Токоограничивающее устройство с разделенным фидерным групповым реактором по числу потребителей
CURRENT-LIMITING DEVICE WITH DIVIDED FEEDER GROUP REACTOR BY NUMBER OF CONSUMERS

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве токоограничивающего устройства в мощных сетях для ограничения ударного тока короткого замыкания (КЗ).
Известно токоограничивающее устройство, содержащее первую и вторую секции, включенных параллельно, при этом первая секция содержит последовательно соединенные: источник переменного напряжения, первый выключатель, шины, второй выключатель, фидерный токоограничивающий реактор и потребитель, причем вторая секция содержит последовательно соединенные: источник переменного напряжения, первый выключатель, шины, второй выключатель, фидерный групповой токоограничивающий реактор, дополнительные шины, к которым параллельно подключены потребители, при этом между шинами первой секции и шинами второй секции включен межсекционный токоограничивающий реактор [1]. Данное устройство нашло широкое применение в схемах электростанций и подстанций, особенно в схемах их собственных нужд [2], причем схемы с секционными реакторами используются для уменьшения тока КЗ и устанавливаются по экономическим соображениям [3]. Применение подобных устройств в системах электроснабжения отдельных объектов ограничивается неодинаковостью условий эксплуатации потребителей, которые связаны одним фидерным групповым токоограничивающим реактором, из-за разных потребляемых токов.
Техническим результатом изобретения является выравнивание рабочих токов потребителей второй секции за счет использования фидерного группового реактора, разделенного по числу потребителей.
Требуемый технический результат достигается тем, что в токоограничивающем устройстве с разделенным фидерным групповым реактором по числу потребителей, содержащем первую и вторую секции, включенные параллельно, при этом первая секция содержит последовательно соединенные: источник переменного напряжения, первый выключатель, шины, второй выключатель, фидерный токоограничивающий реактор и потребитель; вторая секция содержит последовательно соединенные: источник переменного напряжения, первый выключатель, шины, второй выключатель, фидерный групповой токоограничивающий реактор и дополнительные шины, к которым параллельно подключены потребители, при этом между шинами первой секции и шинами второй секции включен межсекционный токоограничивающий реактор, фидерный групповой токоограничивающий реактор выполнен по типу электрической машины переменного тока с заторможенным ротором, содержащей внешний сердечник в виде полого цилиндра с расположенными на его внутренней поверхности пазами, в которых размещена первичная трехфазная обмотка, содержащая три катушки, расположенные по окружности цилиндра с фазовым сдвигом, равным 120° относительно друг друга и размещенными внутри внешнего сердечника соосно с ним первым внутренним сердечником тороидальной формы с пазами на его внешней поверхности, вторым внутренним сердечником тороидальной формы с пазами на его внешней поверхности, третьим внутренним сердечником тороидальной формы с пазами на его внешней поверхности и четвертым внутренним сердечником тороидальной формы с пазами на его внешней поверхности, причем в пазах указанных внутренних сердечников размещены соответствующие вторичные трехфазные обмотки, каждая из которых содержит три катушки, расположенные по окружности тороида с фазовым сдвигом, равным 120° относительно друг друга, при этом названные внутренние сердечники установлены внутри внешнего на одинаковом расстоянии друг от друга по оси Д, равным  где  - толщина лобовой части вторичной обмотки предыдущего внутреннего сердечника;  - толщина лобовой части вторичной обмотки последующего внутреннего сердечника;  - толщина технологического зазора между указанными лобовыми частями; входные провода входной части фидерного группового токоограничивающего реактора соединены с началами фаз первичной трехфазной обмотки и с вторым выключателем второй секции, выходные провода обмоток внутренних сердечников соединены с концами фаз вторичных трехфазных обмоток и с дополнительными шинами второй секции, начала фаз вторичных трехфазных обмоток соединены с концами фаз первичной трехфазной обмотки.
На фиг. 1 изображена структурная схема устройства. На фиг. 2 показан магнитопровод фидерного группового токоограничивающего реактора, разделенного по числу потребителей. На фиг. 3 представлена конструктивная схема фидерного группового токоограничивающего реактора, разделенного по числу потребителей. На фиг. 4 представлена схема соединения обмоток фидерного группового токоограничивающего реактора, разделенного по числу потребителей.
