Меню

Питание от линии переменного тока

Высоковольтные линии постоянного и переменного тока. Генерация напряжения в электротехнике. Часть 1

В 1919 г. инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский написал работу «О пределах применимости трехфазного переменного тока для передачи электроэнергии на расстояние». Проведя исследования, он доказал, что при электропередачах большой мощности и на очень дальнее расстояние произойдет обратный переход от переменного тока к постоянному. [30]

Считается, что ушли в прошлое времена, когда решался вопрос, каким быть электросетям в мире – сетям постоянного или переменного тока (так называемая «война токов или напряжений», имевшая место на рубеже 19-20 веков). В настоящее время большинство сетей – это сети переменного напряжения с частотой 50 / 60 Гц. Тем не менее, последние события в энергетике показывают, что старая дискуссия может вернуться.

В настоящее время идут процессы, которые могут потеснить монополию переменного тока

1) Развитие высоковольтных систем постоянного тока (ЛПТ / HVDC систем) в системах электропередачи продолжается благодаря следующим преимуществам [1]:
  • Отсутствуют потери на излучение, так электромагнитные волны излучает только проводник с переменным током.
  • В сети нет реактивной (паразитной) мощности и, следовательно, затрат на борьбу с ней, т.е. нет коэффициента мощности и необходимости его улучшения.
  • Экономия на материалах опор ЛЭП, проводов.

Основное преимущество HVDC – это возможность передать большее количество энергии на большое расстояние с меньшими капитальными затратами и меньшими потерями, чем в HVAC линиях [1]. В зависимости от уровня напряжения и конструкционных особенностей потери составляют около 3% на 1км [1]. HVDC позволяют более эффективно использовать энергетические источники удаленные от нагрузочных центров.

Основные примеры, где использование HVDC более эффективно, чем HVAC:

  • Подводные кабели (например, 250 км Балтийский кабель между Швецией и Германией [1], 600 км кабель NorNed между Норвегией и Голландией, 290 км связка Basslink между Австралийским материком и Тасманией [1]). В подводных кабелях линии переменного тока неэффективны по причине потерь на токи Фуко в солёной воде.
  • Дальнемагистральные мощные линии электропередачи типа «конечная точка – конечная точка» без промежуточных ответвлений, например, в удаленных (незаселенных) областях.
  • Увеличение мощности существующей силовой сети в ситуациях, где дополнительные провода устанавливать трудно или дорого.
  • Передача мощности и стабилизация между несинхронизированными распределительными системами переменного напряжения (Power transmission and stabilization between unsynchronised AC distribution systems).
  • Подключение удалённой генерирующей электростанции к главной сети, например: Nelson River DC Transmission System.
  • Стабилизация преобладающей AC сети за счет того, что HVDC не вносит вклад в общий ток КЗ системы (Stabilizing a predominantly AC power-grid, without increasing prospective short circuit current).
  • Снижение цены линии электропередачи. HVDC нуждается в меньшем количестве проводников так как нет необходимости поддержки многофазных систем. Так же, из-за отсутствия скин-эффекта могут использоваться более тонкие проводники.
  • Облегчение передачи (обмена) энергией между странами (районами, сетями), которые используют разные частоты промышленной сети.
  • Синхронизация сетей переменного напряжения, выработанного ВИЭ [1].

Преимущества и недостатки HVDC по другому источнику [2]:

A. Преимущества HVDC

  • Большая передаваемая мощность для проводника одного сечения (нет излучения, нет скин-эффекта и др.).
  • Более простая конструкция линии (нет реактивных компенсаторов и др.).
  • Может быть использован возврат через землю (ОЛВЗ). Имеется в виду, что меньше потери на токи Фуко и др., т.к. в HVAC линиях также используется ОЛВЗ / SWER.
  • В случае ОЛВЗ каждый проводник может работать как независимая цепь.
  • Нет зарядного тока, т.е. переменного тока идущего на подзаряд емкостей линии (No charging current. Additional current must flow in the cable to charge the cable capacitance). Это особенно важно в подземных / подводных кабелях. Поэтому в подводных ЛЭП HVDC используется уже несколько десятилетий.
  • Нет скин эффекта.
  • Кабели могут работать при более высоком градиенте напряжения (так как нет токов Фуко).
  • Коэффициент мощности линии всегда равен единице: реактивной мощности нет, линия не требует реактивной компенсации.
  • Меньше коронный разряд и радиопомехи, особенно в плохую погоду, для проводника с теми же самыми диаметром и RMS напряжением как в HVAC.
  • Синхронная работа не требуется.
  • Следовательно, дистанция линии не ограничена требованиями стабильности.
  • Может соединять системы переменного напряжения с разными частотами.
  • Низкий ток КЗ в линии с постоянным током (Low short-circuit current on DC line).
  • Не вносит вклад в ток КЗ AC линии (Does not contribute to short-circuit current of a A.C system).
  • Регулирование перетоков мощности легко осуществляется / контролируется (Tie-line power is easily controlled).

