Розділ 6
ДЖЕРЕЛА ОПЕРАТИВНОГО СТРУМУ
Для роботи пристроїв автоматики, управління, сигналізації, релейного захисту необхідне живлення від зовнішніх джерел електричної енергії. Ці джерела називають джерелами оперативного струму. На практиці застосовують джерела змінного та постійного оперативного струму.
Оскільки джерела оперативного струму визначають працездатність пристроїв автоматики, управління, релейного захисту, до них пред‘являють підвищені вимоги щодо надійності функціонування.
Найбільш надійними джерелами оперативного струму є джерела постійного оперативного струму. Як правило, джерелами постійного оперативного струму є акумуляторні батареї.
Основною перевагою цього оперативного струму є незалежність їх від режиму роботи силового обладнання електричних станцій та підстанцій, тобто навіть у випадку повного зникнення змінної напруги на електричній станції чи підстанції, пристрої автоматики, управління, сигналізації, а також релейного захисту продовжуватимуть функціонувати. Крім цього, акумуляторні батареї можуть витримувати значні короткочасні перевантаження, що особливо важливо під час виникнення аварійних ситуацій, коли одночасно працює декілька пристроїв захисту, автоматики та систем управління, які сумарно споживають значну кількість електроенергії.
Принципова схема організації постійного оперативного струму наведена на рис. 6.1.
Рис. 6.1. Принципова схема постійного оперативного струму
Джерелом оперативного струму є акумуляторні батареї Б1 та Б2. Для підзарядки акумуляторних батарей призначені спеціальні зарядні пристрої ЗП1 та ЗП2, які живляться від джерел змінного струму. На схемі (рис. 6.1) зображене джерело постійного оперативного струму з двома акумуляторними батареями, які підвищують надійність функціонування джерела в цілому. За допомогою перемикача SA здійснюється перемикання на живлення від батареї Б1 чи Б2. Від шинок оперативного струму (+) та (–) здійснюється живлення пристроїв автоматики, управління, релейного захисту (на схемі А1 – AN).
Поряд з очевидними перевагами джерела постійного оперативного струму мають ряд недоліків, основними з яких є:
висока вартість акумуляторних батарей;
потреба в спеціальному приміщенні для розміщення акумуляторних батарей;
складність організації мережі постійного струму на значній території електричної станції чи підстанції;
необхідність в висококваліфікованому обслуговуючому персоналі.
Тому
схеми постійного оперативного струму
застосовують на об‘єктах з постійно
присутнім оперативним персоналом – на
електричних станціях та потужних
підстанціях. Як правило, застосовують
схеми постійного струму на напруги
,
,
зрідка
або
.
На потужних електростанціях та підстанціях
застосовують дві однакові акумуляторні
батареї, а на підстанціях меншої
потужності встановлюється одна батарея.
Цей вид оперативного струму недоцільно застосовувати на підстанціях напругою 110 кВ та нижче, де, як правило, відсутній оперативний персонал. На цих підстанціях у більшості випадків застосовують джерела змінного або випростованого оперативного струму.
Для отримання випростуваного оперативного струму застосовують спеціальні випростувальні пристрої, які можуть живитись від вторинних кіл трансформаторів струму, вторинних кіл трансформаторів напруги або від мережі власних потреб підстанції.
Принципова схема організації випростуваного оперативного струму наведена на рис. 6.2. Випростуваний оперативний струм отримується від випрстувальних блоків UGA, UGV, які випростують змінний струм, отриманий відповідно від вторинних кіл трансформаторів струму TA1, TA2 та від вторинних кіл трансформаторів напруги або власних потреб підстанції.
Рис. 6.2. Принципова схема організації випростуваного оперативного струму
Блоки живлення UGA, які приєднуються до вторинних кіл трансформаторів струму, складаються з проміжного швидконасичувального трансформатора TLA (рис. 6.3а), двохпівперіодного випростувача VD. Для забезпечення ферорезонансної стабілізації послідовно до вторинної обмотки проміжного трансформатора приєднаний дросель L та ємність С. Ферорезонанс виникає в контурі: вітка намагнічення проміжного трансформатора TLA – дросель L – ємність С. Вхідна характеристика блоку UGA з врахуванням ефекту ферорезонансу наведена на рис. 6.3б. Як видно з рис. 6.3б за рахунок ферорезонансу напруга блоку змінюється незначно у випадку зміни струму (крива 1). Якщо б в схемі не використовувався ефект ферорезонансу, то залежність напруги від струму мала б вигляд 2, тобто в залежності від навантаження напруга б змінювалась в значному діапазоні.
Рис. 6.3. Принципова схема а) та вхідна характеристика
струмового випростуваного блоку UGA
Напруговий блок живлення UGV (рис. 6.2) під‘єднується до вторинних кіл трансформатора напруги TV або до мережі власних потреб підстанції. Принципова схема напругового випростуваного блоку наведена на рис. 6.4.
