CC BY
125
Складена модель дыянки електрично-го ланцюга з метою дослидження комута-цшних перенапружень. Приведет можли-ei кратностi перенапружень при варiацiï параметрiв електричного ланцюга, умов комутацп i використанн захисних засобiв
Ключовi слова: трансформатор, ваку-умний вимикач, зрiз струму, комутацш-н перенапруження, обмежувач перенапружень нелтшний, захисний RC-ланцюжок □-□
Составлена модель участка электрической цепи с целью исследования коммутационных перенапряжений. Приведены возможные кратности перенапряжений при вариации параметров электрической цепи, условий коммутации и использовании защитных средств
Ключевые слова: трансформатор, вакуумный выключатель, срез тока, коммутационные перенапряжения, ограничитель перенапряжений нелинейный, защитная
RC-цепочка
□-□
The model of area of electric chain is made with the purpose of research of interconnect overstrains. The possible are resulted multipl-eness of overstrains at variation of parameters of electric chain, terms of commutation and the use of protective facilities
Keywords: transformer, vacuum switch, cut of current, interconnect overstrains, the terminator of overstrains is nonlinear, protective RC-chainlet
УДК 621.316.1.027
ИССЛЕДОВАНИЕ В ОБОЛОЧКЕ MATLAB КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НА КАБЕЛЬНОМ ПРИСОЕДИНЕНИИ ТРАНСФОРМАТОРА С ЭЛЕМЕНТАМИ ЗАЩИТЫ В ВИДЕ ОПН И RC-ЦЕПОЧКИ
С.В. Стариков
Магистр*
В.А. Чевычелов
Кандидат технических наук, главный инженер АО «СКБ Электрощит»
В. И. Гуль
Кандидат технических наук, профессор* *Кафедра «Передачи электрической энергии» Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт» ул. Фрунзе, 21, г. Харьков, Украина, 61002
1. Введение
2. Коммутационные перенапряжения и защита от них
Вакуумные выключатели(ВВ) имеют ряд преимуществ перед традиционно применяемыми в средних классах напряжения масляными и электромагнитными выключателями (высокая износостойкость, полная взрыво- и пожаробезопасность, бесшумность, малые габариты , чистота и удобство обслуживания, высокая надежность и безопасность эксплуатации [1]), что и обусловило их широкое применение во всем мире. Однако, наряду с очевидными достоинствами, ВВ имеют ряд недостатков [5]. Основным недостатком вакуумных выключателей является возможность генерирования перенапряжений до 5 - 7 крат значений фазного напряжения при коммутациях индуктивных токов, например, при отключении ненагруженных трансформаторов [7].
Перенапряжения возникают в связи с тем, что вакуумные выключатели способны резко обрывать ток до его естественного перехода через нулевое значение, вызывая этим переходный процесс превращения электромагнитной энергии индуктивности в электростатическую.
Подобные перенапряжения могут превысить уровень изоляции отключаемого объекта и привести к перекрытиям и повреждению электрооборудования, снижая эксплуатационную надежность работы сети.
Наиболее существенными факторами, влияющими на кратность перенапряжения при отключении нена-груженных трансформаторов, являются: значение тока среза, емкость между выключателем и трансформатором (емкость кабеля и входная емкость трансформатора), исходный режим, предшествующий отключению,
форма кривой намагничивания и мощность трансформатора (индуктивность нагрузки).
При значительной длине кабельного присоединения перенапряжений из-за среза тока в выключателе вообще не возникает. Наличие даже небольшой активной нагрузки на вторичной стороне отключаемого силового трансформатора также исключает возникновение перенапряжений по причине среза. В то же время на энергетических предприятиях существует множество схем, особенности режимов работы и состав оборудования которых способствуют генерации опасных уровней перенапряжений. Одна из типовых схем такого плана представлена на рис. 1.
Мероприятия по защите от перенапряжений при работе ВВ рассматриваются во многих публикациях [5, 6, 7], как основной защитный аппарат предлагается ограничитель перенапряжений нелинейный (ОПН).
Рис. 1. Электрическая (а) и расчетная схемы (б) цепи с трансформатором
Поскольку варисторы ОПН постоянно находятся под влиянием напряжения (т.к. в силу своих высоконелинейных свойств подключаются непосредственно в электрическую сеть без искровых промежутков), нужно повышенное внимание уделять способности ОПН успешно (без потери тепловой стабильности) переносить влияния кратковременных и продолжительных повышений напряжения, которые длятся от долей секунды до десятков часов. Предполагается [3], что правильный выбор ОПН с параметрами, которые отвечают конкретной ситуации, обеспечит надежную защиту электрооборудования от перенапряжений и безопасную работу ОПН на протяжении продолжительного времени. Известны также рекомендации по выбору ОПН [4], однако в доступных источниках информации встречаются мнения о нерезультативном использовании защитных аппаратов данного типа, в том
числе и об их разрушениях, по-видимому, вследствие внутренних повреждений.
