Высоковольтное комплектное распределительное устройство наружной установки Российский патент 2021 года по МПК H02B13/02 

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к устройству для распределения электрической энергии и может быть использовано для соединения высоковольтных воздушных линий электропередач с высоковольтными кабельными линиями электропередач для обеспечения электроснабжения основного горно-транспортного оборудования, в частности электрических экскаваторов, карьерных роторных комплексов, а также для обеспечения освещения рабочих мест в карьерах.

Известно высоковольтное комплектное распределительное устройство (патент №2496199, опуб. 20.10.2013), которое содержит металлический корпус, разделенный на технологические отсеки и содержащей коммутационный аппарат, микропроцессорную защиту и защиту главных цепей. Устройство выполнено с возможностью одностороннего и двухстороннего обслуживания, в качестве коммутационного аппарата применен высоковольтный контактор, а микропроцессорная защита выполнена с возможностью обеспечения совместной работы с датчиками температуры, уровня, сухого хода, датчиками затопления, скорости и давления и возможностью интеграции в системы АСКУЭ и АСУТП. Ввод и отходящие линии выполнены в виде сборных шин или кабельного присоединения, а защита главных цепей выполнена в виде устройства дуговой защиты и разгрузочных клапанов.

Недостатками этого устройства является отсутствие сигнального фонаря для оповещения о наличии напряжения на питающем фидере 6/10 кВ, отсутствие высоковольтной изоляции на токоведущих частях, что в меньшей степени обеспечивает безопасность проведения работ при эксплуатации (соединение или рассоединение высоковольтных кабелей), чем при наличии сигнального фонаря и высоковольтной изоляции.

Известно другое высоковольтное комплектное распределительное устройство (патент №2550810, опуб. 20.05.2015), которое выполнено с возможностью использования в качестве отдельного распределительного устройства и одностороннего и двухстороннего обслуживания, содержащее два высоковольтных вакуумных или тиристорных контактора, с возможностью дистанционного управления их включением/отключением, микропроцессорную защиту и защиту сборных шин главных цепей, выполненную в виде устройства дуговой защиты и разгрузочных клапанов. Высоковольтное комплектное распределительное устройство имеет два высоковольтных ввода: один от сети 10(6) кВ, а второй - от высоковольтного преобразователя частоты или высоковольтного устройства плавного пуска, и одну отходящую линию - к высоковольтному электродвигателю, причем электрические цепи ввода от сети 10(6) кВ, ввода от высоковольтного преобразователя частоты или высоковольтного устройства плавного пуска, а также отходящей линии оборудованы каждая своим разъединителем с видимым разрывом и заземлителем, сборные шины ввода от сети, ввода от высоковольтного преобразователя частоты или высоковольтного устройства плавного пуска и отходящей линии, а также оба высоковольтных контактора и все разъединители выполнены с возможностью прохождения по ним равных номинальных токов, причем оба высоковольтных контактора выполнены с возможностью их защиты от одновременного включения в виде электрической и/или механической блокировки, а высоковольтные контакторы в цепи ввода от высоковольтного преобразователя частоты или высоковольтного устройства плавного пуска - с возможностью управления их включением/отключением автоматикой высоковольтного преобразователя частоты или высоковольтного устройства плавного пуска напрямую, минуя автоматику самого комплектного распределительного устройства.

Недостатками этого устройства является отсутствие сигнальных фонарей на высоковольтных вводах 10(6) кВ КРУ для оповещения о наличии напряжения на питающем фидере 10(6) кВ, отсутствие высоковольтной изоляции на токоведущих частях, что в меньшей степени обеспечивает безопасность проведения работ при эксплуатации (соединение или рассоединение высоковольтных кабелей), чем при наличии сигнального фонаря и высоковольтной изоляции.

Известно комплектное распределительное устройство наружной установки (патент на изобретение RU №2648685, опуб. 28.03.2018), которое является наиболее близким аналогом. Устройство содержит контейнер, в котором размещены ячейки с основным электротехническим оборудованием. Ячейки с основным электротехническим оборудованием содержат трансформаторы тока, заземлители и размещенные в отсеках выключатели. Проходные изоляторы, предназначенные для подключения к воздушной линии, размещены в верхней части устройства, шинные вводы размещены в съемном корпусе, установленном на боковой поверхности контейнера и имеющем люк для обслуживания, а ошиновка, соединяющая проходные изоляторы с трансформаторами тока, размещена в проеме контейнера с размещенными в нем проходными изоляторами. При этом трансформаторы тока закреплены в верхней части ячеек, между отсеком сборных шин и отсеком присоединения установлена разделительная перегородка, на которой установлен заземлитель. На внутренних вертикальных стенах отсеков присоединения и сборных шин выполнены люки для обслуживания. В нижней части съемного корпуса выполнен люк, предназначенный для подключения к кабельной линии.

