ДУГОГАСИТЕЛЬНЫЕ РЕАКТОРЫ ЗАЩИТЫ ОТ ТОКА ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

Компенсация тока замыкания на землю

Чаще всего причиной неполадок работы распределительных сетей является короткое замыкание на землю.

Чтобы свести к минимуму последствия короткого замыкания на землю, успешно применяется метод компенсации тока замыкания на землю. Это означает, что нейтраль системы заземляется через реактор с высоким полным сопротивлением, так называемую дугогасительную катушку, которая настраивается в соответствии с емкостным сопротивлением сети относительно земли.

Основываясь на многолетнем опыте, компания Trench продолжает разрабатывать традиционную технологию компенсации тока замыкания на землю. С помощью новаторской конструкции электрических аппаратов и использования современной электроники и технологий обработки данных, мы создали высокотехнологичную систему защиты от короткого замыкания на землю, которая устанавливает новый стандарт безопасности в энергетической промышленности.

Система защиты от короткого замыкания на землю фирмы Trench Austria включает в себя следующие функциональные единицы:

Дугогасительная катушка с постоянной регулировкой;

Контроллер компенсации тока замыкания на землю на основе микропроцессора;

Селективное определение местоположения низкоомных и высокоомных замыканий на землю;

Подавление остаточного тока для сведения к минимуму риска в месте короткого замыкания на землю в результате продолжительного короткого замыкания на землю.

Эти функциональные единицы оптимально сочетаются в комплексе, но могут также быть использованы и по отдельности. При их проектировании предусматривается максимально возможная совместимость их с оборудованием от других производителей.

Рис. 1.

Контроллер компенсации тока замыкания на землю/детектор тока замыкания на землю

Остаточный сверхток

напряжение нейтрали относительно земли ∆L [∆C]

Дугогасительная катушка

Питающая линия 1

Питающая линия n

Основной режим работы

Тип защиты, описанный в данном проспекте, рассчитан на средне- и высоковольтные системы, имеющие компенсацию тока замыкания на землю. По сравнению с другими принципами заземления нейтрали сети, этот метод имеет ряд преимуществ, таких как повышенное качество электроснабжения, безопасность для обслуживающего персонала, а также снижение косвенных убытков, возникающих в результате короткого замыкания на землю.

По сравнению с методом низкоомного заземления нейтрали, для уменьшения тока повреждения в скомпенсированных системах требуются очень надежные и селективные защитные устройства для выявления коротких замыканий на землю и определения их местоположения.

Для разъяснения принципа работы системы защиты от коротких замыканий на землю, разработанной компанией Trench Austria, на фигуре 2 представлена в упрощенном виде схема нулевой последовательности распределительной сети во время короткого замыкания на землю.

Эта эквивалентная схема основана на допущении, что симметрия трехфазной системы восстанавливается если, при условии неполадки в точке Х, источник напряжения Е соединен последовательно с переходным сопротивлением в месте короткого замыкания Zf, что соответствует фазному напряжению до неполадки (близко к значению фазного напряжения системы). Тогда система нулевой последовательности, образованная источником напряжения Е, которая замещает симметричную систему, может быть использована для подробного описания системы защиты от короткого замыкания на землю.

Общее емкостное сопротивление на землю сети, состоящее из емкостных сопротивлений всех нормально работающих линий (С1, С2, С3…) и линии, на которой возникла неполадка (Сn), образует резонансный контур с реактивным сопротивлением дугогасительной катушки L, установленной между нейтралью N и землей. На резонансный контур подается фазное напряжение Е через переходное сопротивление в месте короткого замыкания Zf. Потери в системе с нулевой последовательностью, включая потери в дугогасительной катушке, обозначаются как параллельное [шунтирующее] сопротивление R.

Токи, протекающие через ёмкости относительно земли (С1 … Сn) линий, компенсируются индуктивным током в дугогасительной катушке. Если резонансная настройка точна, то только омический остаточный ток протекает через участок Х, на котором возникла неполадка.

Переходное сопротивление в месте короткого замыкания Zf обозначает электрическое возмущение между одной фазой и землей, приводящее к нестабильности сети. Уровень переходного сопротивления в месте короткогозамыкания Zf определяет уровень напряжения нейтрали относительно земли Uo в дугогасительной катушке. При физическом коротком замыкании на землю переходное сопротивление в месте короткого замыкания Zf можно принять за ноль; а в нейтрали N напряжение нейтрали относительно земли Uo равно полному фазному напряжению Е. Однако, при высоком переходном сопротивлении Zf, т.е. когда Zf>>R, как в случае естественного емкостного дисбаланса или при коротком замыкании на землю через большое сопротивление, напряжение нейтрали относительно земли Uo значительно меньше фазного напряжения Е.

Рис. 2.

Система нулевой последовательности в случае короткого замыкания на землю.

питающая линия.

На основе многолетнего опыта создания дугогасительных катушек, конструкция катушки была тщательно пересмотрена, в результате чего была создана новая серия дугогасительных катушек, которые соответствуют сегодняшним технологическим требованиям компенсации короткого замыкания на землю. С помощью современных методов планирования и производства было достигнуто значительное снижение себестоимости катушек с втяжным сердечником. Кроме того, время, необходимое для регулировки катушки с втяжным сердечником, можно свести до нескольких секунд с помощью высокоскоростного механического привода.

Дугогасительная катушка

Дугогасительная катушка является центральным элементом защитной системы. Поскольку характеристики сети имеют свойство меняться, то и индуктивность дугогасительной катушки, используемой для заземления нейтрали, должна иметь возможность регулировки. Есть два основных принципа регулировки индуктивности:

Переключение операций в катушке, когда витки или секции катушки соединены или разъединены (секционная катушка), или

Непрерывное изменение магнитного сопротивления дугогасительной катушки посредством механического привода (катушка с втяжным сердечником).

В системе защиты от короткого замыкания на землю компании Trench Austria предпочтительно использовать катушку с втяжным сердечником, чем катушку со ступенчатой регулировкой индуктивности, т.к.

Для изменения индуктивности не требуется никаких операций переключения; переключение может легко вызвать возмущение сети во время короткого замыкания на землю;

Катушки с втяжным сердечником можно переключать точно на минимальный ток в месте короткого замыкания, для компенсации резонанса благодаря возможности непрерывной регулировки.

Управление компенсацией короткого замыкания на землю (EFC 30)

При изменении параметров сети дугогасительная катушка должна быть как можно скорее настроена в соответствие с новыми параметрами сети. Эту задачу выполняет контроллер компенсации тока короткого замыкания на землю EFC 30 фирмы Trench Austria. Он автоматически регулирует индуктивность L

дугогасительной катушки в соответствии с фактической конфигурацией сети, при чем не требуется вмешательства обслуживающего персонала или использование диспетчерского управления и сбора данных (SCADA).

Если в нормально функционирующей системе – когда Zf>>R – индуктивность L дугогасительной катушки постоянно меняется, на графике зависимости напряжения нейтрали относительно земли Uo от индуктивности L представлена резонансная кривая, наивысшая точка которой приходится на резонансную регулировку.

Это правило используется контроллером EFC 30 для регулировки дугогасительной катушки. Если напряжение нейтрали относительно земли превышает предустановленный порог по причине изменения параметров высоковольтной системы, выполняется процедура настройки с использованием контроллера EFC 30. Посредством непрерывного измерения напряжения нейтрали относительно земли Uo дугогасительная катушка настраивается с новыми параметрами.

После успешной настройки катушки, контроллер EFC 30 непрерывно регистрирует напряжение нейтрали относительно земли Uo и начинает работать только в случае, если напряжение нейтрали относительно земли Uo превышает порог в течение предустановленного промежутка времени. Значения напряжения нейтрали относительно земли, полученные в течение процесса регулировки, используются для определения параметров системы с нулевой последовательностью (степень дисбаланса, степень регулировки дугогасительной катушки и затухание в системе с нулевой последовательностью), которые позволяют, помимо прочего, дать оценку изоляции заземления сети в течение более долгого периода времени.

Рис. 3

Контроллер EFC 30

Обнаружение неисправной питающей линии

В случае короткого замыкания на землю возникает установившийся дисбаланс высоковольтной системы, после того как снижается амплитуда переходных колебаний. Можно измерить напряжение нулевой последовательности Uo и токи нулевой последовательности Io1…Ion всех питающих линий, подсоединенных к шине, с тем чтобы выявить неисправную питающую линию. Исправная питающая линия, имеющая наибольшую ёмкость относительно земли (при неисправной линии n, см. рис. 2), имеет наибольший ток нулевой последовательности в течение короткого замыкания на землю. Это значит, что значение тока нулевой последовательности не может служить критерием для выявления неисправной питающей линии.

Эффективная составляющая тока нулевой последовательности является переменной, имеющей решающее значение для выявления неисправной питающей линии, поскольку сумма всех омических токов системы с нулевой последовательностью протекает через место неисправности Х. Кроме того, ток нулевой последовательности пропорционален токам перекомпенсации и недокомпенсации, протекающим через место неисправности Х.

Долгое время эти два параметра применялись для обнаружения короткого замыкания на землю в ваттметрических и импульсных детекторах короткого замыкания на землю. Для каждого из двух типов реле по одному реле должно было быть установлено на каждую отдельную питающую линию. Таким образом, каждое реле функционировало независимо от других.

Детектор короткого замыкания на землю (EFD)

Принцип обнаружения короткого замыкания на землю, разработанный компанией Trench Austria, в корне отличается от существующих методов, основанных на централизованном сборе данных и обработке сигналов нулевой последовательности.

Система измерения детектора короткого замыкания на землю, разработанная Trench Austria, основана на том принципе, что, как описано выше, смена настройки вызывает пропорционально изменение тока нулевой последовательности в неисправной питающей линии. Значения полной проводимости питающих линий можно определить путем измерения векторов токов нулевой последовательноcти (Io1… Ion) и напряжения нулевой последовательности (Uo) до и после изменений параметров системы с нулевой последовательностью.

Метод проводимости. Io1… Ion и Uo могут быть изменены, например, путем инжекции тока через вспомогательную обмотку дугогасительной катушки в систему с нулевой последовательностью. Основная особенность этой процедуры – это высокая точность измерений и избирательность, позволяющие выявлять высокоомные неполадки свыше 50 кОм. Традиционные детекторы короткого замыкания на землю, работающие независимо не могут показать таких результатов.

В целях иллюстрации фактического распределения тока нулевой последовательности, токи Io1… Ion изображаются вместе с напряжением нулевой последовательности Uo на векторной диаграмме на ЖК-экране детектора короткого замыкания на землю (EFD).

Расстояние до короткого замыкания на землю

Для того чтобы определить расстояние от короткого замыкания на землю до подстанции, неисправная питающая линия трансформируется в замкнутое кольцо с соседней питающей линией, после чего определяется соотношение между значениями полной фазной проводимости обеих питающих линий (так называемый Полигон-метод).

Подавление остаточного тока

В случае продолжительного короткого замыкания на землю, особенно в кабелях, существует риск, что через определенное время короткое замыкание на землю перерастет в короткое замыкание. Последствия короткого замыкания на землю в месте неполадки можно предотвратить путем подавления остаточного тока. Система защиты от короткого замыкания на землю компании Trench Austria дает следующую возможность:

Инжекция уравнительного тока через низковольтную вспомогательную обмотку дугогасительной катушки (ASC).

Инжекция остаточного сверхтока (ОСТ) для компенсации остаточного тока короткого замыкания на землю выполняется с помощью преобразователя статического электричества, который контролируется детектором коротких замыканий на землю с использованием тока нулевой последовательности в неисправной питающей линии. Поскольку катушка с втяжным сердечником может обеспечить точную настройку, номинальная выходная мощность преобразователя может быть ограничена в пределах 10% от уравнительного тока системы с нулевой последовательностью.

Рис. 4. Детектор коротких замыканий на землю.

Дугогасительная катушка (ДГК) (ASC)

Стандартная версия

Катушка с втяжным сердечником – недавно разработанная геометрия магнитной цепи для оптимального магнитного потока, с использованием метода исчисления трехмерного числового поля.

Возможность непрерывной регулировки тока под нагрузкой путем изменения воздушного зазора до втяжного сердечника.

Механическая регулировка положения втяжного сердечника с помощью приводного механизма, который расположен поверх бака, имеет индикатор положения и потенциометр дистанционной индикации.

Опции

Наличие вспомогательной силовой обмотки для непрерывной и/или кратковременной работы в течение двух часов, в режиме 10% от номинальной мощности ДГК (особенно полезно для компенсации остаточного тока).

Наличие высокоскоростного механического привода, с которым максимальное время настройки не превышает 5 сек. (для режимов работы ДГК до 2000 кВА).

Дополнительное оборудование и нестандартные варианты исполнения возможны под заказ.

Рис. 5. Стандартная дугогасительная катушка.

