Разъединители, отделители и короткозамыкатели. Виды, конструкция, выбор

Разъединители обеспечивают гальваническую развязку (видимый разрыв) коммутацией обесточенных цепей высокого напряжения, либо с токами, много меньшими чем номинальные, такими как токи холостого хода трансформаторов, зарядные токи воздушных и кабельных линий, либо с номинальными токами, но при напряжении, недостаточном для образования электрической дуги.

Необходимость создания видимого разрыва цепи диктуется требованиями безопасности выполнения работ в электроустановках напряжением свыше 1 кВ согласно разделу 17 Правил по охране труда при эксплуатации электроустановок.

Отделители и короткозамыкатели являются разновидностью разъединителей и устанавливаются вместо выключателей на высокой стороне трансформаторов на подстанциях низкой ответственности с целью экономии площади и затрат на строительство.

На рисунках 1, а, б изображены участки принципиальных схем РУ с обходной системой шин (ОСШ) и разъединителями (QS1-3) с заземлителями (QS(1-3) G1,2) (см. рис. 1, а), и ответвительной трансформаторной подстанции (ТП) с разъединителями (QS 1,2), отделителями (QR 1,2) и короткозамыкателем (QK) (см. рис. 1, б).

Участки схем РУ и ТП с QS, QR и QK

Рисунок 1 – Участки схем РУ и ТП с QS, QR и QK: а – участок схемы РУ с ОСШ; б – участок схемы ответвительной ТП

Разъединители в составе РУ с ОСШ обеспечивают видимые разрывы линий с двух секций шин и разрыв в линии выключателя (Q), а заземлители (QSG), встроенные в конструкцию разъединителей, выполняют установку заземления при отключённых разъединителях в целях безопасности проведения работ в электроустановках.

Отделители и короткозамыкатели выполняют функцию отключения цепи под нагрузкой при возникновении в ней повреждений и недостаточном токе КЗ для действия защиты на головном конце питающей линии, а также при ТОР оборудования. Короткозамыкатель, включаемый по сигналу релейной защиты, создаёт искусственное КЗ на землю, что вызывает срабатывание вышестоящего выключателя.

Во время бестоковой паузы срабатывает отделитель и разрывает обесточенную цепь. По истечении времени выдержки выполняется АПВ и на неповреждённых участках сети восстанавливается питание. При преднамеренном отключении линии для выполнения ТОР оборудования сначала отключают выключатели на низкой и средней (если есть) сторонах трансформатора, а затем по вышеописанному алгоритму отключаются отделители.

Корректная последовательность работы короткозамыкателя и отделителя обеспечивается электромагнитной блокировкой, предусмотренной в их приводах, позволяющей отключение отделителя только после исчезновения тока в цепи короткозамыкателя.

К разъединителям предъявляются следующие основные требования:

  • надёжность проведения контактной системой номинального тока длительное время в определённых климатических условиях;
  • достаточная термическая и динамическая стойкости контактной системы;
  • удержание контактной системы во включённом положении при протекании тока КЗ;
  • надёжная фиксация подвижного контакта в отключённом положении;
  • высокая электрическая прочность межконтактного промежутка. Классификация разъединителей по ГОСТ Р 52726-2007:
  • по месту размещения: на открытом воздухе (категория 1), в помещениях и под навесом (категории 2, 3, 4) (см. табл. 1.2);
  • по числу полюсов, управляемых одним приводом: одно-, двух-, трёх-, многополюсное;
  • по наличию заземлителей на полюс: с одним, с двумя и без заземлителей;
  • по степени загрязнения изоляции: I – лёгкая, II – средняя (для подстанционных),III – сильная, IV – очень сильная;
  • по способу управления: ручной привод или штанга ручного оперирования, с двигательным приводом (электродвигательный привод, электромагнитный привод; пневматический привод, гидравлический привод), с пружинным приводом.

Основные технические параметры разъединителей для сетей 50 Гц по ГОСТ Р 52726-2007:

  • номинальное и наибольшее рабочее напряжения (кВ): 3 (3,6); 6 (7,2); 10 (12); 15 (17,5); 20 (24); 24 (26,5); 27 (30); 35 (40,5); 110 (126); 150 (172); 220 (252); 330 (363); 500 (525); 750 (787);
  • номинальный ток (А): 200; 315; 400; 630; 800; 1 000; 1 250; 1 600; 2 000; 2 500; 3 150; 4 000; 5 000; 6 300; 8 000; 10 000; 12 500; 16 000; 20 000; 25 000; 31 500; 40 000; 50 000; 63 000;
  • ток термической стойкости (кА): 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250;
  • ток электродинамической (кА): 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630.

