Автоматический телеуправляемый трехфазный выключатель нагрузки наружной установки с двойным разрывом и способ его работы
AUTOMATIC REMOTE-CONTROLLED THREE-PHASE LOAD SWITCH OF OUTDOOR INSTALLATION WITH DOUBLE BREAK AND THE METHOD FOR ITS OPERATION

Изобретение относится к высоковольтному оборудованию, в частности, к коммутационным аппаратам наружной установки с возможностью коммутации нагрузочных токов, создания видимого разрыва и заземления, и может быть применено в электрических сетях среднего напряжения для автоматического отключения поврежденных участков сети, дистанционного мониторинга параметров сети, оперирования в нормальном режиме работы под нагрузкой, создания видимого разрыва электрической цепи и заземления ее участков.
Из уровня техники известны различные устройства вакуумных выключателей нагрузки, используемых в электрических сетях среднего напряжения.
Наиболее близким техническим решением является патент RU 204 455 U1, опубл. 25.05.2021, в котором раскрыто устройство управления разъединителем содержащим линейный привод предназначенный для управления включением и выключением главных контактов и до двух линейных приводов для управления валами заземления и, по меньшей мере, одну вертикально расположенную тягу.
Недостатками данного устройства являются:
Отсутствие возможности автоматического отключения повреждённого участка линии электропередач без участия оператора, отсутствие возможности отключения токов нагрузки и номинальных токов, наличие сложных и продолжительных кинематических связей (тяг) между приводом и разъединителем, потенциально создающим опасность выхода из строя устройства и отсутствие сигнализации об аварии на диспетчерский пункт.
Задачей изобретения является повышение качества электроснабжения потребителей за счет возможности автоматического отключения повреждённого участка сети без участия оператора, сокращение времени на поиск повреждения, вывод участка сети 10кВ защищаемого данным устройством без отключения магистральной линии, а также интеграция в систему сбора и обработки информации электросети, фиксации прохождения токов КЗ и передачи нормальных и аварийных сигналов в центр управления.
Технический результат предлагаемого устройства - повышение качества электроснабжения потребителей, сокращение затрат на поиск места повреждения, преобразование выключателя нагрузки в самостоятельное защитное устройство.
Технический результат достигается тем, что автоматический телеуправляемый трехфазный выключатель нагрузки наружной установки с двойным разрывом, устанавливаемый на защищаемом участке цепи - ответвлении от магистральной линии, содержащий, раму, по меньшей мере три вакуумные дугогасительные камеры, шесть опорных изоляторов, в верхней части которых зафиксированы неподвижные контакты, поворотные главные ножи, выполненные с возможностью замыкать неподвижные контакты и связанные с дугогасительными камерами, моторный привод, установленный в раме и выполненный с возможностью поворачивать главные ножи, подпружиненный тяговый изолятор, по меньшей мере, три датчика тока, трансформатор собственных нужд и шкаф управления выключателем нагрузки. Шкаф управления выключателем нагрузки выполнен на основе блока микроконтроллера, который выполнен с возможностью получения команд с диспетчерского пункта управления для удаленного включения и отключения защищаемого участка цепи и передачи показаний на диспетчерский пункт, а при возникновении короткого замыкания блок микроконтроллера по показаниям датчиков тока и значению напряжения трансформатора собственных нужд посредством моторного привода главных ножей и вакуумной дугогасительной камеры осуществляет в автоматическом режиме отключение повреждённого участка цепи в бестоковую паузу цикла автоматического повторного включения вышестоящего пункта секционирования и передает сигнал об аварийной ситуации на диспетчерский пункт, при этом привод заземляющих ножей осуществляется в ручном режиме с помощью переносной тяги, а трансформатор собственных нужд и шкаф управления выключателем нагрузки установлены на единой опоре.
Способ работы автоматического телеуправляемого трехфазного выключателя нагрузки наружной установки с двойным разрывом заключается в том, что при возникновении короткого замыкания на защищаемом участке цепи - ответвлении от магистральной линии блок микроконтроллера по показаниям датчиков тока, фиксирующих превышение тока выше уставки, и трансформатора собственных нужд, фиксирующего падение напряжения до нулевого значения, определяет бестоковую паузу цикла автоматического повторного включения вышестоящего пункта секционирования и передает сигнал моторному приводу на размыкание цепи посредством подпружиненного тягового изолятора, главных ножей и вакуумной дугогасительной камеры во время бестоковой паузы цикла автоматического повторного включения вышестоящего пункта секционирования, а также и передает сигнал об аварийной ситуации на диспетчерский пункт, при этом привод заземляющих ножей осуществляется в ручном режиме с помощью переносной тяги.
Устройство и способ его работы поясняются фигурами 1-2, на которых обозначены следующие элементы:
1 - Вакуумная камера;
2 - Главные ножи;
3 - Тяговый изолятор главных ножей;
4 - Опорный изолятор;
5 - Пружина;
6 - Рама;
7 - Заземляющие ножи;
8 - Моторный привод;
9 - Датчик тока;
10 - Шкаф управления выключателем нагрузки;
11 - трансформатор собственных нужд (ТСН);
12 - Опора;
13 - Питающий центр;
14, 15, 16 - реклоузеры (пункты секционирования воздушной линии электропередач) установленные на магистральной линии;
17, 18, 19 - телеуправляемые выключатели нагрузки установленные на ответвлениях;
20, 21, 22, 23, 24, 25 - ответвления от магистральной линии;
26 - место короткого замыкания.
