RU132270U1

RU132270U1 - CURRENT LIMITING DEVICE FOR HIGH VOLTAGE ELECTRIC TRANSMISSION LINES

Info

Publication number: RU132270U1
Application number: RU2012145658/07U
Authority: RU
Inventors: Борис Михайлович Антонов; Вячеслав Михайлович Батенин; Владимир Валентинович Желтов; Сергей Игоревич Копылов
Original assignee: Федеральное государственное бюджетное Учреждение науки Объединенный институт высоких температур РАН
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2013-09-10

Abstract

Токоограничивающее устройство для высоковольтных линий электропередач, содержащее первый реактор, первый выключатель, первый блок ограничения перенапряжений, включающий первый конденсатор, второй конденсатор и сопротивление, причем первый вывод обмотки первого реактора подключен к первой входной клемме устройства, предназначенной для подключения нагрузки, к первому выводу первого выключателя, первой клемме первого блока ограничения перенапряжений, соединенной с первым выводом первого конденсатора и с первым выводом сопротивления, второй вывод которого соединен с первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора и со второй клеммой первого блока ограничения перенапряжений, соединенной со вторым выводом первого выключателя, отличающееся тем, что дополнительно введены второй реактор, несколько выключателей в количестве к-1 и несколько блоков ограничения перенапряжений, количество которых соответствует количеству дополнительно введенных выключателей, при этом первый вывод обмотки второго реактора подключен ко второму выводу обмотки первого реактора, второй вывод обмотки второго реактора подключен ко второй входной клемме устройства со стороны источника переменного тока, а дополнительные выключатели последовательно включены между вторым выводом первого выключателя и вторым выводом обмотки первого реактора, при этом параллельно каждому дополнительно введенному выключателю подключен соответствующий блок ограничения перенапряжений.A current-limiting device for high-voltage power lines containing a first reactor, a first switch, a first overvoltage limiting unit, including a first capacitor, a second capacitor and resistance, the first terminal of the winding of the first reactor connected to the first input terminal of the device designed to connect the load to the first terminal of the first a circuit breaker, a first terminal of a first overvoltage limiting unit connected to a first terminal of a first capacitor and a first terminal of resistance, the second terminal of which is connected to the first terminal of the second capacitor, the second terminal of which is connected to the second terminal of the first capacitor and to the second terminal of the first block of surge protection connected to the second terminal of the first switch, characterized in that the second reactor is additionally introduced, several switches in the amount of 1 and several overvoltage limiting blocks, the number of which corresponds to the number of additionally introduced switches, while the first output of the winding of the second reactor is connected connected to the second terminal of the winding of the first reactor, the second terminal of the winding of the second reactor is connected to the second input terminal of the device from the side of the AC source, and additional switches are connected in series between the second terminal of the first switch and the second terminal of the winding of the first reactor, while connected to each additional input switch appropriate surge suppression unit.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использована для защиты от сверхтоков оборудования высоковольтных линий электропередач энергосистем и потребителей переменного тока.The proposed utility model relates to the field of electrical engineering and the electric power industry and can be used to protect high voltage power transmission lines of power systems and AC consumers from overcurrents.

Использование современных быстродействующих выключателей взрывного типа, позволяющих существенно снизить величину ударных и установившихся токов при коротких замыканиях в энергосистемах, ограничивается относительно низким уровнем допустимого рабочего напряжения. В связи с этим для токоограничительных устройств высоковольтных энергосистем с быстродействующими выключателями рассматриваются трансформаторные схемы, в которых выключатели устанавливаются в цепи пониженного напряжения вторичной обмотки.The use of modern high-speed explosive circuit breakers, which can significantly reduce the magnitude of the shock and steady currents during short circuits in power systems, is limited by the relatively low level of permissible operating voltage. In this regard, for current-limiting devices of high-voltage power systems with high-speed circuit breakers, transformer circuits are considered, in which the circuit breakers are installed in the secondary circuit of a low voltage.

