1
Изобретение может найти применение в электротехнике и энергетике, а именно на высоковольтных подстанциях, где необходимо ограничение токов короткого замыкания и внутренних перенапряжений.
Известно устройство для заземления нейтрали трансформатора, снижающее не только коммутационные пере- напряжения, но и повышающее быстродействие и эффективность ограничения токов однофазного короткого замыкания , содержащее насыщающийся реактор, обмотка переменного тока которого включена в нейтраль обмоток силового трансформатора, а обмотка управления подсоединена к источнику постоянного тока, включены защитный промежуток и трансформатор тока, в цепь обмотки переменного тока подключен замыкающий контакт быстродействующего автомата параллельно защитному промежутку, а размыкающий контакт автомата гашения поля включен
В цепь обмотки управления постоянного тока t1.
Электромагнитные характеристики .ограничивающего дросселя насыщения с подмагничиванием постоянным током приводят к необходимости его подсоединения к найтрали высоковольтных обмоток силового трансформатора через искровой промежуток. Предварительно насыщенный реактор не ограничивает ток однофазного короткого замыкания на землю и величину динамических воздействий на электрооборудование от ударных токов короткого замыкания. В переходных режимах насыщения реактора, учитывая наличие электрической связи его обмотки только с обмотками высокого напряжения силового трансформатора, возможно возникновение внутренних перенапряжений на изоляции электротехнического оборудования, коммутационных перенапряжений на линейных выключателях, резонансных и феррорезонансных перенапря39 ,жений на линиях электропередач. Пред варительное насыщение реактора до начала возникновения перенапряжений опасной величины приводит к необходимости иметь независимый источник . постоянного тока достаточной мощности. Необходимость интенсификации уве личения сопротивления предварительно насыщенного реактора до оптимальной величины перед отключением линейным выключателем тока короткого замыкания приводит к необходимости иметь в цепи постоянного тока специальный автомат гашения магнитного поля с размыкающим контактом и замыкающим контактом в цепи переменного тока параллельно искровому промежутку. К недостаткам известного устройства относится также невозможность одновременного воздействия устройства на ограничение и при необходимости снижение параметров колебательных процессов по току и напряжению до безопасных величин. Кроме того, необходимость больших диапазонов регулирования приводит к большим габаритам устройства., соизмеримым с габаритами силовых трансформаторов аналогич ных мощностей. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для заземления нейтрали трансформатора со вторичной обмоткой, соединенной в разомкнутый треугольник, содержащее насыщающийся реактор, рабочая обмотка которого подсоединена к нейтрали трансформатора, последовательно соединенные эл менты индуктивного сопротивления, включенные в разрыв обмотки трансфор матора, соединенной в разомкнутый треугольник, параллельно одному из которых подключена конденсаторная ба тарея, а параллельно второму - диаго наль выпрямительного моста, вторая диагональ которого подсоединена к обмотке управления насыщающегося реактора 2.
Однако известное устройство имеет значительные габариты реактора, соизмеримые с габаритами трансформатора, и, кроме Того, из-за наличия дополнительной обмотки не обеспечивается эффективное ограничение внутренних перенапряжений при возникновении максимальных токов к.з.
Цель изобретения - осуществление одновременного снижения перенапряНа фиг. 1 и 2 изображены варианты выполнения устройства соответственно с различным характером выполнения элементов индуктивного сопротивления,
В случае выполнения элементов индуктивного сопротивления в виде нелинейных ферромагнитных элементов
(фиг. 1) к нейтрали 1 первичной обмотки силового трансформатора подключена непосредственно обмотка 2 пе, 4 жений и токов короткого замыкания и уменьшение габаритов устройства. Указанная цель достигается тем, что устройство для заземления нейтрали трансформатора со вторичной обмоткой, соединенной в разомкнутый треугольник, содержащее насыщающийся реактор, рабочая обмотка которого подсоединена- к нейтрали трансформатора, последовательно соединенные элементы индуктивного сопротивления, включенные в разрыв обмотки трансформатора, соединенной в разомкнутый треугольник, параллельно одному из которых подключена конденсаторная батарея, а параллельно второму подсоединена диагональ выпрямительного моста, вторая диагональ которого подсоединена к выводам обмотки управления насыщающегося реактора, снабжено вторым выпрямительным мостом, одна диагональ которого подсоединена к выводам обмотки управления насыщающегося реактора, а вторая подсоединена параллельно конденсаторной батарее, причем вентили в плечах выпрямительных мостов, подключенных к обмотке управления насыщающегося реактора, имеют различное направление проводимости. Устройство может быть выполнено с элементами индуктивного сопротивления, выполненными в виде нелинейных ферромагнитных элементов с различной величиной напряжения насыщения, причем элемент, подключенный к диагонали первого выпрямительного моста, выполнен с максимальной величиной напряжения насыщения. Кроме того, один элемент индуктивного сопротивления в устройстве может быть выполнен в виде нелинейного ферромагнитного элемента, а второй в виде катушки индуктивности, причем в виде нелинейного ферромагнитного элемента выполнен элемент индуктивного сопротивления, шунтированный конденсатором. 