CC BY
31
ЛИТЕРАТУРА
1. D. W. Shepard, D. W. Yuach. An overview of Rogowski coil curient sensing technology. - Grove City, Ohio. LEM DynAmp Inc, 1999. - 13 p.
2. W. F. Ray и С. R. Hewson Practical Aspects of Rogowski Current Transducer Performance. PEM_paper_PCIM 2001. - 6 p.
3 Белов А Г. Синтез измерительных преобразователей переменного тока для силовых преобразовательных устройств. Дисс... канд. техн. наук. - М.: ВНТИЦ, № 04.20.0015141, 2000.
4. Ward D.A., Exon J. La Т. Exon. Using Rogowsky coils for transient current measurements. Engineering science and education journal June, 1993. - pp. 105 - 113/
5 Пат. 2139500 RU МКИ6 G 01 D 21/00. Устройство для измерения переменной величины/ Г.Е. Кувшинов, А.Г. Белов,- 1999; БИ № 28.
6. А.Г. Белов, И.А. Богоцайко, Г.Е. Кувшинов. Повышение точности измерения токов в электроэнергетических системах / Четвертая всероссийская научно - техническая конференция «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов». -Благовещенск- АмГУ, 2005. - С. 373 -376.
7. Электротехнический справочник: В 3 т. Т. 2. Электротехнические изделия и устройства/Под общ. ред. профессоров МЭИ. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 712 с.
8. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения прочпредприятий. - ML: Энергоатомиздат, 1994. - 272 с
9. Морозов В. А. Разработка и исследования индуктивно-ёмкостного устройства для проверки токовой защиты: Автореферат кандидатской диссертации. - Владивосток: ДВГТУ, 1994.
10. Яблокова B.C. Устройство для проверки токовой зашиты: Дисс. канд. техн. наук. - Владивосток: ДВГТУ, 2002. - 217 с.
11. Электротехнический справочник: В 3 т. Т. 3. В 2 кн. Кн. 1. Производство и распределение электрической энергии/Под общ. ред. профессоров МЭИ. -М.: Энергоатомиздат, 1988. - 880 с.
Г.Е.Кувшинов , Ю.В. Мясоедов , А.С.Нагорных
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ШИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УРАВНОВЕШЕННЫХ
НАПРЯЖЕНИЙ
При исправной изоляции системы (одно- или трёхфазной) шин и линий, в соответствии с первым законом Кирхгофа, сумма токов всех линейных проводов, подключённых к каждой из шин, равна нулю. Следовательно, неравенство нулю указанной суммы свидетельствует о низком сопротивлении изоляции между шинами или линейными проводами разных фаз. На этом принципе работает дифференциальная зашита шин. Она определяет указанные суммы токов всех или двух из трёх фаз и, в случае неравенства нулю любой из контролируемых защитой сумм токов, даёт сигнал на отключение линий, по которым к шинам подключены источники напряжения. Как для любой дифференциальной защиты, возможны две схемы её выполнения - с циркулирующими токами и с уравновешенными напряжениями. В России практически всегда используются защиты с циркулирующими токами. При этом для каждой фазы вторичные обмотки трансформаторов тока (ТТ), измеряющие токи всех линейных проводов, включаются параллельно друг другу и обмотке реле тока. Коэффициенты трансформации всех ТТ должны быть одинаковыми [1].
Такая защита не можег выявить начальную стадию пробоя изоляции, когда в фазных токах содержатся лишь небольшие составляющие, обусловленные коротким замыканием на участке цепи, входящем в зону защиты. (Короткое замыкание через изоляцию может быть междуфазным или коротким замыканием одной фазы на землю) Этому мешает наличие у ТТ достаточно больших полных погрешностей измерения токов. Такие погрешности, вызванные наличием вихревых токов в ферромагнитном сердечнике ТТ, а также гистерезиса и нелинейности в кривой намагничивания этого сердечника, быстро врастают с ростом измеряемого тока и сопротивления нагрузки ТТ [2]. При
внешних коротких замыканиях сердечники ТТ. входящие в одну цепь дифференциальной защиты, насыщаются по-разному из-за разброса характеристик ТГ Вызванный этими погрешностями ток, проходящий через обмотку реле тока, может привести к ложному, без выдержки времени, отключению питающей линии, хотя должна бы сработать с выдержкой времени и отключить точку короткого замыкания другая защита - токовая
То, что недостатки дифференциальных защит вызваны наличием у ТТ железного сердечника, известно давно. Ещё в 40-е годы прошлого века успешно прошла опытную эксплуатацию такая дифференциальная защита шин, в которой в качестве измерительных преобразователей гока использовались устройства, не имеющие ферромагнитного сердечника [3, 4]. Эти устройства, названные авторами такой защиты linear couplers" (линейные ответвители), в соответствии с принятой теперь классификации измерительных, преобразователей тока можно отнести к «дифференцирующим индукционным преобразователям тока» (ДИГ1Т). Они являются, как и ТТ, измерительными преобразователями трансформаторного типа и в нашей стране более известны под названиями: «воздушный трансформатор» или «трансреактор». Замечательной особенностью ДИПТ является то* что их масса в сотни и более раз меньше, чем у ТТ с теми же значениями первичного тока и вторичного напряжения [1, 2]
Как следует из [3, 4], машитопровод (каркас) этих ДИПТ не содержит сердечника из трансформаторной стали, а число витков вторичной обмотки намною больше, чем у ТТ, с таким же, что и у ДИПТ, значением номинального первичного тока. ДИПТ работает в режиме, близком к холостому ходу Fro можно выводить из цепи защиты и вводить в неё без повреждения в отключаемой вторичной обмотке. Выходной сигнал ДИПТ - напряжение, пропорционально производной первичного тока. При синусоидальном первичном токе вторичное напряжение тоже имеет синусоидальную форму. Характеристика «вход - выход» этих ДИПТ - это прямая линия, имеющая наклон приблизительно 5 В на 1000 ампер-витков. Следовательно, индуктивное сопротивление взаимной индукции между обмотками ДИПТ равно Хч =2 ж fM ~ 0,005^ Ом, где W\ -число витков первичной обмотки, /- частота источника напряжения, М~ взаимная индуктивность между обмотками ДИПТ.
