КОМПЛЕКТНОЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к электротехнике, а именно, к комплектным распределительным устройствам, оборудованных выкатными элементами и предназначенным для приема и распределения электрической энергии трехфазного переменного тока при номинальном напряжении 35 кВ промышленной частоты 50 или 60 Гц на трансформаторных подстанциях и распределительных пунктах.
Важными характеристиками комплектных распределительных устройств (далее - КРУ), которые должны учитываться при их проектировании и изготовлении, являются компактное конструктивное исполнение при одновременном обеспечении требований безопасности и удобства обслуживания. Компактное исполнение КРУ характеризуется их габаритными размерами и непосредственно связано с капитальными затратами на сооружение подстанций и распределительных пунктов и текущими затратами на их содержание. Основными критериями при оценке этого фактора является рациональное использование производственных площадей. Безопасность эксплуатации КРУ непосредственно связана с эффективностью защиты силового и иного оборудования при аварийных ситуациях и системы блокирования нештатных режимов работы при эксплуатации, а также с ограничением несанкционированного доступа к оборудованию обслуживающего персонала. Основным критерием при оценке безопасной эксплуатации КРУ является исключение аварийных ситуаций при нештатных режимах эксплуатации или в результате ошибочных действий персонала. Удобство облуживания в большой степени зависит от конструктивного исполнения и габаритных размеров корпуса КРУ, компоновки отсеков в корпусе и расположения силового и иного оборудования в отсеках. Основными критериями при оценке удобства обслуживания является обеспечение беспрепятственного доступа персонала к оборудованию в отсеках при проведении регламентных осмотров и ремонтных работ.
Известно КРУ серии КУ 35 производства ОАО "Ровенский завод высоковольтной аппаратуры", г.Ровно, Украина (патент UA №54274, Н02В 11/00, Н02В 13/00, дата публикации 15.03.2006 г.), выполненное в виде металлического корпуса, разделенного на релейный отсек, отсек выкатного элемента, кабельный отсек и отсек сборных шин. Релейный отсек расположен в верхней передней части корпуса и содержит аппараты и приборы вспомогательных цепей для управления, защиты, сигнализации, измерения и учета электроэнергии. Отсек выкатного элемента расположен под релейным отсеком с образованием за последним вертикального канала для сброса избыточного давления с поворотным клапаном в нижней части канала. В отсеке выкатного элемента расположены выкатной элемент, выполненный в виде тележки со смонтированным на ней силовым оборудованием, защитные шторки с механизмом их перемещения и опорные изоляторы для крепления неподвижных контактов верхнего штепсельного разъема. Тележка выкатного элемента содержит винтовой механизм для перемещения внутри отсека выключателя, механизм фиксирования в рабочем и контрольном положениях, элементы для взаимодействия с механизмом перемещения защитных шторок и переднюю защитную панель. Силовое оборудование выполнено в виде высоковольтного вакуумного выключателя (далее - выключатель) и трансформатора тока, главные токоведущие контакты которых связаны между собой посредством шины. При этом подвижные контакты верхнего штепсельного разъема выполнены на выключателе, а нижнего штепсельного разъема - на трансформаторе тока. Отсек сборных шин расположен в верхней части корпуса за вертикальным каналом для сброса избыточного давления из отсека выкатного элемента и содержит сборные шины, соединенные с неподвижными контактами верхнего штепсельного разъема, закрепленными в проходных изоляторах на горизонтальной плите, разделяющей отсек сборных шин и отсек выкатного элемента. Кабельный отсек размещен в нижней части корпуса под отсеком сборных шин и содержит линейные шины, соединенные с неподвижными контактами нижнего штепсельного разъема, закрепленными в проходных изоляторах на вертикальной плите, разделяющей кабельный отсек и отсек выкатного элемента, и заземляющий разъединитель с приводом. Корпус выполнен сборно-сварной конструкции и разделен на отсеки посредством перегородок и плит для крепления проходных изоляторов. Крыша корпуса выполнена с возможностью теплообмена и сброса избыточного давления и продуктов дугового разряда при коротких замыканиях из релейного отсека, отсеков выкатного элемента и сборных шин. Задняя стенка корпуса выполнена в виде двух щитов, закрепленных на каркасных элементах болтовыми соединениями, а передняя стенка образована дверями релейного отсека и отсека выкатного элемента, оборудованных замками. Габаритные размеры металлического корпуса КРУ составляют 2715×1500×2700 мм.
