Пристрій обмеження параметрів електромагнітних процесів у високовольтних мережах

1 Пристрій обмеження параметрів електромагнітних процесів у високовольтних мережах, що містить силовий трансформатор, первинна обмотка якого з'єднана за схемою «зірка» з виведеною нейтраллю, а вторинна обмотка - за схемою розімкнутий «трикутник», реактор, з'єднаний з виводами розімкнутого ланцюга вторинної обмотки і при цьому високовольтним вводом - з нейтраллю, а низьковольтним виводом - з заземлюючим контуром, який відрізняється тим, що містить комутаційний апарат з ланцюгом керування й опір, які з'єднані послідовно і призначені для шунтування реактора, трансформатор напруги, високовольтна обмотка якого з'єднана одним виводом з нейтрал лю, іншим - з заземлюючим контуром, а до низьковольтної обмотки підключено ланцюг керування комутаційного апарата 2 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що містить заземлюючий комутаційний апарат з ланцюгом керування, що містить реле струму і проміжні реле 3 Пристрій за будь-яким з пунктів 1-2, який відрізняється тим, що містить трансформатор струму, через первинну обмотку якого з'єднується низьковольтний вивід реактора з вторинною обмоткою силового трансформатора, а до вторинної обмотки підключено ланцюг керування заземлюючого комутаційного апарата 4 Пристрій за будь-яким з пунктів 1-3, який відрізняється тим, що містить другий опір, підключений послідовно в заземлюючий ланцюг реактора, і який шунтується заземлюючим комутаційним апаратом 5 Пристрій за будь-яким з пунктів 1-4, який відрізняється тим, що містить другий трансформатор струму, первинна обмотка якого включена в заземлюючий ланцюг реактора, а до вторинної обмотки підключено ланцюг керування заземлюючого комутаційного апарата Винахід належить до галузі електротехніки і призначений для захисту електроустановок і ЛІНІЙ електропередач у мережах 6-ь220кВ з ізольованою і 110-ь220кВ з ефективно заземленою нейтралями шляхом обмеження до безпечних розмірів напруг, струмів і частот при мінливих режимах енергосистем, технологічних режимах підприємств, аварійних станах, ферорезонансних, резонансних, перехідних і коливальних процесах Відомий пристрій обмеження ферорезонансних процесів і резонансних перенапруг (див авторське посвідчення колишнього СРСР № 1834601, Н 02 Н 9/04, 1990), що містить силовий трансформатор, нейтраль первинної обмотки якого заземлена через дугогасильну котушку, трансформатор напруги, нейтраль первинної обмотки якого заземлена через високоомний резистор Нейтралі трансформаторів з'єднані між собою через низькоомний резистор, який шунтується вимикачем Крім цього, до нейтралі силового трансформатора підключено однофазний трансформатор напруги, у вторинну обмотку якого включено реле напруги, у ланцюг заземлення дугогасильної котушки, включено реле струму, а виходи обох реле включені в ланцюг керування вимикача, що шунтує низькоомний резистор Пристрій ефективно обмежує перенапруги і струми резонансних і ферорезонансних процесів підвищених потужностей у мережі, з силовими трансформаторами, чим забезпечується підвищена ефективність обмеження зазначених процесів у мережі промислових підприємств, осо со сч со ю 51323 компенсацм в звязку з відсутністю гасильних опорів В основу винаходу поставлена задача розробки пристрою обмеження параметрів електромагнітних процесів у високовольтних мережах, що забезпечує ефективний захист від перенапруг у мінливих технологічних, аварійних і післяаварійних режимах високовольтних мереж з ізольованою й ефективно заземленою нейтралями, підвищення якості електричної енергії і зниження електричних втрат Розв'язання поставленої задачі забезпечує пристрій обмеження параметрів електромагнітних процесів у високовольтних мережах, який містить силовий трансформатор, первинна обмотка якого з'єднана за схемою «зірка» з виведеною нейтраллю, а вторинна обмотка - за схемою розімкнутий «трикутник», реактор, підключений до виводів