14
Март
–
апрель
2017
www.tdworld.com, www.tdwr.ru
СЕТЕВЫЕ
соединения
О
дним
из
главных
вызовов
,
стоящим
перед
энер
-
гетической
отраслью
,
является
контроль
ве
-
личины
тока
,
возникающего
при
авариях
или
коротких
замыканиях
в
электрической
сети
.
Значение
этого
тока
имеет
большую
важность
.
Если
он
слишком
мал
,
то
не
представляется
возможным
обнару
-
жить
повреждение
и
,
следовательно
,
определить
его
ме
-
стонахождение
.
Если
значение
тока
,
напротив
,
слишком
велико
,
то
появляется
риск
повреждения
сетевого
обору
-
дования
,
перебоев
электроснабжения
и
возникновения
угрозы
безопасности
.
Ограничение токов
короткого замыкания
Британские энергетические компании кооперируются
в рамках разработки оборудования для повышения
эффективности борьбы с повышенными токами
короткого замыкания в электрической сети.
Иан Купер (Ian Cooper)
,
UK Power Networks
Данный
ограничитель
тока
короткого
замыкания
введен
в
эксплуатацию
более
трех
лет
назад
.
Ток
короткого
замыкания
протекает
в
электрической
сети
от
источника
(
генератора
)
к
месту
повреждения
,
при
этом
его
значение
ограничивается
сопротивлением
элементов
сети
.
Как
правило
,
высокий
уровень
токов
короткого
замыкания
наблюдается
в
местах
с
высоким
уровнем
потребления
и
мощной
электрической
сетью
,
например
,
в
крупных
городских
районах
,
располагаю
-
щихся
в
непосредственной
близости
к
электрическим
станциям
.
Распространение
распределенной
генерации
,
пре
-
следующее
одновременно
цели
экономического
ро
-
ста
и
перехода
к
низкоуглеродной
экономике
,
может
серьезно
повлиять
на
уровень
токов
короткого
замы
-
кания
в
сети
.
В
тех
местах
,
где
значение
этих
токов
регламентировано
,
устойчивое
развитие
распределен
-
ных
источников
энергии
может
быть
ограничено
или
задержано
.
Это
отлично
понимают
в
Великобритании
,
где
в
2010
году
Институт
энергетических
технологий
(Energy Technologies Institute — ETI)
инициировал
за
-
пуск
проекта
,
направленного
на
ускорение
разработ
-
ки
и
коммерциализации
надежных
решений
в
области
ограничения
токов
короткого
замыкания
.
Ограничитель
тока
короткого
замыкания
Проект
ETI
направлен
на
разработку
нового
технологи
-
ческого
решения
проблемы
высокого
уровня
токов
ко
-
роткого
замыкания
в
системе
и
демонстрацию
эффек
-
тивности
этого
решения
на
примере
распределительной
сети
.
Существует
несколько
технологий
,
которые
могут
предотвращать
разрушительное
воздействие
токов
короткого
замыкания
на
оборудование
,
однако
,
проект
направлен
на
развитие
только
одной
из
них
—
ограни
-
чителя
тока
короткого
замыкания
GridON (fault current
limiter — FCL).
Предполагается
,
что
данная
технология
позволит
добиться
значительных
преимуществ
по
срав
-
нению
с
существующими
аналогами
.
Компании
UK Power Networks, Uniper Technologies
(
бывшая
E.ON Technologies)
и
GridON
начали
сотруд
-
ничать
в
рамках
проекта
ETI
в
целях
проведения
испы
-
таний
специального
ограничителя
токов
индуктивного
типа
(
без
использования
сверхпроводящих
проводни
-
ков
),
устанавливаемого
после
трансформатора
.
Такое
расположение
ограничителя
в
сети
предполагает
нали
-
чие
к
нему
ряда
требований
:
•
способность
пропускать
через
себя
полный
ток
на
-
грузки
(
с
учетом
того
,
что
через
ограничитель
ре
-
15
Март
–
апрель
2017
www.tdworld.com, www.tdwr.ru
СЕТЕВЫЕ
соединения
Этот
ограничитель
тока
короткого
замыкания
был
установлен
на
подстанции
UK Power Networks 33/11
кВ
в
Нью
-
Хейвене
(
Восточный
Суссекс
,
Англия
)
в
2013
году
.