Недостатками известного технического решения являются:
- сравнительно большие габаритные размеры, обусловленные размещением трансформатора тока на выкатном элементе и размещением в отсеке выкатного элемента опорных изоляторов для крепления неподвижных контактов верхнего штепсельного разъема, что существенно увеличивает глубину этого отсека и КРУ в целом;
- недостаточная безопасность эксплуатации, обусловленная применением проходных изоляторов для вывода неподвижных контактов нижнего и верхнего штепсельных разъемов и выполнением кабельного отсека без локального канала для сброса избыточного давления и продуктов дугового разряда;
- недостаточное удобство обслуживания, обусловленное размещением на выкатном элементе выключателя и трансформатора тока, что приводит к существенному увеличению веса выкатного элемента, а также необходимости выполнения операций по заземлению вторичных цепей при демонтаже трансформатора тока и его коммерческому опломбированию при каждом перемещении выкатного элемента в ремонтное положение.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования известной конструкции КРУ, в котором за счет иного конструктивного исполнения кабельного отсека и иной взаимосвязи элементов в кабельном отсеке и в отсеке выкатного элемента достигается уменьшение габаритных размеров при повышении безопасности эксплуатации и удобства обслуживания.
Поставленная задача решается тем, что в комплектном распределительном устройстве, выполненном в виде в виде металлического корпуса, разделенного на релейный отсек, отсек выкатного элемента, кабельный отсек и отсек сборных шин, в котором релейный отсек расположен в верхней передней части корпуса и содержит аппараты и приборы вспомогательных цепей, отсек выкатного элемента расположен под релейным отсеком с образованием за последним вертикального канала для сброса избыточного давления и содержит выкатной элемент со смонтированным на нем высоковольтным выключателем и защитные шторки с механизмом их перемещения, кабельный отсек размещен в задней части корпуса и содержит линейные шины, соединенные с неподвижными контактами нижнего штепсельного разъема, и заземляющий разъединитель, отсек сборных шин расположен в верхней части корпуса и содержит сборные шины, соединенные с неподвижными контактами верхнего штепсельного разъема, при этом устройство содержит трансформаторы тока, а выкатной элемент выполнен с возможностью перемещения внутри упомянутого отсека и фиксирования в рабочем и контрольном положениях, согласно полезной модели кабельный отсек выполнен с образованием вертикального канала для сброса избыточного давления и продуктов дугового разряда, расположенным между задними стенками металлического корпуса и отсека сборных шин, трансформаторы тока закреплены в кабельном отсеке и соединены с линейными шинами и неподвижными контактами нижнего штепсельного разъема, а неподвижные контакты нижнего и верхнего штепсельных разъемов размещены в изолирующих камерах.
Для повышения удобства обслуживания и снижения трудоемкости демонтажа и монтажа задняя стенка металлического корпуса выполнена в виде легкосъемных верхнего и нижнего щитов кабельного отсека, оборудованных автоматическими замкам.
Для повышения безопасности эксплуатации КРУ выполнено с механизмами блокирования включения высоковольтного выключателя при промежуточном положении выкатного элемента, блокирования перемещения выкатного элемента из рабочего положения в контрольное и из контрольного в рабочее при включенном высоковольтном выключателе и из контрольного положения в рабочее при замкнутом заземляющем разъединителе, блокирования включения заземляющего разъединителя при рабочем и промежуточных положениях выкатного элемента, блокирования отключения цепей управления высоковольтным выключателем при рабочем положении выкатного элемента и блокирования снятия нижнего щита кабельного отсека при разомкнутом заземляющем разъединителе.
