Изобретение относи,тся к электро.технике, в частности к устройствам, воздействукнцим комплексно на ограничение внутренних перенапряжений и токов короткого зш-шкання в мощных силовых сетях высокого напряжения.
Известно устройство для заземления нейтрали трансформатора, снижающее не только коммутационные перенапряжения, но и повышающее быстродействие и эффективность ограничения токов однофазного короткого замыкания,. содержащее насыщающийся реактор, обмотка переменного тока которогр включена в нейтраль обмоток силового трансформатора, а обмотка управления подсоединена к источнику постоянного тока, и которое снабжено защитным промежутком, трансформатором тока и быстродействующим автоматом, защитный промежуток и трансформатор тока включены в. цепь обмотки переменного тока, причем замыкающий контакт быстродействующего автомата подсоединен параллельно защитному промежутку, а размыкающий контакт включен в цепь обмотки управления постоянного тока 1.
Недостатками данного устройства является то, что предварительно насыщенный реактор не ограничивает ток однофазного и двухфазного замыкания на землю и величину динамических воздействий на электрооборудование от ударных токов короткого замыкания, в переходных режимах насыщения реактора возможно возникновение резонансных и феррорезонансных перенапряжений на линиях электропередач, внутренних перенапряжений на изоляции электротехнического оборудования и коммутационных перенапряжений на линейных выключателях, предварительное насыщение реактора до начала возникновения перенапряжений опасной величины приводит к необходимости иметь независимый источник питания постоянного тока, необходи мость интенсификации увеличения 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, невозможность комплексного воздействия устройства на ограничение и при необ содимости снижение параметров колебательных процессов: по току и напряжению до безопасных величин. Наиболее близким к изобретению является устройство для ограничения токов короткого замыкания и перенапряжений на высоковольтной подстанции, содержащее насыщающийся реактор, подключенный к нейтрали силово го трансформатора, трехфазный транс форматор последовательного включения первичные обмотки каждой фазь которо го включены в цепи соответствующих обмоток силового трансформатора, а вторичные обмотки соединены паралгг: лельно и шунтированы последовательно соединенными элементами индуктивного сопротивления, один из которых шунтирован конденсаторной батареей, а параллельно второму подсоединена диагональ, вторая диагональ которо го подключена к обмотке управления н сыщающегося реактора 2. Недостатками этого устройства являются невозможность одновременного комплексного воздействия устройства на основе функционального взаимодействия его элементов на ограничение и при необходимости снижение парамет ров колебательных процессов по напряжению и току до безопасных величин. Необходимость больших диапазонов коэффициентов регулирования и токоограничения, приводящих к необходимым габаритам устройства, соизмеримым с габаритами силовых трансформаторов аналогичных мощностей, при возникновении максимальных токов короткого замыкания эффективность ограничения внутренних перенапряжений снижается, недостаточная эффекти ность ограничения внутренних перенапряжений и токов короткого замыкания при их одновременном появлении в сетях. Цель изобретения - обеспечение бо лее эффективного комплексного и функционального ограничения ударных токов, параметров аварийных токов и опасных перенапряжений не только при переходных, но и колебательных процессах до безопасных величин. Поставленная цель достигается тем что устройство для заземления нейтра ли силового трансформатора, содержащее дополнительный трансформатор, первичные обмотки, которого включены последовательно с обмотками силового трансформатора а вторичные обмотки соединен-ы.между собой парал.лельно, насыщакидийся реактор, рабоча обмотка которого включена в нейтраль силового трансформатора, два последовательно соединенных элемента индуктивного сопротивления, включенные параллельно вторичным обмоткам дополнительного трансформатора, причем параллельно одному из элементов подсоединена конденсаторная батарея, а параллельно второму подсоединена диагональ выпрямительного моста, вторая диагональ которого подсоединена к обмотке управления насыщающегося реактора, снабжено дополнительным выпрямительным -мостом, одна диагональ которого подсоединена параллельно конденсаторной батарее, а вторая подсоединена к выводам обмотки управления, причем вентили в плечах выпрямительного моста, подключeнныe к обмотке управления насыщающегося реактора, имеют различное направление проводимости. В предложенном устройстве элементы индуктивного сопротивления могут быть выполнены - тот, которий шунтирован конденсатором - в виде нелинейного ферромагнитного элемента, а другой - в виде катушки индуктивности. . Кроме того, в предложенном устройстве оба элемента индуктивного сопротивления могут быть выполнены в виде нелинейных ферромагнитных элементов с различным напряжением насыщения, причем элемент, шунтированный батареей конденсаторов, выполнен с максимальным напряжением насыщения. , На фиг. 1 и 2 изображена принципиальная электрическая схема предложенного устройства. На фиг. 1 к нейтрали 1 первичной обмотки силового трансформатора подключена непосредственно рабочая обмотка 2 насыщающегося реактора с подмагничиванием, силовые обмотки 3 трансформатора последовательного включения включены в цепи переменного тока, а к его управляющим обмоткам 4, соединенным параллельно,подключен резонансный контур, состоящий из элемента индуктивного сопротивления - катушки индуктивности 5 и конденсатора 6 , который шунтирован элементам индуктивного сопротивления - нелинейным ферромагнитным элементом 7, выпрямительный блок 8 подключен к конденсатору, а вьлпрямительный блок 9 подключен к катушке индуктивности, противоположные диагонали указанных блоков соединены паралле у но и подключены к обмотке управления 10 насыщающегося реактора. В нормальном режиме работы оптимальные электрические величины сопротивлений индуктивной катушки 5 и конденсатора 6 составляют последовательный резонансный контур, обеспечивающий работу трансформатора последовательного включения практически с весьма несущественными для режима сопротивлениями е,го первичных обмоток 3, а подпитка выпрямительного блока 8 от конденсатора 6 обеспечивает необходимую величину выпрямленного тока в обмотке управления 10, что в свою оче редь дает возможность иметь необходимое сопротивление обмотки 2 с точ ки зрения требований по координации изоляции и динамической устойчивост электротехнического оборудования. Электрические параметры срабатывани выпрямительного блока 9 превышают аналогичные параметры срабатывания выпрямительного блока 8, поэтому в данном режиме взаимные влияния межд указанными выпрямительными блоками . отсутствуют, а индуктивная катушка 5 никаких влияний на указанный выпрямительный блок 9 не оказывает. Следовательно, уже в нормальном режиме работы, згидитное устройство обеспечивает необходимую эффективность заземления нейтрали сети и по ,готовлено для эффективного изменени результирующей величины сопротивления нулевой последовательности в случае возникновения переходных про цессов или колебательных. При возникновении перенапряжений в сети возросшие токи в обмотках 3 трансформатора последовательного включения приводят к увеличению токов в цепях управляющих обмоток 4 указанного трансформатора и повышению напряжения на конденсаторе 6, что в свою очередь приводит к увели чению эффективности работы выпрямительного блока 8 и росту величины по стоянного тока в обмотках управления 10 и соответствующим уменьшением сопротивления обмотки 2. Средняя величина напряжения насыщения нелиней ного ферромагнитного элемента 7 еще не проявляет заметного шунтирующего действия по отношению к конденсатору 6, а эффективность заземления нейтрали 1 силового трансформатора даже в случае некоторой рас.стройки последовательного резонансно го контура состоящего из индуктивной катушки 5 и конденсатора 6 практически не изменяется. Повышение напряжения на сопротивлении индуктивной катушки 5 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 3 трансформатора последовательного включения в результате принятых электрических характернстик составляющих элементов. В то же время устройство обеспечило подготовленный режим управляющих обмото 4 трансформатора последовательного включения гарантирующий успешное ограничение во времени токов короткого замыкания, появление которых воэможно в результате электрических пробоев изоляции ослабленной ниже допустимого уровня в условиях эксплуатации, до отключения линейной коммутационной аппаратуры. При возникновении токов короткого замыкания в сети и их протекании через силовые обмотки 3трансформатора последовательного включения происходит полная расстройка резонансного контура состоящего из последовательно соединенных индуктивной катушки 5 и конденсатора 6, что в свою очередь приводит к практически полному исчезновению противодействующего магнитного потока создаваемого управлякадими обмотками 4указанного трансформатора и егс превращения по существу в линейный реактор с максимально расчетным сопротивлением обмоток 3. Более того, снижение напряжения на выпрямительном блоке 8 благодаря соответствующей шунтировки конденсатора 6 нелинейным ферромагнитным элементом 7 со средней величиной напряжения насыщения приводит к снижению величины выпрямительного тока вобмотке управления 10 и в случае необходимости его отключению выпрямительным блоком 8, чем обеспечивается необходимое сопротивление обмотки 2 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 управления 10 с точки зрения влияния на изменение величины сопротивления обмотки 2 при токах короткого замыкания, а во-вто5 1х гарантирующего на- . дежную подготовку защитного устрюйства к ограничению перенапряжений, пЪявление 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 результирукицая величина сопротивления нулевой последовательности благодаря комплексному воздействию устройства вновь на основе функционального взаимодействия между обмотками 3 трансформатора последовательного включения и обмоткой 2 насыщающегося реактора в результате изменившихся Электрических параметров составляющих элементов. При одновременном воздействии внутренних перенапряжений и токов короткого замыкания в результате одновременного появления электрических и тепловых пробоевизоляции электротехнического