Отчёт по практике на МУП «Новочебоксарские городские электрические сети»

 

3. Выключатель нагрузки ВН-16

 

Выключатели нагрузки являются основным коммутирующим аппаратом ТП. Имеются следующие типы выключателей: ВН-16, ВНП-16 (с предохранителем ПК) и ВНП-17 (с предохранителями, перегорание которых приводит к автоматическому отключению выключателя). Выключатели с заземляющими ножами обозначаются: ВНЗ-16, ВНПЗ-16 и ВНПЗ-17.

Рис.1 Выключатель нагрузки ВН-16: а – общин вид; б – разрез искрогасительной камеры. 1 – подвижные контакты; 2 – отключающие пружины; 3 – неподвижный контакт; 4 – искрогасительная камера; 5 – вал; 6 – искрогасительный контакт; 7 – фарфоровая тяга; 8 – планка; 9 – приводной рычаг

 

Важнейшими элементами выключателя являются узел отключающих пружин и дугогасящее устройство. Два комплекта отключающих пружин, расположенных на стержне сварной вилки, связанной с валом выключателя, находясь в сжатом состоянии, обеспечивают необходимую скорость движения подвижных контактов при отключении выключателя. На стержень надеты резиновые шайбы для смягчения удара при работе отключающих пружин. Дугогасящее устройство (рис.1 а, б) имеет пластмассовый разъемный корпус, внутри которого расположены два вкладыша из оргстекла. Подвижный дугогасительный контакт передвигается между вкладышами. Неподвижный дугогасительный контакт расположен в нижней части камеры. При отключении выключателя сначала размыкаются основные контакты, затем дугогасительные. Под действием возникающей дуги оргстекло разлагается и интенсивно выделяет газы, которые выдуваются из камеры и вместе с этим происходит гашение дуги.

Заземляющее устройство имеет  вал с приваренными к нему заземляющими ножами. Оно может быть расположено сверху или снизу рамы выключателя и соответственно заземлять при необходимости неподвижные или подвижные контакты. Между валами выключателя и заземляющих ножей располагается механическая блокировка. Управляют ножами с помощью привода ПР-2, который устанавливается с противоположной стороны привода выключателя.

Выключатели ВН-16 не рассчитаны на отключение токов к. з. Допускается использование выключателей с перевернутыми пружинами для ручного отключения при уравнительных токах до 250 А и при разности напряжения 200—300 В в сети 6 кВ в зависимости от сечения кабеля.

Допускается следующее число операций ВН-16 без ревизии выключателя: при токах до 400 А – не более 90 отключений, при токах до 200 А – не более 185 отключений. Допустимое число отключений без смены дугогасящих вкладышей определяется степенью износа вкладышей. Остаточная толщина последних не должна быть менее 0,5—1 мм. При этом обгорание неподвижного и подвижного дугогасительных контактов не должно превышать 5 мм.

 

 

Рис.2 Привод ПРА-17 предназначен для управления выключателями нагрузки типа ВН-16.

 

4. Защита сетей с помощью плавких предохранителей

 

При работе городской распределительной  сети возникают повреждения различных  ее элементов, что приводит к нарушению нормального режима электроснабжения потребителей.

Наиболее опасный вид повреждения  – короткие замыкания (к. з.), возникающие  из-за нарушения изоляции сети и оборудования. В месте к. з. появляется электрическая дуга. По элементам сети к месту к. з. протекают большие токи, которые могут вызвать недопустимый перегрев неповрежденного оборудования и даже его разрушение. Чтобы защитить неповрежденные элементы сети от разрушения при возникновении в сети к. з. или режима перегрузки, используются различные защитные устройства. Простейшим устройством для защиты элементов сети напряжением до 1000 В являются плавкие предохранители. Их используют для защиты отдельных элементов сетей выше 1000 В.

Основной элемент предохранителя – плавкая вставка. Когда электрический ток протекает по вставке, в ней выделяется тепло, которое ее разогревает. Количество выделяемого тепла пропорционально квадрату тока. При коротком замыкании в сети протекает ток значительно больше номинального тока вставки, поэтому она перегорает, цепь тока разрывается и поврежденный элемент отсоединяется от сети.

К конструкции предохранителей  предъявляется ряд требований. В частности, перегорание плавкой вставки должно происходить раньше, чем защищаемому элементу установки начнет угрожать опасность повреждения из-за чрезмерного нагрева; разрыв цепи тока должен осуществляться ближайшим к месту повреждения предохранителем; разрыв цепи тока плавкой вставкой не должен стать очагом повреждения и быть опасным для обслуживающего персонала. Полное время отключения цепи тока плавкой вставкой складывается из времени ее нагревания до температуры плавления, времени расплавления вставки и горения электрической дуги. Это время определяется конструктивными особенностями предохранителя.

