Реле на герконах с обратнозависимой времятоковой характеристикой

Клецель Марк Яковлевич; Никитин Константин Иванович; Стинский Александр Сергеевич; Токомбаев Мират Тулегенович

удк 621.316 м я КЛЕЦЕЛЬ

К. И. НИКИТИН А. С. СТИНСКИЙ М. Т. ТОКОМБАЕВ

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Омский государственный технический университет

РЕЛЕ НА ГЕРКОНАХ С ОБРАТНОЗАВИСИМОЙ ВРЕМЯТОКОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ

Предлагается реле на герконах с зависимой от тока выдержкой времени, не использующее трансформаторы тока. Показано, что измерение времени между моментами замыкания и размыкания контактов герконов, расположенных под фазами электроустановки позволяет определять ток в фазе. Рассматривается работа реле, выполненного на программируемой логической интегральной схеме.

Ключевые слова: реле на программируемой логической интегральной схеме.

СКЖЕ (Международный совет по большим системам высокого напряжения) считает задачу построения релейной защиты без трансформаторов тока (ТА) весьма актуальной |1) из-за их больших погрешностей в переходных режимах, металлоемкости и необходимости резервировать защиты и ТАдругими устройствами, выполняющими те же функции. Одним из направлений решения этой задачи является построение релейной защиты без ТА на герконах. На них уже разработаны дистанционная (2). дифференциальная (3) и максимальные токовые защиты (4, 5|, потоковая защита с зависимой выдержкой времени не предлагалась. В данной работе сделана попытка восполнить этот пробел.

Реле тока (6] с зависимой выдержкой времени (рис. 1). не нуждающееся в ТА, содержит герконы 1. 2 с нормально разомкнутыми контактами, расположенными на безопасном расстоянии Л от фаз А, В, С электроустановки, блоки «Задержка» З, 4, задающий генератор импульсов 5. элементы «И» 6.7, двоичные счетчики импульсов 8,9. 13.18, элементы «ПЗУ» 10.11.22,23 максисе* лектор 12. цифровой компаратор 15. элемент«ИЛИ» 17. двоичныелешифраторы 14.19.20, исполнительный орган 16. переключатель 21. цифровой индикатор 24.

Реле фиксирует время Л1 между моментами замыкания и размыкания контактов геркона, предварительно установленного так, чтобы он замыкался (рис. 2) при токе 1ГГ в фазе электроустановки и размыкался при токе По 1СГ 1от и ДI определяе тся амплитуда Iя тока в этой (|>азе по формуле (7):

cos (оД/ + ctg y} sin о>Дt.

(2)

/ =/ і» і,

(Ті

1+ Vomier) ' -2{low/ /cp)cos(üjA/)

/s¡ll(w.l/) (1)

где о) - угловая частота тока.

Эта формула выводится следующим образом. Из рнс^вилно.что^.р^І^іпф,. Іотт, = Іт5іп(ф, + мД0. Разделив 1п1П на /гя. имеем:

1ат/1сг = + мЬЦ/біп ф, =

Из (2) определяем ctg ф, и, разделив 1СГ на sin ф,. выраженный через с(дф,. получаем (1).

Однако построение зависимости lm=f(At), выполненное на основе простого определения 1П по (1). будет иметь большие погрешности, гак как не* позволяет учитывать собственное время 1СР срабатывания геркона, которое может достигать 2+6 мс при кратностях \<im/¡cri 1,4 |8). В связи с этим разработан способ нахождения зависимости lm=f(£it), учитывающий f{T. Для учета/(7. после вычисления lmt по(1) при А/' находим кратность l'ml/lCf..и по экспериментальной зависимости tCfstí(IJICr)> снятой в лабораторных условиях с помощью катушки индуктивности, в которую помещается испытуемый геркон, определяется соответствующее время t'cn. Вычисления повторяются для Ai, = А/' + t'cn. Исследования показали, что для точного определения /т число вычислений колеблется от трех до восьми.

Пусп», например. 1( ,, = 400А. IOTn = 320A, At¡ =4 мс. Вычисляем амплитуду /я1 тока по (1): Гя1 = 450 А. Определяем кратності. К, = = 1.13. По зависимо-

сти 1сршЦ1в/1сг) находим собственное время срабатывания геркона t[.n =4 мс. Вычисляем амплитуду 1я2 тока по (1) при Л/' = Д + /' = 8 мс: lmJ = 1164 А. Находим кратность тока К;= /т3П1Г =2,9. собственное время срабатывания геркона t'(r2 = 1,4 мс и вычисляем амплитуду І = 547 А. Уточняя таким образом ток !'я , получим 1т =750 А. Такие вычисления проводятся для различных ДI и находится зависимость

L=t№

Предлагаемое реле должно обеспечивать t= Í(IJ, где tn - выдержка времени реле. Сравнивая последние две функции, легко получить f„= f(&t). Последняя зависимость используется при построении предлагаемого реле в виде Nt = f(Ni), где Nt = v,/r Ni = ^.выраженные в двоичном коде. v,(v() — частота генератора 5 на первом (втором) выходе.

