При повреждении обмотки статора мощных генераторов переменного тока единственным средством ограничения повреждений машины от тока КЗ является быстрое уменьшение магнитного поля возбуждения. Ввиду того что индуктивность L обмотки возбуждения велика, при быстром ее отключении на ней появляется напряжение Au=Ldi/dt, достаточное для пробоя изоляции обмотки. Для того чтобы быстро отключить обмотку и ограничить перенапряжения, применяются специальные автоматы гашения поля с дугогасительной решеткой. На рис. 17.8, а показана обмотка возбуждения RB, L генератора, питающаяся от возбудителя В. Для ограничения перенапряжений и ускорения отключения используются замыкающий К1 и размыкающий К2 контакты. При отключении вначале замыкается контакт К1, а затем размыкается контакт К2. Условия гашения дуги в контакте К2 облегчены, так как большая электромагнитная энергия, накопленная в обмотке возбуждения, тратится в резисторе Rt. Этот же резистор ограничивает ток возбудителя после замыкания контакта KL

Номинальное напряжение ТТ должно быть не меньше номинального напряжения сети, в которой он устанавливается. Обычно изоляция ТТ находится под воздействием фазного напряжения. Однако в энергосистемах с изолированной нейтралью при заземлении одной фазы ТТ оказывается под линейным напряжением. Наибольший возможный ток продолжительного режима работы установки высокого напряжения должен быть возможно ближе к номинальному первичному току ТТ для получения наименьшей погрешности. ТТ с вторичным током 1 А желательно применять при удаленном расположении ТТ от аппаратов релейной защиты, так как в этом случае можно допустить большее сопротивление проводников, соединяющих его с нагрузкой.

КОНСТРУКЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Различают одновитковые и многовитковые трансформаторы тока. В одновитковом ТТ первичная обмотка может быть выполнена в виде стержня, шины или пакета шин. Примером такого исполнения является трансформатор типа ТПОЛ-10 с номинальным напряжением 10 кВ (рис. 22.15), который используется как проходной изолятор при переходе линии из одного помещения в другое.
Применение литой эпоксидной изоляции позволяет сильно упростить конструкцию и технологию производства по сравнению со сборными ТТ с фарфоровой изоляцией. Первичная обмотка-стержень 4, магнитопроводы / и крепежное кольцо 3 устанавливаются в специальную форму и заливаются жидкой смесью эпоксидной смолы, пылевидного кварцевого песка и отвердителя. После затвердения и полимеризации эта смесь приобретает высокие электрические и механические свойства.

 Для удобства измерения тока в установках высокого напряжения и изоляции измерительных приборов и устройств релейной защиты от высокого напряжения служат трансформаторы тока (ТТ). ТТ имеет замкнутый магнитопровод с двумя обмотками. Через первичную обмотку пропускается измеряемый ток, вторичная обмотка подключается к измерительным приборам или реле. Первичная обмотка изолирована от вторичной в соответствии с классом изоляции аппарата. Один вывод вторичной обмотки обязательно заземляется.

а) Принцип работы. Стремление к уменьшению потерь напряжения на реакторе в номинальном режиме, к упрощению и удешевлению распределительных устройств привело к созданию сдвоенных реакторов. При обычных реакторах (рис. 20.6, а) каждая отходящая линия имеет свой реактор, рассчитанный на номинальный ток линии. Каждая трехфазная группа реакторов размещается в специальной ячейке распредустройства.
В сдвоенных реакторах (рис. 20.6, б) реакторы соседних ветвей сближены так, что между ними существует сильная магнитная связь. Совмещение в одном реакторе двух уменьшает габариты аппарата, удешевляет и упрощает распредустройство.

 

 Наиболее распространены бетонные реакторы. На рис. 20 3 представлен трехфазный комплект таких реакторов. Из многожильного провода / соответствующего сечения намотаны катушки реакторов Л, В, С. Заливкой в специальные формы получаются бетонные вертикальные стойки — колонны 2, которые скрепляют между собой отдельные витки катушки Торцы колонн имеют шпильки с изоляторами 3, 4.

Быстродействие автомата может быть повышено за счет сокращения собственного времени отключения и времени гашения дуги. Последнее ограничивается уровнем перенапряжений. Чем быстрее уменьшается ток, тем выше перенапряжение (§ 4.2). Длительность гашения дуги в настоящее время доведена до (1,5н-2) • 10-2 с (на постоянном токе) . Дальнейшее уменьшение длительности гашения дуги на данном этапе развития техники не представляется перспективным. Поэтому в настоящее время основное внимание уделяется уменьшению собственного времени отключения автомата.

а) Автоматы серии А-3700 (рис. 17.4, а).   Неподвижный контакт
7 имеет возможность небольшого перемещения и находится под действием контактной пружины (аналогично рис. 17.1). Подвижный контакт 6 укреплен на изоляционном рычаге, связанном с механизмом аппарата через тягу 16, Контакты имеют металлокерамические накладки 5. Ток коммутируемой цепи проходит также через катушку электромагнита максимального расцепителя 10 и трансформатор тока 3. Автоматы этой серии могут быть токоограничивающими и селективными. В первых при больших токах КЗ неподвижный контакт 7 отбрасывается влево электродинамической силой в точке касания контактов и дуга возникает до начала движения подвижного контакта. Если первоначально ток цепи составлял 100 к А, то через 1 мс за счет сопротивления дуги он уменьшается до 20—50 кА. Повторное касание контактов не происходит, так как расцепитель 10 с помощью якоря 15 освобождает механизм и начинается движение контакта 6, Гашение дуги осуществляется дугогасительной решеткой 9 (§ 4.11). Полное время срабатывания токоограничивающего автомата 10—15 мс.