B. Недостатки HVDC

  • Конверторы дороги.
  • Конверторы сопряжения с HVAC сталкиваются с проблемой реактивной мощности.
  • Конверторы генерируют гармоники, требуются фильтры.
  • Мультитерминальную (сеть с множеством потребителей) систему построить нелегко (Multiterminal or network operation is not easy) [2].

Дальние дистанции технически недостижимы для линий HVAC без промежуточных станций компенсации реактивной мощности. Частота и промежуточные реактивные компоненты вызывают проблемы стабильности AC линии. С другой стороны HVDC линия электропередачи не имеет проблемы стабильности из-за отсутствия частоты, и следовательно, нет ограничения на длину линии. Цена на единицу длины для HVDC линии ниже, чем для HVAC при той же мощности и надёжности. Однако, цена терминального оборудования (оборудования конечных станций) HVDC линии значительно выше чем HVAC. Наибольшее ценовое преимущество HVDC линии достигается на расстояниях свыше 500-800 км. HVDC линии меньше воздействует на человека и на природу в целом, это делает HVDC более «дружелюбной» по отношению к окружающей среде [2].

Преимущества HVDC [9]:

Высоковольтные DC и сверхвысоковольтные DC системы – это совершенные технологии, превосходно подходящие для целей интеграции различных источников энергии таких, как солнце и ветер в локальные электрические сети. Это особенно важно для крупномасштабных оффшорных проектов ветроэлектростанций, или крупномасштабных СЭС. HVDC имеют многочисленные преимущества над традиционной HVAC ЛЭП. Одно из главных преимуществ HVDC – малые потери при передаче энергии, в отличие от больших потерь в HVAC линиях.

Основное практическое правило выглядит следующим образом: на каждые 1000 км DC линии потери составляют менее 3% (на примере линии 5000 МВт, 800 кВ). Обычно потери DC линии на 30-40% меньше, чем потери для линий AC, при тех же уровнях напряжения. Поэтому для ЛЭП большой длины DC (ЛПТ) являются единственным приемлемым решением, как с технической, так экономической точки зрения. Подтверждение можно можно почерпнуть из опытных данных, представленных ниже и полученных на HVAC и HVDC Transmission system for the Nelson River Bipole [1, 2]. Из графиков сравнения затрат на строительство стандартной ЛЭП и ЛПТ, видно что начиная с расстояния 450 миль ЛПТ более выгодны, и с дальнейшим ростом расстояния выгода растёт.

На рисунке ниже показана наземная ЛЭП: площадь занимаемая HVDC оптимальна и составляет около одной трети площади HVAC. HVDC это два проводника, а HVAC это три проводника плюс нейтраль, в результате установочная цена на милю для HVDC ниже.

HVDC лучше HVAC для оффшорных (вне береговых) подводных проектов. Для подводных систем электропередачи, потери в AC линии из-за её ёмкости очень велики, что делает HVDC экономически выгоднее на более коротких дистанциях, чем на земле.

Благодаря преимуществам (см. выше) одна и таже ЛЭП может передать в 3 раза больше энергии при переходе с технологии HVAC к HVDC [19]:

Читайте также:  Управляемые выпрямители электрического тока

Преимущества HVDC [12]:

Особенность системы ABB HVDC Light – возможность стабилизировать напряжение линий переменного тока, а так же возможность использования для связи с изолированными удаленными источниками генерации в местах, где строительство новых воздушных линий сверхвысокого напряжения слишком затратно. Это важно для ветряных электростанций, так как они значительно удалены и разница в скорости ветра может привести к значительным колебаниям напряжения.