Диапазон установки силы тока	1:10 постоянный режим работы / 1:12,5 кратковременный режим работы 2 часа / 1:10 кратковременный режим работы 2 часа
Точность установки силы тока	Менее 1%
Максимальное время настройки	Около 200 сек.
Напряжение в системе	До 36/√3 кВ
Напряжение в обмотке	100 (110) В, 1 А
Фарфоровые изоляторы	Согласно стандарта DIN
Естественное масляное охлаждение, естественное воздушное охлаждение	ONAN
Тип масла	Technol 2002
Рифленый бак	С воздушной подушкой между поверхностью масла и крышкой бака
Основание оборудовано	С полевыми гладкими катками и четырьмя подъемными кольцами
Обработка поверхности	Грунтовка, промежуточное и 2 финишных покрытия (RAL 7033)
Гильза для термометра
Индикатор уровня масла
Обезвоживающий сапун
Габариты и масса	См. табл. 1

Таблица 1. Технические данные дугогасительной катушки*.

Номинальная мощность**, кВА	Габариты				Масса, кг
	А4, мм	В4, мм	С4, мм	МА, мм
1250 DB / 1600 KB	1970	1470	2200	1070	4390
1600 KB	1700	1230	2200	1070	3480
1600 DB / 2000 KB	2030	1590	2200	1070	4680
2000 KB	1700	1230	2200	1070	3640
2000 DB / 2500 KB	2130	1690	2430	1070	5830
2500 KB	1830	1230	2430	1070	4720
2500 DB / 3150 KB	2130	1690	2430	1070	6130
3150 KB	1830	1230	2430	1070	4880
3150 DB / 4000 KB	2230	1740	2530	1270	8040
4000 KB	1930	1430	2530	1270	5990
4000 DB / 5000 KB	2230	1740	2530	1270	8310
5000 KB	1930	1430	2530	1270	6310
5000 DB / 6300 KB	2460	1740	2870	1505	10490
6300 KB	2180	1710	2840	1505	8360
6300 DB / 8000 KB	2480	1780	2870	1505	10970
8000 KB	2250	1710	2840	1505	9030

* Данные могут меняться.

** DB – непрерывный режим работы.

KB – кратковременный режим работы, 2 часа.

Контроллер компенсации короткого замыкания на землю.

Базовая модель

Контрольное оборудование для дугогасительных катушек на основе микропроцессора.

Прост в обращении, имеет клавиатуру мембранного типа и графический ЖК монитор в передней панели.

Управление с помощью меню, имеется справочная система.

Простота конфигурации функций управления посредством предустановленных значений по умолчанию для параметров, которые можно менять для выполнения нестандартных задач.

Достаточный диапазон настройки параметров для регулировки контроллера в соответствии с входными сигналами и регулировки выходного сигнала контроллера.

Имеет ЖК экран для вывода измеряемых сигналов, используя комбинированный цифровой, аналоговый и графический формат.

Имеет осциллоскоп и функцию быстрого преобразования Фурье для анализа напряжения нейтрали относительно земли.

Возможность оценки прочности изоляции заземления сети путем отслеживания затухания в течение определенного периода времени.

Легкость добавления дополнительного оборудования благодаря модульной конструкции.

Наивысший уровень электромагнитной совместимости согласно европейским стандартам (EN).

Непрерывная самостоятельная регистрация системных функций и вывод текстовых сообщений об ошибках.

Опции

Серийный интерфейс для ПК или модемного соединения, а также для подсоединения к системе диспетчерского управления и сбора данных (SCADA).

Объединение нескольких контроллеров в пределах одной высоковольтной системы.

Автоматический контроль сопротивления для увеличения ваттметрического тока.

Центральный процессор	32-битный транспьютер (процессор с сокращённым набором команд), 1 МБ ОЗУ
Память	1 МБ ОЗУ, 1 МБ ППЗУ для программного кода
Клавиатура	С мембранными клавишами
Экран	ЖК, разрешение 640х200, с подсветкой
Аналоговые входы	диапазон входного сигнала можно менять с помощью программного обеспечения; напряжение нейтрали относительно земли Uo (0-100 В) и сигнал положения катушки (потенциометр или входной ток 0-20мА)
Цифровые входы	2 входа для концевого выключателя ДГК, 2 программно-управляемых входа, 2 импульсных входа от 0,1 с до 2 с, от 24В до 250 В переменного или постоянного тока.
Аналоговые выходы	Внешний дисплей напряжения нейтрали относительно земли Uo (0-20 мА), внешний дисплей линеаризованного положения катушки (0-20мА), дисплеи имеют программное управление.
Цифровые выходы	7 программируемых реле для сигнализации 250 В переменного тока, до 4 А, 1000 В А или 250 В постоянного тока, до 1 А, 100 Вт
Серийный интерфейс (под заказ)	3хRS232 для модема, ПК или SCADA (шина стандарта SPA, соответствует стандарту IEC 870-5-103
Источник питания	110…230 В переменного/постоянного тока, под заказ – 24, 48, 60 В постоянного тока.
Ширина / высота / глубина	483 / 132,5 / 252 мм
Масса	8.2 кг

Детектор коротких замыканий на землю (EFD)

Базовая модель

Аппаратура регулирования на основе микропроцессора для обнаружения коротких замыканий на землю.

Избирательное и надежное обнаружение неисправной питающей линии в скомпенсированных сетях, для низко- и высокоомных замыканий, согласно методу проводимости

Проста в управлении, имеет мембранную клавиатуру и графический ЖК-монитор в передней панели.

Управление с помощью меню, имеется справочная система.

Простота конфигурации функций управления посредством предустановленных значений по умолчанию для параметров, которые можно менять для выполнения нестандартных задач.

Достаточный диапазон настройки параметров для регулировки контроллера в соответствии с входными сигналами и редактирования сообщений контроллера в случае неполадок.

Имеет ЖК экран для вывода измеряемых переменных в виде векторных диаграмм и цифровой индикации.

Предусмотрена функция регистрации неполадок во всех контролируемых каналах и для всех цифровых входов и выходов, более 50 периодов частоты сети, включая 5 периодов перед неполадкой.

Легкость добавления дополнительного оборудования благодаря модульной конструкции.

Наивысший уровень электромагнитной совместимости согласно европейским стандартам (EN).

Предусмотрена возможность подключения контроллера компенсации тока замыкания на землю.

Опции

Дополнительное программное обеспечение для определения расстояния до неполадки (Полигон-метод).

Дополнительное программное обеспечение для управления компенсацией остаточного тока.

Отсутствие встроенной возможности подключения контроллера компенсации тока замыкания на землю.

Устройство управления
Центральный процессор	32-битный транспьютер (процессор с сокращённым набором команд с устройством для выполнения операций с плавающей точкой), 1 МБ ОЗУ
Память	4 МБ ОЗУ, 8 МБ ППЗУ для программного кода
Клавиатура	С мембранными клавишами
Экран	ЖК, разрешение 640х200, с подсветкой
Обнаружение и измерение сигнала
Центральный процессор	24-битный процессор (для обработки) сигналов
аналого-цифровой преобразователь	16 бит, 50 000 образцов.
Входное напряжение	0 – 100 В переменного тока
Входной ток	0 – 1 А или 0 – 5 А
Цифровые входы	16 входов для сменной платы, объединенные в 4 астатических группы (24 – 230 В переменного или постоянного тока)
Цифровые выходы	16 выходных контактов реле для сменной платы, объединенные в 4 астатических группы (250 В переменного тока, максимум 4 А, 1000 ВА или 250 В постоянного тока, максимум 1 А, 100 Вт)
Светодиодный дисплей	Индикация неисправной питающей линии, индикация состояния цифровых входов и выходов
Серийный интерфейс (под заказ)	3хRS232 для модема, ПК или SCADA (шина стандарта SPA, соответствует стандарту IEC 870-5-103
Источник питания	110…230 В переменного/постоянного тока, под заказ – 24, 48, 60 В постоянного тока.
Ширина / высота / глубина	483 / 265 / 300 мм
Масса	16 кг

Подавление остаточного тока

Выполняется для сведения к минимуму рисков в месте неполадки в случае продолжительного короткого замыкания на землю, таких как:

Снижение напряжения прикосновения и ступенчатого напряжения в месте неполадки, что обеспечивает большую безопасность обслуживающему персоналу.

Предотвращение последующего короткого замыкания между фазами путем снижения перегрева в месте неполадки.

Предотвращение повторяющихся дуговых разрядов.

Компенсация остаточного тока (ERC)

Подавление остаточного тока путем инжекции активного тока в систему с нулевой последовательностью, что компенсирует остаточный ток в месте неполадки.

Четырехквадрантный преобразователь.

Интерфейс для управления посредством детектора коротких замыканий на землю.

ТИПЫ КАТУШЕК ИНДУКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА

ФИРМЫ TRENCH (Австрия)

Таблица 1

Назначение	Тип	Наименование	Номинальные параметры
Токоограничивающие реакторы (наружной установки)			Номинальное напряжение, кВ	Номинальный ток, А	Номинальная индуктивность, мГн
	Однофазные	CLR	6-500	100-8000	0,05-5000
	Трехфазные	CLS	6-500	100-8000	0,05-5000 /одной фазы
	Для ограничения тока к.з.	NGR	6-500	100-8000
Фильтровые (наружной установки)			Номинальное напряжение, кВ	Номинальный ток, А	Номинальная индуктивность, мГн
	Однофазные	FRR	1-500	5-10000	0,05-5000
	Трехфазные	FRS	1-500	5-10000	0,05-5000 /одной фазы
Шунтирующие			Номинальное напряжение, кВ	Номинальный ток, А	Номинальная индуктивность, мГн
	Однофазные	SRR	6-110	50-5000	0,5-800
	Трехфазные	SRS	6-110	50-5000	0,5-800
Сглаживающие			Номинальное напряжение, кВ	Номинальный ток, А	Номинальная индуктивность, мГн
	Для высоковольтных сетей перем. тока	SMR	6-500	100-70000	0,5-1000
	Для высоковольтных сетей пост. тока	SMH	6-500	100-70000	0,5-1000
Дугогасящие реакторы			Номинальное напряжение, кВ	Номинальный ток, А	Номинальная мощность, кВАр
	Работающие длительно	ETD	6-10-35	5-500	100-1000
	работающие кратковрем.	ETK	6-10-35	5-500	100-1000
	с сухой изоляцией/ длительно	EDD	6-10-35	5-500	100-1000
	с сухой изоляцией/ кратковрем.	EDK	6-10-35	5-500	100-1000
	длительно	END	6-10-35	5-500	100-1000
	кратковрем.	ENK	6-10-35	5-500	100-1000
	со ступенчатым регулированием/ длительно	ESD	6-10-35	5-500	100-1000
	со ступенчатым регулированием/ кратковрем.	ESK	6-10-35	5-500	100-1000
Трансформаторный агрегат (дугогасящая катушка и трансформатор в нейтраль которого она включается)			Номинальное напряжение, кВ	Номинальный ток, А	Номинальная мощность, кВАр
	работающие длительно	ELD	6-10-35	5-500	100-1000
	работающие кратковрем.	ELK	6-10-35	5-500	100-1000
Высокочастотные линейные заградители			Номинальный ток, А	Ток короткого замыкания, кА	Номинальная индуктивность, мГн
		LTP	100-6000		0,5-25

РЕГУЛЯТОР КОМПЕНСАЦИИ

Введение

Система защиты от однофазных замыканий на землю (ОЗ) – совершенно новая комплексная система защиты компании TRENCH, Австрия, которая была создана для сетей с компенсацией емкостных токов. По сравнению с другими методами заземления нейтрали, компенсация ОЗ дает определенные преимущества в части безопасности обслуживающего персонала и возможных последствий в результате развития ОЗ в короткие замыкания.

По сравнению с заземлением нейтрали через малое сопротивление (большой ток замыкания на землю), компенсация приводит к уменьшению тока в месте повреждения до минимальных значений, что предъявляет высокие требования по надежности и селективности работы защитных устройств обнаружения и распознавания присоединений с ОЗ. Устройства и системы традиционной защиты от ОЗ частично или совсем не отвечают данным требованиям.

Система защиты от ОЗ состоит из постоянно настраиваемой дугогасящей катушки в сочетании с автоматическим компенсационным устройством контроля и избирательным (селективным) высокочувствительным устройством обнаружения ОЗ. В частности разработанный новый метод для селективного обнаружения ОЗ через большое сопротивление, входящий в систему защиты от ОЗ, предлагает средства для раннего определения персоналом повреждения в сети среднего напряжения, что невозможно при использовании традиционных методов и устройств.

По сравнению с заземлением нейтрали через малое сопротивление, уменьшение тока ОЗ при компенсации предъявляет высокие требования к надежности и селективности работы устройств защиты от ОЗ, обнаружению и предъявлению места ОЗ. Устройства и системы традиционной защиты от ОЗ не полностью или совсем не отвечают данным требованиям.

Электронные элементы новой системы защиты от ОЗ и их конфигурации представлены ниже.

