(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И НЕРЕНАПРЯЖЕНИР1 НА ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ
1
Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, воздействующим на ограничение токов короткого замыкания и внутренних перенапряжений в мощных силовых сетях высокого напряжения.
Известно токоограничивающее устройство, содержащее силовую и управляющую обмотки и включенное параллельно последней переменное сопротивление, состоящее из параллельно соединенных конденсатора и катушки индуктивности 1.
Однако это токоограничиваюн1ее устройство не обеспечивает высокого быстродействия при срабатывании. Крбме того, в номинальном режиме работы зажигаемой цепи силовая обмбтка имеет значительное реактивное сопротивление, что приводит к потерям реактивной мощности.
Известно устройство для защиты нейтрали трансформатора, снижающее коммутационные перенапряжения на обмотках трансформатора содержащее нась1щающийся реактор, который снабжен дополнительной обмоткой нодмагничивания, подключенной к источнику питания постоянного тока через контакты реле, обмотка которого включена в цепь обмотки подмагничивания. УстройПОДСТАНЦИИ
ство позволяет снизить величину коммутационных перенапряжений 2.
Недостатками данного устройства являются значительная инерционность «срабатывания устройства, обусловленная относительно большой но величине постоянной времени при включении обмотки управления, повышенная величина тока однофазного короткого замыкания на землю, так как в режиме насыщения реактора нейтраль трансформатора оказывается практически глухо заземленной, и необходимость в неза10висимом источнике постоянного тока.
Но принципу действия, конструктивному исполнению и максимальному устранению недостатков названных устройств, наиболее близким к изобретению является устройство
15 для заземления нейтрали трансформатора, снижающее не только коммутационные перенагфяжения, но и повышающее быстродействие и эффективность ограничения токов однофазного короткого замыкания, содержащее насыщающийся реактор, обмотка пере20менного тока которого включена в нейтраль обмоток силового трансформатора, а обмотка управления подсоединена к источнику постоянного тока. Устройство снабжено защитным промежутком, трансформатором тока и быстродействующим автоматом. Защитный промежуток и трансформатор тока включены в цепь обмотки неременного тока, причем замыкающий контакт быстродействуюп его автомата подсоединен параллельно зап1итному промежутку, а размыкаюпшй контакт включен в цепь обмотки управления постоянного тока 3.
Известное устройство имеет ряд недостатков. Предварительно насыщенный реактор не ограничивает ток однофазного и двухфазного короткого замыкания на землю и величину дина.мических воздействий на электрообор)дование от ударных токов короткого замыкания. В 1ереходных режимах иасыщения реактора возможно возникновение резонансных и феррорезонансных перенапряжений на линиях электропередач, внутренних иеренапряжений на изоляции электротехнического оборудования и коммутационных неренанряжений на линейных выключате.лях. Предварительное насыщение реактора до начала возникновения перенапряжений опасной величины приводит к необходи.мости иметь независимый источник питания постоянногО тока. Необходи.мость интеЕ1сификации увеличения сопротивления иредварительно насыщенного реактора до оитимальной величииы перед отключением ли1 ейным выключателем тока короткого замыкания нриводит к необходимости иметь в цепи постоянного тока специальный .автомат .магнитного ноля. Невоз-можность комплексного воздействия устройства на ограничение и при необходимости снижение параметров колебательных процессов но току и напряжению до безопасных величин.
Цель изобретения - - иовыщение эффективности ограииче1 ия токов короткого замыкания я внутренних неренапряжений.
