Устройство для электроснабжения переменным током Советский патент 1981 года по МПК H02J3/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ

I

Изоберетние относится к электротехнике, а именно к устройствам для передачи и распределения электрической энергии. Оно может быть использовано для построения распределительных сетей переменного тока с изолированной нейтралью, имеющих малые уровни токов короткого замыкания.

Известны устройства электроснабжения переменного тока, содержащие пойизительные трансформаторы и секции шин, от которых питаются злектроприемники, в которых для ограничения токов короткого замыкания применяют реакторы в цепях трансформаторов

Недостатком такого устройства является большая мощность реактора и его наличие в цепи тока при работе в нормальном режиме.

Известно также устройство для электроснабжения потребителей в трехфазной сети переменного тока, содержащее трансформатор с обмоткой низкого напряжения, основную трехфазную секцию шин с подключенной к ней нагрузкой и трехфазное токоограничивающее устройство 2. Малое сопротивление токоограничивающего устройства в нормальном режиме не создает существенных потерь реактивной мощности и

напряжения и не оказывает влияния на нормальный режим работы электроприемников. При коротком замыкании в распределительной сети сопротивление токоограничивающего устройтсва повышается и тем самым ограничивается уровень подпитки точки короткого замыкания от системы.

10

Недостатками известного устройства являются большая проходная мощность токоограничивающего устройтсва и, следовательно, его стоимость, габаритные размеры и активные потери в

15 нем.

При этом сохраняется подпитка токов от двигателей нагрузки, которая, как известно, может составлять до (30-50%) от результирующего тока короткого замыкания при нёучете дейст20вия токоограничивающего устройства. Иначе, уровень ограничения токов короткого замыкания даже при сопротивлении токоограничивающего устройтсва