Токоограничивающее устройство содержит (фиг. 1) первую секцию 1 и параллельно ей включенную вторую секцию 9, при этом первая секция 1 содержит последовательно соединенные: источник переменного напряжения 2, первый выключатель 3, шины 4, второй выключатель 5, фидерный токоограничивающий реактор 6 и потребитель 7 и вторую секцию 9, содержащую последовательно соединенные: источник переменного напряжения 10, первый выключатель 11, шины 12, второй выключатель 13, фидерный групповой токоограничивающий реактор, разделенный по числу потребителей 14, содержащий входную часть 14-1, выходную часть 14-2, выходную часть 14-3, выходную часть 14-4 и выходную часть 14-5, и дополнительные шины 15-1, 15-2, 15-3, 15-4, соединенные с соответствующими потребителями: 16, 17, 18 и 19. Конструктивная схема фидерного группового токоограничивающего реактора, разделенного по числу потребителей 14 представляет собой (фиг. 2) электрическую машину переменного тока с заторможенным ротором, которая содержит общий сплошной сердечник 14-1 кольцевой формы на внутренней поверхности которого выполнены пазы (не показаны), в которых размещена первичная трехфазная обмотка (не показана) [2], содержащая три катушки, распределенные по поверхности сердечника 14-1 под углом, равным 120° по отношению друг к другу и первый 14-2, второй 14-3, третий 14-4 и четвертый 14-5 внутренние, соосные внешнему сердечники в форме тороида, внешние поверхности которых наделены пазами (не показаны), в которых размещены вторичные трехфазные обмотки (не показаны), содержащие по три катушки каждая, оси которых сдвинуты по окружности сердечников на угол 120° относительно друг друга, при этом число внутренних сердечников 14-2…14-5 равно числу потребителей, внутри сердечников 14-2... 14-5 выполнена втулка 14-6, а между сплошным сердечником 14-1 и внутренними сердечниками 14-2…14-5 установлен воздушный зазор 14-7, величина которого выбирается по технологическим соображениям. Конструктивная схема фидерного группового токоограничивающего реактора 14 в сборе с индивидуальными выходами по потребителям (фиг. 3) позволяет представить основы монтажа и сборки, аналогичные монтажу и сборке электрической машины переменного тока с заторможенным ротором. Первичная и вторичная трехфазные обмотки (не показаны) имеют лобовые части 20 и 22, соответственно, входные 21 и выходные 23 провода, выводные провода 29 обмотки сердечника 14-2, выводные провода 28 обмотки сердечника 14-3, выводные провода 27 обмотки сердечника 14-4, монтажные провода 26 обмотки сердечника 14-3, монтажные провода 25 обмотки сердечника 14-4, монтажные провода 24 обмотки сердечника 14-5 расположены во втулке 14-6. Таким образом монтаж реактора 14 производится по технологии электрических машин переменного тока: входные провода, лобовые части, обмотка, состоящая из трех катушек, оси которых сдвинуты в пространстве на угол, равный 120° относительно друг друга, лобовые части, выходные провода, а воздушный зазор 14-7 между внешним и внутренними сердечниками 14-2…14-5 образует немагнитный зазор между магнитопроводами реактора 14. Схема размещения обмоток (фиг. 4) фидерного группового реактора 14 содержит: общую часть, в качестве которой использована первичная обмотка 14-1 и часть, образованную обмотками 14-2, 14-3, 14-4 и 14-5, которые подключены к обмотке 14-1, при этом начала фаз обмотки 14-2 подключены соответственно к концам фаз обмотки 14-1, а концы фаз указанной обмотки соединены с дополнительными шинами 15-1; начала фаз обмотки 14-3 подключены соответственно к концам фаз обмотки 14-1, а концы фаз указанной обмотки соединены с дополнительными шинами 15-2; начала фаз обмотки 14-4, подключены соответственно, к концам фаз обмотки 14-1, а концы фаз указанной обмотки соединены с дополнительными шинами 15-3; начала фаз обмотки 14-5 подключены соответственно к концам фаз обмотки 14-1, а концы фаз указанной обмотки соединены с дополнительными шинами 15-4. Таким образом токи фаз первичной обмотки 14-1 разделяются на равные токи фаз обмоток 14-2…14-5. Для получения компактной конструкции фидерного группового токоограничивающего реактора схемы обмоток сердечников выполнены по рекомендациям [3, 4], при этом внутренние сердечники установлены внутри внешнего на одинаковом расстоянии друг от друга по оси Д, равным  где  - толщина лобовой части вторичной обмотки предыдущего внутреннего сердечника;  - толщина лобовой части вторичной обмотки последующего внутреннего сердечника;  - толщина технологического зазора между указанными лобовыми частями; входные провода входной части фидерного группового токоограничивающего реактора соединены с началами фаз первичной трехфазной обмотки и с вторым выключателем второй секции, выходные провода обмоток внутренних сердечников соединены с концами фаз вторичных трехфазных обмоток и с дополнительными шинами второй секции, начала фаз вторичных трехфазных обмоток соединены с концами фаз первичной трехфазной обмотки.
