Дугогасящая катушка принцип действия

Электростанции

  • Главная
  • карта сайта
  • статьи

Навигация

  • Меню сайта
    • Организация эксплуатации
    • Электрические схемы
    • Турбогенераторы
    • Трансформаторы и автотрансформаторы
    • Распределительные устройства
    • Электродвигатели
    • Автоматика

    Дугогасящие катушки

    В случае металлического замыкания на землю в сети с незаземленной нейтралью напряжение на поврежденной фазе падает до нуля, а на неповрежденных фазах после переходного процесса устанавливается равным (линейному напряжению). Появление дуговых замыканий на землю неопасно для изоляции распределительных устройств с малыми емкостными токами, так как дуга в месте повреждения гаснет при первом же переходе тока через нулевое значение. При больших величинах емкостного тока сети замыкание на землю через дугу носит перемежающийся характер, происходит периодическое погасание и повторное зажигание дуги, вызывающее появление перенапряжений на здоровых фазах сети.
    Максимально допустимые значения емкостных токов замыкания на землю, при которых допускается работа сетей с незаземленной нейтралью, указаны ниже.
    Напряжение сети, кВ. . . 6 10 20 35—60
    Емкостный ток, а. 30 20 15 10
    Если величина токов замыкания на землю разветвленных потребительских сетей б—60 кв., подключенных к шинам распределительных устройств электростанций, превышает указанные в таблице значения, в нейтраль силовых трансформаторов включаются дугогасящие катушки, компенсирующие емкость сети.
    Выбор мощности компенсирующих устройств производится по полному емкостному току с учетом развития сети и возможности работы с перекомпенсацией по следующей формуле.
    Величина емкостного тока для воздушных сетей приближенно подсчитывается из выражения, где U — линейное напряжение, в;
    / — протяженность воздушных сетей, км.
    Величина емкостного тока для кабелей подсчитывается по табличным данным. Учет емкости подстанции производится приближенно в процентах общей емкости воздушных линий, а более точно — по результатам замеров емкостей всего оборудования.
    Размещение дугогасящих катушек (если их несколько) должно быть произведено таким образом, чтобы все части электроустановки при возможных делениях в процессе эксплуатации были связаны с ними и нейтрали системы не разземлялись.
    Дугогасящие катушки (ЗРОМ) являются маслонаполненными аппаратами. Обмотка катушки намотана на изоляционный цилиндр и расположена на сердечнике, набранном из листов электротехнической стали аналогично сердечнику трансформаторов. Обмотка выполнена с отпайками для изменения настройки катушки. Дугогасящие катушки снабжены расширителями, указателями уровня масла, газовыми реле и прочей арматурой аналогично масляным реакторам. Внутри бака размещены встроенные трансформаторы тока и дополнительная вторичная обмотка напряжения для подключения измерительных приборов и приборов сигнализации, по которым персонал контролирует работу катушки при однофазном заземлении в сети. Недорого и быстро — ремонт посудомоечных машин в Киеве. Вызовите мастера.
    Настройка катушек (подбор числа включенных витков) должна быть выбрана как можно ближе к резонансной с небольшой перекомпенсацией. Отключение одной из поврежденных линий вызывает расстройку компенсации емкостного тока и, если одно из мест замыкания на землю после этого осталось («земля» не исчезла), возможно дальнейшее развитие аварии. Перестройка компенсирующих устройств с их предварительным отключением возможна только после отыскания и отделения места оставшегося повреждения.
    Перспективным является применение дугогасительных катушек с автоматическим регулированием настройки под нагрузкой (например, в Чехословакии), освоение которых начато нашей промышленностью.
    Стабилизирующая роль дугогасительных устройств видна из рис. 5-19,6. Чем ближе настройка дугогасительной катушки к резонансной и, следовательно, меньше величина тока в месте повреждения, тем медленнее происходит восстановление напряжения в сети после исчезновения замыкания на землю, что благоприятно сказывается на гашении дуги в месте заземления.

    Токоограничивающий реактор

    Здравствуйте! Токоограничивающий реактор предназначен для ограничения величины токов, возникающих при коротких замыканиях на линиях или шинах станций и подстанций. По сути, это катушка индуктивности, подчиняющаяся закону коммутации, который гласит, что ток в цепи с индуктивностью не может изменяться скачкообразно.

    Характеристики

    Реактор характеризуется следующими величинами:

    • Индуктивное сопротивление, выраженное в процентах.

    Увеличение активного сопротивления устройства, приводит к большему ограничению, протекающего через него, тока короткого замыкания.

    Индуктивное сопротивление аппарата выражается в процентном соотношении и показывает, какая часть от номинального напряжения, при протекании заданного тока, рассеивается на индуктивном сопротивлении.

    Применение

    Токоограничивающие реакторы устанавливаются последовательно нагрузке, на отходящих линиях электростанций и подстанций, на участках, где требуется уменьшить величину тока короткого замыкания. Ограничение величины протекающего тока, позволяет применять менее сложную аппаратуру релейной защиты и автоматики, а также высоковольтные выключатели, с меньшим максимальным током отключения. Все это позволяет значительно уменьшить стоимость распределительных устройств.

    Устройство и принцип действия

    Конструктивно реактор представляет собой катушку индуктивности, обладающую большим индуктивным и малым активным сопротивлением. Катушка состоит и медного или алюминиевого провода, с сечением, допускающим протекание номинального тока электроустановки, намотанного на опору из изоляционного материала.

    При нормальной работе сети, падение напряжения на обмотке реактора составляет 3 – 4%. В момент возникновения в электрической системе токов короткого замыкания, падение напряжения на нем многократно возрастает, что позволяет ограничить величину тока, до приемлемых величин.

    В аппаратах ограничения тока не применяются стальные сердечники, так как при возникновении короткого замыкания на линии, происходит насыщение стали, и реактивное сопротивление катушки резко уменьшается, вследствие чего она теряет свои токоограничивающие свойства.