С целью повышения эксплуатационной надежности ОПН и эффективного ограничения перенапряжений коммутационного характера на защищаемом оборудовании необходимо более детально выявить факторы, влияющие на процесс появления перенапряжений.
Намеченные исследования реализуются, в частности, методами математического моделирования. Одной из современных программ является MATLAB со своим специальным приложением Simulink [9]. Si-mulink выполняет как бы симуляции работы моделируемых систем и устройств, что принято называть имитационным мoдeлированием.
3. Создание модели в MATLAB
Для построения функциональной блок-схемы моделируемых устройств Simulink предлагает обширную библиотеку блочных компонентов и удобный редактор блок-схем. Он основан на графическом интерфейсе пользователя и по существу является типичным средством визуально - ориентированного программирования. Используя палитры компонентов (наборы), пользователь с помощью мыши переносит нужные блоки с палитры на рабочий стол пакета Simulink и соединяет линиями входы и выходы блоков. Таким образом, создается блок-схема системы или устройства, то есть модель.
MATLAB автоматизирует следующий, наиболее трудоемкий этап моделирования: он составляет и решает сложные системы алгебраических и дифференциальных уравнений, описывающих заданную функциональную схему (модель), обеспечивая удобный и наглядный визуальный контроль за поведением созданного пользователем виртуальною устройства, а сpeдствa графической анимации программы наглядно представляют результаты моделирования.
Исходная схема по рис. 1б представлена моделью электрической цепи в оболочке MATLAB и изображена на рис. 2.
Рис. 2. Модель электрической цепи
Энергосберегающие технологии и оборудование
Активными сопротивлениями в обмотках трансформатора и в ветви шунта намагничивания можно пренебречь, так как их величины значительно меньше сопротивлений соответствующих индуктивностей рассеяния. Отказ от учёта резисторов можно аргументировать тем, что их влияние будет способствовать затуханию переходного процесса, который ожидается в этой схеме, а это сделает его менее выраженным.
Модель ВВ - идеальный ключ, который получает команду на срабатывание от независимого источника, подающего импульс на отключение в любое заданное время. Ограничитель перенапряжений в данной математической модели представлен линейным резистором (Я = 600м), подключаемым между фазой и землей также с помощью ключа, тем самым симулируя переход ОПН в проводящее состояние.
На рис. 3 представлена одна из экспериментальных осциллограмм. Модель ОПН (линейный резистор) подключается к схеме в момент времени t = 0,13с. и практически мгновенно происходит заметное снижение перенапряжения, вследствие рассеивания в сопротивлении запасенной к моменту коммутации выключателя энергии в шунте намагничивания и емкостях.
Осциллограмма для мощности (рис. 4б) является основой оценки выделяемой в адиабатическом режиме энергии (используется численный метод интегрирования). Допустимая величина энергии для конкретного типа ОПН приводится в его технических характеристиках; в случае, когда ожидаемая энергия превышает возможности данного ОПН, возможно параллельное включение двух аппаратов в данной точке сети.
Наличие ОПН не ограничивает скорость изменения напряжения при рассматриваемой коммутации на входе объекта защиты (трансформатор, электродвигатель). Эффективно применение Я-С цепочки (Я = 18 Ом, С = 73 нФ [4]), которая выполняет роль демпфера.
Использование моделирования (пакет Simulink) позволяет достаточно просто и быстро анализировать вариации параметров многопараметрической цепи, с целью поиска наилучших параметров защитных устройств; например, изменять момент коммутации ВВ (величину тока среза (таблица 1)), длину питающей кабельной линии (таблица 2) и параметр С защитной Я-С цепочки (таблица 3). В нашем примере величину сопротивления не варьируем (Я = 18 Ом), т.к. её изменение приводит к изменению времени затухания колебаний и слабо повлияет на амплитуду напряжения.
Отдельные результаты исследований для схемы на рис. 2 приведены в таблицах.
Таблица 1
Зависимость напряжения на трансформаторе от момента среза тока
^ткл, мс 65 66 68 69 70 73 74
iсреза, мА 0 68 18 21 22 13 7
итр, кВ 6 8 18,3 17,3 18 11,5 9,7
Рис. 3. Осциллограммы среза тока (а) вакуумным выключателем и напряжения на входе трансформатора (б)
Ток через модель ОПН и рассеиваемая энергия отображаются на осциллограммах, представленных на рис. 4. Форма кривой напряжения на резисторе идентична току в силу его линейности.
