Электростанция для передачи энергии к удаленно расположенной нагрузке
Использование: в области электроэнергетики. Технический результат заключается в повышении надежности и безопасности. Подающая электроэнергию станция PFS для доставки электрической энергии содержит низковольтную сторону LVS, высоковольтную сторону HVS и трансформатор TF, который сконфигурирован для подачи однофазного переменного тока высокого напряжения на высоковольтную сторону. Энергия может распределяться через кабель к одной или более принимающим электроэнергию станциям PRS. Кабель сконфигурирован для распределения симметричного однофазного тока, поданного подающей электроэнергию станцией. Блок CSU датчика тока расположен на высоковольтной стороне. Блок CBU прерывания цепи выполнен с возможностью прерывания тока и расположен на низковольтной стороне. Функция CF управления сконфигурирована для активирования блока прерывания цепи на основе правил безопасности и характеристик тока CD. Характеристики тока и другая системная информация SI также могут быть доставлены в информационный блок IU. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к распределению электроэнергии. Более конкретно, оно относится к распределению электрической энергии, контролю и безопасности.
Предшествующий уровень техники
Иногда требуется подавать электрическую энергию потребителям, расположенным далеко от электроэнергетических инфраструктур. Существует несколько решений этой проблемы. Одним из путей получения электрической энергии является наличие локально расположенных мотор-генераторов. Иногда используются трехфазные высоковольтные распределительные линии. Система, называемая SWER, однопроводная система с возвратом тока через землю, использует однофазный однопроводной кабель. Она может передавать однофазный ток высокого напряжения от 6 кВ до 19,1 кВ. Система реализуется для мощности до 500 кВт.
Проблемы, которые возникают в таких решениях, обычно относятся к резистивному падению напряжения, чувствительности к неисправностям и обнаружению неполадок, например, обнаружению короткого замыкания на землю, фазному повреждению и обрыву фазы. Некоторые системы являются сложными, и затраты и поддержка могут являться иногда большой проблемой. Известные решения могут также иметь проблемы, касающиеся соответствия с правилами безопасности, установленными местными органами власти.
Одним примером потребителей малой мощности, которые могут находиться в местах, удаленных от электрической инфраструктуры, является телекоммуникационное оборудование, например, базовые радиостанции. Часто для локального производства электроэнергии используются два дизель-генератора с резервными аккумуляторами. Это требует организации дорогостоящей поддержки, и операционная надежность узлов зависит от хорошей функциональной организации логистики и доступности к этим узлам. Иногда используется высоковольтная распределительная система, например, трехфазная распределительная линия на 12 кВ или 24 кВ. Для более коротких расстояний иногда используется 1 кВ.
Краткое изложение существа изобретения
Задачей настоящего изобретения является преодоление недостатков, описанных выше.
Изобретение относится к распределению электрической энергии, контролю и безопасности. Изобретение содержит подающую электроэнергию станцию PFS для доставки электрической энергии. PFS содержит низковольтную сторону LVS, высоковольтную сторону HVS и трансформатор TF, который сконфигурирован доставлять однофазный переменный ток высокого напряжения на высоковольтную сторону. Электроэнергия может распределяться через кабель к одной или более принимающим электроэнергию станциям PRS. Кабель сконфигурирован распределять симметричный действующий однофазный ток от подающей электроэнергию станции. Предпочтительно кабель может быть коаксиальным кабелем с экранирующей оболочкой в качестве пути возврата тока.
Изобретение также содержит блок датчика тока CSU, который содержит средство 105 CL для измерения характеристик тока CD, средство 106 для приема характеристик тока и средство 101 для передачи характеристик тока в функцию CF управления. Блок датчика тока расположен на высоковольтной стороне. Средство для измерения характеристик тока CD может содержать катушку без гальванического контакта с высоковольтной стороной.
Блок CBU прерывания цепи, выполненный с возможностью прерывания тока, расположен на низковольтной стороне. Функция CF управления сконфигурирована для активирования блока прерывания цепи на основе правил безопасности и характеристик тока CD.
