Токоограничитель

 

Предложение относится к защите электрооборудования от токов короткого замыкания (КЗ) и, в частности, к средствам ограничения токов КЗ в электросетях переменного тока. Достигаемый технический результат: улучшение массово-габаритных характеристик токоограничителя, получение возможности ограничивать токи КЗ в цепях, напряжение которых превышает напряжение, коммутируемое устройством, расширение возможностей оптимизации выбора мест установки токоограничителей в электрической сети, исходя из надежностных и экономических критериев. Токоограничитель содержит реактор (1), снабженный, по меньшей мере, одной вторичной обмоткой (2). К выводам обмотки (2) подключена коммутирующая цепь (3) из плавкого предохранителя (4), шунтированного взрывным размыкателем (5), запальный вход (6) которого предназначен для подключения к источнику команды на токоограничение. Реактор 1 и его вторичная обмотка 2 могут быть выполнены из сверхпроводящего материала и помещены в криостат 7. Взрывной размыкатель (5) шунтирован ограничителем перенапряжения (8). Цепь (3) подключена к выводам обмотки (2) через выключатель (9), который может быть выполнен в виде взрывного замыкателя. Управляющий вход (10) выключателя (9) предназначен для подключения к источнику команды на токоограничение или к источнику команды на автоматическое повторное включение. К выводам обмотки (2) подключено средство задания уровня токоограничения, например дополнительный реактор (11). К выводам обмотки (2) подсоединен измерительный трансформатор напряжения (12), выход которого предназначен для подключения к системе релейной защиты и автоматики. 8 з.п.ф., 1 ил.

Область техники

Предложение относится к защите электрооборудования от токов короткого замыкания (КЗ) и, в частности, к средствам ограничения токов КЗ в электросетях переменного тока.

Уровень техники

Развитие электроэнергетики - ввод новых и расширение существующих электростанций, увеличение пропускной способности электрических сетей, приводит к постоянному росту токов КЗ в электрических сетях. Токи КЗ на ряде энергообъектов (например, в открытых распределительных устройствах крупных электростанций и подстанций с мощной трансформаторной связью) превышают значения максимальной отключающей способности установленных выключателей и даже в некоторых случаях максимальной отключающей способности любого серийно производимого в настоящее время коммутационного оборудования.

Одним из эффективных путей решения этой проблемы является применение быстродействующих управляемых токоограничителей на основе токоограничивающих реакторов и коммутационных ограничителей тока, снижающих ток КЗ до величины, которую способны коммутировать высоковольтные выключатели, установленные на соответствующем энергообъекте.

Известен выбранный в качестве прототипа токоограничитель, содержащий реактор, параллельно которому подключена коммутирующая цепь в виде плавкого предохранителя, шунтированного взрывным размыкателем. Запальный вход размыкателя через пороговый элемент подключен к датчику ограничиваемого тока. Конструкция, принцип действия и применение таких устройств описаны в [1, рис.3] и [2, рис.5].

Недостаток прототипа, который особенно сильно проявляется при его использовании в высоковольтных цепях электрических сетей, -необходимость выполнения коммутирующей цепи на напряжение, совпадающее с напряжением цепи, в которой осуществляется ограничение тока. Этот недостаток не позволяет экономически целесообразно применять известные управляемые ограничители в высоковольтных сетях напряжением выше 35 кВ. Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанного недостатка.

Раскрытие полезной модели

Достигаемый технический результат заключается в улучшении массово-габаритных характеристик токоограничителя, получении возможности ограничивать токи КЗ в цепях, напряжение которых превышает напряжение, коммутирующемое устройством. Использование предлагаемого решения значительно расширяет возможности по оптимизации выбора мест установки токоограничителей в электрической сети, исходя из надежностных и экономических критериев.

Предметом полезной модели является токоограничитель, содержащий реактор, снабженный, по меньшей мере, одной вторичной обмоткой, к выводам которой подключена, по меньшей мере, одна коммутирующая цепь из плавкого предохранителя, шунтированного взрывным размыкателем, запальный вход которого предназначен для подключения к источнику команды на токоограничение.

Это позволяет получить указанный технический результат.