    При проектировании схем следует помнить, что если на линиях электропередач применяется система высокочастотной связи или высокочастотной защиты от повреждений, установленный реактор может гасить частоты технологии PLC.

    Виды реакторов

    По типу установки реакторы делятся на:

    • Устройства наружной установки. Предназначены для эксплуатации под открытым небом, без дополнительной защиты от непогоды.

    • Аппараты внутреннего исполнения. Применяются только в закрытых помещениях (ЗРУ), обеспечивающих защиту от внешней среды.

    По классу напряжения:

    • Среднего напряжения (3 – 35 кВ).

    • Высокого напряжения (110 – 500 кВ).

    • Межсекционные. Предназначены для создания электрической связи между секциями распределительного устройства, включаются они последовательно с межсекционным выключателем. В момент возникновения короткого замыкания на одной из секций, токоограничивающий аппарат предотвратит бросок тока на неповрежденной секции и предотвратит ложное срабатывание ее защит.

    • Фидерные. Устанавливаются на отходящие фидерные линии и предназначены для дугогашения при коротком замыкании на линии. Дугогасительный реактора ограничит ток и не даст развиться дуге, предотвратив повреждение оборудования. Применяются в сетях с глухозаземленной нейтралью.

    • Фидерные групповые. Имеют то же назначение и принцип действия, что и фидерные реакторы, но предназначены для установки на группу отходящих присоединений.

    • Броневые. Для экономии дорогостоящих материалов, при условии точного расчета токов короткого замыкания, способных возникнуть в электрической сети, допускается применять токоограничивающие реакторы с сердечником из броневой конструкции из электротехнической стали. Данные устройства обладают меньшей массой, нежели их аналоги, изготовленные по другим технологиям, размерами и стоимостью. К недостаткам броневого реактора можно отнести возможность потери им токоограничивающих свойств, при прохождении в сети токов короткого замыкании, выше, чем токи, на которые он рассчитан.

    • Бетонные. Широко распространены на подстанциях до 35 кВ. Имеют малую стоимость и неприхотливы к условиям эксплуатации. Аппаратам такого рода требуется минимальное техническое обслуживание (осмотр и протяжка соединений), так как они изготавливаются из витков многожильного, изолированного провода, залитого в бетонное основание. При возникновении токов короткого замыкания, все детали устройства испытывают большие механические нагрузки, поэтому бетон для изготовления основания применяется особой прочности (вибрационный замес). При прохождении больших токов, бетонные реакторы могут быть оснащены принудительным охлаждением, в таком случае в маркировку аппарата добавляется буква «Д» — дутье. Катушки реактора располагаются встречно, для уменьшения суммарных магнитных потоков, возникающих при больших токах короткого замыкания.

    • Масляные. Применяются в высоковольтных сетях (свыше 35 кВ). На каждую фазу приходится свой герметичный бак с маслом, в котором уложены витки катушки индуктивности. Масло является изолятором и одновременно охлаждает катушку, предотвращая ее перегрев и разрушение реактора. Стенки бака предохраняются от нагрева при помощи специальных магнитных шунтов и электромагнитных экранов.

    Магнитный шунт. Представляет собой пакеты листовой, электротехнической стали, установленные внутри масляного бака реактора. Шунт обладает очень малым магнитным сопротивлением, благодаря чему магнитный поток катушки реактора замыкается через него, а не через стенки бака.

    Электромагнитный экран. Обмотки реактора обкладываются короткозамкнутыми витками из медного или алюминиевого провода, возникающее в этих витках электромагнитное поле, противодействует полю, наводимому катушками устройства. В результате чего, сила действия основного поля значительно ослабевает или исчезает вовсе.

    Во избежание разрыва бака, при перегреве реактора и в результате повышенном газообразовании масла, все аппараты, рассчитанные на напряжение 500 кВ и выше, оснащаются специальными устройствами газовой защиты (газовыми реле). Которые при закипании масла выдают команду на отключение реактора, либо на сигнал обслуживающему персоналу.

    • Сдвоенные. Используются для уменьшения падения напряжения на линиях большой протяженностью. Конструктивно представляют две обмотки на каждой фазе, включаемые встречно, в результате чего индуктивность реактора стремиться к нулю, а падение напряжение уменьшается. При возникновении токов короткого замыкания, магнитное поле катушки резко возрастает и реактора работает в обычном режиме токоограничения. К недостаткам устройства можно отнести его большие массу и габариты, а также значительную стоимость (примерно в два раза, по сравнению с реактором другого исполнения).

    • Сухие. Являются самой новой разработкой, внедряемой в промышленность. Они широко применяются в сетях с напряжением до 220 кВ. Сухой реактор представляет собой катушку индуктивности из кабелей, намотанную на диэлектрическом каркасе. Аппараты сухого исполнения имеют малую стоимость и хорошие показатели, как по ограничению токов короткого замыкания, так и по охлаждению обмоток.

    • Сглаживающие реакторы. Этот электрический аппарат следует отметить отдельно. Сглаживающие реакторы применяются для уменьшения пульсаций выпрямленного тока в цепях питания мощных электродвигателях электровозов и электропоездов. Устройство представляет собой катушку со стальным сердечником, обладающую малым активным сопротивлением, в результате чего, реактор не оказывает влияния на постоянную составляющую выпрямленного тока. Однако переменный ток, присутствующий в цепи, рассеивается на индуктивном сопротивлении катушки.

    Заключение

    В статье рассказано о назначении и видах реакторов, применяемых для ограничения тока в цепи. Самым важным в работе этих устройства является снижение тока короткого замыкания, который должен разорвать высоковольтный выключатель и уменьшение возникающей дуги (для дугогасящих реакторов) в сетях с глухозаземленной нейтралью. Дуга не возникает, так как для ее создания не хватит тока в цепи, в результате чего, оборудование останется неповрежденным, и будет снижен риск для жизни и здоровья обслуживающего персонала.