Известно токоограничивающее устройство, содержащее первый и второй магнитно-связанные реакторы и выключатель, причем первый вывод первого реактора подключен к входной клемме со стороны источника питания переменного тока, второй вывод первого реактора подключен к выходной клемме устройства, предназначенной для подключения нагрузки, первый вывод второго реактора подключен к первому выводу выключателя, а второй вывод второго реактора подключен ко второму выводу выключателя (Y.G.Shakarian, N.L.Novikov, V.S.Chuprikov, A.V.Malyshev, V.M.Batenin, A.S.Veselovsky, S.I.Kopylov, at al. Sort-Circuit Limiter for Electric Network Based on the Magnetic-Coupled Reactor and Fast-Operating Switch.- Paris, SIGRE 2010. A3_305_2010. P.3.).A current-limiting device is known that contains the first and second magnetically coupled reactors and a switch, the first terminal of the first reactor connected to the input terminal on the AC power source, the second terminal of the first reactor connected to the output terminal of the device designed to connect the load, the first terminal of the second reactor connected to the first terminal of the circuit breaker, and the second terminal of the second reactor is connected to the second terminal of the circuit breaker (YGShakarian, NLNovikov, VSChuprikov, AVMalyshev, VMBatenin, ASVeselovsky, SIKopylov, at al. Sort-Cir cuit Limiter for Electric Network Based on the Magnetic-Coupled Reactor and Fast-Operating Switch.- Paris, SIGRE 2010. A3_305_2010. P.3.).

Недостатками устройства являются высокая установленная мощность реактивных элементов силового оборудования и высокий уровень перенапряжений на выключателе при размыкании его контактов.The disadvantages of the device are the high installed power of the reactive elements of power equipment and a high level of overvoltage on the circuit breaker when its contacts open.

Для ограничения падения напряжения в цепи первого реактора токоограничивающего устройства в нормальном режиме необходимо снизить до минимума реактивное сопротивление первого реактора. Уменьшение реактивного сопротивления первого реактора обеспечивается компенсацией магнитного потока, генерируемого обмоткой первого реактора, за счет встречно направленного потока, генерируемого корокозамкнутой обмоткой второго реактора, магнитно-связанной с обмоткой первого реактора.To limit the voltage drop in the circuit of the first reactor of the current-limiting device in normal mode, it is necessary to minimize the reactance of the first reactor. The decrease in reactance of the first reactor is provided by the compensation of the magnetic flux generated by the winding of the first reactor, due to the counter directional flux generated by the short-circuited winding of the second reactor, magnetically coupled to the winding of the first reactor.

Индуктивность первого реактора выбирается по заданной кратности ограничения аварийного тока в цепи нагрузки при полном напряжении питающей сети, приложенному к нему в аварийной ситуации, а длительный ток его обмотки - по номинальному току нагрузки. Длительный ток обмотки второго реактора определяется соотношением витков первого и второго реакторов, т.е. коэффициентом трансформации, обеспечивающем необходимый уровень понижения напряжения на выключателе при его разомкнутом состоянии. При этом ток вторичной обмотки повышается на столько, на сколько понижается напряжение на ней по отношению к напряжению на первичной обмотке. Соответственно реактивная мощность второго реактора, обеспечивающего длительную работу в режиме компенсации реактивной мощности первого реактора, оказывается равной реактивной мощности первого реактора. Таким образом, в устройство закладывается двойная мощность реакторного оборудования.The inductance of the first reactor is selected according to the given frequency limitation of the emergency current in the load circuit at the full voltage of the supply network applied to it in an emergency, and the continuous current of its winding is determined by the rated load current. The long winding current of the second reactor is determined by the ratio of the turns of the first and second reactors, i.e. transformation coefficient, providing the necessary level of voltage reduction on the circuit breaker when it is open. In this case, the secondary current increases by as much as the voltage on it decreases with respect to the voltage on the primary winding. Accordingly, the reactive power of the second reactor, providing continuous operation in the mode of compensation of the reactive power of the first reactor, is equal to the reactive power of the first reactor. Thus, the double power of the reactor equipment is laid in the device.