Отключение автоматов происходит под действием на механизм свободного расцепления элементов защиты — расцепителей. Наиболее распространены максимальные расцепители. Для защиты оборудования от перегрузок необходимо, чтобы времятоковая характеристика расцепителя шла возможно ближе к характеристике защищаемого объекта.
В максимальных расцепителях широко используются электромагнитные системы и тепловые системы с биметаллической пластиной. Электромагнитный расцепитель (поз. 8, рис. 17.1) прост по конструкции, обладает высокой термической и электродинамической стойкостью и стойкостью к механическим воздействиям. До момента воздействия на механизм свободного расцепления якорь расцепителя обычно преодолевает значительный свободный ход (5—10 мм). Расцепление происходит за счет удара, в котором основную роль играет кинетическая энергия якоря, накопленная при его движении.

а) Приводы. Привод должен обеспечить усилие на контактах, необходимое для включения автомата в самом тяжелом случае — на существующее КЗ.
Приводы могут быть ручные и электромеханические. Ручные приводы применяются при номинальных токах до 200 А. При токах до 1 кА применяются электромагнитные приводы, обеспечивающие необходимую скорость нарастания давления в контактах. Недостатками электромагнитного привода являются большие скорости движения и удары в механизме, которые могут приводить к вибрации контактов.
Обычно электромагнитный привод автомата питается от той же сети, что и нагрузка. Напряжение на приводе в момент включения на существующее КЗ падает до нуля, и автомат может не включиться. В приводе независимого действия энергия, необходимая для включения, накапливается в заведенной пружине. После подачи команды на включение освобождается удерживающая защелка пружины и автомат включается при любых напряжениях сети.

а) Токоведущая цепь. Наиболее важной частью токоведущей цепи автоматов являются контакты. При номинальных токах до 200 А применяется одна пара контактов, которые для увеличения дугостойкости могут быть облицованы металлокерамикой. При токах более 200 А применяются двухступенчатые контакты типа перекатывающегося контакта (рис. 3.15) или пары главных и дугогасительных контактов. Основные контакты облицовываются серебром либо металлокерамикой (серебро, никель, графит). Дугогаентельный неподвижный контакт покрывается металлокерамикой СВ-50 (серебро, вольфрам), подвижный — СН-29ГЗ. Применяется металлокерамика и других марок. Работа таких контактов рассмотрена в § 3.4. В автоматах на большие номинальные токи применяется несколько параллельных пар глазных контактов.
В быстродействующих автоматах с целью уменьшения собственного времени применяются исключительно торцевые контакты, имеющие малый провал. Контакты изготавливаются из меди, а поверхности касания подвергаются серебрению. В настоящее время проводятся работы по созданию искусственного жидкостного охлаждения контактов [3.2]. Такое решение позволяет сохранить малую массу и быстродействие автомата и увеличить длительный ток с 2,5 до 10 кА.

Автоматические воздушные выключатели (автоматы) служат для автоматического отключения электрической цепи при перегрузках, КЗ, чрезмерном понижении напряжения питания, изменении направления мощности и т. п., а также для редких включений и отключений вручную номинальных токов нагрузки.
К автоматам предъявляются следующие требования.
1. Токоведущая цепь автомата должна пропускать номинальный ток в течение сколь угодно длительного времени. Режим продолжительного включения для автомата является нормальным. Токоведущая система автомата может подвергаться воздействию больших токов КЗ как при замкнутых контактах, так и при включении на существующее КЗ.
2. Автомат должен обеспечивать многократное отключение предельных токов КЗ, которые могут достигать сотен килоампер. После отключения этих токов автомат должен быть пригоден для длительного пропускания номинального тока.

а) Назначение, предъявляемые требования. При напряжении выше 3 кВ и частоте 50 Гц применяются высоковольтные предохранители. Процесс нагрева плавкой вставки в высоковольтных предохранителях протекает так же, как и в предохранителях низкого напряжения.
В отношении времени плавления к высоковольтным предохранителям предъявляется следующее общее требование: длительность плавления вставки должна быть менее 2 ч при токе перегрузки, равном 2/„ом, и более 1 ч при токе перегрузки, равном 1,3/ном.
Высоковольтные предохранители часто применяются для защиты трансформаторов напряжения от КЗ (§ 23.1). Ток, текущий через предохранитель в номинальном режиме, не превышает доли ампера. В таких предохранителях время плавления вставки равно 1 мин при токе 1,25—2,5 А.
В связи с высоким значением восстанавливающегося напряжения процесс гашения дуги усложняется. В связи с этим изменяются габаритные размеры и конструкция высоковольтных предохранителей. Наибольшее распространение получили предохранители с мелкозернистым наполнителем и стреляющего типа.
б) Предохранители с мелкозернистым наполнителем. Размер зерен и материал такие же, как и в низковольтных предохранителях.

а) Выбор по условиям длительной эксплуатации и пуска. В процессе длительной эксплуатации температура нагрева предохранителя не должна превосходить допустимых значений. В этом случае обеспечивается стабильность времятоковых характеристик предохранителя. Для выполнения этого требования необходимо, чтобы патрон и плавкая вставка выбирались на номинальный ток, равный или несколько больший номинального тока защищаемой установки.
Предохранитель не должен отключать установку при перегрузках, которые являются эксплуатационными. Так, пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может достигать 7/НОм. По мере разгона пусковой ток падает до значения, равного номинальному току двигателя. Длительность пуска зависит от характера нагрузки. Например, для привода металлорежущих станков с относительно небольшой инерцией механизма время разгона двигателя составляет 1 с. Процесс разгона центрифуги происходит значительно медленней из-за большой инерции механизма, и длительность пуска может достигать 10 с и более. Предохранитель должен не перегорать при воздействии пусковых токов, а в плавких вставках не должно происходить старения под действием этих токов.