Устройство применяется следующим образом.
Разнообразие схем включения токоограничивающих реакторов в сетях большой мощности раскрыто в [3], однако выбор и включение межсекционных реакторов произведены в [4]. В виду сложности схемы устройства (фиг. 1) рассмотрим сначала работу второй секции 9. В статическом режиме (при расчетных значениях всех параметров) при включении первого 11 и второго 13 выключателей напряжение источника 10 подается на вход первичной трехфазной обмотки, расположенной в пазах общего сплошного сердечника 14-1 реактора 14. Поскольку все условия образования кругового вращающегося магнитного поля (КВМП) соблюдены, то в указанном сердечнике появляется магнитный поток. В соответствии с законом об электромагнитной индукции под действием магнитного потока в каждой вторичной обмотке внутренних сердечников: 14-2, 14-3, 14-4 и 14-5 (фиг. 4) возникает ЭДС, при этом баланс ЭДС обмоток, уточняемый по второму закону Кирхгофа, учитывает связи начала фаз обмоток 14-2, 14-3, 14-4 и 14-5 с концами фаз первичной обмотки 14-1 (начала фаз обозначены точками), причем концы обмотки 14-2 соединены с дополнительными шинами 15-1, концы обмотки 14-3 соединены с дополнительными шинами 15-2, концы обмотки 14-4 соединены с дополнительными шинами 15-3, концы обмотки 14-5 соединены с дополнительными шинами 15-4, при этом ЭДС с указанных шин поступает на зажимы потребителей: 16, 17, 18 и 19, соответственно. Таким образом в номинальном режиме обеспечивается допустимое (3…4%) отклонение напряжения у потребителей. В динамическом режиме при значительном росте тока, его величину ограничивает реактор 14, вследствие чего на сборных шинах (15-1, 15-2, 15-3 и 15-4) поддерживается сравнительно высокое остаточное напряжение, величина которого зависит от соотношения сопротивлений до реактора и самого реактора. Величины напряжений на шинах 15-1…15-4 будут одинаковы и протекающие токи равны. Роль межсекционного реактора 8 двойственная: с одной стороны, он ограничивает токи короткого замыкания, возникающие в секции 9, а с другой - при отсутствии напряжения на источнике 10, он обеспечивает питание потребителей второй секции (16…19) от источника 2 секции 1.
Таким образом выполнение фидерного группового токоограничивающего реактора раздельным по числу потребителей обеспечивает одинаковые условия эксплуатации потребителей второй секции во всех режимах.
Источники, принятые во внимание:
[1] Родштейн Л.А. Электрические аппараты. Л., Энергоиздат, 1989, стр. 173, рис. 11-1, а
[2] Иванов - Смоленский А.В. Электрические машины. М., Энергия, 1980, 820 с
[3] Электротехнический справочник. Т 3., Под ред. В.Г. Герасимова. М., МЭИ, 2002, стр 46…116.
[4] Электротехнический справочник. Т 2., Под ред. В.Г. Герасимова. М.,МЭИ, 2003, стр 117…122.
[5] Жерве Г.К. Обмотки электрических машин. Л., Энергоатомиздат, 1989, стр 46…87
[6] Обмотки электрических машин. Под ред. В.И. Зимина. М., ГЭИ, 1950, стр 75…104, 432…462.