Регулятор компенсации ОЗ EFC30

Рисунок 1. Регулятор компенсации ОЗ EFC30 – вид спереди.

Регулятор EFC30, который появился в продаже с 1991 года, определяет точку резонанса, используя кратковременную расстройку дугогасящей катушки.

Примечание: для получения полной информации смотрите страницу 9 и проспекты регуляторов EFC30/EFC40.

Регулятор компенсации ОЗ EFC40

Рисунок 2. Регулятор компенсации ОЗ EFC40 – вид спереди.

Для определения точки резонанса новый регулятор компенсации ОЗ EFC40 использует метод введения тока в контур нулевой последовательности и поэтому расстройка дугогасящей катушки не требуется.

Регулятор ОЗ EFC40 определяет индуктивность контура нулевой последовательности при помощи измерения векторов напряжения на нейтрали и тока в контуре нулевой последовательности сети (согласно лицензии EDF) до и во время введения тока.

Если сеть строго симметрична, напряжение нейтрали относительно земли незначительно и отсутствует резонансная кривая, которая может быть использована в качестве сигнала управления. В этом случае можно увеличить напряжение нейтрали относительно земли, используя постоянное введение тока в контур нулевой последовательности таким образом, чтобы при изменении схемы сети обеспечивается надежная работа регулятора EFC40. В дальнейшем система EFC40 способна оптимизировать регулирование нескольких дугогасящих катушек, установленных в одной сети путем воздействия на их электроприводы.

Примечание:

-режим работы регулятора EFC40 обязательно требует установки устройства введения тока ECI.

-при отсутствии установки устройства введения тока ECI регулятор EFC40 может быть использован в режиме работы регулятора EFC30.

-для получения полной информации смотрите страницу 9 и проспекты регуляторов EFC30/EFC40.

Устройство обнаружения ОЗ EFD 10

Принципы обнаружения места повреждений при ОЗ.

ОЗ приводит к устойчивой несиметрии сети после затухания переходных процессов. Напряжение нулевой последовательности (Uо) и токи нулевой последовательности всех присоединений, которые питаются от одной и той же секции (IоІ.....Іon) используются для сравнения при определении присоединения, на котором произошло ОЗ. При возникновении ОЗ

максимальный ток нулевой последовательности протекает не по поврежденному присоединению, а по присоединению с наибольшим емкостным током. Таким образом, амплитуда тока нулевой последовательности не может быть использована в качестве критерия для определения поврежденного источника питания. Используя для определения ОЗ обычные токовые реле и трансформаторы тока нулевой последовательности, имеющих большую погрешность нельзя обеспечить надежное и селективное определение ОЗ через большое или малое сопротивление заземления.

Система определения места ОЗ EFD

Основа электронной части системы защиты от ОЗ – устройство определения ОЗ EFD, которое используется как отдельное устройство определения ОЗ EFD 10 и как комбинированное устройство для контроля и определения EFD 40 (компактное устройство). Разница между новым методом определения ОЗ и релейными методами, доступными в настоящее время, состоит в том, что измерительные сигналы токов нулевой последовательности в настоящее время состоит в том, что измерительные сигналы токов нулевой последовательности регистрируются и объединяются в главном устройстве для дальнейшей обработки через каждые 20 мсек. Полная проводимость нулевой последовательности источников питания (метод проводимости) определяется векторным измерением токов нулевой последовательности (IоІ.....Іon) и напряжением нулевой последовательности (Uо) до и во время изменения системы нулевой последовательности. Изменение системы нулевой последовательности вызвана введением тока, то есть при помощи введения тока система EFD определяет в неповрежденной сети контрольные значения полной проводимости на землю и их несиметрию по источнику питания путем векторного измерения Uо и Iо. После этой начальной фазы проверка без введения тока проводится каждые 20 мсек. Для того, чтобы определить присоединение, в котором происходит изменение несиметрии. Подсчет подобных изменений производится с использованием векторных измерений фактических значений Uо и Iо и их контрольное значение регистрируются во время начальной фазы. Присоединение, показывающее наибольшее изменение несиметрии, считается поврежденным. Используя данный метод, можно обнаружить ОЗ через большое сопротивление (до 100 кОм). Подобную селективность или чувствительность трудно достичь, используя какое-либо устройство или систему традиционной технологии защиты от ОЗ.

Рисунок 3. Фронтальный вид EFD10-16

Типы EFD10

-EFD10-8 (устройство определения ОЗ для 8 присоединений)

- EFD10-16 (устройство определения ОЗ для 16 присоединений)

Примечания:

-Для более 16-ти присоединений требуется устройство EFX10.

-EFD обязательно требует установки устройства введения тока ECI.

Комплектное устройство EFD40 (регулятор компенсации и определитель ОЗ)

Рисунок 4. Фронтальный вид EFD40-16

Компактное устройство EFD40 включает в себя все функции регулятора компенсации КЗ EFD40 и устройства для определения ОЗ EFD10.

Типы EFD40

- EFD40-8 (регулятор ОЗ и определитель максимально для 8 присоединений).

- EFD40-16 (регулятор ОЗ и определитель максимально для 16 присоединений).

Примечания:

-Для более 16-ти присоединений требуется устройство EFX10.

-EFD обязательно требует установки устройства введения тока ECI.

Распределитель EFX10

В случае необходимости контроля 16 присоединений на одной подстанции устройства EFD10 и EFD40 должны использоваться с устройством EFX10.

Расширитель EFX10 можно использовать для увеличения количества цифровых входов/выходов, которые требуются для модели переключения выключателей в случае параллельной работы секций.

Типы EFX10

Рисунок 5. Фронтальный вид EFX10

- EFX10-8 (расширитель для 8 дополнительных присоединений)

- EFX10-16 (расширитель для 16 дополнительных присоединений)

Устройство подачи тока ECI

Устройство введения тока ECI используется для изменения напряжения нулевой последовательности путем введения тока в контур нулевой последовательности. Это изменение напряжения нулевой последовательности требуется как для работы регулятора компенсации ОЗ EFC40 (см. стр. 4), так и для устройства определения ОЗ EFD (см. стр. 4).

Введение тока в контур нулевой последовательности обычно осуществляется во вторичной дополнительной обмотке для создания необходимого напряжения на дугогасящей катушке.

Устройство введения тока ECI состоит из трансформатора, конденсаторов для ограничения тока, реле, контролирующих и сигнальных контактов.

ECI – технические данные

Подача напряжения
Напряжение	230 В перем. тока, 50 Гц
Ток	7 А в неповрежденной сети макс. 23 А в случае ОЗ
Противоток	~140 А
Контрольные контакты
Уровень напряжения	24…240 В перем. тока
Ток	Макс. 40 мА
Потребляемая мощность	Макс. 2 Вт
Выход на ASC
Напряжение инжекции	230 В перем. тока, 50 Гц
Ток инжекции	~7 А (макс. 23 А)
Выход на регулятор
Трансформатор тока	1 А
Сигнальные контакты	5 А/250 В переменного тока
Размеры
Ширина/высота/глубина	640/800/250 мм
Масса	~75 кг

Технические данные основных устройств

	Регулятор		Определитель		Регулятор и определитель		Компенсатор
	EFC30	EFC40	EFD10-8	EFD10-16	EFD10-8	EFD40-16	EFX10-8	EFX10-16
Аппаратная часть
Центральный процессор: 32-х битный процессор (RISC-processor)	х	х	х	х	х	х	х	х
Постоянное запоминающее устройство	1МБ	2МБ	2МБ	2МБ	2МБ	2МБ	2МБ	2МБ
Оперативное запоминающее устройство	1МБ	8МБ	8МБ	8МБ	8МБ	8МБ	4МБ	4МБ
Дисплей: жидкокристаллический индикатор 640х200 пикселей черно-белый	х	х	х	х	х	х
Жидкокристаллическая коммутационная панель	х	х	х	х	х	х
Источник питания 110-220 В пост.тока, 230 В перем.тока, 50 Гц, 50 Вт Дополнительно: 24,28,60 В пост.тока	х	х	х	х	х	х	х	х
Аналоговые устройства ввода для напряжения (амплитуда) 3 мВ…230 В перем.тока	1
Аналоговые устройства ввода для подачи тока (ECI) 0…1 А перем.тока		4	4	4	4	4
Аналоговые устройства ввода для токов нулевой последовательности: 0…1 А перем.тока 0…5 А перем.тока			8	16	8	16	8	16
Аналоговые устройства ввода для катушки: линейный потенциометр 0…200 Ω вторично 0…2 Ω или устройства ввода 0…20 мА 1	1	1			1	1
Аналоговые устройства вывода (для Uо, катушки, удаленного местоположения) 0…20 мА, программируемые	2	2	2	2	2	2
Цифровые устройства ввода: 24…250 В перем.тока		16	32	32	32	32	16	16
Цифровые устройства ввода: 24 В пост.тока, 60 мВ	4
Цифровые устройства ввода: 24…250 В перем.тока	2
Цифровые устройства вывода: макс. 250 В перем.тока 1000 ВА или 250 В пост.тока 100 Вт		4	8	8	8	8	4	4
Цифровые устройства вывода: макс. 250 В перем.тока 1000 ВА или 250 В пост.тока	7	12	24	24	24	24	12	12
Последовательный интерфейс: 3хRS32	Доп.	Доп.	Доп.	Доп.	Доп.	Доп.	Доп.	Доп.
Возможна комплектация регулятором			х	х
Возможна комплектация определителем	х	х
Расширяется до 24 присоединений			х	х	х	х
Модель состояния переключения на подстанции путем групп			х	х	х	х	х	х
Модель панели переключения на подстанции			х	х	х	х	х	х
100 В перем.тока напряжение		х	х	х	х	х
Программное обеспечение
Для управления настройки дугогасящей катушки	х	х			х	х
Для управления подачей тока		х			х	х
Операция управления при низком напряжении нейтрали относительно земли		х			х	х
Определение высоко и низкоомных ОЗ			х	х	х	х	х	х
Парная работа шин возможна	Доп.	х	х	х	х	х	х	х
Система SCADA (SPABus, IEC/DEW 6)	Доп.	Доп.	Доп.	Доп.	Доп.	Доп.
Технические данные
Масса, кг	8,2	13,5	18,0	19,5	18,0	19,5	15,5	18,0
Высота в 19»	3	6	6	6	6	6	6	6
Размеры в мм Ширина Высота Глубина	483 132,5 252	483 266 300	483 266 300	483 266 300	483 266 300	483 266 300	483 266 300	483 266 300
Контейнер	Доп.	Доп.	Доп.	Доп.	Доп.	Доп.	Доп.	Доп.

Обзор электронных компонентов системы защиты от ОЗ

(включая дополнительные устройства).

EFC30	Основное устройство, регулятор компенсации ОЗ EFC30
EFD10-UD-8	EFC30-модернизация с определителем EFD10 для 8-ми присоединений
EFD10-UD-16	EFC30-модернизация с определителем EFD10 для 16-ти присоединений
EFC30-SIF	Последовательный интерфейс
EFC30-AKL	Клеммник
EFC30-WAND	Настенное крепление
EFC30-ADAPT	EZR-адаптер
EFC30-DC	Напряжение питания
EFC30-GEH	Защитный контейнер для EFC30
EFC30-HB
EFC30-SW-FIX	Дополнительное программное обеспечение для постоянного контроля катушки
EFC30-SW-RC*	Дополнительное программное обеспечение для управления резистором
EFC30-SW-KN	Дополнительное программное обеспечение для управления резистором KNOSPE
EFC30-SW-LS	Дополнительное программное обеспечение для управления внешним переключателем
EFC30-SW-MR	Дополнительное программное обеспечение для применения более одного регулятора в одной сети
EFC30-SW-UM	Дополнительное программное обеспечение для контроля при U>Umax
EFC30-SW-ZS*	Дополнительное программное обеспечение для синхронизации времени при помощи ввода импульсов
EFC30-SW-U	Дополнительное программное обеспечение со специальными функциями для Uо
EFC30-SW-LT	Дополнительное программное обеспечение для SCADA
EFC40	Основное устройство регулятора компенсации ОЗ EFC40
EFD40-UD-8	EFC40 в комплекте с определителем для 8 присоединений в основном устройстве
EFD40-UD-16	EFC40 в комплекте с определителем для 16 присоединений в основном устройстве
EFD10-8	Основное устройство для обнаружения ОЗ EFD10 для 8 присоединений
EFD10-16	Основное устройство для обнаружения ОЗ EFD10 для 16 присоединений
EFD40-UC	EFD10 в комплекте с регулятором EFC40 в основном устройстве
EFD40-8	Комплектное устройство для 8 присоединений, включая регулятор и определитель
EFD40-16	Комплектное устройство для 16 присоединений, включая регулятор и определитель
EFD40-GEH	Защитный корпус для EFC10, EFD10 и EFD40
EFD40-SIF	Последовательный интерфейс для EFC10, EFD10 и EFD40
EFD40-SW-LT	Дополнительное программное обеспечение для SCADA
EFD40-SW-STU	Дополнительное программное обеспечение для регулируемого ASC
EFD40-SW-AWE	Дополнительное программное обеспечение для функции автоматического повторного включения
EFX10-8	Расширительное устройство для дополнительных 8 присоединений
EFX10-16	Расширительное устройство для дополнительных 16 присоединений
EFX10-0	Расширительный корпус (пустой)
EFX10-UD-8	EFX10 съемный модуль для дополнительных 8 присоединений
EFX10-UD-DI	EFX10 съемный модуль для дополнительных 16 цифровых вводов
EFX10-UD-DO	EFX10 съемный модуль для дополнительных 16 цифровых вводов
ECI-FL	Устройство введения тока (внешнее исполнение)
ECI-IR	Устройство введения тока (внутреннее исполнение)
EFD-EdС	Конденсатор для полигон-метода (определение удаленного повреждения) включая программное обеспечение

