CC BY
26
УДК 681.527.8 В. А. Бороденко
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, г. Павлодар
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫХ КОНТАКТОВ В УСТРОЙСТВАХ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ ЭНЕРГОСИСТЕМ
В статье приведены исследования магнитоуправляемых контактов в устройствах защиты и автоматики энергосистем, которые увеличивают надежность действия защиты.
Ключевые слова: энергосистемы, автоматика, магнит, геркон, контакт.
Наряду с исследованием принципов построения устройств релейной защиты (РЗ) и противоаварийной автоматики (ПА) энергосистем, использующих известную аппаратную и программную базу, целеообразно исследовать альтернативные направления в схемотехнике РЗ и ПА. Нами осуществлялся поиск базового элемента, который при максимальной простоте конструкции соединял бы измерительные и логические функции.
В качестве такого элемента предварительно выбран герметизированный магнитоуправляемый контакт (геркон), конструктивно представляющий собой всего лишь пару намагничивающихся пластин в герметичной ампуле. Благодаря своему быстродействию, геркон способен реагировать на мгновенное значение сигнала, т. е. контролировать как амплитудные, так и фазовые характеристики. Можно ожидать также, что, вследствие конструктивной простоты, геркон позволит снизить расход ресурсов на построение систем противоаварийной автоматики.
Способность геркона осуществлять прямой контроль магнитного поля, создаваемого током первичной шины, позволяет реализовать структуру измерительный преобразователь (датчик тока) - пороговый орган - логический орган в виде элементарного язычкового реле, исключив трансформаторы тока. Заданная величина тока срабатывания обеспечивается выбором соответствующего положения геркона относительно шины (перемещением его перпендикулярно оси проводника, поворотом оси геркона относительно оси проводника), магнитным шунтированием воздействующего потока с помощью специальных экранов или магнитопровода, поляризацией геркона регулируемым внешним магнитным полем дополнительной обмотки [1].
Использование нами подобной структуры в автоматике отделения подстанции от питающего источника позволило получить значительную экономию средств и упрощение схемы [2]. Ток срабатывания устройства с реагирующим элементом на герконах КЭМ-6.. .КЭМ-1, смонтированным прямо на заземляющей шине короткозамыкателя, составлял 100.150 А.
При этом был сделан вывод, что рациональная область построения первичных датчиков тока на герконах ограничивается, в основном, электроустановками напряжением 0,4-35 кВ, так как в сетях более высокого напряжения выполнение требований к изоляционным промежуткам не обеспечивает достаточную
чувствительность устройств, увеличивает влияние помех и наводок. Так, при регламентируемом ПУЭ изоляционном промежутке 400 мм между токоведущим проводником 35 кВ и заземленной конструкцией герконового реле ток срабатывания модуля с герконом КЭМ-6, ориентированного в положении максимальной чувствительности, был не менее 2300 А.
Область применения первичных герконовых реле в токовых защитах не ограничивается однофазными датчиками тока прямой последовательности. Рассмотрим, в частности, разработанное нами [3] устройство защиты от замыкания на землю в сети с изолированной или компенсированной нейтралью (рисунок 1).
Рисунок 1 - Защита от замыканий на землю на герконах
Присоединения напряжением 6-10 кВ 1, 2, 3 подключены к шинам подстанции кабельными вставками. В результирующем магнитном поле трех фаз каждой линии установлены идентичным образом поляризованные герконы 4, 5, 6. Их контакты соединены с соответствующими входами логических элементов И 7, 8, 9 и с входами логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10, с выходом которого связаны вторые входы всех упомянутых элементов И. Выход каждого элемента И соединен с входом исполнительного органа с запоминанием 11, 12 и 13 соответственно. Продольные оси герконов, установленных в зазоре магнитопровода датчиков тока, охватывающего кабель контролируемой линии, ориентированы на одинаковую максимальную чувствительность. Подобная конструкция позволяет контролировать ток нулевой последовательности.
