ПРИМЕНЕНИЕ РЕКЛОУЗЕРОВ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО СЕКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

APPLICATION OF RECLOSERS FOR AUTOMATIC SECTIONALIZING OF ELECTRIC GRIDS

Vladislav Velichko

Master, Department of Electric and Thermal Power Engineering, Orenburg state University,

Russia, Orenburg

Tatiana Sokolova

Scientific supervisor, Ph.D. econ. Sciences, Assoc., Department of Electric and Thermal Power Engineering Orenburg State University,

Russia, Orenburg

АННОТАЦИЯ

В статье представлена информация о принципе действия, исполнениях, а также назначении реклоузеров в электрических сетях переменного тока. Подробно рассмотрен вопрос о циклах автоматического повторного включения при работе реклоузера.

ABSTRACT

The article provides information on the principle of operation, designs, as well as the purpose of reclosers in AC electrical networks. The issue of automatic reclosing cycles during the operation of the recloser is considered in detail.

Ключевые слова: реклоузер; электрические сети; автоматическое повторное включение; бестоковая пауза.

Keywords: recloser; electrical grids; automatic reclosure; reclosing dead time.

Реклоузер представляет собой автоматический высоковольтный электрический выключатель. Также как и автоматический воздушный выключатель в низковольтной сети здания, реклоузер отключает электроэнергию, когда на линии электропередачи возникает неисправность, например, короткое замыкание. В то время как автоматический воздушный выключатель в бытовой сети остается отключенным до тех пор, пока не будет включен вручную, реклоузер автоматически проверяет состояние линии для определения устранения или неустранения возникшего повреждения. В том случае, если повреждение самоустранилось, реклоузер автоматически перезагружается и восстанавливает подачу электроэнергии.

Помимо коммутационного аппарата, реклоузер включает в себя комплекс элементов управления, необходимых для обнаружения токов короткого замыкания и функционирования систем реклоузера в целом.

Рассмотрим масляный реклоузер, в состав которого входит масляный выключатель, предназначенный для автоматического отключения и повторного включения цепи переменного тока (рисунок 1). Реклоузер способен выполнить цикл автоматического повторного включения (АПВ) несколько раз. В настоящий момент налажен выпуск реклоузеров в однофазном (рисунок 2) и в трехфазном исполнении (рисунок 3). В качестве дугогасящей среды в реклоузерах обычно используется масло, вакуум или элегаз.

Рисунок 1. Три однофазных масляных реклоузера установлены на трехфазной линии 13200Y/7620 В. Реклоузеры имеют номинальный ток 560 А и номинальный ток отключения 8000 А. Показана характерная установка ограничителей перенапряжения (ОПН) [1]

Рисунок 2. Однофазный реклоузер, извлеченный из масляного бака. Показанный реклоузер имеет максимальное номинальное напряжение 14,4 кВ и номинальный ток отключения 1250 А [1]

Рисунок 3. Трехфазный реклоузер со снятым баком. Номинальное напряжение 15 кВ, номинальный ток 560 А и номинальный ток отключения 16 кА [1]

Реклоузер размыкает цепь в случае неисправности как предохранитель или автоматический выключатель. Тем не менее реклоузер повторно замыкает цепь через заданное время (для реклоузеров с гидравлическим управлением около 2 секунд). Если неисправность сохраняется, реклоузер срабатывает заданное количество раз (от 1 до 4) и «блокируется», после чего его необходимо сбросить вручную, прежде чем его можно будет снова включить и ввести линию в работу. Однако, если неисправность носит временный характер и устранена до блокировки, реклоузер перезапустится и будет готов к следующей полной последовательности циклов операций.

Временные неисправности возникают из-за раскачивания проводов при неправильном провисании, из-за падения ветвей деревьев на линию, из-за грозовых перенапряжений, вызывающих временное перекрытие изоляции линии, а также из-за того, что животные на проводниках становятся причиной перекрытий изоляции.

Реклоузер отличается от плавкой вставки тем, что он отличает временную неисправность от постоянной. Плавкая вставка отключает как временные, так и постоянные неисправности. Реклоузеры дают временным неисправностям возможность исчезнуть в течении нескольких циклов АПВ, обычно четырех. Самоустранение или устранение замыканий с помощью нижестоящего устройства, такого как предохранитель или секционный выключатель, позволяет реклоузеру завершить успешный цикл АПВ и ввести линию в работу. Если неисправность не устранена после четырех циклов АПВ, устройство повторного включения распознает ее как постоянную неисправность и срабатывает, выводя линию из работы.