Примеры комплектации основных устройств

Комплектация регулятора EFC30 определителем ОЗ
Требуемая конфигурация	8 присоединений	16 присоединений	24 присоединения
Возможная конфигурация	EFC30 EFD10-8	EFC30 EFD10-16	EFC30 EFD10-16 EFD10-8
EFC30	EFD10-UD-8	EFD10-UD-16	EFD10-UD-16 EFX10-8
Комплектация регулятора EFC40 определителем ОЗ
Требуемая конфигурация	8 присоединений	16 присоединений	24 присоединения
Возможная конфигурация	EFD40-8	EFD40-16	EFD40-16 EFX10-8
EFC40	EFD40-UD-8	EFD40-UD-16	EFD40-UD-16 EFX10-8
Комплектация регулятора EFD40 расширителем
Требуемая конфигурация	Определение	Определение, контроль
Возможная конфигурация	24 присоединения EFD10-16 EFX10-8	16 присоединений EFD40-16
EFD10-16	EFX10-8	EFD40-UC
Комплектация EFD40-16 дополнительными присоединениями
Требуемая конфигурация	24 присоединения
Возможная конфигурация	EFD40-16 EFX10-8
EFD40-16	EFX10-8

Линейные заградители

Введение

Имея более чем сорокалетний опыт полевых работ, компания Trench считается общепризнанным мировым лидером в проектировании и производстве катушек индуктивности с воздушным сердечником для применения в энергосистемах общего пользования. Проектирование изделий под заказ, а также наличие проектно-конструкторских организаций и производственных мощностей как в Северной Америке, так и в Европе позволили компании Trench стать лидером в области производства высоковольтных индукторов в мире.

Линейные заградители для каналов связи по линии электропередачи (КСЛЭП) – один из наиболее распространенных вариантов использования высоковольтных индукторов.

Рисунок 1. Линейные заградители, установленные на опорах

Основная функция линейных заградителей

КСЛЭП – обычный метод связи с использованием энергосистем, осуществляемой в целях защиты удаленных объектов, голосовой связи, передачи данных и т.п. Он считается одним из самых экономных, надежных и универсальных видов связи. На рисунке 2 схематически показана система КСЛЭП, состоящая из трех основных компонентов:

Канал передачи сигнала (высоковольтная ЛЭП)

Средства связи (передатчики, приемники и вспомогательное оборудование)

Согласующее/блокирующее оборудование, такое как разделительные конденсаторы, согласующие устройства (устройства связи) и линейные заградители

Линейные заградители подсоединены последовательно к высоковольтным ЛЭП. Основная функция линейного заградителя в том, чтобы обеспечивать высокое сопротивление в полосе частот канала, при этом обеспечивая незначительное сопротивление на частоте сети. Высокое сопротивление ограничивает затухание сигнала на несущей частоте в пределах данной энергосистемы, предотвращая:

Гашение сигнала в подстанции

Заземление сигнала в случае тока замыкания на землю за пределами канала передачи

Гашение в отводе электролинии или ответвлении основного канала передачи

Устройство

Конструкция линейных заградителей соответствует стандартам ANSI C93.3, IEC 353 и другим международным стандартам.

Основные составные части линейного заградителя: основная катушка, согласующее устройство и защитное устройство (см. рис. 3).

Рис. 2. Принципиальная схема системы связи по линии электропередачи

конденсатор связи

согласующее устройство

передатчик/приемник

Станция А

Станция В

3

Рисунок 3. Составные части линейного заградителя

Основная катушка

терминал 2 4

сетка для защиты от птиц (необязательно)

молниеотвод

согласующее устройство 1 5

основание (необязательно)

6

Рисунок 4. Подвесные линейные заградители

Основная катушка

Основная катушка линейного заградителя – это электроиндуктор сухого типа с воздушным сердечником.

Компания Trench предлагает линейные заградители с обмоткой двух типов, хорошо себя зарекомендовавших:

герметически закрытая обмотка (тип конструкции Е)

открытая обмотка (тип конструкции О)

Обе технологии полностью соответствуют требованиям энергосистем и каналов связи по линии электропередачи, и поэтому применяются во всем стандартном диапазоне мощности основных катушек. Однако при работе на верхнем пределе индуктивности и силы тока предпочтительнее использовать катушки с герметически закрытой обмоткой (см. рис. 5).

Герметически закрытая обмотка выполняется из алюминиевого провода или кабеля, а открытая обмотка – из полосового алюминиевого проводника. Во всех компонентах, где протекает ток промышленной частоты, используются сварные соединения.

Высокая механическая прочность обмотки достигается либо с помощью покрытия, обогащенного эпоксидной смолой и армированного стекловолокном (тип Е), либо распорок из стекловолокна, установленных на эпоксидную смолу между витками (тип О).

Обмотка заканчивается на обоих концах системой алюминиевых балок,

называемых спайдерами, которые для жесткости соединены поперечинами (тип Е) или стержнями (тип О) из стекловолокна. Эти спайдеры используются дополнительно для:

электрического соединения с линейным заградителем посредством контактных площадок или штырей

поднятия (за подъемные кольца), установки (на основание) и защиты (раструбы, кольца)

подсоединения согласующего устройства и защитного устройства параллельно с основной катушкой

Компания Trench может предложить катушки, рассчитанные на любые стандартные параметры (индуктивность, непрерывный ток и ток короткого замыкания, напряжение системы) в соответствии со стандартами IEC 353 или ANSI C93.3 (см. рис. 5).

Возможно изготовление продукции под конкретный заказ для соответствия специфическим потребностям заказчика, таким как нестандартный индукционный ток (при коротком замыкании или непрерывный), необходимость малых потерь электроэнергии и т.п.

Рисунок 5.

Таблица. - Значения непрерывного тока, кратковременного тока и индуктивности

Значения ном. силы тока по стандарту IEC353		Значения ном. индуктивности по стандарту IEC353
Непрерывный А	Кратковременный, последовательный 1кА/1сек	мГн при 100 кГц
100	2,5	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
200	5	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
400	10	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
630	16	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
800	20	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
1000	25	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
1250	31,5	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
1600	40	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
2000	40	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
2500	40	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
3150	40	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
4000	63	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
Непрерывный А	Кратковременный, последовательный 2кА/1сек	мГн при 100 кГц
100	5	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
200	10	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
400	16	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
630	20	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
800	25	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
1000	31,5	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
1250	40	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
1600	50	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
2000	50	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
2500	50	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
3150	50	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
4000	80	0,2	0,25	0,315	0,4	0,5	1,0	2,0
Значения ном. силы тока по стандарту ANSI C93.3		Значения ном. индуктивности по стандарту ANSI C93.3
Непрерывный А	Кратковременный кА/2сек	мГн при 100 кГц
400	15		0,265	0,53	1,06	1,59	2,12	2,65
800	20		0,265	0,53	1,06	1,59	2,12	2,65
1200	36		0,265	0,53	1,06	1,59	2,12	2,65
1600	44		0,265	0,53	1,06	1,59	2,12	2,65
2000	63		0,265	0,53	1,06	1,59	2,12	2,65
3000	63		0,265	0,53	1,06	1,59	2,12	2,65
4000	80		0,265	0,53	1,06	1,59	2,12	2,65

Примечание: Катушки типа Е можно использовать во всех указанных режимах. Катушки типа О нельзя использовать в режимах, отмеченных серым цветом.

Согласующее устройство

Согласующее устройство, подсоединенное параллельно к основной катушке, образует цепь блокировки, которая обеспечивает высокое сопротивление в указанном диапазоне частот канала связи по линии электропередачи. В зависимости от типа согласования (см. ниже), согласующее устройство состоит из конденсаторов, индукторов и резисторов, все из которых рассчитаны на работу при относительно низких мощностях, по сравнению с основной катушкой. Из соображений экологической безопасности эти компоненты устанавливаются в одном или нескольких корпусах из стекловолокна. Согласующее устройство устанавливается внутри основной катушки. В случае изменения частоты канала связи, согласующее устройство легко заменить или отрегулировать на месте (если его конструкция предусматривает такую возможность).

Полоса частот линейного заградителя – это тот диапазон частот, в котором данный линейный заградитель обеспечивает минимальное необходимое разделительное сопротивление или полное сопротивление.

Минимальное разделительное сопротивление должно быть указано, если есть возможность резонирования реактивного компонента полного сопротивления линейного заградителя с полным сопротивлением подстанции. Расширить полосу частот можно путем увеличения индуктивности основной катушки.

При различных типах согласования можно расширить полосу частот путем увеличения индуктивности основной катушки.

Могут быть обеспечены несколько типов согласования:

Согласование по одной частоте

Если требуются узкие разделительные полосы частот, самый простой и дешевый способ согласования – по одной частоте. На рис. 6 показана типичная схематическая и разделительная характеристика. В пределах этой узкой полосы частот можно тем не менее обеспечить высокое разделительное полное

сопротивление, что дает отличное выделение сигнала канала связи по ЛЭП.

Рисунок 6. Согласование по одной частоте

Рисунок 7. Согласование по двум частотам

Рисунок 8. Согласование по полосе частот

R – разделительное полное сопротивление

f – активная составляющая

f_m – резонансная частота (среднегеометрическая частота)

f′₁ f′₂ – пределы частот разделительного полного сопротивления

f₁ f₂ – пределы частот разделительного активного сопротивления

Согласование по двум частотам

При таком типе согласования выделяются две сравнительно узких полосы частот. В остальном разделительная характеристика аналогична согласованию по одной частоте.

Для правильной работы, а также для выделения согласованных полос частот, нужно обеспечить разнос частот между пиковыми значениями частот

согласования. Он равен 25 кГц или 25% от пика верхней частоты согласования, в зависимости от того, какое значение больше. На рис. 7 показана типичная двухчастотная схематическая и разделительная характеристика.

Согласование по полосе частот

Это самый распространенный тип согласования, т.к. при нем эффективно используется индуктивность основной катушки. Линейные заградители, настроенные по широкой полосе частот можно использовать для многоканальной связи, т.к. относительно стабильное полное сопротивление обеспечивается в широком диапазоне частот. Этот тип настройки обеспечивает большие возможности настройки полосы частот на случай каких-либо изменений в будущем или расширения полосы частот линии связи. Отдельные каналы линии связи можно размещать где угодно в пределах согласованной полосы частот.

На рис. 8 показана типичная широкополосная схематическая и разделительная характеристика.

Самонастраивающиеся линейные заградители

Самонастраивающиеся линейные заградители не требуют применения согласующих устройств. Разделительная характеристика, как показано на рис. 10, достигается путем использования собственной емкости обмотки основной катушки. Индуктивность самонастраивающихся линейных заградителей выше, чем у тех, конструкция которых предусматривает возможность регулировки.

Рисунок. 9. Подвесной линейный заградитель, 380 кВ, 1,0 мГн, 2100 А.

Защитное устройство

Защитное устройство – это разрядник для защиты от перенапряжений, подсоединенный параллельно с основной катушкой и согласующим устройством. Оно защищает основную катушку и согласующее устройство, понижая динамическое перенапряжение до уровней, соответствующих уровню прочности высоковольтной изоляции, применяемой в ЛЭП.

Уровень прочности изоляции основной катушки и согласующего устройства должен соответствовать защитным характеристикам разрядника.

Линейные заградители Trench обладают высокотехнологичными оксидными

разрядниками, имеющими номинальное значение разрядного тока 10 кА. Разрядники с бόльшим значением разрядного тока или обеспечивающие высокое рассеяние энергии также производятся под конкретный заказ.

Рисунок.10. Разделительные характеристики самонастраивающегося линейного заградителя

1600 А, 1,0 мГн

Установка и подключение

Линейные заградители Trench возможно устанавливать в нескольких конфигурациях.