Функция CF управления содержит средство для приема характеристик тока и средство для активации блока прерывания цепи.
Средство для измерения характеристик тока может также содержать средство 105 для измерения величины тока утечки на землю от экранирующей оболочки кабеля электропитания на окружающий материал и средство CL для измерения тока экранирующей оболочки кабеля. Система управления может затем измерять характеристики тока, состоящие из фазового угла между током утечки на землю и током экранирующей оболочки кабеля, и учитывать фазовый угол для активации блока прерывания цепи.
Характеристики тока и другая системная информация SI также могут быть доставлены в информационный блок IU.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительного варианта воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает систему удаленного электроснабжения с одной принимающей электроэнергию станцией;
Фиг.2 изображает поперечное сечение коаксиального кабеля.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
RPS удаленного электроснабжения является решением подачи энергопитания, обеспечивающим легкий, безопасный и эффективный по стоимости способ доставки электроэнергии потребителям энергии, например, телекоммуникационным блокам, которые расположены на значительном удалении от существующей сети электропитания и разбросаны по широкой географической области. Система работает корректно на расстояниях даже вплоть до 100 км. Мощность может быть предпочтительно между 1-1000 кВт. Система менее подвержена влиянию внешних возмущений типа магнитных помех, имеет чувствительную систему контроля и обеспечивает высокую степень безопасности персонала. Может использоваться центральная резервная мощность, и необходимость в резервной мощности и резервных аккумуляторах для потребителя энергии минимальна. Эта система является защищенной и надежной системой с небольшим количеством электрооборудования на высоковольтной стороне.
На фиг.1 показана система удаленного электроснабжения RPS, содержащая подающую электроэнергию станцию PFS, которая имеет низковольтную сторону LVS и высоковольтную сторону HVS и трансформатор TF, высоковольтный распределительный кабель CC для передачи электроэнергии между PFS и PRS, принимающую электроэнергию станцию PRS, блок CSU датчика тока для измерения характеристик тока CD на высоковольтной стороне и функцию CF управления, которая может активировать блок CBU прерывания цепи на основе набора правил безопасности (SR).
Система содержит центральную подающую электроэнергию станцию PFS, содержащую сторону низкого напряжения для ввода электрической энергии. PFS типично получает электрическую энергию от центральной электростанции или соединяется с существующей электрической инфраструктурой. Входом типично является двухфазный переменный ток с напряжением 230-400 В, т.е., низким напряжением. PFS также содержит высоковольтную сторону для распределения электроэнергии к принимающей электроэнергию станции PRS. Трансформатор TF в PFS управляет преобразованием из низкого в высокое напряжение. На выходе может быть несколько киловольт: 2-20 киловольт являются наиболее подходящими для этого варианта осуществления. В случае когда входной ток не является однофазным, трансформатор также преобразует ток в однофазный. Система контроля для прерывания тока в случае неисправностей в системе соединена с PFS. Контрольное и сигнальное оборудование также может быть соединено с PFS, так же как и другие типы резервных средств, т.е., аккумуляторная резервная система.
Использование высокого напряжения в фазе распределения дает в результате малые токи. Это делает всю систему более эффективной по стоимости, а систему контроля более надежной.
Ток распространяется через высоковольтный распределительный силовой кабель, который приспособлен для передачи симметричного действующего однофазного тока. Он может быть кабелем коаксиального типа, где экранирующая оболочка (SH) используется в качестве пути возврата тока. Кабель может предпочтительно быть XLPE-изолированным кабелем с коаксиальной конструкцией с внешним диаметром около 10-30 мм и может быть расположен в земле, в воде или висеть в воздухе. Система будет работать, по меньшей мере, вплоть до расстояний в 100 км. Если используется коаксиальная конструкция, магнитное поле является незначительным, и кабель может быть расположен ближе к другому чувствительному оборудованию, т.е., телекоммуникационным кабелям, без риска магнитной помехи. Коаксиальная конструкция также делает кабель более или менее невосприимчивым к электромагнитным импульсам извне типа сверхнапряжений от грозовых разрядов. Это также важно для того, чтобы иметь возможность реализовывать чувствительную и надежную систему контроля. Система обнаружения неполадок будет менее подвержена внешним электромагнитным помехам.