    Однако следует помнить, что применение токоограничивающего реактора, требует проведения более сложных расчетов для устройств релейной защиты и автоматики, а также то, что несоответствие параметров аппарата, значениям сети, не обеспечит необходимого снижения тока.

    Дугогасящие реакторы — как мера защиты в электрических сетях 6-35 КВ

    Одной из наиболее широко распространенных проблем в электрических сетях являются внутренние перенапряжения в рабочих электрических сетях 6-35 Кв. Перенапряжения делятся на коммутационные — возникающие за счет технологических переключений, аварийные — например, при ударе молнии, резонансные вследствии резонанса контура и различные феррорезонансные.

    80 % от всех видов аварий в электрических сетях связаны с однофазными замыканиями на землю.
    70 % пробоев развиваются в междуфазные короткие замыкания.
    90 % повреждений начинается с пробоя изоляции на землю.
    60 % замыканий на землю носят характер дугового перенапряжения.

    Вся вышеперечисленная статистика постоянно наносит значительный ущерб в том числе и экономический, повреждая электрооборудование с последующим его выходом из строя. Одной из наиболее эффективных мер по защите электрических сетей от перенапряжения является включение в нейтральную точку трехфазной сети — дугогасящего реактора (ДГР).
    Дугогасящие реакторы (ДГР) – это электрические аппараты, которые позволяют компенсировать емкостные токи, возникающие при однофазном замыкании на землю в электросети с изолированной нейтралью. Аппараты используют для заземления нейтрали в трехфазных сетях мощностью 6,10, и 35 кВ.
    При однофазном замыкании на землю возникает электрическая дуга, разрушающая как изоляционный материал, так и сам провод кабеля. Если емкостьбудет превышать показатель в 20-30 А, однофазное замыкание перейдет к двух-, или трехфазному, что приведет к отключению линии. В результате все подключенные к линии потребители останутся без электричества.
    Чтобы избежать обесточивания электрической сети используют дугогасящий реактор, который во время заземления уравнивает показатели емкостной проводимости сети с показателями индуктивной проводимости реактора. В месте замыкания емкостные токи суммируются с индуктивными в равных долях, что приводит к устранению, максимальному гашению электрической дуги. Это позволяет не только избежать аварийных ситуаций, но и сохранить все токоведущие цепи (проводники электричества) в неприкосновенном состоянии. Работа электрической сети с изолированной нейтралью по нормам не должна превышать более 6 часов. Этого времени достаточно, для того, чтобы найти место замыкания и провести все необходимые ремонтные работы.
    Дугогасящие реакторы делятся на три вида: неуправляемые ДГР, управляемые дугогасящие реакторы со ступенчатой и плавной регулировкой электрического напряжения.
    Способы настройки аппарата делят дугогасящие реакторы на три категории:
    Плунжерные дугогасящие реакторы. При увеличении зазора снижается индуктивность.
    Дугогасящие реакторы с подмагничиванием. Функционируют на основе принципа работы магнитного усилителя.
    Ступенчатые дугогасящие реакторы. Увеличение/ уменьшение индуктивности варьируется от количества рабочих витков.
    Дугогасящие реакторы по способу управления:
    Неуправляемые. Здесь индуктивность является величиной неизменной, поменять ее можно только в ручную. При этом процедура перенастройки технически сложная, и требует отключения аппарата.
    Приводные реакторы. Перенастройку индуктивности у таких аппаратов можно делать, не прибегая к его выключению.
    Дугогасящие реакторы с измерителем емкости. Такие аппараты способны автоматически проводить замер емкости в электрической сети, и изменять индуктивность, оптимально подгоняя ее под текущие показатели емкости.
    Если обобщить, то можно сказать, что изменения в распределительной сети происходит постоянно, а значит изменять индуктивность реактора нужно также оперативно, приближая ее к текущим показателям емкости тока в сети. Сделать это возможно, как способом коммутационных операций, которые призваны уменьшить или увеличить количество витков/секций в реакторе, так и за счет постоянной настройки воздушного зазора, который напрямую влияет на индуктивность аппарата.
    Дугогасящий реактор – сегодня, это современные с технологической точки зрения аппарат, который оснащается цифровыми системами управления. Их возможности значительно расширены, так как не ограничиваются простыми замерами емкости, и изменением показателей индуктивности. Теперь это полный сбор данных о замыкании, которые формируется в статистику, а также телеметрия, позволяющая специалистам, обслуживающим сеть в короткие сроки находить места замыкания и устранять их.
    Важность дугогасящих реакторов измерить очень сложно, так как самой распространенной проблемой в электрических сетях является замыкание на землю. На сегодняшний день система компенсации сети – это единственная возможность грамотно и в короткие сроки устранить соответствующие нарушения. Даже пара часов без электроэнергии для любого предприятия отражается колоссальными финансовыми потерями. По сути, дугогасящие реакторы неоценимы по важности.
    Сейчас очень распространены реакторы, который имеют втягивающий сердечник. Это вполне объяснимо, так как такие аппараты не требуют применения коммутационных операций. Применение такие реакторов предполагает, что в момент замыкания будет проведена настройка подачи тока до минимального уровня.
    Самыми эффективными являются дугогасящие реакторы РЗДПОМ — однофазные масляные дугогасящие реакторы производимые ООО «Электромеханическим заводом» или сокращенно ООО «ЭМЗ», которые имеют плавное регулирование индуктивности. На рынке России реакторы ООО «ЭМЗ» давно себя зарекомендовали надежностью, увеличенным сроком эксплуатации и высоким качеством. Мало кто может похвастаться, что их реакторы безусловно способны обеспечит своевременное дугогашение, и обезопасить сохранность электрической сети в целом. Дугогасящий реактор РЗДПОМ функционирует по следующему принципу: емкость линии и индуктивность реактора образуют контур, который способен более, чем в три раза снизить неконтролируемый КЗ на землю.
    Дугогасящие реакторы нашего завода – это современные, высокотехнологичные аппараты, которые перед отправлением заказчику проходят жесткую проверку на качество и функциональность.
    Перед реализацией каждый реактор проходит проверку измерения тока на всем диапазоне регулировки, подвергается испытаниям при изменении показателей переменного тока промышленной частоты, также проверяется функциональность технического аппарата на способность своевременно изменять воздушный зазор. Устройство проходит ряд испытаний, в которых измеряются показатели коэффициентов трансформации между вторичной и основной обмоткой.
    ООО «ЭМЗ» один из немногих заводов, который не только производит, но и проектирует все виды дугогасящих реакторов, в том числе по характеристикам зарубежных аналогов.
    Связаться по вопросам заказа дугогасящих реакторов можно в разделе контакты.

