Устройство для заземления нейтрали трансформаторов

 

Использование: в электротехнике, в электрических сетях высокого напряжения. Сущность изобретения: устройство обладает повышенной надежностью благодаря увеличению перегрузочной способности его резисторной установки за счет того, что она выполнена из нечетного числа последовательно соединенных частей, не меньше трех, присоединенных через коммутационные аппараты одним своим выводом к земле, а другим - к нейтрали трансформаторов. Коммутационные аппараты разделены на две группы: одна, в которой каждый аппарат одним своим выводом подключен к земле, а другим - к четным точкам соединения частей резисторной установки. Другая группа состоит из коммутационных аппаратов, которые одним своим выводом подключены к нейтрали силовых трансформаторов, а другим - к нечетным точкам соединения частей резисторной установки. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрических сетях высокого напряжения.

Известны устройства для заземления нейтрали трансформаторов, содержащие реакторы и резисторы, присоединенные одним своим выводом к централи трансформаторов, а другим к земле [1-4] Такие устройства увеличивают сопротивление нулевой последовательности по сравнению со случаем глухого заземления нейтрали, благодаря чему уменьшается величина аварийного тока при однофазных коротких замыканиях. Резисторы, содержащиеся в этих устройствах, увеличивают отношение активной составляющей сопротивления нулевой последовательности к его реактивной составляющей, благодаря чему ускоряется затухание аварийного процесса. Однако, резисторы чувствительны к токовым перегрузкам, при которых они перегреваются и могут повредиться.

Известны технические решения, в которых при возникновении больших перенапряжений в нейтрали, а следовательно и токов через устройство заземления, сопротивление заземления нейтрали шунтируется разрядником, который принимает на себя этот ток, снимая перегрузку по току с элементов устройств заземления, в том числе и с резисторов [2, 3] Таким разрядником можно снимать кратковременные перегрузки, возникшие, например, при грозовых или коммутационных перенапряжениях.

В качестве прототипа принимается устройство для заземления нейтрали трансформаторов [4 c.8] содержащее реактор, резисторную установку, разрядник и коммутационный аппарат (разъединитель) соединенные параллельно и подключенные одним своим выводом к нейтрали трансформаторов, а другим к земле.

Прототип, как и другие аналоги, увеличивает сопротивление нулевой последовательности по сравнению со случаем глухого заземления нейтрали, а также отношение активной составляющей этого сопротивления к его реактивной составляющей, благодаря чему уменьшается величина тока однофазного короткого замыкания и ускоряется его затухание.

Недостатком устройства-прототипа является малая перегрузочная способность, которая определяется предельно допустимым перегревом резисторной установки. Малая перегрузочная способность может привести к выходу из строя этого устройства во время перегрузок. Указанный недостаток особенно сильно проявляется во время некоторых аномальных природных явлений геомагнитных бурь и погодных условий, вызывающих наиболее интенсивное коронирование проводов, поскольку при этих явлениях в электрических сетях возникают дополнительные источники 3-ей гармоники тока, имеющие нулевую последовательность и увеличивающие токовую нагрузку устройств заземления нейтралей по сравнению с нормальными условиями (т.е. условиями, когда нет ни магнитных бурь, ни повышение коронообразования на проводах). Описанные аномальные природные явления продолжаются десятки часов подряд. Поэтому вызываемые ими перегрузки устройств заземления нейтралей и снижение надежности этих устройств нельзя предотвратить разрядниками.

Цель изобретения повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается в устройстве для заземления нейтрали трансформаторов, содержащем резисторную установку, подключенную одним своим внешним выводом к земле, а другим к нейтрали силовых трансформаторов, и коммутационные аппараты, благодаря тому, что его резисторная установка выполнена из нечетного числа последовательно соединенных частей не меньше трех (N≥3), присоединенных через коммутационные аппараты одним своим выводом к земле, а другим к нейтрали трансформаторов, причем коммутационные аппараты объединены в две группы одну, в которой каждый аппарат одним своим выводом подключен к земле, а другим к четным, считая от земли, точкам соединения последовательных частей резисторной установки, и вторую группу, в которой каждый аппарат одним своим выводом подключен к нейтрали силовых трансформаторов, а другим к нечетным точкам соединения последовательных частей резисторной установки, а активное сопротивление каждой части резисторной установки меньше, чем эквивалентное сопротивление всей внешней цепи со стороны точек присоединения этой установки.