В принимающих электроэнергию станциях PRS напряжение может быть преобразовано с понижением до низкого напряжения, типично переменного тока с напряжением 230 Вольт. Несколько PRS могут быть последовательно соединены, и существует необходимость только в одной резервной системе и одной системе безопасности и контроля, обычно расположенной близко к станции подачи электроэнергии. Также может использоваться кольцевая конфигурация. Для лучшей производительности также возможно иметь несколько подающих электроэнергию станций, соединенных с системой.
Защита и управление выполняются посредством первичных плавких предохранителей низкого напряжения на низковольтной стороне и прерывателей цепи. Высоковольтные предохранители не нужны. Датчики для обнаружения неполадок размещены на высоковольтной стороне. Блок CSU датчика тока расположен на высоковольтной стороне в PFS или на высоковольтном однофазном коаксиальном кабеле CC. CSU не должен быть централизованным блоком, а может также быть распределенным, с разными точками измерения. CSU может содержать катушку, CL на фиг.1, без гальванического контакта с высоковольтной стороной для измерения величин токов. В случае коаксиального кабеля индуцированный ток в катушке обычно довольно низкий. Это происходит по причине симметричной коаксиальной конструкции кабеля. Это делает возможным получение очень чувствительного датчика тока. Система управления может также содержать средство измерения фазового угла между общим током кабеля, измеренным катушкой, и емкостным током утечки. Это сделано для того, чтобы получить чувствительную систему контроля, которая может обнаруживать, главным образом, резистивные токи короткого замыкания, когда емкостный ток утечки на землю является большим.
Блок CSU датчика тока имеет средство обнаружения и доставки характеристик тока CD в функцию CF управления. Примерами характеристик тока являются различия в величинах и фазе входящего и исходящего тока, так же как и фазовый угол между током и напряжением.
Для того, чтобы обойтись без дорогостоящего и сложного высоковольтного оборудования, блок CBU прерывания цепи расположен на низковольтной стороне подающей электроэнергию станции PFS. Функция CF управления может инструктировать CBU прерывать ток согласно определенным правилам SR безопасности и в зависимости от этого, какие характеристики тока CD доставляет CSU.
Некоторые примеры характеристик тока, которые заставляют функцию управления активировать блок прерывания цепи:
- различие в величине между входящим и исходящим током больше, чем значение D1 выключения,
- разность фазы между током и напряжением больше, чем значение P1,
- величина тока больше, чем C1.
CF может также доставлять системную информацию, SI на фиг.1, информационному блоку, IU на фиг.1. Системной информацией может быть, например, информация о характеристиках тока (CD) или то, что блок (CBU) прерывания цепи был активирован. IU может быть экраном с читаемыми данными о состоянии системы или различными предупреждающими функциями. Каждый вид неполадки в системе не должен приводить в результате к разрыву тока. Если, например, разница в величине между входящим и исходящим током больше, чем опорное значение D2, она может быть отправлена в качестве сигнализирующего сообщения информационному блоку. В этом случае это может происходить из-за того, что внешняя оболочка коаксиального кабеля повреждена. Однако, возможно управлять системой с поврежденной внешней оболочкой, но она должна быть восстановлена прежде, чем произойдет коррозия экранирующей оболочки кабеля. Другие примеры информации, которые могут быть отправлены информационному блоку:
- состояние блока прерывания цепи;
- величины тока и напряжения;
- разность фаз между током и напряжением.