Другим недостатком устройства является значительный уровень перенапряжения на контактах выключателя при разрывании им цепи обмотки второго реактора. Выключение происходит при аварийном токе, уровень которого существенно выше номинального тока. Для ограничения возникающего перенапряжения требуется применять дополнительные сложные схемотехнические решения, в том числе требующие замены выходящих из строя элементов, как например, плавких вставок.Another disadvantage of the device is a significant level of overvoltage at the contacts of the switch when it breaks the winding circuit of the second reactor. Shutdown occurs at an emergency current, the level of which is significantly higher than the rated current. To limit the resulting overvoltage, it is required to apply additional complex circuitry solutions, including those requiring replacement of malfunctioning elements, such as fuse-links.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности является токоограничивающее устройство, содержащее реактор, выполненный по автотрансформаторной схеме и имеющий первую и вторую магнитно-связанные обмотки, выключатель и блок ограничения перенапряжений, включающий первый конденсатор, второй конденсатор и сопротивление, причем, первый вывод первой обмотки реактора подключен к выходной клемме со стороны источника питания переменного тока, предназначенный для подключения нагрузки и к первой клемме блока ограничения перенапряжений, к которой присоединен первый вывод первого конденсатора и первый вывод сопротивления, второй вывод которого соединен с первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора и со второй клеммой блока ограничения перенапряжений, подключенной ко второму выводу выключателя, второму выводу первой обмотки реактора и к первому выводу второй обмотки реактора, второй вывод которой соединен со второй выходной клеммой устройства со стороны источника переменного тока (патент на полезную модель №110556 "Токоограничивающее устройство трансформаторного типа". Бюл. №32, 2011 г. Авторы: Антонов Б.М., Копылов С.И. Прототип).Closest to the proposed utility model in technical essence is a current-limiting device containing a reactor made according to an autotransformer circuit and having a first and second magnetically coupled winding, a switch and an overvoltage limiting unit, including a first capacitor, a second capacitor and resistance, and the first output of the first the reactor windings are connected to the output terminal on the side of the AC power source, designed to connect the load and to the first terminal of the unit an overvoltage circuit, to which a first terminal of the first capacitor and a first resistance terminal are connected, a second terminal of which is connected to a first terminal of the second capacitor, a second terminal of which is connected to a second terminal of the first capacitor and to a second terminal of the voltage limiting unit connected to the second terminal of the switch, to the second terminal the first winding of the reactor and to the first output of the second winding of the reactor, the second output of which is connected to the second output terminal of the device from the side of the AC source (path so the utility model №110556 "current-limiting device is a transformer-type." Bull. No 32, 2011 Authors: Antonov BM, Kopylov S.I. Prototype).

Недостатком устройства является ограниченность применения его в электросетях с высоким рабочим напряжением при оптимальных параметрах автотрансформатора. Это объясняется тем, что электрическая прочность быстродействующего выключателя относительно низкая - около 60-70 кВ (мгновенные значения). При напряжениях 110 кВ и выше использование этого устройства при коэффициенте трансформации обмоток защитного реактора равном двум, что обеспечивает его оптимальную конструкцию (минимальные вес и габариты), невозможно из-за чрезмерно высокого напряжения на выключателе после его размыкания. При этом использование автотрансформаторной схемы реактора не дает возможности для дальнейшего снижения его установленной мощности.The disadvantage of this device is its limited use in power grids with a high operating voltage at optimal parameters of the autotransformer. This is because the dielectric strength of a high-speed circuit breaker is relatively low - about 60-70 kV (instantaneous values). At voltages of 110 kV and higher, the use of this device with a transformation coefficient of the windings of the protective reactor equal to two, which ensures its optimal design (minimum weight and dimensions), is impossible due to the excessively high voltage on the circuit breaker after it is opened. At the same time, the use of an autotransformer circuit of the reactor does not make it possible to further reduce its installed capacity.

Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в устранении этих недостатков, а именно в снижении установленной мощности реакторного оборудования и в обеспечении области безопасной работы быстродействующих выключателей, шунтирующих токоограничивающий реактор, при их аварийном отключении.The technical problem solved by the proposed utility model is to eliminate these drawbacks, namely, to reduce the installed capacity of the reactor equipment and to ensure the safe operation of high-speed switches shunting the current-limiting reactor during their emergency shutdown.

Поставленная техническая задача решается тем, что в токоограничивающее устройство, содержащее первый реактор, первый выключатель, первый блок ограничения перенапряжений, включающий первый конденсатор, второй конденсатор и сопротивление, причем первый вывод первой обмотки первого реактора подключен к первой входной клемме устройства, предназначенной для подключения нагрузки, к первому выводу первого выключателя, к первой клемме первого блока ограничения перенапряжений, соединенной с первым выводом первого конденсатора и с первым выводом сопротивления, второй вывод которого соединен с первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора и со второй клеммой блока ограничения перенапряжений, соединенной со вторым выводом первого выключателя, дополнительно введены второй реактор, несколько выключателей в количестве к-1 и несколько блоков ограничения перенапряжений, количество которых соответствует количеству дополнительно введенных выключателей, причем, первый вывод обмотки второго реактора подключен ко второму выводу обмотки первого реактора, второй вывод обмотки второго реактора подключен ко второй входной клемме устройства со стороны источника переменного тока, а дополнительные выключатели последовательно включены между вторым выводом первого выключателя и вторым выводом обмотки первого реактора, при этом параллельно каждому дополнительному выключателю подключен соответствующий блок ограничения перенапряжений.The stated technical problem is solved in that in a current-limiting device containing a first reactor, a first switch, a first overvoltage limiting unit including a first capacitor, a second capacitor and a resistance, the first terminal of the first winding of the first reactor being connected to the first input terminal of the device for connecting the load , to the first terminal of the first circuit breaker, to the first terminal of the first block of surge protection connected to the first terminal of the first capacitor and to the first terminal a resistance ode, the second output of which is connected to the first output of the second capacitor, the second output of which is connected to the second output of the first capacitor and to the second terminal of the overvoltage limiting unit connected to the second output of the first switch, a second reactor is added, several switches in the amount of k-1 and several overvoltage limiting units, the number of which corresponds to the number of additionally introduced switches, moreover, the first terminal of the winding of the second reactor is connected to the second the output terminal of the winding of the first reactor, the second terminal of the winding of the second reactor is connected to the second input terminal of the device from the side of the AC source, and additional switches are connected in series between the second terminal of the first switch and the second terminal of the winding of the first reactor, while a corresponding restriction block is connected in parallel to each additional switch overvoltage.