Таблица 2
Зависимость напряжения на трансформаторе от длины КЛ
Lкл, м 0 10 30 50 100 200 400
итр, кВ 48 33 17 14 10 7,5 6
Таблица 3
Зависимость напряжения на трансформаторе от емкости R-C цепочки
С, нФ 0 10 35 50 73 100 120
итр, кВ 17 13,4 9,5 8,5 7,3 6,6 6
4. Заключение
Рис. 4. Осциллограммы тока, напряжения (а) и мощности (б) для резистора (модели ОПН)
Отмечается следующее:
- с увеличением длины питающей кабельной линии кратность перенапряжений уменьшается.
- при вариации момента коммутации, с уменьшением величин тока среза, снижается запасенная в индуктивности трансформатора энергия; разрывая ток в нуле, перенапряжения можно исключить. Известно [8] устройство синхронизированного отключения.
- увеличение емкости защитной Я-С цепочки приводит к снижению перенапряжений при коммутации; однако увеличение емкости повлечет за собой и повышение суммарной емкости цепи, что повлияет на мероприятия в сети при ОЗЗ.
Литература
1. Евдокунин Г.А., Тилер Г. Современная вакуумная комму-
тационная техника для сетей среднего напряжения. - С.Петербург: Издательство Сизова М.П., 2002 - 147 с.
2. Васюра Ю.Ф., Гавриков В.И., Евдокунин Г.А. Коммутаци-
онные перенапряжения на высоковольтных двигателях собственных нужд электростанций // Электротехника. - 1984. - № 12. - С. 4-7.
3. Методичш вказiвки з вибору обмежувачiв перенапруг не-
лшшних виробництва шдприемства «Таврида Електрик» для електричних мереж 6 - 35 кВ, Севастополь 2003.
4. Руководство по защите электрических сетей 6-1150 кВ от
грозовых и внутренних перенапряжений РД 153-34.335.125-99, РАО «ЕЭС России», Москва 1999.
5. Евдокунин Г.А., Корепанов А.А. Перенапряжения при коммутации цепей вакуумными выключателями и их ограничение - «Электричество», 1998, №4.
6. Безуткин В.В., Евдокунин Г.А., Халилов Ф.Х. Ограни-
чение перенапряжений , возникающих при коммутации индуктивных цепей вакуумными выключателями - «Электричество», 1994, №2
7. Кузьмичева К.И., Подъячев В.Н., Шлейфман И.Л. Огра-
ничение перенапряжений при отключении вакуумными выключателями пусковых токов электродвигателей с помощью ОПН - «Электрические станции», 1996, №4.
8. Устройство для синхронизированного отключения ВВ/
Зилес Л.Д. и другие. Заявка 93-04 1096 от 20.08.93 на полезную модель с решением о выдаче от 26.11.93.
9. В. П. Дьяконов «MATLAB 6.5 SPl/7 + Simulink 5/6. Осно-
вы применения.» Серия «Библиотека профессионала», Москва: СОЛОН - Пресс, 2005. 800 С.:
Розглянуто магттну систему з високо-температурною надпровидниковою) котуш-кою, математичне моделювання магтт-ного поля яког проведено з використанням програми FEMM.
Ключовi слова: високотемпературний надпровидник, магттна прониктсть, елек-тромагтт
Рассмотрена магнитная система с высокотемпературной сверхпроводниковой катушкой, математическое моделирование магнитного поля которой проведено с использованием программы РЕММ.
Ключевые слова: высокотемпературный сверхпроводник, магнитная проницаемость, электромагнит
The magnetic system with high-temperature superconducting coil is considered, which mathematical modeling of a magnetic field using program FEMM is carried out.
Keywords: high temperature superconductor, permeance, electromagnet
УДК 621.3.04
АНАЛ1З ВПЛИВУ МАГН1ТНО1 ПРОНИКНОСТ1 ВТНП КОТУШКИ НА МАГН1ТНЕ ПОЛЕ
£.В. Гончаров
Молодший науковий ствроб^ник Кафедра загальноТ електротехнки Нацюнальний техшчний ушверситет "Хармвський
пол^ехычний шститут" вул. Фрунзе, 21, м. Хармв, УкраТна, 61002 Контактний тел.: 8 (057) 707-64-27
Якщо розглядати тенденцп розвитку надпровщ-никового устаткування за останш роки, то можна за-уважити на постшний зркт юлькоси розробок у цш галузi та спроб впровадження у виробництво. Висо-котемпературш надпровщники (ВТНП) вiдрiзняють-
ся в1д низькотемпературних тим, що надпровщний стан досягаеться при охолодженш до 77 К (низько-температурш - до 4 К). У табл. 1 наведеш деяк1 над-пров1дников1 сполуки з вщповщними критичними температурами. Використання ВТНП мае ряд пере-
