Меню

Что такое ограничитель ударного тока

Лекция 8. Ограничение токов короткого замыкания

date image2015-06-04
views image5029

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Содержание лекции: средства ограничения токов короткого замыкания.

Цели лекции: изучение средств ограничения токов короткого замыкания на стадии проектирования и в условиях эксплуатации.

8.1 Средства ограничения токов КЗ

Рост уровней токов КЗ вызывает снижение эксплуатационной надежности всех элементов электрической системы. В первую очередь страдают жесткие шины, кабели, электрические аппараты. В меньшей степени повышение уровней токов КЗ затрагивает генераторы и трансформаторы, хотя и для них необходимо предусматривать отрицательные последствия этого повышения.

Ограничению токов КЗ в энергосистемах всегда уделяется достаточно большое внимание. Для этого применяются как схемные решения, так и специальные устройства. Наиболее широко используются:

— оптимизация структуры и параметров сети;

— стационарное или автоматическое деление сети;

— применение токоограничивающих устройств;

— оптимизация режима заземления нейтралей в электрических сетях.

В зависимости от местных условий, требуемой степени ограничения токов при различных видах КЗ, а также технико-экономических показателей в сетях энергосистемы используются различные средства ограничения или их комбинации, дающие наибольший технико-экономический эффект.

8.1.1 Оптимизация структуры и параметров сети (схемные решения)

Схемные решения принимаются, как правило, на стадии проектирования схем развития энергосистем, при этом выбираются оптимальные схемы выдачи мощности электростанций и параметры элементов сетей энергосистем.

Оптимизация структуры сети являются эффективным средством ограничения токов КЗ. С этой целью применяется периферийное ( продольное) разделение сетей, при котором части территории сетей (районы) одного напряжения связываются между собой только через сеть повышенного напряжения (см. рисунок 8.1, а). Местное, или поперечное, разделение сетей (см. рисунок 8.1, б) осуществляется наложением сетей одного и того же напряжения на площади какого-либо района и связью этих сетей через сеть повышенного напряжения.

8.1.2 Стационарное или автоматическое деление сети

Деление сети применяют в процессе эксплуатации, когда требуется ограничить уровни токов КЗ при ее развитии. Различают деление сети стационарное (СДС) и автоматическое (АДС).

Стационарное деление сети осуществляется в нормальном режиме с помощью секционных, шиносоединительных и линейных выключателей. Оно производится тогда, когда уровень тока КЗ в узле сети превышает допустимые значения для параметров установленного оборудования. На рисунке 8.2 показан пример деления сети на электростанции с двумя распределительными устройствами двух повышенного напряжения. Деление производится в результате разрыва трансформаторной связи между распредустройствами двух повышенных напряжений. СДС оказывает существенное влияние на режимы, устойчивость и надежность работы электрической системы, также на потери мощности в сетях.

АДС производится в аварийном режиме для обеспечения работы коммутационных аппататов. Оно осуществляется на секционных или шиносоединительных выключателях, иногда – на выключателях мощных присоединений. При АДС образуется система каскадного отключения токов КЗ. Однако АДС имеет некоторые недостатки:

— возможность появления в послеаварийном режиме значительных небалансов мощностей источноков и нагрузки в разделившихся частях сети;

— увеличение времени восстановления нормального режима.

Несмотря на это, устройства АДС широко применяются в энергосистемах, так как дешевы, просты и надежны.

8.1.3 Токоограничивающие устройства

Токоограничивающие устройства, выполняя свою основную задачу – ограничение токов КЗ, не должны существенно влиять на нормальный режим работы сети, должны иметь стабильные характеристики при изменении схемы и параметров режима.

Токоограничивающие реакторы могут иметь различные конструктивные исполнения и параметры.

Реакторы с линейной характеристикой, включаемые последовательно в соответствующую линию, ограничивают ток КЗ и поддерживают относительно высокий уровень остаточного напряжения в узле подключения. Но в них в нормальном режиме теряются активная и реактивная мощности, а также возникают потери и падение напряжения. Возможные схемы включения линейных и секционных реакторов приведены на рисунке 8.3.

Реакторы с нелинейной характеристикой.. К этой группе относятся управляемые и насыщающиеся реакторы.

Управляемый реактор – это регулируемый реактор со сталью, изменение сопротивления которого осуществляется подмагничиванием магнитопровода полем постоянного тока. При КЗ сопротивление реактора увеличивается и происходит ограничение тока КЗ.

