и уровни мощности с помощью автоматического оборудования.

Распределительное устройство высокого напряжения было изобретено в конце 19 века для управления двигателями и другими электрическими машинами. Со временем технология была усовершенствована, и теперь ее можно использовать при напряжении до 1100 кВ.

Обычно распределительные устройства на подстанциях располагаются как на стороне высокого, так и на стороне низкого напряжения больших силовых трансформаторов. Распределительное устройство на низковольтной стороне трансформаторов может быть расположено в здании с автоматическими выключателями среднего напряжения для распределительных цепей, а также с приборами учета, контроля и защиты. Для промышленного применения трансформатор и распределительное устройство могут быть объединены в одном корпусе, который называется блочной подстанцией (USS). Согласно последнему исследованию компании Visiongain, занимающейся исследованием рынка, ожидается, что к 2029 году мировой рынок распределительных устройств достигнет 152,5 млрд долларов при среднегодовом темпе роста 5,9%. Ожидается, что рост инвестиций в возобновляемые источники энергии и повышение спроса на безопасные и надежные системы распределения электроэнергии приведут к их увеличению.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Компоненты
  • 2 функции
  • 3 История
  • 4 Корпус
  • 5 типов автоматических выключателей
    • 5.1 Масло
    • 5.2 Воздух
    • 5.3 Газ
    • 5.4 Гибрид
    • 5.5 Вакуум
    • 5.6 Двуокись углерода
  • 6 Защитная схема
    • 6.1 Автоматические выключатели и предохранители
    • 6.2 Схема циркуляционного тока Мерц-Прайс
    • 6.3 Дистанционные реле
  • 7 Классификация
  • 8 Безопасность
  • 9 См. Также
  • 10 Ссылки
  • 11 Внешние ссылки

Компоненты

Узел распределительного устройства состоит из двух типов компонентов:

  • Электропроводящие компоненты, такие как переключатели, автоматические выключатели, предохранители и молниеотводы, которые проводят или прерывают поток электроэнергии.
  • Системы управления, такие как панели управления, трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, защитные реле и связанные с ними схемы, которые контролируют, контролируют и защищают электропроводящие компоненты.

Функции

Одной из основных функций распределительного устройства является защита, то есть прерывание токов короткого замыкания и перегрузки при коротком замыкании с одновременным обслуживанием неповрежденных цепей. Распределительное устройство также обеспечивает изоляцию цепей от источников питания. Распределительное устройство также используется для повышения доступности системы, позволяя более чем одному источнику питать нагрузку.

История

Раннее распределительное устройство (около 1910 г.)

Распределительные устройства так же стары, как и производство электроэнергии. Первые модели были очень примитивными: все компоненты просто крепились к стене. Позже их установили на деревянных панелях. Из соображений противопожарной защиты дерево было заменено на сланец или мрамор. Это привело к дальнейшему усовершенствованию, поскольку коммутационные и измерительные устройства можно было прикрепить спереди, а проводку - сзади. Тумблерный выключатель с обычным предохранителем представляет собой простейшую форму распределительного устройства и используется для управления и защиты освещения и другого оборудования в домах, офисах и т. Д. Для цепей более высокого номинала используется предохранитель с высокой отключающей способностью (HRC) в сочетании с выключателем. может служить для управления и защиты цепи. Однако такое распределительное устройство не может быть выгодно использовано в системе высокого напряжения.

Корпус

Распределительное устройство для более низких напряжений может быть полностью закрыто внутри здания. Для более высоких напряжений (более 66 кВ) распределительные устройства обычно устанавливаются на открытом воздухе и изолированы воздухом, хотя для этого требуется много места. Распределительное устройство с элегазовой изоляцией экономит место по сравнению с оборудованием с воздушной изоляцией, хотя стоимость оборудования выше. Распределительное устройство с масляной изоляцией представляет опасность разлива масла.

Переключатели могут управляться вручную или иметь моторные приводы для дистанционного управления.