Совокупность указанных усовершенствований позволяет обеспечить иную, более рациональную компоновку отсеков в корпусе и более рациональное размещение силового оборудования в отсеках, и, как следствие, уменьшить габаритные размеры КРУ в целом. При этом одновременно повышается удобство его обслуживания за счет существенного уменьшения веса выкатного элемента и исключения дополнительных операций, связанных с демонтажем трансформаторов тока и его коммерческим опломбированием. Повышение безопасности эксплуатации КРУ обеспечивается за счет размещения неподвижных контактов нижнего и верхнего штепсельных разъемов в изолирующих камерах и выполнения кабельного отсека с вертикальным каналом для сброса избыточного давления и продуктов дугового разряда. Выполнение задней стенки металлического корпуса в виде легкосъемных верхнего и нижнего щитов кабельного отсека, оборудованных автоматическими замками, позволяет повысить удобство обслуживания этого отсека и снизить трудоемкость демонтажа и монтажа задней стенки при одновременном обеспечении мер безопасности, ограничивающих несанкционированный доступ к оборудованию обслуживающего персонала. Заявляемая конструкция КРУ содержит многоуровневую систему безопасности, реализуемую механизмами блокирования, в т.ч. блокирования снятия нижнего щита кабельного отсека при разомкнутом заземляющем разъединителе.
Конструктивное исполнение полезной модели иллюстрируется на примере комплектного распределительного устройства серии ВМ-4, разработанного ООО "АВМ АМПЕР", г.Кременчуг, Украина. КРУ данной серии предназначены для приема и распределения электрической энергии напряжением до 35 кВ, номинальным током 1250, 1600, 2000, 2500 и 3150 А, номинальным током отключения 25,0 и 35,5 кА и промышленной частотой 50 и 60 Гц.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется представленными фигурами чертежа: на фиг.1 - общий вид, вид сбоку (контрольное положение выкатного элемента); на фиг.2 - выкатной элемент с высоковольтным выключателем, вид сбоку; на фиг.3 - замок нижнего щита кабельного отсека (закрытое положение); на фиг.4 - замок нижнего щита кабельного отсека (открытое положение); на фиг.5 - механизм блокирования снятия нижнего щита кабельного отсека (снятие заблокировано, заземляющий разъединитель разомкнут); на фиг.6 - механизм блокирования снятия нижнего щита кабельного отсека (снятие разблокировано, заземляющий разъединитель замкнут).
КРУ выполнено (фиг.1) в виде металлического корпуса 1, разделенного на релейный отсек 2, отсек выкатного элемента 3, отсек сборных шин 4 и кабельный отсек 5. Корпус 1 выполнен из цельногнутых стальных оцинкованных листов, что обеспечивает его долговечность и надежное крепление силового и иного оборудования в отсеках.
Релейный отсек 2 расположен в верхней передней части корпуса 1 и содержит аппараты и приборы вспомогательных цепей для управления, защиты, сигнализации, измерения и учета электроэнергии (не показаны).
Отсек выкатного элемента 3 расположен (фиг.1, 2) в передней части корпуса 1 под релейным отсеком 2 с образованием за ним вертикального канала 6 для сброса избыточного давления. Отсек выкатного элемента 3 содержит выкатной элемент, выполненный в виде тележки 7, со смонтированным на нем выключателем 8 и защитные шторки 9 с рычажным механизмом их перемещения 10. Выключатель 8 выполнен с розеточными контактами верхнего 11 и нижнего 12 штепсельных разъемов. В верхней части тележки 7 выполнен трек 13 с винтовым механизмом перемещения в отсеке выкатного элемента 3 из рабочего положения в контрольное и обратно и механизм фиксирования в рабочем и контрольном положениях (не показаны). Выкатной элемент содержит также переднею панель 14, элементы для взаимодействия с рычажным механизмом 10 перемещения защитных шторок 9 и с заземляющим разъединителем (не показаны). В зависимости от назначения КРУ на выкатной тележке 7 вместо выключателя 8 могут быть смонтированы трансформатор напряжения или штепсельный разъединитель (не показаны).