Насыщающий реактор – это неуправляемый реактор в нелинейной характеристикой ( со сталью), которая определяется насыщением магнитопровода полем обмотки переменного тока. Эквивалентное сопротивление реактора растет с увеличением тока. Это свойство реактора используется для ограничения тока КЗ.

Токоограничивающие коммутационные аппараты уменьшают ударный ток КЗ, т.е являются аппаратами безынерционного действия. К ним относятся токоограничивающие предохранители и ограничители ударного тока взрывного действия.

Токоограничивающие предохранители изготавливают на напряжение 6 – 35 кВ. Они отличаются простотой конструкции и небольшой стоимостью, но имеют ряд недостатков:

— одноразовое действие, что затрудняет применение автоматического повторного включения;

— нестабильность токовременных характеристик;

— неуправляемость со стороны внешних устройств (релейной защиты) и т.д., в связи с чем предохранители устанавливаются в цепях менее ответственных потребителей.

Читайте также:  Как проверить баланс мощностей в цепи синусоидального тока

Ограничители ударного тока взрывного действия – сверхбыстродействующие управляемые коммутационные аппараты одноразового действия. Конструктивно – это герметизированный цилиндр, внутри которого располагается токонесущий проводник с вмонтированным в него пиропатроном. Сигнал на взрыв пиропатрона подается от внешнего управляющего устройства, получающего информацию о КЗ от измерительного органа, фиксирующего величину ток КЗ и ее производную. Ограничение тока достигается за время порядка 0,5 мс, полное время отключения цепи составляет 5 мс, т.е. ¼ периода промышленной частоты.

Резонансные токоограничивающие устройства. Принцип их действия основан на использовании эффекта резонанса напряжений при работе в нормальном режиме и расстройке резонанса в аварийном режиме.

Кроме того, известны другие токоограничивающие устройства:

— токоограничивающие устройства трансформаторного и реакторно- вентильного типов;

— вставки постоянного тока;

— сверхпроводниковые токоограничивающие устройства.

Источник



Что такое ограничитель ударного тока

С.И. Копылов, профессор, Я.А. Королёв, к.т.н., доцент

ОГРАНИЧИТЕЛЬ УДАРНОГО ТОКА

Очевидно, что наибольшее ограничение воздействия тока короткого замыкания (КЗ) достигается при использовании безинерционных токоограничивающих коммутационных аппаратов. Однако такое решение задачи сдерживается либо отсутствием указанных аппаратов с необходимыми параметрами и эксплуатационными характеристиками, либо их высокой стоимостью. В данной работе исследуются возможности ограничителя ударного тока взрывного действия.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ОГРАНИЧИТЕЛЬ УДАРНОГО ТОКА, МГНОВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ, ПРОИЗВОДНАЯ

Токоограничивающие коммутационные аппараты ограничивают ток КЗ в течение первого полупериода его появления и далее незамедлительно отключают КЗ. К токоограничивающим коммутационным аппаратам относятся токоограничивающие предохранители различных типов, ограничители ударного тока взрывного действия, сверхпроводниковые ограничители резистивного типа [1,2].

При возникновении КЗ электронное устройство (блок управления БУ) реагирует на скорость изменения тока, затем разрядное устройство через разделительный трансформатор (Тр) воздействует на капсюль-детонатор, происходит взрыв пиропатрона и основная цепь оказывается разомкнутой за 0,1 мс (рис.2). После этого ток проходит по вспомогательной шунтирующей цепи через предохранитель, который обеспечивает окончательные разрыв цепи (

Ограничители ударного тока могут быть использованы сегодня в сетях с напряжением 6-35 кВ и номинальным током 1000-4000 А [3].

1. Электротехнический справочник: в 3-х т., т. 2 и 3. /Под ред. профессоров МЭИ, -М.: Энергоатомиздат, 1986. 712 и 656 с .

2. S. Elschner, M. Stemmle, F. Breuer, H. Walter, C. Frohne, M. Noe, J. Bock Coil in Coil – Components for the High Voltage Superconducting Resistive Current Limiter CULT 110, IEEE/CSC&ESAS EUROPEAN SUPERCONDUCTIVITY NEWS FORUM, № 3, January 2008, p. 1-9.

