RU2394326C1 - Комбинированный трехфазный резистивно-емкостный ограничитель перенапряжений - Google Patents

Комбинированный трехфазный резистивно-емкостный ограничитель перенапряжений Download PDF

Info

Publication number
RU2394326C1
RU2394326C1 RU2009114298/09A RU2009114298A RU2394326C1 RU 2394326 C1 RU2394326 C1 RU 2394326C1 RU 2009114298/09 A RU2009114298/09 A RU 2009114298/09A RU 2009114298 A RU2009114298 A RU 2009114298A RU 2394326 C1 RU2394326 C1 RU 2394326C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
cable
circuit
parameters
chains
Prior art date
Application number
RU2009114298/09A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Николаевич Шпиганович (RU)
Александр Николаевич Шпиганович
Кирилл Дмитриевич Захаров (RU)
Кирилл Дмитриевич Захаров
Виолетта Иосифовна Зацепина (RU)
Виолетта Иосифовна Зацепина
Константин Александрович Пушница (RU)
Константин Александрович Пушница
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ГОУ ВПО ЛГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ГОУ ВПО ЛГТУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ГОУ ВПО ЛГТУ)
Priority to RU2009114298/09A priority Critical patent/RU2394326C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2394326C1 publication Critical patent/RU2394326C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в сетях среднего напряжения 3-10 кВ для снижения перенапряжений, возникающих при отключении электродвигательных присоединений вакуумными выключателями. Технический результат заключается в увеличении надежности и расширении области применения. Устройство состоит из последовательных RC-цепочек, включенных по схеме четырехлучевой звезды, три луча которой включены в защищаемые фазы, а один луч соединен с землей. Параметры RC-цепочек рассчитываются по определенным формулам. 2 ил.