Номинальный ток I_ном плавкой вставки определяется условиями ее калибровки и маркируется на ней заводом-изготовителем. Согласно действующим требованиям, калибровка вставок производится по максимальному и минимальному испытательным токам. При максимальном испытательном токе, равном 1,6 I_ном, вставка должна перегореть менее чем через 1 ч. При минимальном токе, равном 1,3 I_ном, плавкая вставка не должна перегорать в течение 1 ч. Номинальным током предохранителя называется наибольший длительный ток, на который рассчитаны его токоведущие части. Номинальный ток плавкой вставки может не соответствовать номинальному тока предохранителя. Он всегда меньше или равен последнему.

Предохранители устанавливаются для защиты отдельного элемента или группы элементов сети. В результате при протекании тока оказываются включенными последовательно предохранители с плавкими вставками, имеющими различные номинальные токи. При возникновении в сети к. з. или перегрузки должны перегорать вставки, расположенные ближе к месту повреждения, с тем чтобы отключался только поврежденный элемент сети. Этим обеспечивается бесперебойность работы остальных элементов. Такое действие, когда перегорает плавкая вставка ближайшего к месту повреждения предохранителя, называется избирательным (селективным).

В режиме перегрузки может возникнуть длительное протекание через плавкую  вставку тока несколько большего, чем номинальный, что приводит к нагреву вставки до 700 – 900 °С, в результате нагрева может произойти нарушение контактной системы, а у предохранителей закрытого типа – разрушение патрона, в котором находится плавкая вставка. Разрушение патрона представляет опасность для обслуживающего персонала. Для избежания этого в предохранителях используется явление так называемого металлургического эффекта.

С этой целью посредине плавкой  вставки напаивается шарик  из легкоплавкого металла, обычно из олова. При определенной температуре олово способно растворять в себе медь. Поэтому, когда вставка нагревается до температуры плавления олова, которая значительно ниже температуры плавления меди, происходит одновременно плавление олова и растворение в нем меди. Медная вставка в месте размещения шарика быстро перегорает при относительно малом нагреве предохранителя и его контактов. Для создания более надежных условий работы предохранителя и усиления металлургического эффекта в современных предохранителях плавкая вставка выполняется из нескольких тонких пластин или проволок малого диаметра. В результате полностью исключаются перегрев и разрушение предохранителя при перегорании плавкой вставки. При протекании токов короткого замыкания нагрев плавкой вставки происходит очень быстро и действие металлургиче-

 

ского эффекта не проявляется. Практически разогрев и плавление вставки происходят без отдачи тепла контактам и патрону предохранителя.

В распределительных сетях 0,38 кВ основное применение находят закрытые предохранители типа ПН-2 (предохранители насыпные). Они  предназначены для защиты элементов  сетей от токов к. з. и недопустимых длительных токовых перегрузок. Предохранители имеют закрытый разборный патрон и выпускаются пяти габаритов на номинальные токи от 100 до 1000 А. Характеристики предохранителей ПН-2 указаны в табл. 2. Значение предельного отключаемого предохранителем тока (при напряжении до 500 В и cosφ ≥ 0,2) есть эффективное значение протекающего в первый период по цепи тока при накоротко зашунтированном предохранителе. Предельные токи отключаются предохранителем надежно, без звуковых эффектов, без выброса пламени и дыма. Предохранители на 100 и 250 А при отключении тока 5000 А и выше работают как токоограничивающие. Последнее означает, что они отключают цепь в течение первой четверти периода, до того как ток короткого замыкания достигает своего амплитудного значения.

 

          Таблица 2. Характеристики предохранителей ПН-2

 

Номинальный ток, А		Предельный ток отключения.
предохранителя	плавкой вставки
100 250 400 600 1000	30, 40, 50, 60, 80, 100 80, 100, 120, 150, 200, 250 200, 250, 300, 350, 400 300, 400, 500, 600 500, 600, 750, 800, 1000	50000 40000 25000 25000 10000

 

Конструкция предохранителя ПН-2 на 400 А показана на рис.3. Предохранитель состоит из патрона 3 и двух контактных стоек 1 с выводами для присоединения. Патрон смонтирован с использованием квадратной снаружи и круглой внутри фарфоровой трубки 6. Трубка с торцов закрыта крышками 4, к которым пиитами крепится плавкая вставка 8.