Автоматический дистанционно управляемый выключатель нагрузки наружной установки с двойным разрывом, выполнен следующим образом и содержит, установленные на раме 6 опорных изоляторов (4), в верхней части которых зафиксированы неподвижные контакты, 3 тяговых изолятора (3) соединённых с поворотными главными ножами и передающие усилие от привода на главные ножи. Моторный привод (8), установленный в нижней части рамы и выполненный с возможностью поворачивать главные ножи вокруг своей оси посредством тяговых изоляторов (4) и создающий видимый разрыв главной цепи в двух точках. По меньшей мере 3, вакуумных дугогасительных камеры (1) связанных с главными ножами. Автоматический дистанционно управляемый выключатель нагрузки наружной установки с двойным разрывом также содержит шкаф управления выключателем нагрузки (10), датчики тока по одному на фазу (9) и трансформатор собственных нужд (11).
Шкаф управления выключателя нагрузки выполнен на основе программируемого контроллера, который по показанию датчика тока (9) осуществляет в автоматическом режиме управление приводом для видимого разрыва главной цепи, а также выполнен с возможностью получения команд с диспетчерского пункта управления для удалённого включения и отключения главной цепи и передачи показаний сети на диспетчерский пункт управления для мониторинга сети.
Также устройство включает заземляющие ножи привод которых осуществляется в ручном режиме с помощью тяги.
При этом устройство, показанное на фиг.1 работает следующим образом:
В нормальном режиме работы, т.е. при отсутствии аварий, при подаче сигнала отключения со шкафа управления (11) или же с удалённого диспетчерского пункта на моторный привод (8) через систему тяг и подпружиненные тяговые изоляторы крутящий момент передаётся на главные ножи (2), которые начинают вращение на своей оси против часовой стрелки, при этом в начале движения происходит размыкание главной цепи в вакуумной камере (1), что позволяет погасить электрическую дугу возникающую при отключении номинальных токов, при дальнейшем движении происходит видимый разрыв штанги, вмонтированной в главный нож со статичными контактами. При подаче сигнала на включение устройства происходит видимое замыкание через главные ножи (2) с последующей фактической коммутацией основной цепи в вакуумной камере (1). Также, устройство имеет заземляющие ножи (7) привод которых осуществляется в ручном режиме с помощью переносной тяги.
В аварийном режиме отключение возможно в бестоковую паузу автоматического повторного включения вышестоящего магистрального пункта секционирования. Автоматический режим работы и отключение повреждённого участка цепи устройством без участия оператора становится возможным благодаря трансформатору собственных нужд (11) осуществляющему питание привода включателя, датчикам тока (9), осуществляющим измерение актуальных значений тока и регистрирующих токи коротких замыканий связанному с блоком микроконтроллера, расположенным в шкафу управления выключателем (10), который по совокупным сигналам датчика тока (сигнал - превышение номинального тока выше уставки) и трансформатора собственных нужд (сигнал - падение напряжения до нулевого значения) определяет бестоковую паузу цикла автоматического повторного включения магистрального реклоузера и передает сигнал моторному приводу на размыкание цепи и передачи оператору сигнала о аварийной ситуации на диспетчерский пункт. При этом трансформатор собственных нужд и шкаф управления телеуправляемого выключения нагрузки устанавливают на единой опоре.
Способ работы предлагаемого устройства пояснен фигурой 2.
При возникновении короткого замыкания на ответвлении (20) от магистральной линии цепи 10кВ находящимся за телеуправляемым выключателем нагрузки (17), датчик тока устройства регистрирует превышение заданной уставки по току, тем самым определяя КЗ на защищаемом участке, после чего происходит отключение ближайшего к месту повреждения пункта секционирования воздушной линии электропередач (14) со стороны питающего центра (13) оснащённого вакуумным выключателем, и, соответственно снижение до нуля уровня напряжения на защищаемой выключателем нагрузки отпайке. По совокупности сигналов:
• Превышение уставки по току (Сигнал от датчиков тока (9));
• Снижение напряжения до 0 (Сигнал от трансформатора собственных нужд выключателя нагрузки (11))
Поступившим на блок микроконтроллера, расположенный в шкафу (10), им формируется сигнал на работу моторного привода (8) и размыкание главной цепи, тем самым отключается повреждённый участок цепи, а питание всех неповреждённых участков цепи восстанавливается за счёт работы цикла автоматического повторного включения пункта секционирования воздушной линии электропередач (14).
Таким образом описать работу устройства в аварийном режиме возможно следующей последовательностью:
Возникновение короткого замыкания на защищаемой отпайке > Превышение уставки по току (датчик тока телеуправляемого выключателя нагрузки) > Отключение магистрального вышестоящего пункта секционирования (14) > снижение напряжения до значения близкого нулю > Бестоковая пауза цикла автоматического повторного включения > сигнал на отключение телеуправляемого выключателя нагрузки (17) > отключение телеуправляемого выключателя нагрузки в бестоковую паузу (17) > включение пункта секционирования (14) > возобновление нормального режима работы сети при отключенном аварийном участке.
Автоматический дистанционно управляемый выключатель нагрузки наружной установки с двойным разрывом прошёл испытания и зарекомендовал себя как высокоэффективное, современное устройство, которое не требует частого обслуживания и тем более ремонта, то есть его использование не требует дорого обслуживания
Данное устройство надежнее по сравнению с известными аналогами и призвано расширить арсенал известных технических средств и устройств, относящихся к данной области техники на рынке.