Физическая сущность предлагаемой полезной модели состоит в снижении уровня напряжения, приходящегося на каждый выключатель за счет их последовательного включения. Равномерность деления напряжения при некотором разбросе моментов выключения последовательно соединенных быстродействующих выключателей обеспечивается присоединением параллельно каждому из них блока ограничения перенапряжений, состоящего из двух конденсаторов и сопротивления по предлагаемой схеме, служащей делителем напряжения. При этом также обеспечивается ограничение перенапряжений на выключателях за счет ограничения скорости изменения тока во втором реакторе в момент отключения. Таким образом, обеспечивается область безопасной работы быстродействующих выключателей в высоковольтных сетях энергосистем при отключении аварии.The physical essence of the proposed utility model consists in reducing the voltage level attributable to each switch due to their sequential inclusion. The uniformity of voltage dividing with a certain variation in the switching off times of series-connected high-speed switches is ensured by connecting in parallel to each of them an overvoltage limiting block consisting of two capacitors and a resistance according to the proposed circuit, which serves as a voltage divider. This also ensures the limitation of overvoltage on the circuit breakers by limiting the rate of change of current in the second reactor at the time of shutdown. Thus, the area of safe operation of high-speed circuit breakers in high-voltage networks of power systems when the accident is turned off is ensured.

Введение второго реактора необходимо для ограничения ударного импульса тока в системах с малым входным индуктивным сопротивлением. Величина его индуктивности мала и определяется из условий ограничения ударного тока с учетом имеющегося реактанса в конкретной сети.The introduction of a second reactor is necessary to limit the shock current pulse in systems with a small input inductive resistance. The magnitude of its inductance is small and is determined from the conditions of limiting the shock current, taking into account the existing reactance in a particular network.

Первый реактор в нормальном режиме работы исключен из цепи тока нагрузки и включается в цепь аварийного тока на время срабатывания защиты электросети, составляющее 0.1-0.2с. Его установленная мощность определяется не тепловым режимом, а механической прочностью конструкции при воздействии аварийного тока. При этом обмотки первого реактора могу выполняться из стали, а не из алюминия или меди. Все это значительно понижает его установленную мощность, вес и стоимость. Величина его индуктивности определяется из условия ограничения заданной величины тока короткого замыкания в данной энергосети с учетом индуктивности второго реактора. Сравнительные расчеты вариантов для линии электропередачи напряжением 127 кВ и ток 2 кА токоограничительного устройства (ТУ) прототипа с ТУ предлагаемой полезной модели показали, что вес реактора полезной модели более чем в сорок раз меньше реактора прототипа. Сравнивать конкретно установленные мощности реакторов этих устройств не представляется возможным, т.к. длительный режим ректора предлагаемой полезной модели не предусматривается и установленная мощность такого реактора не оценивалась. При этом очевидно, что установленная мощность реактора в предлагаемой полезной модели существенно меньше.The first reactor in normal operation is excluded from the load current circuit and is included in the emergency current circuit for the time of protection of the power supply network, comprising 0.1-0.2 s. Its installed power is determined not by the thermal regime, but by the mechanical strength of the structure when exposed to emergency current. In this case, the windings of the first reactor can be made of steel, and not of aluminum or copper. All this significantly reduces its installed capacity, weight and cost. The magnitude of its inductance is determined from the condition of limiting the set value of the short circuit current in a given power grid, taking into account the inductance of the second reactor. Comparative calculations of options for a 127 kV power line and a 2 kA current of a current-limiting device (TU) of the prototype with the TU of the proposed utility model showed that the weight of the utility model reactor is more than forty times less than the prototype reactor. It is not possible to compare the specifically installed reactor capacities of these devices, because a long rector mode of the proposed utility model is not provided and the installed capacity of such a reactor was not evaluated. It is obvious that the installed capacity of the reactor in the proposed utility model is significantly less.