Так же система HVDC выгодна для подземных подводных кабелей. Вот примеры реализованных проектов:

  • Протяженный подземный кабель (70 км Gotland HVDC Light) от ветряной электростанции (Швеция).
  • Протяженный подземный кабель (59 км Terranora interconnector и 180 км Murraylink) между двумя сетями (Австралия) [12] и др.

Замечание: HVDC имеют много особенностей, которые продолжают изучаться и часто не могут быть отнесены только к преимуществам или только недостаткам, например, коронный разряд не только приводит к потерям и радиошумам, но и вырабатывает озон.

Таким образом, преимущества HVDC для подводных и подземных применений обусловлены отсутствием токов Фуко, а преимущества на дальних дистанциях – малой занимаемой площадью из-за меньшего расстояния между проводами и отсутствия скин-эффекта (нет необходимости разбивать проводники на несколько меньших, работает весь объем провода, независимо от сечения) и проблем коэффициента мощности.

Недостатки HVDC связаны со использованием сложных преобразователей (конверторов), необходимостью их контроля и обслуживания [1].

С начала развития линий постоянного тока с 1880-х годов и до середины 20 века во многих странах было предпринято несколько попыток построения ЛПТ систем (Италия, Швейцария, Германия и др.). Только затем началось существенное развитие DC систем. После Великой Отечественной Войны в СССР были введены в строй ЛПТ ЛЭП 30 МВт ЛПТ Кашира–Москва (1951 г), 750 МВт Волгоград–Донбасс (1964 г) и др. С тех пор число ЛПТ ЛЭП в мире увеличилось и продолжает расти.

Достигнуты большие мощности и расстояния ЛПТ ЛЭП, например – UHVDC Xiangjiaba-Shanghai 2,071 км 7200 МВт ±800 кВ (от ГЭС Xiangjiaba до Шанхая) [1,11]. Количество реализованных и проектируемых ЛПТ ЛЭП за период 2000 г — 2013 г превысило количество всех построенных в 20 веке ЛПТ ЛЭП. В общем, рост ЛПТ систем касается только сферы большой энергетики, так как традиционно в бытовом применении (и для большинства промышленных нагрузок) во всём мире используется переменное напряжение 50 или 60 Гц.

Ниже приведена карта HVDC линий Европы (многие из которых обслуживают объекты возобновляемой энергетики такие, как ветро- и гидро- электростанции), а также проектируемые HVDC Китая [4,5].

2) Возобновляемая энергетика как «локомотивная отрасль» тянет за собой развитие систем / линий постоянного тока (ЛПТ / HVDC) за счёт их преимущества

В связи с прохождением пика потребления углеводородов в результате роста цен на газ и нефть резко возрастает роль возобновляемых источников энергии, а также всех смежных с ними отраслях, том числе строительстве ЛПТ. Линии переменного тока AC эффективны в системах с машинной генерацией напряжения синусоидальной формы, например: ДЭС, ТЭС, АЭС и т.п.. А для таких возобновляемых источников энергии, таких как ВЭС и СЭС более эффективны в работе ЛПТ.

Это связано с тем что:

  • Данные ВИЭ не могут самостоятельно генерировать переменное напряжение с фиксированной частотой и напряжением (как генераторы на обычных ЭС). Это связано с нестабильностью альтернативных источников энергии (Солнце, ветер) и актуальной проблемой выгодного аккумулирования энергии. Поэтому для ВИЭ требуются импульсные преобразователи, которым легче работать с ЛПТ. Наоборот, паровые, дизельные, газовые и др. приводы генераторов обычных ЭС изначально легко дают фиксированное переменное напряжение («стабильное напряжение, стабильная частота»).

Выходит, что эффективность ЛЭП переменного тока как бы «привязана» к нефти, газу др. НВИЭ. Исключением являются ГЭС (ВИЭ), но ГЭС не могут работать круглосуточно и поэтому также нуждаются в объединении сетей (в ГЭС с накопительным водохранилищем работа на номинальную мощность производится периодически т.к. вода аккумулируется в периоды пониженных нагрузок). ГЭС работающие на водотоке не годны для выработки больших мощностей – см. ниже.