59 ременного тока насыщающегося реактора с подмагничиванием, обмотка 3 управления которого подсоединена к источнику постоянного тока. Вторичная обмотка k силового трансформатора шунтирована последовательно соединен ными нелинейным ферромагнитным элементом 5 с максимальной величиной на пряжения и конденсатором 6, который в свою очередь шунтирован нелинейным ферромагнитным элементом 7 со средней величиной напряжения насыщения, выпрямительный блок 8 подключен к нелинейному ферромагнитному элемен ту 5, а выпрямительный блок 9 подклю чен к обмотке управления насыщающего ся реактора. В нормальном режиме работы оптимальные электрические величины сопротивлений нелинейного ферромагнитного элемента 5 и конденсатора 6 составляют последовательный резонансный контур, обеспечивающий работу вт ричной обмотки силового трансформа .тора в режиме практически замкнутого треугольника, а подпитка выпрямитель ного блока 8 от нелинейного ферромагнитного элемента 5 обеспечивает необходимую величину выпрямленного тока в обмотке 3 управления, что в свою очередь, дает возможность иметь необходимое сопротивление обмотки 3 управления, а это позволяет получить необходимое сопротивление обмотки 2 с точки зрения требований по координации изоляции и динамической устойчивости электротехнического оборудования. Электрические параметры срабатывания выпрямительного блока 9 превышают аналогичные параметры ерабатывания выпрямительного блока 8, поэтому в данном режиме взаимные влия ния между указанными выпрямительными блоками отсутствуют, а обмотка 3 управления никаких влияний на указан ный выпрямительный блок 9 не оказывает. Следовательно, уже в нормальном режиме работы защитное устройство обеспечивает необходимую эффективность заземления нейтрали сети и под готовлено для эффективного измерения результирующей величины сопротивления нулевой последовательности в слу чае возникновения переходных или колебательных процессов. При возникновении перенапряжений в сети повь1шается напряжение на нелинейном фер36ромагнитном элементе 5, что в свою очередь приводит к увеличению эффективности работы выпрямительного блока 8 и росту величины выпрямленного тока в обмотке 3 управления с соответствующим уменьшением сопротивления обмотки 2, однако электрические параметры обмотки 3 управления в данном случае еще не оказывают заметного влияния на выпрямительный блок 9 и, соответственно, на нелинейный ферромагнитный элемент 7 поэтому эффективность заземления нейтрали 1 силового трансформатора даже в случае некоторой расстройки после довательного резонансного контура, состоящего из нелинейного ферромагнитного элемента 5 и конденсатора 6, практически не изменяется. Повышение напряжения на обмотке 3 управления является в этом режиме еще недостаточным для срабатывания выпрямительного блока 9. Следовательно, при возникновении перенапряжений в сети автоматически снижается величина сопротивления нулевой последовательности благодаря комплексному воздействию устройства на основе функционального взаимодействия между обмоткой 2 насыщающегося реактора и обмоткой t силового трансформатора. В то же время устройство обеспечивает подготовительный режим : вторичной обмотки k силового трансформатора и выпрямительного блока 9, гарантирующий своевременное ограничение токов короткого замыкания, появление которых возможно в результате электрических пробоев изоляции, ослабленной ниже допустимого уровня в условиях эксплуатации, до отключения линейной коммутационной аппара- , туры. При возникновении токов короткого замыкания в сети и их протекании через обмотку 2 переменного тока насыщающегося реактора происходит полная расстройка последовательного резонансного контура, состоящего из нелинейного ферромагнитного элемента 5 и конденсатора 5, в результате возникновения параллельного резонансного контура, состоящего из конденсатора 6 и нелинейного ферромагнитного элемента 7, благодаря срабатыванию выпрямительного блока 9 от приложенного напряжения со стороны обмотки 3 управления. Это приводит к практичес7 . 9 кому размыканию треугольника обмотки Ц и резкому снижению напряжения н выпрямительном блоке 8, однако максимальная величина напряжения насыщения у нелинейного ферромагнитного .