    Однофазные замыкания на землю. Компенсация емкостных токов замыкания на землю. ДГР

    1. Основные характеристики ОЗЗ

    Одним из наиболее частых видов повреждений на линиях электропередачи является однофазное замыкание на землю (ОЗЗ) — это вид повреждения, при котором одна из фаз трехфазной системы замыкается на землю или на элемент электрически связанный с землей. ОЗЗ является наиболее распространенным видом повреждения, на него приходится порядка 70-90 % всех повреждений в электроэнергетических системах. Протекание физических процессов, вызванных этим повреждением, в значительной мере зависит от режима работы нейтрали данной сети.

    В сетях, где используется заземленная нейтраль, замыкание фазы на землю приводит к короткому замыканию. В данном случае ток КЗ протекает через замкнутую цепь, образованную заземлением нейтрали первичного оборудования. Такое повреждение приводит к значительному скачку тока и, как правило, незамедлительно отключается действием РЗ, путем отключения поврежденного участка.

    Электрические сети классов напряжения 6-35 кВ работают в режиме с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через большое добавочное сопротивление. В этом случае замыкание фазы на землю не приводит к образованию замкнутого контура и возникновению КЗ, а ОЗЗ замыкается через емкости неповрежденных фаз.

    Величина этого тока незначительна (достигает порядка 10-30 А) и определяется суммарной емкостью неповрежденных фаз. На рис. 1 показаны схемы 3-х фазной сети в режимах до и после возникновения ОЗЗ.


    Рисунок 1 – Схема сети с изолированной нейтралью а) в нормальном режиме; б) при ОЗЗ

    Такое повреждение не требует немедленного отключения, однако, его длительное воздействие может привести к развитию аварийной ситуации. Однако при ОЗЗ в сетях с изолированной нейтралью происходят процессы, влияющие на режим работы электрической сети в целом.

    На рис. 2 представлена векторная диаграмма напряжений.


    Рисунок 2 – Векторные диаграммы напряжений а) в нормальном режиме; б) при ОЗЗ

    При ОЗЗ происходит нарушение симметрии линейных фазных напряжений, напряжение поврежденной фазы снижается практически до 0, а двух “здоровых” фаз поднимаются до уровня линейных. При этом линейные напряжения остаются неизменными.

    2. Последствия ОЗЗ

    Несмотря на преимущества изолированной нейтрали, такой режим работы имеет ряд недостатоков:

    1. В зависимости от разветвленности сети емкостной ток может находиться в пределах от 0,1 до 500 ампер. Такая величина тока может представлять опасность для животных и людей, находящихся рядом с местом замыкания, по этой причине данные замыкания нужно выявлять и отключать, так же, как это делается и в сетях с глухозаземленной нейтралью.
    2. В большинстве случаев при ОЗЗ возникает дуговое замыкание на землю, которое может носить прерывистый характер. В таком случае, в процессе дугового замыкания возникают перенапряжения, превышающие в 2-4 раза номинальное фазное напряжение. Изоляция в процессе замыкания может не выдержать такие перенапряжения, вследствие чего возможны возникновения пробоя изоляции в любой другой точке сети и тогда замыкание развивается в двойное короткое замыкание на землю.
    3. В процессе развития и ликвидации ОЗЗ в трансформаторах напряжения возникает эффект феррорезонанса, что с высокой вероятностью приводит к их преждевременному выходу из строя.

    Несмотря на перечисленные недостатки ОЗЗ не требует немедленного ликвидации повреждения. Согласно ПУЭ, при возникновении ОЗЗ возможно эксплуатация сети без отключения аварии в течении 4 часов, которые выделяются на поиск поврежденного участка.

    3. Расчет суммарного тока ОЗЗ

    При замыкании на землю фазы одной из нескольких ЛЕП, что включенные к общему источнику, суммарный ток в месте замыкания за счет емкостных токов всех ЛЕП можно рассчитать несколькими методами.

    Первый метод заключается в использовании удельных емкостей ЛЭП. Этот способ расчета даст наиболее точный результат и является предпочтительным. Удельные емкости ЛЭП можно взять из справочной литературы, или же из технических характеристик кабеля, предоставляемых заводом-изготовителем.

    Выражение для определения тока ОЗЗ:

    ,

    где С∑ – суммарная емкость фазы всех ЛЕП, причем С∑ = Суд l;
    Суд – удельная емкость фазы сети относительно земли, Ф/км;
    l – общая длина проводника одной фазы сети.

    Второй метод применим для сетей с кабельными ЛЭП. Ток замыкания на землю для такой сети можно определить по эмпирической формуле:

    ,

    где UНОМ – номинальное линейное напряжение сети, кВ;
    li – длина кабельной линии, км;
    qi – сечение жилы кабеля, мм 2 .

    Кроме этих методов для расчета суммарного тока ОЗЗ, можно использовать значения емкостных токов каждого кабеля взятых из справочной литературы.