Желательно иметь чувствительную систему и в то же время систему, которая не прерывает электропитание без какой-либо несущественной причины. Чтобы получить хорошо функционирующую систему прерывания цепи и сигнализации, система контроля адаптирована к особому характеру системы удаленного электроснабжения.
В сети удаленного электроснабжения обычно используется силовой кабель коаксиального типа, и тогда экранирующая оболочка кабеля используется в качестве пути возврата токов. Экранирующая оболочка имеет, главным образом, резистивное полное сопротивление, которое вызывает падение напряжения в экранирующей оболочке. Согласно закону Ома падение напряжения равно
U=R*I
Индуктивная часть полного сопротивления экранирующей оболочки здесь не учитывается.
Это означает, что существует разность потенциалов вдоль экранирующей оболочки кабеля. Большой ток и большое сопротивление дают большую разность потенциалов вдоль кабеля. Напряжение в экранирующей оболочке способно возбудить токи, которые будут описаны ниже.
Заземление, окружающее силовой кабель, работает в качестве проводника токов, следовательно, проводник экранирующей оболочки кабеля и заземляющий "проводник" будут действовать как конденсатор. Емкость и напряжение экранирующей оболочки могут вызывать емкостные токи утечки, которые влияют на нормальную симметрию, которая должна быть в исправном состоянии между фазой и обратным током (Общий ток кабеля =
). Если общий ток утечки является большим, значение выключения для обычного реле защиты, срабатывающего при замыкании на землю, должно быть установлено в большое значение, следовательно, чувствительность реле уменьшается с большими токами утечки.
В случае больших токов утечки может использоваться реле защиты, срабатывающее при замыкании на землю, чувствительное к фазовому углу. Реле учитывает емкостный ток утечки, чтобы увеличивать чувствительность, главным образом, резистивного тока замыкания на землю. Блок обнаружения короткого замыкания, чувствительный к фазовому углу, измеряет напряжение нулевой последовательности через полное сопротивление между нейтралью трансформатора и заземлением. Напряжение зависит от общего тока, утекающего в земле. Напряжение используется посредством реле в качестве опорного значения, чтобы измерять фазовый угол тока в кабеле. В случае короткого замыкания на землю, главным образом, в экранирующей оболочке возникает резистивный ток, который изменяет угол между напряжением нулевой последовательности и общим током кабеля. Фазовый угол используется в качестве значения выключения, чтобы выдавать сигнал, например, в IU или CF. Емкостные токи должны быть измерены или вычислены для того, чтобы иметь возможность выполнить правильные регулировки реле.
Экранирующая оболочка кабеля и окружающее заземление могут быть приближенно выражены как цилиндрический конденсатор, где внутренним проводником является экранирующая оболочка, а внешним проводником является заземление, куда протекает ток заземления. Между проводниками мы имеем две изолирующие среды, оболочку кабеля и землю. Показатели преломления для сред являются ε оболочка, зависящие от материала, например, этиленовая оболочка имеет значение 2,3.
Ε земли зависит от влажностных условий в земле и, следовательно, является функцией пути вдоль кабеля. ε земли≈80 представляет воду, а ε земли≈10 может быть очень сухой средой. Обычное среднее значение типично может быть равно 20 для показателя преломления окружающей земли.
Емкость между экранирующей оболочкой и землей может быть записана как
где: L - длина кабеля; a - радиус внешней части экранирующей оболочки; b - радиус внешней части оболочки; c - радиус воображаемого провода заземления. Предположим, что длина кабеля очень большая по сравнению с радиусом кабеля [электромагнитное поле направлено только в радиальном направлении].
На фиг.2 показано поперечное сечение кабеля, площадь между a и b является оболочкой кабеля (CJ), а площадь между b и c является землей, воздухом и водой. Значения a, b являются размерностями кабеля, но расстояние c не точное и обычно должно быть оценено, при этом токи в земле обычно распространяются на расстояния 20-40 метров от кабеля. В вычислениях обычно используется значение в 20 метров.