Расшифровка обозначения разъединителей по ГОСТ Р 52726-2007:

  1. Буква: Р – для сокращённого обозначения разъединителя.
  2. Буква (буквы) для обозначения особенностей конструктивного исполнения разъединителя: Г – горизонтально–поворотный, Д – двухколонковый, Т – телескопический, К – килевой установки (качающегося типа), СК – ступенчато–килевой установки, Р – рубящий, В – вертикальной установки, ПГ – полупантографный с разрывом в горизонтальной плоскости, П – пантографный, С – со складывающимся ножом, Л – линейный, Н – наружной установки и др.
  3. класс разъединителя: М1, М2 (класс М0 не указывают);
  4. цифру или цифры с буквой для обозначения количества и расположения заземлителей в случае, если разъединитель и заземлитель составляют единое целое;
  5. цифры, обозначающие номинальное напряжение разъединителя, в кВ;
  6. цифру, обозначающую степень загрязнения изоляции, цифру не указывают, если степень загрязнения лёгкая;
  7. цифры, обозначающие номинальный ток разъединителя, в А;
  8. букву (буквы) и цифру, обозначающие климатическое исполнение и категорию размещения разъединителя.

Пример обозначения: РГ 1 –500 II / 3150 УХЛ 1 – разъединитель горизонтально–поворотный, с 1 заземлителем на полюс, номинальным напряжением 500 кВ, со степенью загрязнения изоляции II, номинальным током 3 150 А, климатическим исполнением УХЛ и категорией размещения 1.

Короткозамыкатели имеют в обозначении:

  1. буквы: КЗ – короткозамыкатель; КРН – короткозамыкатель рубящего типа наружной установки;
  2. цифры: номинальное напряжение, в кВ;
  3. буква: У – обозначение усиленной изоляции; без таковой – опускается;
  4. буква и цифра климатического исполнения и категории размещения.

Пример обозначения: КЗ–110У–У1 – короткозамыкатель, номинальным напряжением 110 кВ, с усиленной изоляцией, климатического исполнения У категории размещения 1.

Отделители имеют в обозначении:

  1. Буквы: О – отделитель; Д – двухколонковый, З – наличие заземляющего ножа.
  2. Цифра: 1,2 – количество заземляющих ножей на полюс.
  3. Цифры: номинальное напряжение, в кВ.
  4. Буквы: М – модернизированный, У – обозначение усиленной изоляции; без таковых – опускаются.
  5. Цифра через слеш: номинальный ток, в А.
  6. Буква и цифра климатического исполнения и категории размещения.

Пример обозначения: ОДЗ–1–110У/1000УХЛ1 – отделитель двухколонковый, с одним заземляющих ножом на полюс на стороне ведомой колонки, на напряжение 110 кВ, с усиленной изоляцией, номинальным током 1000 А, климатическим исполнением УХЛ и категорией размещения 1.

1. Конструкции разъединителей, отделителей и короткозамыкателей

Типовыми конструкциями разъединителей являются:

  • горизонтально-поворотная (с одним ножом, с двумя полуножами и с центральной поворотной колонкой), показанная на рисунках 2, а‒в;
  • вертикально-поворотная (с одним ножом и двумя полуножами), показанная на рисунках 2, г, д.

Конструкции горизонтально и вертикально-поворотных разъединителей

Рисунок 2 – Конструкции горизонтально и вертикально-поворотных разъединителейа – с одним ножом; б – с двумя полуножами; в – с поворотной колонкой; г – с одним ножом; д – с двумя полуножами

  • полупантографная с размещением колонок подвижного и неподвижного контактов одного полюса на единой раме;
  • пантографная, предусматривающая подвес неподвижного контакта над полюсом на отдельной опоре;
  • телескопическая с двумя полуножами, приводимыми в поступательное движение по одной оси друг к другу, и с опорной изоляцией в форме многоярусных треног на каждом полюсе.

На основе полупантографной и пантографной конструкций изготавливаются разъединители РПВ (пантографные с вертикальным разрывом) и РПГ (полупантографные с горизонтальным разрывом) на напряжения 110, 220, 330, 500, 750 кВ.

Разъединители телескопической конструкции РТЗ распространены крайне мало и созданы на напряжение 1 150 кВ.

Для создания видимых разрывов при отключениях на линиях электропередачи (ЛЭП) до 35 кВ часто используют разъединители наружной установки, монтируемые непосредственно на опорах. Конструкция разъединителя РНДЗ 1-35/1000-УХЛ1 показана на рисунках 3, а, б.