Типы автоматических выключателей

Распределительное устройство может представлять собой простой выключатель-разъединитель под открытым небом или может быть изолировано каким-либо другим веществом. Эффективной, хотя и более дорогой формой распределительного устройства является распределительное устройство с газовой изоляцией (GIS), в котором проводники и контакты изолированы сжатым газом гексафторид серы (SF 6). Другими распространенными типами являются распределительные устройства с масляной или вакуумной изоляцией.

Комбинация оборудования в корпусе распределительного устройства позволяет им отключать токи короткого замыкания в тысячи ампер. Автоматический выключатель ( в пределах распределительного шкафа) является основным компонентом, который прерывает ток замыкания. Гашение дуги, когда автоматический выключатель разъединяет контакты (размыкает цепь), требует тщательного проектирования. Автоматические выключатели делятся на шесть типов:

Масло

Макет в разрезе маслонаполненного высоковольтного выключателя

Масляные выключатели полагаются на испарение части масла, чтобы создать струю масла по пути дуги. Пар, выделяющийся при образовании дуги, состоит из газообразного водорода. Минеральное масло обладает лучшими изоляционными свойствами, чем воздух. Всякий раз, когда происходит разделение токоведущих контактов в масле, дуга в автоматическом выключателе инициируется в момент разделения контактов, и из-за этой дуги масло испаряется и разлагается, в основном, на газообразный водород, и в конечном итоге создает вокруг себя водородный пузырь. электрическая дуга. Этот сильно сжатый газовый пузырь вокруг дуги предотвращает повторное зажигание дуги после того, как ток достигнет нулевого уровня при прохождении цикла. Масляный выключатель - один из старейших типов автоматических выключателей.

Воздух

Воздушные автоматические выключатели могут использовать сжатый воздух (затяжку) или магнитную силу самой дуги для удлинения дуги. Поскольку длина устойчивой дуги зависит от доступного напряжения, удлиненная дуга в конечном итоге исчерпает себя. В качестве альтернативы, контакты быстро поворачиваются в небольшую герметичную камеру, выход вытесненного воздуха приводит к гашению дуги.

Автоматические выключатели обычно могут отключать весь ток очень быстро: обычно от 30 мс до 150 мс в зависимости от возраста и конструкции устройства.

Газ

Основная статья: Автоматический выключатель из гексафторида серы

Газовые выключатели (SF 6) иногда растягивают дугу с помощью магнитного поля, а затем полагаются на диэлектрическую прочность газа SF 6 для гашения растянутой дуги.

Гибридный

Основная статья: Гибридные модули распределительного устройства

Гибридный распределительное устройство представляет собой тип, который сочетает в себе элементы традиционной воздушной изоляцией (AIS) и SF 6 с элегазовой изоляцией (ГИС). Он отличается компактной и модульной конструкцией, которая объединяет несколько различных функций в одном модуле.

Вакуум

Автоматические выключатели с вакуумными выключателями имеют минимальные характеристики искрения (поскольку нет ничего, что могло бы ионизировать, кроме материала контактов), поэтому дуга гаснет при небольшом растяжении (lt;2–8 мм). Около нулевого тока дуга недостаточно горячая, чтобы поддерживать плазму, и ток прекращается; зазор может выдержать повышение напряжения. Вакуумные выключатели часто используются в современных распределительных устройствах среднего напряжения до 40 500 вольт. В отличие от других типов, они по своей сути не подходят для прерывания отказов постоянного тока. Причина, по которой вакуумные выключатели не подходят для отключения высоких напряжений постоянного тока, заключается в том, что при постоянном токе отсутствует период «нулевого тока». Плазменная дуга может питаться сама, продолжая газифицировать контактный материал.

Углекислый газ

Выключатели, в которых в качестве изолирующей и дугогасящей среды используется диоксид углерода, работают по тем же принципам, что и выключатели на основе гексафторида серы (SF 6). Поскольку SF 6 является парниковым газом более мощным, чем CO 2, переход с SF 6 на CO 2 позволяет сократить выбросы парниковых газов на 10 тонн в течение жизненного цикла продукта.