Description

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в сетях среднего напряжения 3-10 кВ для снижения перенапряжений, возникающих при отключении электродвигательных присоединений вакуумными выключателями.
При отключении вакуумными выключателями электродвигательных присоединений возможны значительные перенапряжения, вызванные срезом тока и эскалацией напряжения. Также при срабатывании вакуумных выключателей возможно явление многократных повторных зажиганий дуги, что приводит к возникновению перенапряжений, имеющих высокочастотный характер. На сегодняшний день отсутствуют эффективные меры их гашения, так как разрядники, нелинейные ограничители перенапряжений, искровые промежутки как средство защиты от высокочастотных перенапряжений малоэффективны, в связи с резким подъемом их вольт-секундных характеристик при предразрядных временах менее 1 мкс.
Для защиты от перенапряжений, имеющих высокочастотный характер, все большее применение находят защитные RC-цепочки.
Известна высоковольтная сеть с электродвигателем, в которой защита от перенапряжений выполняется защитными RC-цепочками (последовательно соединенными резисторами и конденсаторами), включаемыми между фазными выводами электродвигателя и землей [1]. Такая схема защиты позволяет более глубоко снижать перенапряжения при оптимальном выборе параметров элементов [2].
Известна также схема, взятая в качестве прототипа, представляющая собой последовательные RC-цепочки, подключаемые между фазами кабеля, образуя межфазный треугольник [3].
Для представленной схемы [1] как отмечалось в [3] характерно то, что она позволяет снизить перенапряжения, в основном на главной изоляции электрооборудования (фазной изоляции относительно земли). Другая схема включения [3] соответственно будет обеспечивать хорошую защиту от междуфазных перенапряжений и меньшую при перенапряжениях между фазой и землей.
Анализ приведенного уровня техники свидетельствует о том, что задачей заявляемого изобретения является создание надежной системы защиты от перенапряжений, возникающих при отключении электродвигательных присоединений вакуумными выключателями, имеющей широкую область применения, минимальный набор необходимых элементов, малые габариты и вес.
Это достигается тем, что в известной сети защитные последовательные RC-цепочки подключены у защищаемого оборудования и соединены по схеме четырехлучевой звезды, три луча которой включены в защищаемые фазы, а один луч соединен с землей, параметры RC-цепочек рассчитываются по формулам:
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000005
где СAN, RAN - параметры RC-цепочек в схеме до преобразования, включаемые между фазой и землей; СAB, RAB - параметры RC-цепочек в схеме до преобразования, включаемые между фазами;
Figure 00000006
- полные комплексные сопротивления; Ск.пог - погонная емкость кабеля по прямой последовательности; Lш - индуктивность ошиновки; Lк=Lк.погlк - индуктивность кабеля; Lк.пог - погонная емкость кабеля при высоких частотах; Сд - емкость фазы двигателя; lк - длина кабеля, Сф - фазная емкость питающего кабеля; ω - угловая частота сети; RA, RN, СA, СN, - сопротивления и емкости RC-цепочек в схеме после преобразования;
Figure 00000007
- полные комплексные сопротивления; j - мнимая единица.
На фиг.1 представлена высоковольтная сеть, питающая электродвигатель с предлагаемой схемой защиты от перенапряжений. На схеме цифрами обозначены: 1 - трехфазный источник переменного напряжения; 2 - вакуумный выключатель; 3 - питающий кабель; 4 - электродвигатель; 5 - защитные RC-цепочки.
Устройство работает следующим образом. При отключении электродвигателя (4) вакуумным выключателем (2) от источника (1) в камере выключателя происходит расхождение контактов (подвижный контакт отходит от неподвижного) и разновременное размыкание контактов выключателя. После отключения первым полюсом выключателя тока в дугогасительной камере может возникнуть процесс повторных зажиганий дуги. Он возникает из-за того, что электрическая прочность межконтактного промежутка в некоторые моменты времени может оказаться меньше восстанавливающего напряжения на контактах выключателя. В результате происходит пробой межконтактного промежутка, что приводит к возникновению высокочастотного колебательного процесса.
Предлагаемая схема защиты позволяет устранить недостатки существующих схем включения [1, 3] и обеспечивает лучшую защиту от перенапряжений как на главной изоляции электрооборудования, так и между фазами.
Рассмотрим подробно вывод формул для расчета предлагаемой схемы защиты. В соответствии с [1] параметры RC-цепи, подключаемой между фазой и землей, предлагается выбирать из следующих соотношений:
Figure 00000008
Figure 00000009
Figure 00000010
где Ск.пог - погонная емкость кабеля по прямой последовательности; Lш - индуктивность ошиновки; Lк.пог - погонная емкость кабеля при высоких частотах; Сд - емкость фазы двигателя; lк - длина кабеля.
