UA19276U

UA19276U - Combined protective device based on a transformer and a reactor

Info

Publication number: UA19276U
Application number: UAU200605847U
Authority: UA
Inventors: Oleksandr Mykolaiov Andriienko; Dmytro Volodymyrovy Zhuravliov; Adolf Ivanovych Nazarov
Original assignee: Univ Zaporizhia Nat Technical
Priority date: 2006-05-29
Filing date: 2006-05-29
Publication date: 2006-12-15

Abstract

The proposed combined protective device based on a transformer and a reactor is designed for protecting a power transformer and contains a compensating transformer, a low-voltage reactor, high voltage limiters, and low voltage limiters. The windings of the compensating transformer and the low-voltage reactor are connected in parallel to the primary windings of the power transformer. The high voltage limiters are inserted between the terminals of the primary windings and the neutral wire of the power transformer. The low voltage limiters are inserted between the terminals of the reactor.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель належить до галузі електромеханіки і енергетики і призначений для захисту 2 електроустановок в мережах напругою 6-10-35КВ з метою забезпечення до безпечних розмірів параметрів перенапруг і ударних струмів високих частот при технологічних режимах, які змінюються особливо у дугових та руднотермічних печах металургійних підприємств, а також при аварійних ситуаціях у моменти виникнення металевих і через електричну дугу замкнень на землю, особливо у моменти виникнення однофазних дугових замкнень на секції або у протяжному кабелі без навантаження. 70 Корисна модель також підвищує надійність та знижує витрати електричної енергії завдяки зниженню коливань, відхилень, несиметрії та несинусоїдальності а також високих частот у напругах та токах при вказаних режимах.The useful model belongs to the field of electromechanics and power engineering and is intended for the protection of 2 electrical installations in 6-10-35KV voltage networks in order to ensure the parameters of overvoltages and high-frequency shock currents to safe dimensions during technological regimes that change, especially in arc and ore-thermal furnaces of metallurgical enterprises, as well as in emergency situations at the time of occurrence of metallic and due to electric arcing to the ground, especially at the time of occurrence of single-phase arcing at the section or in the extended cable without load. 70 The useful model also increases reliability and reduces electrical energy consumption due to reduction of oscillations, deviations, asymmetry and non-sinusoidality, as well as high frequencies in voltages and currents at the indicated modes.

Відомий пристрій компенсації однофазних струмів замкнення на землю в мережах 6-10кВ |Авторське свідоцтво СРСР Мо547906, М.Кл7, НО2НО/00, 1975), який містить трифазний силовий трансформатор з т п'ятистрижневим магнітопроводом, первинні обмотки якого з'єднані по схемі зірки з заземленою нейтралю і під'єднані до живлячої системи шин, а вторинні обмотки з'єднані в розімкнутий трикутник і до них під'єднаний дросель з немагнітними зазорами у магнітопроводі. Трансформатор і дросель розміщені в одному боці.A known device for compensating single-phase earth fault currents in networks of 6-10kV (USSR copyright Mo547906, M.Kl7, НО2НО/00, 1975), which contains a three-phase power transformer with a five-pole magnet wire, the primary windings of which are connected according to the scheme stars with a grounded neutral and connected to the busbar supply system, and the secondary windings are connected in an open triangle and a choke with non-magnetic gaps in the magnet wire is connected to them. The transformer and choke are placed on the same side.

Основними недоліками пристрою є неможливість обмеження перенапруг всього спектра частот на непошкоджених фазах та в нейтралі мережі, а також ударних струмів при дугових замкненнях фази на землю, відсутність симетрируючих та фільтрокомпенсуючих можливостей при несиметричних навантаженнях, неможливість зниження параметрів резонансних і комутаційних процесів при неповнофазних режимах та відключеннях пошкодженого електрообладнання.The main disadvantages of the device are the impossibility of limiting overvoltages of the entire frequency spectrum on undamaged phases and in the neutral of the network, as well as shock currents in the event of phase-to-ground arcing, the absence of symmetrizing and filter-compensating capabilities for asymmetric loads, the impossibility of reducing the parameters of resonance and switching processes in incomplete phase modes and disconnections damaged electrical equipment.

