Целесообразность применения дифференцирующих индукционных преобразователей тока в дифференциальной защите шин

преобразователей даст возможность для каждого потребителя выбрать наилучшее для него значение частоты.

Так, например, на судне целесообразно устанавливать два преобразователя частоты для питания люминесцентного освещения (один находится в резерве) В диапазоне частот от 400 до 1 ООО Гц >ровень освещённости у люминесцентных светильников повышается на 20 - 50 %, а масса реакторов и конденсаторов пусковых устройств снижается в пять раз и более.

Коэффициент мощности в сети освещения высокий. Большинство кабелей этой сети имеет минимальное по условию механической прочности сечение. Поэтому рост массы сети освещения, при питании её от источника повышенной частоты, не происходит. "

В заключение можно выразить уверенность в правильности приведённых данных ч в справедливости сделанного прогноза развития СЭЭС.

ЛИТЕРАТУРА

3. Баранов А.П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы - М.. Транспорт, 1988.-328 с.

4. Малышев Л,А., Гаврилов П.А., Галкин С.В. Электрооборудование корабля. Часть I. - СПб: Изд-во Высшего военно-морского инженерного училища, 1993. - 588 с.

5. Галкин С.В. Электроэнергетические системы кораблей. Эксплуатация и проектирование. -Пушкин: Изд-во Высшего военно-морского инженерного училища, 1996. — 228 с.

6. Анисимов Я.Ф., Васильев Е.П. Электромагнитная совместимость полупроводниковых преобразователей и судовых электроустановок. - Л.: Судостроение, 1990. - 264 с.

I. Правила классификации и постройки морских судов. Том 2. — СПб.; Российский морской регистр судоходства, 2005. - 654 с.

8 Кувшинов Г.Е., Чупина К.В. Основы электропривода. -Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 1999. -221 с.

9. Mohan N., Undeland Т.М., Robbins W.P. Power electronics. Converters, Applications, and Design. USA, Hoboken: John Willey &Sons Ltd, 2003.-802 p.

10. Электротехника: Учебное пособие для вузов - В 3-х книгах. Книга II, Электрические машины. Промышленная электроника. Теория автоматического управления/ Под ред. П.А. Бутырина, Р X.

Гафиятуллина, А А. Шестакова. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. - 713 с.

II. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. - М : Техносфера, 2006. - 627 с.

А.С.Нагорных, А.Н. Пимочкин

ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИХ ИНДУКЦИОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТОКА В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЕ

ШИН

Опыт эксплуатации электроэнергетических систем показывает, что, несмотря на благоприятные условия для надзора и ухода за элементами распределительных устройств электростанций и подстанций, повреждения на их шинах всё же имеют место. К числу наиболее характерных причин, вызывающих короткие замыкания на шинах, относятся следующие: перекрытия шинных изоляторов и вводов выключателей; повреждения трансформаторов напряжения и установленных между шинами и выключателями трансформаторов тока; поломки изоляторов разъединителей и воздушных выключателей во время операций с ними: ошибки обслуживающего персонала при переключениях в распределительных устройствах [1].

Учитывая весьма тяжёлые последствия, к которым эти повреждения могут привести, необходимо иметь защиту, действующую при повреждении шин. Устройства защиты должны быстро

и правильно отключать все короткие замыкания на шинах. Для этого нужно использовать защиты с относительной селективностью питающих элементов, присоединённых к шинам. Однако эти защиты обычно имеют большие выдержки времени и не всегда действуют селективно. В случаях, когда защита питающих элементов не обеспечивает необходимое быстродействие и селективность, предусматриваются специальные защиты шин: токовые, токовые направленные, дистанционные и дифференциальные. Наиболее часто используются дифференциальные [2].

Дифференциальная защита (ДЗ) - это защига с абсолютной селективностью, непосредственно сравнивающая электрические величины в заданных местах защищаемых элементов. По принципу действия ДЗ можно разделить на дифференциальные защиты с циркулирующими токами и с уравновешенными напряжениями. В большинстве случаев, в нашей стране, применяется ДЗ с циркулирующими токами. При анализе систем ДЗ можно выделить некоторые недостатки: сложность отстройки от токов небаланса и токов внешнего короткого замыкания; большие габариты, а, следовательно, и стоимость первичных измерительных преобразователей.

Главными достоинствами дифференциальной защиты шин являются быстрота действия, селективность и высокая чувствительность.

При хорошем монтаже, правильном выборе трансформаторов тока и надёжной отстройке от токов небаланса, защита работает вполне надёжно и имеет весьма высокий процент правильного действия.

Дифференциальная защита широко применяется для защиты шин в сетях 110, 220, 330, 500 и 750 кВ. В сетях более низкого напряжения дифференциальная защита шин применяется относительно редко.