Рассмотрим распространенную ситуацию с централизованной электростанцией в регионе, когда электростанция – это одиночный центр, питающий весь окружающий регион. В этом случае никакие объединения электросетей не требуются или требуются только для аварийного режима. Речь может идти об объединении единиц ЭС – ЭС на ВИЭ (ВЭС СЭС и др.), сильно рассредоточенными по большой территории, поэтому вопрос объединения десятков, сотен, и более единиц ЭС в единую сеть крайне важен. А в случае объединения ЛПТ выигрывает по сравнению с ЛЭП переменного тока по простоте и эффективности.

Причины необходимости объединения ЭС на ВИЭ и выгодности HVDC для этих целей:

  • Парковые ВЭС (Ветроэлектростанции / Wind farms) и СЭС электростанции изначально является сильно рассредоточенными по большой территории на площади несколько десятков и сотен кв. км. Примером могут служить оффшорные, горные, равнинные парковые ВЭС – в среднем от 30 до 300 единичных ВЭС мощностью 1-6 МВт каждая на территории 10-300 кв. км [7].
  • Парковые ЭС на ВИЭ требуют объединения в единую энергосистему, так как источник энергии нестабилен, а дешёвый аккумулятор электроэнергии до сих пор не разработан.
  • Парковые ЭС часто удалены и рассредоточены, так как привязаны к ресурсам солнца и ветра, поэтому требуется много длинных ЛЭП, что более подходит для HVDC технологии.
  • Для объединения многих терминалов (источников и потребителей) HVDC значительно выгоднее (см преимущества выше). Главная причина – не требуется синхронизация, терминалы подключаются параллельно.
  • При использовании HVDC линий упрощается постройка системы «сетевая электростанция». При этом парковая ЭС может выдавать энергию в сеть, принимать энергию из сети в аккумуляторы, передавать / ретранслировать потоки энергии.
  • При использовании HVDC линий упрощается постройка системы «объединённая сетевая электростанция» для большого числа малых частных ЭС / потребителей.
  • При использовании HVDC упрощается построение энергосистемы «силовой интернет», включающей множество мелких и крупных станций типа «источник», «потребитель», «аккумулятор», а также их комбинаций.
  • Даже в настоящее время, когда большинство основных магистральных сетей – HVAC, из-за своей выгодности HVDC используются для сопряжения сетей HVAC, сопряжения сетей HVAC с ЭС на ВИЭ.

Система BorWin1 – одна из крупнейших HVDC систем Германии. Используется для энергетического соединения оффшорного ветропарка BARD Offshore 1 (400 МВт) и других оффшорных ветроферм, расположенных в Германии рядом с Боркумом с Европейской энергетической сетью. Характеристики: мощность 400 МВт, биполярная линия, напряжение 150 кВ. ЛЭП HVDC BorWin1, идущая от оффшорной платформы BorWin Alpha к подстанции Diele, содержит участки 75 км подземного и 125 км подводного кабеля. Запущена в строй в 2009 г.

Система Atlantic Wind Connection (AWC), HVDC магистральная линия длиной 350 миль от Sayreville NJ до Virginia Beach передаёт от 6000 до 7000 MВт мощности от парковой ветроэлектростанции в общую сеть (в процессе строительства).

А если кто то спросит: «что случится если ветер перестанет дуть?», то мы всегда можем ответить, что ветер всегда дует где-нибудь, мы только должны перебросить энергию туда где она необходима. И сделать это можно с помощью линий HVDC [9].

Источник



Система электропитания переменным током

Линии электропередач, повышающие и понижающие трансформаторы

Основные бытовые и промышленные электроприёмники питаются от переменного тока. Вырабатывается переменный ток электростанциями при помощи генераторов напряжения переменного тока.

Читайте также:  Определить силу тока в магнитном моменте витка

На электростанциях вырабатывается трехфазный переменный ток, низкого напряжения. До потребителя переменный трехфазный ток доставляется по линиям электропередачи. Для того чтобы доставить выработанный ток до потребителя нужно повысить его амплитудное напряжение. Читать: Как получает электроэнергию потребитель низкого напряжения 380 Вольт

Для этого перед линиями электропередач напряжение электрического тока повышается. Непосредственно перед потребителем напряжение переменного тока понижается. Понижается напряжение в трансформаторных подстанциях.

