ДУГОГАСЯЩИЙ АГРЕГАТ ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНЫХ ТОКОВ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ
ARC-SUPPRESSION UNIT FOR COMPENSATION OF CAPACITIVE GROUND FAULT CURRENT

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для компенсации емкостных токов замыкания в электрических сетях 6-35 кВ.
Известны устройства компенсации емкостных токов замыкания на землю, включающие нейтралеобразующий трансформатор и дугогасящий реактор [1, 2, 3]. Установка отдельных трансформаторов для получения искусственной нейтрали и дугогасящих реакторов приводит к увеличению количества установленного оборудования, коммутирующих аппаратов, капитальных и эксплуатационных затрат.
Имеются однокорпусные агрегаты - совмещенные регулируемые реактор-трансформаторы трехфазного типа [4], но они предназначены для компенсации избыточной реактивной мощности линий электропередач, т.е. используются в качестве шунтирующих, и не могут быть применены для дугогашения при однофазных замыканиях на землю в распределительных электрических сетях 6-35 кВ.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является трехфазный однокорпусный агрегат заземления фаз с дополнительной обмоткой на стержне с воздушными зазорами [5]. В этом устройстве совмещены нейтралеобразующий трехфазный трансформатор с соединением обмоток в «зигзаг» и дугогасящий реактор с воздушными зазорами. Магнитопровод агрегата содержит четыре стержня, которые находятся в одной плоскости. На трех стержнях магнитопровода расположены рабочие обмотки нейтралеобразующего трансформатора, на крайнем, четвертом стержне, имеющем воздушные зазоры, установлена обмотка дугогасящего реактора с выводами, соединенными с нейтралью трансформатора и шиной заземления.
Расположение всех стержней магнитопровода в одной плоскости приводит к магнитной несимметрии фаз. В обычных трехфазных трансформаторах магнитная несимметрия фаз не оказывает существенного влияния при их эксплуатации. В совмещенном устройстве-прототипе намагничивающая сила, создаваемая током замыкания на землю, протекающая по трем основным обмоткам, будет значительной, и в ярмах будет иметь место наложение токов. Поэтому, чтобы исключить влияние асимметрии магнитных цепей фаз, находящихся в одной плоскости, при проектировании требуется выбирать низкое значение индукции, что приводит к расходу материалов.
Кроме того, расположение рабочей обмотки реактора на крайнем стержне магнитопровода, имеющем воздушные зазоры, вблизи стенки бака приводит к росту активных потерь от потоков рассеяния и для их снижения требуется увеличить массогабаритные размеры агрегата.
Целью предлагаемого изобретения являются снижение активных потерь электроэнергии, материалоемкости и габаритных размеров, повышение надежности в эксплуатации и упрощение технического обслуживания.
Цель снижения активных потерь электроэнергии, материалоемкости и габаритных размеров достигается тем, что магнитопровод однокорпусного дугогасящего агрегата выполняется пространственным, симметричным расположением трех стержней фаз нейтралеобразующего трансформатора на 120° относительно друг друга. При этом четвертый стержень, собранный из последовательно соединенных вставок магнитопровода и воздушных зазоров, находится в центре симметричной трехфазной пространственной системы стержней с обмотками нейтралеобразующего трансформатора.
Установка стержня магнитопровода в центре симметричной трехфазной системы магнитопровода приводит к устранению магнитной несимметрии фаз и к снижению активных потерь от замыкания магнитных потоков рассеяния через стенки бака, так как рабочий стержень реактора находится практически в середине бака. Выполнение однокорпусного дугогасящего агрегата снижает материалоемкость и габаритные размеры
Цель повышения надежности работы в эксплуатации и упрощении обслуживания достигается снижением количества коммутирующих аппаратов. Для управления дугогасящим агрегатом требуется установка выключателей только со стороны питания.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что предложенный дугогасящий агрегат для компенсации емкостных токов замыкания на землю при его реализации обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в снижении активных потерь электроэнергии, материалоемкости, габаритных размеров, повышении надежности в эксплуатации и упрощении технического обслуживания.
На фиг.1 изображена пространственная схема расположения стержней и обмоток трех фаз трансформатора и реактора с верхними и нижними ярмами дугогасящего агрегата.
Предлагаемый дугогасящий агрегат для компенсации емкостных токов замыкания на землю на фиг.1 содержит совмещенный нейтралеобразующий трансформатор, выполненный на трех стержнях магнитопровода 1, 2, 3 с парой обмоток 7, 8, 9 на каждом стержне. Стержни 1, 2, 3 с обмотками в пространстве сдвинуты на 120° и соединяются между собой с помощью верхних 5 и нижних 6 ярем по схеме симметричной звезды. Между центральными частями верхних и нижних ярем установлен стержень магнитопровода 4 со вставками через воздушные зазоры 10. Воздушные зазоры со вставками 10 находятся внутри обмотки 11. Рабочие обмотки трех фаз соединены по схеме «зигзаг» и образуют искусственную нейтраль (точка 0, фиг.1). Такое соединение обмоток позволяет получить высокое входное сопротивление со стороны источника питания (выводы А, В, С) в нормальном режиме работы электрической сети (режим холостого хода) и малое сопротивление токам нулевой последовательности в режиме замыкания на землю.
К искусственной нейтрали (точка 0) подсоединен вывод рабочей обмотки реактора, установленный на стержне 4, другой вывод этой обмотки - к шине заземления. С целью регулирования тока компенсации рабочая обмотка реактора имеет регулировочные ответвления.
В нормальном режиме работы электрической сети при равенстве фазных проводимостей фаз сети на землю напряжение на нейтрали отсутствует. При возникновении замыкания на землю полный ток нулевой последовательности проходит через обмотку 11 реактора и возвращается в сеть с нейтралеобразующего трансформатора, суммарный ток трех фаз которого равен току реактора.
Как видно из фиг.1, стержень 4 со вставками и воздушными зазорами, обмоткой 11 находится в центре симметричной трехфазной системы и магнитные потоки рассеяния замыкаются в основном внутри магнитной системы на значительном расстоянии от стенок бака, что приводит к снижению активных потерь, позволяет уменьшить материалоемкость и габаритные размеры, а отсутствие разъединителя в цепи стержня реактора повышает надежность и упрощает техническое обслуживание.
Список литературы
1. Электротехнический справочник. В 3-х т. Т 3. Кн.1. Производство, передача и распределение электрической энергии /Под. общей ред. проф. МЭИ В.Г. Герасимова, П.Г. Грудинского, Л.Г. Жукова и др. - 6-е изд. испр. и доп. - М.: Энергоиздат, 1982. - 656 с. (с.274-275).
2. Режимы нейтрали в электрических сетях напряжением 6-35 кВ /Изд. АН УССР. Киев: - 1980. - 104 с.
3. Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. - М.: Энергия. - 1971. - 152 с.
4. Забудский Е.И. Совмещенные регулируемые электромагнитные регуляторы /Монография. М.: ФГОУ ВПО МГАУ, Энергоатомиздат. - 2003. 436 с.
5. Р. Вильгейм, М. Уотерс. Заземление нейтрали в высоковольтных системах. - M.: ГЭИ. - 1959. - 416 с.