Падение напряжения в экранирующей оболочке определяется сопротивлением экранирующей оболочки и общим током, протекающим в кабеле. Сопротивление экранирующей оболочки, R, является фиксированным значением, зависящим от площади проводника экранирующей оболочки.
Общий ток зависит от активных нагрузок в системе, напряжения системы и реактивной мощности, создаваемой в кабеле. Предположим, что система имеет PFS-станцию и одну PRS. От принимающей станции общий ток I, созданный в сети, передается обратно по экранирующей оболочке к подающей станции. Ток имеет активную часть и реактивную часть, вызванную формированием емкостной энергии между фазой кабеля и экранирующей оболочкой. Это вызывает падение напряжения от PRS к PFS, U max =R экран * I
где:
P - активная нагрузка в системе;
U - высокое напряжение системы;
L - длина кабеля между станциями;
ω - угловая частота;
C - емкость на км [мкФ/км].
Сопротивление R экранирующей оболочки фиксировано для фактического используемого кабеля. Падение напряжения вызывает разность потенциалов между станциями, при вычислении емкостных токов утечки среднее значение напряжения между станциями должно использоваться вместо общей разности потенциалов, средний потенциал вдоль экранирующей оболочки кабеля равен
Емкостный ток утечки в землю определяется напряжением экранирующей оболочки, частотой тока и емкостью между экранирующей оболочкой и землей
Общий ток в земле между двумя станциями теперь может быть вычислен для получения ассиметричного тока, емкостного тока утечки, между PFS и первой PRS
Концепция, конечно, может быть использована для систем с более чем одной PRS. Напряжение экранирующей оболочки будет возрастать вдоль кабеля относительно подающей станции, но рост напряжения будет все меньше и меньше, так как активная нагрузка и реактивная мощность, наблюдаемые со станции, становятся еще меньше, следовательно, меньший ток передается в экранирующей оболочке дальше в системе.
Если длина кабеля небольшая и нагрузки являются небольшими, падение напряжения в экранирующей оболочке будет небольшим. В этом случае емкостный ток утечки будет относительно небольшим, скажем 50 мА. С другой стороны, когда длины кабелей являются большими, токи утечки являются большими, и величина отключения ассиметричного тока, используемая блоком обнаружения короткого замыкания, должна быть установлена в большое значение, чтобы не выполнять отключение в режиме нормального состояния.
В этом случае чувствительность к коротким замыканиям на землю с высоким полным сопротивлением является относительно плохой. Чтобы увеличить чувствительность в качестве значения выключения используется фазовый угол между емкостным током утечки и ассиметричным током в кабеле. В случае, главным образом, резистивных токов короткого замыкания на землю произойдет изменение фазового угла между токами, и сигнал посылается в IU или CP.
Чтобы сделать CSU настолько чувствительным, насколько возможно, с точки зрения обнаружения характеристик тока CD, относящихся к неполадкам в системе, желательно минимизировать емкостный ток. Это особенно важно, когда емкостный ток по размеру приблизительно равен току в кабеле. Материал кабеля, напряжение и частота переменного тока, следовательно, будут приспособлены для того, чтобы сделать емкостный ток настолько малым, насколько возможно. Более низкая частота, т.е. 16 2/3 Гц, уменьшит емкостный ток на 1/3 от емкостного тока при 50 Гц. Некоторые примеры адаптации конфигурации кабеля используют толстую изоляцию снаружи кабеля, используют изолирующий материал с низкой диэлектрической постоянной или вспенивают изолирующий материал.
Однако всегда будут существовать некоторые емкостные токи, и система контроля может учитывать этот ток. Емкостный ток будет учтен при определении значения D1 выключения. Если кабель поврежден или происходит другая неполадка, это вызывает дополнительный ток, который превысит значение D1 выключения, и CBU будет активирован. Значения емкостного тока могут быть либо вычислены, либо измерены непосредственно в удаленной системе электроснабжения.