Полезная модель имеет развития, направленные на повышение эксплуатационных и массо-габаритных характеристик токоограничителя. Развития состоят в том, что:

- реактор и его вторичная обмотка выполнены из сверхпроводящего материала и помещены в криостат;

- взрывной размыкатель шунтирован ограничителем перенапряжения;

- коммутирующая цепь, подключена к выводам вторичной обмотки реактора через выключатель;

- управляющий вход выключателя предназначен для подключения к источнику команды на токоограничение или к источнику команды на автоматическое повторное включение;

- к выводам вторичной обмотки реактора подключено средство задания уровня токоограничения, например дополнительный реактор;

- к выводам вторичной обмотки реактора подсоединен измерительный

трансформатор напряжения, выход которого предназначен для

подключения к системе релейной защиты и автоматики.

Осуществление полезной модели с учетом ее развитии

На фиг.1 представлена схема токоограничителя, иллюстрирующая осуществление полезной модели с учетом ее развитии. Схема содержит реактор 1, снабженный вторичной обмоткой 2. К выводам обмотки 2 могут быть подключены одна или несколько коммутирующих цепей 3, каждая из которых содержит плавкий предохранитель 4, шунтированный взрывным размыкателем 5. Запальный вход 6 размыкателя 5 предназначен для подключения к источнику команды на токоограничение. В качестве источника этой команды может быть использован датчик тока, установленный в первичной или во вторичной цепи реактора 1 и подключенный к входу 6 через быстродействующую схему управления, например пороговый элемент. Взрывной размыкатель может быть выполнен, например, в соответствии с [3].

Реактор 1 и его вторичная обмотка 2 могут быть выполнены из сверхпроводящего материала и помещены в криостат 7.

Цепь 3 может содержать ограничитель 8 перенапряжения (например, варистор или искровой разрядник), шунтирующий размыкатель 5.

Цепь 3 может быть подключена к выводам обмотки 2 непосредственно или через выключатель 9. При наличии в устройстве нескольких цепей 3 все они, за возможным исключением одной, подключаются к обмотке 2 через выключатели 9. Управляющие входы 10 выключателей 9 могут быть подключены к источнику команды на автоматическое повторное включение (АПВ) или к источнику команды на токоограничение.

К выводам обмотки 2 может быть подключено средство задания уровня токоограничения, например, в виде дополнительного реактора 11, а также измерительный трансформатор напряжения 12, выход которого предназначен для подключения к системе релейной защиты и автоматики.

Устройство работает следующим образом.

Реактор 1 включается своей первичной обмоткой последовательно в цепь ограничиваемого тока, например, в линию электропередачи. Одна из коммутирущих цепей 3 (рабочая) закорачивает выводы обмотки 2 (непосредственно или через замкнутый выключатель 9), а остальные цепи 3 отделены разомкнутыми выключателями 9.

В нормальном режиме работы линии при закороченной обмотке 2 реактор 1 функционирует подобно трансформатору в режиме короткого замыкания вторичной обмотки. Сопротивление, вносимое реактором 1 в цепь электропередачи, при этом минимально.

При КЗ на линии ток через реактор 1 и ток, наводимый в обмотке 2, многократно возрастают, в результате чего быстродействующий источник команды на токоограничение, контролирующий ток в линии, подает на вход 6 размыкателя 5, установленного в рабочей цепи 3, управляющий сигнал, обеспечивающий подрыв заряда размыкателя 5.

В результате взрыва размыкатель 5 срабатывает за время существенно меньшее полупериода промышленной частоты. При этом, однако, не возникает коммутационных перенапряжений, поскольку вторичный ток КЗ переходит в цепь предохранителя 4, шунтирующего размыкатель 5.

Ток, протекающий через предохранитель 4, обеспечивает разрыв плавкой вставки за время, определяемое ее времятоковой характеристикой, которое выбирается так, чтобы, с одной стороны, избежать недопустимых коммутационных перенапряжений, а с другой стороны, обеспечить разрыв цепи 3 до срабатывания релейной защиты, отключающей линейные выключатели. Выполнению этих условий способствует шунтирование размыкателя 5 ограничителем 9 перенапряжения.

Если обмотка 2 не нагружена, то после того, как коммутирующая цепь 3 оказывается разомкнутой, реактор 1 работает как трансформатор в режиме холостого хода. При этом сопротивление, вносимое реактором 1 в цепь электропередачи, максимально и определяется собственной индуктивностью реактора.