Сущность изобретения состоит в том, что устройство позволяет при токовых перегрузках производить такие переключения, которые при предлагаемом соотношении между сопротивлениями резисторной установки и внешней цепи приводят к уменьшению тока, протекающего через каждую часть резисторной установки, и выделяемой в них мощности. В результате этого снижается температура резисторной установки, что увеличивает перегрузочную способность и надежность всего устройства. Таким образом, предлагаемые отличительные признаки устройства являются существенными для достижения цели.

Кроме того, для достижения цели существенно, что описанные перегрузки относятся к числу редких явлений, при которых допускается временная работа с уменьшенным сопротивлением нулевой последовательности.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Резисторная установка 1 выполнена из нечетного числа N≥3, например N=5, последовательно соединенных частей 2. Одним своим внешним выводом 3 эта установка подключена к земле, а другим внешним выводом 4 к нейтрали силовых трансформаторов 5. Каждый из коммутационных аппаратов первой группы 6 одним своим выводом подключен к земле, а другим к источникам А соединения последовательных частей резисторной установки, имеющим четные, считая от земли, номера. Каждый из коммутационных аппаратов второй группы 7 одним своим выводом подключен к нейтрали силовых трансформаторов, а другим к точкам В соединения последовательных частей резисторной установки, имеющим нечетные номера. Параллельно резисторной установке может быть включен реактор 8, разрядник 9 и коммутационный аппарат 10, шунтирующий все устройство.

Работа устройства заключается в следующем.

В нормальных условиях, когда ток, протекающий через резисторную установку, меньше допустимого, коммутационные аппараты отключены. При этом все части резисторной установки являются последовательно соединенными и обтекаются общим током. В случае возникновения аномальных явлений, когда ток, протекающий через резисторную установку, становится больше допустимого, коммутационные аппараты включаются. При этом все части резисторной установки оказываются параллельно соединенными и каждая часть обтекается лишь долей общего тока резисторной установки. Включение и отключение коммутационных аппаратов производится в зависимости от регистрируемого на подстанции тока устройства. Обе эти операции производятся без разрыва цепи заземления нейтрали вручную или автоматически.

Все внешние цепи устройства по отношению к резисторной установке являются двухполюсником с эквивалентной электродвижущей силой (э.д.с.) E_э и эквивалентным сопротивлением Z_э. Мощность (P), выделяемая в резисторной установке, будет зависеть от количества последовательных частей резисторной установки (N) и соотношения между величинами сопротивления r каждой части этой установки и эквивалентного сопротивления Z_э внешней цепи. Покажем, что при перегрузках мощность, выделяемая в резисторной установке предлагаемого устройства, меньше, чем в резисторной установке прототипа.

Мощность, выделяемая в резисторной установке устройства при нормальных условиях работы Мощность, выделяемая в резисторной установке устройства при перегрузках по току Мощность, выделяемая в резисторной установке прототипа при нормальных условиях и перегрузках где R сопротивление резисторной установки прототипа.

Учитывая, что R r·N, имеет следующее соотношение между мощностями, выделяемыми в резисторных установках предлагаемого устройства и прототипа.

При нормальных условиях: При перегрузках
Поскольку согласно изобретению r<Z, то из последнего соотношения получаем, что мощность, выделяемая при перегрузках в резисторной установке предлагаемого устройства меньше, чем в прототипе, а именно:

При N≥3 и мощность, выделяемая резисторной установке предлагаемого устройства, уменьшается более, чем в 2 раза.

С ростом величины N и уменьшением отношения эффективность предлагаемого устройства увеличивается, т.к. растет его перегрузочная способность, что увеличивает надежность работы устройства.