В соответствии с [3] параметры RC-цепочек, подключаемых между фазами, выбираются из следующих соотношений:
Figure 00000011
Figure 00000012
где Сф - фазная емкость питающего кабеля; Сд - емкость электродвигателя; Lк - индуктивность кабеля на высоких частотах; Lш - индуктивность ошиновки.
В общем случае для оптимальной защиты от перенапряжений, возникающих между фазой и землей и между двумя фазами, необходимо включить шесть RC-цепочек (3 между фазой и землей и 3 между фазами). Такое включение образует многоугольник сопротивлений, который можно преобразовать в эквивалентную звезду. В [4] приводятся формулы для преобразования звезды сопротивлений в эквивалентный многоугольник (фиг.2).
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015
где
Figure 00000016
Получим формулы обратного преобразования полного многоугольника в многолучевую звезду. Так как элементы
Figure 00000017
, симметричны, то можно записать:
Figure 00000018
Вычислим проводимость согласно (13) с учетом выражений (14)
Figure 00000019
Подставив (15) с учетом (14) в выражения (11) и (12) получим:
Figure 00000020
Figure 00000021
Из (17), выразив
Figure 00000022
и подставив в (16), получим:
Figure 00000023
или
Figure 00000024
Подставив (18) в (17), получим
Figure 00000025
Таким образом, схема из шести RC-цепочек преобразуется в эквивалентную схему, содержащую четыре RC-цепи. Их параметры будут рассчитываться следующим образом:
1. по формулам (6)-(10) рассчитываем параметры RC-цепочек, подключаемых между фазами, между фазами и землей;
2. переходим к комплексным значениям сопротивлений по формулам:
Figure 00000026
где RNA, CNA - параметры RC-цепочек, подключаемых между фазой и землей, вычисляемые по формулам (6)-(8); RAB, CAB - параметры RC-цепочек, подключаемых между фазами, вычисляемые по формулам (9), (10); ω - угловая частота сети.
3. по формулам (18), (19) вычисляем параметры RC-цепочек в эквивалентной схеме замещения;
4. осуществляем обратный переход от комплексных значений к действительным по формулам:
Figure 00000027
Исходя из всего вышеизложенного, получаем окончательные формулы для вычисления параметров предлагаемой защитной схемы, которые и представлены в выражениях (1)-(5).
Проиллюстрируем расчет параметров предлагаемой схемы на примере.
Пример 1. Требуется защитить электродвигатель 6 кВ мощностью 400 кВ с помощью RC-цепочки у его зажимов. Длина соединительного кабеля lк=100 м, сечение 70 мм2.
Вычисляем емкость двигателя, в соответствии с [1] она равна:
Figure 00000028
В соответствии с (1) вычисляем параметры RC-цепей, включаемых между фазой и землей. Емкость RC-цепочки, подключаемой между фазой и землей:
Figure 00000029
где Ск.пог=0,39 мкФ/км - погонная емкость кабеля по прямой последовательности.
Индуктивность схемы:
Figure 00000030
где Lш=25·10-6 Гн - индуктивность ошиновки, Lк.пог=0,1-10-3 мГн/км - погонная индуктивность кабеля на высоких частотах.
Сопротивление RC-цепочки, подключаемой между фазой и землей, будет равно:
Figure 00000031
В соответствии с (2) вычисляем параметры RC-цепочек, подключаемых между фазами:
Figure 00000032
Figure 00000033
где Lк=Lк.погlк=0,1·10-3·0,1=1·10-5 - индуктивность кабеля при высоких частотах; Сф=Ск/1,825=Ск.пог·l/1,825=2,137·10-8 Ф - фазная емкость кабеля (для кабелей с бумажно-масляной изоляцией 6-10 кВ и секторными жилами справедливы соотношения Ск=Сф+3Сфф; Сфф=0,275Сф [3]).
Вычисляем комплексы сопротивлений в соответствии с (3):
Figure 00000034
Figure 00000035
где RAB, CAB - сопротивление RC-цепи, подключаемой между фазами; RNA, CNA - сопротивление RC-цепи, подключаемой между фазой и землей.
Вычисляем комплексные сопротивления в схеме замещения по формулам (4):
Figure 00000036
Figure 00000037
В соответствии с (5) переходим к действительным значениям:
Figure 00000038
Figure 00000039
Подключение рассчитанных RC-цепочек осуществляется по схеме, представленной на фиг.1.
Литература
1. Руководство по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений. 2-е изд. [Текст]: РД 153-34.3-35.125-99: утв. РАО ЕЭС России 12.07.1999. - СПб.: ПЭИПК Минтопэнерго РФ, 1999. - 353 с.
2. Беляков Н.Н. Защита от перенапряжений установок с вакуумными выключателями [Текст] / Н.Н.Беляков // Электрические станции. - 1994. - №9.
3. Пат.2305887 Российская Федерация, МПК Н02Н 9/04, H02J 3/20. Высоковольтная электрическая сеть с электродвигателями [Текст] / Качесов В.Е.; заявитель и патентообладатель Новосибирский государственный технический университет. - №2005121361/09; заявл. 07.07.2005; опубл. 10.09.2007, Бюл.№25. - 12 с.: ил.
4. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования. 3-е изд. [Текст]: РД 153-34.0-20.527-98: утв. Департаментом стратегии развития и научно-технической политики 23.03.1998. - М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2001. - 131 с.