При наличии нагрузки, подключенной к выводам вторичной обмотки 2, ее сопротивление, приведенное к первичной обмотке, шунтирует сопротивление реактора 1. Поддержание ограничиваемого тока КЗ на уровне, с одной стороны, не превышающем отключающей способности выключателей, а с другой стороны, достаточным для последующего срабатывания релейной защиты, может быть обеспечено соответствующим выбором индуктивности дополнительного реактора 11.

Для выдачи в систему релейной защиты и автоматики (РЗА) сигнала о состоянии вторичной обмотки 2 реактора (разомкнута или замкнута коммутирующей цепью 3) к выводам обмотки 2 может быть подключен измерительный трансформатор напряжения 12.

Одна из цепей 3 может быть подключена к обмотке 2 как непосредственно, так и через выключатель 9. Дополнительное введение других (резервных) цепей 3, подключаемых каждая через свой выключатель 9, повышает удобство обслуживания и сокращает аварийные перерывы в электроснабжении.

После срабатывания релейной защиты и отключения выключателями, установленными на энергообъекте, тока КЗ, ограниченного предлагаемым устройством, сигнал на выходе источника команды на токоограничение меняет свое значение. Изменение сигнала может быть использовано для введения в работу очередной резервной цепи 3. В этом случае выключатели 9 управляются по входам 10 от источника команды на токоограничение. В тех случаях, когда система РЗА выдает команду на АПВ, выключатели 9 могут управляться по входам 10 от источника этой команды.

Размыкатель 4 и плавкий предохранитель 5 представляют собой коммутаторы однократного действия. Для снижения массогабаритных характеристик и обеспечения комплексности эксплуатационного обслуживания оборудования в качестве выключателей 9 также могут быть применены коммутаторы однократного действия - взрывные замыкатели, выполненные, например, согласно [4].

При выполнении реактора 1 и его вторичной обмотки 2 из сверхпроводящего материала с размещением в криостате 7, их сверхпроводящее состояние поддерживается как в нормальном режиме работы, так и в режиме КЗ. Это позволяет снизить потери, уменьшить массу и габариты токоограничителя и избежать необходимости применения пожароопасного масляного охлаждения.

Источники информации

1. П.Елагин. «Коммутационные ограничители тока. Новые устройства для защиты электрооборудования». Новости электротехники. Информационно справочное издание. 4(28) 2004 г.

2. П.Елагин, А. Малышев, Ю.Дементьев. «Коммутационные ограничители тока. Основные преимущества применения». Новости электротехники. Информационно справочное издание. 1 (55) 2009 г.

3. Взрывной размыкатель тока. Патент РФ RU 2101795, МПК Н01Н 9/00, 1998 г.

4. Взрывной замыкатель. Патент РФ RU 2076375, МПК Н01Н 39/00, 1997 г.

1. Токоограничитель, содержащий реактор, снабженный, по меньшей мере, одной вторичной обмоткой, к выводам которой подключена, по меньшей мере, одна коммутирующая цепь из плавкого предохранителя, шунтированного взрывным размыкателем, запальный вход которого предназначен для подключения к источнику команды на токоограничение.

2. Токограничитель по п.1, в котором реактор и его вторичная обмотка выполнены из сверхпроводящего материала и помещены в криостат.

3. Токограничитель по п.1, в котором взрывной размыкатель шунтирован ограничителем перенапряжения.

4. Токограничитель по п.1, в котором коммутирующая цепь подключена к выводам вторичной обмотки реактора через выключатель.

5. Токограничитель по п.4, в котором управляющий вход выключателя предназначен для подключения к источнику команды на автоматическое повторное включение.

6. Токограничитель по п.4, в котором управляющий вход выключателя предназначен для подключения к источнику команды на токоограничение.

7. Токограничитель по п.4, в котором выключатель выполнен в виде взрывного замыкателя.

8. Токограничитель по п.1, в котором к выводам вторичной обмотки реактора подключено средство задания уровня токоограничения, например дополнительный реактор.

9. Токограничитель по п.1, в котором к выводам вторичной обмотки реактора подсоединен измерительный трансформатор напряжения, выход которого предназначен для подключения к системе релейной защиты и автоматики.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим токоограничивающим реакторам, и предназначено в частности для использования в электроэнергетических сетях переменного тока

Полезная модель относится к области электротехники
Наверх