Unterstützung von Strombegrenzern und Lichtbogenunterdrückungsdrosseln
Strombegrenzungsdrosseln dienen dazu, Kurzschlussströme zu begrenzen und im Falle eines Fehlers hinter den Drosseln ein bestimmtes Niveau der Sammelschienenspannung aufrechtzuerhalten.
Reaktoren werden in Umspannwerken hauptsächlich für Netze mit einer Spannung von 6 bis 10 kV eingesetzt, seltener für eine Spannung von 35 kV. Der Reaktor ist eine Spule ohne Kern, sein induktiver Widerstand hängt nicht vom fließenden Strom ab. Eine solche Induktivität ist in jeder Phase eines Drehstromnetzes enthalten. Der induktive Widerstand des Reaktors hängt von der Anzahl seiner Windungen, der Größe, der relativen Position der Phasen und den Abständen zwischen ihnen ab. Der induktive Widerstand wird in Ohm gemessen.
Unter normalen Bedingungen, wenn der Laststrom durch die Drossel fließt, beträgt der Spannungsverlust in der Drossel nicht mehr als 1,5–2 %. Wenn jedoch der Kurzschlussstrom fließt, steigt der Spannungsabfall an der Drossel stark an. In diesem Fall muss die Restspannung der Umspannwerksbusse zum Reaktor mindestens 70 % der Nennspannung betragen.Dies ist notwendig, um den stabilen Betrieb der anderen an die Umspannwerksbusse angeschlossenen Benutzer aufrechtzuerhalten. Der Wirkwiderstand des Reaktors ist klein, daher beträgt der Wirkleistungsverlust im Reaktor 0,1–0,2 % der im Normalbetrieb durch den Reaktor fließenden Leistung.
Beim Schaltpunkt wird zwischen zwischen Sammelschienenabschnitten geschalteten Linear- und Teildrosseln unterschieden. Linearreaktoren können wiederum einzeln (Abb. 1, a) – für eine Linie und gruppenweise (Abb. 1, b) – für mehrere Linien sein. Bei der Konstruktion wird zwischen Einzel- und Doppelreaktoren unterschieden (Abb. 1, c).
Reaktorwicklungen bestehen normalerweise aus isolierten Litzendrähten – Kupfer oder Aluminium. Bei Bemessungsströmen ab 630 A besteht die Drosselwicklung aus mehreren parallelen Zweigen. Bei der Herstellung des Reaktors werden die Wicklungen auf einen speziellen Rahmen gewickelt und anschließend mit Beton ausgegossen, der die Verschiebung der Windungen unter Einwirkung elektrodynamischer Kräfte beim Fließen von Kurzschlussströmen verhindert. Der Betonteil des Reaktors ist lackiert, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern. Im Freien aufgestellte Reaktoren werden einer speziellen Imprägnierung unterzogen.
Reis. 1. Schemata für den Einbau von Strombegrenzungsdrosseln: a – einzelne Einzeldrossel für eine Leitung; b – Gruppenreaktor; mit — Doppelreaktor einer Gruppe
Um Reaktoren verschiedener Phasen voneinander und von geerdeten Strukturen zu isolieren, werden sie auf Porzellanisolatoren montiert.
Neben Einzelreaktoren haben auch Doppelreaktoren Anwendung gefunden. Im Gegensatz zu Einzelreaktoren haben Doppelreaktoren zwei Wicklungen (zwei Zweige) pro Phase. Die Wicklungen haben eine Windungsrichtung.Die Drosselzweige sind für die gleichen Ströme ausgelegt und haben die gleiche Induktivität. Eine Stromquelle (normalerweise ein Transformator) wird an die gemeinsame Klemme angeschlossen und eine Last wird an die Abzweigklemmen angeschlossen.
Zwischen den Zweigen der Reaktorphase besteht eine induktive Kopplung, die durch die Gegeninduktivität M gekennzeichnet ist. Im Normalbetrieb, wenn in beiden Zweigen annähernd gleiche Ströme fließen, ist der Spannungsverlust in einer Doppeldrossel aufgrund der Gegeninduktion geringer als in einer herkömmlichen Drossel mit der gleiche Induktivitätswiderstand. Dieser Umstand ermöglicht es, einen Doppelreaktor effektiv als Batch-Reaktor zu nutzen.
Bei einem Kurzschluss in einem der Zweige des Reaktors wird der Strom in diesem Zweig viel höher als der Strom im anderen unbeschädigten Zweig. In diesem Fall nimmt der Einfluss der Gegeninduktion ab und die Wirkung der Begrenzung des Kurzschlussstroms wird verringert wird hauptsächlich durch den inhärenten induktiven Widerstand am Reaktorzweig bestimmt.