Существует большое число способов повышения чувствительности и надёжности ДЗ [3]: замедление действия защиты на время существования больших переходных токов небаланса; включение последовательно с токовой цепью дифференциального реле добавочного резистора; использование измерительного преобразователя напряжения с большим внутренним сопротивлением вместо обмотки реле; использование сравнения фаз токов, протекающих в плечах цепи;

использование апериодических составляющих в токе небаланса для отстройки защит от переходных токов небаланса; ' 5 - "

применение специальных дифференциальных защит с торможением. ^

В настоящее время трансформаторы тока (ТТ) имеют широкое распространение в электротехнике. Они достаточно экономичны, работают при малых падениях напряжения на входе, обладают свойством согласования цепей источника и нагрузки, обеспечивают «негальваническую» магнитную связь между обмотками. ТТ могут измерять очень большие токи, но при этом массогабаритные параметры трансформаторов значительно увеличиваются. Стоимость ТТ зависит от диапазона измеряемых токов и требуемой точности.

К основным характеристикам ТТ можно отнести следующие: действующий вторичный ток Ь, вторичное напряжение намагничивающий ток 10 и ток полной погрешности, токовую, угловую и полную погрешности, а также мощность нагрузки, передаваемую электромагнитным путем из первичной обмотки в нагрузку. ТТ присущи следующие основные недостатки: большая масса и высокая стоимость. Габариты к стоимость ТТ при номинальном напряжении выше 35 кВ растут пропорционально почти квадрату номинального тока при одновременном ухудшении метрологических свойств.

Показатели токовой защиты можно значительно улучшить, если в качестве первичных измерительных преобразователей тока вместо ТТ применить дифференцирующие индукционные преобразователи тока (ДИПТ) или трансреакторы, в которых также используется трансформаторный эффект.

Трансреактор (ТР) - это такой преобразователь тока, у которого вторичное напряжение пропорционально производной первичного тока во времени, поэтому ТР является дифференциатором тока.

ЭДС трансреактора, как и трансформатора тока, пропорциональна производной измеряемого тока. Но трансреактор работает в режиме, близком к идеальному холостому ходу, с очень малыми токами нагрузки, которые в сотни раз меньше, чем во вторичной обмотке трансформатора тока. Поэтому расчётные мощности а, следовательно, размеры трансреактора, намного меньше, чем у трансформатора тока. *

Трансреактор, известный как "пояс Роговского", представляет собой намотанную на гибкий сердечник тороидальную катушку, охватывающую проводник с измеряемым током.

К трансреакторам предъявляются следующие требования: высокая надёжность работы; , у

безопасность обслуживания; ’ ' ^ ^ ^ -

необходимая чувствительность; требуемая точность измерения;

помехозащищённость (независимость результатов измерения от действия посторонних магнитных полей).

Основными параметрами ТР являются: первичный ток //, вторичное напряжение 112, коэффициент пер дачи К„ вторичная нагрузка и угловая частота о>.

Коэффициент передачи ДЙТТТ К1 = иуг в значительно большей степени, чем у ТТ, зависит от

/ Л

магнитной проницаемости магнитопр овода. ТР весьма чувствительны к нелинейности характеристики намагничивания своего сердечника. Для того чтобы рабочий участок характеристики намагничивания был линейным, магнитопроводы ТР выполняются с достаточно большими зазорами (от долей мм до 2 мм и более), либо применяют сердечник из магнитодиэлектрика или вместо магнитопровода используют каркас из изоляционного материала.

ДИПТ (или трансреакторы), предназначенные для применения в релейной защите, целесообразно выполнять именно в таком конструктивном исполнении — без магнитного сердечника, в виде тороидальных катушек, которые охватывают проводник с измеряемым током. Этот проводник играет роль первичной обмотки. Такая конструкция обеспечивает линейность его амплитудной характеристики, а также исключает «замагниченность» постоянным током [4-5]. У подобных преобразователей отсутствуют потери на гистерезис, насыщение и нелинейность.

Такие ДИПТ обладают и другими положительными свойствами [6-7]: пропускают пиковые токи, возникающие во время переходного процесса, без повреждения; могут измерять очень большие токи без увеличения размеров (для измерения больших токов нет других альтернатив, кроме ДИПТ); имеют низкое потребление мощности;

имеют большую полосу пропускания частот (от ОД Гц до 17 МГц), что дает возможность ДИПТ измерять или воспроизводить форму очень быстро изменяющихся и импульсных токов; могут измерять производную тока до 40 кА/мкс;

их обмотка не соединена с электрической цепью, в которой производится измерение тока, и поэтому имеет потенциал земли, как у ТТ; нагрев ДИПТ незначителен;

просты в использовании, так как позволяют проводить измерения без разрыва токопровода; могут проводить измерения в температурном диапазоне от - 90 °С до + 80°С.