Например, по причинам безопасности персонала желательно ограничивать напряжение в экранирующей оболочке, которое может быть высоким в случае больших длин кабеля или больших токов. Для того, чтобы сделать это, устройство регулировки фазы может быть подключено между экранирующей оболочкой и заземлением PRS. Устройство регулировки фазы предпочтительно является дросселем. Устройство регулировки фазы компенсирует емкостные токи, от экранирующей оболочки к заземлению, и стабилизирует напряжение экранирующей оболочки с полным сопротивлением на заземление. Устройство регулировки фазы регулируется, чтобы, по меньшей мере, компенсировать емкостные токи, которые зависят от окружающего грунта и напряжения экранирующей оболочки. Предпочтительно размещать одно устройство регулировки фазы в каждом PRS. Блок обнаружения неполадок теперь измеряет индуктивные токи в земле в качестве опорного значения для обнаружения неполадок, чувствительных к фазе. При уменьшении напряжения экранирующей оболочки с полными сопротивлениями на заземление чувствительность к высокоомным коротким замыканиям на землю в качестве тока короткого замыкания зависит от напряжения в точке неисправности перед тем, как возникает неисправность, и полное сопротивление рассматривается от этой точки в сети (I=U/Z). Однако низкое напряжение в экранирующей оболочке устранит риск для человека и даст в результате надежную систему.
Если длина кабеля является большой, токи в земле могут быть предпочтительно большими. Экранирующая оболочка при коротком замыкании на землю даст рост, главным образом, активного (резистивного) тока, который может быть небольшим по сравнению с постоянным емкостным током. Чтобы увеличить чувствительность для, главным образом, резистивных токов короткого замыкания, фазовый угол между емкостным током заземления и общим током через силовой кабель может использоваться функцией управления в качестве значения для обнаружения неисправности. В таком случае полное сопротивление подключается между заземлением PFS и экранирующей оболочкой силового кабеля. Система контроля содержит средство измерения напряжения через полное сопротивление, которое используется в качестве опорного значения при измерении фазового угла между емкостным током утечки на землю и общим током кабеля, измеренным катушкой. Блок CBU прерывания цепи активируется, когда фазовый угол между емкостным и активным током превышает данное значение, типичное значение фазы для выключения может быть P1=80 градусов. В идеальном состоянии угол равен приблизительно 90 градусам.
Другой проблемой является пусковой импульс тока, который возникает, когда система запускается, например, из-за намагничивания сердечников трансформатора и т.д. Система контроля может учитывать это явление, например, имея встроенную временную задержку T1 для системы контроля на стадии запуска. Система тогда не среагирует на характеристики тока, которые могут активировать блок прерывания тока. T1 типично может быть меньше секунды.
Далее будет описан один пример системы удаленного электроснабжения. Входящая энергия в станцию (PFS) подачи электроэнергии является 2-фазным (фаза-фаза) переменным током с напряжением 400 вольт при частоте 50 Гц, типично от 3-фазного генераторного источника. Трансформатор в PFS преобразует низкое напряжение в однофазное напряжение 4 кВ переменного тока. Электрическая энергия передается между PFS и PRS через высоковольтный коаксиальный кабель. Расстояние между PFS и PRS равно 40 км.
PRS преобразует высокое напряжение в низкое напряжение, обычно 230 вольт переменного тока. PRS питает активную нагрузку от 10 кВт; например, трансформатор может быть рассчитан до 15 кВА. Напряжение и емкость между проводником и экранирующей оболочкой вызывает емкостные токи в кабеле. Ток вызывает активные потери, рост напряжения при низкой нагрузке и требует трансформатора, который может управлять большим количеством реактивной мощности. Чтобы минимизировать потери напряжение растет, а чтобы увеличить допустимую мощность, подключается компенсирующий элемент с реактивным сопротивлением, который потребляет реактивную мощность, в PRS, между фазой и экранирующей оболочкой.
