Устройство для электроснабжения переменным током

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик ()875532 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 280180 (21) 2879073/24-07

Р1 j )(„3 с присоединением заявки Йо

H 02 J 3/00

Госуяврственинй комитет

СССР во Хелам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 23.1081 Бюллетень Йо 39

Дата опубликования описания 23. 10, 81 (53) УДК 621.316.3.

° 061 (О88 ° 8) (72) Авторы изобретения

Л.A.Êó÷óìðâ и A.È,Áàòàøoâ !

l

Ленинградский ордена Ленина политехническйй .институт им. М.И.Калинина

Ф (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ

Изоберетние относится к электро- технике, а именно к устройствам для передачи и распределения электрической энергии. Оно может быть использовано для построения распределительных сетей переменного тока с изолированной нейтралью, имеющих малые уровни токов короткого замыкания.

Известны устройства электроснабже- 10 ния переменного тока, содержащие пойизительные трансформаторы и секции шин, от которых питаются электропри" емники, в которых для ограничения токов короткого замыкания применяют реакторы в цепях трансформаторов (Ц . 15

Недостатком такого устройства является большая мощность реактора и его наличие в цепи тока при работе в нормальном режиме.

Известно также устройство для 20 электроснабжения потребителей в трехфазной сети переменного тока, содержащее трансформатор с обмоткой ниэкого напряжения, основную трехфазную секцию шин с подключенной к ней нагрузкой и трехфазное токоограничивающее устройство (2). Малое сопротивление токоограничивающего устройства в нормальйом режиме не создает существенных потерь реактивной мощности и 30 напряжения и не оказывает влияния на нормальный режим работы электроприемников. При коротком замыкании в ðàñпределительной сети сопротивление токоограничивающего устройтсва повышается и тем самым ограничивается уровень подпитки точки короткого замыкания от системы.

Недостатками известного устройства являются большая проходная мощность токоограничивающего устройтсва и, следовательно, его стоимость, габаритные размеры и активные потери в нем.

При этом сохраняется подпитка токов от двигателей нагрузки, которая, как известно, может составлять до (30-50Ъ) от результирующего тока короткого замыкания при неучете действия токоограничивающего устройства.

Иначе, уровень ограничения токов короткого замыкания даже при сопротив" ленни токоограннчивающего устройтсва в аварийном режиме стремящимся к бесконечности будет составлять 30-50В от значения токов короткого замыка1 ия в случае отсутствия мероприятий о:ограничению токов короткого замыкания.

875532

Кроме того,при коротком замыкании в распределительной сети понижение напряжения происходит на всех электроприемниках, питающихся от трансформатора, что характерно для 9дносекционных подстанций, т.е. при коротком замыкании происходит нарушение работы всех электроприемников, подключенных к секции — невысокая надежность электроснабжения °

Цель изобретения — глубокое ограничение токов короткого замыкания, 10 уменьшение мощности гокоограничивающего устройства и повышение надежности электроснабжения. В соответствии с изобретением, поставленная цель достигается тем, что в устройство 35 для электроснабжения переменным током содержащее трансформатор с обмоткой низкого напряжения, основную трехфазную секцию шин с подключенной к ней нагрузкой и трехфазный токоог- 2() раничивающий блок, введена дополнительная трехфазная секция шин с подключенной к ней нагрузкой, начала каждой фазы обмотки низкого напряжения тарнсформатора подключены к основной секции шин,концы каждой фазы

)обмотки низкого напряжения трансформатора подключены к дополнительной секции шин, токоограничивающий блок включен пофазно между основной и до- полнительной секциями шин таким обра- ЗО зом, что соединяет начала предыдущих с концами последующих, по порядку чередования фаз обмотки низкого напряжения трансформатора, а между основной и дополнительной секциями шин пофазно подключена нагрузка.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой системы электроснабжения," на фиг,2 — расчетная электрическая схе- 4О ма предлагаемой системы электроснабжения, Обмотка 1 высокого напряжения, трансформатора подключается к сети 2. 4$

Обмотка 3 низкого напряжения пофазно через разъединители 4 подключается к основным 5 и дополнительным б секциям шин. Указанные секции 5 и б соединены пофазно друг с другом через то- щ коограничивающий блок 7. Нагрузка 8 подключается каждая к своей секции 5 и б шин через выключатели 9. Нагруз" ка 10 подключается пофазно между основной 5 и дополнительной 6 секциями шин1 фа расчетной схеме (фиг.2) обозначено

Iq„i I-t с ° 4д i I i I нагрузок; фаз а, в и с основной 5 и дополнительной 6 секций соответственноу Тоуа р -то в I Tpyg вующих фаз токоограничивающего блока 7; 65

T cA Ioy Ihc — токи соответствующих фаз оьмоток 3 низкого напряжения трансформатора.

