RU149483U1

RU149483U1 - EARTH CAPACITY COMPENSATION DEVICE FOR EARTH

Info

Publication number: RU149483U1
Application number: RU2013122901/07U
Authority: RU
Inventors: Юрий Владимирович Соколов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Энергия-Т"
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2015-01-10

Abstract

Устройство компенсации емкостного тока замыкания на землю, содержащее включенный постоянно неуправляемый реактор, параллельно которому подключены понижающий трансформатор и через управляющие ключи однофазные конденсаторы, имеющие различную емкость, и систему автоматической настройки компенсации, управляющую ступенчатой батареей, к выходу которой подключены входы ключей конденсаторов, отличающееся тем, что управляющие ключи выполнены в виде контакторов.A device for compensating capacitive earth fault currents containing a permanently switched on uncontrolled reactor, in parallel with which a step-down transformer and single-phase capacitors with different capacitance are connected via control keys, and an automatic compensation adjustment system that controls a step battery, to the output of which capacitor key inputs are connected, characterized in that control keys are made in the form of contactors.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для компенсации емкостного тока замыкания на землю в сетях 6-35 кВ с изолированной нейтралью.The utility model relates to the field of electrical engineering and is designed to compensate for capacitive earth fault currents in 6-35 kV networks with isolated neutral.

Самым частым видом повреждения (до 95%) в сетях 6, 10, 35 кВ являются однофазные замыкания на землю (ОЗЗ), сопровождающиеся протеканием через место замыкания емкостного тока и перенапряжениями высокой кратности на элементах сети (двигателях, трансформаторах) в виде высокочастотного переходного процесса. Такие воздействия на сеть приводят в лучшем случае к срабатыванию земляных защит. Отыскание поврежденного присоединения представляется трудоемкой и длительной организационной задачей - поочередное отключение присоединений затягивается на продолжительное время и сопровождается комплексом оперативных переключений для резервирования потребителей. И, как правило, большинство междуфазных замыканий начинается с ОЗЗ. Развитие однофазных замыканий на землю сопровождается разогревом места замыкания, рассеиванию большого количества энергии в месте ОЗЗ и заканчивается отключением потребителя уже защитой МТЗ при переходе ОЗЗ в короткое замыкание. Изменить ситуацию можно применением резонансного заземления нейтрали.The most common type of damage (up to 95%) in 6, 10, 35 kV networks is single-phase earth faults (OZZ), accompanied by leakage of capacitive current through the circuit and high voltage overvoltages on network elements (motors, transformers) in the form of a high-frequency transient . Such impacts on the network lead, at best, to the operation of earth protection. Finding a damaged connection seems to be a time-consuming and lengthy organizational task - sequentially disconnecting the connections is delayed for a long time and is accompanied by a set of operational switching to reserve consumers. And, as a rule, most of the phase-to-phase faults start with OZZ. The development of single-phase earth faults is accompanied by heating of the fault location, the dissipation of a large amount of energy in the location of the fault zone and ends with the consumer disconnecting already by the overcurrent protection when the fault occurs in the fault zone. You can change the situation by using resonant neutral grounding.

Известны традиционные способы компенсации емкостного тока замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью. Это использование ступенчато регулируемых дугогасящих катушек (плунжерные дугогасящие реакторы), плавно регулируемых изменением немагнитного зазора магнитопровода дугогасящих катушек и магнитоуправляемых дугогасящих катушек.Known are traditional methods of compensating for capacitive earth fault currents in networks with isolated neutral. This is the use of stepwise adjustable arc suppression coils (plunger arc suppression reactors), continuously adjustable by changing the non-magnetic gap of the magnetic circuit of the arc suppression coils and magnetically controlled arc suppression coils.

Сведения о приведенных ниже устройствах компенсации емкостного тока замыкания на землю получены с использованием Интернет (см. статью д.т.н., проф. Обабков В.К., к.т.н. Целуевский Ю.Н. «Об эффективности дугогасящих реакторов, систем автоматической настройки компенсации и земляных защит в проблеме борьбы с однофазными замыканиями на землю.» на сайте http://ntbe.ural.ru/stat10.htm).Information on the capacitive earth fault compensation devices listed below was obtained using the Internet (see article Dr. Sc., Prof. V. Obabkov, Ph.D. Tseluevsky Yu.N. “On the efficiency of arc suppression reactors , systems of automatic adjustment of compensation and earth protection in the problem of combating single-phase earth faults. ”on the website http://ntbe.ural.ru/stat10.htm).