Отсек сборных шин 4 расположен (фиг.1) в верхней части корпуса 1 за вертикальным каналом 6 отсека выкатного элемента 3 и содержит сборные шины 15, закрепленные на проходных изоляторах 16 и соединенные посредством шинных опусков 17 с неподвижными штырьевыми контактами 18 верхнего штепсельного разъема, размещенными в изолирующих камерах 19.
Кабельный отсек 5 расположен (фиг.1, 5, 6) в задней части корпуса 1 за отсеками выкатного элемента 3 и сборных шин 4 и содержит вертикальный канал 20 для сброса избыточного давления и продуктов дугового разряда. В кабельном отсеке 5 расположены линейные шины 21, последовательно соединенные с ними трансформаторы тока 22, шины отпуска 23 и неподвижные штырьевые контакты 24 нижнего штепсельного разъема, размещенные в изолирующих камерах 25, и заземляющий разъединитель, состоящий из неподвижных контактов 26 и заземляющих ножей 27 с приводом их перемещения 28. Линейные шины 21 закреплены на опорных изоляторах 29, трансформаторы тока 22 закреплены на днище кабельного отсека 5, неподвижные контакты 26 заземляющего разъединителя закреплены на линейных шинах 21, а заземляющие ножи 27 закреплены на съемной панели 30 в задней части кабельного отсека 5. В нижней части кабельного отсека 5 расположены ограничители перенапряжения 31, и емкостные датчики 32, соединенные с линейными шинами 21, и трансформатор тока защиты от замыкания на землю (не обозначен). Между линейными шинами 21 расположены изолирующие перегородки 33, выполненные из текстолита.
Передняя стенка корпуса 1 образована (фиг.1, 3-6) дверцами 34 и 35 с ручками (не обозначены), соответственно, релейного отсека 2 и отсека выкатного элемента 3, а задняя стенка выполнена легкосъемной и состоит из верхнего 36 и нижнего 37 щитов кабельного отсека 5. Вдоль боковых кромок упомянутых щитов 36 и 37 с заданным шагом расположены крюкообразные выступы 38, выполненные с возможностью взаимодействия с пазами в отбортовках боковых стенок (не обозначены) корпуса 1. В верхних частях щитов 36 и 37 размещены автоматические замки 39, а ниже их - ручки 40. Канал 6 отсека выкатного элемента 3 образован задней стенкой (не обозначена) релейного отсека 2 и передней стенкой 41 отсека сборных шин 4. Задняя, наклонная и нижняя стенки стенка отсека сборных шин 4, отделяющие его от кабельного отсека 5, выполнены в виде съемного щита 42 и соответствующих перегородок (не обозначены), закрепленных в корпусе 1 посредством болтовых соединений (не обозначены). Отсек выкатного элемента 3 отделен от релейного отсека 2 днищем последнего (не обозначено), а от кабельного отсека 5 - вертикальной перегородкой 43.
Автоматические замки 39 на верхнем 36 и нижнем 37 щитах кабельного отсека 5 выполнены (фиг.3, 4) в виде подпружиненных защелок 44, закрепленных посредством осей 45 и пружин 46 на внутренних поверхностях упомянутых щитов с возможностью взаимодействия с упорами 47, которые жестко закреплены на корпусе 1. Защелки 44 содержат проушины 48 с отверстиями 49 и планку 50, а щиты 36 и 37 выполнены с прорезями 51. При этом верхняя часть защелок 44 выполнена с возможностью взаимодействия с упорами 47, а проушины 48 выполнены с возможностью их размещения через прорези 51 с наружной стороны щитов 36 и 37 и фиксирования защелок 44 в закрытом положении посредством планки 50 и отверстий 49 для установки навесных замков (не показаны).