Sistema LEP01

Понижается напряжение при помощи понижающих трансформаторов. Так как переменный ток трехфазный, то трансформаторы тоже трехфазные. Понижается напряжение до стандартного значения 380 вольт. Напряжение между фазами переменного электрического тока называется линейным. Каждая линия трехфазного переменного тока обозначается L1;L2;L3 или А; В; С. Напряжение 380 Вольт обозначается соответственно: АВ; СА; ВС.

Нейтраль и нулевой рабочий проводник в системе электропитания переменным током

Соединяются три понижающих трансформатора по типу звезда или треугольник.

Soedinenie obmotok zvezdoy

При соединении по типу звезда концы фаз обмоток трех трансформаторов соединяются в одну точку. Точка соединения называется нейтралью. Проводник, отходящий от глухозаземленной нейтрала, называется нулевой рабочий проводник или попросту «ноль». На схеме ноль обозначается латинской буквой N. Напряжение между фазой и нейтралью составляет 220 Вольт. Такое напряжение называется фазным или сетевым. Номинал сетевого напряжения сети составляет 220 вольт при частоте 50 Гц (Герц).

Каждая энергоустановка, в том числе и трансформаторная подстанция, имеют специально сделанный контур заземления. Нейтраль трех трансформаторов может быть соединена с заземлением или нет. В первом случае нейтраль будет глухозаземленной, во втором случае нейтраль будет изолированной.

Провод самого заземления называется защитный проводник. На схеме он обозначается PE.

В зависимости от вариантов соединения (или отсутствия такового) N-рабочего нулевого (нейтрального) проводника и проводника PE-заземленного защитного проводника различают три основных и две редко всречающихся систем заземления электрических сетей. Системы заземления, в некоторых схемах, называют системами зануления.

Рассмотрим системы заземления электрических линий электропитания подробнее

Линии электропитания включают нулевой рабочий проводник (N), нулевой защитный проводник (PE) и фазный проводник (L1;L2;L3).

Линия электропитания с системой заземления TN-C

Sistema zazemlenija TNC

Система заземления TN-C предполагает, что нулевой рабочий проводник(N), нулевой защитный проводник(PE) совмещены в одном проводнике во всей линии электропитания. Обозначается такой проводник (PEN).

Линия электропитания с системой заземления TN-C-S

Sistema zazemlenija TNCS

Эта система заземления предполагает, что нулевой рабочий проводник(N), нулевой защитный проводник (PE) объединены от нейтрали трансформатора до промежуточного распределительного устройства. Например, этажного щитка. В этом устройстве проводники N и PE разделяются.

Линия электропитания с системой заземления TN-S

Sistema zazemlenija TNS

Cсистема заземления TN-S предполагает, что нулевой рабочий проводник (N), нулевой защитный проводник (PE) разделены во всей линии электропитания от трансформатора до потребителя.

Системы заземления TN-C;TN-C-S;TN-S по определению предполагают, что нейтраль питающих трансформаторов глухозаземлена. По-другому дело обстоит с системами заземления IT и TT.

Линия электропитания с системой заземления IT

Sistema zazemlenija IT

Эта система заземления предполагает, что нейтраль питающего трансформатора изолирована от заземления или соединена сеим через аппараты высокого сопротивления. Заземлены же открытые токопроводящие элементы электроустановок.

Линия электропитания с системой заземления TT

Эта система заземления предполагает, что нейтраль питающего трансформатора глухозаземлена. Также заземлены открытые токопроводящие элементы электроустановок, но их система заземления независима от системы заземления трансформатора.

Системы заземления IT и TT применяются в специальных электрических сетях и не имеют бытового назначения. Основными системами заземления для жилых квартир, домов и бытовых помещений являются системы TN-C и TN-C-S.

