Устройство для распределения электрической энергии переменным током Советский патент 1982 года по МПК H02J3/00 

Изобретение относится к устройствам для передачи и распределения электрической энергии переменным током и может быть использовано при создании сетей, имеющих малые уровни токов короткого замыкания при высоком качестве электрической энергии в нормальном режиме.

Известны устройства для электроснабжения потребителей, в которых для ограничения токов короткого замыкания применяются трансформаторы с расщепленными обмотками низкого напряжения или используются токоограничивающие устройства разных типов в цепях питания трансформаторов илиi между секциями сборных шин tl.

Недостатком указанных устройств является то, что они либо не позволяют глубоко ограничить токи короткого замыкания, либо при достижении глубокого ограничения токов короткого замыкания при установке токоограничивающих устройств в цепях питания их габаритная мощность существенно возрастает.

Наиболее близким к изобретению является устройство системы электроснабжения, содержащее три трехфазных понижающих трансформатора, объединен7 ных на параллельную работу токоограниЧивающим устройством. Сопротивле-i ние токоограничивающего устройства в нормальном режиме мало и оно не

10 влияет на работу электроприемников. При коротком замыкании на отходящей линии увеличивается сопротивление токоограничивающего устройства и в результате ограничивается уровень Подпитки токов короткого замыкания от двух других секций. После отключения короткого замыкания линейным выключателем сопротивление токоограничивающего устройства снова ста20новится близким к нулю и восстанавливается параллельная работа трансформаторов. При коротком замыкании на секции сборных шин токи подпитки от соседних секций ограничиваются токоограничивающим устройством и после отключения выключателя и ветви токоограничивающего устройства, присоединенной к крроткозамкнутой секции, восстанавливается параллельная работа соседних секций через токоограничивающее устройство t2.

Недостатком известного устройства является то, что токи короткого замыкания даже при сопротивлении токоограничивающего устройства в аварийном режиме, стремящимся к бесконечности, будут ограничиваться на уровне, достигающем десять и более крат по отношению к номинальному току нагрузки секции.

Цель изобретения - создание системы электроснабжения с качеством электрической энергии в нормальном режиме, соответствующим параллельной работе трех источников питания, но с уровнем токов короткого замыкания при коротком замыкании на большей части потребителей значительно меньше уровня токов короткого замыкания при раздельной работе источников питания.

Эта цель достигается тем, что устройство для распределения электрической энергии переменным током, содержащее три источника питания, подключенных к трем трехфазным секциям сборных шин, соединенных друг с другом через токоограничивающий элемент, снабжено дополнительной системой сборных шин, выполненной из трех секций, причем шины фаз каждой .секции дополнительной системы сборных шин подсоединены через дополнительно введенные выключатели к шинам соответствующих фаз различных.секций сборных шин.

На чертеже изображена схема предлагаемой системы распределения электрической энергии.

Схема содержит первый, второй и третий источники питания 1-3 соответственно, первую, вторую и третью секции 4-6 системы сборных шин соответственно, фазы токоограничиваюего устройства, первую, вторую и третью секции 10-12 дополнительной системы сборных шин соответственно, выключатели в цепи питания дополнительной системы сборных шин, выключатели 16-18 в цепи нагрузки системы сборных шин, выключатели 19 21 в цепи нагрузки дополнительной

системы сборных шин, нагрузку 22-2 первой, второй и третьей секций системы сборных шин, нагрузку 25-27 первой, второй и третьей секций дополнительной системы сборных шин, выключатели 28-30 в цепи источников питания. На чертеже обозначено К -Кхточки короткого замыкания. Система распределения электрической энергии имеет три источника П1 1тания 1-3, которые подключены через выключатели соответственно к секциям , соединенным между собой токоограничивающими устройствами , имеющим в

нормальном режиме близкое к нулю сопротивление. Дополнительная система сборных шин (10-12) получает питание через выключатели 13-15 от сборных шин 4-6 так. чтЬ фазы а. Ь.

J с каждой из секций 10-ft получают питание от разных секций с.борных шин . К шинам 4-6 и 10-12 подключены через выключатели 16-18 и 19-21 соответственно нагрузки 22-24 и 25-27. В нормальном режиме при объединении секций 4-6 через токоограничивающее устройство протекают токи небаланса нагрузок секций 4-6, а такжесекций 10-12. При отсутствии небаланса нагрузок переток через токоограничивагощее устройство равен нулю. Изложенные ниже соображения показывают, что основных (массовых) потребителей целесообразно подключать к дополнительным секциям шин. На этих секциях и их электроприемниках возможны частые короткие замыкания. Число подключенных к секциям 4-6 электроприемников предполагает ограниченный, и соответственно, будет малой и вероятность возникновения там коротких замыканий.