розімкнутого ланцюга вторинної обмотки і при цьому високовольтним вводом - до нейтралі, а низьковольтним виводом - до заземлюючого контуру, за рахунок того, що містить комутаційний апарат з ланцюгом керування й опір, які з'єднані послідовно і призначені для шунтування реактора, трансфорПроте, даний пристрій також не усуває небезматор напруги, високовольтна обмотка якого з'єдпечних впливів перехідних і коливальних процесів, нена одним виводом з нейтраллю, іншим - з зазене забезпечує необхідної якості електричної енермлюючим контуром, а до низьковольтної обмотки гії при складних технологічних режимах у дугових підключено ланцюг керування комутаційного апапечах або аварійних ситуаціях і не забезпечує нарата, заземлюючий комутаційний апарат з ланцюлежного симетрируючого ефекту, при змінах фазгом керування, що містить струмові і проміжні рених напруг у процесі технологічного розплаву шихле, трансформатор струму, через первинну ти в дугових і руднотермічних печах До недоліків обмотку якого з'єднується низьковольтний вивід пристрою варто віднести складність системи керуреактора з вторинною обмоткою силового трансвання, наявність достатньої КІЛЬКОСТІ електронних і форматора, а до вторинної обмотки підключено електромеханічних складових, що знижує надійланцюг керування заземлюючого комутаційного ність роботи Наявність двох струмообмежуючих апарата, другий опір підключено послідовно в заректорів і системи керування їхніми параметрами землюючий ланцюг реактора, і який шунтується підвищує вартість і знижує конкурентоздатність заземлюючим комутаційним апаратом, другий такого рішення трансформатор струму, первинна обмотка якого Відомо пристрій обмеження параметрів електпідключена в заземлюючий ланцюг реактора, а до ромагнітних процесів при технологічних і аварійвторинної обмотки підключено ланцюг керування них режимах у високовольтних електричних мерезаземлюючого комутаційного апарата жах промислових підприємств (див патент України № 29262 А, Н 02 Н 7/04, 9/00, 1998), що містить Технічний результат, що досягається при висиловий трансформатор, первинна обмотка якого користанні винаходу з'єднана за схемою «зірка» з виведеною нейтрал- забезпечується обмеження внутрішніх висолю, а вторинна обмотка - за схемою розімкнутий кочастотних перенапруг у режимі недокомпенсацм «трикутник», однофазний високовольтний реактор, однофазних струмів замикання на землю в аварійпідключений до виводів вторинної обмотки Нейних режимах, застосовується не тільки для мереж траль первинної обмотки силового трансформато6-10-35кВ з ізольованою нейтраллю, але і може ра підключена до високовольтного вводу реактобути використане для мереж 110-150-220кВ з ефера, а низьковольтний вивід реактора заземлений ктивним заземленням нейтралі, Пристрій забезпечує підвищення надійності робо- ефективно обмежуються коливальні і перехіти високовольтних електричних мереж і зниженні дні процеси в мережі при режимах недокомпенсавитрат на захист електроустаткування цм, завдяки наявності гасильних опорів, Даний пристрій приймаємо за прототип - знижуються внутрішні перенапруги високих Недоліками прототипу є частот, що виникають через наявність ємкісних зв'язків МІЖ обмотками високої напруги, які жив- пристрій не забезпечує обмеження внутрілять, і обмотками низької напруги, які живляться, шніх високочастотних перенапруг у режимі недосилових трансформаторів, компенсацм однофазних струмів замикання на землю в аварійних режимах, пристрій придатний - обмежуються до регламентованих розмірів тільки для мереж 6-10-35кВ з ізольованою нейтперенапруги при однофазних струмах короткого раллю і не може бути використаний для мереж замикання в мережах 110-ь220кВ з ефективним 110-150-220кВ з ефективним заземленням нейтзаземлюванням нейтралі, ралі, - забезпечується електромагнітна сумісність - пристрій недостатньо ефективно обмежує пристрою, який заявляється, з ЛІНІЙНИМИ струмооколивальні процеси в мережі при режимах недобмежуючими