устройство для заземления нейтрали трансформаторов

Формула изобретения

Устройство для заземления нейтрали трансформаторов, содержащее резисторную установку, подключенную одним своим внешним выводом к земле, а другим к нейтрали силового трансформатора, параллельно резисторной установке и друг другу включены реактор, разрядник и коммутационный аппарат, отличающееся тем, что, с целью увеличения надежности путем повышения перегрузочной способности, резисторная установка содержит N последовательно соединенных частей, где N нечетное число не меньше трех, N 1 коммутационных аппаратов, причем коммутационные аппараты объединены в две группы одну, в которой каждый аппарат одним своим выводом подключен к земле, другим к четным, считая от земли, точкам соединения последовательных частей резисторной установки, и вторую группу, в которой каждый аппарат одним своим выводом подключен к нейтрали силовых трансформаторов, другим к нечетным точкам соединения последовательных частей резисторной установки, а активное сопротивление каждой части резисторной установки меньше, чем эквивалентное сопротивление всей внешней цепи со стороны точек присоединения этой установки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрических сетях высокого напряжения.

Известны устройства для заземления нейтрали трансформаторов, содержащие реакторы и резисторы, присоединенные одним своим выводом к централи трансформаторов, а другим к земле [1-4] Такие устройства увеличивают сопротивление нулевой последовательности по сравнению со случаем глухого заземления нейтрали, благодаря чему уменьшается величина аварийного тока при однофазных коротких замыканиях. Резисторы, содержащиеся в этих устройствах, увеличивают отношение активной составляющей сопротивления нулевой последовательности к его реактивной составляющей, благодаря чему ускоряется затухание аварийного процесса. Однако, резисторы чувствительны к токовым перегрузкам, при которых они перегреваются и могут повредиться.

Известны технические решения, в которых при возникновении больших перенапряжений в нейтрали, а следовательно и токов через устройство заземления, сопротивление заземления нейтрали шунтируется разрядником, который принимает на себя этот ток, снимая перегрузку по току с элементов устройств заземления, в том числе и с резисторов [2, 3] Таким разрядником можно снимать кратковременные перегрузки, возникшие, например, при грозовых или коммутационных перенапряжениях.

В качестве прототипа принимается устройство для заземления нейтрали трансформаторов [4 c.8] содержащее реактор, резисторную установку, разрядник и коммутационный аппарат (разъединитель) соединенные параллельно и подключенные одним своим выводом к нейтрали трансформаторов, а другим к земле.

Прототип, как и другие аналоги, увеличивает сопротивление нулевой последовательности по сравнению со случаем глухого заземления нейтрали, а также отношение активной составляющей этого сопротивления к его реактивной составляющей, благодаря чему уменьшается величина тока однофазного короткого замыкания и ускоряется его затухание.

Недостатком устройства-прототипа является малая перегрузочная способность, которая определяется предельно допустимым перегревом резисторной установки. Малая перегрузочная способность может привести к выходу из строя этого устройства во время перегрузок. Указанный недостаток особенно сильно проявляется во время некоторых аномальных природных явлений геомагнитных бурь и погодных условий, вызывающих наиболее интенсивное коронирование проводов, поскольку при этих явлениях в электрических сетях возникают дополнительные источники 3-ей гармоники тока, имеющие нулевую последовательность и увеличивающие токовую нагрузку устройств заземления нейтралей по сравнению с нормальными условиями (т.е. условиями, когда нет ни магнитных бурь, ни повышение коронообразования на проводах). Описанные аномальные природные явления продолжаются десятки часов подряд. Поэтому вызываемые ими перегрузки устройств заземления нейтралей и снижение надежности этих устройств нельзя предотвратить разрядниками.

Цель изобретения повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается в устройстве для заземления нейтрали трансформаторов, содержащем резисторную установку, подключенную одним своим внешним выводом к земле, а другим к нейтрали силовых трансформаторов, и коммутационные аппараты, благодаря тому, что его резисторная установка выполнена из нечетного числа последовательно соединенных частей не меньше трех (N3), присоединенных через коммутационные аппараты одним своим выводом к земле, а другим к нейтрали трансформаторов, причем коммутационные аппараты объединены в две группы одну, в которой каждый аппарат одним своим выводом подключен к земле, а другим к четным, считая от земли, точкам соединения последовательных частей резисторной установки, и вторую группу, в которой каждый аппарат одним своим выводом подключен к нейтрали силовых трансформаторов, а другим к нечетным точкам соединения последовательных частей резисторной установки, а активное сопротивление каждой части резисторной установки меньше, чем эквивалентное сопротивление всей внешней цепи со стороны точек присоединения этой установки.

Сущность изобретения состоит в том, что устройство позволяет при токовых перегрузках производить такие переключения, которые при предлагаемом соотношении между сопротивлениями резисторной установки и внешней цепи приводят к уменьшению тока, протекающего через каждую часть резисторной установки, и выделяемой в них мощности. В результате этого снижается температура резисторной установки, что увеличивает перегрузочную способность и надежность всего устройства. Таким образом, предлагаемые отличительные признаки устройства являются существенными для достижения цели.