Индуктивность второго реактора должна быть равна индуктивности рассеяния реактора прототипа в режиме закороченного состояния второй обмотки, магнитно-связанной с первой обмоткой. Величина индуктивности рассеяния реактора прототипа составляет примерно 5% от его полной индуктивности, что определяется возможностями выполнения конструкции. Эта величина индуктивности и определяет амплитуду ударного тока в момент аварии при использовании для защиты устройства прототипа.The inductance of the second reactor should be equal to the dissipation inductance of the prototype reactor in the shorted state of the second winding magnetically coupled to the first winding. The magnitude of the leakage inductance of the prototype reactor is approximately 5% of its total inductance, which is determined by the capabilities of the design. This value of inductance determines the amplitude of the shock current at the time of the accident when used to protect the prototype device.

Однако значение амплитуды ударного тока в этом случае оказывается меньше допустимой величины ударного тока (Iд), определяющего реальную динамическую стойкость электротехнического оборудования.However, the value of the amplitude of the shock current in this case is less than the permissible value of the shock current (Id), which determines the real dynamic stability of electrical equipment.

Значения токов электродинамической и термической (Iт) стойкости ГОСТом не нормируется. Оценить уровень ударных токов, на который можно ориентироваться при расчетах ТУ для защиты электротехнического оборудования можно по Iд для трансформаторов тока (ТТ), в цепи защищаемого оборудования. Эти данные для ТТ по ГОСТу должны соответствовать электродинамической и термической стойкости оборудования, в цепи которых ТТ устанавливаются.The values of currents of electrodynamic and thermal (It) resistance are not standardized by GOST. It is possible to evaluate the level of shock currents that can be guided by when calculating the technical specifications for the protection of electrical equipment by Id for current transformers (CT), in the circuit of the protected equipment. These data for current transformers according to GOST must correspond to the electrodynamic and thermal resistance of the equipment in which the current transformers are installed.

Ток динамической стойкости коррелируется с допустимым током термической стойкости соотношениемThe dynamic resistance current correlates with the allowable thermal resistance current ratio

Iд≥1.8 √2 ItI≥1.8 √2 It

По ГОСТ 7746-78 ток термической стойкости ТТ имеет кратность (Кт) по отношению к номинальному току для различных уровней напряжения:According to GOST 7746-78, the current of thermal resistance of a CT has a multiplicity (Kt) with respect to the rated current for various voltage levels:

- для сети 330 кВ и выше- for a network of 330 kV and higher Кт≤100Ct≤100 - для сети 110 кВ -220 кВ- for a network of 110 kV -220 kV Кт≤55Ct≤55 - для сети до 35 кВ- for networks up to 35 kV Кт≤50Ct≤50

(Трансформаторы тока. В.В.Афанасьев, Н.Н.Адоньев, Л.В.Желалис и др. -Л.Энергия. Ленингр. отд., 1980. 334 с.)(Current transformers. V.V. Afanasyev, N.N. Adonyev, L.V. Zhelalis and others -L.Energia. Leningrad. Department., 1980. 334 p.)

Исходя из приведенных данных, в линиях электропередач, защищаемых с помощью ТУ можно допустить Кд≥100.Based on the above data, Kd≥100 can be allowed in power lines protected by technical specifications.

Для предлагаемой полезной модели это означает, что величина индуктивности, а соответственно, и установленной мощности второго реактора может быть меньше 1% от полной индуктивности реактора прототипа.For the proposed utility model, this means that the inductance, and, accordingly, the installed capacity of the second reactor can be less than 1% of the total inductance of the prototype reactor.

Группы из сопротивления и конденсаторов, входящие в блоки ограничения перенапряжений предлагаемой модели, по параметрам и кратковременному режиму работы аналогичны элементам блока ограничения перенапряжений прототипа.The groups of resistance and capacitors included in the overvoltage limiting blocks of the proposed model are similar in parameters and short-term operation mode to the elements of the prototype overvoltage limiting block.

Таким образом, суммарная установленная мощность и вес, а соответственно, и стоимость реакторного оборудования предлагаемой полезной модели существенно ниже показателей реактора прототипа. Структурная схема включения быстродействующих выключателей с защитными цепями в предлагаемой полезной модели обеспечивает надежную их работу и защиту высоковольтных линий электропередач.Thus, the total installed capacity and weight, and accordingly, the cost of the reactor equipment of the proposed utility model is significantly lower than the performance of the prototype reactor. The block diagram of the inclusion of high-speed circuit breakers with protective circuits in the proposed utility model ensures their reliable operation and protection of high-voltage power lines.

На фиг.1 в однофазном варианте представлена принципиальная электрическая схема предлагаемой полезной модели.Figure 1 in a single-phase embodiment presents a circuit diagram of the proposed utility model.