Claims (1)

  1. Комбинированный трехфазный резистивно-емкостный ограничитель перенапряжений, состоящий из последовательных RC-цепочек, отличающийся тем, что защитные последовательные RC-цепочки подключены у защищаемого оборудования и соединены по схеме четырех лучевой звезды, три луча которой включены в защищаемые фазы, а один луч соединен с землей, параметры RC-цепочек рассчитываются по формулам
    Figure 00000040

    Figure 00000041

    Figure 00000042

    Figure 00000043

    Figure 00000044

    где CAN, RAN - параметры RC-цепочек в схеме до преобразования, включаемые между фазой и землей; СAB, RAB - параметры RC-цепочек в схеме до преобразования, включаемые между фазами;
    Figure 00000045
    - полные комплексные сопротивления; Ск.пог - погонная емкость кабеля по прямой последовательности; Lш - индуктивность ошиновки; Lк=Lк.погlк - индуктивность кабеля; Lк.пог - погонная емкость кабеля при высоких частотах; Сд - емкость фазы двигателя; lк - длина кабеля; Сф - фазная емкость питающего кабеля; ω - угловая частота сети; RA, RN, СA, CN - сопротивления и емкости RC-цепочек в схеме после преобразования;
    Figure 00000046
    - полные комплексные сопротивления; j - мнимая единица.
RU2009114298/09A 2009-04-14 2009-04-14 Комбинированный трехфазный резистивно-емкостный ограничитель перенапряжений RU2394326C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009114298/09A RU2394326C1 (ru) 2009-04-14 2009-04-14 Комбинированный трехфазный резистивно-емкостный ограничитель перенапряжений

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009114298/09A RU2394326C1 (ru) 2009-04-14 2009-04-14 Комбинированный трехфазный резистивно-емкостный ограничитель перенапряжений

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2394326C1 true RU2394326C1 (ru) 2010-07-10

Family

ID=42684764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009114298/09A RU2394326C1 (ru) 2009-04-14 2009-04-14 Комбинированный трехфазный резистивно-емкостный ограничитель перенапряжений

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2394326C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102510054A (zh) * 2011-11-07 2012-06-20 河南博特电气有限公司 阻容吸收器及其制作方法
RU2706637C1 (ru) * 2019-03-26 2019-11-19 Илья Николаевич Джус Устройство для защиты вакуумнокоммутируемого оборудования от перенапряжений

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102510054A (zh) * 2011-11-07 2012-06-20 河南博特电气有限公司 阻容吸收器及其制作方法
CN102510054B (zh) * 2011-11-07 2016-02-03 靳力 阻容吸收器及其制作方法
RU2706637C1 (ru) * 2019-03-26 2019-11-19 Илья Николаевич Джус Устройство для защиты вакуумнокоммутируемого оборудования от перенапряжений

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bucher et al. Comparison of fault currents in multiterminal HVDC grids with different grounding schemes
Wang et al. Performance of shipboard medium-voltage DC system of various grounding modes under monopole ground fault
RU2394326C1 (ru) Комбинированный трехфазный резистивно-емкостный ограничитель перенапряжений
CN202197100U (zh) 变压器中性点接地保护装置
Smugała et al. Distribution transformers protection against high frequency switching transients
Zhao et al. Research on very fast transient overvoltage during switching of disconnector in 550kV GIS
Chen et al. Development of arc-guided protection devices against lightning breakage of covered conductors on distribution lines
Ur-Rehman et al. Design and fabrication of a high voltage lightning impulse generator
Moraes et al. Assessment of lightning overvoltages on lines with different voltages sharing the same structures
Smugała et al. New approach to protecting transformers against high frequency transients–wind turbine case study
Amarnath et al. Very fast transient over-voltages and transient enclosure voltages in gas insulated substations
Datsios et al. Protection of distribution transformer against arising or transferred fast-front overvoltages: Effects of surge arrester connection conductors length
Birkl et al. Extremely high lightning currents a newly designed surge generator and some practical applications
Florea et al. Considerations on the line capacitance under surge corona discharge
Xuni et al. Study on 330kV GIS Transient Enclosure Voltage Caused by Disconnecting Switch Operation
Chi et al. Comparison and analysis on Very Fast Transient Overvoltage based on 550kV GIS and 800kV GIS
Koeppl et al. New aspects for neutral grounding of generators considering intermittent faults
Seki et al. Earth system and improvement plan for shield of cable with separable connector
Smugala et al. Protecting distribution transformers against very fast transients due to switching operation
Bongiolo et al. Analysis of transients in simulations of vacuum circuit breaker switching
RU44008U1 (ru) Устройство для защиты электрооборудования от перенапряжений
Paz et al. Energization of the Half-Wavelength Transmission Trunk Considering the Occurrence of Single Phase Fault
CN202678957U (zh) 六支路过电压限制器
Fabián et al. Protection scheme half wavelength transmission trunk using conventional relay
Ardakani et al. Mitigation Lightning-Induced Overvoltages Transmitted Over Distribution Transformer by The Multi-Chamber Arresters

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110415