Механизм блокирования снятия нижнего щита 37 кабельного отсека 5 при при разомкнутом заземляющем разъединителе расположен в кабельном отсеке 5 и состоит (фиг.5, 6) из кулачка 52 с выступом 53, закрепленном на поворотном кронштейне 54, который смонтирован на валу 55 привода перемещения 28 заземляющих ножей 27. Съемная панель 30 содержит упор 56, выполненный с возможностью взаимодействия с выступом 53 на кулачке 52 при неналоженном положении заземляющих ножей 27.
Крыша корпуса 1 выполнена (фиг.1) в виде откидных крышек (не обозначены) с просечными жалюзи 57, предназначенными для теплообмена, а также для сброса избыточного давления и продуктов дугового разряда при возникновении аварийного короткого замыкания, соответственно, из отсека выкатного элемента 3, отсека сборных шин 4 и кабельного отсека 5. Просечные жалюзи 58 выполнены также на дверце 35 и на нижнем щите 37.
Для контроля работы КРУ в отсеках выкатного элемента 3, сборных шин 4 и в кабельном отсеке 5 размещены фоторезисторы (не обозначены), выполненные с возможностью реагирования на световую вспышку, возникающую при аварийном коротком замыкании.
В КРУ предусмотрена электрическая сигнализация о рабочем и контрольном положениях выкатного элемента, а также многоуровневая система безопасности, реализуемая механизмами электрического и механического блокирования.
Механизм блокирования перемещения выкатного элемента и механизм блокирования включения выключателя обеспечивают:
- блокирование, не допускающее перемещение выкатного элемента из рабочего положения в контрольное и из контрольного в рабочее при включенном выключателе;
- блокирование, не допускающее включение выключателя при промежуточном (между рабочим и контрольным) положении выкатного элемента.
Механизм блокирования заземляющего разъединителя обеспечивает:
- блокирование, не допускающее перемещение выкатного элемента из контрольного положения в рабочее при замкнутом заземляющем разъединителе;
- блокирование, не допускающее замыкание заземляющего разъединителя при рабочем и промежуточном положениях выкатного элемента.
Механизм блокирования дверцы кабельного отсека обеспечивает блокирование ее замка при разомкнутом заземляющем разъединителе.
Механизм блокирования цепей управления выключателем обеспечивает блокирование их отключения при рабочем положении выкатного элемента.
Механизмы блокирования перемещения выкатного элемента при включенном выключателе 8 и блокирования включения выключателя 8 при промежуточном положении выкатного элемента выполнены на треке 13 и в корпусе выключателя 8 (не показаны).
Механизмы блокирования перемещения выкатного элемента из контрольного в рабочее положение при замкнутом заземляющем разъединителе, блокирования замыкания заземляющего разъединителя при рабочем и промежуточном положениях выкатного элемента и блокирования дверцы кабельного отсека связаны с приводом 28 перемещения заземляющих ножей 27.
В КРУ, оборудованных трансформатором напряжения или штепсельными разъединителями, предусмотрено электрическое блокирование, не допускающее перемещение выкатного элемента с находящимися под нагрузкой разъемными контактами.
Работа заявляемого КРУ осуществляется следующим образом.
Выкатной элемент может занимать три положения относительно отсека выкатного элемента 3: рабочее, при котором главные и вспомогательные цепи замкнуты, выкатной элемент находится внутри отсека 3 в фиксированном положении, заземляющий разъединитель разомкнут; контрольное, при котором главные цепи разомкнуты, вспомогательные - замкнуты, выкатной элемент находится внутри отсека 3 в фиксированном положении, заземляющий разъединитель замкнут; ремонтное, при котором главные и вспомогательные цепи разомкнуты, заземляющий разъединитель замкнут, фасадная дверь 35 открыта и выкатной элемент находится вне отсека 3.