Ограничитель
позволяет
всем
трем
трансформаторам
33/11
кВ
на
подстанции
на
-
ходиться
в
работе
и
быть
подключенным
к
шинам
11
кВ
,
ток
короткого
замыкания
на
которых
составляет
11,3
кА
.
гулярно
будут
проходить
высокие
токи
,
он
должен
обладать
низким
номинальным
сопротивлением
и
приводить
к
незначительному
падению
напряже
-
ния
по
сравнению
с
другими
устройствами
);
•
способность
снижать
,
но
не
прерывать
ток
коротко
-
го
замыкания
,
так
как
определенный
ток
необходим
для
обеспечения
нормальной
работы
релейной
за
-
щиты
;
•
способность
пропускать
ток
нагрузки
в
нормальном
режиме
сразу
же
после
устранения
короткого
замы
-
кания
.
Принцип
работы
ограничителя
тока
короткого
замыкания
основан
на
использовании
электромагнит
-
ных
свойств
стального
сердечника
,
который
при
сильном
насыщении
обеспечивает
низкое
номинальное
полное
сопротивление
ограничи
-
теля
.
В
случае
возникновения
высокого
тока
короткого
замыка
-
ния
сердечник
выходит
из
состо
-
яния
насыщения
,
что
приводит
к
увеличению
сопротивления
ограничителя
и
,
следовательно
,
ограничению
тока
.
Такая
кон
-
струкция
является
отказоустой
-
чивой
,
потому
что
не
требует
для
своей
работы
ни
внешнего
запу
-
ска
,
ни
отдельного
питания
.
Описан
-
ный
ограничитель
тока
короткого
за
-
мыкания
был
изготовлен
компанией
Wilson Transformer Co.,
являющейся
парт
нером
GridON.
С
точки
зрения
конструкции
,
ограничитель
GridON
почти
не
от
-
личается
от
обычного
силового
трансформатора
.
В
нем
используются
стандартные
трансформаторные
материалы
(
например
,
медные
катушки
,
железный
сердечник
и
масло
)
и
он
может
быть
изготовлен
на
обычном
трансформаторном
заводе
.
Это
предостав
-
ляет
оператору
электрической
сети
определенные
гарантии
того
,
что
в
отличие
от
некоторых
устройств
-
аналогов
,
данный
ограничитель
тока
будет
находить
-
ся
в
эксплуатации
на
протяжении
всего
срока
служ
-
бы
,
который
согласно
ожиданиям
составляет
более
40
лет
.
Сходство
ограничителей
с
трансформаторами
также
обеспечивает
оператору
электрических
сетей
дополнительные
преимущества
,
в
частности
,
в
том
,
что
процессы
уста
-
новки
,
защиты
и
технического
обслу
-
живания
этого
оборудования
уже
являются
привычными
и
хорошо
изученными
.
Ограничитель
соизмерим
по
току
и
напряжению
с
существу
-
ющими
трансформаторами
.
Его
отличие
от
трансформато
-
ров
заключается
только
в
на
-
личии
дополнительной
ячейки
управления
постоянным
током
для
питания
обмотки
,
обеспечи
-
вающей
магнитное
насыщение
стали
.
Данное
отличие
обуслав
-
ливает
дополнительное
требова
-
ние
к
техническому
обслуживанию
ограничителей
,
заключающееся
в
регулярной
очистке
и
замене
воз
-
душных
фильтров
.
Частота
подоб
-
ных
операций
зависит
от
условий
окружающей
среды
.
ч
чителя
н
нован
г
гнит
-
н
ника
,
е
ении
ь
ьное
ч
чи
-
я
я
-
-
-
-
т
т
я
я
,
,
-
-
-
-
я
я
п
у
-
и
исан
-
о
о за
-
н
нией
щ
щейся
40
лет
т
.