Источник

Источники и сети переменного и выпрямленного оперативного тока

Источники и сети переменного и выпрямленного оперативного токаДля снижения стоимости электрооборудования и упрощения его эксплуатации на подстанциях до 110 кВ применяют оперативный переменный и выпрямленный ток. В качестве источников оперативного переменного тока используют обычные или специально выделенные трансформаторы собственных нужд небольшой мощности, а также измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Питание цепей управления и сигнализации может осуществляться от сети собственных нужд подстанции или от специальных силовых трансформаторов небольшой мощности, подключенных к шинам 6 или 10 кВ со стороны питания (до выключателей).

Источники переменного и выпрямленного тока в отличие от аккумуляторов не являются автономными, поскольку их работа возможна только при наличии напряжения в сети. Поэтому к схемам питания предъявляют особые требования, направленные на повышение надежности их работы: оперативные цепи должны питаться не менее чем от двух трансформаторов, напряжение во вторичных цепях должно быть стабилизировано, вторичные цепи должны быть отделены от цепей с. н.

Питание наиболее ответственных электроприемников оперативного тока должно обеспечиваться устройствами автоматического включения резервного питания (АВР).

На рис. 1 показана схема питания оперативных цепей переменным током от двух трансформаторов с. н. ТСН1 и ТСН2. Наиболее ответственные электроприемники выделены на особые шины ШОП, которые питаются через блок автоматического включения резервного питания (АВР).

Шины управления ШУ и сигнализации ШС питаются от шин ШОП через стабилизаторы СТ1, СТ2, чтобы колебания напряжения в цепях с. н. меньше влияли на работу схем управления и сигнализации. Питание электромагнитов включения масляных выключателей осуществляется от выпрямительных устройств ВУ1 и ВУ2, которые подключены к разным секциям щита с. н.

Схема питания оперативных цепей на переменном ток

Рис. 1. Схема питания оперативных цепей на переменном токе: TCH1, ТСН2 — трансформаторы с. н., АВР — блок автоматического включения резерва, СТ1, СТ2 — стабилизаторы напряжения, ВУ1, ВУ2 — выпрямительные устройства, ШУ, ШП, ШС — шины управления, питания и сигнализации, АО — аварийное освещение, ТУ—ТС – телеуправление и телесигнализация, ШОП — шины ответственных потребителей

На стороне выпрямленного напряжения ВУ1 и ВУ2 работают на общие шины. Если в установке применены выключатели с пружинными приводами (ПП-67 и т. п.), работающими на переменном токе, схема соответственно изменяется: выпрямительные устройства исключаются, питание электромагнитов включения осуществляется от шин ШУ, так как электромагниты включения таких приводов не требуют большой мощности, ибо включение производится заранее заведенными пружинами привода.

Наряду с силовыми трансформаторами общего назначения для питания вторичных цепей используются специальные трансформаторы. Например, для питания цепей управления на подстанциях применяются трансформаторы ТМ-2/10 мощностью 2 кВА, номинальным напряжением 6 или 10 кВ на высшей стороне и 230 В на низшей.

В качестве источников переменного оперативного тока и для питания переменным током выпрямительных блоков в системах выпрямленного оперативного тока используются также измерительные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН).

Ко вторичной обмотке ТТ может быть подключено последовательно несколько приборов и реле.

Погрешность ТТ и значение их вторичной нагрузки тесно связаны между собой. С увеличением нагрузки погрешность ТТ возрастает, поэтому вторичная нагрузка для ТТ не должна превышать допустимую, при которой обеспечивается соответствующий класс точности.

Особенность работы ТТ, питающих цепи оперативного тока через выпрямительные устройства, заключается в том, что их нагрузка в этом режиме значительно больше, чем при питании только цепей защиты и измерения. Поэтому сердечники ТТ работают в режиме насыщения, что ухудшает тепловой режим работы.

Проверка погрешности ТТ при нелинейной нагрузке выполняется, как и при линейной, по кривым предельной кратности вторичного тока. Отличие заключается в том, что кривая зависимости вторичного тока от нагрузки должна лежать ниже кривой допустимой кратности (1) во всем диапазоне изменения тока от нуля до расчетной кратности (рис. 2).

