186509. lajstromszámú szabadalom • Berendezés villamos hálózatokban földzárlatkompenzációs paraméterek mérésére, beállítására és soros rezonanciás túlfeszültségek elleni védekezésre
186 509 2 A találmány tárgya berendezés földzárlatkompenzált villamos hálózatok földzárlati paramétereinek, pl. maradékáram, kompenzáltság, mérésselszámítással történő meghatározására, kijelzésére, a paraméterek megkívánt értékének a szabályozott ívoltótekercs impedanciájának megváltoztatása útján való beállítására, továbbá a földzárlatkompenzált hálózat ívoltótelepítéssel is összefüggő soros rezonanciás túlfeszültségei elleni védekezésre. Középfeszültségű, döntően távvezetékes hálózatok csillagpontját ivoltótekercsen keresztül földelik, hogy egyfázisú földzárlatkor a hibahelyen átfolyó maradékáramot minimálisra csökkentsék. Á hibahelyi áram minimalizálását az ívoltó(k)ból és a földkapacitásokból képződő párhuzamos rezgőkör rezonancia közelébe való hangolásával lehet elérni. A szabványok előírják a megengedhető maradékáram nagyságát, amelyet, az ivkialvás szempontjain túlmenően főleg életvédelmi szempontok határoznak meg. A hibahely gyors regenerálódása érdekében fontos üzemviteli követelmény, hogy a kompenzáltság foka 5-10%-nál jobban ne haladja meg a pontos hangolást. Ezen körülmények előírásszerű betartása olyan automatikus mérő és szabályozó eszközt igényel, amely lehetővé teszi a paraméterek folyamatos, de legalábbis sűrű ismétlődésű ellenőrzését, a megkívánt értékekre való utánállítás lehetőségét és nem utolsósorban az üzemi személyzet gyors és egyszerű tájékoztatását. A földzárlatkompenzácíó sok előnyös tulajdonsága mellett nem hanyagolható el az a hátrány, hogy a hálózatok bizonyos egyéb meghibásodása (pl. a hatásosan földelt táprendszer földrövidzárlata, a földzárlatkompenzált hálózat aszimmetrikus soros hibája) soros rezgőkör s ezzel ipari frekvenciás túlfeszültségek kialakulásához vezet. Az ellenük való védekezés a rezgőköri gerjesztőfeszültség célszerű csökkentésével, ill. az ívollóval párhuzamosan bekapcsolható csillapító ellenállással lehetséges. Az eddig ismert ívoltószabályzó automatikák közös tulajdonsága, hogy a szabályozást analóg módon oldják meg. Mivel a keresett paraméterek (a maradékáram és összetevői, kompenzálandó kapacitív áram, kompenzáló induktív áram, kompenzálási tényező) közvetlenül nem mérhetők, rendszerint az áramkör hangoltságával (kompenzáltságával) arányos feszültség és valamely referencia érték összehasonlítása alapján szabályoznak. Ez a feszültség többnyire a csillagponti feszültség, vagy valamely állandó feszültséggel való lineáris kombinációja. Ilyen megoldás a feltalálók által mintegy két évtizede bevezetett módszer is, amely ismert nagyságú ellenállást kapcsolva az egyik fázisvezetőre a másik két fázis földhöz képesti feszültségének különbségét észleli, s ennek egy előre meghatározott értékét tekinti referenciának. További szabályozási lehetőség, amikor nem valamely feszültség nagysága, hanem fázishelyzcle alapján szabályoznak. Különböző változatokat az Elektrotechnika 68 (1975) 12. számában megjelent publikáció (452-460) foglalja össze. Újabb megoldásokat ismertetnek az Elektricseszkije Sztancii 1981 3. számában. Eszerint az ívoltó kisfeszültségű tekercsében meghatározott frekvenciával induktivitásokat kapcsolgatnak, s érzékelik a csillagponti feszültség változásának meredekségét. Rezonanciára hangolt állapotban, ahol a kompenzáltság függvényében a csillagponti feszültségnek maximuma van, a változás meredeksége nulla. Ezt használja ki a szabályozás elve, ugyanis a nulla változású pontot kívánja elérni. A megoldás kétségtelen előnye, hogy a természetes csillagpont-emelkedésből adódó zavarást kiküszöböli. Szabályozási görbéje azonban kétértékű, éppen úgy mint a jelenlegi hazai megoldású automatika hasonló jellemzőjének. A soros rezonanciás túlfeszültségek elleni védekezés elvi megoldásait az Elektrotechnika 64 (1971) kötetének 231-236., a 65 (1972) kötetének 39-46. és a 74 (1981) kötetének 16—24 számú oldalain megjelent publikációk ismertetik. Ezek szerint az ívoltóval párhuzamosan kapcsolt ellenállás csökkentő hatással van a soros rezgőkörben megjelent túlfeszültségekre. Egy csehszlovák változat szerint az ívoltó szekunder tekercselésébe kapcsolják be a kisfeszültségű ellenállást. Az ismertetett ívoltó szabályzó automatikák - elvileg sem - nyújtanak lehetőséget arra, hogy a szabványok szerint ellenőrzendő maradékáramot, ill. az üzemvitel szempontjából megkívánt kompenzáltságot az üzemi személyzet számára helyi leolvasásra vagy a hálózat telemechanizációját megvalósító gépi adatfeldolgozás céljára számszerűen rendelkezésre lehessen bocsátani. Ugyanez vonatkozik a többi földzárlatkompenzációs jellemzőre is. Általában igaz, hogy az ismert automatikák gyakorlatilag rezonancia közelébe szabályoznak, de hogy ennek mértéke milyen, az többnyire ismeretlen. Á valóságban fellépő maradékáram nagyságának behatárolását nehezíti, hogy az eddigi szabályzók elvüknél fogva figyelmen kívül hagyják az ívoltótekercsek nemlinearitását, amely miatt az ívoltó névleges feszültsége törtrészénél meghatározott és a valóságos maradékáram, ill. kompenzáltság között lényeges eltérés lehetséges. A megvalósított rezonanciavédelmi automatikák eltekintenek attól, hogy a soros rezgőkörbe beiktatódó gerjesztőfeszültség nagysága szoros összefüggésben van a hálózaton telepitett ívoltók diszpozíciójával. Eszerint a túlfeszültség annak is függvénye, hogy az ívoltó a táptranszformátor csillagpontjában vagy azon kívül helyezkedik el. Ha a gerjesztőfeszültség hosszú ideig áll fenn, szükség van az ívoltótekercs tülkompenzálás irányú elszabályozására. Ezek miatt az ívoltószabályozás és a rezonanciavédelem mint önálló egységek között együttműködés szükséges. Az eddigi megvalósításokban ez az interaktív kapcsolat hiányzik. A találmány szerinti megoldás kidolgozásakor célunk volt, hogy egyrészt a földzárlati paramétereket az üzemeltető számára folyamatosan rendelkezésre lehessen bocsátani, másrészt ugyanezen adatok birtokában, célszerűen megválasztott referenciamennyiségre alapozva olyan szabályozást hozzunk létre, amely fokozatos vagy fokozatmentes, lineáris vagy nemlineáris ívoltókhoz egyaránt alkalmazható. Á megvalósításba bekapcsoltuk a soros rezonanciás túlfeszültségek elleni védekezést 5 10 15 20 25 30 33 40 45 50 55 6C-65 2