реакторами і батареями статичних бливо при наявності дугових печей Проте, пристрій не забезпечує зниження перенапруг до безпечних розмірів при тривалому впливі дугових замикань на землю, комутаційних процесів і резонансних явищ Крім цього, застосування великої КІЛЬКОСТІ складових елементів знижують надійність пристрою, підвищують його вартість Відомо комбінований трансформаторний пристрій високовольтних мереж з ізольованою нейтраллю (див патент колишнього СРСР № 1838859, Н 02 Н 9/06,1990), що містить силовий трансформатор, високовольтний реактор, включений між нейтраллю високовольтної обмотки силового трансформатора і землею, а також низьковольтний, реактор, включений у розімкнутий ланцюг «трикутника» вторинної обмотки силового трансформатора Для забезпечення спільної або роздільної роботи реакторів застосована схема автоматики з використанням блока високовольтних резисторів, підключених безпосередньо до нейтралі високовольтної обмотки силового трансформатора паралельно реактору 51323 конденсаторів, джерела живлення з порушенням технологічних - забезпечується симетрируючий ефект при процесів споживачів технологічних коливаннях фазних напруг В умовах експлуатації мереж напругою 6-ь35 и Пристрій, що заявляється, пояснюється наве110-ь220кВ в більшості випадків виникають дугові деним нижче описом і схемою (див Фіг) ПО виназамикання на землю при пробоях компаундної ходу пристрій обмеження параметрів електромагізоляції кабелів або перекриття поверхні зовнішнітних процесів у високовольтних мережах містить ньої изоляцм, забрудненої промисловими виносасиловий трифазний трансформатор Т, у якого пеми в період туманів або мряки, які призводять до рвинна обмотка 1 з'єднана за схемою «зірка» з перенапруг між неушкодженими фазами та земвиведеною нейтраллю 2 і за допомогою комуталею до рівня як мінімум 3,6-ь5,5 ІІф і 2,5+3,5 ІІф ційного апарата QF підключена до системи шин З, ВІДПОВІДНО, а між ізольованою нейтраллю первина вторинна обмотка 4 з'єднана за схемою розіних обмоток силових трансформаторів до рівня мкнутий «трикутник», регульований реактор L, 2,1-ь2,8 ІІф при частотах порядку 2,5ч-3,8кГц зазнапідключений високовольтним вводом до нейтралі чених перенапруг При виникненні внутрішніх перенапруг зазначених розмірів і частот з метою ви2 і до одного з виводів розімкнутого «трикутника» нятку можливості ушкодження ізоляції нейтралі 2 вторинної обмотки 4, а низьковольтним виводом первинної обмотки 1 і виводів розімкнутого «трикучерез первинну обмотку 5 трансформатора ТА1 до тника» вторинної обмотки 4 силового трансфоріншого виводу розімкнутого «трикутника» вторинматора Т, а також безпосередньо реактора L, у ної обмотки 4, комутаційний апарат 6 і опір R1, які вторинному ланцюзі однофазного трансформатоз'єднані послідовно і призначені для шунтування ра напруги TV спрацьовує реле напруги KV, що реактора, трансформатор напруги TV, високовочерез проміжне реле KL1 включає шунтуючий кольтна обмотка 7 якого підключена одним виводом мутаційний апарат 6, який підключає шунтуючий до нейтралі 2, іншим - до заземлюючого контуру, а опір R1 паралельно реактору L і вторинній обмотці до низьковольтної обмотки 8 підключено ланцюг 4, чим забезпечується підвищення ефективності керування комутаційним апаратом 6, що містить заземлення нейтралі 2 первинної обмотки 1, а, реле напруги KV і проміжне реле KL1 отже, зниження до безпечного розміру напруги між У заземлюючий ланцюг реактора послідовно виводами вторинної обмотки 4 при зберіганні причерез первинну обмотку 9 другого трансформатопустимого режиму максимального насичення й ра струму ТА2 підключено заземлюючий опір R2, ефективності не тільки компенсації однофазних який шунтується заземлюючим комутаційним апаструмів дугових замикань на землю, але і зниженратом 10 До вторинних обмоток 11 і 12 трансфоня супутніх їм внутрішніх перенапруг до розмірів рматорів струму ТА1, ТА2 підключено ланцюг кена неушкоджених фазах не більше 1,9-ь2,0 