Поставленная цель достигается в устройстве для ограничения токов коротко1о за.мыкания и перенапряжений на высоковольтной подстанции, содержащс.м насын1ающийся реактор, обмотка переменного тока которого с трансформатором тока включены в петраль обмоток силового трансформатора через искровой промежуток, а об.мотка управления гюдключена к пезависи.мому источнику ггостояниого тока через размыкающий контакт быстродействуюи1.его автомата, замыкаюи1,ий контакт которого подсоединен параллельно искровому промежутку, а обмотка управления подключена к источнику питания через замыкающий контакт токового реле, подключенного к трансфо)матору тока и грозозащитный {разрядник, включенный в нейтраль об.моток силового трансформатора, благодаря тому, что в него введен трехфазный трансформатор носледовательного включения, первичные обмотки каждой фазы включены в цепи соответствующих об.моток силового трансформатора, а вторичные обмотки соединены нараллельно и н унтированы дополнительно введенными и последовательно соединенны.ми конденсатором и катушкой индуктивности, настроенными в нормальном режиме в резонанс напряжений, при.этом конденсатор шунтирован дополнительно введенными и параллельно соединенными нелинейным ферромагнитным-элементом и вынрямительным блоком.
При этом выпрямительный блок выполнен в виде моста, одна диагональ которого подключена к конденсатору, а ко второй подключена обмотка управления насыщающегося реактора.
На чертеже изображена принципиальная электрическая схема устройства.
К нейтрали 1 обмоток силового трансформатора через защитный про.межуток 2 нодключена обмотка 3 неременного тока насыщающегося реактора с подмагничиванием, другой конец этой обмотки заземлен через трансформатор 4 тока. Параллельно защитному промежутку 2 подключен за.мыкающий контакт 5, управляемый токовым реле 6. Обмотка 7 управления насыщающегося реактора подключена к выпрямительному устройству 8. Силовая обмотка 9 трансформатора последовательного включения в силовой
5 цени неременного тока магнитно связана с унравляющей обмоткой 10, параллельно которой включен резонансный контур, состоящий из катугики 11 индуктивности и конденсатора 12, который заЕпунтирован нелинейным ферромагнитным эле.менто.м 13 и вьшря0 мительиым устройством 8. Величины индуктивности катушки 11 и емкости конденсатора 12 выбираются из условия обесиечения резонанса наиряжений в нормальном режиме работы устройства. К нейтрали обмоток силового трансформатора подсоединен грозозащ.итный разрядник 14, а в силовую цепь переме1П1ого тока включен линейный ком.мутационный анпарат 15. Токовое реле 6 управляет быстродействующим автоматом 16.
0Принципиально устройство в условиях
эксплуатации монтируется в трехфазном исполнении, т.е. в каждой фазе сети включен трансформатор последовательного включения, у которого силовая обмотка 9, включенная последовательно в фазу, магнитно связана с управляющей обмоткой 10.
Однако резонансный контур, состоящий из последовательно соединенных катущки 11 индуктивности и конденсатора 12, выполняет технические функции применительно к
0 любой из фаз в случае возникновения на них неренапряжений или токов короткого замыкаиия.
При возникновении в силовых цепях переменного тока внутренних неренаиряжений пониженных величин ниже пробивного нанряжения защитного промежутка 2, возрос1НИЙ ток в обмотке 9 трансформатора последовательного включения приводит к увеличению тока в цепи управляющей об.мотки 10
указанного трансформатора и падению напряжения на конденсаторе 12, что в свою очередь ведет к подпитке выпрямительного устройства 8, появлению постоянного тока в обмотке 7 управления и, как следствие, доаварийному снижению величины сопротивления обмотки 3 переменного тока peaKTOjia с подмагничиванием. Однако изоляции нейтрали силового трансформатора в данный момент времени сохраняется в изолированном состоянии и дополнительно способствует решению общей задачи снижения токов короткого замыкания до оптимальной величины во всей силовой сети. Кроме того, параллельное подключение выпрямительного устройства 8 с несимметричной вольт-амперной характеристикой, обеспечивающей преимущественное увеличение тока перед ростом приложенного напряжения, к нелинейному ферромагнитному элементу 13, имеющему .симметричную вольт-амперную характеристику, обеспечивающую относительно менее эффективное увеличение тока по сравнению с ростом приложенного напряжения, дает возможность, благодаря результирующему эффекту щунтировки конденсатора 12, инденсифицировать снижение противодействующего магнитного потока, создаваемого управляющей обмоткой 10, и увеличить сопротивление силовой обмотки 9 уже при воздействии относительно незначительной величины тока по сравнению с его допустимым значением.