    4. Компенсационные меры защиты

    Из-за распределённой по воздушным и кабельным линиям электропередач ёмкости, при ОЗЗ в месте повреждения протекает ёмкостный ток. В наиболее тяжелых случаях, возможно возникновение электрической дуги, горение которой может приводить к переходу ОЗЗ в двух- или трёхфазное замыкание и отключению линии релейной защитой. Вследствие этого потребитель электроэнергии может временно лишиться электроснабжения.

    В соответствии с положениями ПУЭ в нормальных условиях работы сети должны предприниматься специальные меры защиты от возможного пробоя на землю.
    Для предотвращения возникновения дуги и уменьшения емкостных токов применяют компенсацию емкостных токов. Значения емкостных токов, при превышении которых требуется компенсация согласно ПУЭ и ПТЭ, приведены табл. 1.

    Таблица 1 – Значения токов требующие компенсации

    Напряжение сети, кВ 6 10 20 35
    Емкостный ток, А 30 20 15 10

    При более низких уровнях токов считается, что дуга не загорается, или гаснет самостоятельно, применение компенсации в этом случае не обязательно.

    5. Дугогасящий реактор

    Для ограничения емкостных токов в нейтраль трансформатора вводится специальный дугогасящий реактор (рис. 3).


    Рисунок 3 – Дугогасящий реактор

    Этот способ является наиболее эффективным средством защиты электрооборудования от замыканий на землю и компенсации емкостного тока. С его помощью удаётся снизить (компенсировать) ток однофазного замыкания на землю, возникающий сразу после аварии.

    6. Основные характеристики ДГР

    Дугогасящий реактор (ДГР) – это электрический аппарат, предназначенный для компенсации емкостных токов в электрических сетях с изолированной нейтралью, возникающих при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ). Главным нормативным документом регламентирующим работу, установку и надстройку ДГР является Р 34.20.179.

    Дугогасящие реакторы должны подключаться к нейтралям трансформаторов, генераторов или синхронных компенсаторов через разъединители. В цепи заземления реакторов должен быть установлен трансформатор тока. Рекомендуемые схемы подключения ДГР представлены на рис. 4.

    Рисунок 4 – Схема подключения ДГР: а) подключение ДГР к трансформаторам СН; б) подключение ДГР к нейтрале силового трансформатора

    Индуктивность ДГР подбирается из условия равенства емкостной проводимости сети и индуктивной проводимости реактора. Таким образом, происходит компенсация ёмкостного тока. Ёмкостный ток суммируется в месте замыкания равным ему и противоположным по фазе индуктивным, в результате остается только активная часть, обычно очень малая, это утечки через изоляцию кабельных линий и активные потери в ДГР (как правило, не превышают 5 А), которой недостаточно для возникновения электрической дуги и шагового напряжения. Токоведущие цепи остаются неповреждёнными, потребители продолжают снабжаться электроэнергией.

    Современные ДГР имеют различные конструктивные особенности и производятся для огромного диапазона мощностей. В таблице 2 приведен ряд параметров дугогасящих реакторов разных производителей.

    Способ автоматической настройки дуго-гасящей катушки и устройство дляего осуществления

    К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (5l ) Дополнительное к авт. свид-ву М 528654 (22) Заявлено 04.04.79 (2! ) 2745517/24-07 (5l )NL. Кл.

    Н 02 Н 9/08 с присоединением заявки,%

    СССР (23) Приоритет (53 ) УД К 621. 316. .723(088.8) I!0 делом изобретений и открытий

    ОпУбликовано 30.01.81. Бюллетень Pg

    Дата опубликования описания 02 02 81

    В. К. Обабков, E. В. Сергии и Ю. Н. Целуефский

    — М «.1..Донецкий орцена Трудового Красного Знаме и i!i политехнический институт (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ

    ДУГОГАСЯШЕЙ КАТУШКИ И УСТРОЙСТВО

    ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ

    Изобретение относится к компенсированным электрическим сетям.

    По основному авт. св. М 528654 . известен способ автоматической настройки катушки, который содержит в себе ввецение в нейтраль сети напряжения непромышленной частоты, поддержание неизменным напряжения той же частоты на емкости сети, измерение тока той же непромышленной частоты, протекающего через нейтраль, и настройку дугогасящей катушки по величине этого тока, Устройство для автоматической настройки цугогасящей катушки соцержит

    IS блок управления цугогасящей катушкой, генератор непромышленной частоты со схемой управления, поцключенный на до полнительную обмотку дугогасящей катуш ки, блок памяти, связанный со схемой блокировки по напряжению смещения ней» трали, канал регулирования по напряжв нию, состоящий из задающего блока и послецовательно соединенных избиратель ного усилителя, преобразователя напряжения и дифференциального усилителя, и канал регулирования по току, состоящий иэ последовательно включенных избирательного усилителя, преобразователя напряжения, функционального преобразователя и блока памяти, причем вхоц избирательного усилителя канала напряжения под» ключен на напряжение нулевой последовательности, выхоц цифференциального усилителя поцсоединен к вхоцу схемы управления генератора непромышленной частоты, а второй вход дифференциального усилителя — к выходу задающего блока, вход избирательного усилителя канала тока подключен на ток нейтрали сети, а выход блока памяти подсоединен к блоку управления катушкой (1).

    Измеренный ток непромышленной частоты состоит. из двух составляющих, оцна из которых пропорциональна емкости сети а другая активной проводимости сети. Правильная же настройка цугогасящей катушки должна осуществляться

    55 только по величине тока, протекающего через емкость сети. Следовательно, цля известного способа и устройства характерно ухудшение точности настройки цугогасящей катушки при увеличении в сети активной проводимости, что снижает эффективность систем автоматической компенсации.

    11ель изобретения — увеличение точности настройки.

    Поставленная цель цостигается тем, что в способе автоматической настройки цугогасящей катушки измеряют напряжение непромышленной частоты на емкости сети, измеряют активную проводимость сети, умножают .измеренное напряжение на регулируемый коэффициент усиления, величину которого задают в зависимости

    or активной проводимости сети, суммируют ток непромышленной частоты, протекающий через нейтраль, и н«пряжение непромышленной частоты на емкости сети, умноженное на коэффициент усиления, и по величине сформированного суммарного сигнала осуществляют настройку цугогасящего реактора.