Описанные выше особенности таких измерительных преобразователей объясняют, почему ДИПТ соединены в цепь с уравновешенными напряжениями, как показано схематично на рисунке. При нормальной работе сумма вторичных напряжений должна быть равна нулю, за исключением очень малой погрешности, обусловленной производственными отклонениями размеров катушек ДИПТ и их расположения по отношению к проводникам с измеряемыми токами. Ток в дифференциальном реле практически отсутствует.
Рисунок. Дифференциальная защита шин с уравновешенными напряжениями
Рассмотрим, что происходит, когда возникает короткое замыкание шин. Пусть на рисунке первая слева линия является питающей, она соединяет шины с источником напряжения, а по остальным, отходящим, линиям электроэнергия направляется потребителям, не имеющим других источников напряжения Пусть произошло глухое короткое замыкание между сборными шинами, причём в этом замыкании участвует и та фаза, которая снабжена ДИПТ, входящими в дифференциальную защиту шин. Тогда принуждённая (синусоидальная) составляющая тока питающей линии резко увеличится по сравнению с режимом, предшествующим короткому
замыканию. Значительно вырастет и напряжение на выходе первого ДИПТ (крайнего слева). В первый момент короткого замыкания токи всех линий останутся такими же, какими они были в последний момент до короткого замыкания, В тех отходящих линиях, которые до короткого замыкания были нагружены, будут проходить только апериодические токи, сравнительно медленно затухающие. По своему абсолютному значению напряжения ДИПТ отходящих линий станут ничтожно малыми по сравнению с действующими значениями напряжения этих же ДИПТ в период, предшествующий короткому замыканию. Напряжение на дифференциальном реле превзойдёт напряжение включения этого реле. Оно сработает и пошлёт сигнал на отключение автоматического выключателя первой линии. Максимальное значение напряжения реле будет иметь место в момент времени, близкий к тому, при котором принуждённая составляющая тока короткого замыкания проходит через нулевое значение. Если короткое замыкание не глухое, то есть сопротивление между закороченными фазами не равно нулю, то ток короткого замыкания станет меньше, чем в рассмотренном примере. Не будут равны нулю периодические составляющие токов отходящих линий. Максимум напряжения на дифференциальном реле снижается по мере роста сопротивления между закороченными фазами. Реле не перейдёт во включённое состояние при больших сопротивлениях пути, по которому прошёл пробой изоляции, когда напряжение реле меньше напряжения его включения 11оп.
Рассмотрим теперь, что происходит, когда возникает короткое замыкание на отходящей линии сразу после места установки ДИПТ (вне зоны действия дифференциальной защиты шин). Для упрощения анализа будем полагать, что до короткого замыкания эта линия была ненагруженной, дифференциальное реле идеально - его входное сопротивление бесконечно велико, а все остальные отходящие линии отключены. Тогда максимальное значение напряжения, подводимого к реле равно
1 1' где АМ - разность взаимных индуктивностей питающей и отходящей линий.
U.