Відомий пристрій обмеження внутрішніх перенапруг та ферорезонансних процесів у мережах з компенсацією ємнісних струмів замкнення на землю |Патент Російської Федерації Мо1836774, М.Кл.? НО2НО/00, 1993), який містить силовий трансформатор з дугогасильною котушкою у нейтралі його високовольтної обмотки та - спеціальний компенсуючий трансформатор з діагональним реактором між виводами його низьковольтної обмотки, які працюють у паралельному режимі з наявністю функціональних електромагнітних зв'язків завдяки розробленим схемам управління у вторинних колах трансформаторів струму в нейтралях високовольтних с 20 обмоток вказаних трансформаторів та реле напруги між виводами низьковольтної обмотки компенсуючого трансформатора. -A known device for limiting internal overvoltages and ferroresonance processes in networks with compensation of capacitive ground fault currents | Patent of the Russian Federation Mo1836774, M.Kl.? НО2НО/00, 1993), which contains a power transformer with an arc extinguishing coil in the neutral of its high-voltage winding and a special compensating transformer with a diagonal reactor between the terminals of its low-voltage winding, which work in parallel mode with the presence of functional electromagnetic connections due to the developed control schemes in secondary circuits of current transformers in the neutrals of the high-voltage s 20 windings of the specified transformers and the voltage relay between the terminals of the low-voltage winding of the compensating transformer. -

Однак при достатньому обмеженні високочастотних перенапруг та ферорезонансних процесів інші сч вищевказані недоліки зберігаються та додається необхідність виконання та обслуговування необхідних схем релейного захисту, що знижує ефективність комбінованого функціонування пристрою при складних аварійних /--Ф3 зв режимах у мережі. «-However, with sufficient limitation of high-frequency overvoltages and ferroresonance processes, the other above-mentioned disadvantages remain and the need to perform and maintain the necessary relay protection schemes is added, which reduces the efficiency of the combined operation of the device in complex emergency /--Ф3 zv modes in the network. "-

Відомий пристрій обмеження параметрів електромагнітних процесів при технологічних і аварійних режимах у високовольтних електричних мережах промислових підприємств (Патент України на винахід Мо29262 від 16.10.2000 Бюл. Мо5-11), який містить трансформатор з п'ятистрижневим магнітопроводом, на якому розміщені первинні обмотки, з'єднані по схемі зірки з виведеною нейтраллю, вторинні обмотки, виконані по схемі « 20 розімкнутого трикутника та однофазний високовольтний реактор, під'єднаний між нейтраллю первинної обмотки, -о розімкнутим трикутником вторинної обмотки і землею. с Недоліком даного пристрою при використанні у кабельних мережах 6-10кВ, які живлять дугові та :з» руднотермічні печі, при обмеженні високочастотних перенапруг та резонансних процесів, які виникають при замкнених фази на секції або у протяжному кабелі без навантаження, а також неповнофазних режимах роботи 415 однофазних комутаційних апаратів є виникнення тривалих по терміну(часу) перехідних режимів у мережі та - коливальних процесів на живлячих секціях.A known device for limiting the parameters of electromagnetic processes in technological and emergency modes in high-voltage electrical networks of industrial enterprises (Patent of Ukraine for an invention No. 29262 dated 16.10.2000 Bul. Mo5-11), which contains a transformer with a five-core magnet wire, on which the primary windings are placed, with connected according to the star scheme with the neutral drawn out, the secondary windings made according to the "20 open triangle" scheme and a single-phase high-voltage reactor connected between the neutral of the primary winding, the open triangle of the secondary winding and the ground. c The disadvantage of this device when used in cable networks of 6-10 kV, which feed arc and "z" ore-thermal furnaces, when limiting high-frequency overvoltages and resonance processes that occur when the phases are closed on a section or in a long cable without load, as well as incomplete phase modes of operation 415 single-phase switching devices is the emergence of long-term transient modes in the network and - oscillatory processes on the feeder sections.

Поставлене завдання виконується шляхом створення комбінованого трансформаторно-реактивного се) пристрою, електрична схема якого приведена на фіг. 1 і містить силовий трансформатор, первинна обмотка 1The task is performed by creating a combined transformer-reactive se) device, the electrical circuit of which is shown in fig. 1 and contains a power transformer, primary winding 1

ГФ якого з'єднана по схемі зірки з виведеною нейтраллю, а вторинна обмотка 2 з'єднана по схемі розімкненого 5р трикутника, причому обидві обмотки є високовольтними з коефіцієнтом трансформації, близької до одиниці та - конструкцією магнітопроводу, магнітна система якого перебуває у режимі насичення та переходить до режимуThe GF of which is connected according to the scheme of a star with the removed neutral, and the secondary winding 2 is connected according to the scheme of an open 5p triangle, and both windings are high-voltage with a transformation coefficient close to unity and - the design of a magnetic circuit, the magnetic system of which is in the saturation mode and enters the mode

Ф допустимого перенасичення при виникненні дугового замкнення фази на землю.Ф of permissible oversaturation in the event of arcing of a phase to the ground.