оборудования и на линиях электропередач, обмотксь 3 трансформатора последовательного включения работает в режиме реактора и ограничивает не только токи короткого замыкания в фазах, но и. воздействующие перенапряжения в результате их распределеНИН между последовательно соединенны ми индуктивностями линейного реактора, силового трансформатора и дросселя насыщения. Более того, максимал но расчетная величина напряжения на индуктивной катушке 5 обеспечивает эффективную работу выпрямительного блока 9, соответствукиций выпрямитель ный ток в обмотке управления 10, а поэтому вновь необходимую эффективность заземления нейтрали 1 силового трансформатора в результате снижения сопротивления обмотки 2 насыщающегося реактора. Следовательно, режим заземления нейтрали 1 силового трансформатора через рабочую обмотку 2 насыщающегося реактора и режим изменения величины сопротивления обмоток 3 трансформатора последовательного включения обеспечивают даже при переходных и колебательных процессах получение необходимого резуль тирующего сопротивления нулевой последовательности применительногок те ническим требованиям одновременного о раничения внутреннихперенапряжений и токов короткого за1 1ыкания в конкретных электрических сетях. На фиг. 2 к нейтрали 1 первичной обмотки силового трансформатора подключена непосредственно обмотка 2 насЕзПцающегося реактора с подмагничиванием, силовые обмотки 3 трансформатора последовательного включения включены в цепи переменного тока, а к его управляющим обмоткам .4, соединенным параллельно, подключен резо нансный контур, состоящий из нелиней ного ферромагнитного элемента 5 и конденсатора 6, который шунтирован н линейным ферромагнитным элементом 7, выпрямительный блок 8 подключен к нелинейному ферромагнитному элементу а выпрямительный блок 9 подключен к обмотке управления 10. Ё нормальном режиме работы оптимальные электричес кие величины сопротивлений нелинейного ферромагнитного элемента 5с мини мальной величиной напряжения насыщени и конденсатора б составляют последовательный резонансный контур, обеспечивающий работу трансформатора последовательного включения практически с весьма несущественными для режима сопротивлениями его первичных обмоток 3, а подпитка выпрямительного блока 8 от нелинейного Ферромаг нитного элемента 5 обеспечивает необходимую величину выпрямленного тока в обмотке управления 10, что в свою очередь дает возможнорть имет необходимое сопротивление обмотки 2 с точки зрения требований по координации изоляции и динамической устойчивости электротехнического оборудования. Электрические параметры срабатывания выпрямительного блока 9 превьааают аналогичные параметры срабатывания выпрямительного блока 8, поэтому в данном режиме взаимные влияния между указанными выпрямительными блоками отсутствуют, а н.апряжёние на обмотке управления 10 совершенно недостаточное для срабатывания выпрямительного блока 9, поэтому нелинейный ферромагнитный элемент 7 с максимальной величиной напряжения насыщения никаких влияний на режим работы не оказывает,Следовательно,уже в норма ль ногл режиме работы защитное ус тройство обеспечивает необходимую эффективно -:ть заземления нейтрали сети и подготовлено для эффективного изменения результирующей величины сопротивления нулевой последовательности в случае возникновения переходных или колебательных процессов. При возникновении перенапряжений в сети возросшие токи в обмотках 3 трансформатора последовательного включения приводят к увеличению токов в цепях управляющих обмоток 4 указанного трансформатора и возможному повышению напряжения на нелинейном ферромагнитном элементе 5 с минимальной величиной напряжения насыщения/ что в свою очередь приводит к определенному увеличению эффективности-работы выпрямительного блока 8 и росту величины постоянного тока в обмотке управления 10 с соответствующим уменьшением сопротивления обмотки 2, Эффективность заземления нейтрали 1 силового .трансформатора даже в случае некоторой расстройки последовательного резонансного контура, состоящего из нелинейного ферромагнитного элемента 5 и конденсатора 6, практически изменяется незначительно. Однако величина напряжения на обмотке управления 10 является в этом режиме еще недостаточной для срабатывания вьтрямительного 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 3 трансформатора последовательного включения в результате электрических характеристик составляющих элементов. В то же время устройство обеспечило подготовительный режим управляющих обмоток 4 трансформатора последовательного включения гарантирукиций успешное ограничение во времени токов короткого замыкания, появление которыхвозможно в результате элек- трических пробоев изоляции ослабленной ниже допустимого уровня в условиях эксплуатации, до отключения линейной коммутационной аппарату. При возникновении токов короткого замыкания в сети и их протекании через силовые обмотки 3 трансформатора последовательного включения происходит полная расстройка резонансного контура состоящего из последовательно соединенных нелинейного ферромагнитного элемента 5 и конденсатора 6 что в свою очередь приводит к практически полному исчезновению противодействующего магнитного потока создаваемого управляющими обмотками 4 указанного трансформатора и его .