Источник

Токоограничивающие коммутационные аппараты

Токоограничивающее действие коммутационных аппаратов проявляется при быстродействии, соизмеримом с периодом изменения тока. При этом токоограничивающие коммутационные аппараты должны выполнять функции ограничения воздействия тока КЗ не только по амплитуде, но и по длительности его отключения.

При использовании токоограничивающих аппаратов, время срабатывания которых менее 5мс, электродинамическое воздействие тока КЗ уменьшается. К таким коммутационным аппаратам, способным безынерционно, т.е. в течение первого полупериода ограничить и отключить ток КЗ, относятся токоограничивающие предохранители различных типов и конструкций, ограничители ударного тока взрывного действия и специальные автоматические выключатели на напряжение до 1кВ.

Токоограничивающие предохранители (рис. 8.7, ) обеспечивают защиту электроустановки от электродинамического воздействия тока КЗ при условии, если

,

где ожидаемый ударный ток в цепи предохранителя; ток ограничения (срабатывания) предохранителя (рис. 8.7,б). Токоограничивающее действие предохранителей определяется номинальным током плавкой вставки и начальным действующим значением периодической составляющей тока КЗ : (рис. 8.7,в).

Силовые токоограничивающие предохранители внутренней и наружной установок изготавливаются на напряжения 3 35 кВ (серий ПКТ и ПКН) и на 10 110 кВ (серии ПВТ) на относительно небольшие номинальные токи. Как средство ограничения ударного тока КЗ, токоограничивающие предохранители сравнительно дешевы и просты, но имеют ряд недостатков: 1) одноразовое использование плавкой вставки 2) нестабильность токовременных характеристик и 3) как следствие, плохая совместимость их действия с устройствами релейной защиты и с системой автоматики, а также недостаточная эксплуатационная надежность. Поэтому токоогра-ничивающие предохранители используются в схемах питания менее ответственных потребителей.

Рис. 8.7. Ограничение тока КЗ токоограничивающими

Ограничители ударного тока взрывного действия представляют собой сверхбыстродействующие управляемые коммутационные аппараты одноразового действия с относительно большим номинальным током. В них используется принцип отключения цепи токоведущего проводника взрывом пиропатрона. Сигнал на взрыв пиропатрона подается от внешнего управляющего устройства, которое получает информацию о КЗ от измерительного органа, реагирующего на величину тока КЗ и на его первую производную. Ограничитель ударного тока срабатывает в случае, если достигаются оба заданных значения (мгновенное значение тока и его первая производная). Ток КЗ ограничивается за время около 0,1мс. Полное отключении сети за время ≤ 5мс (1/4 периода промышленной частоты) обеспечивается плавким предохранителем, который устанавливается во вспомогательной шунтирующей цепи. Предохранитель обеспечивает исключение перенапряжений в сети, которые возникают за счет быстрого отключения тока КЗ взрывным элементом.

Читайте также:  Частота тока в автомобиле

Ограничители ударного тока применяются в сетях напряжением 0,66–35кВ с токами 1000–4000 А. Возможные схемы включения ограничителей ударного тока (ОТ) показаны на рис. 8.8:

Рис. 8.8. Возможные схемы включения ограничителей

на рис. 8.8, для шунтирования реакторов в нормальных рабочих режимах с целью уменьшения потерь напряжения и мощности; на рис. 8.8,б для осуществления параллельной работы в схемах коммутации с электрооборудованием, обладающим недостаточной стойкостью к токам КЗ; на рис. 8.8,в для построения схем питания особо ответственных потребителей, не допускающих перерывов в электроснабжении.

Недостатками ограничителей ударного тока является их высокая стоимость и относительная сложность системы их управления.

Токоограничивающие автоматические выключатели, применяемые в сетях напряжением до 1кВ, срабатывают при токах КЗ за время 0,2–0,6 мс. Этого времени достаточно для защиты электрооборудования от теплового действия тока КЗ, поэтому электрооборудование, защищаемое такими выключателями, не проверяют на термическую стойкость току КЗ. По конструктивному исполнению различают токоограничивающие выключатели и выключатели с ограничителями, предназначенные для снижения амплитуды тока КЗ в течение времени отключения. В них ограничение тока КЗ достигается быстрым введением в электрическую цепь больших сопротивлений. Для этой цели, например, используется сопротивление электрической дуги, образующейся между размыкающимися контактами выключателя или в специальных элементах (ограничителях).