Величина тока в силовом кабеле находится приблизительно между 2,5-5 амперами в зависимости от нагрузки и степени компенсации емкостного тока проводник-экранирующая оболочка, например, скажем всего 4 А. Кабель является XLPE-изолированным силовым кабелем коаксиального типа с внешним диаметром 20 мм. Кабель может быть размещен как в земле, так и в воде или в воздухе.
Если силовая нагрузка превышает установленные значения трансформатора, блок CBU прерывателя цепи будет активирован. Это устройство также обнаруживает другие неполадки в системе, которые вызывают большие токи. Правила безопасности устанавливаются так, чтобы активировать блок прерывания цепи, если ток больше, чем C1.
При запуске магнитная конфигурация трансформатора в PFS может вызвать большие токи. Этот ток может быть ограничен дросселем, подключенным последовательно с точкой подачи низкого напряжения. Пусковой ток затухает в течение нескольких периодов. Дроссель автоматически отключается, когда стабилизируется ток.
Экранирующая оболочка в коаксиальном кабеле используется в качестве пути возврата токов, но этому току будет противодействовать ток в заземлении, возбуждаемый напряжением в экранирующей оболочке.
Экранирующая оболочка имеет сопротивление приблизительно в 2 Ом/км, которое дает рост падения напряжения в экранирующей оболочке примерно в 300 вольт. В более протяженных линиях напряжение экранирующей оболочки будет дополнительно увеличиваться. Высокое напряжение может быть риском для безопасности персонала, и чтобы уменьшать напряжение экранирующей оболочки, полное сопротивление, регулирующее фазу, подключается между экранирующей оболочкой кабеля и заземлением PRS. Полное сопротивление регулируется, чтобы снижать напряжение экранирующей оболочки до безопасного уровня и уменьшать емкостный ток утечки. Емкость между экранирующей оболочкой и окружающей средой зависит от наличия воды в грунте. Типичное значение емкости экранирующей оболочки на землю равно 0,15 мкФ/км, но значение может изменяться вдоль кабеля, а также по временам года. Если устройство регулировки фаз между экранирующей оболочкой и землей не используется, общий ток заземления для данного примера приблизительно равен 0,4 А. Если устройство регулировки фаз используется, токи заземления будут уменьшаться.
Система контроля измеряет общий ток в силовом кабеле с помощью датчика CSU тока. Симметрия коаксиального кабеля подразумевает то, что входящий и исходящий ток равны, но из-за емкостных токов утечки общий ток не будет нулевым. Емкостный ток заземления определяет значение D1 выключения для реле, типичным значением для данного примера может быть 0,4 А. Если кабель поврежден или возникает другая неисправность, это вызывает дополнительный ток, который будет превышать значение D1 выключения, которое активирует блок CBU прерывания цепи. Система контроля может иметь регулируемую временную задержку, чтобы не учитывать влияние кратковременных токов, вызванных, например, грозовым разрядом.
CSU содержит средство измерения фазового угла между током кабеля и напряжением нулевой последовательности. Напряжение нулевой последовательности измеряется через полное сопротивление между нейтралью PFS и заземлением. Напряжение определяется посредством емкостных токов утечки на землю и полного сопротивления. Блок CBU прерывания цепи активируется, когда фазовый угол между напряжением нулевой последовательности и током кабеля превышает данное значение.
Все токи могут быть вычислены приблизительно, но из-за изменчивости условий заземления токи должны измеряться на месте эксплуатации для получения оптимальных настроек для системы контроля.
Изобретение не ограничено описанными выше и показанными на чертежах вариантами осуществления, но может быть модифицировано в рамках раскрытой формулы.