Сх
Сход
одст
с
во
о
гр
ан
и
ичи
и
также
об
б
ес
еспе
пе
чи
ва
ает
ет
сетей
до
д
полн
н
в
частн
но
ст
и
,
новки
,
з
з
ащ
и
и
жива
ани
я
я
явля
ляю
изуч
уч
О
О
то
т
ку
у
ющ
ющ
Ег
Ег
о
ро
ро
р
р
в
ли
ли
чи
и
уп
у
ра
а
дл
дл
л
я
ва
ва
а
а
ющ
щ
стали
.
.
ливает
ние
к
т
т
ограни
и
ч
ч
в
ре
е
г
гу
л
л
ду
ду
ш
шн
ых
х
Ограничитель
тока
короткого
замы
-
кания
GridON
мощностью
10
МВА
.
16
Март
–
апрель
2017
www.tdworld.com, www.tdwr.ru
Практический
опыт
Ограничитель
тока
короткого
замыкания
был
установлен
и
включен
под
напряже
-
ние
на
подстанции
UK Power Networks
33/11
кВ
в
Нью
-
Хейвене
(
Восточный
Сус
-
секс
,
Англия
)
в
мае
2013
года
.
Подстанция
была
оснащена
тремя
трансформатора
-
ми
33/11
кВ
мощностью
по
10
МВА
,
один
из
которых
находился
в
горячем
резерве
,
чтобы
предотвратить
потенциальное
по
-
вышение
уровня
тока
короткого
замыкания
на
шинах
распределительного
устройства
11
кВ
.
Ограничитель
был
установлен
после
обмотки
низшего
напряжения
трансфор
-
матора
Т
3,
при
этом
его
номинальные
па
-
раметры
также
соответствовали
трансфор
-
матору
(10
МВА
—
номинальная
мощность
,
15
МВА
—
предельная
мощность
при
пере
-
грузке
).
Ограничитель
позволил
всем
трем
трансформаторам
33/11
кВ
на
подстанции
находиться
в
работе
и
быть
подключенным
к
шинам
11
кВ
с
током
короткого
замыкания
в
11,3
кА
.
Благодаря
ему
распределитель
-
ное
устройство
на
подстанции
могло
ра
-
ботать
без
превышения
предельного
тока
короткого
замыкания
в
13,12
кА
.
Перед
установкой
ограничитель
тока
прошел
тщательное
тестирование
,
в
том
числе
,
заводские
испытания
в
соответ
-
ствии
со
стандартами
на
трансформаторы
и
реакторы
,
а
также
проверку
в
условиях
коротких
замыканий
в
спе
-
циальной
сертифицированной
лаборатории
.
Сотрудники
ETI, Uniper
и
UK Power Networks
присутствовали
при
ис
-
пытаниях
и
одобрили
установку
ограничителя
.
Результа
-
ты
тестирования
ограничителя
были
использованы
для
обновления
его
динамической
модели
,
представленной
в
программном
обеспечении
для
моделирования
электри
-
ческой
сети
11
кВ
Нью
-
Хейвена
.
Эта
модель
была
разра
-
G1
G2
GT1
60 МВА
GT2
60 МВА
12
11
61
06
05
07
Электрическая
сеть 33 кВ
Электрическая
сеть 11 кВ
Условные
обозначения
132 кВ
33 кВ
11 кВ
09
10
T2
10 МВА
T1
10 МВА
53
51
52
60
T3
10 МВА
FCL
Подстанция
Нью
-
Хейвен
оснащена
тремя
трансформаторами
33/11
кВ
мощ
-
ностью
по
10
МВА
.
На
одном
из
трансформаторов
(
Т
3)
установлен
ограни
-
читель
тока
короткого
замыкания
.
ботана
компанией
Uniper Technologies
для
исследования
токов
нагрузки
,
короткого
замыкания
и
их
временного
анализа
в
электрической
сети
с
ограничителями
тока
.
Одна
из
дополнительных
сложностей
,
возникших
на
подстанции
в
Нью
-
Хейвене
,
была
связана
с
необходимо
-
стью
обеспечения
трансформаторными
выключателями
резервирования
отходящих
фидеров
в
тех
редких
случа
-
ях
,
когда
на
них
происходил
отказ
собственных
коммута
-
ционных
аппаратов
.
