Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Интерес к разработкам, исследованиям и внедрению этих датчиков проявляется и в России. Впервые в нашей стране оптические преобразователи были продемонстрированы компанией «ПроЛайн», которая является эксклюзивным представителем компании NxtPhaseT&D Corporation.

В 2006 году в России создана компания ООО «Уникальные волоконные приборы» [2], которая занимается разработкой и изготовлением отечественных оптоволоконных трансформаторов тока и напряжения, не уступающих лучшим зарубежным образцам.

Датчики компании NxtPhase T&D Corporation [2,19] достаточно хорошо известны отечественным специалистам в области автоматизации систем контроля и защиты электрических сетей высокого напряжения. Вместе с тем следует сказать, что большие возможности открывают оптические датчики для низковольтных сетей. Малые габариты и вес этих датчиков дают возможность, расположить анализирующий комплекс на их основе на опоре линии электропередачи или рядом с КТП.

Произведем краткий анализ особенностей волоконно–оптических датчиков каждой компании и, соответственно, области их применения.

Компания NxtPhase T&D Corporation производит следующую продукцию:

– высоковольтные измерительные оптические преобразователи тока NXCT для измерения тока до 4 кА с классом точности 0,5 в сетях 60–750 кВ;

–высоковольтные измерительные оптические преобразователи напряжения NXVT для измерения напряжения в диапазоне 138–500 кВ с классом точности 0,25;

– высоковольтные измерительные оптические преобразователи тока и напряжения, совмещенные NXVCT для измерения тока в диапазоне до 4 кА и напряжения до 500 кВ с классом точности 0,25;

– измерительные оптические преобразователи, NXCT–F3, которые предназначены для измерения токов до 100 кА в цепях переменного тока и до 600 кА в цепях постоянного тока, что дает возможность их использования в металлургической и химической промышленности.

Компания FieldMetrics, Inc. [19] основана в 2001 г. и специализируется на разработке и производстве трех линеек оптоволоконных датчиков для систем класса напряжения (10–35 кВ) энергетических сетей переменного тока: MetPod, Fiber MetPod, MetPod Lite класса 0,2. В линейку MetPod входят комбинированные датчики тока и напряжения, которые могут крепиться непосредственно на опоре линии электропередачи. Электронный блок с автономным блоком питания выполнен в единой конструкции с датчиками. Связь с пунктом сбора и обработки информации может осуществляется по радиоканалу невысокой мощности.

Fiber MetPod предлагает совместное исполнение датчика тока, датчика напряжения и электронного преобразователя оптических сигналов в цифровой код, размещаемых в легком прочном корпусе. Непосредственно на корпусе монтируется радиопередатчик, обеспечивающий беспроводную связь с диспетчерским пунктом.

MetPod Lite — датчик тока класса 0,3, облегченной конструкции, крепится на изолированной штанге, подключаемой между активным проводом и нейтралью. Такие датчики имеют более низкую стоимость по сравнению с MetPod. Помимо оборудования для контроля параметров сетей класса напряжения 10–35 кВ, фирма активно разрабатывает и внедряет датчики класса 0,3 для более высоковольтных систем.

Компания PowerSense A/S [19], которая основана в 2006 году, предложила потребителям ряд электроизмерительного оборудования Discos, в которую вошли оптоволоконные датчики тока и напряжения, а так же комбинированные датчики тока и напряжения, предназначенные для работы в сетях до 35 кВ. Диапазон измерения токов — от 5 А до 20 кА с погрешностью 2%, погрешность измерения напряжения — 1%. Сами датчики фиксируются на штанге и оптоволокном соединяются с оптическим модулем, размещаемым на опоре.

Американская компания Airak, Inc. выпускает оптово–локонные датчики, которые отличаются наименьшей массой и габаритами.

Оптоволоконные датчики напряжения этой фирмы вместе с выводами весят всего 170 г (рисунок 5.5). Датчик напряжения может распологаться на специальной платформе, расположенной на опоре линии электропередачи. Стандартный диапазон измерения напряжения от 0 до 5 кВ.