Защитная схема

Автоматические выключатели и предохранители

Автоматические выключатели и предохранители отключаются, когда ток превышает заданный безопасный уровень. Однако они не могут обнаруживать другие критические неисправности, такие как несимметричные токи, например, когда обмотка трансформатора контактирует с землей. Сами по себе автоматические выключатели и предохранители не могут отличить короткое замыкание от высокого уровня потребления электроэнергии.

Схема циркуляционного тока Merz-Price

Дифференциальная защита зависит от текущего закона Кирхгофа, который гласит, что сумма токов, входящих или выходящих из узла схемы, должна равняться нулю. Используя этот принцип для реализации дифференциальной защиты, любой участок токопроводящего пути можно рассматривать как узел. Проводящим путем может быть линия передачи, обмотка трансформатора, обмотка двигателя или обмотка статора генератора переменного тока. Эта форма защиты работает лучше всего, когда оба конца токопроводящей дорожки физически расположены близко друг к другу. Эта схема была изобретена в Великобритании Чарльзом Хестерманом Мерцем и Бернардом Прайсом.

Для каждой обмотки трансформатора, статора или другого устройства используются два идентичных трансформатора тока. Трансформаторы тока размещаются вокруг противоположных концов обмотки. Ток через оба конца должен быть одинаковым. Защитное реле обнаруживает любой дисбаланс токов и отключает автоматические выключатели, чтобы изолировать устройство. В случае трансформатора автоматические выключатели на первичной и вторичной обмотках отключаются.

Дистанционные реле

Короткое замыкание в конце длинной линии передачи похоже на нормальную нагрузку, потому что полное сопротивление линии передачи ограничивает ток повреждения. Дистанционное реле обнаруживает неисправность, сравнивая напряжение и ток в линии передачи. Большой ток вместе с падением напряжения указывает на неисправность.

Классификация

Можно сделать несколько различных классификаций распределительного устройства:

  • По текущему рейтингу.
  • По номинальному току отключения (максимальный ток короткого замыкания kAIC, который устройство может безопасно отключить)
    • Автоматические выключатели могут размыкаться и замыкаться при токах короткого замыкания.
    • Выключатели нагрузки / включения нагрузки могут переключать обычные токи нагрузки системы.
    • Изоляторы - это разъединители без нагрузки, которые должны срабатывать после автоматических выключателей или в противном случае, если ток нагрузки очень мал.
  • По классу напряжения:
    • Низкое напряжение (менее 1 кВ переменного тока)
    • Среднее напряжение (от 1 кВ переменного тока до примерно 75 кВ переменного тока)
    • Высокое напряжение (от 75 кВ до 230 кВ переменного тока)
    • Сверхвысокое напряжение, сверхвысокое напряжение (более 230 кВ)
  • По изолирующей среде:
    • Воздух
    • Газ (SF 6 или смеси)
    • Масло
    • Вакуум
    • Углекислый газ (CO 2)
  • По типу конструкции:
    • Внутри помещений (далее классифицируется по классу IP ( защиты от проникновения ) или типу корпуса NEMA)
    • Открытый
    • Промышленные
    • Утилита
    • морской
    • Выдвижные элементы (снимаются без использования множества инструментов)
    • Неподвижные элементы (крепеж на болтах)
    • Live-фронт
    • Мертвый фронт
    • Открытым
    • В металлическом корпусе (ME) - распределительное устройство полностью закрыто со всех сторон и сверху листовым металлом.
    • Металлические (МК) - более дорогая разновидность распределительных устройств в металлическом корпусе, обладающая следующими характеристиками: главное коммутационно-отключающее устройство съемного типа; заземленные металлические перегородки для разделения отсеков и ограждения всех основных цепей и деталей; механические блокировки; изолированные шинопроводы и другие особенности.
    • Кабина
    • Устойчивый к дуге
  • По степени внутреннего разделения IEC
    • Без разделения (Форма 1)
    • Сборные шины, отделенные от функциональных блоков (формы 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b)
    • Клеммы для внешних проводов, отделенные от сборных шин (формы 2b, 3b, 4a, 4b)
    • Клеммы для внешних проводов отделены от функциональных блоков, но не друг от друга (форма 3a, 3b)
    • Функциональные единицы, отделенные друг от друга (Форма 3a, 3b, 4a, 4b)
    • Клеммы для внешних проводов, отделенные друг от друга (формы 4a, 4b)
    • Клеммы для внешних проводов отдельно от их функционального блока (Форма 4b)
  • Путем прерывания устройства:
    • Предохранители
    • Воздушный автоматический выключатель
    • Автоматический выключатель минимального уровня масла
    • Масляный автоматический выключатель
    • Вакуумный автоматический выключатель
    • Газовый (SF 6) Автоматический выключатель
    • Автоматический выключатель CO 2
  • По способу эксплуатации:
    • С ручным управлением
    • Привод от двигателя / накопленной энергии
    • Электромагнитный привод
  • По виду тока:
    • Переменный ток
    • Постоянный ток
  • По заявке:
    • Система передачи
    • Распределение
  • По назначению
    • Изолирующие выключатели ( разъединители )
    • Выключатели нагрузки.
    • Заземляющие (заземляющие) выключатели