Для реализации устройства необходимо, чтобы геркон 1 (2) реагировал только на ток фазы А (С). Это

*

139

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ MCTHH« М* 1 (77). 7009 ЭН1ГШИКА ЭЛШГОТ1ХНИКА

ЭЛЬСТЮГОСНИКЛ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ МСТНИК М» 1 07), 2009

Рис. I. Схема реле на герконах с обратноэависимоА времятоковой характеристикой

Рис. 2. Определение амплитуды тока по премеии между срабатыванием и отпаданием контактов геркона

условие обеспечивается выбором координат х и ггер-конов, как это показано в (5). где х - расстояние от вертикали, опущенной из центра тяжести токопро-вода фазы А, до центра тяжести геркона, у - угол между продольной осью геркона и горизонтальной плоскостью. Например, для геркона I защиты электроустановки 10 кВ (по |9| /» = 0,12 м, с/ = 0,24 м, сі -межфазное расстояние) х, = 0,06 м, у, = 50". В точке с этими координатами геркон обладает максимальной чувствительностыо к току в фазе Л. Геркон 2 должен располагаться симметрично по отношению к геркону 1 относительно вертикали, опущенной из центра тяжести токопровода фазы В.

Выбор типа геркона должен обеспечивать его срабатывание при прохождении минимального тока короткого замыкания по токопроводу фазы А (С) и его несрабатывание при максимальной нагрузке (от пускового тока защита отстраивается временем срабатывания). Поэтому напряженность Н, ,\ срабатывания геркона выбирается как /У/.,1 = коп. , где

Н'глкмлкс ~ напряженность магнитного поля в точке расположения геркона 1 при прохождении максимального рабочего тока по токопроводу фазы А; кОТ(. -коэффициентотстройки, котс = 1,3. Тогда геркон размыкает контакт при напряженности магнитного поля

Ий»

та геркона, ккш = 0,3+0,8.

При появлении тока КЗ в фазе А (С) геркон 1 (2) замыкает контакт. На выходе элемента «И» 6 (7) генератор 5 формирует импульсы опорной частоты, количество которых пропорционально &1. При размыкании контактов геркона блок «ЗАДЕРЖКА» 3 (4) сначала дает сигнал на запись в «ПЗУ» 10(11) дво-

ктш ■ Hç,1, где kjQjy, - коэффициент возвра-

ичных данных о количестве импульсов на выходе «И» 6 (7) со счетчика 8 (9), потом на его сброс. В максисе-лекторе 12 сравниваются данные с элементов «ПЗУ» 10. 11. Максимальным из них в дешифраторе 14 ставится в соответствие код /V* выдержки времени. Зависимости N^=^f{Ni) (рис. 3) заложены в дешифраторе 14 и выбираются переключателем 21-

При появлении данных на выходе дешифратора 14 запускается счетчик 13 и считает импульсы, период которых равен шагу выдержки. Компаратор 15 дает сигнал на исполнительный орган 16, если число в двоичном коде со счетчика 13 равно или превышает число с дешифратора 14. Когда контакты герконов 1, 2 отпадают, дешифратор 19 обеспечивает сброс элементов 10, 11 и 13. «ПЗУ» 22,23 и дешифратор 20 передают значения гока КЗ и выдержки времени на индикатор 24.

Рассмотрим работу реле при различных кратностях контролируемого тока. Пусть номинальный ток электроустановки напряжением ЮкВ 1,.ЛГкМЛКС = 250 А. и произошло короткое замыкание между фазами А и В. при этом ток КЗ =2000 А. Если необходимая для защиты электроустановки характеристика срабатывания представлена на рис. 3, то для кратности •гока КЗ п = /^,/1РАГ;МАКС = 8 время срабатывания защиты должно быть 1 = 2,8 с. На данный вид КЗ должен реагировать геркон 1 замыканием своих контактов с частотой 100 Гц. Геркон 1 устанавливаем в точку с координатами, обеспечивающими максимальную чувствительность к току в фазе А. Тогда

'С.ДМАГ = /ммисгШ ' •*;■) = 250 8.13 = 2033 А/м

.п

/ I'

п /»cos/ + xsinx п

'•лея, =---------г—2--------

h +х

hcosy + (x-d)s\ny

Л*+(*-£/)*

Выбираем геркон с ближайшей наибольшей напряженностью срабатывания НЦ “ 3000 А/м > коп-Н'гммт- = 2643 А/м, тогда //»„« 0,8-3000 = 2400 А/.м. Вследствие замыкания контакта геркона на выходе элемента «И» 6 формируется серия импульсов опорной частоты 1 МГц. С учетом выбора геркона с //Д = 3000 А/.м, Н",ш = 2400 А/м и его координат установки, количество импульсов, подсчитанных счетчиком 8 за время замкнутого состояния геркона At, =0,0047 с и занесенных в элемент «ПЗУ» 10, равняется Ni = At, v( = 0,0047-10'* = 4700.