Плунжерные дугогасящие реакторы обладают следующими преимуществами: линейность и высокая добротность, эффективное использование активных материалов, экономичность: однажды установленная индуктивность удерживается далее без затрат энергии и дополнительных внешних воздействий, простота математического описания и легкость управления.Plunger arc suppression reactors have the following advantages: linearity and high quality factor, efficient use of active materials, cost-effectiveness: once installed inductance is retained further without the expense of energy and additional external influences, simplicity of mathematical description and ease of control.

Однако при этом данные реакторы обладают и рядом недостатков: низкой надежностью и малым ресурсом электромеханических узлов, не допускают поисковых движений, автоколебательных режимов и длительных переходных процессов. Кроме того, к недостаткам данных реакторов следует отнести малое быстродействие: от 40 с до 60 с и в отдельных случаях до 120 с на весь диапазон регулирования ДГР и низкую технологичность в изготовлении из-за механической части.However, at the same time, these reactors also have a number of disadvantages: low reliability and a small resource of electromechanical units, they do not allow search movements, self-oscillating modes, and lengthy transient processes. In addition, the shortcomings should be attributed to the disadvantages of these reactors: from 40 s to 60 s and, in some cases, up to 120 s over the entire range of GDR control and low manufacturability due to the mechanical part.

Дугогасящие аппараты на базе трансформатора Бауха, при условии оснащения тиристорными средствами широтно-импульсного регулирования индуктивности, обладают практически полной безынерционностью, технологичностью, высокой надежностью, большим ресурсом из-за отсутствия механических узлов, а также широким диапазоном регулирования индуктивности.Arc-extinguishing devices based on a Bauch transformer, provided that the pulse-width inductance regulation is equipped with thyristor means, have almost complete inertialessness, manufacturability, high reliability, a large resource due to the lack of mechanical components, and a wide range of inductance regulation.

Недостатки данных устройств - повышенное содержание гармоник в токе, значительные мощности, коммутируемые тиристорным ключом. Кроме того, данные аппараты дорогостоящи при изготовлении: при мощности реактора свыше 100 кВАр стоимость тиристорного ключа резко повышается, так как выходит за рамки реализуемости одной парой недефицитных тиристоров с воздушным охлаждением.The disadvantages of these devices are the high content of harmonics in the current, significant power switched by a thyristor switch. In addition, these devices are expensive to manufacture: with a reactor power of more than 100 kVar, the cost of the thyristor switch increases sharply, since it goes beyond the scope of one pair of non-deficient air-cooled thyristors.

Дугогасящие реакторы со свободным продольным подмагничиванием имеют следующие преимущества: технологичность, высокая надежность, большой ресурс из-за отсутствия механических узлов, высокое быстродействие благодаря внутренним обратным связям.Arc suppression reactors with free longitudinal magnetization have the following advantages: manufacturability, high reliability, a long resource due to the lack of mechanical components, and high speed due to internal feedbacks.

При этом данным устройствам присущи следующие недостатки: внутренние обратные связи делают ДГР неработоспособным в режиме дугового ОЗЗ без компенсации активной составляющей и весьма осложняют задачу предварительной настройки в нормальном режиме. Кроме того, существенным недостатком является повышенное содержание гармоник в токе, нелинейность и сложность математического описания.At the same time, the following disadvantages are inherent in these devices: internal feedbacks make the GDR inoperative in the arc OZZ mode without compensation of the active component and greatly complicate the task of presetting in normal mode. In addition, a significant drawback is the high content of harmonics in the current, the nonlinearity and complexity of the mathematical description.

Все указанные устройства компенсации емкостного тока замыкания на землю выполняют данную функцию за счет использования регулируемой индуктивности (реактора).All of these capacitive earth fault compensation devices perform this function by using an adjustable inductance (reactor).

Кроме того, все приведенные выше реакторы имеют высокую стоимость изготовления и наладки.In addition, all of the above reactors have a high manufacturing and commissioning cost.

Известны устройства для компенсации емкостного тока замыкания на землю, содержащие неуправляемый реактор, понижающий трансформатор и параллельно подключенный через диодно-тиристорные или тиристорные ключи набор емкостей (см. а.с. СССР №1370700, МПК 4 H02J 3/18, 1988 г, а.с. СССР №1700677, Н02Н 9/08, 1991 г.).Known devices for compensating capacitive earth fault currents containing an uncontrolled reactor, a step-down transformer and a set of capacitors connected in parallel through diode-thyristor or thyristor switches (see AS USSR No. 1370700, IPC 4 H02J 3/18, 1988, and .s. USSR No. 1700677, Н02Н 9/08, 1991).