Рис. 6.4. Принципова схема напругового випростуваного блоку UGA
Цей пристрій складається з проміжного трансформатора TLV, селенового трифазного випростувального моста VS, з якого знімається випростувальна напруга.
Для підвищення надійності на підстанціях застосовують комбіновані схеми отримання випростувального струму – одночасно використовують як струмові UGA, так і на пругові UGV випростувальні блоки. На стороні випростуваного струму ці блоки вмикаються паралельно (рис. 6.2).
В залежності від потужності промисловістю виготовляються та знаходяться в експлуатації різні типи випростувальних блоків. Наприклад, БПТ-11 – випростувальний блок, який призначений для приєднання до вторинних кіл трансформаторів струму, навантаження, яке можна приєднувати на стороні випростуваного струму складає 20 – 25 Вт; БПН-11 випростуваний блок, який живиться від кіл напруги, потужністю 20 – 25 Вт. Аналогічні блоки БПТ-1001, БПН-1001 можуть живити навантаження потужністю 500 – 1200 Вт.
На практиці досить часто застосовують разом з джерелами випростуваного оперативного струму конденсатори (рис. 6.5).
Рис. 6.5. Принципова схема з використанням енергії конденсатора
В такій схемі в доаварійному режимі конденсатори С1 та С2 попередньо заряджаються від випростувального блоку UGV. Після виникнення пошкодження і спрацюванні пристроїв релейного захисту (наприклад, спрацювали вихідні реле захистів KL1 або KL2 (на схемі обмотки цих реле не показані), замикаються контакти вихідних реле захистів KL1 або KL2. Після цього конденсатори С1 або С2 розряджаються на електромагніти вимкнення вимикачів YAT1 або YAT2 – вимикач пошкодженого приєднання вимкнеться. Конденсатори підбираються таким чином, що їхньої енергії достатньо для спрацювання електромагнітів вимкнення YAT1, YAT2. Діоди VD1 та VD2 призначені для того, щоб конденсатори С1 та С2 розряджались тільки на свої елементи і не розряджались на суміжні. Суттєвою перевагою такої схеми є те, що навіть у випаку повної втрати живлення на підстанції, управління обладнанням підстанції буде здійснюватись за рахунок енергії попередньо заряджених конденсаторів.
Найбільш простими та дешевими джерелами оперативного струму є безпосередньо трансформатори струму, які встановлені на підстанції.
На практиці знайшли застосування дві схеми отримання змінного оперативного струму:
схема безпосереднього живлення змінним струмом оперативних кіл від основних трансформаторів струму підстанції (рис. 6.6);
схема живлення змінним струмом оперативних кіл від проміжних трансформаторів струму TLА (рис. 6.7).
Рис. 6.6. Схема безпосереднього живлення змінним оперативним струмом
Схема, наведена на рис. 6.6 працює наступним чином. В нормальному режимі електромагніт вимкнення вимикача YAT зашунтований нормально замкненими контактами реле KA – через нього струм практично не протікає. Після виникнення к.з на лінії струм в лінії різко зросте, зросте він і у вторинній обмотці трансформатора струму TA і, коли він зросте до величини, достатньої для спрацювання реле KA, останнє спрацює і розімкне свій контакт. Після цього вторинний струм від трансформатора струму буде протікати в колі послідовно з‘єднаних обмоток реле KA та електромагніту вимкнення YAT. Електромагніт спрацює – вимикач пошкодженої лінії Q вимкнеться.
Рис. 6.7. Схема змінного оперативного струму з застосуванням
проміжного трансформатора струму TLА
Схема, наведена на рис. 6.7, працює наступним чином. Під час к.з. зростає струм в лінії і відповідно у вторинній обмотці трансформатора струму ТА. Коли він досягне значення, достатнього для спрацювання реле КА, реле спрацює і замкне коло живлення електромагніта вимкнення YAT від проміжного трансформатора струму TLА. Первинна обмотка проміжного трансформатора струму TLА обтікається тим самим струмом, що і обмотка реле КА – вторинним струмом трансформатора струму ТА. Електромагніт YAT спрацює і вимикач Q вимкнеться.
Хоча схема, наведена на рис. 6.6 є більш простою у порівнянні з схемою, наведеною на рис. 6.7, вона має суттєвий недолік – потребує струмового реле КА з потужними контактами, здатними комутувати коло з значними струмами.
Питання для самоперевірки
Призначення джерел оперативного струму.
Які є джерела оперативного струму?
Порівняльна характеристика джерел оперативного струму.
З якою метою застосовується ферорезонансна стабілізація у струмовому блоці живлення?