Поскольку геркон 2 не срабатывает, в «ПЗУ» 11 данные отсутствуют, и на выходе максиселектора 12 появляются данные с «ПЗУ» 10. В дешифраторе 14 количеству импульсов N/ = 4700 соответствует дво-

Рис. 3. Времятоковая зависимость разработанного реле

ичиый код уставки времени Nt = 280. Этот код подается на второй вход компаратора 15. Счетчик 13 начинает считать импульсы с периодом 0.01с, поступа-ющие от генератора 5. Через 2,8 с. когда счетчик 13 насчитает 280 импульсов, данные на обоих входах компаратора 15 сравняются, и на исполнительный орган 16 поступит сигнал на отключение электроустановки. Если же в течение 2,8 с короткое замыкание отключится предыдущими защитами и геркон перестанет срабатывать, то на элемент «ПЗУ» 10 и счетчик 13 поступит сигнал сброса от дешифратора 19. Поэтому сигнал на отключение не будет сформирован.

Пусть при коротком замыкании АВ ток КЗ /д?* = 4000 А. Электроустановка в соответствии с заданной обратнозаписимой характеристикой сраба-тынания должна отключиться через 1,1с (для кратности тока КЗ /¡^/IpAB.MAKC® 16)- Количество импульсов, подсчитанных счетчиком импульсов 8 при данном КЗ за время замкнутого состояния гер-кона и занесенных в элемент «ПЗУ» 10, равняется N/ = 9000. В дешифраторе 14 количеству импульсов N/ = 9000 соответствует двоичный код уставки времени Nf =110. Это количество импульсов подсчитывается счетчиком 13 за 1,1 с. и с компаратора ^подается сигнал на исполнительный орган 16.

Пусть при пуске обобщенной нагрузки (пусковой коэффицне»гг krm.K = 2) ток. протекающий пото-копроводам фаз электроустановки. Ifm.h = 500 Л. В течение времени протекания пускового тока (1ПИ к = 8 с) защита не должна отключать электроустановку. Количество импульсов, подсчитанных счетчиками импульсов 8. 9 в заданном режиме за время замкнутого состояния геркона и занесенных в элементы «ПЗУ» 10,11, равняется N/= 1800. В дешифраторе 14 количеству импульсов N/= 1800 соответствует двоичный код уставки времени Nf = 800, который подсчитывается счетчиком 13 за 8 с. В течение 8 с пусковой ток снизится до номинального тока электроустановки, герконы 1,2 перестанут срабатывать и на элементы «ПЗУ» 10, 11 и счетчик 13 поступит сигнал сброса от дешифратора 19. Поэтому сиг-

нал на отключение не будет сформирован.

Разработанное устройство токовой защиты с зависимой выдержкой времени на герконах внедрено на РУ0,4кВ Южного водозабора ТОО «Павлодар-Водоканал» в 2008 г.

Библиографический список

1. Дьяков А. Ф.. Ишкнн В. X.. Млмиконянц Д. Г., Семенов В А, Электроэнергетика мира в начале XXI столетня (по материалам 39-й сессии СИГРЭ, Париж) // Энергетика за рубежом. — 2004. — № 4-5.

2. Клецель М. Я., Жуламанов М. А. Реле сопротивления на герконах // Электротехника. - 2004. - № 5. -С. 38-44.

3. Клецель М. Я., Млйшев П.Н. Особенности построении на герконах лиффоренцнально-флэных защит трлне-формлторов // Электротехника. - 2007. - №12. -С. 2-7.

4. Клецель М. Я.. Мусин В. В. О построении на гер-конлх защит высоковольтных установок без трансформаторов тока // Электротехника. - 1987. - № 4. -С. 11-13.

5. Клецель М. Я., Мусин В. В. Выбор тока срабатывания максимальной токовой злщиты без трансформаторов тока на герконах // Промышленная энергетика. -1990. - № 4. - С. 32-36.