Такие преимущества ДИПТ, как простота конструкции, дешевизна, малые масса и габариты и другие достоинства, позволяют сделать вывод о том, что электроизмерительные устройства на их базе могут найти быстрое и широкое применение в электроэнергетических системах и комплексах.

Таким образом, предлагаемая система ДЗ не имеет недостатков, присущих существующим системам, а в массогабаритном и стоимостном выражении гораздо привлекательнее.

В [8] рассмотрены ДИПТ, предназначенные для измерения больших токов электрических преобразователей с напряжением до 1000 В. Предла1ается использовать катушку, которая накладывается через тонкую изоляционную прокладку прямо на шину с измеряемым током. Предельная близость ДИПТ к проводнику с током и большие его значения позволяют получить необходимую взаимную индуктивность с помощью миниатюрной, не имеющей ферромагнитного сердечника, катушки с массой, не превышающей несколько десятков граммов. В десятки и сотни раз большие расстояния до других проводников с мешающими токами обеспечивают необходимую помехозащищённость.

Простота конструкции, возможность помещать чувствительный элемент измерительного преобразователя вокруг измеряемого проводника без непосредственной электрической связи и другие достоинства данных ДИПТ позволяют сделать вывод о том, что электроизмерительные устройства на их базе могут стать альтернативой для следующего поколения измерителей больших токов.

I

I

ЛИТЕРАТУРА

1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высш. шк., 1991. -496 с.

2. Чернобровое Н.В . Семёнов В.А. Релейная защита энергетических систем. - М.: Энергоатомиздат. 1998. - 799 с.

3. Федосеев А.М. Релейная защита электроэнергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1984,-520с.

4. Costa F., Poulichet P., Mazaieyrat F., Laboure E, The current sensor in power electronics, a review. EPE Journal. - 2001, Vol. U P.7- 17.

5. Application notes. Power Electronic Measurements Ltd, September 2002, P. 1-17.

6. Казанский В. E Измерительные преобразователи тока в релейной защте. -М.: Энергоатомиздат, 198В. -288 с.

7. Stoll R.L. Method of measuring alternating current without disturbing the conducting circuit /ЛЕЕ Proc., October 1975, P. 166- 167.

В. Казанский В. E. Трансформаторы тока в устройствах релейной защиты и автоматики: Учеб. пособие для вузов.'М.: Энергия, 1978. - 264 с. ,

Ю.С.Дорошев . Г.Е. Кувшинов , Д.Б. Соловьёв

ПРИМЕНЕНИЕ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИХ ИНДУКЦИОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТОКА ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И ЗАШИТЫ ГОРНЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ

КОМПЛЕКСОВ

На современных горных предприятиях, особенно на открытых разработках, эксплуатируются высокомеханизированные комплексы. На экскаваторах, горнодобывающих и перерабатывающих комплексах установленная мощность электрооборудования достигает 20 МВт, что сравнимо с крупным промышленным предприятием. Но, в отличие от промышленных предприятий, электрооборудование на горных комплексах, сконцентрировано на небольшой площади, что создает благоприятные предпосылки для их оборудования комплексной защитой [1].

Одним из основных элементов технологических комплексов являются электрические машины, из которых наиболее распространены (свыше 85%) асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором (АД). Поэтому надежность и безопасность работы технологического комплекса в большой мере обеспечивается надежностью работы АД. Выход из строя АД приводит к остановке всего комплекса и большому материальному ущербу, связанному с простоем технологических процессов, устранением последствий аварий и ремонтом вышедшего из строя электродвигателя. Стоимость только одного ремонта электродвигателя обходится в 5 - 6 $ США за каждый киловатт мощности [2, 3]. Несмотря на наличие различных защитных устройств, ежегодно в результате аварий выходят из строя до 10% применяемых электродвигателей. Аварии АД подразделяются на два основных типа: механические и электрические, которые мотуг быть причиной друг друга. На долю механических приходится до 15% ог всех аварий. Из электрических причин на долю аварий сетевого происхождения напрямую или косвенно приходится до 80% аварий.

Коммутационные аппараты АД снабжены исполнительными устройствами общепромышленных видов защит (от перегрузок, коротких замыканий, однофазных замыканий), которые в ряде случаев не способны реагировать на несимметричные (в частности, неполнофазные) режимы работы. В то же время анализ причин выхода из строя электродвигателей показывает, что из-за неполнофазного режима в энергосистемах выходит из строя около 20% двигателей, а в горной промышленности этот показатель возрастает до 30 (а по некоторым данным до 50) процентов.

Промышленностью выпускаются защитные устройства от несимметричных режимов работы на пассивных и активных элементах, однако их установка регламентирована ПУЭ лишь в порядке исключения для АД, защищенных предохранителями и не имеющих защиты от перегрузки, если