25 в аварийном режиме стремящимся к бесконечности будет составлять 30-50% от значения токов короткого замыкания в случае отсутствия мероприятий по ограничению токов короткого замы30кания. Кроме того,при коротком замыкании в распределительной сети понижение напряжения происходит на всех электроприемниках, питающихся от трансфор матора, что характерно для цносёкционных подстанций, т.е. при коротком замыкании происходит нарушение работы всех электроприемников, под ключенных к секции - невысокая надежность электроснабжения. Цель изобретения - глубокое ограничение токов короткого замыкания, уменьшение мощности -токоограничиваюцего устройства и повышение надежнос ти электроснабжения. В соответствии с изобретением, поставленная цель достигаётс я тем, что в устройство для электроснабжения переменным током содержащее трансформатор с обмот кой низкого напряжения, основную трехфазную секцию шин с подключенной к ней нагрузкой и трехфазный токоог.раничивающий блок, введена дополнительная трехфазная секция шин с подключенной к ней нагрузкой, начала каждой фазы обмотки низкого напряжения тарнсформатора подключены к основной секции шин,концы каждой фазы обмотки низкого напряжения трансформатора подключены к дополнительной секции шин, токоограничивающий блок включен пофазно между основной и дополнительной секциями шин таким обра зом, что соединяет начала предыдущих ,с концами последующих, по порядку че редования фаз обмотки низкого напряж ния трансформатора, а между основной и дополнительной секциями шин пофазно подключена нагрузка. На фиг.1 изображена схема предлагаемой системы электроснабжения; на фиг,2 - расчетная электрическая схема предлагаемой системы электроснабжения. Обмотка 1 высокого напряжения / трансформатора подключается к сети 2 Обмотка 3 низкого напряжения пофазно через разъединители 4 подключается к основным 5 и дополнительным 6 секциям шин. Указанные секции 5 и 6 соеди нены прфазно друг с другом через токоограничивающий блок 7. Нагрузка 8 подклйзчается каждая к своей секции 5 и б шин через выключатели 9, Нагрузка 10 подключается пофазно между основной 5 и дополнительной б секциями шин I а расчетной схеме (фиг,2) обозна цено 1а-|Дь1 Дс 012.Дъ2 С2 - токи нагрузок, фаз а, вис основной 5 и дополнительной 6 секций соответствен но; To-JB соответстTovaвуюишх фаз токоограничивающего блока 7 J CA токи соответствующих аз обмоток 3 низкого напряжения рансформатора. На расчетной схеме (фиг.2) для упощения не подключена нагрузка 10. Если нагрузка 8 составляет всю агрузку системы электроснабжения, и на распределена поровну между секиями 5 и 6 и имеет одинаковый cos t , в каждой из фаз токоограничиваюшего блока 7 протекают равные по модулю и сдвинутые на 120° токи, величины которых, например для фазы а, опредеяются по формуле To-ija . где Ir-Q - вектор фазного тока обмотки 3 низкого напряжения трансформатора; TQ - вектор линейного тока на грузки 8 основной секции 5. Известно, что при соединении в треугольник фазные токи b V 3 раз меньше линейных и отстают от них на Учтя, что ..где 1 ,. - вектор линейного тока нагрузки 8 фазы обоих секций, получим выражение для вектора тока фазы токоограничивсцощего блока 7 Т IT Т 2 а€ са Выполнив геометрическое вычитание, получим вектор тока фазы а токоограничивающего блока 7 т Jq p-j9o« тоза -fb-i Таким образом, при равных нагрузках 8 на секциях э и б/действуияцее значение тока через трехфазный токоограничивающий блок 7 в нормальном режиме составляет OTTjIfe 0129 let а при номинальной нагрузке трансформатора - 29% от мощности трансформатора. При произвольном изменении соотношения токов соединенной в звезду нагрузки 8 секций 5 и б загрузка токоограничивающего блока 7 не будет превышать указанного значения 0,29 Ig . Если вся нагрузка системы электроснабжения соединена в треугольник и подключена по типу нагрузки Ю, переток через токоограничивающий блок 7 будет отсутствовать. Таким образом, полученное значение тока токоограничивающего блока 7 0,29 1 g определяет требуемую проходную мощность токоограничивающего блока 7 в данной системе электроснабжения. Рассмотрим аварийные режимы работы устройтеза. При наиболее тяжелом металлическом трехфазном коротком замыкании на фидере,питающемся от одной из секций 5 или 6, имеем погашение потребителея ЭТОЙ секции. Однако вследствие параметрического ввода в цепи связи секций 5 и 6. шин большого сопротивления токоограничивающего блока 7 происходит резкое ограничение т ков короткого замыкания. В пределе, при сопротивлении токоограничивающего блока 7 равном бесконечности, обеспечивается токоограничивающим блоком реакторно-тиристорного типа и некоторых лругих, имеем в аварийном режиме полный разрыв секций 5 и 6, и в этом случае величина тока короткого замыкания будет равна лишь току нагрузки одной из секций. Однако при полном разрыве секций 5 и 6 в аварий ном режиме происходит переключение обмоток 3 трансформатора со схемы треугольник в звезду, что приводит к повышению напряжения на здорО1вой сек ции на время до