При дальнейщем развитии переходных процессов и возникновении в указанных цепях опасных внутренних перенапряжений, пробивается защитный промежуток 2, нейтраль трансформатора 1 оказывается заземленной через уже предварительно сниженное сопротивление обмотки 3 насып ающегося реактора в результате его насыщения, интенсивность которого обуславливается величиной постоянного тока в обмотке 7 управления, который, в свою очередь, находится в функциональной зависимости от предществующих режимов в сетях и взаимного влияния параметров катущки индуктивности 11 и конденсатора 12. Дальнейщее снижение величины противодействующего магнитного потока, создаваемого управляющей обмоткой 10, приводит к увеличению, сопротивления обмотки 9, превращая ее по существу в линейный реактор, не только ограничивающий ток в соответствующей фазе силовой цепи, но и дополнительно способствующий предварительному снижению величины выпрямленного тока в обмотке 7 управления в результате снижения напряжения на выпрямительном устройстве 8 по причине соответствующей шунтировки конденсатора 12 нелинейным ферромагнитным элементом 13.
Таким образом, в момент непосредственного ограничения внутренних перенапряжений уже осуществляется процесс подготовки всего устройства для ограничения токов короткого замыкания в случае их появления в результате возможного возникновения э,кччтрическ()го пробоя изоляции в сетях. TLIK. протекающий npii пробое защитного промежутка 2. В1 1зывает срабатывание токового реле 6. которое подает .ibc на срабатывание быстродействующего автомата 16 и замыкание контакта 5. llpii ограничении внутренних перенапряжснп ,ю величины ниже мин1 мально допустимой и отсутствии эл,ктрических пробоен изоляции
0 в сетях контакт 5 размыкается, ток в силовой цепи, а следовательно и в обмотке 9, уменьп1ается. Осуществляется обратный процесс, т.е. нелинейный ферромагнитный элемент 13 выходит из насыщения п в схеме восстанавливается режим резонанса нап5ряжений. Управляющая обмотка 10 при этом оказывается короткозамкнутой в результате чего суммарное потоко-спепление обмоток уменьшается и обмотка 9, по отношению к силовой цепи, вновь представляет собой
0 малое индуктивное сопротивление с минимальным потреблением реактивной мощности .
Однако. Внутренние перенапряжения опасных вел11чнн могут явиться |ричиной электрического нробоя изоляции п возникно5вения токов короткого замыкания. При таком аварийном режиме в сетях устройство продолжает эффективное выполнение возложенных на него функщш. Практически полностью насыщенный нелинейный фер0ромагнитный элемент 13, шунтируя конденсатор 12, способствует уве.тичению до максимальных расчетных величин сопротивления обмотки 3 насьпцающегося реактора в результате снижения до минимальной величины постоянного тока в обмотке 7 управления
5 и обеспечивает необходимую расчетную величину сопротивления обмотки 9 в результате снижения противоздействующего магнитного потока, создаваемого управляюще об моткой 10. Указанные комплексные воздействпя устройства на ограничение токов
0 короткого замыкания обеспечивают их снижение до необходимых величин п успещное отключение закороченной фазы лп|е11ным коммутационным аппаратом 15 с после.чующим возвратом устройства в исходное поло5жение согласно выше указанных процессов, В условиях эксплуатации электротехнического оборудования возможно снижение прочности изоляции в результате ее старения или певыявленных дефектов по целому ряду причин, что приводит к возникновению тепло0вого пробоя, сопровождающегося возникновением токов короткого замыкания при незначительных по величине внутренних перенапряжениях в первый момент времени. Отсутствие пробоя защитного промежутка 2 способствует общему увеличению сопротивления нулевой последовательности в сети соответствующего напряжения, а следовательно и снижению результирующей велпчинь тока короткого, замыкания при одновременном ограничении указанного тока в цепи повредившейся фазы возроеши.