Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

СНИЖЕНИЕ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Авторы:
Город:
Владивосток
ВУЗ:
Дата:
05 июня 2017г.

АННОТАЦИЯ

Показаны недостатки известных устройств для ограничения тока однофазного короткого замыкания. Приведены сведения о предлагаемом устройстве, которое свободно от этих недостатков.

При однофазном коротком замыкании на землю может проходить значительный ток короткого замыкания, даже при высоком сопротивлении изоляции электрической сети. Так происходит из-за большого значения суммарной ёмкости электрической сети относительно земли, и ток однофазного короткого замыкания (ОКЗ) тем больше, чем больше значение указанной суммарной ёмкости и выше напряжение в электрической сети. Этот ток может достигать нескольких сотен ампер, он сопровождается электрической дугой, которая способна вызвать пожар и разрушить проводники тока в месте короткого замыкания, и тогда замыкание может перейти в междуфазное или трёхфазное [4, с. 5].

Действующее значение тока ОКЗ быстро снижается до небольшого установившегося значения, если заземлить нейтральную точку электрической сети на землю через индуктивный компонент. Он настроен в резонанс с указанной суммарной ёмкостью. При подключении к этой сети или отключении от неё каких- либо линий или потребителей электроэнергии, эта ёмкость изменяется. Поэтому индуктивный компонент выполняют из двух частей: регулируемого силового элемента и блока управления. Последний воздействует на силовой элемент так, чтобы его индуктивность изменялась вслед за изменением суммарной ёмкости электрической сети.

До настоящего времени в качестве индуктивного компонента применяют дугогасящие реакторы (ДР) различной конструкции. Включение ДР, кроме снижения тока в месте замыкания, приводит к увеличению времени восстановления напряжения на поврежденной фазе, что способствует восстановлению диэлектрических свойств изоляции в месте повреждения [1, с. 51].

На рисунке 1 показана схема замещения трёхфазной электрической сети, к которой подключено устройство, ограничивающее ток ОКЗ с помощью индуктивного компонента.


Рисунок 1 – Схема замещения трёхфазной электрической сети с устройством, ограничивающим ток ОКЗ с помощью индуктивного компонента

 

В этой схеме нейтраль N трёхфазного источника с мгновенными значениями напряжений uA, uB и uC через силовой элемент СЭ индуктивного компонента соединена с землёй. Распределённым емкостям фаз сети соответствуют конденсаторы CA, CB и CC. Ток ik ОКЗ замыкается через сопротивление, которому соответствует резистор R. Этот ток имеет две составляющие. Одна из них проходит через конденсаторы CA, CB и CC, а другая – через СЭ, который имеет индуктивность L. Значение этой индуктивности определяется  выходным сигналом блока управления (БУ), который воздействует на управляющий вход СЭ. Две составляющие тока ОКЗ в установившемся режиме проходят через резистор R в направлениях, которые близки к взаимно противоположным. Эта особенность указанных составляющих приводит к снижению тока ik. Минимум этого тока достигается при резонансной настройке СЭ, когда его индуктивность связана с суммарной ёмкостью CΣ всех трёх фаз электрической сети по отношению к земле  следующим соотношением [4, с. 16], [5, с. 35]:

где ω – круговая частота источников напряжения.

На рисунке 2, а показана осциллограмма тока ОКЗ при отсутствии индуктивного компонента, для следующих параметров электрической сети: её линейное напряжение Uл = 6 кВ, ёмкости конденсаторов CA, CB и CC, одинаковы и равны 5 мкФ, R = 100 Ом. Действующее значение тока ОКЗ в установившемся режиме определяется выражением:


ОКЗ возникает, когда напряжение фазы C имеет максимальное значение. При этом начальное значение тока ОКЗ – 49 А, а действующее значение установившегося тока ОКЗ – 14,8 А. Рисунок 2, б относится к случаю, когда индуктивность L соответствует выражению (1). Видно, насколько эффективно индуктивный компонент обеспечивает быстрое снижение тока ОКЗ.