В рабочем состоянии КРУ отсек выкатного элемента 3 с фасадной стороны изолирован дверью 35, а внутри отсека - передней панелью 14. Автоматические замки 39 на верхнем 36 и нижнем 37 щитах кабельного отсека 5 закрыты. Защитные шторки 9 открыты, неподвижные контакты 26 и заземляющие ножи 27 находятся в разомкнутом положении. Приводы механизмов перемещения выкатного элемента и заземляющих ножей 27, а также снятие нижнего щита 37 кабельного отсека 5 заблокированы. Неподвижные штырьевые 19 и 24 и подвижные розеточные 11 и 12 контакты верхних и нижних штепсельных разъемов замкнуты, подавая напряжение от сборных шин 15 отсека сборных шин 4 к линейным шинам 21 кабельного отсека 5 и далее - к выходным кабелям цепи нагрузки.
Для проведения регламентных осмотров выкатной элемент с выключателем 8 перемещают из рабочего положения в контрольное. Для этого предварительно отключают выключатель 8, после чего главные цепи размыкаются и автоматически снимается блокирование на перемещение выкатного элемента из рабочего положения в контрольное. Посредством винтового механизма выкатной элемент перемещают внутри отсека в контрольное положение. При этом неподвижные штыревые 19 и 24 и подвижные розеточные 11 и 12 контакты верхних и нижних штепсельных разъемов размыкаются, а шторный механизм 10 автоматически сдвигает защитные шторки 9, закрывая доступ к изолирующим камерам 19 и 25 со стороны отсека выкатного элемента 3. После достижения выключателем 8 контрольного положения автоматически снимается блокирование с привода 28 заземляющих ножей 27. Со стороны фасадной дверцы 35 посредством съемной рукоятки (не показана) и привода перемещения 28 заземляющие ножи 27 накладывают на неподвижные контакты 26. При этом одновременно в механизме блокирования снятия нижнего щита 37 кабельного отсека 5 кулачок 52 посредством выступа 53 освобождает упор 56. После этого закрытое состояние нижнего 37 и верхнего 36 щитов обеспечивается автоматическими замками 39. В контрольном положении выкатного элемента сохраняется электрическая связь между релейным отсеком 2 и выключателем 8, что позволяет проводить контроль работоспособности КРУ.
Для проведения ремонтных работ выкатной элемент перемещают в ремонтное положение. Для этого при контрольном положении выкатного элемента открывают фасадную дверцу 35, отключают электрическую связь между релейным отсеком 2 и выключателем 8 и вручную снимают фиксирование трека 13 в отсеке выкатного элемента 3. Через открытую дверцу 35 выкатной элемент на тележке 7 выкатывают из отсека выкатного элемента 3. Доступ к силовому оборудованию, размещенному в кабельном отсеке 5, и к отсеку сборных шин 4 осуществляется со стороны нижнего 37 и верхнего 36 щитов. Для этого открывают автоматические замки 39, упомянутые щиты приподнимают вверх для выведения крюкообразных выступов 38 из пазов в отбортовках боковых стенок и снимают с корпуса 1.
Закатывание выкатного элемента из ремонтного положения в контрольное и дальнейшее включение КРУ производится в обратной последовательности.
Проведенные исследования заявляемого технического решения в конструкции КРУ серии ВМ-4 подтвердили его работоспособность и достижение поставленной задачи. Размещение трансформаторов тока в кабельном отсеке позволило уменьшить глубину отсека выкатного элемента и габаритные размеры КРУ в целом, которые у КРУ серии ВМ-4 составляют 2535×1200×2235 мм, что значительно меньше, чем у КРУ-прототипа. При этом одновременно повышается удобство обслуживания силового оборудования на выкатном элементе. За счет изменения компоновки кабельного отсека, а также размещения неподвижных контактов нижнего и верхнего штепсельных разъемов в изолирующих камерах улучшена локализация отсеков, что повышает безопасность эксплуатации КРУ. Достижение этого результата обеспечивается также за счет выполнения задней стенки металлического корпуса в виде легкосъемных верхнего и нижнего щитов кабельного отсека, оборудованных автоматическими замками, и выполнения нижнего щита с механизмом блокирования его снятия при разомкнутом заземляющем разъединителе.