Характеристика срабатывания (времятоковая зависимость) выключателей представляет собой зависимость времени срабатывания от значения тока КЗ и определяется конструктивными параметрами выключателей. Для токоограничивающих выключателей кривая этой зависимости (рис. 8.9, ) содержит участки, соответствующие срабатыванию теплового 1 и электромагнитного 2 расцепителей, а для выключателей с ограничителями (рис. 8.9,б) – дополнительно и участок 3 действия ограничителя. Граница участков, соответствующих тепловому и электромагнитному расцепителям, зависит от выбора уставки электромагнитного расцепителя. Время-токовая характеристика выключателей с ограничителями подбирается таким образом, чтобы при токах больших , первым должен срабатывать ограничитель, а выключатель будет отключать ток, уменьшенный его действием.

Рис. 8.9. Характеристики токоограничивающего выключателя (а) и выключателя с ограничителем (б)

Токоограничивающие автоматические выключатели по сравнению с обычными автоматическими выключателями обладают меньшими массогабаритными показателями, меньшей стоимостью (на тот же номинальный ток отключения), снижением на 10 – 30% электродинамического и на 5 – 10% теплового действия токов КЗ, более высокими показателями надежности. К недостаткам токоограничивающих автоматических выключателей следует отнести сложность обеспечения селективной работы нескольких выключателей и одноразовое использование ограничителей тока.

Дата добавления: 2015-01-19 ; просмотров: 61 ; Нарушение авторских прав

Источник

Ограничители тока: определение, описание и схема устройства

В любой электрической цепи, где отсутствуют стабилизирующие и защитные схемы, может возникнуть нежелательное увеличение тока. Это бывает следствием природных явлений (разряд молнии возле линии электропередач) или результатом короткого замыкания (КЗ) или пусковых токов. Во избежание всех этих случаев правильным решением будет установка в сеть или локальную цепь устройства ограничения.

ограничители тока

Что такое токоограничитель?

Прибор, схема которого построена таким образом, что предотвращает возможность возрастания силы электричества выше заданных или допустимых пределов амплитуды, называется ограничителем тока. Наличие защиты сети при установленном в нем ограничителе тока дает возможность уменьшить требования к последней в плане динамической и термической устойчивости в случае закорачивания.

В высоковольтных линиях с величиной напряжения до 35 кВ ограничение КЗ добиваются путем применения электрических реакторов, в отдельных случаях – предохранителей плавких, созданных на основе мелкозернистых наполнителей. Также цепи, питаемые высоким и низким напряжением, защищают схемами, собранными на базе:

  • выключателей тиристорных;
  • реакторов нелинейного и линейного типа, с шунтированием переключателями полупроводниковыми оперативного срабатывания;
  • реакторами нелинейными с подмагничиванием.

Принцип действия ограничителя

Основной принцип, заложенный в схемы ограничения тока, лежит в том, чтобы погасить лишний ток на таком элементе, который может преобразовать его энергию в другой вид, например, тепловой. Наглядно это видно на работе ограничителя силы тока, где применен терморезистор или тиристор в качестве рассеивающего элемента.

Другой способ защиты, который тоже часто используется, заключается в отсекании нагрузки от линии, в которой произошел бросок электричества. Такого рода выключатели могут быть автоматическими, с возможностью самовосстановления после исчезновения угрозы, или требующими замены реагирующего защитного элемента, как в случае с плавким предохранителем.

как называется ограничитель тока

Наиболее совершенными считаются электронные схемы ограничителей, работающие по принципу закрытия канала прохождения электричества при его увеличении. Используют в этом случае специальные проходные элементы (например, транзисторы), управление которыми осуществляется за счет датчиков.

Читайте также:  Правила для расчета силы тока напряжения сопротивления

Современные комбинированные системы объединяют в себе функцию ограничителей тока при определенных перегрузках и защитную опцию с выключением нагрузки при токах короткого замыкания. Обычно такие системы работают в высоковольтных сетях.

Схема ограничителя тока

На примере простейшей схемы устройства для ограничения тока можно понять, как работает «электронный предохранитель». Схема собрана на двух биполярных транзисторах и позволяет регулировать силу электричества в низковольтных блоках питания.

ограничитель силы тока

Назначение компонентов схемы:

  • VT1 – транзистор проходной;
  • VT2 – усилитель сигнала управления проходного транзистора;
  • Rs – датчик уровня тока (резистор низкоомный);
  • R – резистор токоограничивающий.