Рисунок 5.5–Оптический датчик напряжения компании Airak, Inc.

Судя по приведенным данным, недостатками данного устройства являются относительно низкая точность измерения и малый диапазон измеряемых напряжений. Существенным недостатком для его применения на территории Российской Федерации является также температурный диапазон 0 до плюс 50 °С.

Лучшими показателями обладают датчики тока этой фирмы. Токовый датчик (рисунок 5. 6) позволяет измерять токи до 1 кА (возможны версии до 15 кА) с погрешностью, не превышающей 1%. Он работает в диапазоне температур от минус 40 до плюс 85 °С. Вес этих датчиков не превышает 570 г, что позволяет легко смонтировать их прямо на проводах. Компактность и малый вес последнего датчика привлекает внимание разработчиков систем контроля и управления энергетическими системами на наземном, морском и воздушном транспорте.

Рисунок 5.6–Оптический датчик тока компании Airak, Inc.

Компания ABB, Inc. [19] известна, прежде всего, по токовым датчикам, которые используются в цепях постоянного тока, работка которых связана с явлением эффекта Холла. Датчики такого типа хотя и надежны, но очень сложны, а их вес может достигать 2000 кг. При их монтаже и наладке необходимы непростые процедуры настройки для исключения влияния асимметричного поля и перекрестных наводок с расположенных рядом шин и линий. Для исключения такого рода проблем компаний ABB разработано новое техническое решение. Оптоволоконный датчик тока (Fiber Optic Current Sensor, (FOCS)) (рисунок 5.7) [19]. По сравнению с датчиками тока Холла новые датчики имеют следующие достоинства:

– продолжительность установки, монтажа, испытания и ввода в эксплуатацию измеряется несколькими часами, а не сутками;

– значительно уменьшается сложность системы;

– устройства не подвержены влиянию соседних магнитных полей сложных конфигураций и наведенного напряжения от соседних шин.

– повышается точность (до 10–кратного уменьшения погрешности).

Датчик дает возможность производить измерение токов от 0 до 500 кА с погрешностью 0,1% в диапазоне частот от 0 до 4 кГц. Вес одного датчика около пяти килограмм. Использование таких устройств в металлургической и химической промышленности дает шанс существенно повысить эффективность производства и предоставить значительный экономический эффект. В производстве цветных металлов таких как алюминий, медь, марганец, цинк требуются колоссальные объемы электрической энергии.

Рисунок 5.7–Оптоволоконный датчик тока компании ABB FOCS

Электролизные ванны для производства металла, как правило, питаются постоянным напряжением и ток нагрузки достигает значений до нескольких сот килоампер. Стоит понимать, что ошибка на 0,1% в измерении тока 500 кА приводит к ошибке учета активной мощности на 0,5 МВт. Компания ABB считается одним из лидеров в разработке и оптоволоконных датчиков для высоковольтных электроэнергетических сетей. Магнитооптические датчики тока Magneto–Optic Current Transformer (MOCT) этой компании могут применяться в сетях с напряжением от 110 до 750 кВ для измерения токов до 3,5 кА. Оптоволоконные датчики напряжения обычно имеют более сложную конструкцию. В связи с этим компания ABB для измерения напряжения предложила проводить измерение тока через нагрузку с известным значением сопротивления, подключенную последовательно с датчиком MOCT [19].

Как следует из предложенного анализа оптических датчиков тока и напряжения, оптические датчики могут занять важное место в системах мониторинга, контроля и управления в электроэнергетическом комплексе, а так же металлургической, химической, судостроительной и оборонной деятельностях.

Большой интерес представляют оптические датчики тока и напряжения выпускаемые фирмой Airak, Inc., поскольку существует реальная возможность их применения в распределительных сетях 0,4 – 10 кВ.

На сегодняшний день на отечественном рынке отсутствуют оптоволоконные датчики тока и напряжения для сетей напряжением ниже 35 кВ.