отключения аварии ;выключателем 9 в пределе в V3 раз с разворотом вектора напряжения на 30 расчеты, учитывающие сопротивление рассеяния трансформатора, электричес кую удаленность точки короткого замы кания от секции 5 и 6 сборных шин и эффекта поддержания напряжения за счет соответствующей реакции двигате лей нагрузки 8, дают реальное увеличивание напряжения до 1,4-1,6 номинального. Длительность повышения нап ряжения не превьаиает обычно 0,2-0,3 ( время срабатывания выключателей 9 при токовой отсечке). Это не представляет опасности для основного силового оборудования системы злектроснабжения. После отключения аварийного фидера сопротивление токоограин чивающего блока 7 приближается к нулю и нормальный режим работы системы электроснабжения восстанавливается. Расчеты величин токов короткого замыкания в системе электроснабжения (фиг.2) с токоограничивгиощим блоком 7, обеспечивающим практический ражрыв межсекционных связей, дают значе ния 1,6-2,2 тока нагрузки секции (в зависимости от состава потребителей) Эти токи легко могут быть отключены выключателями дЪлегченного типа, в |астности выключателями нагрузки и тиристорными выключателями. Это существенно уменьшает затраты на комму тационную аппаратуру. Практически все типы токоограничивающих устройст пропускают в первый после возникнове ния короткого замыкания полупериод некоторые ударные токи. Это будет приводить к появлению кратковременны (обычио в течение одного полуперирда ударных токов короткого закшкания, составляющих при применении токоогра ничивающего устройства не более 5 крат по отношению к с1мплитуде нального тока секции, равного Большим преимуществом включения нагрузки 10 одновременно к обоим сек циям 5 и 6 сборных шин является то/ что при коротком замыкании на отходящих от секций 5 и 6 линиях к обычным нагрузкам на этих электроприемниках сохраняется практически номинальное напряжение и они не чувствуют возникновения, аварии.. При коротком замыкании непосредственно на зажимах или в линии, связывающей нугрузку 10 со сборными шинами, номинальное напряжение на этой нагрузке 10 сохраняется до момента ее обесточивания за счет отключения выключателей 9 в ее цепях присоединения, необходимого для ликвидации аварии в системе электроснабжения. При примении тиристорных ;; выключателей в цепях нагрузки8 и 10 время отключения короткого замыкания при мгновенном блокировании импульсов управления тиристорных выключателей может быть не более 0,015 с. Тогда вышеупомянутого повышения напряжения на здоровой секции 5 и 6 практически не будет. Тиристорные выключатели в системе электроснабжения следует выбирать только, из рас,чета на номинальные (перегрузочные) токи, поскольку они безусловно выдержат указанные малые значения токов-короткого замыкания, присущие принятому -принципу построения системы электроснабжения. Предлагаемая схема электроснабжения обладает повышенной надёжностью. При коротком замыкании на.время аварии происходит погашение только половины нагрузки 8, а на нагрузке 10 сохраняется напряжение при всех внешних авариях. Предлагаемая система в нормальном режиме имеет свойства, присущие обычным системам электроснабжения, однако имеет малый уровень токов короткоГо замыкания, позволяющий применять вместо обычных выключателей облегченные выключатели типа выключателей нагрузки или Тиристорные выключатели, не рассчитанные на большие ударные токи короткого замыкания. Цсщежность электроснабжения потребителей в заявляемой системе электроснабжения более высокая за счет существенного уменьшения числа электроприемников, терпящих погашение напряжения. Формула изобретения Устройство для электроснабжения переменным током, содержащее трансформатор с трехфазной обмоткой низкого напряжения основную трехфазную секцию шин с подключенной к ней нагрузкой и трехфазный токоограничивающий блок, о тличающ.ееся тем, что, с целью глубокого ограничения токов короткого замыкания, уменьшения мощности токоограничивающего блока и повышения надежности, электроснабжения, в него введена дополнительная трехфазная секция шин с подключенной к ней нагрузкой, начала каждой фазы обмотки низкого напряжения трансформатора подключены косновной секции шин, концы каждой фазы обмотки низкого напряжения трансформатора подключены к дополнительной секции шин, то коограничивающий блок включ;ен пофазно между основной и дополнительной секциями шин таким образом, что соединяет начала предыдущих с концами последующих, по порядку чередования фаз обмотки низкого напряжения трансформатора, а между основной и дополнительной секциями шин пофазно подключена нагрузка..

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Неклепаев Б.Н. Координация и оптимизация уровней токов короткого замыкания в электрических системах. М., Энергия, 1978.

2.Кучумов Л.А. О путях преодоления противоречивых требований повышения качества электрической энергии и уменьшения токов короткого замыкания. Проблемы технической электродииамики. Вып. 64, 1977, с. 62, рис, 1 а. s Jf /

ев

DDfr

Фт.1

U