Пристрій для обмеження струмів короткого замикання та перенапруг

Пристрій для обмеження струмів короткого замикання та перенапруг, який містить автотрансформатор, обмотки високої напруги якого за допомогою комутаційних апаратів підключені до живильної системи шин та електрично зв'язані з обмотками середньої напруги, які за допомогою комутаційних апаратів підключені до живильної системи шин при наявності загальної нейтралі відповідного класу напруги, а магнітно зв'язана обмотка вторинної напруги з'єднана по схемі трикутника, трансформатор напруги контролю ізоляції, високовольтна обмотка якого з'єднана по схемі зірки з виведеним нульовим проводом та додаткова обмотка низької напруги з'єднана по схемі розі U 2 (19) 1 3 19274 4 мально замкнений контакт автомата гасіння поля, між нейтраллю високовольтних обмоток і землею, причому з метою підвищення ефективності обмепричому резисторна установка виконана у вигляді ження названих струмів і перенапруг, дросель надільника напруги, який містить два послідовно сичення обладнаний додатковою обмоткою, яка з'єднаних резистора, між спільною точкою яких та магнітне зв'язана з обмотками дроселя і під'єдназемлею з'єднані паралельно відповідні реактор і на у розсічку трикутника обмоток силового трансконденсатор. форматора. Спільними з прототипом ознаками є наявність Недоліками вказаного пристрою є необхідність активних опорів відповідних розмірів пристосовано використання джерела постійного струму, приєддо реальних мереж вказаних напруг, які в певній нання у нормальному режимі дроселя насичення мірі сприяють зниженню терміну загасання перехідо нейтралі високовольтних обмоток силового дних та ймовірності виникнення коливальних протрансформатора через іскровий проміжок, при цесів з небезпечними для ізоляції електрообладпробої якого виникають перенапруги високих часнання розмірами струмів та перенапруг тот, які порушують рівномірний розподіл напруг підвищених частот, а наявність паралельно з'єдміж витками у котушках, між котушками обмоток та наних реактора і конденсатора спільно з вказаниміж обмотками трансформатора, неможливість ми активними опорами обмежують негативні вплипопередньо насиченого дроселю обмежувати ви електромагнітних параметрів при резонансних і струм однофазного короткого замкнення, ймовірферорезонансних явищах. ність виникнення резонансних та ферорезонансОднак, ефективність обмеження одноразових них явищ у перехідних режимах насичення дросетоків короткого замкнення резисторами у нейтралі ля з появою тривалих коливальних процесів на високовольтних обмоток силового трансформатоживлячій системі шин, а внаслідок цього, у всій ру знижена порівняно з індуктивністю вказаних електричне зв'язаній мережі. обмоток геометричного у першому і арифметичВідносно близьким до пропонованої корисної ному у другому випадках при однаковому розмірі моделі є пристрій, який має дросель насичення з допустимої напруги на ізоляції їхньої нейтралі. відпайками [2. Авторське свідоцтво СРСР При виникненні грозових перенапруг шунту№907682. Пристрій для обмеження перенапруг і вання одного з двох послідовно з'єднаних резисструмів короткого замкнення на високовольтній торів паралельно з'єднаним конденсатором може підстанції, автори I.I. Магда, A.I. Назаров. - автори. бути причиною теплового пошкодження резистора, (Аналог)], який підмикається в нейтраль високовоякий зашився, струмом блискавки, розмір якого льтних обмоток безпосередньо та змінює розмір досягати кількох десятків кілоампер. свого індуктивного опору в залежності від змінюКомутаційні перенапруги, які виникають в ревання напруги між виводами обмотки, з'єднаної по зультаті неповнофазних режимів роботи вимикачів схемі розімкнутого трикутника, які шунтуються інабо обрив фаз живлячих ліній електропередачі дуктивністю додаткової обмотки, причому один з можуть бути причиною підвищених напруг промививодів вказаної обмотки приєднаний до відпайки слової частоти в нейтралі високовольтних обмоток дросель насичення, а другий до його заземленого силового трансформатора, які призводять до провиводу. бою ізоляції конденсатора. Даний пристрій прийнятий за аналог (протоВиникнення ферорезонансних явищ внаслідок тип). повного обезструмлення системи шин повітряними Його основними недоліками є неможливість вимикачами з наявністю ємнісних дільників напруглухого заземлення нейтралі високовольтних обги на їхніх віддільних та збереженням в схемі індумоток і ефективного зниження індуктивного опору ктивностей високовольтних обмоток зглухим заміж виводами обмотки, з'єднаної по схемі розіземленням нейтралі електромагнітного мкнутого трикутника, з метою обмеження перенатрансформатора напруги контролю ізоляції призпруг та недостатнє обмеження однофазних токів водить до коливальних процесів підвищених струкороткого замкнення у зв'язку зі зниженням ремів та напруги високих частот між конденсатором і зультуючого індуктивного опору в нейтралі при реактором, які призводять до пошкодження висопаралельному з'єднанні частини обмотки дроселю ковольтної ізоляції реактора. насичення індуктивного між виводами вказаної Можливі тривалі впливи резонансних явищ по обмотки. напрузі між індуктивністю високовольтних обмоток Крім цього пропонуємий пристрій має певну силового трансформатора та ємністю конденсатоступінь електромагнітної енерційності при переході ра, а також резонансних явищ по струму між ємнівід режиму обмеження однофазних токів короткого стю конденсатора та індуктивністю реактора мозамкнення до їх відключення лінійними комутаційжуть бути причиною пошкодження розрядника з ними апаратами, робота яких у таких випадках подальшим пошкодженням ізоляції у високовольтускладнюється при виникненні вищевказаних явищ них обмотках силового трансформатора. та процесів, які приводять до розвитку аварій у Вказані недоліки є причиною різної зміни у відциклічно-каскадних послідовностях. носно широких межах ефективності результуючого Найбільш близькими до пропонуємої корисної заземлення нейтралі мережі при виникненні авамоделі є пристрій [3. Авторське свідоцтво СРСР рійних режимів та їх можливого розвиту у цикліч№1594643, Пристрій для обмеження струмів короно-каскадній послідовності по причині відмов у ткого замкнення та перенапруг, автори С.А. Юхироботі сучасних пристроїв релейного захисту, авмчук, В.В. Кущ, A.I. Назаров. (Прототип)], який містоматики та телемеханіки, які виконані на напівптить резисторну установку і захисний розрядник, ровідниках. з'єднані паралельно та під'єднані безпосередньо 5 19274 6 Більш того, комбінований вплив електромагнінана за допомогою комутаційних апаратів 2 до тних процесів при аварійних режимах з виникненживлючої системи шин 3, обмотка середньої наням тривало діючих перехідних і коливальних пропруги (СН) 4 під'єднана за допомогою комутаційцесів не обмежуються до безпечних розмірів з них апаратів 5 до живлячої системи шин 6 та обврахуванням ефекту кумулятивності по причині мотка низької напруги (НН) 7 з'єднана по схемі відсутності необхідних функціональних зв'язків між розімкнутого трикутника, трансформатор напруги елементами пристрою за допомогою відповідних контролю ізоляції, високовольтна обмотка (ВН) 8 колу керування, датчиками яких можуть бути виміякого з'єднана по схемі зірки з глухим заземленрювальні трансформатори струму та напруги. ням нейтралі... та приєднана до живлячої системи В основу корисної моделі покладені реальні шин, основна обмотка низької напруги (НН-1) 9 експериментальні дослідження в діючих електричз'єднана по схемі зірки з виведеним нульовим них мережах 150-330-750кВ енергосистеми "Дніппроводом та додаткова обмотка низької напруги роенерго". Поставлене завдання розробити назву (НН-2) 10 з'єднана по схемі розімкнутого трикутникорисної моделі конструкцію пристрою з ефективка, струмообмежуючий реактор, який складається ними зв'язками напруги і струмів між його елеменз двох послідовно з'єднаних обмоток 11 і 12 відпотами безпосередньо і існуючим електрообладнанвідних класів напруги, причому високовольтний ням в мережі вказаних напруг як у промисловій, вивід реактора приєднаний безпосередньо до нейтак і підвищених частотах, тобто забезпечити затралі високовольтних обмоток автотрансформатохисному пристрою електромагніту сумісність з рара, а між його середнім та нульовим виводами ніш встановленими трансформаторами на підстаприєднані безпосередньо виводи обмотки НН авнціях і вже існуючими розподільними та тотрансформатора та коло, яке складається з помагістральними лініями електропередач вказаних слідовно з'єднаних шунтуючого комутаційного напруг. апарата 13 та активного опору 14, заземлюючий Прийнято рішення про доцільність спрощення комутаційний апарат 15 з послідовно з'єднаним схем керування роботою елементів пристрою на опором 16 та обмежувач перенапруг 17 між нейтоснові контролю струмів та напруг з використанраллю обмоток (ВН, СН) автотрансформатора та ням вимірювальних пристроїв і засобів релейного землею; коло керування шунтуючим комутаційним захисту, існуючих на підстанціях. апаратом, одна з яких містить трансформатор Більш того, вперше розроблені ефективні фуструму 18 в глухозаземленій нейтралі обмотки ВН нкціональні зв'язки між обмотками автотрансфортрансформатора напруги з реле струму в його матору, послідовно з'єднаними обмотками відповториннім колі, реле часу 20 та проміжним реле відно напруги струмообмежуючого реактора, 21, а друга містить реле напруги 22 між виводами обмотками трансформатора напруги контролю обмотки НН-2 та проміжне реле 23; коло керуванізоляції, активними опорами, під'єднаними у аваня заземлюючим комутаційним апаратом, містить рійних режимах між нейтраллю високовольтних реле напруг 24, 25, 26 та проміжне реле 27. обмоток автотрансформатора і землею, а також Найбільш економічним варіантом здійснення між виводами його обмотки низької напруги та корисної моделі є застосування струмообмежуюоднієї з обмоток вказаного реактора, тобто викочого реактору, з двома послідовно з'єднаними обристані позитивні ефекти комбінованих сполучень мотками з виводами відповідних класів напруги індуктивностей та активних опорів з результуючою стосовно до рівнів ізоляції високовольтних та ниємністю мережі за допомогою кіл керування з усузьковольтної обмоток автотрансформаторів та ненням можливих негативних впливів. трансформаторів великих потужностей. Пристрій обмежує до безпечних розмірів паОбмотки реактору при розробленій схемі їх раметрів електромагнітних процесів всього спектз'єднань забезпечують електричний зв'язок між ра частот при струмах короткого замкнення та трансформаторними обмотками силового трансвнутрішніх перенапруг зі скороченням терміну пеформатору, яка надає можливість більш ефективрехідних і усуненням коливальних процесів в еленої стабілізації і магнітних потоків у стрижнях магктричних мережах вказаних напруг. нітопроводів при аварійних режимах, Вся заявлена сукупність суттєвих відмінних забезпечуючу скорочення часу перехідних та усуознак забезпечує досягнення технічного результанення виникнення коливальних процесів з одночату, який забезпечує корисну модель при її викосним використанням при необхідності шунтуючого нанні. опору для виключення виникнення резонансних та Наявність електромагнітних, електричних, ємферорезонансних явищ при однофазних струмах нісних та функціональних режимних зв'язків між короткого замкнення. елементами пристрою та діючим на підстанціях При всіх можливих різновидах внутрішніх пеелектротехнічним обладнанням забезпечує відпоренапруг різних частот ефективність їх обмеження відність запропонованого технічного рішення кризабезпечується не тільки підключенням вказаного терію. шунтуючого опору, а й включенням у нейтраль По відмінним суттєвим ознакам був проведевисоковольтних обмоток силового трансформатоний пошук відомих рішень в науці і техніці. Відомих ра заземлюючого опору за допомогою напружних рішень не знайдено. Отже, заявлене рішення відта струмкових кіл керування, які реагують на зміповідає критерію. нювання вказаних параметрів між виводами низьНа Фіг.1 подана електромагнітна схема приковольтних та в нейтралі високовольтної обмоток строю обмеження струмів короткого замкнення та трансформатора напруги відповідно з наявністю у внутрішніх перенапруг, яка містить автотрансфорвказаних колах відповідних пристроїв релейного матор, високовольтна обмотка (ВН) 1 якого під'єдзахисту. 7 19274 8 З метою підвищення ефективності обмеження 25 або 26, які приводять до спрацювання без вигрозових, а також внутрішніх перенапруг у початтримки часу проміжне реле 27 та вмиканню заземковий момент їх виникнення між нейтраллю висолюючого комутаційного апарата 15 з активним ковольтних обмоток силового трансформатора та опором 16, яке усуває без витримки часу коливанземлею приєднаний обмежувач напруг. ня напруг, отже забезпечує з встановленою виКрім того, наявність практично двоступеневого тримкою часу успішне відключення короткого заструмообмежуючого реактору в нейтралі високомкнення комутаційним апаратом, яке виключає вольтних обмоток автотрансформатора, виводи можливі розвитку аварійних режимів. одного з яких з'єднані з виводами розімкнутого Слід відзначити можливість виникнення перетрикутника обмотки низької напруги вказаного напруг при неповнофазних режимах в електричних трансформатора, а також використання шунтуючомережах внаслідок невдалих включень або відкго та заземлюючого активних опорів з комутаційлючень однофазних комутаційних апаратів, а таними апаратами, кола керування яких зв'язані з кож при холостих режимах або обривах фаз ліній обмотками трансформатора напруги контролю електропередач без струмів коротких замикань. ізоляції на системі шин високої напруги забезпеПри вказаних режимах виникає напруга нульочують одночасну ефективність обмеження однової послідовності між виводами додаткової втофазних струмів короткого замкнення та внутрішніх ринної обмотки 10 трансформатора напруги, яка перенапруг до цілковито безпечних розмірів однопризводить до спрацювання реле напруги 22 та часно в мережах високої, середньої та низької проміжного реле 23, які призводять до вмикання напруги. шунтуючого комутаційного апарата 13 з активним При нормальному режимі роботи електричних опором 14, яке знижує напругу при вказаних ремереж пристрій знаходиться у оптимальному режимах до безпечних значень завдяки підвищенню жимі обмеження можливих струмів однофазних ефективності заземлення нейтралі автотрансфокоротких замкнень завдяки наявності обмоток 11 рматора. та 12 струмообмежуючого реактора у нейтралі При повному обезточенню системи шин повітобмоток 1 та 4 автотрансформатора, приєднаних ряними вимикачами з вказаними ємнісними дільза допомогою комутаційних апаратів 2 та 5 до жиниками напруг на віддільниках при збереженні на влючої 3 та живленої 6 системам шин відповідно, з обезточених шинах трансформатора напруги конодночасною можливістю обмеження внутрішніх тролю ізоляції виникають ферорезонансні явища перенапруг в живлючій та живленій мережах заміж результуючою ємністю дільників напруги і невдяки схемі розімкнутого трикутника його обмотки лінійною індуктивністю високовольтних обмоток низької напруги 7, яка шунтується однією з реактрансформатора напруги з глухим заземленням торних обмоток 12. Обмеження раптово виникаюнейтралі, які призводять до появи небезпечних по чих грозових перенапруг та внутрішніх перенапруг розміру перенапруг на обезточеній системі шин і у початковій стадії їх виникнення забезпечується струмів у нейтралі вказаних обмоток з подальшим обмежувачем перенапруг 17 в нейтралі високовоїх пошкодженням, отже усуненням можливості льтних обмоток автотрансформатора. швидкого повторного вмикання системи шин під В момент виникнення однофазного струму конавантаження. Крім того, ферорезонансні явища з роткого замкнення на живлючих фідерах систем наявністю підвищених навантажень на обезточешин 3 або 6 обмотки 11 та 12 струмообмежуючого ній системі шин навіть без пошкоджень трансфорреактора раптово знижують його розмір до моменматорів напруги блокують роботу релейного захиту відключення пошкодженої лінії однофазними сту та виключають можливість її повторного комутаційними апаратами та усуває ймовірність включення під навантаження. виникнення кілометричних ефектів у процесі комуОднак в даному випадку виникає струм у глутацій при короткому замкненні фази лінії електрохозаземленій нейтралі високовольтної обмотки 8 передач на певній відстані від системи шин в ретрансформатора напруги, отже і в первинній обзультаті резонансних явищ між напругами мотці трансформатора струму 18, який призводить сумарних індуктивностей силових трансформатодо спрацювання струмового реле 19 у його вторів та ємностей ліній електропередач, враховуючи ринних колах, з подальшим спрацюванням реле ємності вказаних систем шин. часу 20 та проміжного реле 21, яке містить шунтуОднак при роботі автотрансформатора з неючий комутаційний апарат 13 з активним опором повним навантаженням, яке приближується до 14, який усуває виникнення ферорезонансних режиму холостого ходу, можливі виникнення стаявищ. більних і навіть зростаючих по розміру коливальРозроблені кола керування при різних можлиних напруг промислової частоти на обох системах вих варіаціях виникнення аварійних режимів, а шин в процесі відключення пошкодженої лінії, яка отже пристрій забезпечує надійність експлуатації призводить до підвищення розмірів напруги, які існуючого електротехнічного обладнання, потрібну відновлюються, над розмірами ізоляційної міцності якість електричної енергії та зниження електричта контактах, які розходяться, комутаційних апараних втрат. тів з подальшим пошкодженням камер гасіння та Дослідні моделі запропонованого пристрою їхнім повним руйнуванням. використовувались для обмеження параметрів Але у цьому випадку між відповідним лінійним електромагнітних процесів при експериментальних та нульовим виводами основної вторинної обмотдослідженнях їх ефективності у мережах вказаних ки 9 спрацьовує одне з існуючих реле напруги 24, напруг енергосистеми "Дніпроенерго". 9 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 19274 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601