Подвесные линейные заградители могут быть рассчитаны на подвеску как за одну, так и за несколько точек. Линейные заградители можно установить на основание, непосредственно поверх разделительных конденсаторов, емкостных трансформаторов напряжения или подстанционных опорных изоляторов. Компания Trench предлагает несколько типов оснований:

основание с одним изолятором

основание с несколькими изоляторами

изолированное основание

Кроме изолированного основания, все основания должны быть подсоединены к нижнему терминалу линейного заградителя, и при соблюдении этого условия их можно использовать как электрический и механический соединитель с разделительным конденсатором (РК) или ёмкостным трансформатором напряжения (ЕТН) (см. рис. 11а). Если возникнет необходимость использовать верхний терминал линейного заградителя для соединения с РК или ЕТН, необходимо использовать основание, изолированное в нижней части (нижний спайдер) наряду со специальным соединительным стержнем, поставляемым компанией Trench (см. рис. 11b).

Основания всех типов могут быть изготовлены под заказ для соответствия потребностям заказчика.

Терминалы линейных заградителей могут быть либо типа «площадка» либо «штырь». Оба типа терминалов производятся в соответствии со стандартами IEC или NEMA.

Рисунок 11а Рисунок 11б

Кроме того, терминалы могут быть расположены на любом спайдере, что помогает удовлетворить потребности каждого отдельного заказчика. Более подробно терминалы и их расположение показаны на рис.12 и 13.

Рисунок. 12. Расположение терминалов

Вид сверху

По заказу возможно расположение терминалов на любом спайдере. Количество балок указывается на каждом конкретном чертеже, обычно их 4, 6 или 8.

E_t: используется для определения расположения верхнего терминала, в центре или на каком-либо из спайдеров.

E_b: используется для определения расположения верхнего терминала, в центре или на каком-либо из спайдеров.

Примечание к рис.13: если не указано иначе, плоские контактные площадки терминалов должны быть расположены вертикально для снижения нагревания вихревым током (т.е. расположены так, чтобы ось катушки находилась в плоскости терминалов).

Рисунок. 13. Стандартные типы терминалов: из оголенного алюминия или алюминия с гальванопокрытием

Определение терминов, касающихся блокировки

Необходимое разделение линейного заградителя зависит от характерного полного сопротивления ЛЭП, где должен быть установлен канал связи по ЛЭП. Параметры требуемой блокировки следующие:

Разделительное полное сопротивление (Z_b): Z_b – это полное сопротивление в комплексной форме всего линейного заградителя в пределах указанного диапазона частот канала связи по ЛЭП.

Разделительное сопротивление (R_b): R_b – это значение активной составляющей блокирующего полного сопротивления в пределах указанного диапазона частот канала связи по ЛЭП.

Потеря энергии в ответвлениях (A_t): A_t, также называемые вносимыми потерями, - это величина потери мощности сигнала из-за ограниченной запирающей способности линейного заградителя. Вносимые потери линейного заградителя в идеале должны быть очень низкими и стремиться к нулю.

Блокирующее затухание (A_b): A_b – это величина передаваемого сигнала

с частотным кодированием, который входит в участок сети, на котором установлен линейный заградитель. Блокирующее затухание линейного заградителя в идеале должно быть бесконечно велико.

Вычисление вносимых потерь (A_t) и блокирующего затухания (A_b)

Z₁ – характеристический импеданс линии.

Пусть импеданс подстанции Z_S равен 0 Ом.

Уравнение 1:

Уравнение 2:

Центральная частота (f_c) – среднее значение крайних частот блокированной полосы частот (f₁, f₂).

Техническая спецификация

Дугогасительная катушка (ДГК)

Конструкция:

для установки вне помещения;

катушка с железным сердечником и масляной изоляцией, а также с регулируемым воздушным зазором; при нагрузке непрерывно регулируется электроприводом;

находится внутри заполненного маслом гофрированного стального бака без расширительного бака трансформатора;

основание имеет полозья;

имеет четыре подъемных скобы и петли;

имеет два разъема М 12 для заземления диагонально расположенных на каркасе основания;

Комплектность:

нейтральный терминал (U) и терминал заземления (V);

один изолированный фарфоровый проходной изолятор DT 10 Nf 250 в соответствии со стандартом DIN;

колпачки на проходных изоляторах низкого напряжения;

один трансформатор тока…/ 5А, 15 ВА, класс 1;

одна обмотка для измерения напряжения 100 В, 1 А;

вспомогательная силовая обмотка на 500 В, … кВА, ресурс 90 сек;

один встроенный шунтирующий резистор на 500 В, … кВт, ресурс 90 сек;

с воздушным охлаждением, в корпусе из нержавеющей стали, установлен на основании дугогасительной катушки;

имеет контактор (защищенный IP 23) для подсоединения резистора к вспомогательной силовой обмотке;

напряжение на контакторе – 110 В, постоянный ток;

имеет биметаллическую защиту от перегрузок;

один электропривод HAEFELY – Trench, тип DMA 2;

напряжение двигателя 230 / 240 В, переменный ток;

управляющее напряжение 230 В, переменный ток, 110… 220 В, постоянный ток;

имеет ручной привод для аварийного обслуживания;

имеет отдельный шкаф управления;

установлен на боковой стенке бака на рабочей высоте;

с противоконденсационным подогревателем;

кнопки для регулировки катушки;

приборы безопасности;

электрически ограничивающие переключатели, переключатель безопасности для выключения цепи двигателя во время работы вручную, защитный выключатель двигателя;

контрольное оборудование:

соединительное устройство для индикации рабочего состояния сердечника;

индикатор положения:

механический индикатор положения, двойной потенциометр (200 /

1000 Ом) для удаленной индикации;

автоматическая настройка: рассчитано на автоматическую компенсацию тока короткого замыкания на землю с помощью компенсационного контроллера EFC 30 производства Haefely-Trench;

один обезвоживающий силикогелевый сапун;

один контактный термометр с сигнализацией;

один дополнительный карман для индикатора температуры масли по DIN;

все терминалы управляющего и контролирующего оборудования установлены на плате с зажимами и помещены в шкафу управления;

заправка маслом:

минеральное масло на нафтеновой основе, не содержит PCB;

тип: Technol 2002, без присадок.

имеет все необходимые клапаны для заправки маслом, слива масла, фильтрации масла и отбора образцов масла;

обработка поверхности:

травление с многослойным покрытием

верхнее покрытие серого цвета, согласно стандарта RAL 7033;

Техническая спецификация

Контроллер компенсации тока замыкания на землю.

Основные функции:

автоматическая регулировка непрерывной, регулируемой дугогасительной катушки (катушки Петерсена) в соответствии с текущим состоянием сети;

корректная регулировка даже в сетях с незначительным напряжением нейтрали относительно земли (U₀ > 0,3 В);

контроль и запись результатов измерений;

Особенности конструкции:

имеет микропроцессорный контроллер;

19-дюймовый каркас для установки в соответствующих местах;

работа с контроллером и его настройка выполняются в двух режимах:

непосредственно с передней панели с помощью пленочной клавиатуры;

через последовательный интерфейс с помощью компьютерного терминала.

дисплей имеет функции подсветки и сохранения экрана;

определение положения катушки выполняется с помощью потенциометра или источника тока (0… 20 мА);

два аналоговых выхода (0… 20 мА, возможность регулирования выходного сигнала) для измерения напряжения нейтрали относительно земли и определения положения катушки;

соответствие дейcтвующим стандартам EMC (электромагнитной совместимости);

Особенности программного обеспечения:

легкое управление контроллером с помощью меню (предусмотрена также справочная информация);

подключение к системе SCADA (диспетчерского управления и сбора данных) (стандартный протоком IEC 870 – 5 – 103), необходим отдельный последовательный интерфейс в задней части устройства;

отображаются все измеряемые сигналы, установленные параметры, а также режим работы;

измеряемые сигналы (напряжение нейтрали относительно земли, положение катушки) отображаются как в цифровом виде, так и в аналоговом (графики, резонансные кривые);

текущий режим работы контроллера указывается в коротком текстовом сообщении;

возможные внешние неполадки автоматически анализируются и отображаются (неподвижность катушки, несмотря на поступивший сигнал контроллера, отсутствие напряжения относительно нейтрали);

высокая степень универсальности контроллера достигается в результате компьютерной регулировки диапазона аналоговых входы и выходов, а также свободного соотношения цифровых входов и выходов;

запись различных происшествий в сети (кратковременные прерывания напряжения нейтрали относительно земли) и операций по управлению (количество регулировок, продолжительность работы, и т.д.);

внутреннее защитное кольцо с возможностью выбора периодичности записи;

разные виды анализа (внутренний осциллоскоп, спектральный анализ);

возможность дополнительных функций:

управление резистором;

несколько контроллеров в одной сети;

Листок технической информации

Контроллер компенсации короткого замыкания на землю EFC 30:

для автоматической регулировки дугогасительных катушек сердечника плунжера под текущее состояние сети;

микро процессорное управление;

конструкция и функциональные характеристики соответствуют бюллетеню Е 660 / 4.96;

управление с помощью меню на ЖК – мониторе;

19-дюймовый каркас для установки в соответствующих местах;

стандартный источник питания 110… 230 В, переменный/постоянный ток;

Дополнительные возможности аппаратного обеспечения:

Последовательный интерфейс EFC 30 – SIF:

состоит из трех поворотных переключателей RS 232;

(один в передней части – 9 полюсов, два в задней - 1×25, 1×9 полюсов)

для подключения либо ПК, либо предусловия, оборудованного модемом, к системе SCADA (диспетчерского управления и сбора данных);

включая соединительный кабель для подключения к ПК;

включая пакет программного обеспечения EFCTERM для Windows;

Клеммная колодка:

для установки EFC 30 в имеющемся шкафу управления или защитном кожухе;

Установка на стену:

возможность установки EFC 30 на стене;

включая клеммную колодку в нижней части контроллера;

включая защитный кожух;

Адаптер для нестандартных источников питания:

помимо стандартных значений напряжения, будут доступны и нестандартные источники питания – 24 / 48 / 60 В постоянного тока;

Защитный кожух:

19-дюймовый защитный кожух с запирающейся прозрачной передней панелью;

Дополнительные возможности программного обеспечения:

Управление неподвижно установленной катушкой:

в случае необходимости контроллер EFC 30 способен включать и выключать неподвижно установленную катушку посредством управляющего контакта;

Управление резистором:

для защиты шунтирующого резистора и вспомогательной силовой обмотки дугогасительной катушки от перегрева;

резистором можно управлять как вручную, так и автоматически, используя EFC 30;

Дополнительный контроллер в той же сети / системе:

при установке более одного контроллера в одной сети, могут возникать помехи. После срабатывания переключателя каждый из них будет осуществлять операцию настройки, в результате будут возникать помехи без стабильной рабочей точки;

эта возможность гарантирует стабильную рабочую точку, даже если контроллеры не соединены системой дистанционного управления;

Подключение к системе SCADA (диспетчерского управления и сбора данных):

пакет программного обеспечения для прямого подключения контроллера EFC 30 к системе диспетчерского управления сбора данных через последовательный интерфейс;

предусловие – опция «последовательный интерфейс»;

возможные протоколы передачи данных: SPABus, IEC 870 – 5 – 103 (VDEW 6);

максимальная скорость передачи данных: 9600 бод.

ВНИМАНИЕ! Для открытия заказа на изготовление реакторов необходимо обратиться к представителю концерна ТRENCH – ООО «ПКФ «Гармонии» и в обязательном порядке заполнить спецификацию (опросный лист).

Реакторы с воздушным сердечником

Эти реакторы быстро окупаются за счет уменьшения потерь электроэнергии.

Рисунок 1. Реакторы установлены на

фарфоровых опорах с помощью профилей из аустенитной нержавеющей стали, как показано на фотографии. У бетонного основания магнитное поле рассеивается в такой степени, что достаточно использовать сварную конструкцию из конструкционного алюминия.

Авторы: Дейв Бонгеймер и Эдди Лим, участок муниципального энергопредприятия Sacramento.

При объединении энергосистем необходимо не

только согласовать цену покупки и продажи

электроэнергии. Нужно также гарантировать,

что энергия доставляется в точку, где в ней есть

необходимость, и что она доставляется по

согласованному маршруту.

Это не так просто, поскольку электроэнергия идет по пути наименьшего сопротивления - причем перегружаются одни линии и недостаточно загружены другие - вне зависимости от нужд покупателей или подписанных контрактов.

Участок муниципального

Рисунок 2. Один их трёх реакторов с воздушным сердечником в процессе установки на подстанции у озера на участке Sacramento.

энергопредприятия Sacramento, расположенный на северо-востоке родного из самых густонаселенных районов округа, тесно сотрудничает с компанией Раcific Gas & Е1есtriс (РG&Е) для передачи электроэнергии по ЛЭП этой компании своим клиентам в округе Sacramento, штат Калифорния.

Последовательные реакторы Перегрузка передающих линий

РСWA

Ве11оtа

Рисунок 3. Три реактора с воздушным сердечником на

подстанции у озера на участке
Sacramento связывают этот пункт с
соседней подстанцией компании
РG&Е. Эти реакторы позволяют
муниципальному предприятию

Sacramento передавать электроэнергию своим клиентам, используя ЛЭП компании РG&Е, причем ни одна из подстанций не подвергается перегрузке ЛЭП.