превращения по существу в линейный реактор с максимально расчетннагм сопротивлением обмоток 3. Более того, ограничение напряжения на выпрямительном блоке 8 благодаря насыщению Нелинейного ферромагнитного элемента с минимальным напряжением насаждения приводит к стабилизации величины выпрямительного тока в обмотке управления 10, чем обеспечивается необходимое сопротивление обмотки 2 насьлцающегося реактора. Протекание токов короткого замыкания по обмотке 2 обеспечивает появление напряжения на обмотке управления 10 достаточное для срабатывания выпрямительного блока 9, что в свою очередь переводит нелинейный ферромагнитный эл мент 7 с максимальной величиной напряжения насыщения в насыщенный режим,кот рый в свою очередь/совместно с конденс тором б,способствует приближению к параллельному резоЕ1анснсму контуру с од временным дополнительным ограничением напряжения на нелинейном ферромаг нитном элементе 5. Однако наличие выпрямленного тока в обмотке управления 10 в результате работы выпрямительного блока 8 обеспечивает подготовку устройства к ограничению перенапряжений, появление которых возможно в результате тепловых повреждений изоляции и обрьшов 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 вновь на основе функционального взаимодействия между обмотками 3 трансформатора последова тельного включения и обмоткой 2 насыщающегося реактора в результате изменившихся электрических параметро составляющих элементов. При одновременном воздействии внутренних перенапряжений и токов короткого замыкания в результате одновременного появления электрических и тепловых пробоев в изоляции электротехнического оборудования и на линиях электропередач, обмотка 3 трансформатора последовательного включения работает в режиме реактора и ограничивает не только токи короткого Зс1мыкания в фазах, но и воздействукяцие перенапряжения в результате их распределения между последовательно соединенными индуктивностями линейного реактора, силового трансформатора и дросселя насыщения. Более того, максимально расчетная величина напряжения на нелинейном ферромагнитном элементе 7 с максимальной величиной напряжения насьвдения в результате эффективной работы выпрямительного блока 9 обеспечивает возникновение парашлельного резонансного контура между конденсатором 6 и указанным ферромг1гнитньнл элементом 7, что в свою очередь гарантирует: во-первых, стабильность реакторного режима обмоток 3 трансформатора последовательного включения, во-вторых,наличие необходимого напряжения на нелинейном ферромагнитном элементе 5, достаточного для работы выпрямительного блока 8 и наличие выпрямительного тока в обмотке управления 10, что в свою очередь вновь обеспечивает необходимую эффективность заземления нейтрали 1 силового трансформатора в результате снижения сопротивления обмотки 2 насыщанлцегося реактора. Следо ательно, режим заземления нейтрали 1 силового трансформатора через обмотку 2 насыщающегося реактора и режим изменения величины сопротивления обмоток 3 трансформатора последовательного включения обеспечивают даже при переходных и колебательных процессах получение необходимого результирующего сопротивления нулевой последовательности применительно к техническим требованиям одновременного ограничения внутренних перенапряжений и токов короткого замыкания в конкретных электрических сетях. Формула изобретения 1. Устройство для заземления нейтрали силового трансфо1 1ато1)а, содержащее дополнительный трансформатор, первичные обмотку которого включены последовательно с обмотками силового трансформатора, а вторичные обмотки соединены между собой параллельно, насыщающийся реактор, рабочая обмотка которого включена в нейтраль силового трансформатора,два последовательно соединенных элемента
индуктивного сопротивления, включенные параллельно вторичным обмотком дополнительного трансформатора, причем параллельно одному из элементов подсоединена конденсаторная батарея а параллельно второму подсоединена диагональ выпрямительного моста, вторая диагональ которогоподсоединена к обмотке управления насыщающе гося реактора, отличающ е-« е с я тем, что, с целью ограничения перенапряжений и токов короткого замыкания при переходных и колебательных процессах, оно снабжено дополнительным выпрямительным мостом, одна диагональ которого подсоединена параллельно конденсаторной батарее, а вторая подсоединена к выводам обмотки управления реактора, причем вентили в плечах выпрямительного моста, подключенные к обмотке управления насыщакнцегося реактора, выполнены с различным направлением лроводимости.
2,Устройство по п. I, о т ли- чающееся тем, что элементы индуктивного сопротивления выполнены; первый, который шунтирован конденсатором, - в виде нелинейного ферромагнитного элемента, а второй в виде катушки индуктивности.
3.Устройство по п. 1, отличаю щ е е с я тем, что элементы индуктивного сопротивления выполнены в виде нелинейных ферромагнитных элементов с различным напряжением насыщения, причем элемент, шунтиро-. ванный батареей конденсаторов, выполнен с максимальным напряжением насыщения.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1.Авч орское свидетельство СССР 550713; кл. Н 02 Н 9/02, 1977.
2,Авторское..свидетельство СССР . по заявке 2943822/24-07,
кл. Н 02 Н. 9/00, 1979.
фиг.Ч