ІІф, а в рування заземлюючим комутаційним апаратом 10, нейтралі 2 до 1,1-И,2 ІІф при практично промислощо містить реле струму КА1, КА2 і проміжні реле вій частоті KL2 і KL3 Пристрій працює в такий спосіб У вихідному У випадку струмового перевантаження втостані при нормальному режимі експлуатації електринної обмотки 4 спрацьовує реле струму КА1 у ричних мереж 6-ь220кВ з ізольованою і 110-ь220кВ вторинному ланцюзі трансформатора струму ТА1 і 3 ефективно заземленою нейтралями пристрій через проміжне реле KL2 відключається заземлюзнаходиться в режимі «очікування», тобто при ючий комутаційний апарат 10, чим забезпечується включеному комутаційному апараті QF силовий автоматичне підключення в нейтраль 2 заземлютрансформатор Т знаходиться під напругою живючого опору R2, що забезпечує необхідне зниженлючої секції 3 у режимі холостого ходу Пристрій ня напруги між виводами реактора L і вторинної працює в автономному режимі зі своїми функціообмотки 4 до зникнення дугового замикання нальними зв'язками керування від трансформатоАвтоматичне підключення активних опорів R1 і ра напруги TV і трансформаторів струму ТА1 і ТА2 R2 у залежності від режиму компенсації дугових через ВІДПОВІДНІ реле напруги KV і реле струму замикань на землю виключає можливість виникКА1, КА2, а також проміжні реле KL1, KL2, KL3 і не нення ферорезонансних явищ у трансформаторах залежить від існуючих на підстанції засобів релейнапруги контролю ізоляції, встановлених на живного захисту, автоматики і телемеханіки, маючи лячих системах шин, а також усувають можливість тільки індивідуальну струмову відсічку без витримпояви перенапруг при неповнофазних режимах ки часу, яка діє на відключення у випадку можлиПісля усунення дугових замикань на землю вивого ушкодження його елементів ключається поява перехідних і коливальних проПри виникненні у мережі ємкісного струму одцесів на живлячих секціях нофазного замикання на землю сугубо металевого При повному знеструмленні системи шин між виводами реактора L виникає фазна напруга, 110-ь220кВ з ізольованою або ефективно заземлеяка забезпечує появу у ланцюзі його обмотки, а, ною нейтралями комутаційним апаратом, наприотже, і у МІСЦІ замикання індуктивного струму, який клад, повітряним вимикачем із ємкісними дільниє рівним по величині ємкісному струму замикання ками напруг (на схемі не показаний), на на землю, або незначно перевищує його, що вивіддільниках виникають ферорезонансні явищаключає можливість виникнення великих ушкоміж індуктивністю трансформатора контролю ізоджень ізоляції, особливо кабельної ізоляції між ляції типу НКФ і результуючою ємкістю ВІДДІЛЬНИфазами в результаті теплового ефекту Режим КІВ повітряного вимикача, що призводять до появи ефективної компенсації виключає виникнення на шинах перенапруг, що досягають розмірів поміжфазних коротких замикань, що призводять до рядку 2,1-ь2,2ІІф з частотами 3,5 і 7 гармонік Нааварійного відключення ушкодженого фідера від 51323 8 явища, так званих, «кілометричних ефектів», що представляють собою резонансні коливальні контури між результуючою індуктивністю і ємкістю мережі У процесі відключення зазначених струмів короткого замикання на розбіжних контактах комутаційного апарата (на схемі не показаний) неушкоджених фаз виникають високочастотні напруги, що перевищують розмір напруги їхньої електричної МІЦНОСТІ, а між розбіжними контактами комутаційного апарата закороченої фази з'являється пульсуюча дуга, струм якої сумірний по розміру з однофазним струмом короткого замикання Зазначені режими призводять до ушкодження комутаційних апаратів, повному знеструмленню системи шин і розвитку аварій у багатьох випадках у циклічно-каскадній ПОСЛІДОВНОСТІ З великими економічними збитками Проте, наявність пристрою виключає можливість виникнення даних явищ, завдяки шунтуванню Проте, і при даних аварійних режимах, вже в існуючих трансформаторів напруги контролю ізопочатковий період виникнення однофазного коротляції