Рисунок

предварительным

существовавшая

энергосистемами

4. По

соглашениям,

Sесо

ЛЭП между

Rancho компании Sacramento и Stagg компании РG&Е, должна была быть отключена. Озерная подстанция компании Sacramento и Gold Hill компании РG&Е были выбраны для установки новой связующей ЛЭП в силу их близкого расположения и относительной несложности их соединения.

С 1991 года реакторы с воздушным
сердечником технология,

разработанная в конце 50-х годов -
'использовались для

предотвращения перегрузки в ЛЭП
компаний Sacramento и РG&Е (Рис.3).

Катушки реакторов,

спроектированные и произведенные компанией Тrench Е1есtroniс в Торонто, окупились трижды за счет экономии потерь электроэнергии в обеих новаторских энергосистемах.

1) Трудности

В конце 80-х гг. группа планирования компании Сакраменто спрогнозировала нехватку передаваемой мощности, отчасти вызванную запланированным удалением соединительной ЛЭП между подстанциями Стагг компании РG&Е и Ранчо Секо компании Сакраменто (Рис. 4). Вместо ожидаемой мощности в 1200 МВт, без новой соединительной ЛЭП возможно было достичь только 980 МВт.

Но трудность заключалась не только в технической стороне проблемы. В рамках контракта компании Сакраменто и РG&Е подписали меморандум понимания, по которому они обязались совместно находить технические решения тактическое решение к концу 1991 года и стратегическое - к концу столетия.

Относительная близость озерной подстанции Сакраменто и подстанции Gold Hill компании РG&Е, а также относительная несложность их соединения определили выбор этого места для будущей соединительной ЛЭП. К сожалению, прямое соединение вызвало бы подачу

электроэнергии мощностью более 500 МВт на энергосистему компании Сакраменто, а в результате – перегрузку многих линий обеих энергосистем и общей системы в целом. Необходимо было какое-либо ограничительное устройство.

Используя ПО координационного совета западных энергосистем (WSCC) для анализа потока мощности, группа планирования компании Сакраменто разработала «черный ящик» для определения полного сопротивления, мощности, ожидаемого уровня МВА, нагрузки при различных неполадках и связанных с этим факторов.

Группы планирования и проектирования компании Сакраменто затем предложили восемь альтернативных вариантов, включая один компромиссный. Большинство этих альтернатив не были приняты либо компанией Сакраменто, либо PG&E по собственным причинам или в связи с несоответствием контракту.

Одним из возможных альтернативных вариантов были фазосдвигающие трансформаторы, преимущество которых заключалось в возможности регулировки в целях компенсации изменений полного входного сопротивления линии передачи. Однако от этих фазосдвигающих трансформаторов пришлось отказаться по ряду причин: долгое время от принятия заказа до установки (так как их производят только под заказ), высокая закупочная цена и большие расходы на обслуживание.

С другой стороны, подключенные последовательно электрические реакторы можно было установить относительно быстро и с гораздо меньшими затратами, также они не требовали практически никакого ухода. Кроме того, технический анализ показал, что электрические реакторы можно было внедрить в энергосистему Северной Калифорнии, и они будут соответствовать как требованиям WSCC, так и местным промышленным стандартам надежности конструкций; как первое, так и второе были важными пунктами контракта.

При выборе типа реактора (с воздушным или железным сердечником) определяющим фактором стало время доставки. Таким образом, указанные три реактора с воздушным сердечником (по одному на фазу) производства компании Trench Electric были произведены, испытаны и установлены в течение 8 месяцев с даты подписания контракта. С другой стороны, время установки реактора с железным сердечником примерно равнялось бы времени установки крупного трансформатора, где-то от одного до полутора лет.

Не последнее значение имела стоимость оборудования. Компания Сакраменто считает эту соединительную ЛЭП настолько важной, что было признано необходимым установить резервный реактор на случай возможных неполадок. Более высокая стоимость реакторов с железным сердечником, по сравнению с реакторами с воздушным сердечником стала бы препятствием для установки такого резервного реактора. Резервный реактор с воздушным сердечником был приобретен и установлен, но так ни разу и не понадобился. Еще одно преимущество реакторов с воздушным сердечником заключается в том, что эпоксидная смола и стекловолокно, в которые заключена катушка, несгораемые, что совершенно исключает возможность взрыва.

2) Разработанные спецификации

Поскольку стало очевидным, что решить поставленные технические задачи можно было с помощью последовательного реактора, группы планирования и проектирования компании Сакраменто начали определять более узкий диапазон значений полного сопротивления. Слишком высокое полное сопротивление привело бы к перегрузке некоторых линий, а слишком низкое – к перегрузке других. В результате многочисленных исследований потокораспределения нагрузки на примерах крайних случаев перегрузки было выбрано значение полного сопротивления 55 Ом.

Хотя реактор с сопротивлением в 50 Ом идеально подошел бы для существующей нагрузки, было решено выбрать значение 55 Ом для обеспечения определенного запаса с учетом возможного роста нагрузки без значительного снижения производительности. Сила тока была определена в 900А при 230 кВ. Кроме этого, при проектировании учитывались особенности места установки, включая возможные сейсмические нагрузки и требования к опорам и основанию. Для данного района Калифорнии была установлена приемлемая температура окружающего воздуха в пределах от -10˚С до 45˚С. Была определена механическая нагрузка от ветра и в результате короткого замыкания на землю, учтены возможные воздействия дождя, снега, тумана и примесей в воздухе. Также учитывались ограничения уровня шума.

Могли ли фарфоровые опоры реактора выдержать землетрясения? Этот вопрос был особенно важен, поскольку массивный реактор должен был быть установлен на крайне хрупких опорах. При расположении в зоне 3 допустимыми значениями для реакторов, рассчитанных на землетрясения, были 0,5 g в двух ортогональных горизонтальных осях, и одновременно 0,4 g в вертикальной оси.

Рисунок 5. При

проектировании опорных
структур, соединительных
шин и защитных ограждений
необходимо обязательно
учитывать магнитное поле
реакторов с воздушным
сердечником. Следующие
рекомендации помогут

свести к минимуму индукционный нагрев.

Основные прав ила установки реактора с воздушным сердечником:

Следите, чтобы мелкие металлические части не образовывали замкнутых контуров за пределами «МС 1*».

Не допускайте попадания крупных металлических предметов или замкнутых контуров в пределы «МС 2**».

Устанавливайте реактор на достаточном расстоянии от соседних реакторов во избежание:

недопустимого взаимодействия индуктивности;

недопустимых электродинамических сил, действующих между соседними реакторами во время максимального кратковременного тока.

Используйте соответствующие соединители, лобовая площадь которых, обращенная к магнитному полю, не слишком велика, чтобы свести к минимуму индукционное нагревание.

Выберите соответствующие соединительные шины, учитывая индукционное нагревание, и установите их радиально из терминала реактора.

Обеспечьте опоры соединительных шин в достаточной близости от реактора, чтобы не подвергать терминалы реактора ненужным механическим нагрузкам.

Изолируйте точки пересечения арматурного профиля.

Обеспечьте ровное и горизонтальное основание.

Разделите металлическое ограждение, установленное вблизи реактора, на электрически изолированные секции, каждая из которых должна быть заземлена.

Избегайте короткозамкнутых контуров при заземлении отдельных секций ограждения.

Избегайте короткозамкнутых контуров в сети заземления станции.

*МС 1 - контур магнитного изоляционного промежутка: ^1/2 диаметра катушки со всех точек поверхности реактора.

**МС 2 - контур магнитного изоляционного промежутка: 1 диаметр катушки со всех точек поверхности реактора.

Уникальная конструкция опор компании Trench Electric имела четыре пары опор, каждая из пар сходилась у земли буквой “V”, и была склонена к центру под определенным углом (рис. 1). Цель заключалась в том, чтобы создать максимально жесткую структуру. Сейсмические испытания резонансной частоты доказали эффективность конструкции: при проведении тестов на прогиб с использованием примыкающего строения, прогиб строения был большим. Учитывая недавнее землетрясение в Калифорнии, ясно показавшее возможность образования новых линий сброса породы, жесткость этой конструкции представляется важной.

Верхняя часть опор изготовлена из аустенитной нержавеющей стали. Анализ показывает, что при использовании малоуглеродистой стали или алюминия магнитное поле вызывало бы чрезмерный рост температуры. У основания напряженность поля ослабевает настолько, что достаточно использовать сварную конструкцию из конструкционного алюминия. Основание (и земля) находятся на достаточном расстоянии, чтобы свести к минимуму электростатическое напряжение на обмотках реактора (при низком значении емкостного сопротивления на землю).

Поскольку бетонное основание находится сравнительно далеко от катушки, была использована стандартная конструкция с одним изменением: вместо стальных арматурных стержней применялись стекловолоконные. Теоретически, сталь можно было бы использовать, если бы не было точек межсоединения, через которые мог бы протекать индуцированный ток. Однако на практике выявить эту проблему при осмотре было бы невозможно.

3) Установка

Все части реактора с воздушным сердечником находятся под напряжением, поэтому в целях безопасности необходимо соблюдать все зазоры, указанные в национальных правилах техники электробезопасности (ANSI C2).

Реактор муниципального предприятия Сакраменто не только поднят над землей на опорах, но также окружен ограждением из секвойи или сосны, имеющим срок службы 15 лет без ремонта. Ворота расположены в дальнем от реакторов углу. Они снабжены блокировочным устройством Kirk Key, которое гарантирует, что переключатели реактора, ведущие к ЛЭП и станции, будут разомкнуты прежде, чем персонал попадет на территорию реактора.

Можно использовать металлическое ограждение, соблюдая следующие условия: ограждение должно быть разбито на отдельные изолированные секции, и все секции должны быть заземлены во избежание емкостной связи.

Поскольку реакторы с воздушным сердечником не содержат железа, которое бы улавливало магнитное поле, необходимо следить, чтобы поле не вызвало индукционного нагрева в близко расположенных предметах и оборудовании, включая автоматические прерыватели, молниеотводы и аналогичное оборудование. Все необходимые конструкции должны находиться достаточно далеко во избежание перегрева (на рис. 5 приведены некоторые рекомендации). Современные методы анализа позволяют выявить потенциальные проблемные участки, проблемы на которых можно исправить, выбрав соответствующие материалы, определив правильную геометрию и метод экранирования. Таким образом, установка этого оборудования возможна в недостаточно просторных местах.

Максимальное снижение уровня шума было важным условием для озерной подстанции компании Сакраменто, которая расположена в быстроразвивающемся жилом районе. Конструкция предусматривала уровень шума не выше 55 дБ (А) у ограждения подстанции – как того требует законодательство округа – и не выше 45 дБ (А) в 10 часов вечера в будущем месте расположения ближайшего населенного пункта. Для достижения этой цели, с двух сторон реактора планировалось установить звуковые барьеры, учитывая, что новый реактор должен был производить шум в 79 дБ (А) или меньше. Как и планировалось, реактор после установки производил меньший шум – 65 дБ (А) на расстоянии двух метров.

Сама конструкция реактора сводит к минимуму шум и вибрацию за счет следующих факторов:

Низкая плотность электрического тока, аналогично реакторам с железным сердечником, которые имеют низкий уровень магнитной индукции в сердечнике.

Скобы из смеси стекловолокна и эпоксидной смолы надежно фиксируют концы обмотки.

Естественная резонансная частота вспомогательных компонентов не соответствует функции форсирования электромагнитной нагрузки, которая в два раза превышает частоту тока в линии.

Резонансная частота герметически запаянной в композитный материал обмотки регистрируется и может быть изменена при необходимости.

Существует много передовых моделей такой конструкции с особо низким уровнем шума и вибрации.

4) Другие соображения.

Множество других факторов учитывалось в процессе спецификации и проектирования самой катушки реактора.

Были задействованы несколько видов защиты. Токи повреждения через изолирующие опоры на землю компенсировались реле заземления, предусмотренными для защиты ЛЭП. Реактор защищен от переходного напряжения с помощью разрядника для защиты от перенапряжений, подключенного поперечно к его терминалам. Выбранный разрядник – беззазорный оксидный варистор с максимальным длительным рабочим напряжением 98 кВ (эффективная величина). Это значение было выбрано на основе двухсекундной нагрузки в 140 кВ через терминалы разрядника для имитации тока замыкания на землю на одном терминале реактора. При этом реактор был включен от шины бесконечной мощности в 230 кВ.

Негативное влияние переходного напряжения на изоляцию обмотки сведено к минимуму при помощи спирали с малым шагом намотки и методов выравнивания. Модель высокочастотного связанного контура использовалась для прогнозирования распределения напряжения по обмотке. В результате экспериментов с применением ПО для симуляции заряда, концевые электроды спроектированы таким образом, чтобы исключить искрение в условиях номинального переходного напряжения. Однако если реактор подвергнуть воздействию намного более сильного напряжения, чем то, на которое он рассчитан, то прежде, чем откажет внутренняя изоляция, на концевых электродах будет искрение.