1. Подающая электроэнергию станция (PFS) для доставки электрической энергии, содержащая: низковольтную сторону (LVS), выполненную с возможностью подключения к источнику электрической энергии, высоковольтную сторону (HVS), выполненную с возможностью подключения к высоковольтному распределительному силовому кабелю (CC), трансформатор (TF) для преобразования низкого напряжения на низковольтной стороне в высокое напряжение на высоковольтной стороне и систему контроля, содержащую функцию (CF) управления, блок CSU датчика тока, расположенный на высоковольтной стороне (HVS, СС), который содержит средство (CL, 105) для измерения характеристик тока (CD), средство (106) для приема характеристик тока и средство (101) для передачи характеристик тока в функцию (CF) управления, правила (SR) безопасности для регулирования работы функции (CF) управления, блок (CBU) прерывания цепи, выполненный с возможностью прерывания тока, при этом функция (CF) управления дополнительно содержит средство (102) для приема характеристик тока (CD) и средство (103) для активации блока (CBU) прерывания цепи, причем функция (CF) управления сконфигурирована для активирования блока (CBU) прерывания цепи на основе правил (SR) безопасности и характеристик тока (CD), трансформатор (TF), сконфигурированный для передачи однофазного переменного тока высокого напряжения на высоковольтную сторону (HVS), высоковольтный распределительный силовой кабель, предназначенный для распределения симметричного однофазного тока и выполненный с возможностью подключения, по меньшей мере, к одной принимающей электроэнергию станции (PRS) для приема электрической энергии, причем блок (CBU) прерывания цепи расположен на низковольтной стороне и характеристики тока (CD) содержат разность по величине между входящим и исходящим токами на высоковольтной стороне, при этом система контроля сконфигурирована для учета этого значения для активации блока прерывания тока.
2. Подающая электроэнергию станция по п.1, в которой высоковольтный распределительный силовой кабель является коаксиальным кабелем с экранирующей оболочкой (SH) в качестве пути возврата тока.
3. Подающая электроэнергию станция по п.1, в которой средство (CL) для измерения характеристик тока содержит катушку без гальванического контакта с высоковольтной стороной, выполненную с возможностью измерения характеристик тока.
4. Подающая электроэнергию станция по п.2, в которой средство для измерения характеристик тока содержит средство (105) для измерения величины тока утечки на землю от экранирующей оболочки силового кабеля в окружающий материал и средство (CL) для измерения тока экранирующей оболочки кабеля, при этом система контроля содержит средство для измерения характеристик тока, состоящих из фазового угла между током утечки на землю и током экранирующей оболочки кабеля, причем система контроля сконфигурирована для учета фазового угла для активации блока прерывателя цепи.
5. Подающая электроэнергию станция по п.2, дополнительно содержащая систему удаленного электроснабжения, при этом полное сопротивление между экранирующей оболочкой кабеля и принимающей электроэнергию станции на земле используется, чтобы уменьшить напряжение экранирующей оболочки и минимизировать емкостные токи от экранирующей оболочки в землю.
6. Подающая электроэнергию станция по п.1, в которой система контроля сконфигурирована для учета тока запуска подающей электроэнергию станции таким образом, что система контроля не активирует блок прерывания цепи при запуске.
7. Подающая электроэнергию станция по п.1, в которой функция (CF) управления содержит средство (104) доставки системной информации (SI) информационному блоку (IU).
8. Подающая электроэнергию станция по п.1, в которой системная информация (SI) содержит характеристики тока (CD) от блока датчика тока.
9. Подающая электроэнергию станция по п.2, дополнительно содержащая систему удаленного электроснабжения для доставки электрической энергии, по меньшей мере, одну принимающую электроэнергию станцию (PRS) для приема электрической энергии и высоковольтный коаксиальный распределительный силовой кабель (СС), подключенный между высоковольтной стороной (HVS) и принимающей электроэнергию станцией (PRS), причем высоковольтный распределительный кабель предназначен для передачи симметричного однофазного тока и имеет экранирующую оболочку в качестве пути возврата тока.
10. Подающая электроэнергию станция по п.9, в которой высоковольтный распределительный коаксиальный кабель сконфигурирован для минимизации емкостного тока утечки.