    Кроме того, в устройство введены сумматор, звено регулируемого коэффициента усиления, фазовый детектор и исполнительный элемент, причем один вхоц сумматора поцключен к выхоцу избирательного усилителя канала тока, выход к входу преобразователя напряжения канала тока, звено регулируемого коэффициента усиления включено между выхоцом избирательного усилителя канала напряжения и цругим вхоцом сумматора, первый вход фазового детектора соединен с выхоцом сумматора, второй вхоц — с выходом избирательного усилителя канала напряжения, а выход подключен нереэ исполнительный элемент к управляющему входу звена регулируемого коэффициента

    На чертеже прецставлена функциональная схема устройства, реализующего прецлагаемый способ.

    Схема содержит цве цугогасящие катушки 1 и 2 (регулируемая и базовая), соединенных параллельно и поцключенных к нейтрали питающего трансформатора 3 сети. Генератор 4 непромышленной частоты со схемой управления включен на дополнительную обмотку цугогасящей катушки 1. Трансформатор 5 напряжения нулевой последовательности, связанный через избирательный усилитель 6 и преобразователь 7 напряжения, с одним из входов цифференциального усилителя 8, 5

    4 второй вход которого связан с з«ц«ющим блоком 9, а выхоц — со схемой 4 управления генератора непромышленной частоты. Трансформатор 10 тока, установленный в нейтрали сети, соединенный через избирательный усилитель 1 1, сумматор

    12, преобразователь 13 напряжения и функциональный преобразователь 14 со входом блока 15 памяти, выход которого связан с блоком 16 управления катушкой. Схему 17 блокировки, у которой вход подключен к трансформатору 5 напряжения, один выход связан со схемой 4 управления генератора непромышленной частоты, а второй — с блоком 15 памяти. Кроме того, схема содержит звено

    18 регулируемого коэффициента усиления, связывающего выход избирательного усилителя 6 со вторым входом сумматора

    12, фазовый детектор 19, первый ахоп которого соединен с выхоцом сумматора

    12, а второй — с выходом избирательного усилителя 6, и исполнительный элемент 20, выхоц которого подключен к управляющему входу звена 18 регулируемого коэффициента усиления, а вхоц — к выходу фазовог о де тек тора 1 9.

    Особенностью работы предлагаемого устройства является то, что в измеренном токе непромышленной частоты, протекающем через нейтраль, нейтрализуют составляющую, обусловленную активной проводимостью сети. Это цостигается тем, что к измеренному току, как сигналу, цобавляют напряжение непромышленной частоты на емкости сети такой величины и знака, чтобы результирующий сигнал содержал в себе составляющую, обусловленную только емкостью сети.

    Поясним это при помощи соотношения, связывающего ток непромышленной часто. ты, протекающий через нейтраль, с напряжением той же частоты на емкости сети: аеЗ о аоо о к его оптимальному значению, равному величине активной проводимости сети Q . Подстройка осуществляется по сдвигу фаз g между сигналом Эр и напряжением Uo, который вычисляется на основе соотношения (1) и равен » г 9Рос (;q))+o, t -S yn(mp q))y где Ldll — непромышленная частота. Иэ выражения (2) вытекает, что при Kp>$ фазовый сдвиг g накоаится в прецелах от % /2 до К рад, а при )(рЯ» фазовый сцвиг находится в пределак от

    0 до X /2. При правильной настройке, т. е. когда Кр ф значение фазы равно l(/2.

    Устройство для осуществления прец-. ложенного способа работает так же, при М этом формирование сигнала управления настройки дугогасящей катушкой с помощью преобразователя 13 напряжения и функционального преобразователя 14 осуществляется не по сигналу „ о с вы- 5 кода избирательного усилителя 11 канала тока, а по результирующему сигналу

    3pEg с выхода сумматора 12, на котором происходит сложение тока 3О с выхоца усилителя 11 и напряжения Kp Uo с вы- 30 хода звена 18. Жено 18 осуществляет умножение напряжения Uo на регулируемый коэффициент усиления К р . Фазовый детектор 19 вырабатывает сигнал управления настройкой коэффициента Кр, про- З5 порциональный сцвигу фаз между сигHBJIBMH 3 pj s (с выхода сумматора 12) и 0 (с выкоаа усилителя 8). Этот сигнал управления с выхода фазового детектора поступает на исполнительный элемент N

    20 (в простейшем случае — интегратор ), выхоаной сигнал которого и управляет настройкой коэффициента усиления Кр звена 18.

    Б режиме перемещающегося дугового 45 замыкания сети на землю на выходе трансформатора 5 напряжения возникают пуль« сации напряжения с частотой загорания дуги. Схема 17 блокировки срабатывает только при наличии этих пульсаций напря- 5О жения нулевой последовательности. Тем самым в режиме перемещающегося дугового замыкания сети на землю сохраняется резонансная настройка компенсации. 55

    Предложенный принцип построения системы автоматической настройки аугогасящей катушки позволяет осуществлять точную настройку независимо от величины активной провоцимостк сети, что повышает в целом эффективность компенсации. Кроме того, расширяются функциональные возможности таких систем, так как становится возможным применение ик в сетях со значительной активной проводимостью изоляции, в том числе и в режиме глухого замыкания одной фазы на землю.