Кроме того, для достижения цели существенно, что описанные перегрузки относятся к числу редких явлений, при которых допускается временная работа с уменьшенным сопротивлением нулевой последовательности.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Резисторная установка 1 выполнена из нечетного числа N3, например N=5, последовательно соединенных частей 2. Одним своим внешним выводом 3 эта установка подключена к земле, а другим внешним выводом 4 к нейтрали силовых трансформаторов 5. Каждый из коммутационных аппаратов первой группы 6 одним своим выводом подключен к земле, а другим к источникам А соединения последовательных частей резисторной установки, имеющим четные, считая от земли, номера. Каждый из коммутационных аппаратов второй группы 7 одним своим выводом подключен к нейтрали силовых трансформаторов, а другим к точкам В соединения последовательных частей резисторной установки, имеющим нечетные номера. Параллельно резисторной установке может быть включен реактор 8, разрядник 9 и коммутационный аппарат 10, шунтирующий все устройство.

Работа устройства заключается в следующем.

В нормальных условиях, когда ток, протекающий через резисторную установку, меньше допустимого, коммутационные аппараты отключены. При этом все части резисторной установки являются последовательно соединенными и обтекаются общим током. В случае возникновения аномальных явлений, когда ток, протекающий через резисторную установку, становится больше допустимого, коммутационные аппараты включаются. При этом все части резисторной установки оказываются параллельно соединенными и каждая часть обтекается лишь долей общего тока резисторной установки. Включение и отключение коммутационных аппаратов производится в зависимости от регистрируемого на подстанции тока устройства. Обе эти операции производятся без разрыва цепи заземления нейтрали вручную или автоматически.

Все внешние цепи устройства по отношению к резисторной установке являются двухполюсником с эквивалентной электродвижущей силой (э.д.с.) E_э и эквивалентным сопротивлением Z_э. Мощность (P), выделяемая в резисторной установке, будет зависеть от количества последовательных частей резисторной установки (N) и соотношения между величинами сопротивления r каждой части этой установки и эквивалентного сопротивления Z_э внешней цепи. Покажем, что при перегрузках мощность, выделяемая в резисторной установке предлагаемого устройства, меньше, чем в резисторной установке прототипа.

Мощность, выделяемая в резисторной установке устройства при нормальных условиях работы



Мощность, выделяемая в резисторной установке устройства при перегрузках по току



Мощность, выделяемая в резисторной установке прототипа при нормальных условиях и перегрузках



где R сопротивление резисторной установки прототипа.

Учитывая, что R rN, имеет следующее соотношение между мощностями, выделяемыми в резисторных установках предлагаемого устройства и прототипа.

При нормальных условиях:



При перегрузках



Поскольку согласно изобретению r<Z, то из последнего соотношения получаем, что мощность, выделяемая при перегрузках в резисторной установке предлагаемого устройства меньше, чем в прототипе, а именно:



При N3 и мощность, выделяемая резисторной установке предлагаемого устройства, уменьшается более, чем в 2 раза.

С ростом величины N и уменьшением отношения эффективность предлагаемого устройства увеличивается, т.к. растет его перегрузочная способность, что увеличивает надежность работы устройства.

В качестве примера конкретного выполнения изобретения рассмотрено устройство, которое предлагается осуществить на Выборгской преобразовательной подстанции, связывающей энергосистемы СССР и Финляндии. В соответствии с требованиями со стороны энергосистемы Финляндии сопротивление нулевой последовательности на шинах подстанции должно быть не менее 100 Ом в нормальных условиях, не менее 25 Ом в случаях возникновения аномальных явлений. Согласно изобретению предлагается осуществить на Выборгской подстанции устройство, содержащее бетэловую резисторную установку из 5 последовательно соединенных частей и две группы коммутационных аппаратов по два коммутационных аппарата в каждой группе. Бетэловая резисторная установка одним своим внешним выводом должна быть подключена к земле, а другим к нейтрали силовых инверторных трансформаторов. Коммутационные аппараты первой группы одним своим выводом должны быть присоединены к земле, а другим к четным, считая от земли, точкам соединения последовательных частей резисторной установки. Коммутационные аппараты второй группы одним своим выводом должны быть присоединены к нейтрали силовых инверторных трансформаторов, а другим к нечетным точкам соединения последовательных частей резисторной установки. В нормальных условиях сопротивление резисторной установки составляет R 190 Ом, длительно допустимый ток 10 А, а ее фактический ток не превышает 3-4 А.

Во время аномальных явлений, например, при интенсивном коронировании, по многолетним наблюдениям ток нейтрали трансформатора увеличивается до 30-40 А. Весь этот ток протекает через резисторную установку для заземления нейтрали трансформаторов. Связанные с этим перегревы могут приводить к повреждению известных устройств, в том числе устройства по прототипу. Предлагаемое устройство вполне допускает такую перегрузку по току, т.к. мощность, выделяемая в ее резисторной установке, как было показано выше, значительно уменьшается благодаря предлагаемым отличительным признакам. Следовательно, отсутствует перегрев и повреждения, связанные с ними. Увеличивается надежность устройства.

Для оценки экономической эффективности предлагаемого устройства необходимо исходить из того, что для предотвращения перегрузов и повреждений резисторной установки известного устройства прототипа, она должна иметь номинальный ток не меньше 40 А, что соответствует номинальной мощности:

40²19010^-3=304 кВт.

В предлагаемом устройстве каждая часть резисторной установки может иметь номинальный ток 10 А при расчете с большим запасом. Номинальная мощность резисторной установки а предлагаемом устройстве составит:

10²19010^-3=19 кВт.

Таким образом, номинальная мощность резисторной установки может быть снижена благодаря изобретению на 285 кВт, что дает возможность использовать резисторную установку значительно меньших габаритов и меньшей стоимости при соответствии всем требованиям энергосистемы по ограничению тока однофазного короткого замыкания. Стоимость дополнительно устанавливаемых согласно изобретению коммутационных аппаратов несравнимо меньше экономии, получаемой вследствие снижения мощности резисторной установки.