Задача
была
решена
за
счет
тща
-
тельной
настройки
параметров
защиты
выключателей
,
основанной
на
возмож
-
ных
диапазонах
токов
короткого
замыка
-
ния
.
Компанией
UK Power Networks
была
произведена
оценка
влияния
ограничите
-
ля
токов
на
параметры
защиты
выключа
-
телей
,
а
компанией
Uniper Technologies
была
подтверждена
адекватность
полу
-
ченных
результатов
.
Таким
образом
,
га
-
рантировалось
,
что
ограничитель
может
быть
подключен
без
создания
каких
-
либо
проблем
.
С
момента
установки
ограничитель
уже
выдержал
ток
короткого
замыкания
более
16
раз
.
Наряду
с
подстанцией
он
был
оснащен
контрольно
-
измеритель
-
ными
приборами
для
регистрации
на
-
пряжений
и
токов
в
нормальном
режиме
,
а
также
их
осциллограмм
во
время
корот
-
ких
замыканий
.
Данные
,
полученные
при
коротких
замыканиях
,
были
проанализи
-
рованы
и
на
их
основании
произведено
сравнение
измеренного
и
ожидаемого
снижения
уровней
токов
короткого
за
-
мыкания
.
Особенности
и
места
возник
-
новения
коротких
замыканий
нашли
свое
отражение
в
модели
электрической
сети
,
позволяющей
осу
щест
вить
проверку
эф
-
Сверху
на
графике
показан
ток
короткого
замыкания
,
протекающий
через
трансформатор
без
ограничителя
.
Снизу
продемонстрирован
ток
,
протека
-
ющий
через
трансформатор
,
защищенный
ограничителем
.
6000
4000
2000
0
-2000
-4000
-6000
3000
2000
1000
0
-1000
-2000
-3000
Время (секунды)
0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30
Время (секунды)
Т
о
ки в трансформа
то
ре
T2
(амперы)
0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30
Т
о
ки в трансформа
то
ре
T3
(амперы)
СЕТЕВЫЕ
соединения
17
Март
–
апрель
2017
www.tdworld.com, www.tdwr.ru
фективности
действия
ограничителей
тока
и
их
воздей
-
ствия
на
систему
.
Два
наиболее
частых
выявленных
маршрута
протека
-
ния
тока
короткого
замыкания
были
результатом
повреж
-
дения
в
сети
.
Его
последующая
локализация
позволила
восстановить
электроснабжение
большинства
потреби
-
телей
с
помощью
оперативных
переключений
.
Неисправ
-
ность
была
обнаружена
в
кабеле
:
в
начале
развилось
междуфазное
замыкание
на
землю
,
а
затем
и
трехфаз
-
ное
замыкание
на
землю
.
Продолжительность
первого
из
них
составила
760
мс
,
а
второго
— 740
мс
.
Аварии
имели
место
,
когда
в
эксплуатации
находились
только
трансформаторы
Т
2
и
Т
3 (
с
ограничителем
),
при
этом
за
-
фиксированные
среднеквадратические
значения
токов
короткого
замыкания
через
них
составили
3,3
и
1,2
кА
со
-
ответственно
.
Аварии
позволили
убедиться
,
что
снижение
тока
ко
-
роткого
замыкания
на
64%
было
обусловлено
его
вытес
-
нением
с
пути
с
высоким
сопротивлением
(
где
есть
огра
-
ничитель
в
цепи
)
на
путь
с
более
низким
сопротивлением
(
через
трансформатор
Т
2).
По
результатам
моделирова
-
ния
действующее
значение
тока
короткого
замыкания
че
-
рез
каждый
трансформатор
без
ограничителя
составило
бы
2,5
кА
.
Это
означает
,
что
ограничитель
обеспечивает
снижение
тока
на
52%.
Однако
,
с
учетом
того
,
что
он
вли
-
яет
только
на
половину
тока
короткого
замыкания
(
так
как
установлен
только
после
одного
трансформатора
),
сни
-
жение
суммарного
тока
составляет
приблизительно
15%.