Разъединитель РНДЗ 1-35/1000-УХЛ1

Рисунок 3 – Разъединитель РНДЗ 1-35/1000-УХЛ1: а – внешний вид; б – элементы конструкции: 1 ‒ опора, 2 ‒ кронштейны, 3 ‒ опорная рама, 4 ‒ изоляторы колонок, 5 ‒ контактные выводы, 6 ‒ гибкий токопровод, 7 ‒ полуножи, 8 ‒ тяга, 9 ‒ крюковые болты,10 ‒ муфта, 11 ‒ вал, 12 ‒ муфта привода, 13 ‒ ручной привод разъединителя

Такие разъединители имеют одно-, двух- и трёхполюсное исполнения, управляются вручную приводами ПР-2Б или ПРГ, могут эксплуатироваться в диапазоне температур от -60 оС до + 40 оС, срок службы не менее 25 лет.

Также к установке на опорах ЛЭП до 10 кВ принимаются линейные разъединители наиболее простой конструкции – РЛНД-10, и усовершенствованные – РЛК-10, показанные на рисунках 4, а, б. РЛК имеют усложнённую конструкцию качающегося типа и применяются редко. Температурный диапазон эксплуатации от -40 оС до + 40 оС, номинальные токи до 630 А.

Примеры линейных разъединителей на 10 кВ

Рисунок 4 – Примеры линейных разъединителей на 10 кВ: а – разъединитель РЛНД; б – разъединитель РЛК

Разъединители 110 кВ и выше устанавливаются в составе ОРУ и ЗРУ на подстанциях 110 кВ, и ОРУ на подстанциях 220 кВ и выше. Примеры конструкций разъединителей РНДЗ на 110 кВ и РГ на 330 кВ рассмотрены на рисунках 5, а-в.

Разъединители РНДЗ-110 и РГ-330

Рисунок 5 – Разъединители РНДЗ-110 и РГ-330: а – конструкция РНДЗ: 1 ‒ контактные зажимы, 2 ‒ гибкие токопроводы, 3 ‒ полуножи, 4 ‒ пальцевые ламели, 5 ‒ лопатка, 6 ‒ контакт заземляющего ножа, 7 ‒ колонки изоляторов, 8 ‒ подшипник колонки, 9 ‒ вал привода, 10 ‒ рычаг, 11 ‒ тяга, 12 ‒ заземляющие ножи, 13 ‒ рама, 14 ‒ корпус привода, 15 ‒ привод ПДН-1У; б – внешний вид РНДЗ; в – внешний вид РГ

Разъединители РНДЗ и РГ являются горизонтально-поворотными наружного исполнения и изготавливаются на напряжения 35-500 кВ с номинальными токами до 3 150 А.

Полупантографные разъединители РПГ серии изготавливаются для ОРУ на напряжения 330-750 кВ, пантографные серии РПВ на 110-500 кВ с номинальными токами до 3 150 А.

Принципиальные конструкции РПГ и РПВ показаны на рисунках 6, а‒в.

Конструкции разъединителей серий РПГ и РПВ

Рисунок 6 – Конструкции разъединителей серий РПГ и РПВ: а – РПГ на 330‒750 кВ; б – РПВ на 110 кВ; в – РПВ на 330,500 кВ

Разъединители телескопического типа РТЗ выполнены на напряжение 1 150 кВ и номинальный ток 4 000 А. Разъединитель может выполняться с одним заземляющим ножом, или с двумя ножами. Заземляющие ножи ферменной конструкции поворачиваются в вертикальной плоскости электродвигательными приводами ПД-1У1. Приводы главных и заземляющих ножей заблокированы электрически от ошибочных операций.

Конструкция РТЗ-2-1150/4000 У1 показана на рисунках 7, а, б.

Разъединитель РТЗ-2-1150/4000 У1

Рисунок 7 – Разъединитель РТЗ-2-1150/4000 У1: а ‒ внешний вид; б – элементы конструкции: 1 ‒ приводы главных и заземляющих ножей, 2 ‒ заземляющие ножи, 3 ‒ поворотная колонка, 4 ‒ опорный ферменный изолятор, 5 ‒ пояса жёсткости, 6,8 ‒ экраны, 7 ‒ неподвижная секция главного ножа, 9 ‒ подвижные секции главных ножей, 10 ‒ разъёмный контакт

Отделители и короткозамыкатели применяются в РУ на напряжения 35‒220 кВ.

Конструкции отделителей серий ОД-110 на номинальный ток 1 000 А и ОДЗ- 2-35 на 630 А показаны на рисунках 8, а‒в.