Реклоузер может приводиться в действие магнитным полем с помощью соленоида, включенного последовательно в рассечку линии. Минимальный ток срабатывания обычно в два раза превышает номинальный ток нагрузки катушки реклоузера. Операции выполняются гидравлическим механизмом и системой механической связи [2].

Когда ток короткого замыкания в два раза превышает номинальный линейный ток, усиленное магнитное поле втягивает плунжер вниз в катушку. По мере того, как плунжер движется вниз, нижний конец размыкает контактный узел, размыкая контакты – цепь отключается. Как только контакты размыкаются, в катушке исчезает ток, удерживающий их в разомкнутом состоянии, поэтому пружина возвращает механизм в исходное положение и снова ставит линию под напряжение [3].

Эта и последующие операции изображены на осциллограмме (рисунок 4) по мере циклического перехода реклоузера к блокировке. Необходимо отметить, что линия остается отключенной примерно 60 циклов переменного тока между операциями. Эти промежутки времени позволяют нижестоящим секционным выключателям сработать в бестоковую паузу. Во время блокировки контакты остаются разомкнутыми до тех пор, пока реклоузер не будет сброшен вручную. Если временная неисправность устраняется до блокировки реклоузера, то все механические операции прекращаются, и реклоузер снова готов к повторяющимся циклам при возникновении следующей неисправности.

Рисунок 4. Осциллограмма работы однофазного реклоузера при отключении 1260 А на 14,4 кВ. Реклоузер настроен на два быстрых цикла АПВ (отключено-включено-отключено) с задержкой около 2 Гц и два цикла АПВ (отключено-включено-отключено) с задержкой около 6 Гц [1]

Рассмотрение осциллограммы (рисунок 4) позволяет прийти к выводу, что первые два включения реклоузера происходят на более короткий промежуток времени. Во время первых двух включений ток протекает через выключатель в течение примерно двух периодов переменного тока, тогда как во время последних двух – на время около 6 периодов переменного тока. Это сделано для того, чтобы в случае возникновения неисправности на отходящей линии или ответвлении, защищенном предохранителем, реклоузер попытался устранить неисправность до того, как плавкий предохранитель успеет расплавиться. Если реклоузер не устранит неисправность после двух циклов АПВ, это даст время предохранителю перегореть на более длинных циклах включения 6 Гц и отключить неисправную цепь. Тот факт, что неисправность не устранилась при первых двух циклах АПВ, свидетельствует о том, что она носила постоянный характер и могла быть устранена только путем отключения неисправного ответвления.

Целью координации значений уставок срабатывания реклоузеров и предохранителей является устранение отключений из-за временных неисправностей и, в случае постоянных неисправностей, ограничение отключений минимальным числом потребителей в кратчайшие сроки, то есть требованием селективности. Для обеспечения требований к релейной защите необходимо выполнять следующие мероприятия:

1) предохранители должны быть защищены устройством повторного включения для устранения кратковременных неисправностей без перегорания плавких вставок;

2) реклоузеры и/или предохранители, включенные последовательно, должны быть рассчитаны таким образом, чтобы устройство защиты вблизи источника питания срабатывало раньше устройства защиты вблизи нагрузки во всем диапазоне токов короткого замыкания;

3) номинальный ток плавких предохранителей должен быть достаточно большим (насколько позволяют токи короткого замыкания и защитные устройства на стороне источника) чтобы избежать перегорания предохранителей при перегрузке.

Таким образом, реклоузер – это автономное устройство, использующееся для автоматического отключения и повторного включения цепи переменного тока по предварительно заданной последовательности циклов отключения и повторного включения с последующим возвратом в исходное состояние, сохранением включённого положения или блокировкой в отключённом положении.

Список литературы:

1. The Lineman's and Cableman's Handbook, Thirteenth Edition (13th Edition) by Thomas M. Shoemaker, James E. Mack, McGraw-Hill Hardcover, 1184 Pages, Published 2017
2. Electric Power Substations Engineering (The Electrical Engineering Handbook), Third Edition by John D. McDonald, 536 Pages 271 B/W Illustrations, Published June 19, 2012 by CRC Press, ISBN 9781439856383
3. Коблова, Т. В. Достоинства и недостатки высоковольтных выключателей / Т. В. Коблова, А. Д. Чернова // Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии – 2017. – С. 68-73