В один ряд могут быть включены несколько различных типов устройств, например, шина с воздушной изоляцией, вакуумные выключатели и переключатели с ручным управлением могут находиться в одном ряду ячеек.

Номинальные характеристики, конструкция, технические характеристики и детали распределительного устройства устанавливаются множеством стандартов. В Северной Америке в основном используются стандарты IEEE и ANSI, в остальном мире используются стандарты IEC, иногда с местными национальными производными или вариациями.

Безопасность

Выключатель 245 кВ на подстанции с воздушной изоляцией КРУЭ 420 кВ

Чтобы гарантировать безопасную последовательность операций распределительного устройства, блокировка с защелкивающимся ключом обеспечивает предопределенные сценарии работы. Например, если только один из двух источников питания может быть подключен в данный момент времени, схема блокировки может требовать, чтобы первый переключатель был разомкнут, чтобы отпустить ключ, который позволит замкнуть второй переключатель. Возможны сложные схемы.

Внутреннее распределительное устройство также может быть испытано на предмет сдерживания внутренней дуги (например, IEC 62271-200). Этот тест важен для безопасности пользователя, поскольку современные распределительные устройства способны коммутировать большие токи.

Распределительное устройство часто проверяется с помощью тепловизора для оценки состояния системы и прогнозирования отказов до их возникновения. Другие методы включают тестирование частичного разряда (ЧР) с использованием стационарных или портативных тестеров и тестирование акустической эмиссии с использованием преобразователей, устанавливаемых на поверхность (для нефтяного оборудования) или ультразвуковых детекторов, используемых в открытых распределительных устройствах. Датчики температуры, установленные на кабелях к распределительному устройству, могут постоянно отслеживать повышение температуры. Оборудование SF 6 неизменно оснащается сигнализацией и блокировками, чтобы предупредить о потере давления и предотвратить срабатывание, если давление упадет слишком низко.

Повышение осведомленности об опасностях, связанных с высоким уровнем неисправностей, привело к тому, что сетевые операторы указали операции с закрытой дверью для заземляющих выключателей и автоматических выключателей. Многие европейские энергетические компании запретили операторам пользоваться коммутаторами во время работы. Доступны системы удаленного стеллажа, которые позволяют оператору устанавливать распределительное устройство в стойку из удаленного места без необходимости носить защитный костюм для защиты от дугового разряда. Системы коммутационного оборудования требуют постоянного обслуживания и ремонта, чтобы оставаться безопасными в использовании и полностью оптимизированными для работы с такими высокими напряжениями.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки

Последняя правка сделана 2023-08-08 04:07:25
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте