Устройство ограничения токов короткого замыкания

 

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к трансформаторостроению, и может найти применение в токоограничивающих устройствах при коротких замыканиях в электрических сетях, обеспечивающих возможность использования установленных в сети выключателей при увеличении токов короткого замыкания сети свыше номинального тока отключения выключателей. Техническим результатом является изменение реактивного сопротивления токоограничивающего устройства при коротком замыкании, ограничение тока короткого замыкания до заданного уровня. Технический результат достигается тем, что в токоограничивающем устройстве, трансформатор выполнен двухобмоточным и содержит сетевую обмотку, магнитопровод, обмотку управления, причем батарея конденсаторов включена параллельно сетевой обмотке, а обмотка управления закорочена через искровой промежуток. 1 с.п.ф. 3 илл.

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к трансформаторостроению, и может найти применение в токоограничивающих устройствах при коротких замыканиях в электрических сетях, обеспечивающих возможность использования установленных в сети выключателей при увеличении токов короткого замыкания сети свыше номинального тока отключения выключателей.

Известен токоограничивающий реактор, содержащий обмотку, состоящую из витков провода, образующих ряды, расположенные перпендикулярно оси обмотки и отделенные посредством изоляционных прокладок, в которых выполнены пазы и размещены витки провода, а прокладки, образующие колонки, скреплены в торцевых зонах стягивающими элементами и зафиксированы по поверхностям при помощи дистанцирующих элементов. Патент Российской Федерации №2184403, МПК: H01F 27/30, 2002.

Известен токоограничивающий реактор, содержащий обмотку, витки которой содержат n параллельных проводов, где n целое число, и m рядов, где m целое число, ряды расположены в осевом направлении перпендикулярно оси обмотки. Патент Российской Федерации №2170466, МПК: H01F 27/30, 2001 г.

Известно токоограничивающее устройство (ТОУ) для ограничения токов короткого замыкания (к.з.) в электрических сетях. Токоограничивающее устройство содержит трансформатор, батарею конденсаторов т и выключатель. Электрические аппараты высокого напряжения. Издательство СПб ГПУ, 2005 г, с.138-153. Александров Г.Н. и др. Под редакцией Г.Н.Александрова. Прототип.

Недостатком аналогов и прототипа является постоянство индуктивного сопротивления реактора, что приводит к посадке напряжения на реакторе при протекании по нему максимального тока нормального режима.

Полезная модель устраняет указанный недостаток.

Техническим результатом полезной модели является изменение реактивного сопротивления ТОУ при коротком замыкании, ограничение тока короткого замыкания до заданного уровня.

Технический результат достигается тем, что в токоограничивающем устройстве, содержащем трансформатор, батарею конденсаторов и выключатель, трансформатор выполнен двухобмоточным и содержит сетевую обмотку, магнитопровод, обмотку управления, причем батарея конденсаторов включена параллельно сетевой обмотке, а обмотка управления закорочена через искровой промежуток.

Сущность полезной модели поясняется на фиг.1, фиг.2 и фиг.3.

На фиг.1 представлена однолинейная схема токоограничивающего устройства на основе УШРТ, где: В - выключатель, Х с - индуктивное сопротивление сети, ZN - полное сопротивление нагрузки, ИП - искровой промежуток, РМТ - реле максимального тока, С - батарея конденсаторов, 1 - сетевая обмотка, 2 - обмотка управления реактора, 3 - магнитопровод, 4 - коммутирующее устройство, например вакуумный разрядник многократного действия.

На фиг.2 представлена зависимость отношений максимальной и минимальной индуктивностей управляемого токоограничивающего устройства без основного стержня от отношения внутреннего диаметра сетевой обмотки к эквивалентной ширине магнитного потока при коротко замкнутой обмотке, где: d1 - внутренний диаметр сетевой обмотки, a1 - толщина сетевой обмотки, а2 - толщина обмотки управления, а12 - ширина зазора между обмотками.

На фиг.3 представлена схема расположения обмоток и магнитопровода управляемого шунтирующего реактора, где: 1 - сетевая обмотка, 2 - обмотка управления реактора, 3 - магнитопровод, d 12 - средний диаметр зазора, a1 - толщина сетевой обмотки, а2 - толщина обмотки управления, a12 - ширина зазора между обмотками.

Токоограничивающее устройство (ТОУ) на основе управляемого шунтирующего реактора тока (УШРТ) - это параллельное соединение конденсатора С и управляемого шунтирующего реактора (фиг.1). ТОУ включают последовательно в цепь, в которой необходимо ограничивать ток короткого замыкания.

В нормальном режиме работы сети УШРТ работает в режиме холостого хода и его индуктивное сопротивление Хс на два порядка превосходит реактивное сопротивление конденсатора. Ток протекает в основном через конденсатор С, в связи с чем обеспечивается компенсация индуктивного сопротивления сети Хс и увеличивается ее пропускная способность.

Падение напряжения на конденсаторе UC ограничивают условиями работы сети - например, 5% от номинального напряжения. Соответственно выбирают емкость конденсатора.

При возникновении короткого замыкания в сети ток через конденсатор резко возрастает. Возрастает и падение напряжения на нем. Соответственно возрастает напряжение на обеих обмотках 1 и 2 УШРТ до тех пор, пока не произойдет пробой искрового промежутка 4 в цепи обмотки управления 2.

В случае относительно малых токов короткого замыкания искровой промежуток 4 не пробивается. Лишь при достижении опасных значений тока происходит пробой искрового промежутка 4 (например, при увеличении напряжения на конденсаторе до 0,25UФ).

После пробоя искрового промежутка 4 УШРТ переходит в номинальный режим работы с минимальным индуктивным сопротивлением X L.НОМ. Эквивалентное реактивное сопротивление ТОУ становится равным:

Если XL.HOM=-Х С эквивалентное сопротивление ТОУ ХЭ = и ток через ТОУ не проходит. Однако при этом падение напряжения на ТОУ достигает фазного напряжения линии UФ , а ток в контуре достигает значения

и, например, при =0,05 превосходит ток нормального режима в 20 раз. Для снижения напряжения на ТОУ и, соответственно, тока в нем можно подобрать XL.HOMС . Эквивалентное сопротивление ТОУ может принимать любое значение от до 0. В этом случае сквозной ток через ТОУ определяется

суммой сопротивлений ТОУ и включенного последовательно сопротивления сети XN, а ток короткого замыкания равен

тогда как без ТОУ он был равен

где XN - сопротивление короткого замыкания сети.

Отношение этих токов

Например, при XN=-Х С и ХL.N=-0,5ХС

то есть ток короткого замыкания ограничивается вдвое, а падение напряжения на ТОУ

будет равно

Чем больше отношение XL.H С, тем больше ограничивается ток короткого замыкания и тем больше падение напряжения на ТОУ (см. табл.1).

Таблица 1.
XL.H/XC -0,5-0,6-0,7-0,8-0,9 -1
0,50,40,30,2 0,10
UС/UФ 0,50,60,7 0,80,91,0
UC.HOM/ U Ф0,10,120,140,16 0,180,2
I MAKC/IM. Н101214 161820

Ограничение тока короткого замыкания в сети оказывает влияние на работу релейной защиты, дающей команду на отключение поврежденной фазы линии. Для обеспечения надежной работы релейной защиты измерение тока следует производить не в основной цепи, а в цепи присоединения УШРТ к конденсатору С.

В контуре ток возрастает в режиме к.з. в несколько раз по сравнению с током нормального режима, что и обеспечивает надежную работу максимального токового реле (см. таблицу 2).

Таблица 2
XL.H/XC -0,5-0,6-0,7-0,8-0,9 -1
0,50,40,30,2 0,10
UС/UФ 0,50,60,7 0,80,91,0
UC.HOM/ U Ф0,10,120,140,16 0,180,2
I MAKC/IM. Н101214 161820

Отключение поврежденной линии (фазы линии) линейным выключателем В приводит к потере связи ТОУ с источником напряжения. Падение напряжения на ТОУ быстро уменьшается (из-за большого сопротивления обмоток УШРТ), что приводит к погасанию дуги в искровом промежутке 4.

В результате сопротивление УШРТ увеличивается на два порядка и ТОУ оказывается подготовленным к работе в нормальном режиме. При этом воздействие повышенного напряжения на ТОУ и, соответственно, повышенного тока ограничено временем работы выключателя В, включая выдержку времени релейной защиты. Это время для современных устройств автоматики и современных выключателей не превышает 100 мс.

Таким образом, может быть обеспечена любая необходимая степень ограничения тока короткого замыкания в распределительной сети. Номинальное напряжение конденсатора и реактора должно быть значительно меньше наибольшего напряжения на ТОУ. Косинусные конденсаторы допускают кратковременное четырехкратное повышение напряжения, а при специальном исполнении - до пятикратного.

Следовательно, номинальное напряжение конденсатора U C.HOM может быть в пять раз ниже максимального. Для изоляции УШРТ повышение напряжения в режиме к.з. следует рассматривать как весьма редкое коммутационное перенапряжение.

Кратковременное резкое увеличение тока в реакторе в режиме к.з. не может вызвать значительного перегрева обмоток 1 и 2 и плотность тока в обмотках реактора может доходить до 100 А/мм2, что обеспечивает снижение расхода проводникового материала (меди, алюминия).

Увеличение тока в контуре L-C ТОУ в режиме к.з. по сравнению с номинальным режимом соответствует увеличению напряжения на ТОУ и равно

Чем больше отношение XL.H /XC, тем больше ограничивается ток короткого замыкания и тем больше падение напряжения на ТОУ (см. табл.2.).

Например, при XL.H/X C=-0,5 сечение проводов алюминиевой обмотки может быть в 10 раз меньше сечения провода линии, поскольку ток в режиме к.з. увеличивается в 10 раз, а допустимая плотность тока в 100 раз больше, чем в номинальном режиме.

Такие ТОУ в виде параллельного соединения батареи конденсаторов и УШРТ могут применяться и для ограничения токов короткого замыкания в энергосистеме в целом.

Полученные соотношения могут быть обобщены на случай установки произвольного числа n токоограничивающих устройств в энергосистеме. Необходимое эквивалентное сопротивление каждого ТОУ для обеспечения заданной степени ограничения тока к.з. в энергосистеме будет равно:

Токоограничивающее устройство, содержащее трансформатор, батарею конденсаторов и выключатель, отличающееся тем, что трансформатор выполнен двухобмоточным и содержит сетевую обмотку, магнитопровод, обмотку управления, причем батарея конденсаторов включена параллельно сетевой обмотке, а обмотка управления закорочена через искровой промежуток.



 

Похожие патенты:

Устройство ограничения токов короткого замыкания трансформатора относится к электротехнике, в частности к релейной защите и автоматике, и может быть использована для защиты выключателей распределительных устройств сетей высокого напряжения от токов короткого замыкания, превышающих отключающую способность выключателей.

Технический результат уменьшение электрического сопротивления выключателя и обеспечение электрической развязки (изоляции) цепи выключателя и цепи управления

Быстрый соединитель для соединения проводов и кабелей друг с другом относится к электротехнике, в частности к кабельным соединениям, предназначенным для быстрого соединения электрических проводов без снятия их изоляции, и может быть применен в электровзрывных сетях для соединения саперных проводов.
Наверх