Токоограничивающее устройство для высоковольтных пиний электропередач содержит первый реактор 1, второй реактор 2, выключатель 3, блок ограничения перенапряжений 4, состоящий из первого конденсатора 5, сопротивления 6 и второго конденсатора 7, а также группу 8 из к-1 выключателей и группу 9 из к-1 блоков ограничения перенапряжений, причем первый вывод 10 обмотки первого реактора 1 подключен к первой входной клемме 11 устройства со стороны, предназначенной для подключения нагрузки, к первому выводу 12 выключателя 3 и к первой клемме 13 блока ограничения перенапряжений 4, к которой присоединены также первый вывод 14 первого конденсатора 5, первый вывод 15 сопротивления 6, второй вывод 16 которого соединен с первым выводом 17 второго конденсатора 7, второй вывод 18 которого соединен со вторым выводом 19 первого конденсатора 5 и со второй клеммой 20 блока ограничения перенапряжений 4, подключенной ко второму выводу 21 выключателя 3. Первый вывод 22 обмотки второго реактора 2 подключен ко второму выводу 23 обмотки первого реактора 1, второй вывод 24 обмотки второго реактора 2 подключен ко второй входной клемме 25 устройства со стороны источника переменного тока. Группа 8 дополнительных последовательно соединенных выключателей в количестве к-1 штук включена между вторым выводом 21 выключателя 3 и вторым выводом 23 обмотки первого реактора 1, а параллельно каждому из них подключен соответствующий блок ограничения перенапряжений из группы 9.The current-limiting device for high-voltage power pins contains a first reactor 1, a second reactor 2, a switch 3, an overvoltage limiting unit 4, consisting of a first capacitor 5, a resistance 6, and a second capacitor 7, as well as a group 8 of k-1 switches and a group 9 of k -1 blocks of surge protection, and the first terminal 10 of the winding of the first reactor 1 is connected to the first input terminal 11 of the device from the side intended for connecting the load to the first terminal 12 of the switch 3 and to the first terminal 13 of the block overvoltage 4, to which are also connected the first terminal 14 of the first capacitor 5, the first terminal 15 of the resistance 6, the second terminal 16 of which is connected to the first terminal 17 of the second capacitor 7, the second terminal 18 of which is connected to the second terminal 19 of the first capacitor 5 and to the second terminal 20 of the overvoltage limiting unit 4, connected to the second terminal 21 of the switch 3. The first terminal 22 of the winding of the second reactor 2 is connected to the second terminal 23 of the winding of the first reactor 1, the second terminal 24 of the winding of the second reactor 2 is connected to the second input Lemma 25 of the device from the side of the AC source. A group of 8 additional series-connected circuit breakers in the amount of k-1 pieces is connected between the second terminal 21 of the switch 3 and the second terminal 23 of the winding of the first reactor 1, and in parallel with each of them is connected the corresponding overvoltage limiter from group 9.

Полезная модель работает следующим образом.The utility model works as follows.

В нормальном установившемся режиме ток нагрузки замыкается по контуру: входная клемма 11 устройства - первый выключатель 3 - группа 8 последовательно включенных к-1 выключателей - обмотка реактора 2 - выходная клемма 25 устройства. Все «к» выключателей замкнуты и реактор 1 исключен из цепи тока нагрузки. По обмотке реактора 2 замыкается цепь контура нагрузки во всех режимах.In the normal steady state, the load current is closed along the circuit: input terminal 11 of the device - the first switch 3 - group 8 of k-1 switches connected in series - reactor winding 2 - output terminal 25 of the device. All the “k” circuit breakers are closed and the reactor 1 is excluded from the load current circuit. On the winding of reactor 2, the load loop circuit is closed in all modes.

При возникновении аварии по сигналу автоматики происходит отключение всех «к» выключателей, соединяющих входную клемму 11 устройства с выводом 23 обмотки реактора 1. В цепи нагрузки оказываются включенными последовательно первый и второй реакторы, что и обеспечивает ограничение аварийного тока на заданном уровне. При этом величина индуктивного сопротивления реактора 2 определяет амплитуду ударного тока, нарастающего до момента срабатывания быстродействующих выключателей.When an accident occurs, an automatic signal trips all the “k” switches connecting the input terminal 11 of the device to the output 23 of the reactor winding 1. The first and second reactors are turned on in series in the load circuit, which limits the emergency current at a given level. The magnitude of the inductive resistance of the reactor 2 determines the amplitude of the shock current, increasing until the moment of operation of high-speed switches.