    Составитель Г. Дамская

    Редактор Н. Кешеля Техред М.Федорнак Корректор Н. Швыдкая

    Заказ 10448/74 Тираж 68В Подписное

    ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

    113035, Москва, -35, Раушская наб., д, 4/5

    Филиал ППП «Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

    Заземление нейтрали в высоковольтных системах — Применение дугогасящих катушек в кабельных линиях

    Содержание материала

    • Заземление нейтрали в высоковольтных системах
    • Зарядные токи в высоковольтных системах
    • Распределение емкостного тока замыкания на землю
    • Составляющие нулевой последовательности токов и напряжений
    • Схемы замещения для других важнейших видов повреждений
    • Сопротивление нулевой последовательности трансформаторов
    • Трансформаторы с соединением обмоток «треугольник-звезда»
    • Трансформаторы с обмоткой, соединенной в «зигзаг»
    • Шунтирование составляющих нулевой последовательности во вторичных контурах
    • Сопротивление нулевой последовательности вращающихся машин
    • Установившиеся напряжения на неповрежденных фазах при замыканиях на землю
    • Атмосферные перенапряжения
    • Коммутационные перенапряжения*
    • Полевые эксперименты по перенапряженииям
    • Уровень изоляции линий передачи и станционного оборудования
    • Аппаратура распределительных устройств
    • Трансформаторы
    • Генераторы и прочее оборудование
    • Емкостная связь между линиями электропередачи при замыканиях на землю
    • Влияние линий электропередачи на линии связи
    • Электромагнитное влияние
    • Выбор способа — системы с глухо заземленной нейтралью
    • Выбор способа — с заземлением нейтрали через активное или индуктивное сопротивление
    • Возникновение и развитие замыкания на землю
    • Анализ эксплуатационных данных по опубликованной статистике замыканий на землю
    • Длительность замыканий на землю
    • Переход от нормальных условий к условиям замыкания на землю
    • Обрыв дуги замыкания на землю и процесс восстановления напряжения
    • Замыкания на землю через перемежающуюся дугу
    • Экспериментальные исследования перенапряжений дуговых замыканий на землю в системах с заземленной нейтралью
    • Индуктивные влияния, вызываемые переходной стадией замыкания на землю
    • Развитие и современные тенденции гашения дуги замыкания на землю
    • Трубчатые разрядники — гашение дуги замыкания на землю
    • АПВ — гашение дуги замыкания на землю
    • Последовательные реакторы с избирательной чувствительностью к симметричным составляющим
    • Дугогасящие аппараты (катушки)
    • Дугогасящие устройства
    • Составляющая остаточного тока замыкания, обусловленная потерями энергии
    • Прохождение тока дугогасящей катушки в системе
    • Другие виды дугогасящих устройств
    • Сравнение трехфазных дугогасящих аппаратов с аппаратами, установленными в нейтрали
    • Устройства для одновременной компенсации тока замыкания на землю и зарядных токов линий
    • Резонансное и диссонансное заземления
    • Остаточный ток и его компенсация
    • Применение дугогасящих катушек в кабельных линиях
    • Резонансные явления в компенсированных системах
    • Небаланс напряжений, обусловленный переключением регулировочных отпаек под нагрузкой
    • Разрыв обмотки в одной фазе
    • Методы ограничения смещения нейтрали в компенсированных системах
    • Взаимодействие систем, обусловленное связью между линиями
    • Перенапряжения в системах с резонансным заземлением нейтрали
    • Рекомендуемые уровни импульсной прочности изоляции заземляющих устройств
    • Применение и эксплуатация разрядников и дугогасящих катушек
    • Влияние многофазных грозовых перекрытий на эксплуатационные характеристики систем с компенсированной нейтралью
    • Поведение систем с резонансным заземлением нейтрали при различных видах аварии
    • Обнаружение и устранение замыкания на землю
    • Устойчивые замыкания на землю
    • Трансформаторы напряжения. Схемы соединения и характеристики
    • Причины неправильных действий земляных реле, обусловленных системой
    • Искусственное увеличение активной составляющей остаточного тока
    • Земляные реле в системах с другими способами заземления нейтрали
    • Преимущества работы системы с резонансным заземлением нейтрали
    • Опыт эксплуатации систем с резонансным заземлением нейтрали
    • Сравнение с другими методами снижения числа отключения
    • Определение емкостного тока замыкания на землю
    • Номинальная мощность, установка и схема включения компенсирующих устройств
    • Сведения, необходимые для проектирования компенсирующих устройств
    • Конструкция дугогасящих аппаратов
    • Оборудование для переключения отпаек и вспомогательные обмотки компенсирующих аппаратов
    • Непрерывное регулирование тока в катушке
    • Устройство обмоток дугогасящих аппаратов
    • Потери в меди и стали дугогасящих аппаратов
    • Трехфазные типы дугогасящих аппаратов
    • Дугогасящие аппараты средней мощности
    • Дугогасящие аппараты большой мощности
    • Испытания дугогасящих аппаратов
    • Испытания релейной защиты от замыкания на землю
    • Контроль и автоматическое управление настройкой в компенсированных системах
    • Резонансное заземление в Германии
    • Резонансное заземление в США
    • Резонансное заземление в странах британского содружества
    • Резонансное заземление в скандинавии
    • Резонансное заземление в Центральной и Восточной Европе
    • Резонансное заземление в Японии и других странах

    Иногда приводятся доводы, что благоприятный эффект дугогасящих аппаратов ограничивается системами с воздушными линиями. В кабельных системах проблема гашения открытой дуги не представляется столь существенной. Ликвидация кратковременных замыканий и предупреждение дуговых замыканий теряют свое значение, если повреждение развивается в виде канала в твердом диэлектрике, а возможность атмосферных перенапряжений ограничена.
    Для того чтобы рассмотреть эту проблему со всех сторон, необходимо учесть следующие соображения:

    1. Многие кабельные системы содержат станционное оборудование открытого типа, где возможны дуговые перекрытия. Другие системы являются смешанными, т. е. содержат и кабельные и воздушные сети.
    2. Емкостный ток замыкания на землю в кабельных системах очень высок; компенсация емкостного тока позволяет ликвидировать опасные последствия, например ограничить разрушение изоляции, предупредить переход однофазного замыкания в междуфазное.
    3. Большинство повреждений в кабелях (66%) по данным американской статистики [Л. 9] происходит в результате пробоя с заземленной оболочки на внутренние части. В кабелях типа Н или других аналогичных конструкциях все замыкания происходят между жилами и землей (причины замыканий в кабельной сети рассматривались в § 1.7 гл. 3).
    4. Однородная изоляция кабелей фабричного изготовления чередуется с изоляцией концевых и соединительных муфт, которые представляют ослабленные места в кабельной сети.
    5. Возможность дуговых замыканий в кабелях не исключается. Наоборот, дуги, развивающиеся в узких каналах, заполненных парами органических веществ, могут иметь перемежающийся характер, а тенденция к повышению напряженностей гашения приводит к увеличению восстанавливающегося напряжения.
    6. В системах с изолированной нейтралью несимметричная нагрузка генераторов при больших токах замыкания на землю является нежелательной. Включение дугогасящих катушек уменьшает несимметричную нагрузку.
    7. В системах с глухо заземленной нейтралью короткое замыкание на землю ставит в тяжелые условия генераторы и их демпферные обмотки, по которым протекают большие токи обратной последовательности; многие повреждения генераторов были вызваны именно этой причиной. Возвращение тока замыкания на землю по защитной оболочке, в особенности в трехфазных кабелях, также вызывает известные трудности (см. § 16.1.2). В то же время увеличивается число случаев, когда кабельная изоляция подвергается расширению и сжатию, после которых в изоляции остаются пустоты и опасность местных повреждений. Синхронные двигатели и вращающиеся преобразователи также могут выходить из строя. Все эти опасные последствия исключаются при установке дугогасящих катушек.
    8. Даже в тех случаях, когда остаточный ток в компенсированной кабельной сети достаточно велик, чтобы привести к постепенному развитию пробоя между фазами, получается значительное увеличение времени пробоя. В средних условиях можно продолжать работу при однофазном замыкании в течение нескольких часов, прежде чем оно перейдет в междуфазное короткое замыкание. Опыты показывают, что даже в тех случаях, когда остаточный ток превосходит 100 а, время перехода однофазного повреждения в междуфазное имеет порядок нескольких минут, в течение которых с помощью релейной защиты можно определить место повреждения и отключить поврежденный участок. Правда, в системах с глухим заземлением нейтрали релейная защита срабатывает значительно быстрее, но при этом система подвергается упомянутому выше вредному действию тока короткого замыкания и опасности серьезных повреждений в месте замыкания. Если повреждение происходит в соединительной муфте, то может произойти взрыв.
    9. Пробой на землю часто происходит не мгновенно, а развивается в течение некоторого промежутка времени. Если этот пробой в его начальной стадии может рассматриваться как замыкание на землю через сопротивление, то дугогасящая катушка будет оказывать благоприятное действие, как это описано в предыдущем параграфе. Начальная стадия пробоя заслуживает внимания. Может случиться так, что изолирующая среда (масло или пропитывающая масса) под влиянием нагрева уменьшает свою вязкость и заполняет канал развивающегося пробоя, тем самым восстанавливая его электрическую прочность и ликвидируя дефект.

    Ниже приводятся некоторые интересные данные относительно работы дугогасящих катушек в кабельной сети.
    Кабельная сеть 6 кВ с общей длиной 85 км (кабели с поясной изоляцией) работала в течение 3 ч при однофазном замыкании на землю без перехода в междуфазное короткое замыкание. В кабельной сети 10 кВ наибольшая зарегистрированная длительность работы в таких условиях составляла 10 ч. В системах, где применялись кабели с отдельно освинцованными жилами или кабели типа Н, также проходили часы, прежде чем однофазное замыкание на землю переходило в междуфазное короткое замыкание.
    Важнейшие распределительные кабельные сети, в которых установлены дугогасящие катушки: Беваг—Берлин (30 кВ), Москва (35 кВ), Вена (26 кВ), Женева (18 кВ).
    Система 30 кВ Берлинской электрической компании (Беваг) [Л. 2 и 55] представляет особенный интерес ввиду своих больших размеров и огромного тока замыкания на землю.
    В 1936 г. общая длина кабелей в этой системе составляла 960 км, а емкостный ток 2 900 а. Осциллограмма, приведенная на рис. 183, была получена в то время и дает кривые остаточного тока, потенциала нейтрали и линейного напряжения.

    Рис. 183. Остаточный ток в крупной кабельной системе (Беваг).
    а — точная настройка; б — небольшая перекомпенсация.

    Верхняя осциллограмма снята при идеальной настройке, нижняя — при перекомпенсации 2,4%. Результаты анализа этих кривых приведены в табл. 31.

    Таблица 31
    Идеальная настройка
    Суммарный остаточный ток. 122 а
    Активная составляющая. 90,4а—3,2 %
    Реактивная , —
    Гармонические составляющие (пятая гармоника). 82 а—3%
    Небольшая расстройка
    Суммарный остаточный ток. 136 а
    Активная составляющая. 111,6 а—4 %
    Реактивная 67 а—2,4 %
    Гармонические составляющие. 39 a—l,4 %

    В 1947 г. общая длина системы возросла до 1 600 км, а емкостный ток — до 4 000 а. Остаточный ток был ограничен величиной около 250 а. Дугогасящие катушки (общее количество 41 шт.) на суммарный ток 4 330 а были распределены между 18 станциями. Номинальные токи отдельных катушек (исходя из длительности работы 2 ч) менялись от 45 до 400 а, большей частью находясь в пределах 60—170 а. Большинство трансформаторов, к которым присоединялись катушки, имело мощность 12 500 кВА, коэффициент трансформации 30/6 кВ, схему соединений звезда — звезда с третичной обмоткой (30% мощности), соединенной в треугольник.
    Настройка устанавливалась с помощью «компенсатора», который будет описан в гл. 10. Точность настройки контролируется диспетчером.