5) Тактическое решение проблемы

Изначально, обе компании (Сакраменто и PG&E) считали, что последовательный реактор – только решение проблемы ближайшего будущего, но затем мы изменили наше мнение.

Как правило, последовательные реакторы снижают напряжение и увеличивают потери электроэнергии при внедрении в систему. В данном случае произошло обратное, благодаря перераспределению потока электроэнергии через линии.

Экономия потерь электроэнергии компании Сакраменто составила примерно 1 МВт, а компании PG&E – 10 МВт. Западная энергосистема (WAPA) сэкономила 9,7 МВт электроэнергии. Итак, экономия за год превысила затраты на установку, которые составили 2,6 миллиона долларов.

Вдобавок к собственно экономии электроэнергии, реакторы повысили запас устойчивости приблизительно на 50 МВА до значения 150 МВА (MVAr), что явилось результатом более эффективного межсоединения. При этом не пришлось использовать конденсаторные батареи.

Учитывая их эффективность, компания Сакраменто считают, что реакторы продолжат свою эффективную работу в новом столетии.

Реакторы, которые устанавливают олимпийские рекорды скорости установки и времени окупаемости

Рисунок 6.

На фото: Шесть реакторов с сопротивлением 21 Ом производства компании Тrench, установленные в пределах трассы ЛЭП, сэкономили компании Georgia Power 14 млн. долларов, кoторые ей пришлось бы потратить на установку новой линии и модернизацию станции.

Когда было объявлено, что Олимпийский огонь для летних Олимпийских игр 1996 года будет зажжен в Атланте, начали напряженную работу также и инженеры-экономисты компании Southern Companies Services и отделы проектирования и строительства подстанций компании Georgia Power Company, крупнейшей из пяти компаний, входящей в состав Southern Company.

И хотя рост потребления электроэнергии в связи с этим спортивным событием должен был быть минимальным, было очевидно, что наплыв приезжих создаст значительную дополнительную нагрузку на всю северную половину штата. Southern Company решила удовлетворить дополнительный спрос и запастись соответствующими резервами, чтобы с применением новых технологий импортировать электроэнергию из соседних регионов, в частности, из подрегиона Вирджиния / Каролина (ВК) на востоке.

Однако сильные перегрузки линий в результате незапланированных расходов в петле неоднократно снижали пропускную способность линии ВК-юг до нуля жарким летом 1995 года. Если бы эта ситуация повторилась летом 1996 года, способность Southern Company осуществлять запланированный или внеочередной импорт электроэнергии с Duke Power и других станций на востоке была бы поставлена под вопрос.

Учитывая отсутствие точной информации о величине дополнительной нагрузки, угрозу возможных терактов на установках выработки и распределения электроэнергии, быстро возрастающие незапланированные расходы в петле, а также то, что весь мир сосредоточил внимание на штате Джорджия, компании Georgia Rower и Southern Company ощущали необходимость более эффективного межсоединения.

Как правило, электроэнергия поступает в штат Джорджия со станции Duke в основном по пятисоткиловольтной линии из Окони, штат Южная Каролина в метрополис Анланта (см. рис.-карту), а также по нескольким меньшим линиям, включая линию на 230 кВ между плотиной Гартвелл и Гартвеллской электростанцией. Плотина Гартвелл - это ГЭС мощностью 358 МВт и имеющая пять блоков, находящаяся под управлением инженерного корпуса армии США. Электростанция Гартвелл - это двублочная электростанция мощностью 300 МВт, которая продает энергию компании Oglethorpe Роwer Соrporation, которая, в свою очередь, поставляет электроэнергию 39 компаниям в штате Джорджия.

Хотя ЛЭП между плотиной Гартвелл и Гартвеллской электростанцией, а также компанией Bio-Наrtwell Еnergу имеет два сталеалюминиевых провода по 795 ксmil на каждую фазу, следующий участок ЛЭП, от Bio до центра, состоит из одинарных сталеалюминиевых проводов по 795 kcmil. С помощью анализа потокораспределения нагрузки, компания Southern Companies Services выяснила, что уже сильно загруженная ЛЭП Вio - центр, рассчитанная на 230 кВ, была самым значительным препятствием для импорта

нужного количества электроэнергии из ВК.

Таким образом, задача заключалась в том, чтобы резко снизить нагрузку на эту линию, имея меньше одного года для изучения ситуации, проектирования, поставки и монтажа нового оборудования.

Компания Georgia Power Corporation приняла решение приобрести и установить реакторы с воздушным сердечником до критического отрезка ЛЭП с одинарными проводниками. Шесть реакторов с сопротивлением 21 Ом (по два на каждую фазу, подключены последовательно) были произведены компанией Тrench с центром в Торонто и установлены почти в середине 230-вольтной ЛЭП плотина Гартвелл - Гартвеллская электростанция, таким образом повышая сопротивление этой линии в 11 раз и значительно снижая потокораспределение нагрузки на всей ЛЭП от плотины Гартвелл до центра. Общaя стоимость шести реакторов составила приблизительно 2,6 млн. долларов. После установки этих реакторов компания Southern Company может импортировать на 1600 МВт больше, чем раньше, причем ни ЛЭП Вio - центр, ни какое иное оборудование не подвержено температурной перегрузке.

Выбор полного сопротивления и размещения реакторов был осложнен тем фактом, что разные стороны имели противоречащие друг другу цели. Например, если бы реакторы были установлены ниже Гартвеллской электростанции, на подстанции Вio, где было достаточно места для установки, один реактор, установленный на каждую фазу, увеличил бы пропускную способность ЛЭП Duke - Southern Company в той же степени, но с меньшими затратами.

Это было бы выгодно компаниям Georgia Power Corporation, Оglethorpe Power Corporation и другим владельцам этой системы передачи электроэнергии в штате Джорджия. Однако пропускная способность ЛЭП Southern – Duke была бы снижена, а электроэнергия, предназначенная для потребления компанией Оglethorpe Power Corporation, пошла бы через систему Duke, что повредило бы ей.

Выбранное место для установки между плотиной Гартвелл и Гартвеллской электростанцией - находится на земле, принадлежащей правительству США, почти в середине ЛЭП, принадлежащей Оglethorpe Power Corporation. Здесь потребовалось провести масштабные работы по выравниванию ландшафта; однако альтернативные места для установки найдены не были, поскольку ни подстанция плотины Гартвелл инженерного корпуса, ни передаточная станция Гартвеллской электростанции компании Оglethorpe не имели подходящих горизонтальных мест на всем протяжении ЛЭП.

Реакторы были установлены в пределах трассы на 7-футовых (2.134 м) изоляторах и 14-футовых (4.267 м) стальных основаниях для обеспечения необходимого магнитного зазора. Сами реакторы имеют высоту 12 футов (3.658 м). На каждой фазе линии установлено по два ряда изоляторов; ответвление проводника соединяет изоляторы одной стороны с реакторами, а затем с изоляторами на другой стороне. Если когда-либо возникнет необходимость в развязке, то установленные перемычки можно срезать для отключения любого или обоих комплектов

реакторов, и быстро установить новые перемычки для восстановления работы линии. Территорию реакторов окружает стальное ограждение.

Опорная конструкция реактора рассчитана выдерживать ураганный ветер скоростью до 100 миль в час. Поскольку реакторы не содержат масла, они безвредны для окружающей среды, и не требуют никакого ухода в течение всего срока эксплуатации. Обмотка реакторов заключена в стекловолокно и эпоксидную смолу. Это обеспечивает механическую целостность и устойчивость к механическим нагрузкам в условиях короткого замыкания. Каждая катушка реактора весит 20 тонн.

Хотя компания Trench могла произвести три установки на 42 Ом каждая вместо шести по 21 Ом, их размер сделал бы их неподъёмными, а одна-единственная неполадка повлекла бы за собой вывод из эксплуатации всех реакторов во избежание неуравновешенной работы линии. Кроме того, меньшие по размерам реакторы были бы более универсальны, если бы когда-либо, в результате изменения структуры системы, возникла необходимость переместить их.

И хотя реакторы влекут за собой определенные потери электроэнергии, общие потери электроэнергии (I²R) в ЛЭП снизились в результате меньшего потока электроэнергии. Реальные потери мощности в реакторах также незначительны благодаря их высокому коэффициенту качества (X / R), обычно реакторы Trench имеют коэффициент X / R выше 150. Благодаря фазовому соотношению напряжения по поперечной оси, падение напряжения в подключенных реакторах также остается незначительным.

Возможным альтернативным решением для снижения перегрузки на линии Bio – центр мог бы стать дополнительный проводник на фазу на этой линии и двух линиях Anderson – Гартвеллская плотина компании Duke, а также обновление оборудования станции. Стоимость этого обновления составила бы приблизительно 14 млн. долларов.

Чтобы сравнить этот подход с установкой реактора, важно отметить, что альтернативные варианты влекли бы за собой другие преимущества.

Хотя это стоило бы намного дороже, обновление ЛЭП обеспечило бы дополнительную мощность по сравнению с перераспределением нагрузки с линии Bio – центр, что было достигнуто с помощью установки реакторов. Однако времени до Олимпийских игр было слишком мало для проведения модернизации ЛЭП.

С другой стороны, скорость реализации проекта установки реакторов сама по себе является своего рода олимпийским рекордом: фирма Trench получила контракт в декабре 1995, и он был выполнен в марте 1996.

Помимо экономии расходов, основным преимуществом реакторов для компании Southern Company продолжает оставаться повышенная надежность при сравнительно невысоких расходах в периоды острой необходимости, а также быстрая окупаемость. Проект удалось запланировать и выполнить в кратчайшие сроки перед Олимпийскими играми, он был экологически безопасен, а оборудование не потребует ухода в течение всего срока эксплуатации.

Реакторы фильтра с воздушным сердечником для системы Manitoba Hydro: - экологически безопасная конструкция

Ричард Ф. Дали, Уолтер Кимино, Хэфли Тренч,

Масаррат Нарви (Manitoba Hydro)

Масляные реакторы фильтра, применявшиеся в Двухполюснике 1 ВЛЭППТ фирмы Manitoba Hydro, заменяются на реакторы сухого типа с воздушным сердечником исходя как из экологических, так и из экономических соображений. В этой статье рассматривается в целом конструкция новых реакторов фильтра с воздушным сердечником и ее особенности.

Высоковольтная линия электропередач постоянного тока (ВЛЭППТ) фирмы Manitoba Hydro от гидроэлектростанции в Северной Манитобе до г. Виннипег, в девятистах километрах к югу, состоит из двух двухполюсников, построенных в разное время для удовлетворения потребностей в электроэнергии. Эта новаторская ВЛЭППТ не только обеспечивает электроэнергией город Виннипег с пригородами и провинцию Манитоба, но также передает достаточно энергии для продажи компании Northern States Power в Миннесоте, а также соседним провинциям Саскачеван и Онтарио. Первая часть ВЛЭППТ. которую назвали Двухполюсник 1 (Bipole 1), и строительство которой начали в конце 60-х годов, а закончили в начале 70-х, создавалась с применением передовой в то время технологии – ртутные вентили, масляные реакторы фильтра и сглаживающие реакторы. Вторая часть, названная Двухполюсник 2 (Bipole 2), строительство которой продолжалось с начала 70-х годов до середины 80-х, создавалась с применением тиристорных вентилей и реакторов фильтра сухого типа с воздушным сердечником. Поскольку реакторы фильтра сухого типа с воздушным сердечником хорошо показали себя в течение последних двадцати лет эксплуатации, компания Manitoba Hydro приняла решение использовать технологию реакторов сухого типа с воздушным сердечником для замены масляных реакторов фильтра, применявшихся при строительстве Двухполюсника 1.

Экологические проблемы, связанные с использованием масляных реакторов фильтра.

Большинство масляных реакторов фильтра, применявшихся в Двухполюснике 1, находятся в эксплуатации уже более 25 лет, и имеют теоретический ресурс 35 лет. Компания Manitoba Hydro решила заменить это оборудование по следующим причинам:

Проблема утечки масла на участке между трансформаторным вводом и баком, которая всегда была связана с использованием этих реакторов, в последние годы еще более обострилась. Эта проблема не только снижала работоспособность и повышала расходы на обслуживание, но также вызывала серьёзные опасения экологов в связи с утечкой масла в окружающую среду. Сегодня с масляным оборудованием обязательно использование масло сборников.

Поскольку в Манитобе очень холодная зима, масляные реакторы фильтра работали с перебоями.

В существующих установках конденсаторы, имеющие силовой блок управления, были установлены на стойках позади реакторов. В случае возгорания они представляли проблему как для безопасности, так и для окружающей среды; также требовались большие расходы на их очистку. Когда была введена в действие автоматическая водяная противопожарная система, необходимая для масляных реакторов, это повлекло за собой еще большие расходы.

