УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНЫХ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В СЕТЯХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ 6 - 10 кВ

Полезная модель относится к области электротехники и может использоваться для компенсации емкостных токов короткого замыкания и подавления токов утечки, вызванных естественной несимметрией емкостей фаз на землю в сетях с изолированной нейтралью 6-10 кВ.
Для указанного устройства важными показателями являются надежность работы, быстродействие и массогабаритные показатели. Повышенная надежность и быстродействие таких устройств необходима для своевременной и точной компенсации емкостных токов короткого замыкания и подавления токов утечки, что повышает качество энергообеспечения электрических сетей 6-10 кВ. Масса и габариты устройства определяют их стоимостные показатели.
Известно устройство для компенсации емкостных токов короткого замыкания в сетях с изолированной нейтралью ТАДТМ-30/10 (РД 34.20.179 Типовая инструкция по компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ (Ти 34-70-070-87), стр. 11, рис. 4, http://www.russgost.ru/catalog/item43814), состоящее из трехфазного двухобмоточного пятистержневого трансформатора и однофазного реактора, размещенных в одном баке. Стержни магнитопровода реактора имеют по четыре немагнитных зазора. Обмотки устройства многослойные цилиндрические, из медного провода.
К недостаткам данного устройства следует отнести наличие двухобмоточного пятистержневого трансформатора, что значительно увеличивает его массу и габариты. Также недостатком является наличие однофазного плунжерного дугогасящего реактора (ТАДТМ-30/10). Плунжерные дугогасящие реакторы обладают низкой надежностью и малым ресурсом электромеханических узлов. Плунжерные реакторы не допускают поисковых движений, автоколебательных режимов и длительных переходных процессов, такое ограничение снижает его быстродействие, скорость его настройки достигает 120 с на весь диапазон регулирования реактора. Величина индуктивности плунжерного реактора рассчитывается на частоту тока 50 Гц, и поэтому он имеет большую массу и габариты. Наличие специального электропривода для изменения величины индуктивности плунжерного реактора снижает надежность всего устройства.
Известно устройство для компенсации емкостных токов короткого замыкания в сетях с изолированной нейтралью 6-10 кВ (Устройство автоматической настройки дугогасящего реактора, RU 2404501, http://www.findpatent.ru/patent/240/2404501.html), которое является наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототип), содержащее коммутируемые ответвления с соответствующими емкостями фаз относительно земли, плунжерный дугогасящий реактор с трансформатором тока в цепи силовой обмотки реактора, подключенный через нейтралеобразующий трансформатор, первичные обмотки которого соединены в звезду с выведенной нейтралью, вторичные обмотки соединяются в замкнутый треугольник, измерительный трансформатор напряжения, включенный по схеме разомкнутый треугольник, два измерительных органа, логическим устройство, блок управления индуктивностью ДГР, формирователь импульсов искусственного возмущения, связанный со вторым измерительным органом непосредственно или через логическое устройство.
К недостаткам устройства - прототипа следует отнести низкую надежность и малый ресурс электромеханических узлов плунжерных реакторов. Плунжерные реакторы не допускают поисковых движений, автоколебательных режимов и длительных переходных процессов, такое ограничение снижает его быстродействие, скорость его настройки достигает 120 с на весь диапазон регулирования реактора. В целом устройство имеет большую массу и габариты, т.к. величина индуктивности плунжерного реактора, входящего в его состав, рассчитывается на частоту тока 50 Гц. Наличие специального электропривода для изменения величины индуктивности плунжерного реактора снижает надежность всего устройства.
Задача полезной модели (технический результат) - повышение надежности и быстродействия устройства, а также уменьшение его массы и габаритов.
Задача достигается тем, что в устройство компенсации емкостных токов короткого замыкания в сетях изолированной нейтралью 6-10 кВ, содержащее нейтралеобразующий трансформатор, первичные обмотки которого соединены в звезду с выведенной нейтралью, а вторичные обмотки соединены в замкнутый треугольник, введены статический преобразователь электрической энергии, система управления, измеритель, трехфазный разъединитель. Причем статический преобразователь электрической энергии включен в нейтраль нейтралеобразующего трансформатора, первичные обмотки нейтралеобразующего трансформатора соединены с сетью через трехфазный разъединитель, соединенный с системой управления, которая соединена с измерителем, статическим преобразователем электрической энергии, с выведенной нулевой точкой нейтралеобразующего трансформатора и трехфазным разъединителем, и содержит блок пересчета напряжения, соединенный с выведенной точкой нейтралеобразующего трансформатора, интегрирующее устройство, соединенное с блоком пересчета напряжения и с измерителем, генератор опорного напряжения, компаратор, соединенный с генератором опорного напряжения и с интегрирующим устройством, логическое устройство НЕ, соединенное с одним из выходов компаратора, блок сравнения, соединенный выходом блока пересчета напряжения.