Первыми стали применяться ДР, обмотки которых имеют отводы для ступенчатого регулирования тока компенсации. Этот ток изменяется ступенями и число ответвлений мало [4, c. 61]. В настоящее время применяются плавно регулируемые ДР двух типов. В  плунжерных ДР изменение индуктивности обеспечивается механически – изменением немагнитного зазора в магнитопроводе [4, c. 64], [5, с. 36].


У ДР с подмагничиванием магнитопровод не имеет немагнитных зазоров, ток компенсации регулируют изменением значения постоянной составляющей магнитного потока. В современных ДР с подмагничиванием такое регулирование осуществляется с помощью тиристорных ключей, включенных параллельно частям сетевой обмотки. [2, с. 49].

Основной недостаток ДР с подмагничиванием обусловлен тем, что этот реактор является нелинейным элементом. Поэтому в установившемся режиме, даже и при идеальной компенсации емкостной составляющей тока ОКЗ первой гармоникой тока ДР, ток ОКЗ не равен нулю, он состоит из составляющих высших гармоник тока ДР.

В [5, с. 36] отмечается, что выпускаемые ОАО «ЭЛЕКТРОЗАВОД» плунжерные ДР, немагнитный зазор которых изменяется с помощью самотормозящегося электропривода, лучше, чем реакторы другой конструкции, пригодны для работы в устройствах защиты от ОКЗ. Кроме достоинств, такие ДР имеют и ряд недостатков:

номинальная мощность электродвигателя указанного электропривода высока – 0,5 кВт и более; значительное время, которое затрачивается на изменение индуктивности силового элемента;

наличие регулируемого воздушного зазора и электропривода приводит к увеличению уровня шума и вибраций;

низкая добротность.

На рисунке 2, в тонкой линией показано продолжение осциллограммы, начало которой изображено на рисунке 2, б, когда добротность ДР q равна 50. Установившееся действующее значение тока ОКЗ при использовании такого ДР снижается в 45 раз, его амплитуда составляет 460 мА.

В предлагаемом устройстве защиты от тока ОКЗ [3] в качестве СЭ использован управляемый источник тока, который выполняется на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT). В БУ введён интегрирующий фильтр, входные зажимы которого подключены между нейтралью N и заземлителем. Выходные зажимы фильтра подключены к умножителю, в котором выходной сигнал фильтра умножается на задающий сигнал, пропорциональный суммарной ёмкости CΣ. Благодаря указанным особенностям структуры предлагаемого индуктивного компонента, ток СЭ подобен току ДР. При этом добротность СЭ можно увеличить, по сравнению с добротностью ДР во много раз, что позволяет значительно уменьшить амплитуду установившегося тока ОКЗ.

На рисунке 2, в утолщённой линией показано продолжение осциллограммы, начало которой изображено на рисунке 2, б, когда добротность ДР q равна 100 π. Амплитуда установившегося тока ОКЗ составляет 73 мА, что в 6,2 раза меньше, чем при использовании ДР, у которого добротность q равна 50. У предлагаемого устройства с управляемым источником тока имеются и другие достоинства по сравнению с ДР: ему не нужен электропривод с самотормозящимся редуктором; его можно значительно быстрее настроить на новое значение ёмкости CΣ; оно имеет значительно меньшую массу и практически бесшумно.

Вывод

Предлагаемое устройство защиты электрических сетей от токов ОКЗ позволяет устранить все перечисленные выше недостатки, присущие ДР различных конструкций.

 

Список литературы

 

1.                     Владимир Козлов. Дугогасящие реакторы в сетях среднего напряжения // Новости Электротехники. 2012. №2(74). – С. 50-52

2.                     Даниил Матвеев. Дугогасящие реакторы серии РУОМ // Новости Электротехники. 2012.№5(77). – C. 48-50.

3.                     Устройство для ограничения тока однофазного короткого замыкания в электрической сети / Кувшинов Г.Е., Рыбалёв А.Н., Скобелев Д.П. // Решение о выдаче патента на изобретение по заявке 2014100195/07. – 25.08.2014.

4.                     Черников А.А. Компенсация емкостных токов в сетях с незаземлённой нейтралью. – М.: Энергия, 1974. – 97 с.

5.                     Ширинская И.В. Комплекс оборудования для защиты сетей от однофазных замыканий на землю // ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2011.№ 5. – С. 34-40.