Известно устройство для компенсации емкостного тока замыкания на землю, содержащее неуправляемый реактор, понижающий трансформатор, параллельно подключенные через симисторные ключи конденсаторы, емкости которых выбраны по закону геометрической прогрессии и систему автоматической настройки компенсации, управляющую ступенчатой батареей (см. а.с. СССР №1092647, МПК 3 Н02Н 9/08, 1984 г..A device for compensating capacitive earth fault currents containing an uncontrolled reactor, a step-down transformer, capacitors in parallel connected via triac keys, capacitors of which are selected according to the law of geometric progression and an automatic compensation adjustment system that controls a step battery (see AS USSR No. 1092647 IPC 3 Н02Н 9/08, 1984

Также известные примеры изобретений не получили коммерческого применения, Подобные системы имеют возможность изменять свою мощность во время однофазного замыкания на землю с очень высоким быстродействием в случае применения алгоритмов, позволяющих коммутировать емкости в момент равенства остаточного напряжения на них мгновенному напряжению сети. Однако использование полупроводниковых коммутационных элементов значительно повышает стоимость изделия, приводит к дополнительным потерям и тепловыделению, что требует применения системы охлаждения.Also, well-known examples of inventions have not received commercial application. Similar systems have the ability to change their power during a single-phase earth fault with very high speed if algorithms are used to switch capacitances at the moment of equal residual voltage on them to the instantaneous mains voltage. However, the use of semiconductor switching elements significantly increases the cost of the product, leads to additional losses and heat generation, which requires the use of a cooling system.

Задача, решаемая полезной моделью - расширение арсенала технических средств для компенсации емкостного тока замыкания на землю, упрощение конструкции устройства при значительном снижении его стоимости.The problem solved by the utility model is to expand the arsenal of technical means to compensate for the capacitive current of the earth fault, simplifying the design of the device while significantly reducing its cost.

Поставленная задача решается за счет того в известном устройстве компенсации емкостного тока замыкания на землю, содержащем включенный постоянно неуправляемый реактор, параллельно которому подключены понижающий трансформатор и через управляющие ключи однофазные конденсаторы, имеющие различную емкость, и систему автоматической настройки компенсации, управляющую ступенчатой батареей, к выходу которой подключены входы ключей конденсаторов, в соответствии с полезной моделью управляющие ключи выполнены в виде контакторов.The problem is solved due to the fact that in the known device for compensating capacitive current of a fault to earth, containing a continuously switched uncontrolled reactor, in parallel with which a step-down transformer is connected and through control keys single-phase capacitors having different capacities, and an automatic compensation adjustment system controlling the step battery, to the output which connected the inputs of the capacitor keys, in accordance with the utility model, the control keys are made in the form of contactors.

Технический результат от использования всех существенных признаков полезной модели заключается в расширении арсенала технических средств для компенсации емкостного тока замыкания на землю, упрощении конструкции устройства при значительном снижении его стоимости.The technical result from the use of all the essential features of the utility model is to expand the arsenal of technical means to compensate for the capacitive earth fault current, simplifying the design of the device while significantly reducing its cost.

Выполнение устройства компенсации емкостного тока замыкания на землю, содержащего включенный постоянно неуправляемый реактор и подключенную параллельно реактору регулируемую системой автоматической настройки компенсации ступенчатую батарею однофазных конденсаторов, снабженных контакторами, выполняющими функцию ключей управление конденсаторами, позволяет расширить арсенал технических средств для компенсации емкостного тока замыкания на землю, при этом достигается упрощение конструкции устройства, снижение стоимости устройства и обеспечивается его высокая надежность и быстродействие.The implementation of the device for compensation of capacitive earth fault current, comprising a constantly switched on uncontrolled reactor and a step-by-step battery of single-phase capacitors equipped with contactors that perform the function of keys for controlling capacitors controlled by an automatic compensation adjustment system and expanding the arsenal of technical means to compensate for capacitive earth fault current, this simplifies the design of the device, reducing the cost of devices and ensured its high reliability and performance.