Вышеуказанное комплектное распределительное устройство наружной установки не обеспечивает в достаточной мере безопасность проведения работ при эксплуатации (соединение или рассоединение высоковольтных кабелей), что является ее недостатками.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка конструкции высоковольтного комплектного распределительного устройства наружной установки, обеспечивающего безопасность, надежность и удобство обслуживания при его эксплуатации.

Обозначенная проблема решается за счет предлагаемого изобретения, согласно которому высоковольтное комплектное распределительное устройство наружной установки, содержит корпус с отсеками, трансформатор тока, заземлители и выключатели, в верхней части устройства размещены проходные изоляторы, предназначенные для подключения к воздушной линии, вводной отсек высокого напряжения, в котором расположены разъединитель, трансформатор собственных нужд и механизмы блокировок, отсек управления, в котором расположены приводы разъединителя и заземлителя, элементы управления и сигнализации, отсек релейной защиты и автоматики, счетчик учета расхода электроэнергии, в отсеке высокого напряжения с присоединением расположены вакуумный выключатель, трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, заземлитель, механизмы блокировок, на траверсе установлены разрядники, штыревые изоляторы используются для подачи напряжения через проходные изоляторы на разъединитель, на верхней части корпуса размещен сигнальный фонарь для оповещения о наличии напряжения на питающем фидере 6/10 кВ, трансформатор тока нулевой последовательности расположен в отсеке высоковольтного выключателя, а для разводки цепей в качестве токоведущих шин используется высоковольтный изолированный провод с фторксилоксановой изоляцией и барьерным слоем.

Технический результат заключается в повышении безопасности и удобства проведения электромонтажных работ.

Более подробно изобретение поясняется с помощью чертежей, на которых изображено следующее:

фиг. 1 - схема расположения конструктивных элементов в ячейке;

фиг. 2 - электрическая схема.

На чертежах указанные позиции обозначают следующие конструктивные элементы устройства:

1 - корпус, 2 - вводной отсек высокого напряжения, 3 - разъединитель (РВЗ), 4 - трансформатор собственных нужд (типа ОЛС-1,25), 5 - механизмы блокировок, 6 - отсек управления, 7 - приводы разъединителя, заземлителя, элементы управления и сигнализации, 8 - отсек релейной защиты и автоматики (РЗА), 9 - счетчик учета расхода электроэнергии, 10 - вакуумный выключатель (BB/TEL), 11 - трансформаторы тока, 12 - трансформатор тока нулевой последовательности (ТЗЛМ), 13 - трансформаторы напряжения (НОЛ), 14 - заземлитель (КЛ), 15 - разрядники, 16 - штыревые изоляторы, 17 - проходные изоляторы (ИП-10), 18 - сигнальный фонарь, 19 - высоковольтный изолированный провод с фторксилоксановой изоляцией и барьерным слоем, 20 - высоковольтный отсек подключения отходящего кабеля.

Корпус ячейки представляет собой шкаф с коммутационными аппаратами, приборами и аппаратами измерения, автоматики и защиты, управления и сигнализации, соединенных между собой в соответствии с электрической схемой, в вводном отсеке высокого напряжения расположены разъединитель РВЗ, трансформатор собственных нужд типа ОЛСП-1,25, механизмы блокировок, в отсеке управления расположены приводы разъединителя, заземлителя, элементы управления и сигнализации, отсек релейной защиты и автоматики РЗА, учет расхода электроэнергии - счетчик, в отсеке высокого напряжения с присоединением расположены вакуумный выключатель BB/TEL, трансформаторы тока, трансформаторы напряжения НОЛ, заземлитель КЛ, механизмы блокировок, на траверсе устанавливаются разрядники, штыревые изоляторы с которых через проходные изоляторы ИП-10 напряжение подается на разъединитель РВЗ, отсеки высокого напряжения и управления закрыты запирающимися замками с защелками и отпираемые одним ключом, дверь во вводной отсек высокого напряжения со стороны управления оснащена запирающим замком, ограждением из органического стекла, имеет механическую блокировку, исключающую возможность доступа в отсек при включенном разъединителе и отключенных заземляющих ножах разъединителя, а также включение разъединителя при открытой двери отсека вакуумного выключателя и выключенных заземляющих ножах КЛ, управление разъединителем осуществляется двумя приводами ПР-10, один из которых тягой соединен с валом основных ножей, другой - с валом заземляющих ножей как во водном отсеке высокого напряжения так и в отсеке с отдельным присоединением, между валами основных и заземляющих ножей предусмотрена механическая блокировка, исключающая включения заземляющих ножей при включенном разъединителе и включение разъединителя при включенных ножах, между валом основных ножей разъединителя и приводом вакуумного выключателя предусмотрена механическая блокировка, исключающая возможность оперирования при включенном вакуумном выключателе, блокировка отключает вакуумный выключатель при попытке отключить разъединитель при включенном вакуумном выключателе.

Устройство работает следующим образом.

Трехфазное напряжение величиной 6(10)кВ подается в карьер от питающей электроподстанции по воздушной линии электропередач (далее ВЛ). Электропитание передвижного горно-транспортного оборудования (экскаваторов, буровых станков, отвалообразователей и т.д.) осуществляется при помощи гибкого высоковольтного электрического кабеля (кабельной линии, далее КЛ). Для соединения ВЛ и КЛ используется приключательный пункт -высоковольтное комплектное распределительное устройство наружной установки, согласно предлагаемому изобретению. Напряжение 6(10)кВ от ВЛ подается на штыревые изоляторы 16 при помощи спусков проводов ВЛ (провода от опоры ВЛ спускаются к устройству и присоединяются к изоляторам 16). Далее напряжение от изоляторов 16 при помощи соединительных проводов подается на проходные изоляторы 17, и тем самым попадает в отсек разъединителя 3. При включении разъединителя 3 напряжение 6(10) кВ поступает на трансформатор собственных нужд 4 (при этом сразу загорается выносной сигнальный фонарь 18, свидетельствующий о наличии высокого напряжения на ВЛ), и через высоковольтный изолированный провод во фторсилоксановой изоляции 19 подается на трехфазный высоковольтный вакуумный выключатель 10 и трансформаторы напряжения НОЛ. Включение вакуумного выключателя осуществляется при помощи кнопки «ВКЛ», расположенной в отсеке релейной защиты и автоматики 8 (далее РЗА). После включения выключателя трехфазное напряжение 6(10) кВ при помощи высоковольтного провода, продетого сквозь внутреннее отверстие трансформатора тока нулевой последовательности ТЗЛМ 12 подается на вентильные разрядники 15, служащие для защиты оборудования от грозовых перенапряжений, и далее в высоковольтный отсек подключения отходящего кабеля 20. В высоковольтном отсеке подключения отходящего кабеля 20 соединяются три фазных провода от высоковольтного выключателя и три провода отходящего кабеля. Таким образом, осуществляется электроснабжение экскаваторов.

Выносной сигнальный фонарь о наличии напряжения на питающем экскаватор фидере позволяет машинисту при исчезновении напряжения на экскаваторе не покидая машины локализовать причину. В случае если сигнальный фонарь горит - причина исчезновения напряжения это защитное отключение устройства, в данном случае машинист оформляет необходимые документы и направляется к устройству (обычно это расстояние составляет от 200 до 500 метров) для выяснения причины отключения. В случае, если после исчезновения напряжения на экскаваторе сигнальный фонарь на устройстве не горит - значит на электрической подстанции произошло отключение всего питающего фидера (всей воздушной линии электропередач), направляться к устройству не нужно, машинист ожидает возобновления свечения сигнального фонаря. Это способствует повышению безопасности и надежности работы устройства, в том числе при проведении электромонтажных работ.

Трансформатор тока нулевой последовательности ТЗЛМ расположен в отсеке высоковольтного выключателя. В ранее известных устройствах стандартной конструкции данный трансформатор находился в высоковольтном отсеке подключения отходящего кабеля, и представлял собой тороидальную конструкцию с внутренним диаметром 72 мм. Для правильного подключения отходящего кабеля необходимо было все пять жил кабеля (три жилы фазного напряжения 6(10) кВ, одна жила - контрольного кабеля, и одна - заземляющая жила) продеть сквозь внутреннее отверстие трансформатора и затем заземляющую жилу обязательно продеть обратно и подключить к болту заземления в высоковольтном отсеке подключения отходящего кабеля. В противном случае защита от однофазного замыкания на землю работать не будет. Особую сложность вызывало подключение отходящего кабеля в темное время суток, при плохих погодных условиях (дождь, отрицательные температуры), а также подключение кабелей большого сечения, у которых наружный диаметр сопоставим с диаметром внутреннего отверстия трансформатора тока нулевой последовательности.

Расположение трансформатора тока нулевой последовательности ТЗЛМ в отсеке высоковольтного выключателя делает более удобным подключение отходящего кабеля, полностью исключает операции продевания пяти жил кабеля сквозь внутреннее отверстие трансформатора, обратное продергивание заземляющей жилы, и тем самым исключает ошибки персонала при подключении кабеля, делает подключение более удобным и комфортным. Это способствует повышению безопасности и надежности работы устройства, в том числе при проведении электромонтажных работ.

Дополнительным преимуществом является применение в устройстве в качестве токоведущих шин высоковольтного изолированного провода с фторксилоксановой изоляцией и барьерным слоем, взамен ранее применяющейся шинной разводки цепей напряжением 6 кВ. Высоковольтные изолированные провода с фторксилоксановой изоляцией и барьерным слоем обеспечивают достаточную электроизоляцию, что позволило применить вместо трансформаторов тока напряжением 6(10)кВ трансформаторы тока напряжением 0,66 кВ. Это способствует повышению надежности работы устройства, и как дополнительный эффект позволило снизить массу конструкции на 50 кг и уменьшить габариты изделия.

Таким образом, изобретение решает техническую проблему и обеспечивает заявленный технический результат в части повышения безопасности и надежности работы устройства, в том числе при проведения электромонтажных работ.

Использование: в области электротехники для соединения высоковольтных воздушных линий электропередач с высоковольтными кабельными линиями электропередач. Технический результат - повышение безопасности и надежности работы устройства, в том числе при проведении электромонтажных работ. Высоковольтное комплектное распределительное устройство наружной установки содержит корпус с отсеками, трансформатор тока, заземлители и выключатели, в верхней части устройства размещены проходные изоляторы, предназначенные для подключения к воздушной линии. Согласно изобретению устройство содержит вводной отсек высокого напряжения, в котором расположены разъединитель, трансформатор собственных нужд и механизмы блокировок, отсек управления, в котором расположены приводы разъединителя и заземлителя, элементы управления и сигнализации, отсек релейной защиты и автоматики, счетчик учета расхода электроэнергии, в отсеке высокого напряжения с присоединением расположены вакуумный выключатель, трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, заземлитель, механизмы блокировок, на траверсе установлены разрядники. Штыревые изоляторы используются для подачи напряжения через проходные изоляторы на разъединитель, на верхней части корпуса размещен сигнальный фонарь для оповещения о наличии напряжения на питающем фидере 6/10 кВ. Трансформатор тока нулевой последовательности расположен в отсеке высоковольтного выключателя, а для разводки цепей в качестве токоведущих шин используется высоковольтный изолированный провод с фторксилоксановой изоляцией и барьерным слоем. 2 ил.

Высоковольтное комплектное распределительное устройство наружной установки, содержащее корпус с отсеками, трансформатор тока, заземлители и выключатели, в верхней части устройства размещены проходные изоляторы, предназначенные для подключения к воздушной линии, отличающееся тем, что содержит вводной отсек высокого напряжения, в котором расположены разъединитель, трансформатор собственных нужд и механизмы блокировок, отсек управления, в котором расположены приводы разъединителя и заземлителя, элементы управления и сигнализации, отсек релейной защиты и автоматики, счетчик учета расхода электроэнергии, в отсеке высокого напряжения с присоединением расположены вакуумный выключатель, трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, заземлитель, механизмы блокировок, на траверсе установлены разрядники, штыревые изоляторы используются для подачи напряжения через проходные изоляторы на разъединитель, на верхней части корпуса размещен сигнальный фонарь для оповещения о наличии напряжения на питающем фидере 6/10 кВ, трансформатор тока нулевой последовательности расположен в отсеке высоковольтного выключателя, а для разводки цепей в качестве токоведущих шин используется высоковольтный изолированный провод с фторксилоксановой изоляцией и барьерным слоем.