В качестве примера конкретного выполнения изобретения рассмотрено устройство, которое предлагается осуществить на Выборгской преобразовательной подстанции, связывающей энергосистемы СССР и Финляндии. В соответствии с требованиями со стороны энергосистемы Финляндии сопротивление нулевой последовательности на шинах подстанции должно быть не менее 100 Ом в нормальных условиях, не менее 25 Ом в случаях возникновения аномальных явлений. Согласно изобретению предлагается осуществить на Выборгской подстанции устройство, содержащее бетэловую резисторную установку из 5 последовательно соединенных частей и две группы коммутационных аппаратов по два коммутационных аппарата в каждой группе. Бетэловая резисторная установка одним своим внешним выводом должна быть подключена к земле, а другим к нейтрали силовых инверторных трансформаторов. Коммутационные аппараты первой группы одним своим выводом должны быть присоединены к земле, а другим к четным, считая от земли, точкам соединения последовательных частей резисторной установки. Коммутационные аппараты второй группы одним своим выводом должны быть присоединены к нейтрали силовых инверторных трансформаторов, а другим к нечетным точкам соединения последовательных частей резисторной установки. В нормальных условиях сопротивление резисторной установки составляет R 190 Ом, длительно допустимый ток 10 А, а ее фактический ток не превышает 3-4 А.

Во время аномальных явлений, например, при интенсивном коронировании, по многолетним наблюдениям ток нейтрали трансформатора увеличивается до 30-40 А. Весь этот ток протекает через резисторную установку для заземления нейтрали трансформаторов. Связанные с этим перегревы могут приводить к повреждению известных устройств, в том числе устройства по прототипу. Предлагаемое устройство вполне допускает такую перегрузку по току, т.к. мощность, выделяемая в ее резисторной установке, как было показано выше, значительно уменьшается благодаря предлагаемым отличительным признакам. Следовательно, отсутствует перегрев и повреждения, связанные с ними. Увеличивается надежность устройства.

Для оценки экономической эффективности предлагаемого устройства необходимо исходить из того, что для предотвращения перегрузов и повреждений резисторной установки известного устройства прототипа, она должна иметь номинальный ток не меньше 40 А, что соответствует номинальной мощности:
40²·190·10^-3=304 кВт.

В предлагаемом устройстве каждая часть резисторной установки может иметь номинальный ток 10 А при расчете с большим запасом. Номинальная мощность резисторной установки а предлагаемом устройстве составит:
10²·190·10^-3=19 кВт.

Таким образом, номинальная мощность резисторной установки может быть снижена благодаря изобретению на 285 кВт, что дает возможность использовать резисторную установку значительно меньших габаритов и меньшей стоимости при соответствии всем требованиям энергосистемы по ограничению тока однофазного короткого замыкания. Стоимость дополнительно устанавливаемых согласно изобретению коммутационных аппаратов несравнимо меньше экономии, получаемой вследствие снижения мощности резисторной установки.

Формула изобретения

Устройство для заземления нейтрали трансформаторов, содержащее резисторную установку, подключенную одним своим внешним выводом к земле, а другим к нейтрали силового трансформатора, параллельно резисторной установке и друг другу включены реактор, разрядник и коммутационный аппарат, отличающееся тем, что, с целью увеличения надежности путем повышения перегрузочной способности, резисторная установка содержит N последовательно соединенных частей, где N нечетное число не меньше трех, N 1 коммутационных аппаратов, причем коммутационные аппараты объединены в две группы одну, в которой каждый аппарат одним своим выводом подключен к земле, другим к четным, считая от земли, точкам соединения последовательных частей резисторной установки, и вторую группу, в которой каждый аппарат одним своим выводом подключен к нейтрали силовых трансформаторов, другим к нечетным точкам соединения последовательных частей резисторной установки, а активное сопротивление каждой части резисторной установки меньше, чем эквивалентное сопротивление всей внешней цепи со стороны точек присоединения этой установки.

РИСУНКИ

Рисунок 1