Між нейтраллю первинної обмотки і землею під'єднаний високовольтний компенсуючий реактор З з необхідною кількістю регулюючих відведень з метою забезпечення режиму допустимої перекомпенсації при мінливих розмірах однофазних токів замкнення у мережі, причому виводи вторинної обмотки з'єднані безпосередньо з виводами компенсуючого реактора. с Паралельно первинним обмоткам силового трансформатора під'єднані високовольтні обмотки 4 трифазного компенсуючого трансформатора, з'єднані по схемі з заземленою нейтраллю, а між виводами його низьковольтної обмотки 5, з'єднаної по схемі розімкнутого трикутника. під'єднаний низьковольтний реактор 6 з во певною кількістю виводів для змінення для необхідності його індуктивного опору.Between the neutral of the primary winding and the ground, a high-voltage compensating reactor Z is connected with the required number of regulating taps in order to ensure the mode of permissible overcompensation with variable sizes of single-phase short-circuit currents in the network, and the terminals of the secondary winding are connected directly to the terminals of the compensating reactor. c In parallel with the primary windings of the power transformer, the high-voltage windings 4 of the three-phase compensating transformer are connected, connected according to the scheme with a grounded neutral, and between the terminals of its low-voltage winding 5, connected according to the open triangle scheme. connected low-voltage reactor 6 with a certain number of terminals for changing its inductive resistance as necessary.

Між з'єднаними виводами вторинної обмотки 2 трансформатора та високовольтного реактора 3, а також між виводами та нейтраллю високовольтних обмоток 4, 5 компенсуючого трансформатора під'єднані високовольтні обмежувачі напруги 7 і 8, між виводами низьковольтного реактора 6 під'єднаний низьковольтний обмежувач перенапруги 9. ве За допомогою комутаційного апарата 10 захисний пристрій під'єднується до живлячої секції 11.Between the connected terminals of the secondary winding 2 of the transformer and the high-voltage reactor 3, as well as between the terminals and the neutral of the high-voltage windings 4, 5 of the compensating transformer, high-voltage voltage limiters 7 and 8 are connected, between the terminals of the low-voltage reactor 6, a low-voltage surge limiter 9 is connected. With the help of the switching device 10, the protective device is connected to the power section 11.

Сучасна типова схема заводських підстанцій містить мінімум два силових трансформатора, які живлять при нормальних режимах електричне не зв'язані навантаження секцій, рівних за розміром максимально їх половинній, а практично навіть меншій потужності, яка наближається до небажаного режиму холостого хода при ізольованій нейтралі високовольтних обмоток 6-10кВ.The modern typical scheme of factory substations contains at least two power transformers, which, under normal conditions, feed the electrically unconnected load of the sections, equal in size to at most half of them, and practically even less power, which approaches the undesirable idling mode with an isolated neutral of the high-voltage windings 6 -10 kV.

При духовому замкненні фази на живлячій секції 11 або в протяжному кабелі без навантаження високочастотні перенапруги при резонансних процесах між результуючій індуктивністю реакторів 3,6 та ємністю живленої мережі знижаються практично до безпечних розмірів обмежувачами перенапруг 8 за рахунок паралельної роботи первинних обмоток 1 силового трансформатора з високовольтними обмотками 4 трифазного компенсуючого трансформатора, які мають глухе заземлення нейтралі. Обмежувачі перенапруги 7 і 70 9, під'єднані між об'єднаними виводами вторинної обмотки 2 та реактора 3, а також - низьковольтної обмотки 5 та реактора 6 відповідно, забезпечують усунення високих частот у знижених перенапругах практично до промислової частоти. Регулюючі відведення в обмотках реактора забезпечують їх комбіновану настройку у режимі перекомпенсації для усунення режимів резонансу або недокомпенсації при нормальній експлуатації.When the phase is closed on the power section 11 or in the extension cable without load, high-frequency overvoltages during resonance processes between the resulting inductance of the reactors 3,6 and the capacity of the supplied network are reduced to practically safe sizes by overvoltage limiters 8 due to the parallel operation of the primary windings 1 of the power transformer with high-voltage windings 4 three-phase compensating transformers, which have a blind grounding of the neutral. Overvoltage limiters 7 and 70 9, connected between the combined terminals of the secondary winding 2 and reactor 3, as well as the low-voltage winding 5 and reactor 6, respectively, ensure the elimination of high frequencies in reduced overvoltages almost to the industrial frequency. Regulating taps in the reactor windings ensure their combined adjustment in overcompensation mode to eliminate resonance or undercompensation modes during normal operation.