6. Плт. 2333584 Российская Федерация. МПК7 Н02Н 3/08. Устройство токовой защиты с зависимой выдержкой времени на герконах / М.Я. Клецель. А С. Стинский. М.Т. Токомбаев, К.И. Никитин; злявитель и плтентооб-ллдлтель Госудлрственное обрлзовлтельное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет». — №2007102388/09 ; заявл. 22.01.2007 ; опубл. 10.09.2008, Бюл. № 25. - 11с.: ил.

7. Пат. 16020 Республика Казахстан. МПК'СОШ 19/ 30. Способ измерения тока / М.Я. Клецель, П.Н. Май-шев, К.С. Таронов. М.Т. Токомбаев; заявитель и патентообладатель Республиканское государственное казенное предприятие «Плилодлрскнй государственніай университет нм. С. Торайгырова» Министерства образования

и науки Республики Казахстан. - N9 2003/1383.1 ; эаявл. 28.10.2003 ; опубл. 15.07.2005. Бюл. № 7. - 3 с. : ил.

8. Клсцсль М. Я., Алишей Ж. Р., Мануковский А В.. Мусин В. В. Свойства горконов при использовании их в релейной защите // Электричество. - 1993. - N9 9. -С.18-21.

9. Правила устройства электроустановок. - Изд седьмое. - СПб : Деан, 2000. - 928 с.

КЛЕЦЕЛЬ Марк Яковлевич, доктор технических наук, профессор, Павлодарского государственного унверситета им. С. Торайгырова, кафедра «Автоматизация и управление».

НИКИТИН Константин Иванович, кандидат технических наук, доцент Омского государственного технического университета, кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий»».

ТОКОМБАЕВ Мират Тулегенович, аспирант Павлодарского государственного унверситета им. С. Торайгырова. ^кафедра «Автоматизация и управление»». СТИНСКИЙ Александр Сергеевич, аспирант Павлодарского государственного унверситета им. С. Торайгырова, кафедра «Автоматизация и управление».

Дата поступлення статьи о редакцию: 10.03.2009 г.

УДК 621.311.004.13-52.004.63 £ д ВУРЧЕВСКИЙ

Д. В. ЩЕКОЧИХИН В. В. БАРСКОВ Р. К. РОМАНОВСКИЙ

Омский государственный технический университет ООО «РН-Юганскнефтегаз>»

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ 35 КВ НЕФТЕДОБЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛИ

В статье рассматривается вопрос уменьшения потерь активной мощности за счет выбора оптимальных мест размещения пунктов секционирования распределительной электрической сети напряжением 35 кВ. Рассмотрен пример расчета для фрагмента реальной схемы.

Ключевые слова: распределительная сеть, потери мощности, энергии.

Формирование схемы распределительной сети предприятий нефтедобывающей отрасли определяется фактором появления новых нефтедобывающих кустов, поэтому, как правило, развитие сети осуществляется без наличия долгосрочного перспективного плана развития. В связи с этим первоначально основная распределительная сеть 35 кВ строится по простейшей двухцепной магистральной схеме, а понижающие подстанции 35/6 запитываются отпаяч-ными линиями. В процессе развития схемы сети и появлении новых центров питания для обеспечения необходимой надежности электроснабжения формируются магистральные схемы как минимум с двухсторонним питанием, то есть предусматривается возможность запитывания подстанций от нескольких источников питания.

Однако нормальная схема эксплуатации предусматривает работу этих сетей в разомкнутом режиме, что позволяет сократить затраты на сооружение сеж прежде всего за счет количества выключателей и применения более простых устройств защиты и автоматики, правд а, это приводит к увеличению времени поиска по-

вреждений и, соответственно, снижению надежности электроснабжения. При работе в замкнутом режиме так же могут увеличиваться потери мощности (энергии), так как из-за различия в уровнях напряжения в центрах питания появляются уравнительные токи, вызывающие дополнительные потери и увеличиваются уровни токов короткого замыкания. Поэтому сети 35 кВ. с помощью пунктов (ячеек) секционирования, делятся на отдельные разомкнутые фрагменты. Это по-зволяетснизить ущербы при повреждении фидеров за счет уменьшения области распространения аварии и времени поиска повреждения. Крометого, обесточенные подстанции в этом случае после отделения их от поврежденного участка сети будут запитаны от другого центра питания. В настоящее время в качестве пунктов секционирования на напряжение 35 кВ, так же как и в распределительных сетях 6 - 10 кВ начинают применяться реклоузеры с вакуумными выключателями. Реклоузеры более эф<|>ективны и удобны в эксплуатации, чем традиционные пункты секционирования на базе комплектных распределительных устройств наружного исполнения (КРУН). Поэтому, с учетом повы-

Relay with magnetically operated sealed switch with inverse time lag

Текст научной работы на тему «Реле на герконах с обратнозависимой времятоковой характеристикой»