Использование в качестве коммутирующего аппарата, осуществляющего включение соответствующей ступени батареи, контакторов, управляемых системой автоматической настройки компенсации, позволяет максимально упростить устройство, обеспечить его надежную работу и при этом снизить стоимость устройства и затраты на обслуживание.The use of contactors controlled by the automatic compensation adjustment system as a switching device for switching on the appropriate battery stage allows to simplify the device as much as possible, ensure its reliable operation and at the same time reduce the cost of the device and maintenance costs.

Величина требуемой реактивной мощности определяется емкостью (мощностью) каждой из ступеней батареи, включенных в данный момент времени. При данном способе управления не генерируются высшие гармоники. Коммутация ступеней производится до возникновения замыкания на землю без напряжения, поэтому ресурс контакторов будет сопоставим со сроком службы остального оборудования реактора. В момент замыкания комплекс безынерционно выходит на требуемый ток компенсации, который параметрически меняется в зависимости от напряжения на нейтрали и не требует дополнительного управления.The magnitude of the required reactive power is determined by the capacity (power) of each of the stages of the battery, included at a given time. With this control method, higher harmonics are not generated. The steps are switched before an earth fault occurs without voltage, so the contactors resource will be comparable with the service life of the rest of the reactor equipment. At the moment of closure, the complex inertialessly reaches the required compensation current, which varies parametrically depending on the voltage at the neutral and does not require additional control.

Фиг. 1 - принципиальная схема устройства компенсации.FIG. 1 is a schematic diagram of a compensation device.

Устройство содержит неуправляемый реактор 1 (нерегулируемую индуктивность), подключенный между нейтралью сети 6-35 кВ и землей. Параллельно реактору установлена ступенчатая регулируемая конденсаторная батарея 3, состоящая из N ступеней, каждая из которых содержит однофазный конденсатор 3-1 требуемой емкости и коммутационный аппарат 4-1. В качестве коммутационного аппарата выбирается контактор, как наиболее экономичный коммутационный аппарат. Регулируемая конденсаторная батарея подключена через понижающий трансформатор 2.The device contains an uncontrolled reactor 1 (unregulated inductance) connected between the neutral of the 6-35 kV network and ground. In parallel with the reactor, a stepwise adjustable capacitor bank 3 is installed, consisting of N stages, each of which contains a single-phase capacitor 3-1 of the required capacity and a switching device 4-1. As a switching device, a contactor is selected as the most economical switching device. An adjustable capacitor bank is connected via step-down transformer 2.

С целью минимизации количества ступеней, емкость (мощность) конденсатора 3-1 каждой последующей ступени N₂ желательно выбирать приблизительно равной двойной емкости (мощности) конденсатора предыдущей ступени N₁. Старшие ступени могут иметь равную между собой емкость, если коммутационный аппарат большей мощности не рентабелен или слишком сложен технически. Коммутационными аппаратами управляет система автоматической настройки компенсации 5 (САНК), которая определяет ожидаемый емкостной ток замыкания на землю и заранее настраивает комплекс на требуемую мощность компенсации.In order to minimize the number of stages, the capacitance (power) of the capacitor 3-1 of each subsequent stage N _2, it is desirable to choose approximately equal to the double capacity (power) of the capacitor of the previous stage N ₁ . Older steps can have equal capacitance if the switching device of higher power is not cost-effective or technically too complicated. Switching devices are controlled by automatic compensation compensation system 5 (SANK), which determines the expected capacitive earth fault current and sets the system in advance to the required compensation power.

Устройство компенсации емкостного тока замыкания на землю работает следующим образом.The compensation device for capacitive earth fault current operates as follows.

Принцип работы устройства основан на взаимном вычитании емкостных и индуктивных токов при параллельном подключении индуктивности и емкости. Технический результат в виде плавно (с минимальным шагом, величина которого уже при семи ступенях конденсаторной установки может составлять 1/128, т.е. менее 1%) изменяемой индуктивности, используемой для компенсации емкостного тока замыкания на землю, достигается путем установки неуправляемой индуктивности 1 и, параллельно ей, управляемой конденсаторной батареи 2.The principle of operation of the device is based on the mutual subtraction of capacitive and inductive currents with a parallel connection of inductance and capacitance. The technical result in the form of a smoothly (with a minimum step, the value of which at seven steps of the capacitor unit can be 1/128, i.e. less than 1%) of the variable inductance used to compensate for the capacitive earth fault current is achieved by setting an uncontrolled inductance 1 and parallel to it, a controlled capacitor bank 2.