Während des Betriebs der Reaktoren werden diese überprüft. Bei der Inspektion wird auf den Zustand der Kontakte an den Verbindungspunkten der Busse zu den Reaktorwicklungen anhand der abgedunkelten Farben, der Indikator-Wärmefolien, des Zustands der Wicklungsisolierung und des Vorhandenseins von Verformungen der Windungen geachtet. vom Staubungsgrad und der Unversehrtheit der Stützisolatoren und ihrer Bewehrung, vom Zustand des Betons und der Lackbeschichtung.
Besonders gefährlich sind die Durchnässung des Betons und die Reduzierung seines Widerstandes bei Kurzschluss und Überspannung im Netz durch mögliche Überlappung und Zerstörung der Reaktorwicklungen. Unter normalen Betriebsbedingungen sollte der Isolationswiderstand der Drosselwicklungen gegenüber Erde mindestens 0,1 MΩ betragen.Die Funktionsfähigkeit der Kühl-(Lüftungs-)Systeme der Reaktoren wird überprüft. Wird eine Lüftungsstörung festgestellt, müssen Maßnahmen zur Reduzierung der Belastung ergriffen werden. Eine Überlastung der Reaktoren ist nicht zulässig.
Lichtbogenunterdrückungsreaktoren.
Einer der häufigsten Fehler im Stromnetz ist die Erdung spannungsführender Teile einer Elektroinstallation. In 6-35-kV-Netzen machen diese Schäden mindestens 75 % aller Schäden aus. Beim Abschluss; an die Erde einer der Phasen (Abb. 2) eines dreiphasigen Stromnetzes, das mit einem isolierten Neutralleiter arbeitet, wird die Spannung der beschädigten Phase C relativ zur Erde Null und die anderen beiden Phasen A und B erhöhen sich um 1,73-fach (bis zur Netzspannung). Dies kann mit den in der Sekundärwicklung des Spannungswandlers enthaltenen Isolationsüberwachungsvoltmetern überwacht werden.
Reis. 2. Phase-Erde-Fehler in einem dreiphasigen Stromnetz mit Kompensation kapazitiver Ströme: 1 Wicklung eines Leistungstransformators; 2 – Spannungswandler; 3 – Lichtbogenunterdrückungsreaktor; H – Spannungsrelais
Der durch den Erdungspunkt fließende Strom der beschädigten Phase C ist gleich der geometrischen Summe der Ströme der Phasen A und B:
wobei: Ic – Erdschlussstrom, A; Uf – Netzphasenspannung, V; ω = 2πf-Winkelfrequenz, s-1; C0 ist die Phasenkapazität relativ zur Erde, pro Längeneinheit der Leitung, μF/km; L ist die Länge des Netzwerks, km.
Aus der Formel ist ersichtlich, dass der Wert des Erdschlussstroms umso größer ist, je größer die Länge des Netzes ist.
Ein Fehler zwischen Phase und Erde in einem Netz mit isoliertem Neutralleiter stört den Betrieb der Verbraucher nicht, da die Symmetrie der Netzspannungen erhalten bleibt.Bei großen IC-Strömen kann es bei Erdschlüssen zum Auftreten eines unterbrechenden Lichtbogens an der Fehlerstelle kommen. Dieses Phänomen wiederum führt dazu, dass im Netz Überspannungen bis zu (2,2-3,2) Uf auftreten.
Bei einer geschwächten Isolierung im Netzwerk können solche Überspannungen einen Isolationsdurchbruch und einen Phase-Phase-Kurzschluss verursachen. Darüber hinaus besteht durch die thermisch-ionisierende Wirkung eines Lichtbogens infolge eines Erdschlusses die Gefahr von Phasenfehlern.
Unter Berücksichtigung der Gefahr von Erdschlüssen in einem Netz mit isoliertem Neutralleiter kommt die Kompensation des kapazitiven Erdschlussstroms mittels Lichtbogenunterdrückungsdrosseln zum Einsatz.
Untersuchungen und Betriebserfahrungen zeigen jedoch, dass der Einsatz von Störlichtbogenunterdrückungsdrosseln in 6- und 10-kV-Netzen auch bei kapazitiven Erdschlussströmen von 20 bzw. 15 A sinnvoll ist.