В обычном исполнении устройство не удовлетворяет требованиям чувствительности из-за необходимости отстраиваться от амплитуды переходных токов неповрежденных линий. В противном случае благодаря высокому
быстродействию герконов (0,5-2,0 мс) защита может ложно срабатывать в переходных режимах. Собственный емкостный ток неповрежденных линий в переходном процессе в десятки раз превышает величину установившегося тока. Поэтому уставка срабатывания устройства защиты должна быть в десятки раз больше, чем в случае его применения без отстройки, а чувствительность оказывается в десятки раз ниже.
Введенная совокупность логических элементов и выполнение герконов поляризованными резко изменяют свойства защиты. Поскольку фазы токов на поврежденном и остальных присоединениях противоположны, в течение первого периода переходного процесса имеется полупериод, когда срабатывает только геркон поврежденной линии. Наличие единственного сигнала на входах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ вызывает появление разрешающего импульса на ее выходе. На входах элемента И поврежденной линии совпадают сигнал от геркона и сигнал от элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, исполнительный орган срабатывает и фиксирует неисправность.
В другой полупериод первого периода аварии и далее количество сработавших герконов исправных линий не равно 1, на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ отсутствует разрешающий импульс, включение элементов И и исполнительных органов остальных линий блокируется. Для срабатывания разработанного устройства достаточно одного первого периода переходного процесса. На всех линиях однократно выставляется одинаковая максимально возможная чувствительность, определяемая типом герконов и конструктивными особенностями их крепления.
При появлении однофазного замыкания на линии 1 ток разряда емкостей линий 2, 3 направлен к шинам подстанции, линии 1 - к месту повреждения. Если полярность первой полуволны переходного тока соответствует полярности включения геркона 4, последний замыкается, на остальных линиях полярность полуволн тока противоположна, герконы 5, 6 разомкнуты, на вход элемента 10 поступает только один сигнал, на его выходе формируется сигнал разрешения. Совпадение сигналов от геркона 4 и элемента 10 на входах элемента И 7 обеспечивает срабатывание исполнительного органа 11. На остальных элементах И отсутствует сигнал от герконов 5, 6. В следующий полупериод полярности полуволн токов на присоединениях изменяются. Геркон 4 размыкается, контакты герконов 5 и 6 замыкаются и подают импульсные сигналы на входы элементов И 8, 9 и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10. Так как число сигналов на входах элемента 10 больше одного, разрешающего импульса на выходе элемента нет, органы 12 и 13 не действуют.
Поскольку отсутствует необходимость в отстройке от амплитуды токов переходного процесса, чувствительность разработанной защиты в сетях с малыми токами замыкания на землю может быть повышена в десятки раз. Дополнительное повышение чувствительности обеспечивается тем, что можно не отстраиваться и от собственных емкостных токов линий в установившемся режиме. Кроме того, поляризованные герконы конструктивно в несколько раз чувствительнее
обычных. Блокировка защиты по предложенному принципу исключает ложное срабатывание независимо от амплитуды токов переходного процесса, что увеличивает надежность действия защиты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Реле тока на магнитоуправляемых герметизированных контактах [Текст] / В. Н. Шоффа, А. С. Умеренков, Е. Ф. Галтеева. - М. : Информэлектро, 1978. - 63 с.
2 Бороденко, В. А. Автоматика отделения подстанции от питающего источника [Текст] // Энергетик. - 1981. - № 7. - С. 21-22.
3 А. С. 758353 СССР. Устройство для защиты от замыкания на землю в сети с изолированной или компенсированной нейтралью / В. А. Бороденко, М. Я. Клецель, В. Е. Поляков; опубл. 23.08.80, Бюл. № 31. - 3 с. : ил.
Материал поступил в редакцию 15.12.2015.
В. А. Бороденко
^уатжYЙелерiшц автоматтандыру жене коргаулардыц кондыргысындагы туйкпелерде магнитпен баскарылатын тYЙiспелердi колдану
С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^ Павлодар к.
Материал 15.12.2015 баспаFа тYстi
V. A. Borodenko
Using magnetically operated contacts in power systems safety and automation devices
S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar.
Material received on 15.12.2015.
Мацалада крргау эсершц бержттн жогарылататын цуатжуйестщ крргау жэне автоматтандыру крндыреысындагы магнитпен басцарылатын тушспелердИ зерттеу царастырылган.
The research presents the study of magnetically operated contacts in power systems' safety and automation devices, which increase the reliability of protection.