6 РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГОАУДИТА

6.1 Функциональная схема автоматического сбора информации о потреблении электрической энергии

Для организации сбора, передачи, хранения и обработке информации о потреблении электрической энергии и контроля ряда её параметров качества, принято следующее техническое решение. Структурная схема автоматизированной системы сбора информации изображена на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 – Схема сбора данных о потреблении электрической энергии.

Предлагается установка оптических датчиков тока и напряжения на шинах вторичной обмотки силового трансформатора комплектной трансформаторной подстанции. Оптические датчики будут производить мониторинг уровня линейного напряжения, а так же нагрузку по фазам. Полученная информация с помощью оптоволоконных линий связи передается на промежуточный пункт сбора информации (пс Смирновка), а затем непосредственно на автоматизированное рабочее место энергоаудитора. На рабочем месте энергоаудитора по известным выражениям будет производится оценка потребления электрической энергии, а так же ряда показателей качества.

6.2 Обоснование выбора применяемых устройств

Остановим свой выбор на оптоволоконных датчиках выпускаемых фирмой Airak, Inc. Технические характеристики данных устройств отображены в таблицах 6.1 и 6.2.

Таблица 6.1– Технические характеристики оптоволоконного датчика тока фирмы Airak, Inc

Таблица 6.2– Технические характеристики оптоволоконного датчика напряжения фирмы Airak, Inc

Из таблицы 6.2 видно, что датчик напряжения не удовлетворяет климатическим условиям при проведении энергетического обследования в условиях низких температур. Следовательно, необходимо предусмотреть возможность поддержания температуры для корректной работы данного устройства.

6.3 Техническое решение новой автоматизированной системы энергоаудита потребления участка электрической сети

Для решения проблемы с установкой датчика напряжения, в условиях низких температур предлагается размещение данного устройства в отдельном хорошо герметизированном шкафу. Поддерживать необходимый уровень температуры возможно с помощью лампы накаливания, установленной в одном шкафу с датчиком и направленной на него. Лампа накаливания будет включаться и отключаться в зависимости от температуры окружающего воздуха. Для этого необходимо установить дополнительный датчик контроля температуры, который в свою очередь и будет контролировать включение лампы накаливания.

Следует отметить некоторые моменты, которые касаются оптического волокна. При монтаже кабеля следует учитывать его особенности. Например сложность монтажа. При установке разъемов необходима высокая точность скола стекловолокна и высокое качество его полировки, поскольку они значительно влияют на затухание в разъеме. Разъемы устанавливают с помощью специальной сварки или склеивают гелем, который имеет такой же коэффициент преломления света, что и стекловолокно. Так же оптическое волокно имеет относительно меньшую гибкость. Радиус изгиба составляет обычно около 15–25 см. Меньшая прочность оптоволоконного кабеля делает его чувствительным к механическим ударам и ультразвуку. Для минимизации этих факторов, применяют мягкие звукопоглощающие оболочки.

Пример установки оптических датчиков тока и напряжения изображен на рисунке 6.2

1– воздушная линия 10 кВ; 2– разъединителе 10 кВ; 3– кабель оптической линии связи; 4– ввод 6 кВ; 5– предохранитель 6 кВ; 6– ввод 0,4 кВ; 7– силовой трансформатор; 8– оптический датчик тока; 9– лампа накаливания; 10– оптический датчик напряжения; 11– предохранитель 0,4 кВ

Рисунок 6.2 – Пример реализации автоматизированной системы сбора информации с помощью оптических датчиков тока и напряжения.

На рисунке 6.2 отображен принцип сбора информации с помощью оптоволоконных датчиков тока и напряжения. Информация, полученная с датчиков, поступает через ВОЛС на автоматизированное рабочее место по каналам связи. Энергоаудитор анализирует полученные данные в полном объёме. С помощью современных вычислительных комплексов производит оценку состояния участка электрической сети. По полученным значениям тока и напряжения производится оценка потребляемой мощности, оценка ряда показателей качества электрической энергии.

Характеристики

Список файлов ВКР