Новости Электротехники 3(117) 2019





<  Предыдущая  ]  [  Следующая  >
Журнал №4(28) 2004
В схемах электроснабжения западных предприятий применяются устройства, которые в России пока практически неизвестны. Один из примеров – так называемые коммутационные ограничители тока (Commutating Current Limiter). Наш автор рассказывает, для чего устанавливаются эти устройства и есть ли экономическая и техническая выгода от их применения. Так как наиболее широко на крупных заводах Америки применяются коммутационные ограничители тока до 5000 А (CLiP), речь пойдет именно о них.

Коммутационные ограничители тока

Новые устройства для защиты электрооборудования



Павел Елагин, инженер ООО «Росполь-Электро»,
Санкт-Петербург

Рис.1. CLiP наружной установки


Коммутационные ограничители тока – это токоограничивающие устройства для систем с номинальным напряжением от 2,8 кВ до 38 кВ и номинальными токами до 5000 А.
Обычно в системах электроснабжения с такими токами для ограничения токов короткого замыкания (КЗ) применяются токоограничивающие реакторы. Однако бывают случаи, когда уровень токов КЗ увеличивается, вследствие чего предприятию, чтобы удовлетворить новым условиям работы, приходится менять оборудование распределительного устройства (РУ). При этом налицо огромные минусы: если модернизация РУ приводит к большим капиталовложениям, то применение реакторов ведет к потерям напряжения и всем вытекающим отсюда негативным последствиям.
Также на напряжение 3–35 кВ и номинальные токи до 315 А широко применяются плавкие предохранители. Но и они имеют ряд серьезных недостатков. Как известно, плавкая вставка определяет надежность и селективность предохранителя. При этом несовершенство конструкции вставки приводит к изменению времятоковых характеристик предохранителя и, как следствие, создает возможность повреждения вставки различными токами перегрузки. Кроме того, отключение цепи плавкими предохранителями обычно связано с перенапряжением, иногда возможно однофазное отключение.
Главные принципы устройства и применения коммутационных ограничителей тока – это, с одной стороны, использование преимуществ плавких предохранителей, а с другой – устранение негативных последствий применения реакторов и экономия вследствие отказа от модернизации РУ.
Коммутационные ограничители тока могут устанавливаться параллельно токоограничивающим реакторам, последовательно с выключателями или отдельно.
В современной западной промышленности коммутационные ограничители тока используются в схемах питания заводов самых различных отраслей промышленности: черной и цветной металлургии, нефтехимии и даже на АЭС. Эти электротехнические устройства давно хорошо зарекомендовали себя на предприятиях таких промышленных гигантов, как SHELL, Ford Motor Company, IBM и многие другие. В качестве широко используемых за рубежом образцов коммутационных ограничителей тока можно назвать CLiP (на токи до 5000 А) и PAF (на токи до 600 А).

Устройство и принцип работы
CLiP (рис. 1) рассчитан на токи до 5000 А и на американском континенте широко применяется для защиты силовых трансформаторов, электродвигателей, отходящих фидеров и другого оборудования. Кроме того, он используется для устранения потерь напряжения при применении совместно с реактором.
Рассмотрим принцип работы устройства (рис. 2). В нормальном режиме ток течет по медной шине (причем, к примеру, сопротивление шин при токе 3000 А составляет примерно 16 мкОм). При возникновении КЗ срабатывают электронные логические схемы, которые включают разъединительное устройство, рвущее шину на несколько участков.
Таким образом, возникают многократные промежутки, и ток перебрасывается на параллельно подключенный предохранительный элемент. Предохранитель начинает плавиться, обеспечивая ограничение по току в пределах первого полупериода тока КЗ и до первого пика.


Рис. 2. Устройство CLiP.



Более подробная информация о принципе работы приведена в [1], [4], [6], [7]. Производители CLiP гарантируют, что защитное устройство не будет мешать другим защитным аппаратам отключать КЗ. Логические схемы задействуют CLiP только в тех случаях, когда аппараты по своим характеристикам не могут отключить КЗ.
Здесь следует особо отметить, что селективность отключения CLiP достигается именно благодаря логике. При этом срабатывание не зависит ни от времятоковой характеристики, ни от температуры, ни от других условий. Кроме того, на CLiP не влияет скорость нарастания тока КЗ. Наоборот, приоритет отдается величине тока КЗ, его значению.
В целом вся специфика считывания тока КЗ логическими схемами в CLiP – достаточно обширная тема, и в рамках этой статьи мы не можем рассмотреть ее достаточно полно.
Еще одно важное преимущество CLiP – это уменьшение повреждений РУ, вызванных КЗ, по сравнению с выключателями мощности. Основной мерой оценки таких повреждений, как известно, является I2 t. Отключение (в 5 циклов) однофазного КЗ 40 кА силовым выключателем приведет к значению примерно 133х106 А2сек. CLiP же максимально даст 600х103 А2сек (0,25–0,5 цикла), что составляет 4,5% от I2 t выключателя.
Рассмотрим применение CLiP на конкретных примерах.