Der Strom, der durch die Wicklung der Lichtbogenunterdrückungsdrossel fließt, entsteht durch die Wirkung der neutralen Vorspannung. Dies wiederum tritt im Neutralleiter auf, wenn eine Phase mit Erde kurzgeschlossen ist. Der Strom in der Drossel ist induktiv und gegen den kapazitiven Erdschlussstrom gerichtet. Auf diese Weise wird der Strom am Ort des Erdschlusses kompensiert, was zum schnellen Erlöschen des Lichtbogens beiträgt. Unter solchen Bedingungen können Luft- und Kabelnetze lange Zeit mit einem Leiter-Erde-Fehler betrieben werden.
Die Änderung der Induktivität erfolgt je nach Ausführung der Lichtbogenlöschdrossel durch Umschalten der Wicklungszweige, Änderung des Spalts im Magnetsystem und Bewegung des Kerns mit Gleichstrom.
Reaktoren vom Typ ZROM werden für Spannungen von 6 bis 35 kV hergestellt.Die Wicklung eines solchen Reaktors hat fünf Zweige. In einigen Energiesystemen werden Lichtbogenunterdrückungsreaktoren hergestellt, deren Induktivität durch Änderung der Lücke im Magnetsystem geändert wird (z. B. Drosseln vom Typ KDRM, RZDPOM für eine Spannung von 6–10 kV mit einer Kapazität von 400–1300). kVA)
Reis. 3. Wicklungsschema einer Lichtbogenunterdrückungsdrossel vom Typ RZDPOM (KDRM): A – X – Hauptwicklung; a1 — x1 — Steuerspule 220 V; a2 — x2 — Signalspule 100 V, 1A.
In elektrischen Netzen sind Lichtbogenunterdrückungsreaktoren ähnlichen Typs in Betrieb, die in der DDR, der Tschechoslowakei und anderen Ländern hergestellt werden. Strukturell bestehen Lichtbogenunterdrückungsdrosseln der Typen KDRM, RZDPOM aus einem dreistufigen Magnetkreis und drei Wicklungen: Stromversorgung, Steuerung und Signal. Das Wicklungsdiagramm ist in Abb. dargestellt. 3. Alle Wicklungen befinden sich auf dem mittleren Schenkel des dreistufigen Magnetkreises.
Reis. 4. Schaltpläne für den Einbau von Lichtbogenunterdrückungsdrosseln
Der Magnetkreis mit Spulen befindet sich in einem Tank mit Transformatoröl. Der mittlere Stab besteht aus einem festen und zwei beweglichen Teilen, zwischen denen zwei einstellbare Luftspalte gebildet werden.
In der Leistungsspule ist Anschluss A mit dem Neutralleiter des Leistungstransformators verbunden, Anschluss X ist über den Stromtransformator geerdet. Die Steuerspule a1 – x1 ist für den Anschluss eines Arc Suppression Reactor (RNDC)-Reglers ausgelegt.
Die Signalspule a2-x2 dient zum Anschluss von Steuer- und Messgeräten. Die Verstellung der Lichtbogenlöschdrossel erfolgt automatisch über einen elektrischen Antrieb. Die Begrenzung der Bewegung der beweglichen Teile des Magnetkreises erfolgt durch Endschalter.Schaltpläne für Lichtbogenunterdrückungsdrosseln sind in Abb. dargestellt.
In Abb. 4a zeigt eine universelle Schaltung, mit der Sie Lichtbogenunterdrückungsdrosseln an jeden der Transformatoren anschließen können. In Abb. In 4b sind die Lichtbogenunterdrückungsdrosseln jeweils in einem eigenen Abschnitt enthalten. Die Leistung der Lichtbogenunterdrückungsdrossel wird auf der Grundlage der Kompensation des kapazitiven Netzerdstroms ausgewählt, der vom jeweiligen Sammelschienenabschnitt geliefert wird.
Am Lichtbogenunterdrückungsreaktor ist ein Trennschalter installiert, um ihn während der manuellen Wiederherstellung abzuschalten. Die Verwendung eines Schalters anstelle eines Trennschalters ist nicht akzeptabel, da die fehlerhafte Abschaltung der Lichtbogenunterdrückungsdrossel durch einen Schalter während der Erdung im Netz zu einem Anstieg des Stroms am Erdungspunkt, Überspannung im Netz und Schäden am Netz führt Isolierung der Drosselwicklung, Phasenkurzschluss.
In der Regel werden Lichtbogenlöscheinrichtungen an die Neutralleiter von Transformatoren angeschlossen, die über ein Stern-Dreieck-Anschlussschema verfügen. Es gibt jedoch auch andere Anschlussschemata (im Neutralteil von Generatoren oder Synchronkompensatoren).