Подключение параллельно каждому из выключателей блока ограничения перенапряжений, состоящих из двух конденсаторов и сопротивления, позволяет ограничить перенапряжение на их контактах за счет снижения скорости изменения тока при отключении и поглощении части энергии, накопленной в индуктивности реактора 2. Последовательное соединение блоков ограничения перенапряжений обеспечивает равномерное деление напряжения между соединенными с ними выключателями при некотором разбросе времени их отключения.The connection in parallel to each of the switches of the overvoltage limiting unit, consisting of two capacitors and a resistance, allows limiting the overvoltage at their contacts by reducing the rate of change of current when disconnecting and absorbing part of the energy stored in the reactor inductance 2. Serial connection of the overvoltage limiting units ensures uniform voltage division between switches connected to them with some variation in the time of their shutdown.

На фиг.2 представлены диаграммы электрических режимов элементов предлагаемой полезной модели токоограничивающего устройства. Диаграммы получены путем расчета аварийного процесса в системе с помощью компьютерной программы Micro-Cap 9. расчетная модель состояла из двух последовательно соединенных выключателей, каждый с параллельно включенным блоком ограничения перенапряжений. Поскольку допустимое напряжение на выключателях в разомкнутом состоянии 60-70 кВ, напряжение источника питания, с учетом обычного двойного перенапряжения при отключении, принято равным 55 кВ. Ориентируясь на быстродействие выключателей взрывного типа 1-3 мс, в расчете принято время отключения 2 мс. В программе заложен разброс времени срабатывания включателей, равный 5 мкс.Figure 2 presents a diagram of the electrical modes of the elements of the proposed utility model current-limiting device. The diagrams were obtained by calculating the emergency process in the system using the Micro-Cap 9 computer program. The calculation model consisted of two series-connected switches, each with a parallel overvoltage limiting block. Since the permissible voltage on the circuit breakers in the open state is 60-70 kV, the voltage of the power source, taking into account the usual double overvoltage during shutdown, is assumed to be 55 kV. Focusing on the performance of explosive circuit breakers of 1-3 ms, the calculation takes a trip time of 2 ms. The program contains a spread of the response time of the switches, equal to 5 μs.

Как видно из диаграммы, представленной на фиг.2 (график №2), для нормального установившегося режима, при напряжении сети Uг=54.97 кВ (амплитудное значение, кривая Uг) напряжение на нагрузке Uнагр=54.78 кВ. Потеря напряжения на нагрузке за счет включения в силовую цепь реактора 2 составляет 190 В или 0.3%, при токе в линии от генератора Iг=3.65 кА (амплитудное значение, замер 1 на графике №1, кривая Iг). В этом режиме ток нагрузки замыкается по последовательно соединенным выключателям, минуя реактор 1. По кривой тока выключателей Iкл и тока источника питания Iг на графике №1 видно, что Iкл=Iг (замеры 1 и 2).As can be seen from the diagram presented in figure 2 (graph No. 2), for the normal steady state, when the mains voltage Ug = 54.97 kV (amplitude value, Ug curve), the load voltage Unag = 54.78 kV. The voltage loss at the load due to the inclusion in the power circuit of reactor 2 is 190 V or 0.3%, with a current in the line from the generator Ig = 3.65 kA (amplitude value, measurement 1 on graph No. 1, curve Ig). In this mode, the load current is closed in series-connected switches, bypassing reactor 1. According to the current curve of the switches Ikl and the current of the power source Ig on graph No. 1 it can be seen that Ikl = Ig (measurements 1 and 2).

По графику №3 можно проследить состояние выключателей по напряжению на них. В нормальном состоянии напряжение на выключателях равно нулю, т.к. выключатели замкнуты.According to schedule No. 3, the state of the circuit breakers can be traced by the voltage on them. In the normal state, the voltage at the switches is zero, because circuit breakers are closed.

Описанное выше состояние энергосистемы сохраняется до момента t1 возникновения аварии в нагрузке. В момент t1 сопротивление нагрузки, соответствующее номинальному режиму уменьшается на два порядка. Большее уменьшение сопротивления нагрузки не имеет смысла, т.к. характер аварийного процесса при этом определяется уже, в основном, потерями в элементах линии электропередачи.The state of the power system described above is maintained until the moment t1 of an accident in the load. At time t1, the load resistance corresponding to the nominal mode decreases by two orders of magnitude. A larger decrease in load resistance does not make sense, because the nature of the emergency process in this case is determined, mainly, by losses in the elements of the power line.