элемента 5 гарантирует надежную подготовку защитного устройства к ограничению перенапряжений, появление которых возможно в результате тепловых повреждений |изоляции или обрывов фаз ли:Ний электропередач. Следовательно, при появлении токо короткого замыкания в сети автоматически возрастает до необходимого уро ня результирующая величина сопротивления нулевой последовательности бла годаря комплексному воздействию устройства на основе функционального взаимодействия между обмотками 2 и А в результате изменившихся электрических параметров составляющих элементов. При одновременном воздействии внутренних перенапряжений и токов ко роткого замыкания в результате одновременного появления электрических и тепловых пробоев в изоляции электротехнического оборудования и на линиях электропередач, обмотка транс форматора работает в режиме разомкнутого треугольника благодаря возникновению параллельного резонансного контура между конденсатором 6 и нелинейным ферромагнитным элементом 7, а эффективная расчетная величина напряжения на нелинейном ферромагнит ном .элементе 5 обеспечивает эффективную работу выпрямительного блока 8 и соответствующий выпрямленный ток в обмотке 3 управления, а поэтому обеспечивается необходимая эффективность заземления нейтрали 1 силового трансформатора в результате изменени сопротивления обмотки 2 переменного тока.. Следовательно, режим заземления нейтрали 1 силового трансформатора через обмотку 2 переменного тока дросселя насыщения и изменение режима схемы соединения вторичной обмотки Л силового трансформатора обеспечивают даже при переходных и колеба.тельных процессах получение необходи мого результирующего сопротивления нулевой последовательности применительного к техническим требованиям одновременного ограничения вн утренних перенапряжений и токов короткого замыкания в конкретных электрических сетях. На фиг. 2 изображена принципиальная электрическая схема устройства, у которого один из элементов индуктивного сопротивления выполнен в виде нелинейного ферромагнитного элемента, а второй - в виде катушки индуктивности. К нейтрали 1 первичной обмотки силового трансформатора подключена непосредственно обмотка 2 переменного тока насыщающегося реактора с подмагничиванием, обмотка 3 управления которого подсоединена к источнику постоянного тока. Вторичная обмотка ч силового трансформатора шунтирована последовательно соединенными катушкой 5 индуктивности и конденсатором 6, который в свою очередь шунтирован нелинейным ферромагнитным элементом 7, выпрямительный блок 8 подключен к конденсатору, а выпрямительный блок 9 - к катушке индуктивности, противоположные диагонали указанных блоков соединены параллельно и подключены к обмотке управления насыщающегося реактора. В нормальном режиме работы оптимальные электрические величины сопротивлений индуктивной катушки 5 и конденсатора 6 составляют последовательный резонансный контур, обеспечивающий работу вторичной обмотки 4 силового трансформатора в режиме практически замкнутого треугольника, а подпитка выпрямительного блока 8 от конденсатора 6 обеспечивает необходимую величину выпрямленного тока в обмотке 3 управления, что, в свою очередь, дает возможность иметь необходимое сопротивление обмотки 2 с точки зрения требований по координации изоляции и динамической устойчивости электротехнического оборудования. Электрические параметры срабатывания выпрямительного блока 9 превышают аналогичные параметры срабатывания выпрямительного блока 8, поэтому в данном режиме взаимные влияния между указанными выпрямительными блоками отсутствуют, а индуктивная- катушка 5 никаких влияний на выпрямительный блок 9 не оказывает. Следовательно, уже при нормальном режиме работы защитное устройство обеспечивает необходимую эффективность заземления нейтрали сети и подготовлено для эффективного изменения результирующей величины сопротивления нулевой последовательности в слу чае возникновения переходных или колебательных процессов. При возникновении перенапряжений в сети повышается напряжение на конденсаторе 6, что в свою очередь приводит к увеличению эффективности работы выпрямительного блока 8 и росту величины выпрямленного тока в обмотке 3 управления с соответствующим уменьшением сопротивления обмотки 2. Средняя величина напряжения насыщения нелинейного ферромагнитного элемента 7 еще не проявляет заметного шунтирующего действия по отношению к конденсатору 6, а эффективность за земления нейтрали 1 силового трансформатора даже в случае некоторой расстройки последовательного резонансного контура, состоящего из инду тивной катушки 5 и конденсатора 6, практически не изменяется. Повышение напряжения на индуктивной катушке 5 является в этом режиме еще недостаточным для срабатывания выпрямительного блока 9. Следовательно, при возникновении перенапряжений в сети автоматически снижается величина сопротив.ления нулевой последовательности благодаря комплексному воздействию устройства на основе функционального взаимодействия между обмоткой 2 насыщающегося реактора и обмоткой k силового транс форматора в результате принятых электрических .