САНК 5 определяет ожидаемый емкостной ток замыкания на землю, либо получает уставку тока компенсации при ручном управлении и подключает необходимое количество ступеней N батареи 2 конденсаторов 3-1. При изменении конфигурации сети, и, следовательно, требуемой индуктивности комплекса, САНК 5 подключает и отключает ступени конденсаторной батареи 2. Ступени батареи могут быть включены в любом порядке. В момент возникновения в сети замыкания на землю, комплекс имеет индуктивность, обеспечивающую равенство тока реактора и емкостного тока замыкания на землю, что приводит к их компенсации, т.е. к получению требуемого технического результата.SANK 5 determines the expected capacitive earth fault current, or receives the compensation current setting for manual control and connects the required number of stages N of the battery 2 of capacitors 3-1. When changing the network configuration, and, therefore, the required inductance of the complex, SANK 5 connects and disconnects the steps of the capacitor bank 2. The steps of the battery can be turned on in any order. At the moment of occurrence of an earth fault in the network, the complex has an inductance ensuring the equality of the reactor current and the capacitive earth fault current, which leads to their compensation, i.e. to obtain the required technical result.

Пример использования для сети 10 кВ и токе замыкания на землю 64 А.Example of use for a network of 10 kV and a ground fault current of 64 A.

Исходные данные: установлен неуправляемый реактор с номинальным током 100 А при номинальном напряжении U=10/√3.Initial data: an uncontrolled reactor with a rated current of 100 A at a rated voltage of U = 10 / √3 was installed.

Ступенчатая батарея однофазных конденсаторов подбирается из условия, что ее номинальный полный ток равен номинальному току реактора. Емкость каждой ступени выбирается в зависимости от требуемой точности компенсации. Обычно нормируемая точность 2%. Например, батарея может быть составлена из ступеней конденсаторов с номинальным током при номинальном напряжении:A stepped battery of single-phase capacitors is selected from the condition that its rated total current is equal to the rated current of the reactor. The capacity of each stage is selected depending on the required compensation accuracy. Usually normalized accuracy of 2%. For example, a battery can be composed of stages of capacitors with a rated current at a rated voltage:

N₁ - 0,78 A; N₂ - 1,56 A; N₃ - 3,12 A; N₄ - 6,25 A; N₅ - 12,5 A; N₆ - 25 A; N₇ - 50 А.N ₁ - 0.78 A; N ₂ - 1.56 A; N ₃ - 3.12 A; N ₄ - 6.25 A; N ₅ - 12.5 A; N ₆ - 25 A; N ₇ - 50 A.

Работа устройства осуществляется в следующей последовательности:The operation of the device is carried out in the following sequence:

1. Система управления определяет ток замыкания на землю J_ОЗЗ. Исходя из параметров подключенной нерегулируемого реактора и текущей подключенной емкости система определяет процент недокомпенсации или перекомпенсации, вычисляет требуемую емкость батареи и воздействует на соответствующий коньактор, подключая необходимое количество конденсаторов:1. The control system determines the earth fault current J _OZZ . Based on the parameters of the connected unregulated reactor and the current connected capacity, the system determines the percentage of undercompensation or overcompensation, calculates the required battery capacity and acts on the corresponding horsepower, connecting the required number of capacitors:

100-(25+6,25+3,12+1,56)=64,07.100- (25 + 6.25 + 3.12 + 1.56) = 64.07.

Метод определения недокомпнсации или перекомпенсации не принципиален, может быть использован любой, например, с помощью зондирования непромышленной частотой, или путем импульсного зондирования, или по смещению нейтрали.The method for determining undercompensation or overcompensation is not fundamental, it can be used by anyone, for example, by sensing a non-industrial frequency, or by pulsed sensing, or by neutral offset.

Заявляемое устройство может быть изготовлено с применением известных аппаратных средств и технологий и использовано для компенсации емкостного тока замыкания на землю в сетях 6-35 кВ с изолированной нейтралью.The inventive device can be manufactured using well-known hardware and technology and used to compensate for capacitive earth fault currents in 6-35 kV networks with isolated neutral.

Claims

A device for compensating capacitive earth fault currents containing a permanently switched on uncontrolled reactor, in parallel with which a step-down transformer and single-phase capacitors with different capacitance are connected via control keys, and an automatic compensation adjustment system that controls a step battery, to the output of which capacitor key inputs are connected, characterized in that control keys are made in the form of contactors.