Соединение, параллельное с реактором
Первый пример (рис. 3) взят из схемы электроснабжения одного из заводов в США. В системе применяются выключатели мощности с отключением тока КЗ до 20 кА. Установленный реактор ограничивает ток КЗ с 30 кА до 16 кА. Пиковое значение мгновенного тока, который выключатель способен выключить, будет примерно в 2,7 раза больше действующего значения.
В нормальном режиме работы ток течет по шинам CLiP, установленного в параллель с реактором, что как бы отключает реактор от цепи. Но, в случае возникновения КЗ, CLiP срабатывает и коммутирует в схему реактор, который ограничивает ток до 16 кА. После устранения КЗ реактор остается подключенным к системе, а в CLiP заменяют предохранитель.
При возникновении однофазных или двухфазных замыканий реле автоматически отключает выключатель В1.

Рис. 3. ПРИМЕР 1.


Схема использования CLiP параллельно токоограничивающему реактору.

Ввод реактора при несимметричном КЗ.


Применение в «канадской» схеме
Второй пример (рис. 4) иллюстрирует схему электроснабжения одного из канадских заводов (назовем ее «канадской» схемой), в которой использованы два трансформатора, работающие в параллель, и генератор [4]. Конечно же, в России достаточно редко применяют такую схему электроснабжения, но для демонстрации работы CLiP этот вариант вполне приемлем.
Полный ток КЗ равен 25 кА. Оборудование рассчитано на 20 кА, а установленный CLiP настроен на срабатывание при 16 кА (действующее значение). При КЗ CLiP разделяет системы шин. После этого КЗ может быть отключено выключателем. В случае, если возникнет однофазное КЗ, CLiP для предотвращения дисбаланса отключит секционный выключатель. Кстати, в данном примере установка CLiP помогла канадскому заводу отказаться от замены РУ.

Рис. 4. ПРИМЕР 2.


Использование CLiP в «канадской» схеме.

Отключение несимметричного КЗ.


Два объекта – два CliP
В качестве третьего примера рассмотрим схему электропитания двух объектов от одного трансформатора (рис. 5).
КЗ при возникновении будет влиять не только на объект А, но и на объект Б. Время отключения КЗ выключателями мощности обычно колеблется в интервале от 3 до 5 циклов, что бывает недопустимо для систем освещения, компьютеров (при условии отсутствия источников бесперебойного питания), двигателей. Графики, выведенные с реальных осциллограмм, иллюстрируют напряжение сети при возникновении КЗ в случаях, когда были использованы CLiP, а также без них.
На верхнем графике зафиксирован провал напряжения в период КЗ до отключения. На нижнем же отчетливо видно, что CLiP способен отключить КЗ в пределах 1/2 цикла.

Рис. 5. ПРИМЕР 3.


Схема использования CLiP при питании двух объектов от одного трансформатора.

Напряжение сети.


На примере CLiP мы рассмотрели конструкцию и принцип работы коммутационного ограничителя тока, а также несколько примеров его практического использования. В будущем мы попытаемся подробнее остановиться на отдельных нюансах их применения. Хочется надеяться, что данные устройства будут использоваться не только в странах Европы и Америки, но и в России, где займут достойное место в одном ряду с уже применяющимися токоограничивающими аппаратами.