Конструкции отделителей ОД-110 и ОДЗ-2-35

Рисунок 8 – Конструкции отделителей ОД-110 и ОДЗ-2-35: а – внешний вид ОД; б – элементы конструкции ОД: 1 ‒ ножи, 2 ‒ контактный элемент, 3 ‒ изоляторы колонок, 4 ‒ рычаг привода, 5 ‒ кожух отключающей пружины, 6 ‒ рама, 7 ‒ подшипники, 8 ‒ тяга привода, 9 ‒ шкаф привода; в – элементы конструкции ОДЗ: 1,4 ‒ ножи, 2 ‒ колонки, 3 ‒ гибкий токопровод, 5 ‒ заземляющие ножи, 6 ‒ рычаг привода, 7 ‒ отключающая пружина, 8 ‒ подшипники, 9 ‒ рама, 10 ‒ тяга привода главных ножей, 11 ‒ шкаф привода, 12 ‒ трубчатая тяга заземляющих ножей, 13 ‒ привод заземляющих ножей

Полное время включения (отключения) отделителей 35‒220 кВ находится в пределах 0,4‒0,6 с в зависимости от наличия гололёда и класса напряжения.

Короткозамыкатели имеют горизонтально-поворотную конструкцию. Элементы конструкции короткозамыкателей КЗ-35 и КЗ-110 показаны на рисунках 9, а‒в.

Короткозамыкатели КЗ-35 и КЗ-110

Рисунок 9 – Короткозамыкатели КЗ-35 и КЗ-110: а – внешний вид КЗ-110; б – конструкция КЗ-110; в – конструкция КЗ-35: 1 ‒ контактные выводы, 2 ‒ изоляторы колонок, 3 ‒ тяги приводов, 4 ‒ опорные изоляторы, 5 ‒ шкафы приводов, 6 ‒ трансформаторы тока

Полное время включения (отключения) короткозамыкателей находится в пределах 0,1‒0,28 для напряжения 35,110 кВ и 0,25-0,85 для 150,220 кВ в зависимости от наличия гололёда.

Технические параметры ряда разъединителей, отделителей и короткозамыкателей приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Параметры разъединителей, отделителей и короткозамыкателей

Тип аппарата Номинальный ток, А Наибольшее рабочее напряжение, кВ Ток отключения, кА Амплитуда предельного сквозного тока (iэдс), кА Ток термической стойкости для времени (t) в с, кА
РЛНД-10/400(630) 400 (630) 12 10 25 10 (4 с)
РЛНД-35 1000 40,5 25 63 25 (3 с)
РДЗ-(1,2)-35 1000 40,5 20 50 20 (3 с)
РНД-110 1000 126 31,5 80 31,5 (3 с)
РНДЗ-110/1000(2000,3150) 1000(2000,3150) 126 80 (100, 125) 31,5 (40, 50) 31,5 (40, 50) (3 с)
РДЗ-220/2000 (3150) 2000 (3150) 252 100 (125) 40 (50) 40 (50) (3 с)
РНДЗ-330(500)/3150 3150 362 (525) 63 160 63 (2 с)
РГ-330/2000 2000 363 40 100 40 (2 с)
РПГ-330(500,750)/3150 3150 362 (525, 787) 63 160 63 (2 с)
РПВ-330(500)/3150 3150 362 (525) 63 160 63 (2 с)
РТЗ-1150/4000 4000 1200 40 100 40 (2 с)
ОД(З)-(1,2)35 630 12,5 80 12,5 (4 с)
ОД(З)-(1,2)110 1000 126 31,5 80 31,5 (3 с)
ОД(З)-(1,2)110М 630 126 22 80 22 (3 с)
ОД(З)-220 1000 252 31,5 80 31,5 (3 с)
КРН-35 12,5 42 12,5 (3 с)
КЗ-110(У) 126 20 (12,5) 51 (32) 20 (12,5) (3 с)
КЗ-220 252 20 51 20 (3 с)

2. Условия выбора разъединителей, отделителей и короткозамыкателей

Технические параметры аппарата сопоставляются с расчётными номинальными и аварийными токами и напряжениями сети, а именно:

  • номинальное напряжение: UНОМ.АПП ≥ UНОМ.СЕТИ ;
  • номинальный длительный ток: IНОМ.ДЛИТ ≥ IНОМ.СЕТИ ;
  • ток электродинамической стойкости и ударный ток КЗ сети: IЭДС ≥ iКЗ.УД ;
  • ток термической стойкости и действующее значение периодической составляющей тока КЗ сети в течение времени срабатывания защиты: IТС (привденное к tСР.З ) ≥ IКЗ.ПЕР (tСР.З ) , или IТС2 ·tТС≥ IКЗ.ПЕР2 ·tСР.З .

Также необходимо соблюдать соответствие времени включения и отключения аппарата требованиям схемы автоматики сети.