УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ С МАЛЫМИ ТОКАМИ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

В электрических сетях среднего напряжения неизбежное появление кратковременных перенапряжений в основном по отношению к самой сети заранее не предопределенно, поэтому выделить временной момент их появления и длительность воздействия весьма затруднительно. Общеизвестно, что возникновение перенапряжений, даже несмотря на их кратковременность, отрицательно влияет на состояние изоляции электроустановок и функционирование электрооборудования. Перенапряжения в сетях среднего напряжения часто приводят к однофазным замыканиям на землю (ОЗЗ), что в свою очередь приводят к аварийным ситуациям, связанным с выходом из строя оборудования и отключениям потребителей. В целях уменьшения вероятности возникновения ОЗЗ и снижения последствий такого замыкания необходимо применение мероприятий и устройств ограничения перенапряжений, создание условий для ликвидации последствий замыкания на землю. В настоящее время создание подобных систем защиты в электрических сетях с низкой конфигурацией и с малыми токами замыкания сопряжено рядом обстоятельств, связанных значительным увеличением стоимости энергетического, электротехнического и электронного оборудования.
Существуют и исследованы различные виды перенапряжений, имеющих место в электрических сетях [1]. Для борьбы с последствиями перенапряжений по отношению к электрическим сетям среднего напряжения разработаны и используются устройства снижения перенапряжений и их последствий, основанные, в основном, на применении ограничителей перенапряжений нелинейных (ОПН) [2], разрядников, RC-цепочек, заземляющих устройств через резистор и дугогасящих компенсирующих устройств. Последние, вследствие дороговизны и сложности управления в сетях с воздушными линиями (ВЛ) практически не могут найти применение.
Область внедрения полезной модели относится к электротехнике, а именно, к устройствам снижения перенапряжений в электрических сетях 6, 10, 15 и 35 кВ, преимущественно с воздушными линиями. Принципиальным и существенно положительным моментом предлагаемого устройства является снижение потребляемого питающим трансформатором и нагрузкой реактивного тока, потерь напряжения в питающей линии.
Сущностью полезной модели является устройство снижения перенапряжений в электрических сетях среднего напряжения посредством подключения демпфирующих RC-цепочек к фазам вторичных напряжений питающих трансформаторов понизительных подстанций. Предлагаемое устройство отличается тем, что к секциям шин среднего напряжения подключается блок конденсаторов Сб1, собранных по схеме "звезда с нулем", "нулевой" вывод которых соединен с "землей" посредством резистора R.
A1
B1
C1
Перечень фигур, чертежей и иных материалов для описания полезной модели. На фиг. 1 полезной модели блок конденсаторов Сб1, который подключен к секции шин 6 кВ. Общая суммарная емкость блока конденсаторов Сб1 равна сумме емкостей C, C, C. Конденсаторный блок Сб1 с последовательно включенным резистором R1 образует в свою очередь демпфирующую RC-цепочку. Для включения и выключения резистора R1 предусмотрен контактор K1, который управляется по заданному алгоритму. Аналогичный блок может быть установлен и на секции шин 10 кВ, питаемой от трансформатора T1. Для оптимизации потерь в трансформаторе, нагрузке, питающих линиях суммарная мощность конденсаторов, подключенных к шине вторичного напряжения питающего трансформатора, выбирается равной реактивной мощности потребления питающего трансформатора, что является существенной отличительной особенностью полезной модели.
Из применяемых на практике устройств наиболее близкими к предлагаемому является подключение защитных RC цепочек [3, 4]. Предложенное в [3] используется, в основном, для ограничения высокочастотных перенапряжений на высоковольтных электродвигателях, возникающих при их включении и отключении. Недостатком указанного устройства является расход электроэнергии на резисторах, постоянно находящихся под напряжением и неприменимость этого устройства для защиты электрооборудования при большей длительности воздействия перенапряжений (доли и единицы секунд). Преимуществом настоящей полезной модели от предложенного в [4] способа устранения перенапряжений является следующее: в предлагаемом устройстве для снижения перенапряжений в электрических сетях с малыми токами замыкания на "землю" заложен существенный отличительный от [3, 4] признак, заключающийся в том, что постоянная времени τ демпфирующей RC -цепочки заведомо больше периода частоты тока промышленной сети. Также в предлагаемом устройстве в отличие от [3, 4] задача снижения последствий от перенапряжения сети решается с меньшим количеством элементов RC -цепочки. В предлагаемом устройстве нет конденсаторов 3, реализованных в [4], наличие конденсаторов 3 в [4] вносит в работу сети существенные коррективы и этим отличается от заявленного устройства на полезную модель.
Ограничители серии ОПН и разрядники рассчитаны на ограничение импульсных перенапряжений малой длительности и не могут работать в частотах, сравнимых с частотой тока промышленной сети 50 Гц.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели.
Достигаемым техническим результатом от реализации и применения устройстве для снижения перенапряжений в электрических сетях с малыми токами замыкания на "землю является снижение до технически возможного минимума основного вида повреждений, которым является выход из строя измерительных трансформаторов напряжения вследствие возникающих феррорезонансных явлений при переходных режимах [5].
В целях предотвращения выхода из строя перечисленного выше оборудования в соответствии с предлагаемым устройством для снижения перенапряжений в электрических сетях с малыми токами замыкания на "землю" необходимо снизить кратность перенапряжений, а также скорость изменения напряжения на фазах сети при коммутациях, ОЗЗ и т.п. Для реализации отмеченной цели в разработанном устройстве снижения перенапряжений в электрических сетях среднего напряжения предлагается подключить к секциям шин среднего напряжения (фазам вторичных напряжений питающего трансформатора) трехфазного блока конденсаторов, собранного по схеме "звезда с выведенным нулем" с подключенным между нулевым выводом и "землей" резистором, который совместно с емкостями батареи в нестационарных режимах образует демпфирующую цепочку.
Разработанное техническое решение позволяет значительно снизить перенапряжения и защитить установленное электрооборудование от последствий ОЗЗ и т.п. Существенным новым важным эффектом от реализации предложенного технического решения является снижение потребляемой мощности питающего трансформатора и потерь в линиях электропередачи, полученной за счет компенсации реактивной мощности потребления трансформатором, упомянутого блока конденсаторов. Для этого в отличие от [4] мощность блока конденсаторов выбирается равной мощности, потребляемой питающим трансформатором.
Источники информации:
1. Халилов Ф.Х. Классификация перенапряжений. Внутренние перенапряжения. Учебное пособие. Издание НОУ "Центр подготовки кадров энергетики", Санкт-Петербург, 2012. 80 с.
2. Ограничитель перенапряжения нелинейный. Патент на полезную модель №145042. Опубликовано 10.09.2014 г. Бюл. №25.
3. Комбинированный трехфазный резистивно-емкостный ограничитель перенапряжений. Патент на изобретение №2394326. Опубликовано 10.07.2010 г. Бюл. №19.
4. Способ устранения перенапряжений. Патент на изобретение №2506675. Опубликовано 10.02.2014 г. Бюл. №4.
5. Фишман B.C. Трансформаторы напряжения. Способы устранения феррорезонансных явлений // Новости ЭлектроТехники. 2010. №6 (66).