Датчик параметров нулевой последовательности для трехфазной сети

 

ДАТЧИК ПАРАМЕТРОВ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ, токопроводы которой расположёны в одной плоскости параллельно друг другу, содержащий три индукционных преобразователя тока, соединенных по схеме разомкнутого треугольника , выводы которого служат выходом датчика по току нулевой последовательности , антенный преобразователь напряжения в виде металлического стержня, расположенного в плоскости, параллельной плоскости токопроводов перпендикулярно им, выходом датчика по напряжению нулево последовательности служат клеммл Земля и вывод антенного преобразователя напряжения , отличающийся тем, что, с целью повышения чувствитель ности и точности работы, катушки индукционных преобразователей тока (/) расположены на сердечнике антенного преобразователя н .пряжения, выполненного из ферромагнитного материала , а к выводам схемы разомкнутого треугольника подключен конденсатор, образующий резонансный контур на промышленной частоте с индуктивностью индукционных преобразователей тока.

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3408865/24-07 (22) 18.03.82 (46) 07.04.84. Бюл. Ф 13 (72) И.Г.Беляков, P.Ø.Ñàãóòäèíîâ, Л.Д.Суров, А.П.Кузнецов, В.И.Сукманов и В.Д.Лобов (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени институт инженеров сельскохозяйственного производства им. В.П.Горячкина (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 3284413/07-24, кл. Н 02 Н 3/16, 1981.

2. Беляков И.Г., Сагутдинов P.Ø., Валюконис И.И. Пункт секционирования для ВЛ-1О кВ с телесигнализацией, АПВ и устройством обнаружения замыкания на землю. Экспресс-информация, сер. "Строительство сельских электро.сетей", М., "Информэнерго", 1981, В 1, с. 1-2. (54) (57) ДАТЧИК ПАРАМЕТРОВ НУЛЕВОЙ

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ ТРЕХФАЗНОЙ

СЕТИ, токопроводы которой расположены в одной плоскости параллельно (19) (П)

3(51) Н 02 Н 3/16; G 01 R 19/28 друг другу, содержащий три индукционных преобразователя тока, соединенных по схеме разомкнутого треугольника, выводы которого служат выходом датчика по току нулевой последовательности, антенный преобразователь напряжения в виде металлического стержня, расположенного в плоскости, параллельной плоскости токопроводов перпендикулярно им, выходом датчика по напряжению нулевой последовательности служат клемма Земля" и вывод антенного преобразователя напряжения, отличающийся тем, что, с целью повы ения чувствительности и точности работы, катушки индукционных преобразователей тока расположены на сердечнике антенного преобразователя н .пряжения, выполненного из ферромагнитного материала, а к выводам схемы разомкнутого треугольника подключен конденсатор, образующий резонансный контур на промышленной частоте с индуктивностью индукционных преобразователей тока.

1084921

20

40

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для селективной сигнализации о замыкании на землю в электрических сетях

6-35 кВ, работающих с изолированной нейтралью.

Известен датчик параметров нулевой последовательности, содержащий три индукционных преобразователя тока, размещенных в экранах. Индукционные преобразователи тока соединены по схеме разомкнутого треуголь.ника, экраны соединены между собой (1) .

Однако указанное устройство можно использовать только при расположении токопроводов по вершинам равностороннего треугольника.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является датчик параметров нулевой последовательности, содержащий фильтр токов нулевой последовательности, выполненный на трех индукционных преобразователях тока, соединенных по схеме разомкнутого треугольника, фильтр напряжения нулевой последовательности, выполненный в виде металлического стержня, расположенного. в плоскости, параллельной плоскости токопроводов перпендикулярно им (2) .

Недостатками известного устройства являются пониженная точность фильтра токов нулевой последовательности, так как индукционные преобразователи тока требуют точной установки относительно друг друга и токопроводов, что трудно обеспечить при использовании трех независимо установленных индукционных преббразователей тока, и пониженная чувствительность индукционных преобразователей тока, выходные сигналы которых зависят от длины сердечника.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности работы.