В момент времени t1=75 мс возникает короткое замыкание в нагрузке и напряжение Uнагр становится практически равным нулю (кривая Uнагр на графике №2). С этого момента времени по кривой Iг на графике №1 видно резкое увеличение тока в цепи источника питания и тока Iкл в цепи выключателей, шунтирующих реактор 1. К моменту t2 отключения выключателей ток источника питания достигает величины Iг=37.78 кА. Это значение ударного тока более чем в 10 раз превосходит амплитуду тока номинального режима, что, по вышеизложенному, не представляет опасности для оборудования, оказавшегося в контуре короткого замыкания.At time t1 = 75 ms, a short circuit occurs in the load and the voltage Unag becomes practically equal to zero (Unag curve on graph No. 2). From this moment in time, on the curve Ig in graph No. 1, a sharp increase in the current in the power supply circuit and the current Icl in the circuit of the switches shunting reactor 1 are visible. By the time t2 of the circuit breakers shutdown, the current of the power supply reaches Ig = 37.78 kA. This value of the shock current is more than 10 times greater than the amplitude of the current of the nominal mode, which, as described above, does not pose a danger to equipment caught in the short circuit.

С момента t2=77 мс начала отключения выключателей напряжение на них увеличивается до уровня 56.98 кВ на выключателе, который отключается первым (Uкл1 на графике №3) и до 56.66 кВ на выключателе, который отключается вторым с запаздыванием на 5 мкс. Разница в максимальных напряжениях на выключателях составляет 305 В или 0.3%. Общее перенапряжение на цепочки выключателей равно двойному значению сетевого напряжения, что считается нормальным. В установившемся режиме короткого замыкания напряжение на каждом из выключателей равно половине сетевого напряжения. Таким образом, предложенная структурная схема предлагаемой полезной модели обеспечивает область безопасной работы быстродействующих выключателей в динамическом и установившемся режимах.From the moment t2 = 77 ms the start of the circuit breakers tripping, the voltage on them increases to the level of 56.98 kV on the circuit breaker, which is turned off first (Ukl1 on schedule No. 3) and to 56.66 kV on the circuit breaker, which turns off the second with a delay of 5 μs. The difference in maximum voltage at the circuit breakers is 305 V or 0.3%. The total overvoltage on the circuit breakers is equal to twice the value of the mains voltage, which is considered normal. In the steady-state short-circuit mode, the voltage at each of the switches is equal to half the mains voltage. Thus, the proposed block diagram of the proposed utility model provides a safe working area for high-speed circuit breakers in dynamic and steady state.

Ток короткого замыкания в цепи источника питания определяется разностью тока IL1 реактора 1 и тока Iс блока ограничения перенапряжений. Из анализа графика №1 по замерам 5,6 и 7 видно, что Iг=IL1-Iс. В данном примере ток аварийного режима источника питания превышает ток номинального режима в 4 раза. Выбирая параметры параллельно включающихся в аварийном режиме индуктивности реакторов и емкости блоков ограничения перенапряжений, можно изменять уровень установившегося значения аварийного тока.The short circuit current in the power supply circuit is determined by the difference between the current IL1 of the reactor 1 and the current Ic of the overvoltage limiting unit. From the analysis of graph No. 1 for measurements of 5.6 and 7 it is seen that Ig = IL1-Ic. In this example, the emergency mode current of the power source exceeds the current of the nominal mode by 4 times. By choosing the parameters of the reactor inductors and capacitance of the overvoltage limiting blocks connected in parallel in emergency mode, one can change the level of the steady-state value of the emergency current.

Таким образом, в предлагаемой полезной модели установленная мощность реакторного оборудования может быть существенно снижена. При этом обеспечивается безопасная область работы выключателей за счет снижения уровня и равномерного деления напряжения по цепочке последовательно включенных выключателей, при их отключении как в динамическом, так и установившемся режимахThus, in the proposed utility model, the installed capacity of the reactor equipment can be significantly reduced. This ensures a safe area of operation of the circuit breakers by reducing the level and evenly dividing the voltage along the chain of switches connected in series, when they are turned off in both dynamic and steady state

Claims

A current-limiting device for high-voltage power lines containing a first reactor, a first switch, a first overvoltage limiting unit, including a first capacitor, a second capacitor and resistance, the first terminal of the winding of the first reactor connected to the first input terminal of the device designed to connect the load to the first terminal of the first a circuit breaker, a first terminal of a first overvoltage limiting unit connected to a first terminal of a first capacitor and a first terminal of resistance, the second terminal of which is connected to the first terminal of the second capacitor, the second terminal of which is connected to the second terminal of the first capacitor and to the second terminal of the first block of surge protection connected to the second terminal of the first switch, characterized in that the second reactor is additionally introduced, several switches in the amount of 1 and several overvoltage limiting blocks, the number of which corresponds to the number of additionally introduced switches, while the first output of the winding of the second reactor is connected connected to the second terminal of the winding of the first reactor, the second terminal of the winding of the second reactor is connected to the second input terminal of the device from the side of the AC source, and additional switches are connected in series between the second terminal of the first switch and the second terminal of the winding of the first reactor, while connected to each additional input switch appropriate surge suppression unit.