Читайте также:  Вольтметр постоянного тока 200в

Кривые допустимой погрешности ТТ при нелинейной нагрузке

Рис. 2. Кривые допустимой погрешности ТТ при нелинейной нагрузке: 1 – кривая предельной кратности, 2, 3 — характеристики нелинейной нагрузки, К1, К2 — кратности насыщения трансформаторов тока

Кривые, представленные на этом рисунке, показывают, что нагрузка, соответствующая кривой 2, при кратности К2 превышает допустимую, а соответствующая кривой 3 не вызывает увеличения погрешности ТТ сверх допустимых 10 %. Следовательно, данный ТТ может быть использован только для питания нагрузки, соответствующей характеристике 3.

В ряде случаев ТТ используют только в качестве источников оперативного тока, например, когда они питают токовые блоки БПТ. В этих случаях к точности ТТ не предъявляется высоких требований, в то же время отдаваемая трансформаторами мощность должна быть достаточной для работы вторичных устройств, питающихся выпрямленным током. Зависимость отдаваемой мощности ТТ от первичного тока представлена на рис. 3.

Вторичные цепи ТН должны выполняться так, чтобы потери напряжения до панелей защит, автоматики и измерительных приборов находились в пределах от 1,5 до 3 %, а до расчетных счетчиков активной и реактивной энергии — не более 0,5 %. Так же как и в трансформаторах тока, класс точности ТН зависит от нагрузки вторичных цепей.

Зависимость мощности, отдаваемой ТТ, от первичного тока

Рис. 3. Зависимость мощности, отдаваемой ТТ, от первичного тока

На рис. 4 представлены зависимости, показывающие, какие нагрузки соответствуют тому или иному классу точности ТН.

Однако ТН могут работать и с большими нагрузками, чем приведенные, но в этом случае нагрузка должна быть ограничена таким образом, чтобы погрешность ТН не приводила к неправильной работе релейной защиты и автоматики. Обычно ТН, питающие только цепи релейной защиты и автоматики, работают в классе точности 3.

В качестве источников выпрямленного постоянного тока применяются различные полупроводниковые выпрямительные устройства и специальные блоки питания. Источники выпрямленного тока можно разделить на три основные группы:

источники, служащие для заряда и подзаряда аккумуляторных батарей,

источники оперативного тока, питающие цепи управления и сигнализации,

источники, предназначенные для питания электромагнитов включения масляных выключателей.

Зависимость класса точности ТН от нагрузки

Рис. 4. Зависимость класса точности ТН от нагрузки: 1 — НОМ-6, 2 — НОМ-10, НТМИ-6-66, НТМК-б-48, 3 — НТМИ-10-66,. НТМК-10, 4 — НОМ-35-66, 5 — НКФ-330, НКФ-400, НКФ-500, 6 — НКФ-110-57, НКФ-220-55, НКФ-110-48

К источникам выпрямленного тока следует также отнести предварительно заряженные конденсаторы, поскольку они заряжаются через выпрямители, питаемые от источников переменного тока.

Для заряда и подзаряда аккумуляторных батарей используют выпрямительные устройства: ВАЗП, РТАБ-4, ВАЗ, ВСС, ВСА, ВУ и др.

На рис. 5 приведена структурная схема регулятора РТАБ-4 , применяемого на подстанциях Мосэнерго и представляющего собой выпрямительное полупроводниковое подзарядное устройство, выходное напряжение которого автоматически поддерживается постоянным в соответствии с заданной уставкой.

Устройство предназначено для совместной работы с аккумуляторными батареями в режиме постоянного подзаряда. Регулятор РТАБ-4 покрывает нагрузку постоянного тока подстанции, а также естественный саморазряд, обеспечивая при этом стабилизацию заданных напряжений и тока.

Он состоит из двух регуляторов напряжения — основного и дополнительного, работающих независимо друг от друга и воздействующих на основные и дополнительные элементы батареи. Регулирование выходного напряжения в каждом из регуляторов осуществляется своей схемой управления (измерительный блок ИБ и блок управления БУ), воздействующей на выпрямитель силовой цепи.