Решение проблемы путем использования сухих реакторов фильтра с воздушным сердечником

После детальной оценки было принято решение использовать сухие реакторы фильтра с воздушным сердечником для замены первоначально установленных масляных реакторов. При этом учитывались следующие причины:

Реакторы сухого типа с воздушным сердечником дешевле, чем масляные реакторы с железным сердечником.

Реакторы сухого типа с воздушным сердечником занимают столько же места, сколько и масляные реакторы. Сухие реакторы с воздушным сердечником имеют практически ту же высоту, что и масляные реакторы, если учитывать высоту ввода реактора, и они занимают немного меньшую площадь. Это показано на фотографии, рисунок 1 (на обложке этого журнала), где изображены установленные реакторы фильтра сухого типа с воздушным сердечником 11-й и 13-й гармоник и расположенные рядом масляные реакторы фильтра 5-й и 7-й гармоник.

Реакторы сухого типа с воздушным сердечником не представляют ни одной из вышеперечисленных проблем для экологии. Они не имеют риска возгорания и не требуют маслосборника. Они не загрязняют почву, как загрязняли ее масляные реакторы в случае утечки масла.

Реакторы сухого типа с воздушным сердечником могут поставляться со встроенной системой отвода индуктивности, достаточно точной для соответствия любому допуску r.

Реакторы сухого типа с воздушным сердечником не обязательно требуют наличия резисторов-демодуляторов сигнала Q. Реакторы с воздушным сердечником для фильтров постоянного тока 6-й и 12-й гармоник имеют кольца для гашения сигнала Q. Эти кольца использовались не во всех моделях реакторов. При оценке реакторов учитывались их стоимость, размеры и габариты контактной сети, поскольку все реакторы должны были быть установлены в уже существующие места.

Реакторы сухого типа с воздушным сердечником практически не требуют ухода.

Общие характеристики конструкции реакторов сухого типа с воздушным сердечником

Чтобы сделать стоимость оптимальной, высоковольтные сухие реакторы с воздушной изоляцией проектируются и производятся под каждый конкретный заказ. Основные детали конструкции и вспомогательные компоненты сухого реакторы фильтра показаны на рисунке 2. Конфигурация вспомогательных компонентов и структуры опоры определяется рабочими техническими условиями и требованиями к монтажу. Ниже описываются важнейшие характеристики оборудования и использование дополнительных элементов для максимального соответствия потребностям конкретного проекта.

Обмотка реактора состоит из ряда секций обмотки, имеющих цилиндрическую форму и герметически заключенных в стекловолокно, обогащенное эпоксидной смолой. Эти секции состоят либо из одножильного изолированного алюминиевого кабеля, либо из нескольких параллельных жил изолированного кабеля, и все подсоединены параллельно путем приваривания их концов к металлическим балочным структурам (спайдерам / звёздам).

Количество секций и их витков определяется требованиями тока и индуктивности.

Концентрические параллельные обмотки рассчитываются так, чтобы нагрузка радиального напряжения практически равнялась нулю, а остальная нагрузка осевого напряжения осуществляет воздействие на поверхность; сила этого воздействия намного меньше, чем при использовании фарфоровых изоляторов, а рабочее напряжение на устойчивых контактах между проводниками намного ниже того уровня, при котором может происходить частичный разряд.

Секции обмотки радиально разделены расположенными по окружности на равном расстоянии друг от друга воздуховодами, армированными стекловолокном, которые образуют вертикальные воздуховоды, обеспечивающие естественное конвекционное охлаждение обмотки.

Как верхний, так и нижний спайдеры соединены вместе несколькими комплектами стекловолоконных зажимов, расположенных вдоль обмотки. Спайдеры прикреплены посредством указанных зажимов к концевой заделке обмотки, армированной стекловолокном. Таким образом, обеспечивается механическая связь и электрическая изоляция между балками спайдера и последними витками обмотки.

Обычно реакторы фильтра устанавливаются на нескольких изолирующих опорах, и могут иметь специально изготовленные металлические или композитные опорные элементы для обеспечения дополнительного зазора под реактором (например, зазор для слоя снега, лежащего зимой под реактором).

Основания для реакторов сухого типа – обычные железобетонные плиты без каких-либо маслосборников.

Поскольку материалы, используемые в реакторах сухого типа не горят, не требуется принимать мер противопожарной безопасности, таких как автоматическая система пожаротушения.

Общее описание конструкции

Реакторы фильтра переменного и постоянного тока было трудно спроектировать в силу ограниченности места, предназначенного для реакторов, неблагоприятного климата провинции Манитоба и технических требований компании Manitoba Hydro. Реакторы фильтра постоянного тока 6-й и 12-й гармоник (рисунок 3) иллюстрируют некоторые наиболее интересные особенности конструкции и характеристики сухих реакторов фильтра с воздушным сердечником. Эти реакторы, имеющие основной импульсный уровень прочности изоляции 1550 кВ, не имеют аналогов, потому что оснащены отводящей секцией с очень малыми значениями допуска, и кольцом для гашения сигнала Q. что обеспечивает демпфирование (при этом также отпадает необходимость в отдельно установленном резисторе).

Отвод в реакторах фильтра

При условии стабильной частоты сети наибольшая эффективность высоковольтных фильтров постоянного тока (например, сведение к минимуму гармонического искажения и коэффициента помех проводной связи) достигается путем максимально точной настройки фильтрующих контуров. Кроме того, общепринятым является обеспечивать высоковольтные реакторы фильтра постоянного тока ответвлениями, чтобы позволить оптимальную настройку поля фильтрующих контуров при вводе в эксплуатацию. Что касается реакторов фильтра постоянного тока 6-й и 12-й гармоник, регулировка индуктивности в общем диапазоне 6% с шагом 0,5% плюс ответвления допуска. Входная и выходная мощность реактора была зафиксирована посредством переключателя ответвлений.

Гашение сигнала Q в реакторах фильтра

Фильтр представляет из себя, в сущности, резонансный контур. Гашение резонансного контура, состоящего из реактора и конденсатора, регулируется посредством резистивного компонента реактора, что выражается коэффициентом Q реактора. Коэффициент Q – это соотношение реактивной силы и активной силы в реакторе. Обычно значение коэффициента Q реакторов фильтра в диапазоне частот гармоник составляет от 50 от 200.

В некоторых случаях требуется, чтобы коэффициент Q был намного ниже, чем естественное значение Q реактора. Это часто достигается посредством включения в цепь резистора, обычно последовательно или параллельно с реактором.

В середине 70-х годов получила распространение технология гашения сигнала Q с помощью спайдеров (звёзд). В реакторах фильтра 11-й и 13-й гармоник, установленных в рамках проекта Двухполюсник 2 в 1976 году, конструкция предусматривала использование спайдеров по 64 балки в каждом на концах реактора; в результате значение коэффициента Q 11-й гармоники снижалось от 500 до 100. В начале 90-х годов была разработана более экономичная альтернатива, и сегодняшняя технология с применением колец для гашения сигнала Q более универсальна, чем технология, использующая спайдеры. Кроме того, новая технология способна снижать коэффициент Q реактора до значения, в 10 раз меньшего. Резервный реактор фильтра 11-й и 13-й гармоник в рамках проекта Двухполюсник 2 был оснащен этой системой в 1993 году.

Система гашения сигнала Q с помощью колец включает одно или несколько расположенных коаксиально и замкнутых накоротко колец, которые взаимодействуют с основным полем реактора. Индуцированные токи в кольцах рассеивают энергию в кольцах, и таким образом понижают коэффициент Q реактора.

Поскольку в кольцах рассеивается высокая энергия, они спроектированы таким образом, что имеют высокое отношение величины поверхности к объёму для рассеяния высокой температуры, и обычно представляют из себя длинные тонкие полосы из нержавеющей стали. Охлаждение обеспечивается за счет теплового излучения и естественной конвекции окружающего воздуха, который поступает в пространство между указанными полосами в нижней части системы колец для гашения сигнала Q, и выходит в её верхней части. Нержавеющая сталь, из которой изготовлены кольца, может нагреваться приблизительно до 300˚С без изменения её технических характеристик. Кроме того, практически нет зависимости сопротивления от температуры.

Размеры колец, их количество и расположение по отношению к обмотке определяются с тем, чтобы обеспечить желаемый коэффициент Q при данной частоте. Обычно кольца устанавливаются над верхним спайдером, как показано на Фигурах 2 и 3, но возможно также установить их под нижним спайдером или вне пределов катушки, с тем чтобы обеспечить нужный коэффициент Q и величину гашения. В зависимости от расположения колец для гашения сигнала Q и технических параметров реактора фильтра (основной импульсный уровень прочности изоляции, перепад напряжений, номинальная мощность, и т.д.) возможно гашение коэффициента Q с помощью системы колец до 150 кВт.

На рисунке 4 показан график зависимости коэффициента Q от частотной характеристики для реактора фильтра сухого типа с воздушным сердечником в фильтре 6-й гармоники. Значение естественного коэффициента Q реактора при частоте 360 Гц было около 210, а желаемое значение Q фильтра при частоте 360 Гц – 120. На графике показана Q – характеристика отдельного реактора, реактора с последовательно подключенным резистором и реактора с системой колец для гашения сигнала Q. Как видно из графика, Q – характеристика реактора, оснащенного системой колец для гашения сигнала Q, аналогична характеристике реактора с последовательно подключенным резистором.

Преимущества системы колец для гашения сигнала Q по сравнению с отдельным резистором:

Система колец для гашения сигнала Q не имеет требований к величине основного импульсного уровня прочности изоляции.

Не требуется никаких дополнительных компонентов (система колец для гашения сигнала Q является неотъемлемой частью реактора).

Требуется меньше места, чем для реактора, оснащенного резистором.

Не требуется никакого монтажного приспособления.

Не требуется подключения к электрической цепи.

Система более надежна, чем реактор с отдельным резистором.

Система является более экономичной, чем реактор с параллельно или последовательно подключенным резистором (в пределах указанного диапазона).

ПРОЦЕСС УСТАНОВКИ И ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Одно из основных требования к данному проекту заключалось в том, чтобы реакторы были установлены в очень краткие промежутки времени, с тем, чтобы не прерывать работу этой очень важной ВЛЭППТ. И опять, благодаря простоте установки, реакторы с воздушным сердечником предпочтительнее. Реакторы с воздушным сердечником имеют следующие преимущества:

Реакторы с воздушным сердечником можно было доставлять к месту установки и хранить, не принимая никаких особых мер предосторожности.

Для установки реакторов сухого типа требуется самое простое сборочное оборудование. Для поднятия реактора и установки его на предназначенное место нужен мостовой кран и простые инструменты. К реакторам сухого типа не предъявляется особенных требований для ввода в эксплуатацию, по дегазации и т.п.

Для монтажа реакторов сухого типа использовались простые опорные структуры, обеспечивающие снежный зазор и защиту рабочего персонала. При проектировании структур внимание уделялось тому, чтобы исключить потери в результате взаимодействия с электромагнитным полем и возможность связанного с этим разогревания опор. При этом нельзя было использовать решетчатые конструкции или структурные петли.

Поскольку реакторы сухого типа легче существующих масляных реакторов, не потребовалось менять основания. Были использованы старые основания с небольшими модификациями. Учитывая высоту опорных структур, использованных для реакторов сухого типа, не пришлось изменять арматурный профиль существующих оснований.

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ

С начала 1970-х годов реакторы сухого типа с воздушным сердечником использовались в качестве высоковольтных реакторов фильтра постоянного тока. В настоящее время технология реакторов сухого типа является предпочтительной, и была выбрана фирмой Manitoba Hydro для замены масляных реакторов фильтра. Благодаря многочисленным преимуществам реакторов сухого типа с воздушным сердечником, конструкция сглаживающих реакторов для ВЛЭППТ в настоящее время также основана на этой технологии.

Благодарность: Фотографии установки предоставлены Аланом Форрестом, компания Teshmont.

На рисунках:

Рисунок 1 (на обложке журнала):

Блоки фильтров переменного тока на станции Dorsey.

Рисунок 2:

Блоки фильтров переменного тока на станции Dorsey.

изолятор опорного столба.

зафиксированный выходной терминал.

распорка воздуховода.

балка спайдера (звезды).

коронные электрические защитные кольца.

кольца гашения сигнала Q.

Блоки фильтров переменного тока на станции Dorsey.

вертикальный крепежный элемент.

горизонтальный крепежный элемент.

зафиксированный входной терминал.

основная катушка.

ответвленная секция катушки.

ответвления.

переключатель ответвлений.

изолированные проводники, герметически запаянные в композитный материал (стекловолокно плюс эпоксидная смола).

Рисунок 3:

Реакторы фильтра 6-й и 12-й гармоник на опорах.

Рисунок 4:

График зависимости коэффициента Q от частотной характеристики.

зависимость Q от частоты.

катушка.

катушка с последовательно подключенным резистором (3,8 Ом).

катушка с кольцами для гашения сигнала Q.

a

Q