На расчетной схеме (фиг.2) для упрощения не подключена нагрузка 10.

Если нагрузка 8 составляет всю нагрузку системы электроснабжения, и она распределена поровну между секциями 5 и б и имеет одинаковый соз Ч, в каждой из фаз токоограничивающего блока 7 протекают равные по модулю и сдвинутые на 120 токи, величины которых, например для фазы а, определяются по формуле тоуа а„ I co где I — вектор фаэного тока обмотса ки 3 низкого напряжения трансформатора;

Iö„ - вектор линейного тока нагрузки 8 основной секции 5.

Известно, что при соединении в треугольник фаэные токи Ь 3 раз меньше линейных и отстают от них на

30 . Учтя, что

ià =4 = 42-Iа Г где Т - вектор линейного тока иааф, груэки 8 фазы обоих секций, получим выражение для вектора тока фазы токоограничивающего блока 7

4 . j3QÎ

Хтоуа= 2тая- ше

Выполнив геометрическое вычитание, получим вектор тока фазы а токоограничивающего блока 7 лют

i1- О=,Б.ъе

Таким оьраэом, при равных нагрузках 8 на секциях 5 и б,действующее значение тока через трехфазный токоограничивающий блок„7 в нормальном режиме составляет - 1 1 = 0 29 I g а при номинальной нагрузке трансформатора — 29% от мощности трансформатора.

При произвольном изменении соотношения токов соединенной в звезду нагрузки 8 секций 5 и б загрузка токоограничивающего блока 7 не будет превышать укаэанного значения 0,29 I8

Если вся нагрузка системы электроснабжения соединена в треугольник и подключена по типу нагрузки 10, переток через токоограничивающий блок 7 будет отсутствовать.

Таким образом, полученное значение тока токоограничивающего блока 7

0,29 I определяет требуемую проходную мощность токоограничивающего блока 7 в данной системе электроснабжения.

Рассмотрим аварийные режимы работы устройтсза.

При наиболее тяжелом металлическом трехфаэном коротком замыкании на фйдере,опитающемся от одной иэ секций 5 или б, имеем погашение потре5

875532 б ителей этой секции. Однако вследствие параметрического ввода в цепи связи секций 5 и 6.шин большого сопротивления токоограничивающего блока 7 происходит резкое ограничение токов короткого замыкания. В пределе, при сопротивлении токоограничивающего блока 7 равном бесконечности, чТо обеспечивается токоограничивающим блоком реакторно-тиристорного типа и некоторых других, имеем в аварийном (, режиме полный разрыв секций 5 и 6, и в этом случае величина тока короткого замыкания будет равна лишь току нагрузки одной из секций. Однако при полном разрыве секций 5 и 6 в аварий-, ном режиме происходит. переключение обмоток 3 трансформатора со схемы треугольник в звезду, что приводит к овышению напряжения на здоровой секни на время доотключения аварии

;,выключателем 9 в пределе в ГЗ раэ с . 20 азворотом вектора напряжения на 30 асчеты, учитывающие сопротивление ассеяния трансформатора, электрическую удаленность точки короткого замыкания от секции 5 и 6 сборных шин и эффекта поддержания напряжения за счет соответствующей реакции двигателей нагрузки 8, дают реальное увеличивание напряжения до 1,4-1,6 номинального. Длительность повышения нап- ЗО ряжения не превышает обычно 0,2-0,3 (время срабатывания выключателей 9 при токовой отсечке). Это не представляет опасности для основного силового оборудования системы электроснабжения. После отключения аварий" ного фидера сопротивление токоограничивающего блока 7 приближается к нулю и нормальный режим работы системы электроснабжения восстанавливается. Расчеты величин токов короткого 40 замыкания в системе электроснабжения (фиг.2) с токоограничивающим блоком

7, обеспечивающим практический уивжрыв межсекционных связей, дают значения 1,6-2,2 тока нагрузки секции (s зависимости от состава потребителей).