В
отличие
от
многих
ограничителей
со
сверхпроводя
-
щими
проводниками
,
одним
из
преимуществ
используе
-
мых
ограничителей
,
продемонстрированных
в
процессе
эксплуатации
,
является
их
способность
к
мгновенному
переходу
от
ограничения
тока
короткого
замыкания
к
ре
-
жиму
поддержания
тока
нагрузки
в
нормальном
режиме
.
Это
озна
-
чает
,
что
после
устранения
неис
-
правности
,
трансформатор
,
за
-
щищенный
ограничителем
тока
,
немедленно
возобновляет
работу
,
пропуская
обычный
ток
нагруз
-
ки
,
чем
улучшает
характеристики
электрической
сети
.
Функционирование
и
техническое
обслуживание
В
связи
с
тем
,
что
график
техни
-
ческого
обслуживания
ограничи
-
телей
тока
короткого
замыкания
почти
совпадает
с
аналогичным
графиком
для
трансформаторов
,
данное
обслуживание
не
является
сложной
задачей
для
специали
-
зированного
персонала
распреде
-
лительной
сети
.
В
течение
первых
двух
лет
эксплуатации
было
прове
-
дено
несколько
запланированных
инспекций
ограничителя
тока
,
при
этом
анализ
масла
производился
несколько
чаще
,
чем
это
делается
обычно
.
Все
проверки
показали
,
что
устройство
работает
также
,
как
и
обычный
трансформатор
.
В
рам
-
ках
испытаний
не
было
обнаруже
-
но
ничего
необычного
,
ровно
как
не
было
найдено
и
никаких
неисправ
-
ностей
.
На
графиках
1
и
2
представлены
реальные
токи
коротких
замыканий
,
имевшие
мес
то
при
работе
ограничителей
GridON.
Пробелы
на
обоих
графиках
соответ
-
ствуют
времени
записи
данных
регистрирующими
устройствами
.
3,000
2,000
1,000
0
-1,000
-2,000
-3,000
0,03 0,13 0,23 0,33 0,43 0,63 0,73 0,83 0,93
Время (секунды)
3,000
2,000
1,000
0
-1,000
-2,000
-3,000
Время (секунды)
Токи в трансформаторе T3
(амперы)
0,03 0,13 0,23 0,33 0,43 0,63 0,73 0,83 0,93
Короткое замыкание 1
Короткое замыкание 2
Токи в трансформаторе T3
(амперы)
СЕТЕВЫЕ
соединения
Ограничитель
тока
короткого
замыкания
требует
надежного
вспомогательного
питания
и
имеет
функ
-
цию
автозапуска
,
гарантирующую
его
функциональную
готовность
в
течение
нескольких
секунд
при
необхо
-
димости
.
Потеря
вспомогательного
питания
приводит
к
тому
,
что
ограничитель
теряет
магнитное
насыщение
,
что
хоть
и
не
влияет
на
ограничение
тока
короткого
за
-
мыкания
,
но
искажает
ток
через
ограничитель
и
может
привести
к
незапланированным
отключениям
.
Ответ
-
ственной
стороной
за
функционирование
ограничите
-
лей
после
их
ввода
в
эксплуатацию
стал
управляющий
центр
компании
UK Power Networks.
Сходство
ограничителя
с
силовым
трансфор
-
матором
очевидно
.
Однако
,
также
легко
прослежи
-
вается
и
существенное
различие
,
состоящее
в
том
,
что
магнитное
насыщение
железного
сердечника
в
ограничителе
создает
магнитное
поле
постоянного
тока
.
Стоит
отметить
,
что
магнитный
поток
находится
в
пределах
безопасных
значений
как
с
точки
зрения
воздействия
на
население
,
так
и
на
оперативный
пер
-
сонал
.
Однако
,
для
людей
с
сердечными
импланта
-
тами
присутствует
определенная
опасность
.
Воздей
-
ствие
магнитного
поля
ощутимо
в
непосредственной
близости
от
бака
ограничителя
,
при
этом
,
заметного
влияния
на
сам
бак
и
установленное
поблизости
обо
-
рудование
не
выявлено
.