Г №
ш
dt
Это напряжение возникает приблизительно в тот момент времени, когда принуждённая составляющая тока короткого замыкания первый раз проходит через нулевое значение. Оно должно быть меньше напряжения включения реле £/«,. Таким образом, чем точнее будет соблюдаться равенство взаимных индуктивностей ДИПТ всех линий, тем меньшее значение может быть у напряжения включения реле Uon. Следовательно, чем меньше отклонения взаимных индуктивностей ДИПТ от их среднего значения, тем может быть выявлено меньшее значение тока короткого замыкания на участке шин, входящем в зону действия рассматриваемой защиты. '/
Можно констатировать, что рассмотренный вид дифференциальной защиты с уравновешенными напряжениями оказался незаслуженно обойдён вниманием в нашей стране. Теперь, когда ДИПТ стали вытеснять ТТ в самых разнообразных устройствах, наступила очередь разработки дифференциальной защиты по схеме с уравновешенными напряжениями, и не только шин, с использованием ДИПТ в качестве измерительного элемента переменного тока. Основанием такого заявления являются два несомненных преимущества ДИПТ над ТТ: намного меньшая масса и отсутствие насыщения при больших токах. Исследования, выполненные в ДВГТУ [5 - 7], показали, что можно обеспечить и достаточную, не хуже чем у ТТ, помехозащищённость ДИПТ от влияния мешающих магнитных полей, вызванных токами сторонних проводников. В частности, ДИПТ, устанавливаемые на вводы в высоковольтное оборудование, предложено выполнять в виде секционированного тороида с большим числом одинаковых секций и малыми одинаковыми промежутками между'ними. Тем самым удаётся минимизировать влияние токопроводов соседних фаз, вызванное неравномерностью расположения витков обмотки ДИПТ вдоль её осевой линии. Кроме того, предложено выполнять секции с чётным числом слоев, чтобы ЭДС, наводимые проходящими в окно обмотки ДИПТ магнитными полями мешающих токов в нечётных и чётных слоях, взаимно уничтожались. Для низковольтного оборудования предложено использовать для ДИПТ конструкцию обычного двухобмоточного или проходного трансформатора, но с немагнитными зазорами в его сердечнике. Наличие сердечника позволяет ещё в несколько раз уменьшить массу ДИПТ, а немагнитные зазоры снижают до пренебрежимо малых значений влияние потерь в ферромагнитном сердечнике, нелинейности его кривой намагничивания и её насыщения.
Конечно, теперь, спустя 65 лет после первого применения дифференциальной защиты шин с уравновешенными напряжениями, необходимо внести существенные коррективы в устройство, схема которого приведена ма рисунке. Электромеханическое реле нужно заменить бесконтактным реле,
выполненным, например, на основе полупроводниковых и интегральных микросхем [8] Возможно
также применение микропроцессоров.
ЛИТЕРАТУРА
1. Андреев В.А Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991.-496 с.
2 Казанский В. Е. Измерительные преобразователи тока в релейной защите. - М,: Энергоатомиздат, 1988.-288 с.
3 "Linear Couplers for Bus Protection," by E. L. Harder, E. H. Klemmer. W. K, Sonnemann, and E C. .. Wentz, AIEE Trans, 61 (1942), pp. 241-248. Discussions, p. 463
4 "A New Single-Phase-to-Ground Fault-Detecting Relay,*' by W K. Sonnemann, AIEE Trans., 61 (1942), pp. 677-680. Discussions, pp. 995-996.
5 Белов А. Г. Синтез измерительных преобразователей переменного тока для силовых преобразовательных устройств Дис канд. техн. наук. - M : ВНТИЦ, № 0015141, 2000
6. Мазалёва H.H. Усовершенствование устройств распределения реактивных нагрузок судовых синхронных генераторов' Дис. канд. техн. наук. - Владивосток: ДВГТУ, 2006 г. - 275 с.
7. Богодайко И.А., Кувшинов Г Е. Применение дифференцирующих измерительных преобразователей тока в программной защите трансформаторов // Перспективные технологии автоматизации: Тез. докл междунар. электронной науч.-техн. конф. - Вологда: ВоГТУ, 1999. - С. 91.
8. Шопен Л.В. Бесконтактные электрические аппараты автоматики. -М.: Энергоатомиздат, 1986. -568 с.
у 1 * Л.И.Токмакова
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ НА БАЗЕ КОМШ1ЕСТОВ ОБОРУДОВАНИЯ ЭП-
С-К
В соответствии с определением по ГОСТ 50369-92 «Электропривод - электромеханическая система, состоящая из взаимодействующих преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса».
В процессе изучения дисциплин, связанных с электроприводами, студенты проходят лабораторный практикум, позволяющий исследовать отдельные компоненты электропривода: электрические машины, системы управления, преобразователи, информационные устройства, датчики сигналов и устройства сопряжения. В задачи исследований по курсам «Электропривод» и «Теория электропривода» на базе стандартных лабораторных стендов входят.
снятие механических характеристик электродвигателей в статических режимах (двигательном и тормозном);
снятие кривых переходных процессов (тока, скорости, момента) при изменении различных параметров и нагрузок и в процессах пуска и торможения;
исследование электроприводов в замкнутых системах регулирования.
Для обеспечения решения этих задач важную роль играют возможности нагрузочного устройства Оно должно позволять обеспечивать как двигательный, так и тормозные режимы (рекуперативное, противовключением. динамическое) исследуемых электродвигателей.
В имеющих стендах в качестве нагрузочных устройств применяются, синхронный генератор для исследования двигателя постоянного тока и наоборот - двигатель постоянного тока для исследования асинхронного двигателя АД В первом случае нагрузка регулируется изменением тока возбуждения генератора, во втором - регулированием величины добавочного сопротивления в цепи