характеристик составляющих элементов. В то же время, уст ройство обеспечивает подготовительны режим вторичной обмотки k силового трансформатора и выпрямительного бло ка 9, гарантирующий своевременное ог раничение токов короткого замыкания, появление которых возможно в результате электрических пробоев изоляции, ослабленной ниже допустимого уровня в условиях эксплуатациии, до отключения линейной коммутационной аппаратурм. При возникновении токов короткого замыкания в сети и их протекание через обмотку 2 переменного тока насыщающегося реактора происходит полная расстройка резонансного контура, состоящего из последовательно соединенных индуктивной катушки 5 и конденсатора 6, в результате эффективной шунтировки конденсатора 6 нели9310 нейным ферромагнитным элементом 7 напряжение на выпрямительном блоке 8 снижается, что, в свою очередь, приводит к снижению величины выпрямленного тока в обмотке 3 управления и в случае необходимости к его отключению выпрямительным блоком 8, чем обеспечивается необходимое сопротивление обмотки 2 переменноо тока насыщающегося реактора. Шунтировка конденсатора 6 ферромагнитным элементом 7 обеспечивает резкий подъем напряжения на индуктивной катушке 5 и срабатывание выпрямительного блока 9, обеспечивающего, во-первых, совершенно незначительный ток в обмотке 3 управления с точки зрения влияния на изменение величины сопротивления обмотки 2 при токах короткого замыкания, а во-вторых, гарантирующего надежную подготовку защитного устройства к ограничению перенапряжений, появление которых возможно в результате тепловых повреждений изоляции и обрывов фаз линий электропередач. Следовательно, при появлении токов короткого замыкания в сети автоматически возрастает до необходимого уровня результирующая величина сопротивления нулевой последовательности благодаря комплексному воздействию устройства на основе функционального взаимодействия между обмотками 2 и в результате изменившихся электрических параметров составляющих элементов. При одновременном воздействии внутренних перенапряжений и токов короткого замыкания в результате одновременного появлении электрических и тепловых пробоев в изоляции электротехнического оборудования и на линиях электропередач обмотка трансформатора it работает в режиме разомкнутого треугольника благодаря возникновению резонансного контура между параллельно соединенными конденсатором 6 и ферромагнитным элементом 7, а максимальная расчетная величина напряжения на индуктивной катушке 5 обеспечивает эффективную работу выпрямительного блока 9, соответствующий выпрямленный ток в обмотке 3 управления, а поэтому необходимую эффективность заземления нейтрали 1 силового трансформатора в результате сни91жения сопротивления обмотки 2 переменного тока. Следовательно, режим заземления нейтрали 1 силового трансформатора через обмотки 2 переменного тока дросселя насыщения и изменение режима схемы соединения вторичной обмотки k силового трансформатора обеспечивают даже при переходных и колебательных процессах получение необходимого результирующего сопротивления нулевой последовательности при менительно к техническим требованиям одновременного ограничения внутренних перенапряжений и токов короткого Замыкания в конкретных электрических сетях; Формула изобретения 1. Устройство для заземления нейтрали трансформатора со вторичной обмоткой, соединенной в разомкнутый треугольник, содержащее насыщающийся реактор, рабочая обмотка которого подсоединена к нейтрали трансформатора, последовательно соединенные элементы индуктивного сопротивления, включенные в разрыв обмотки трансформатора, соединенной в разомкнутый треугольник, параллельно одному из которых подключена конденсаторная ба тарея, а параллельно второму подсоеди нена диагональ выпрямительного моста вторая диагональ которого подсоединена к выводам обмотки управления насыщающегося реактора, отличающееся тем, что, с целью осуществления одновременного снижения пере12напряжений и токов короткого замыкания и уменьшения габаритов устройства, оно снабх{ено вторым выпрямительным мостом, одна диагональ которого подсоединена к выводам обмотки управления насыщающегося реактора, а вторая подсоединена параллельно конденсаторной батарее, причем вентили в плечах выпрямительных мостов, подключенных к обмотке управления насыщающегося реактора, имеют различное направление проводимости. 2.Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что элементы индуктивного сопротивления выполнены в виде нелинейных ферромагнитных элементов с различной величиной напряжения насыщения, причем элемент, подключенный к диагонали первого выпрямительного моста, выполнен с максимальной величиной напряжения насыщения . 3.Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что один элемент индуктивного сопротивления выполнен в виде нелинейного ферромагнитного элемента, а второй - в виде катушки индуктивности, причем в виде нелинейного ферромагнитного элемента выполнен элемент индуктивного сопротивления, шунтированный конденсатором. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 550713, кл. Н 02 Н 9/02, 1977. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке If 29 5739/2 -07 кл. Н 02 Н 9/00, 1980.
фуг. /