Die Leistung von Transformatoren, die in der Sekundärwicklung keine Last haben und zum Anschluss von Lichtbogendrosseln an ihren Neutralleiter dienen, wird gleich der Leistung der Lichtbogenunterdrückungsdrossel gewählt. Wenn der Transformator für die Lichtbogenlöschdrossel auch zum Anschluss der Last verwendet wird, sollte seine Leistung doppelt so groß wie die Leistung der Lichtbogenlöschdrossel gewählt werden.
Aufbau des Lichtbogenunterdrückungsreaktors.Idealerweise kann er so gewählt werden, dass der Erdschlussstrom vollständig kompensiert wird, d. h.
Dabei sind Ic und Ip die tatsächlichen Werte der kapazitiven Netzerdungsströme und des Stroms der Lichtbogenunterdrückungsdrossel.
Diese Einstellung der Lichtbogenunterdrückungsdrossel wird als resonant bezeichnet (im Stromkreis tritt eine Resonanz der Ströme auf).
Eine Regelung des Reaktors mit Überkompensation ist zulässig, wenn
In diesem Fall sollte der Erdschlussstrom 5 A und der Grad der Verstimmung nicht überschreiten
5 % nicht überschreitet. Es ist zulässig, unterkompensierte Lichtbogenunterdrückungsdrosseln in Kabel- und Freileitungsnetzen zu konfigurieren, wenn Notungleichgewichte in den Phasenkapazitäten des Netzes nicht zum Auftreten einer neutralen Vorspannung von mehr als 0,7 Uph führen.
In einem realen Netz (insbesondere in Luftnetzen) besteht immer eine Asymmetrie der Phasenkapazität gegenüber der Erde, abhängig von der Lage der Leiter auf den Trägern und der Verteilung der Koppelkondensatoren der Phasen. Diese Asymmetrie führt dazu, dass am Neutralleiter eine symmetrische Spannung auftritt. Die Unsymmetriespannung sollte 0,75 % Uph nicht überschreiten.
Der Einbau einer Lichtbogenunterdrückungsdrossel in den Neutralleiter verändert die Potentiale des Neutralleiters und der Netzphasen erheblich. Aufgrund der Asymmetrie im Netzwerk tritt am Neutralleiter eine neutrale Vorspannung U0 auf. Wenn das Netz nicht geerdet ist, darf die Abweichungsspannung des Neutralleiters über einen längeren Zeitraum nicht mehr als 0,15 Uph und für eine Stunde nicht mehr als 0,30 Uph betragen.
Durch die Resonanzabstimmung des Reaktors kann die Vorspannung des Neutralleiters Werte erreichen, die mit der Phasenspannung Uf vergleichbar sind.Dadurch werden die Phasenspannungen verzerrt und sogar ein falsches Erdungssignal erzeugt. In solchen Fällen ermöglicht die künstliche Auslösung der Lichtbogenunterdrückungsdrossel eine Reduzierung der neutralen Vorspannung.
Die Resonanzabstimmung der Lichtbogenunterdrückungsdrossel ist immer noch optimal. Und wenn bei einer solchen Einstellung die neutrale Abweichungsspannung größer als 0,15 Uph und die Unsymmetriespannung größer als 0,75 Uph ist, müssen zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, um die Kapazität der Netzwerkphasen durch Vertauschen der Drähte und Umverteilung der Koppelkondensatoren im Netzwerk auszugleichen Phasen.
Während des Betriebs werden Lichtbogenlöschdrosseln überprüft: in Umspannwerken mit ständigem Wartungspersonal einmal täglich, in Umspannwerken ohne Wartungspersonal – mindestens einmal im Monat und nach jedem Erdschluss im Netz. Achten Sie bei der Untersuchung auf den Zustand der Isolatoren, deren Sauberkeit, das Fehlen von Rissen, Spänen, den Zustand der Dichtungen und das Fehlen von Öllecks sowie den Ölstand im Ausgleichsbehälter; über den Zustand der Lichtbogenlöschschiene und verbindet sie mit dem Sternpunkt des Transformators und der Erdschleife.
In Ermangelung einer automatischen Anpassung des Reaktors zur Unterdrückung des Lichtbogens auf Resonanz erfolgt seine Umstrukturierung auf Anordnung des Dispatchers, der abhängig von der sich ändernden Netzkonfiguration (gemäß einer zuvor erstellten Tabelle) die Umspannstation zum Umschalten anweist die Abzweigung am Reaktor.Nachdem der diensthabende Beamte sichergestellt hat, dass das Netz nicht geerdet ist, schaltet er den Reaktor ab, installiert den erforderlichen Abzweig daran und schaltet ihn mit einem Trennschalter ein.