УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКОВ НЕСИММЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ В МНОГОФАЗНОЙ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ СЕТИ Российский патент 2003 года по МПК H02H9/00 H02H3/20 

Изобретение относится к устройствам для ограничения токов несимметричных коротких замыканий в многофазной высоковольтной сети и может быть использовано в электротехнике и электроэнергетике для установки его в нейтраль многофазных устройств переменного тока.

Известно устройство для ограничения токов несимметричных коротких замыканий в многофазной высоковольтной сети для установки в нейтраль трансформатора, содержащее резисторную установку, датчик тока и устройство релейной защиты, подключенное к исполнительному органу выключателя. Нейтраль трансформатора заземлена через резистор, в цепь которого включен датчик тока (1).

Недостатком известного устройства является то, что оно используется только для электрических сетей с малым током замыкания на землю с целью увеличения значения токов при однофазных замыканиях на землю, и не может быть использовано в электрических сетях с заземленной нейтралью, что ограничивает область его применения.

Наиболее близким техническим решением является устройство для ограничения токов несимметричных коротких замыканий в многофазной высоковольтной сети для установки в нейтраль многофазных устройств переменного тока, содержащее резистор, подключенный к нейтрали многофазного устройства и шунтируемый выключателем (2).

Недостатком такого устройства является наличие постоянных потерь электроэнергии при нормальной работе за счет несимметричной работы фаз. Кроме того, оборудование устройства имеет полное номинальное напряжение нейтрали многофункционального устройства, что создает значительные массогабаритные показатели и, следовательно, затрудняет его использование при реконструкции ОРУ мощных электростанций, имеющих ограниченные размеры.

Изобретением решается задача уменьшения потерь электроэнергии в нормальном режиме работы, снижения массогабаритных показателей. Кроме того, обеспечивается возможность применения данного устройства в сетях с любым характером заземления нейтрали, что ведет к расширению за счет этого области его применения.

Поставленная задача решается тем, что устройство для ограничения токов несимметричных коротких замыканий в многофазной высоковольтной сети содержит последовательно соединенную цепочку, состоящую из резистора с линейной вольт-амперной характеристикой, резистора с нелинейной вольт-амперной характеристикой и датчика тока, например трансформатора тока, подключенную к нейтрали многофазного устройства переменного тока, коммутационный аппарат, включенный параллельно резистору с нелинейной вольт-амперной характеристикой, и автоматический блок, например релейный блок, вход которого подключен к датчику тока, а выход - к исполнительному органу коммутационного аппарата. При этом величина номинального напряжения коммутационного аппарата выбрана ниже величины номинального напряжения нейтрали многофазного устройства, а величина номинального напряжения резистора с нелинейной вольт-амперной характеристикой не превышает величину номинального напряжения коммутационного аппарата.

Кроме того, величина статического сопротивления резистора с нелинейной вольт-амперной характеристикой не превышает величину сопротивления резистора с линейной вольт-амперной характеристикой, при максимальном значении тока несимметричного короткого замыкания. В качестве коммутационного аппарата использован вакуумный выключатель.

На чертеже представлена схема токоограничивающего устройства.

Устройство содержит последовательно соединенную цепочку, состоящую из резистора 1 с линейной вольт-амперной характеристикой, резистора 2 с нелинейной вольт-амперной характеристикой, например ограничителя перенапряжения (ОПН), и датчика тока 3, например трансформатора тока, подключенную к нейтрали многофазного устройства 4 переменного тока. Коммутационный аппарат 5, например вакуумный выключатель, включен параллельно резистору 2 с нелинейной вольт-амперной характеристикой. Автоматический блок 6, например релейный блок, подключен входом к датчику тока 3, а выходом - к исполнительному органу коммутационного аппарата 5.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме коммутационный аппарат 5, в качестве которого использован вакуумный выключатель, отключен. В работе в нейтрали многофазного устройства 4 (высоковольтного трансформатора) находится цепочка, состоящая из последовательно соединенных резистора 1 с линейной вольт-амперной характеристикой и резистора 2 с нелинейной вольт-амперной характеристикой (ОПН). Ток в цепи отсутствует, поскольку вольт-амперная характеристика ОПН выбрана таким образом, чтобы его сопротивление при напряжении на нейтрали трансформатора, вызванном несимметрией его параметров, составляло порядка 100 кОм, что практически исключает протекание тока в цепи, т.е. отсутствуют потери электроэнергии.