м сопротивлением силовой обмотки 9, перен1едшей вновь в режим линейного реактора в связи с возникновением указанных выше процессов, Отключение линейным выключателем 15 предварительно сниженного тока короткого замыкания в повредившейся фазе приводит устройство в исходное положение согласно ранее указанных явлений автоматически. Одпако и в данном случае, в результате динамических и тепловых воздействий токов короткого замыкания на электротехническое оборудование и токоведупше части, возможны повреждения указанного оборудования на подстанциях или обрыв фаз сети на линиях электропередач с возникновением внутренних перенапряжений опасных величин. При таком аварийно.м режиме в сетях устройство тоже весьма успешно обеспечивает эффективное выполнение возложенных на него функций, ибо после отключения вьн лючателем новреждегшой фазы исчезноBernie тока короткого замыкания приводит в исходное состояние силовую обмотку 9 с практически мгновенной подпиткой вьшрямительного устройства 8 согласно указаниых выше явлений и сниже1шем сопротивления обмотки 3 насыпдаюшегося реактора ен.1е до начала фобоя защитного промежутка 2. В случае мгновенного возникновения внутреш-1их перенапряжений опасных величин, как правило новьцпенных частот по сравнению с промышленной частотой, срабатывает защитный разрядник 14 и ограничивает указанные перенапряжения. Увеличение с гюмошью устройства сум.марной индуктивной составляющей в токе короткого замыкания па линии э.чектронерелТачи способствует снижению результирующей величины восстанавливаюшегося нанряжения па размыкаюшихся контактах ком.мутационного аппарата 15 и облегчению условий отключения, а падение напряжения на силовой обмотке 9 трансформатора последовательного включения, работаюшей в режиме реактора в мо.мент возпикповения тока короткого замыкания, снижает напряжение па пасьпцеином реакторе, а следовательно и в нейтрали обмоток силового транс форматора. Технико-экономическая эффективность предложенного устройства определяется тем, что его использование в сетях высших классов напряжений сушественпо повышает надежность работы основного электротехнического оборудования и линий электропередач в энергетике. Устройство .может быть нри.менено не только в энергосетях высокого напряжения, но и в различных электрических аппаратах для эффективного ограничения токов короткого замыкания и внутренних перенапряжений. Формула изобретения 1.Устройство для ограничения токов короткого замыкания и перенапряжений на высоковольтной подстанции, содержащее насышающийся реактор, обмотка переменного тока которого с трансформатором тока включены в нейтраль обмоток силового трансформатора через искровой промежуток, а обмотка управления подключена к независимому источнику постоянного тока через размыкающий контакт быстродействующего автомата, замыкающий контакт которого подсоединен параллельно искровому промежутку, а обмотка управления подключена к источнику питания через замыкающий контакт токового реле, подключенного к трансформатору тока и грозозащитный разрядник, включенный в нейтраль обмоток силового трансформатора, отличающееся тем, что,- с целью повышения комплексной эффективности ограничения токов короткого замыкания и внутренних перенапряжений, в него введен трехфазный трансформатор последовательного включения, первичные обмотки каждой фазы включены в цепи соответствующих обмоток силового трансформатора, а вторичные обмотки соединены параллельно и шунтированы дополнительно введенными и последовательно соединенными конденсаторо.м и катушкой индуктивности, настроенны.ми в нормальном режиме в резонанс напряжений, при это.м конденсатор шунтирован дополнительно введенными и параллельно соединеннь ми нелинейным ферромагнитным эле.ментом и выпрямительным блоком. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выпрямительный блок выполнен в виде моста, одна диагональ которого подключена к конденсатору, а ко второй подключена обмотка унравления насыщающегося реактора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 42190, кл. Н 02 И 9/02, 1934. 2.Авторское свидетельство СССР Ко 478387, кл. Н 02 Н 1/04, 1973. 3.Авторское свидетельство СССР № 550713, кл. Н 02 В 1/16, Н 02 Н 9/02, 1977 (прототип).
