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

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.

Внутри камеры помещен неподвижный  дугогасительный контакт. При отключении сначала выходят из соприкосновения рабочие ножи с неподвижными рабочими контактами, а затем — дугогасительные ножи с контактами.

При выходе дугогасительных контактов  из камеры газы, образовавшиеся  в  камере от воздействия дуги  на газогенерирующие вкладыши, выбрасываются наружу и гасят дугу, если она не была погашена в камере. Выключатель ВНП-17 отличается от рассмотренного наличием устройства, производящего автоматическое отключение при перегорании плавкой вставки любого из трех предохранителей.

Отключаемый ток к. з. определяется соответствующими параметрами устанавливаемых здесь плавких предохранителей.

Плавкие предохранители на напряжения выше 1 000 В используются для защиты элементов установки от токов короткого замыкания и токов перегрузки.

На напряжения 3—35 кВ наиболее распространены предохранители, в которых металлическая плавкая вставка включена в изолированную трубку, заполненную кварцевым   песком.

При увеличении тока сверх поминального расплавляется плавкая вставка  и возникающая в патроне дуга интенсивно гасится. Это происходит благодаря тому, что дуга горит в узком извилистом канале, в котором она быстро охлаждается, соприкасаясь с сыпучим песком, а пары металла вставки конденсируются в объеме песка. При расплавлении вставки током к.з. цепь отключается раньше, чем ток. к. з. достигнет ударного значения, т. е. предохрани гель обладает токоограничивающим действием. Полное время отключения тока к. з. при этом оказывается равным 0,005— 0,007   с,   причем   цепь   разрывается   бесшумно.

Для защиты силовых цепей при нормальных условиях работы выпускают предохранители типов ПК и ПКУ в исполнениях для наружной и внутренней установки. Наибольшая мощность отключения (трехфазная) для предохранителей ПК всех напряжений 200 MB•А,  а    для    усиленных    предохранителей ПКУ на 6 и 10 кВ — 350 MB • А и на 20 и 35 кВ — 500 MB • А. Электрическими параметрами, по которым выбираются силовые предохранители, являются номинальные напряжение U_н и токи  плавкой  вставки  и  патрона.

Для защиты измерительных  трансформаторов напряжения применяются  предохранители типов ПКТ и ПКТУ. У предохранителей ПТК на 6; 10; 20; 35 кВ наибольшая мощность отключения—1000 MB•A, a у предохранителей ПКТУ она не   ограничена.

Разрядники. В результате прямого удара молнии или при грозовых разрядах вблизи воздушных линий передачи или открытых подстанций в линиях и распределительных устройствах, связанных с последними, возникают атмосферные перенапряжения. Максимальное напряжение при прямом ударе может достигать нескольких миллионов вольт, а протекающие токи достигают сотен тысяч ампер. Для защиты от прямых ударов молнии, наиболее опасных для установок всех напряжений, используют тросовые и стержневые молниеотводы.

Перенапряжения, возникающие при разрядах вблизи линий и открытых подстанций,— индуктированные, они достигают 300—500 кВ и особенно опасны для установок напряжением до 35 кВ, изоляция которых выдерживает импульсы перенапряжений до 200 кВ. Для защиты от индуктированных перенапряжений в распределительных устройствах напряжением выше 1000 В, связанных с воздушными линиями, применяют вентильные разрядники. На самих линиях устанавливают   трубчатые   разрядники.

Вентильные разрядники содержат многократный искровой промежуток и рабочее сопротивление из дисков вилита, отсоединяющее этот промежуток от сети при нормальном режиме. Под действием перенапряжения происходит импульсный пробой искрового промежутка и через рабочее сопротивление течет на землю импульсный ток. После импульсного пробоя через разрядник начинает протекать сопровождающий ток промышленной частоты, сила которого ограничивается сопротивлением вилита. Последнее сильно возрастает при снижении напряжения и уменьшает сопровождающий ток до такого значения, при котором ток прерывается искровым промежутком при первом переходе через нулевое значение. При больших значениях тока, соответствующих импульсному пробою, сопротивление вилита г_р мало, и, несмотря на большое значение тока /, остающееся напряжение на разряднике U_р = Ir_р невелико и может быть сделано таким, чтобы не превышало допустимого для защищаемого оборудования.

Вилитовое сопротивление  изготовляется в виде дисков диаметром 100—150 мм и толщиной 10—20 мм. Основу вилита составляют зерна карборунда (SiC), на поверхности которых создается пленка  окиси кремния   (Sa0₂)   толщиной   10^-5 см.

Разрядник характеризуют  следующие напряжения: номинальное; наибольшее допустимое; остающееся на разряднике при импульсном токе; пробивное искрового промежутка при напряжении промышленной частоты; импульсное пробивное. Например, для разрядника РВП-6 — эти напряжения (в кВ) соответственно равны: 6; 7,6; не более 30; не менее 16 и не более 19; 25, 35.