Возникновение несимметричного короткого замыкания приводит к увеличению напряжения на нейтрали. При превышении порога вольт-амперной характеристики ОПН его статическое сопротивление резко снижается, и в последовательной цепи резисторов появляется ток. Наличие тока в цепи регистрируется датчиком тока 3 (трансформатор тока), и автоматический блок 6 передает сигнал на исполнительный орган коммутационного аппарата 5, в качестве которого использован вакуумный выключатель. Последний включается и шунтирует ОПН, снимая с него токовую нагрузку. Ток короткого замыкания проходит по цепи резистора 1 с линейной вольт-амперной характеристикой и коммутационного аппарата 5, снижая ток короткого замыкания и демфируя переходные процессы в многофазной сети. После отключения тока короткого замыкания ток в цепи токоограничивающего устройства практически пропадает (остается ток несимметрии работы фаз), сигнал на входе автоматического блока 6 исчезает (при отстройке от тока несимметрии), и автоматический блок подает команду на исполнительный орган отключения коммутационного аппарата 5. Схема возвращается в исходное положение. Статическое сопротивление ОПН и сопротивление резистора с линейной вольт-амперной характеристикой выбраны из условий оптимального распределения энергии между ними в нормальном (симметричном) и несимметричном режимах короткого замыкания высоковольтной сети, в зависимости от режима заземления нейтрали.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет практически исключить потери активной мощности в нормальных режимах благодаря отсутствию тока в цепи резисторов. Создаются условия для применения коммутационного аппарата более низкого класса номинального напряжения, чем напряжение нейтрали многофазного устройства переменного тока, что в свою очередь приводит к уменьшению массогабаритных размеров устройства. Расширяется область применения токоограничивающего устройства благодаря возможности использования его в сетях с любым видом заземления нейтрали.

Источники информации
1. Патент РФ 1834600, Н 02 Н 3/20, от 1994 г.

2. Л. Е. Врублевский, Ю.В. Зайцев А.И. Тихонов. Силовые резисторы. М.: Энергоатомиздат, 1991 г.

Изобретение может быть использовано в электротехнике и электроэнергетике для установки в нейтраль многофазных устройств переменного тока. Технический результат заключается в уменьшении потерь электроэнергии в нормальном режиме работы, снижении массогабаритных показателей, возможности применения данного устройства в сетях с любым характером заземления нейтрали. Для этого устройство содержит цепочку из последовательно соединенных резистора с линейной вольт-амперной характеристикой, подключенного к нейтрали многофазного устройства переменного тока, резистора с нелинейной вольт-амперной характеристикой и датчика тока, коммутационный аппарат, автоматический блок, при этом величина номинального напряжения коммутационного аппарата выбрана ниже величины номинального напряжения нейтрали многофазного устройства, а величина номинального напряжения резистора с нелинейной вольт-амперной характеристикой не превышает величину номинального напряжения коммутационного аппарата. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для ограничения токов несимметричных коротких замыканий в многофазной высоковольтной сети, содержащее резистор с линейной вольт-амперной характеристикой, подключенный к нейтрали многофазного устройства переменного тока, и коммутационный аппарат, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит цепочку, состоящую из последовательно соединенных резистора с нелинейной вольт-амперной характеристикой и датчика тока, подключенную последовательно к резистору с линейной вольт-амперной характеристикой, и автоматический блок, вход которого подключен к датчику тока, а выход - к исполнительному органу коммутационного аппарата, включенного параллельно резистору с нелинейной вольт-амперной характеристикой, при этом величина номинального напряжения коммутационного аппарата выбрана ниже величины номинального напряжения нейтрали многофазного устройства, а величина номинального напряжения резистора с нелинейной вольт-амперной характеристикой не превышает величину номинального напряжения коммутационного аппарата. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что величина статического сопротивления резистора с нелинейной вольт-амперной характеристикой не превышает величину сопротивления резистора с линейной вольт-амперной характеристикой при максимальном значении тока несимметричного короткого замыкания. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве коммутационного аппарата использован вакуумный выключатель.