Протекание в схеме тока допустимой величины сопровождается падением напряжения на Rs, значение которого после усиления на VT2 поддерживает проходной транзистор в полностью открытом состоянии. Как только сила электричества превысила пороговый предел, переход транзистора VT1 начинает прикрываться пропорционально увеличению электричества. Отличительной особенностью такого исполнения устройства являются большие потери (падение напряжения до 1,6 В) на датчике и проходном элементе, что нежелательно для питания низковольтных приборов.

ограничитель тока схема

Аналогом описанной выше схемы является более совершенная, где уменьшения падения напряжения на переходе добиваются путем замены проходного элемента с биполярного на полевой транзистор с малым сопротивлением перехода. На полевике потери составляют всего 0,1 В.

Ограничитель пускового тока

Оборудование такого типа предназначено для того, чтобы обеспечить защиту индуктивной и емкостной нагрузки (различной мощности) от скачков при запуске. Оно устанавливается в системах автоматизации. Больше всего таким токовым перегрузкам подвержены двигатели асинхронные, трансформаторы, светильники светодиодные. Следствием применения ограничителя тока нагрузки в этом случае является увеличение срока службы и надежности приборов, разгрузка электросетей.

ограничитель пускового тока

Примером современной модели однофазного токоограничителя может служить прибор РОПТ-20-1. Он универсален и содержит в себе одновременно ограничитель пускового тока и реле для контроля напряжения. Схема управляется микропроцессором, который в автоматическом режиме гасит пусковой бросок и может отключать нагрузку, если в сети возросло напряжение свыше допустимого уровня.

Прибор включают в разрыв линии питания и нагрузки, он работает следующим образом:

  1. При подаче напряжения включается микроконтроллер, который проверяет наличие фазного напряжения и его значение.
  2. Если неполадки не выявляются за время одного периода – подключается нагрузка, о которой сигнализирует светодиод «Сеть» зеленого цвета.
  3. Происходит отсчет 40 миллисекунд, и реле шунтирует гасящий резистор.
  4. При отклонении напряжения от нормы или его пропадании реле отсекает нагрузку, что сигнализирует светодиод «Авария» красного цвета.
  5. При восстановлении параметров сети (ток, напряжение) система возвращается в исходное состояние.

Ограничение тока генератора

В автомобильных генераторах важно контролировать не только величину выдаваемого напряжения, но и отдаваемый в нагрузку ток. Если превышение первого может привести к выходу из строя осветительного оборудования, тонких обмоток устройств, а также перезарядке аккумулятора, то второй – повредить обмотку самого генератора.

ограничитель тока нагрузки

Отдаваемый ток увеличивается тем больше, чем больше нагрузки подключается на выходе генератора (за счет уменьшения общего сопротивления). Для предотвращения этого применяют ограничитель силы тока электромагнитного типа. Принцип действия его основан на включении в цепь возбуждающей обмотки генератора дополнительного сопротивления в случае возрастания электричества.

Ограничение тока КЗ

Для защиты электростанций и больших заводов от ударных токов иногда применяют ограничители тока коммутационного типа (взрывного действия). Они состоят из:

  • разъединительного устройства;
  • плавкого предохранителя;
  • блока микросхем;
  • трансформатора.

Посредством контроля за величиной электричества логическая схема выдает сигнал на детонатор (по истечении 80 микросекунд) при возникновении КЗ. Последний взрывает шину внутри патрона, и ток перенаправляется на плавкий предохранитель.

Особенности разных токоограничителей

Каждый вид устройства по ограничению разрабатывается под конкретные задачи и обладает определенными свойствами:

  • плавкий предохранитель – обладает быстродействием, но требует замены;
  • реакторы – эффективно противостоят токам КЗ, но имеют значительные потери и падение напряжения на них;
  • электронные схемы и быстродействующие выключатели – имеют малые потери, но слабо защищают от ударных токов;
  • электромагнитные реле – состоят из подвижных контактов, которые со временем изнашиваются.

Поэтому выбирая, какую схему применить у себя, необходимо изучить весь ряд факторов, характерных для конкретной электрической цепи.

Заключение

Необходимо помнить, что доступ к электрическим сетям требует определенных знаний в электрике и опыта работы. Поэтому, устанавливая такое оборудование, важно соблюдать технику безопасности. Но лучше всего, конечно, доверить такую работу квалифицированному специалисту.

Источник