Структурная схема регулятора РТАБ-4

Рис. 5. Структурная схема регулятора РТАБ-4: РНДЭ — регулятор напряжения дополнительных элементов, ОРН — основной регулятор напряжения, ПТ — промежуточный трансформатор, УВ — управляемый выпрямитель, БУ1, БУ2 — блоки управления, ИБ1, ИБ2 — измерительные блоки, УВМ — управляемый выпрямительный мост, БОТР — блок ограничения тока регулятора, БКН — блок контроля напряжения, ОЭБ — основные элементы батареи, ДЭБ — дополнительные элементы батареи, Rд – сопротивление нагрузки дополнительных элементов, Ш — шунт

Уровень напряжения на шинах постоянного тока контролируется специальным блоком БКН, который выдает сигнал при снижении или повышении напряжения на 10 % от заданной уставки. Основной регулятор снабжен блоком ограничения выходного тока БОТР для защиты от перегрузок при повреждении в цепях постоянного тока и работе на разряженную батарею.

Регулятор РТАБ-4 работает с естественным воздушным охлаждением при —5—+30 °С, напряжение питания — трехфазный переменный ток 220 или 380 В, номинальное выпрямленное напряжение на выходе регулятора 220 В, номинальный ток выхода —50 А, диапазон уставок ограничения тока выхода 40—80 А, точность регулирования ±2 %.

Регулятор напряжения дополнительных элементов выпускают в двух вариантах: на 20—40 и 40—80 В. Его максимальный выходной ток в нормальном режиме составляет 1—3 А. Сопротивление Rд используют в качестве балластной нагрузки для разряда дополнительных элементов во избежание сульфатации.

Для питания оперативных цепей служат токовые блоки (БПТ) и блоки напряжения (БПН) .

Блоки БПТ (рис. 6) состоят из промежуточного насыщающегося трансформатора ПНТ, выпрямительного моста В, а также вспомогательных элементов: дросселя Др и конденсатора С, включенных в схему для стабилизации выходного напряжения.

Принципиальная схема блоков питания БПТ-1002 и БПН-1002

Рис. 6. Принципиальная схема блоков питания БПТ-1002 и БПН-1002

Блоки БПН состоят из промежуточного трансформатора ПТ, выпрямительного моста В, выпрямителя СВ и некоторых других элементов.

Блок питания БПН-1002

Рис. 7. Блок питания БПН-1002

Блоки БПТ получают питание от ТТ, а БПН — от ТН или трансформаторов с. н. Блоки БПТ и БПН или несколько блоков БПТ и БПН работают обычно на общие шины выпрямленного напряжения. Характерное отличие блоков БПТ и БПН состоит в том, что блоки БПН обеспечивают питанием оперативные цепи в нормальных условиях работы, когда на подстанции заведомо имеется напряжение, а блоки БПТ — в режимах КЗ, когда блоки БПН не могут обеспечить питание вторичных устройств из-за большого снижения напряжения в первичных цепях.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на нее в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не нашли, то что искали? Используйте форму поиска по сайту

Источник

Система питания ЭПС переменного тока

date image2015-04-30
views image2558

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

На тяговой подстанции переменное напряжение понижается до 27,5 кВ. На выходе одна фаза соединяется с рельсами, а две другие фазы с участками контактной сети противоположных направлений. Контактная сеть, в которую подается напряжение от разных фаз тяговой подстанции разделена нейтральной вставкой (анкерный участок контактной сети в котором нет напряжения). Нейтральная вставка не допускает короткого замыкания между фазами при переходе поднятого токоприемника. Таким образом, между контактным проводом и рельсами действует номинальное переменное напряжение 25 кВ с частотой 50 Гц.

Преимущества:

Так как напряжение переменного тока в 9 раз больше, чем в системе постоянного тока, то при одной и той же мощности с ЭПС постоянного тока потребляемый ток из контактной сети в 9 раз меньше, что приводит к следующему:

  1. Уменьшенное сечение контактного провода, значит легче сама контактная подвеска и уменьшился расход цветных металлов.
  2. Тяговые подстанции расположены на более дальнем расстоянии друг от друга (50-100км), кроме того они проще по конструкции, так как не имеют выпрямительных установок.
  3. Так как переменный ток трансформируется, то от контактной сети возможно энергоснабжение нетяговых потребителей (станций, деревень и т.д.).

Недостатки:

  1. Более сложный и дорогой подвижной состав.
  2. Усилена изоляция контактной сети и крышевого оборудования подвижного состава
  3. Повышенное воздействие (помехи) в линиях связи.

Источник