Рассмотрим аварийные режимы работы предлагаемой системы распределения электрической энергии в сетях с изолированной нейтралью, например, в сетях с напряжением 6,10 или 35 кВ. Предположим, что применяется токоограничивающее устройство реакторнотиристорного типа, как в устростве 2. При трехфазном коротком замыкании К на линии, отходящей, например, от первой секции системы сборных шин МО, вследствие параметрического ввода реактора токоограничивающего устройства происходит резкое ограничение первой полуволны тока короткого замыкания, а далее имеем полный разрез секций 10-12. В этом режиме на время до отключения короткого замыкания выключателем 19 напряжения в каждой из фаз секций 11 и 12 увеличивается до линейного. Вектора напряжений фаз а, b и с секции 11 отстают от векторов напряжений этих же фаз в исходном режиме на ЗО, а вектора напряжений фаз а, Ь и с сек ции 12 опережают вектора напряжений в исходном режиме на ЗО, Поэтому ток в месте короткого замыкания без учета подпитки точки короткого замы кания от нагрузки 25 равен геометрической сумме векторов токов нагрузок 26 и 27 и при равных нагрузках на секциях сборных шин не превышает трех крат от номинального тока каждой из секций. Такие токи могут быть отключены выключателями облегченного типа (выключателями нагрузки или тиристорными выключателями). Необходим отметить, что в течение всего периода от разрыва секций и до отключения выключателя 19 на всех секциях с.бор ных шин -6 сохраняется номинальное напряжение. Расчеты и эксперименты на физичес кой модели показали, что при учете сопротивления источников питания да же при металлическом трехфазном коротком замыкании на секциях сборных шин 10-12 реальное увеличение напряжения на здоровых секциях этих сборных шин не превышает 1,5 номинального. При применении электромеханических выключателей длительность повышения напряжения не превышает 0,2-0,3 с (время срабатывания выключателей при токовой отсечке). Воздействие напряжений такой величины и длительности не представляет опасности для основного электрооборудова ния. После отключения короткого замыкания линейным выключателем 19 сопротивление токоограничивающего устройства стремится к нулю и восстанавливается нормальный режим работы схемы При применении тиристорных выключателей на отходящих линиях (виключатели 19-21) и в цепи питания секций сборных шин 10-12 (выключатели 13-15) при блокировании импульсов управления тиристорных выключателей сразу же после возникновения короткого замыкания существенно улучшается режим работы потребителей неава рийных секций сборных шин 11 и 12так как время отключения короткого замыкания не превышает 0,02 с, и после отключения короткого замыкания на линии выключателем 13 или короткого замыкания на секции сборных шин Ю выключателем 13 электроприемники нбаварийных секций сборных шин 11 и 12 продолжают нормально работать. При использовании тиристорных выключателей в указанных местах могут быть снижены требования к токоограничивающим устройствам, так как разрыв секций становится необязательным Возможно и сочетание электромеханических выключателей 19-21 на отходящих линиях и тиристорных выключателей 13-15 в цепи питания секций сборных шин 10-12. Тогда при коротком замыкании на отходящей линии, например в точке К, примерно через 0,02 с происходит отключение тиристорного , выключателя 13. Когда короткое замыкание на линии отключено линейным выключателем 19, то включение тиристорного выключателя 13 восстанавливает нормальную работу секции 10. Процессы, происходящие в системе распределения электрической энергии при коротких замыканиях на сборных шин k-6 или на линиях, отходящих от Них, в основном аналогичны тем же процессам в известном устройстве. Основным отличием является то, что при трехфазном коротком замыкаНИИ на отходящей линии от одной из секций (например, от секции ) теряется питание в одной из фаз каждой секции сборных шин 10-12 на время до отключения короткого замыкания выключателем 16. Учитывая это, целесообразно к секциям сборных шин подключат11 минимальное количество мощных электроприемников, а подключение выполнять таким способом (например, шинопроводами), чтобы короткое замыкание на них было маловероятным. Если это невозможно, то можно систему распределения выполнять без сборных шин -6. Таким образом, система распределения электрической энергии переменным током в сетях с изолированной нейтралью обладает следующими преимуществами. Токи при коротком замыкании на дополнительной секции сборных шин в месте короткого замыкания значительно меньше токов короткого замыкания при раздельной работе сек