 

 

Рис.3 Предохранитель насыпной ПН-2

 

 

Внутренняя полость патрона  заполнена кварцевым песком 7. Плавкая вставка является сменной частью патрона. Она штампуется из медной ленты и может состоять из одной или нескольких полосок, которые по длине имеют дна отверстия, создающие местное уменьшение сечения вставки. Металлургический эффект обеспечивается наплавленными в средней части вставки оловянными шариками 5. Конструкция плавкой вставки при относительно малых объеме и массе металла обеспечивает сравнительно низкую рабочую температуру вставки, необходимое быстродействие при больших кратностях протекающего через вставку тока и достаточную выдержку при относительно малых перегрузках.

Необходимый контакт ножей патрона  с губками контактных стоек обеспечивается пружинящими стальными кольцами 2. Предохранители допускают многократную зарядку патрона после его срабатывания. Перезарядка осуществляется путем замены перегоревшей плавкой вставки и отработанного песка и обеспечивает полное восстановление работоспособности предохранителя.

 

5. Предохранители высокого напряжения

 

В распределительных сетях 6 –  10 кВ широко применяют плавкие предохранители типа ПК (предохранитель кварцевый). Они используются для защиты силовых трансформаторов, трансформаторов напряжения и линий, а также в различных автоматических устройствах.

Предохранители ПК служат для защиты силовых цепей и имеют отключающую способность свыше 200 МВА. Предохранители ПКТ используются только для защиты трансформаторов напряжения. Оба типа предохранителей предназначены для внутренней установки в непожароопасных, непыльных и не сырых помещениях, при отсутствии сильных вибраций здания.

При выпуске с завода предохранители маркируются по типу, напряжению и  номинальному току. Например, марка  ПК-10-75 означает предохранитель с кварцевым  заполнением на номинальное напряжение 10 кВ и номинальный ток 75 А. Предохранители для защиты трансформаторов напряжения маркируют. Только по типу и напряжению. Например, марка ПКТ-10 означает предохранитель с кварцевым заполнением для защиты трансформатора напряжения 10 кВ.

Предохранители ПК можно применять  только в сетях с номинальным  напряжением, соответствующим номинальному напряжению предохранителя. Предохранители, маркированные на напряжение 6 кВ, нельзя использовать в сети напряжением 10 кВ и наоборот. Это обстоятельство определяется конструктивными особенностями плавких вставок, которые имеют различную длину в зависимости от номинального напряжения предохранителя. При использовании предохранителей 6 кВ в сети 10 кВ может наблюдаться отказ в гашении электрической дуги вследствие недостаточной длины плавкой вставки.

Шкала номинальных токов плавких вставок предохранителей типа ПК содержит токи 2 – 3 – 5 – 7 и 5 – 10 – 15 – 20 – 30 – 40 – 50 – 75 – 100 – 200 – 300 А. Наибольшие номинальные токи патронов предохранителей напряжением 10 кВ составляют 30 – 50 – 100 – 200 А.

 

 

Рис.4 Патрон предохранителя ПК

1 – крышка; 2 – кварцевый  песок; 3 – плавкая вставка; 4 –  фарфоровая трубка; 5 – указатель срабатывания

 

Предохранитель с кварцевым  заполнением состоит из двух опорных изоляторов, контактов, укрепленных на изоляторах, и патрона, вставляемого в контакты. Разрез патрона предохранителя ПК-6-10 кВ для номинальных токов выше 7,5 А дан на рис.4. Фарфоровый кожух заполнен чистым кварцевым песком. Внутри кожуха находится плавкая вставка, изготовленная из одной или нескольких медных посеребрённых проволок. Каждая проволока имеет ступени различных диаметров. Плавкие вставки для предохранителей ПК на токи до 7,5 А и предохранителей ПКТ наматываются на ребристый керамический сердечник; для ПК на токи выше 7,5 А вставки имеют вид спиралей, помещенных непосредственно в кожух. В месте скрутки проволок разных диаметров напаиваются шарики из олова для создания металлургического эффекта. Применение проволок различного диаметра по длине необходимо для снижения перенапряжений, возникающих на предохранителях при перегорании вставок.

Применение плавкой вставки  из нескольких параллельных проволок, свободно размещенных в патроне, приводит к увеличению теплоотдачи, благодаря чему общее сечение  вставки по сравнению с сечением одной вставки уменьшается. Кроме того, применение проволок с малым сечением уменьшает объем паров в электрической дуге, расщепляет ее на части и облегчает ее гашение. Отметим, что гашение дуги в предохранителях с кварцевым песком основано на интенсивной деионизации ее в узких щелях между песчинками наполнителя.