Литература
1. G&W Publication, «Guide to the methodology of trigger level section for the G&W CLiP®», November 14, 1994.
2. G&W Publication, «Calculating reactor losses», GW5-CLiP-14, December 1988.
3. J. Schaffer «Commutating Current-Limiters – an effective alternative for high current protection», NETA World, vol. 18, no. 4, pp. 7-18, Winter 1996-97.
4. H. M. Pflanz, et al, «The development of the Current Limiting Protector», IEEE, T-PAS, pp. 3609-3619, July 1981
5. B. E. Wharton, «Application of Triggered Fault Current Limiters in the pulp and paper industry», TAPPI Journal, vol. 75, no. 5, pp. 93-100, May 1992
6. P. Fransen, «Case history: electronically controlled fault current limiters», IEEE-IAS Transactions, vol. 33, no. 2, pp. 319-332, March/April 1997
7. R. J. Lawrie, «High capacity cable bus updates plant's primary power, EC&M, vol. 93, no. 13, pp. 24-28, December 1994.

Для уточнения некоторых вопросов, возникших после прочтения материала, редакция обратилась к автору статьи Павлу Елагину.

– Вы упоминаете о недостатках предохранителей, связанных с возникновением перенапряжений при отключении ими цепи. Но разве эта проблема не решена за счет применения плавких вставок переменного сечения?
– Такой способ существует, но он не снимает проблемы. Действительно, провод плавкой вставки может иметь несколько ступеней различного сечения. Но это, я подчеркиваю, не исключает перенапряжения при отключении, а всего лишь снижает уровень этого перенапряжения.

– CLiP срабатывает гораздо быстрее любого силового выключателя. Как это согласуется с утверждением, что устройство «не будет мешать другим защитным аппаратам отключать КЗ»?
– Устройство срабатывает только при определенном значении тока КЗ, а при меньшем значении тока короткое замыкание будет отключаться выключателем. То есть CLiP начинает действовать только тогда, когда выключатель по своим характеристикам не может отключить КЗ.

– Как срабатывают логические схемы при возникновении КЗ и каким образом шина делится на несколько участков?
– Основное назначение логических схем – определить появление тока КЗ, его величину и, при необходимости, включить разъединительное устройство, рвущее шину «мини-взрывами» в нескольких местах. Однако, как я уже говорил в статье, сама специфика считывания тока КЗ логическими схемами – это очень обширная тема для обсуждения, и поэтому, если возникнет интерес к CLiP, то я остановлюсь на этом подробнее в следующей статье.

– Основная шина и электронная схема используются многократно?
– Логические схемы, естественно, являются многоразовыми. Что касается разъединительного устройства, то оно одноразового действия (для каждой фазы) и поставляется одновременно с предохранителем.

– Вам не кажется, что третий пример не совсем удачен? В нем имеет место неселективное отключение сразу трех присоединений объекта А. Если бы CLiP использовался не на вводе секции, а на каждом отходящем присоединении, то тогда рассмотренный случай мог бы быть показательным с точки зрения снижения длительности КЗ и посадки напряжения.
– Во всех примерах использованы реальные объекты, и, по-моему, описанные в них схемы электроснабжения вполне возможны.
А применять CLiP в каждой отходящей линии, мне кажется, нецелесообразно из-за довольно высокой цены устройства. В этом случае дешевле поменять все КРУ.

– Где наиболее выгодно применять CLiP?
– Мне кажется, что это устройство целесообразно применять в больших КРУ, стоимость которых достаточно высока для полной замены или модернизации.

– На какие максимальные значения токов КЗ рассчитан CLiP?
- Стандартно от 40 кА до 120 кА, хотя некоторые производители предлагают CLiP, рассчитанный на работу при токах КЗ до 311 кА.

– Каков срок службы данного оборудования?
- В принципе, срок службы CLiP зависит от разъединительного устройства. Производители устройства (при безаварийной работе) рекомендуют замену разъединителей через 20 лет.
Многие вопросы относительно CLiP не нашли отражения в материале. Поэтому редакции журнала и автору статьи важно знать, насколько интересно данное оборудование российским специалистам, возможно ли его применение в схемах электроснабжения отечественных предприятий. Приглашаем к обсуждению темы и ждем ваших вопросов и соображений по адресу: 193174, г. Санкт-Петербург, пр. Обуховской Обороны, 199, «Новости ЭлектроТехники», тел./факс: (812) 325-48-30, e-mail: info@news.elteh.ru




Очередной номер | Архив | Вопрос-Ответ | Гостевая книга
Подписка | О журнале | Нормы. Стандарты | Проекты. Методики | Форум | Выставки
Тендеры | Книги, CD, сайты | Исследования рынка | Приложение Вопрос-Ответ | Карта сайта




Rambler's Top100 Rambler's Top100

© ЗАО "Новости Электротехники"
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

Segmenta Media создание и поддержка сайта 2001-2019