Ограничители токов КЗ

Значение токов КЗ в электрических сетях является одним из определя­ющих параметров при выборе оборудования подстанций и линий электро­передачи. Чем больше это значение, тем большую отключающую способ­ность должны иметь выключатели, тяжелее конструкции ошиновки и опорных изоляторов, разъединителей и т.д., жестче требования по терми­ческой устойчивости кабельных линий и др. Поэтому по мере развития энергосистем большое внимание уделялось и уделяется ограничению токов КЗ. Одним из путей их ограничения является установка в контуре тока токоограничивающих бетонных реакторов. Однако при их использо­вании невозможно удовлетворить двум основополагающим требованиям: минимизации падения напряжения на этих реакторах в нормальных режи­мах и максимально возможному ограничению значения тока при КЗ, осо­бенно ударного тока.

ВТСП-ограничители токов КЗ использует уникальное свойство сверх­проводника — мгновенно изменять свое состояние из сверхпроводнико­вого в нормальное при определенном значении тока.

Различают следующие ВТСП-ограничители токов КЗ: резистивные; с ВТСП-экраноми и с насыщенным магнитопроводом. Имеется еще один тип

а) б)

Рис. 16.4. Схемы включения резистивного ВТСП-ограничителн токов КЗ

токоограничелей -— выпрямительный, который из-за своей высокой стои­мости не нашел пока применения и здесь не описывается.

В токоограничителе резистивного типа ограничение тока КЗ достига­ется за счет возрастания активного сопротивления при переходе в нор­мальное состояние ВТСП-элемента токоограничителя.

Токоограничитель подобного рода должен переходить в нормальное состояние за время 5—5 мс, выдерживать сильное тепловыделение, обла­дать малыми потерями в номинальном режиме. На рис. 16.4, а показана схема включения в контур резистивного ограничителя ОТ токг.. Ограничи­тель может быть так же включен последовательно в цепь через трансфор­матор тока 7Т(рис. 16.4, б). В этом случае параметры ограничителя тока могут быть оптимизированы.

В настоящее время прогресс в области создания материалов ВТСП вто­рого поколения позволяет рассчитывать на создание ограничителей тока, рассчитанных на номинальные токи в сотни ампер.

Ограничитель токов КЗ со сверхпроводящим экраном состоит из мед­ной или алюминиевой обмотки, через которую протекает ток, криостата с жидким азотом, кольцевого ВТСП-экрана и стального магнитопровода. При работе в нормальном режиме экран, находящийся в сверхпроводя­щем состоянии, экранирует обмотку с ограничиваемым током. Во время КЗ происходит переход ВТСП-экрана в нормальное состояние, экраниро­вание прекращается, из-за чего резко возрастает его индуктивность и общее сопротивление устройства.

Схема токоограничителя с насыщенным магнитопроводом состоит из ВТСП-катушки подмагничивания, сетевых обмоток и магнитопровода (рис. 16.5). Катушка подмагничивания насыщает магнитопровод в нор­мальном режиме, при этом сопротивление всего устройства достаточно мало. При КЗ ВТСП-обмотки переходят в нормальное состояние, что спо­собствует резкому увеличению сопротивления устройства.

Из всех типов устройств на практике нашли наибольшее применение резистивные токоограничители. В Японии и Южной Корее созданы токо-ограничители напряжением 6,6 кВ мощностью 2,2 MB • А, в Германии — на напряжение 15,75 кВ и мощностью 10 MB * А, создаются так же огра­ничители токов КЗ напряжением 138 кВ.

Рис. 16.5. Схема ограничителя токов КЗ с ВТСП-катушкой

Рис. 16.6. Осциллограмма работы резис-тивного ВТСП-ограничителя токов КЗ

В других странах также реализованы проекты ограничителей токов КЗ на мощности 10 MB • А.

На рис. 16.6 даны осциллограммы работы одного из реально использу­емых на практике токоограничителя. Пунктиром показано значение тока КЗ при отсутствии ограничителя, сплошной линией —- при его наличии.

Основные требования, предъявляемые к ограничителям токов КЗ:

ограничение ударных токов КЗ в течение первого полупериода;

ограничение установившихся токов КЗ;

низкий уровень потерь и падения напряжения в ограничителе в нор­мальном режиме (ниже, чем в трансформаторе);

быстрый возврат к исходному режиму после ограничения аварийных токов (<1 с);

работа ограничителя тока не должна приводить к появлению опасных перенапряжений, возникающих при ограничениях ударных токов КЗ. Рас­четы и эксперименты, проведенные на опытных образцах токоограничи-телей, показали, что время срабатывания, соответствующее 2—4 мс, достаточно как для ограничения ударных токов КЗ, так и не вызывает опасных перенапряжений.

Основной задачей, которую удается решить при установке токоограни-чителей, является координация значения токов КЗ и параметров электро­оборудования подстанций. Применение токоограничений позволяет сни­зить требования к коммутационной аппаратуре. Это означает, что упрощается и становится более надежной их работа.

В заключение следует отметить, что ВТСП-ограничители токов КЗ являются практически безальтернативными устройствами, позволяю­щими решить проблему координации уровней токов КЗ с функционирова­нием коммутационной аппаратуры в электроэнергетических системах.