Эти токи легко могут быть отключены выключателями облегченного типа, в частности выключателями нагрузки и тиристорными выключателями..Это существенно уменьшает, затраты на коммутационную аппаратуру. Практически все типы токоограничивающих устройств . пропускают в первый после возникновения короткого замыкания полупериод некоторые ударные токи. Это будет приводить к появлению кратковременных (обычно в течение одного полупериода) ударных токов короткого замыкания, составляющих при применении токоограничивающего устройства не более 5 ф} крат по отношению к амплитуде щ миt нального тока секции, равного л

Большим преимуществом включения нагрузки 10 одновременно к обоим секциям 5 и 6 сборных шин является то, что при коротком замыкании на отходящих от секций 5 и 6 линиях к обычным нагрузкам на этих электроприемниках сохраняется практически номинальное напряжение и они не чувствуют возникновения аварии.. При коротком замыкании непосредственно на зажимах или в линии, связывающей нугрузку 10 со сборными шинами, номинальное напряжение на этой нагрузке 10 сохраняется до момента ее обесточивания за счет отключения выключателей 9 в ее цепях присоединения, необходимого для ликвидации аварии в системе электроснабжения.

При примении тиристорных П выключателей в цепях нагрузки 8 н 10 время отключения короткого замыкания при мгновенном блокировании импульсов управления тиристорных выключателей может быть не более 0,015 с. Тогда вышеупомянутого повышения напряжения на здоровой секции 5 и 6 практически не будет. Тиристорные выключатели в системе электроснабжения следует выбирать только нз расчета на номинальные (перегрузочные) токи, поскольку они беэусловно выдержат указанные малые значения токов короткого замыкания, присущие принятомупринципу построения системы электроснабжения.

Предлагаемая схема электроснабже ния обладает повышенной надежностью.

При коротком замыкании на.время аварии происходит погашение только половины нагрузки 8, а на нагрузке 10 сохраняется напряжение при всех внешних авариях.

Предлагаемая система в нормальном режиме имеет свойства, присущие обычным системам электроснабжения, однако имеет малый уровень токов короткого замыкания, позволяющий применять вместо обычных выключателей облегченные выключатели типа выключателей нагрузки или тиристорные выключатели, не рассчитанные на большие ударные токи короткого замыкания ° Надежность электроснабжения потребителей .в заявляемой системе электроснабжения более высокая эа счет существенного уменьшения числа электроприемников, терпящих погашение напряжения.

Формула изобретения

Устройство для электроснабжения переменным током, содержащее трансформатор с трехфазной обмоткой низкого напряжения, основную трехфазную секцию шин с подключенной к ней нагрузкой и трехфазный токоограничивающий блок,о т л и ч а ю щ,е е с я тем, что, с целью глубокого ограничения токов короткого замыкания, уменьшения мощности токоограничивающего блока и повышения .надежности электроснабжения, в него введена дополнительная трехфаэная секция шин с подключенной к ней нагрузкой, начала каждой фазы обмотки низкого напряжения трансфор875532 матора подключены к основной секции шин, концы каждой фазы обмотки низкого напряжения трансформатора подключены к дополнительной .секции шин, токоограничивающий блок включен пофазно между основной и дополнительной секциями шин таким образом, что соединяет начала предыдущих с концами последующих, по порядку чередования фаэ обмотки низкого напряжения трансформатора, а между основной и допол- нительной секциями шнн пофазно подключена нагрузка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Неклепаев Б.Н. Координация и оптимизация уровней токов короткого замыкания в электрических системах.

М., Энергия, 1978.

2. Кучумов Л.A. О путях преодоления противоречивых требований повышения качества электрической энергии и уменьшения токов короткого замыкания. Проблемы технической электродинамики . Вып. 64, 1977, с. 62, рис. 1 а..-87 5532

7еи

У

Jest

Составитель A.Èèõàéëîâ

Редактор А.Шандор Техред М.Рейвес Корректор Л. Бокюан

Заказ.9372/82

Тираж 678 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4