Полезный
инструмент
Различные
способы
снижения
токов
коротких
замы
-
каний
,
такие
как
использование
высокоомных
транс
-
форматоров
,
реакторов
или
секционирования
сети
для
уменьшения
количества
параллельных
соеди
-
нений
применялись
на
протяжении
многих
лет
.
Все
18
Март
–
апрель
2017
www.tdworld.com, www.tdwr.ru
решения
имеют
свои
преимущества
и
недостатки
.
Замена
элементов
высоковольтных
распределитель
-
ных
устройств
на
устройства
,
разработанные
специ
-
ально
для
выдерживания
высоких
токов
короткого
замыкания
,
являлись
и
являются
достаточно
распро
-
страненной
практикой
.
Для
каждого
отдельного
случая
внедрения
какой
-
либо
технологии
должна
быть
проведена
оценка
раз
-
личных
вариантов
и
выбрано
наиболее
экономически
эффективное
решение
с
точки
зрения
затрат
на
экс
-
плуатационное
обслуживание
.
Ограничители
тока
короткого
замыкания
—
это
практически
полезный
инструмент
,
помогающий
защитить
электрическую
сеть
от
чрезмерных
токов
в
условиях
использования
оборудования
,
имеющего
большой
срок
службы
и
не
требующего
частого
технического
обслуживания
.
Предварительно
насыщенный
сердечник
ограни
-
чителя
тока
зарекомендовал
себя
как
надежное
ре
-
шение
и
во
время
лабораторных
испытаний
,
и
во
вре
-
мя
его
эксплуатации
в
системе
UK Power Networks
на
подстанции
Нью
-
Хейвен
.
Работа
ограничителя
была
тщательно
проанализирована
как
в
нормальных
ус
-
ловиях
,
так
и
при
коротких
замыканиях
,
в
результате
чего
было
установлено
,
что
он
соответствует
всем
техническим
требованиям
.
Благодаря
данной
техно
-
логии
,
токи
короткого
замыкания
были
уменьшены
до
требуемого
уровня
при
повышении
надежности
элек
-
трической
сети
и
минимальном
воздействии
на
ее
ра
-
боту
в
нормальном
режиме
.
В
дополнение
ко
всему
,
ограничители
GridON
хорошо
проявили
себя
с
точки
зрения
простоты
эксплуатации
управляющим
персо
-
налом
и
обслуживания
в
полевых
условиях
.
Благодарность
Автор
хотел
бы
поблагодарить
за
оказанную
под
-
держку
Ури
Гарби
из
компании
GridON,
Ника
Эраута
из
Института
энергетических
технологий
ETI,
Нагара
-
жу
Погаку
из
Uniper Technologies
и
Мохиндера
Панну
из
Wilson Transformer Co.
Иан
Купер
(ian.cooper@ukpowernetworks.co.uk)
яв
-
ляется
ведущим
инженером
группы
инновационно
-
го
развития
UK Power Networks (
компания
-
оператор
распределительной
сети
юго
-
восточной
Англии
).
За
-
нимается
техническим
руководством
и
управлени
-
ем
исследовательскими
,
опытно
-
конструкторскими
и
демонстрационными
проектами
,
направленными
на
снижение
уровней
токов
короткого
замыкания
,
на
-
копление
электрической
энергии
и
проектирование
воздушных
линий
электропередачи
.
Имеет
степень
магистра
электромеханики
Саутгемптонского
уни
-
верситета
.
Больше
информации
на
:
Energy Technologies Institute | www.eti.co.uk
GridON | www.gridon.com
UK Power Networks | www.ukpowernetworks.co.uk
Uniper Technologies | www.uniper-engineering.com
Wilson Transform er Co. | www.wtc.com.au
СЕТЕВЫЕ
соединения
На
правах
рекламы
Оригинал статьи: Ограничение токов короткого замыкания
Британские энергетические компании кооперируются в рамках разработки оборудования для повышения эффективности борьбы с повышенными токами короткого замыкания в электрической сети.