первинною 1 і вторинною 4 обмотками силокого замикання пристрій знижує можливість появи вого трансформатора Т, опори яких можуть ефек«кілометричних ефектів», завдяки тому, що резотивно знижуватися, завдяки припустимому нансні напруги обмежуються підвищенням ефекперенасиченню їхньої магнітної системи тивності заземлення нейтралі мережі шунтуючим опором R1 при вмиканні шунтуючого комутаційноУ випадку недостатньої ефективності зниженго апарата 6 у результаті спрацьовування його ня напруги між нейтраллю 2 і заземлюючим контуланцюга керування (реле напруги KV і проміжне ром зростає напруга на високовольтній обмотці реле KL1), а резонансні струми обмежуються затрансформатора напруги TV, яка знову призвоземлюючим опором R2 при відключенні заземлюдить до спрацьовування реле напруги KV і проміючого комутаційного апарата 10 в результаті жного реле KL1 з наступним вмиканням шунтуючоспрацьовування його ланцюга керування (реле го комутаційного апарата 6, а, отже, підключенням струму КА2 і проміжне реле KL3) шунтуючого опору R1, що забезпечує часткове шунтування реактора L і вторинної обмотки 4, підУ вищевідзначених аварійних режимах у провищення результуючої ефективності заземлення цесі виникаючих комутацій цілого ряду комутаційнейтралі, що призводить до зниження напруги до них апаратів у електрично пов'язаній мережі висобезпечних розмірів, що виключають цілком можких напруг можливо виникнення перехідних і ливість виникнення зазначеного явища коливальних процесів з перенапругами і струмами небезпечних розмірів Проте, і в цьому випадку Якщо в процесі повного знеструмлення систеприпустиме перенасичення магнітної системи прими шин 3 виникають неповнофазні режими в рестрою з одночасним зниженням індуктивних опорів зультаті відмови однієї або двох фаз комутаційнопервинної 1 і вторинної 4 обмоток, а також шунтуго апарата з боку джерел живлення, то виникає вання виводів реактора L і вторинної обмотки 4 резонанс напруги, при якому напруга на реакторі L забезпечують у комплексі зниження перенапруг до і виводах вторинної обмотки 4 може перевищувати безпечних розмірів, у той час, як введення опору припустимий розмір, а, отже, з'являється необхідR2 у нейтраль 2 первинної обмотки 1 силового ність вмикання вже зазначеного електричного трансформатора Т обмежує до регламентованого зв'язку вторинного ланцюга рівня розмір струму У випадку виникнення резонансу струму спрацьовує реле струму КА2 у вторинному ланцюзі При зникненні (усуненні) ненормальних режитрансформатора струму ТА2 і через проміжне ремів пристрій автоматично повертається у вихідний ле KL3 відключається заземлюючий комутаційний стан апарат 10, чим забезпечується введення в ланцюг Джерела інформації опору R2, падіння напруги на якому знижує напру1 Авторське посвідчення колишнього СРСР гу на виводах вторинної обмотки 4 і реактора L до №1834601, Н 02 Н 9/04,1990 безпечного розміру 2 Патент колишнього СРСР № 1838859, Н 02 Н9/06, 1990 При виникненні в мережах 110-ь220кВ з будьяким режимом заземлення нейтралі однофазних 3 Патент України № 29262 А, Н 02 Н 7/04, струмів короткого замикання на відстані до 159/00,1998 20км від живлючої підстанції можуть виникати явність напруги, що перевищує фазний розмір, виключає можливість роботи автоматичного повторного вмикання (АПВ) (на схемі не показане) системи шин 3 під напругу з боку джерел живлення, що призводить до необ ґрунтова ного і тривалого обмеження споживачів електричної енергії, порушенню технологічних процесів на підприємствах, а також можливому виникненню аварійних режимів Більше того, зазначені високочастотні перенапруги призводять до електричних пробоїв ізоляції зазначених трансформаторів напруги, підключених до живлючих систем шин, а перенасичення їх магнітопроводів магнітним потоком з ВІДПОВІДНИМ зниженням індуктивних опорів високовольтних обмоток є причиною теплового пробою їхньої ізоляції 51323 ФІГ. ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 10