При виникненні неповнофазних режимів при наявності однофазного замикання на землю або перехідних та 7/5 Коливальних процесів у мережі після відключення пошкодженого обладнання фазні напруги можуть збільшитись знов до небажаних розмірів для ізоляції електротехнічного обладнання.In the event of partial phase modes in the presence of a single-phase ground fault or transient and 7/5 oscillatory processes in the network after disconnection of the damaged equipment, the phase voltages may increase again to undesirable levels for the isolation of electrical equipment.

Однак в таких випадках магнітна система силового трансформатора переходить в допустимий по терміну режим допустимого розрахункового перенасичення магнітної системи з натуральним зниженням індуктивних опорів первинної 1 та вторинної 2 обмоток одночасно, чим забезпечується знов обмеження перенапруги до розмірів, близьких до значень фазних напруг промислової частоти, які забезпечують у свою чергу повернення магнітної системи трансформатора у стаціонарний режим насичення.However, in such cases, the magnetic system of the power transformer goes into the permissible mode of permissible calculated oversaturation of the magnetic system with a natural decrease in the inductive resistances of the primary 1 and secondary 2 windings at the same time, which again ensures the limitation of overvoltage to sizes close to the values of the phase voltages of the industrial frequency, which provide in turn, the return of the magnetic system of the transformer to the stationary mode of saturation.

Крім того, індивідуальні обмежувачі перенапруг у комплексі з режимами насичення магнітних систем силового трансформатора та трифазного компенсуючого пристрою з високовольтним та низьковольтним реакторами, які мають необхідну кількість відводів для змін в заданих межах розмірів їх індуктивних опорів, г Забезпечують підвищення симетрируючих та фільтрокомпенсуючих можливостей, обмеження параметрів комутаційних процесів, усунення резонансних і ферорезонансних явищ, зниження ударних струмів в момент о, замкнення фази на землю при неповнофазних режимах живлення з ефективним скороченням терміну переходних режимів та повним усуненням можливості виникнення коливальних процесів.In addition, individual overvoltage limiters in a complex with saturation modes of magnetic systems of a power transformer and a three-phase compensating device with high-voltage and low-voltage reactors, which have the necessary number of taps for changes within the specified limits of the sizes of their inductive resistances, g Provide an increase in balancing and filter-compensating capabilities, limiting parameters switching processes, elimination of resonance and ferroresonance phenomena, reduction of inrush currents at the moment o, phase-to-ground closure in partial-phase power supply modes with effective reduction of the duration of transient modes and complete elimination of the possibility of oscillating processes.

У випадку можливого пошкодження захисний пристрій відмикається за допомогою відомих пристроїв «о зо релейного захисту без витримки часу комутаційним апаратом 10 живлючої секції 11.In case of possible damage, the protective device is unlocked with the help of known devices "ozo relay protection without time delay by the switching device 10 of the power section 11.

Пристрій забезпечує розширений діапазон компенсації однофазних струмів замкнення на землю при його - конструктивній та функціональній простоті та компактності. сThe device provides an extended range of compensation of single-phase earth fault currents with its structural and functional simplicity and compactness. with

Claims

The formula of the invention

35 h-

Combined transformer-reactor protective device, which contains a three-phase power transformer, the primary windings of which are connected in a star scheme with a removed neutral and connected to the network, and the secondary winding is connected in an open triangle, and a single-phase high-voltage reactor connected by its "

70 terminals with the terminals of the secondary winding, the neutral of the primary windings is connected to one terminal of the reactor, and the second terminal of the reactor is grounded for 7 seconds, which differs in that during arcing of a phase on a section or in a stretched cable without load, parallel to the primary windings of the power transformer are connected: c» the high-voltage windings of the compensating transformer, connected according to the star scheme with a grounded neutral, and between the terminals of its low-voltage winding, connected according to the open triangle scheme, a low-voltage reactor is connected, the reactors have the necessary number of leads to change within the specified limits of their sizes inductive - resistances, connected in parallel to the terminals of the secondary winding of the transformer and the high-voltage reactor, as well as between the terminals and the neutral of the high-voltage windings of the compensating transformer, high-voltage surge limiters are connected, and between the terminals of the low-voltage reactor, a low-voltage surge limiter is connected, and a magnetic system trance the former is in the saturation mode and passes

5p In the mode of permissible calculated oversaturation with regulated saturation of the magnetic system - the compensating transformer with magnetic fluxes at the moment of arcing of the phase to the ground. 42)

with

60 b5