dc
На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 изображена структурная схема системы управления устройством, на фиг. 3 изображен пример исполнения статического преобразователя электрической энергии, на фиг. 4 изображены импульсы управления, вырабатываемые системой управления. Структурная схема предлагаемого устройства (фиг. 1) содержит нейтралеобразующий трансформатор (1), первичные обмотки которого соединены в звезду с выведенной нейтралью, к которой присоединен статический преобразователь электрической энергии (2), систему управления (3), соединенную со статическим преобразователем электрической энергии, разъединителем, измерителем, которая формирует заданный ток индуктивного характера, необходимый для компенсации емкостного тока короткого замыкания, измеритель для измерения текущей емкости сети (4), соединенный с системой управления, трехфазный разъединитель (5), одни концы которого соединяются с фазами сети, а другие с фазами нейтралеобразующего трансформатора. Структурная схема системы управления данным устройством (фиг.2) содержит блок пересчета напряжения (6), соединенный с нулевой точкой нейтралеобразующего трансформатора 110, интегрирующее устройство (7), соединенное с блоком пересчета напряжения (6), компаратором (9) и измерителем (4) (фиг. 1), генератор опорного напряжения (11), соединенный с компаратором (9), компаратор (9), соединенный с интегрирующим устройством (7), генератором опорного напряжения (11), логическое устройство НЕ (10), соединенное с компаратором (9), блок сравнения (8), соединенный с блоком пересчета напряжения (6). Статический преобразователь электрической энергии (фиг. 3) содержит два источника постоянного напряжения с напряжением U (12), (13), средняя точка которых подключена к земле, полупроводниковые элементы, например транзисторы (14), (15), с обратно включенными диодами (16), (17), средняя точка которых подключается к выведенной точке нейтралеобразующего трансформатора U0 (фиг. 1).
dc
оп
оп
0
Блок (1) представляет собой нейтралеобразующий трансформатор, первичные обмотки которого соединены в звезду с выведенной нейтралью, к которой присоединяется преобразователь (2), вторичные обмотки соединены в замкнутый треугольник. Блок (2) представляет собой статический преобразователь электрической энергии (фиг. 3) содержащий два источника постоянного напряжения с напряжением U (12), (13), средняя точка которых подключена к земле, полупроводниковые элементы, например транзисторы (14), (15), с обратно включенными диодами (16), (17), средняя точка которых подключается к выведенной точке нейтралеобразующего трансформатора (1). Система управления (3) представляет собой параметрическую систему, содержащую блок пересчета напряжения 110 с коэффициентом у (6), рассчитывающимся по формуле (1), куда заводится напряжение выведенной точки нейтралеобразующего трансформатора U0, интегрирующее устройство (7), в которое заводятся сигналы с блока пересчета напряжения и с измерителя (4), рассчитывающее ток задания(модулирующий сигнал) по формуле (3), генератор опорного напряжения (11) с периодом Т и амплитудой U(фиг. 4), компаратор (9), куда заводятся сигналы с генератора опорного напряжения и с интегрирующего устройства, логическое устройство НЕ (10). С компаратора один сигнал является сигналом управления для первого транзистора (14) (фиг. 3, 4), а другой, подающийся на логическое устройство НЕ (10), для второго транзистора (15) (фиг. 3, 4). Также система управления содержит блок сравнения (8), куда заводится пересчитанное напряжение γ*U, которое при превышении определенного уровня пересчитанного напряжения вырабатывает импульс для включения трехфазного разъединителя. Блок (4) представляет собой измеритель текущей емкости сети, для расчета задания на индуктивность в интеграторе системы управления (3), например устройство для измерения емкости сети с изолированной нейтралью (RU 2169375, http://ru-patent.info/21/65-69/2169375.html). Блок (5) представляет собой высоковольтный трехфазный разъединитель, включенный между фазами сети и первичными обмотками нейтралеобразующего трансформатора (1).
Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.
В нормальном режиме работы сети (при отсутствии короткого замыкания) трехфазный разъединитель отключен (5), измеритель (4) определяет текущую емкость сети и требуемую индуктивность, для настройки в резонанс.
При возникновении короткого замыкания, напряжение подающееся на блок пересчета напряжения (6) увеличивается и превышает значение уставки блока сравнения (8), блок сравнения выдает импульс на включение трехфазного разъединителя (5). Интегрирующее устройство (7) вычисляет модулирующий сигнал для компаратора (9) по известному пересчитанному напряжению с блока пересчета напряжения (6) и измеренной измерителем (4) (фиг. 1) индуктивности. Модулирующий сигнал сравнивается компаратором (9) с опорным (фиг. 4) и система управления вырабатывает импульсы для управления Т1 и Т2 для транзисторов (14) и (15) статического преобразователя электрической энергии. Статический преобразователь электрической энергии (2) формирует ток нулевой последовательности, который нейтрализует емкостной ток в месте короткого замыкания.
Уменьшение массы и габаритов, а также увеличение быстродействия и надежности устройства по сравнению с прототипом достигается заменой плунжерного дугогасящего реактора статическим преобразователем электрической энергии с микропроцессорной системой управления не имеющим электромеханических частей и специального электропривода. Статические преобразователи имеют большее быстродействие, а отсутствие механических частей и специального электропривода повышает надежность устройства.