Указанная цель достигается тем, что в датчике параметров нулевой последовательности для трехфазной сети, токопроводы которой расположены в одной плоскости параллельно друг другу, содержащем три индукционных преобразователя тока, соединенных, по схеме разомкнутого треугольника, выводы которого служат выходом датчика по току нулевой последовательности, антенный преобразователь напряжения в виде металлического стержня, расположенного в плоскости токопроводов перпендикулярно им, выходом датчика по напряжению нулевой последовательности служат клемма Земля и вывод антенного преобразователя напряжения, катушки индукционных преобразователей тока расположены на сердечнике антенного преобразователя напряжения, выполненного из ферромагнитного материала, к выводам схемы разомкнутого треугольника подключен конденсатор, образующий резонансный контур на промышленной частоте с индуктивностью индукционных преобразователей тока.

На фиг. 1 показана схема соединения датчика параметров нулевой последовательности и расположение индукционных преобразователей тока с антенным преобразователем напряжения; на фиг. 2 — векторная диаграмма напряжения и токов, поясняющая принцип работы датчика параметров нулевой последовательности; на фиг. 3 и 4 — варианты крепления преобразователей.

Токопроводы 1 — 3 трехфазной сети расположены в одной плоскости параллельно друг другу (фиг. 1).

Индукционные преобразователи 4

6 тока расположены в другой плоскости,параллельной первой. Ось индукционных преобразователей тока совпадает с осью металлического стержня

7, представляющего собой антенный преобразователь напряжения. Катушки индукционных преобразователей тока соединены по схеме разомкнутого треугольника, к выводам которой подключен конденсатор 8, составляющий резонанс на частоте 50 Г ц с индуктивностью индукционных преобразователей 4 — 6 тока.

Работа датчика параметров нулевой последовательности основана на принципе электромагнитной индукции.

По токопроводам 1 — 3 (фиг. 1) протекают рабочие токи нагрузки

Для каждого индукционног0 преобразователя тока значение и",îåêöèé магнитных индукций от токов (1) на его ось определяется

1084921 условие (5) не выполняется.

Определим значение ЭЦС среднего ИПТ

5 1 + ) H 2 Н 40

51п(а1-120 ) . (7)

)-) ?>

И(н" v )

Сравнение значения (Ь), являющегося небалансом схемы, с (7) показывает, 10 что для выполнения условия (5) -достаточно уменьшить ЭДС преобразователя 5 на величину небаланса (6). Необходимая для удовлетворения (5)

ЭДС Е5 преобразователя 5 определяет15 ся по выражению ге ь Етых

5 5-Е 000 выл p j (8)

Е Ф, Поскольку (9)

5 где Wl — первоначальное число витков преобразователей, равное числу витков преобразователей 4 и 6; 42 — расчетное число витков преобразователя 5, то с учетом (6), (7), (8) будем иметь

7 COS 14 СОВ Е75 Сс75 О(е > B4iBqtBc= Е 77 Е )"

14 lS 16

СоБМ24 COS le gq СОЯОе"2Ь1

"г Е + Е Е I+э"

24 26 к t a (Z)

cos q4 coSac q coSoLsq i е„е,, е„ где

COSll(S4 QOS92S COSMgg е„е„е„н

COSMq4 coS04Ь Н (4)

Е„Е„„ Н 4Т)

СО,Б COSCL74 COSC77S COSQlgg

e,B B„= Е7. Е„Н П .

Значение ЭДС, наведенной в индукционном преобразователе, пропорционально значению магнитной индукции

ЕellX

%1 Е„30

Значение емкости между антенным преобразователем 7 напряжения и тоS0 копроводом определяется по формуле л

С= „С, (10)

Ь вЂ” ", где Б — диэлектрическая проницаемость

Н вЂ” расстояние между токоправодом и антенным преобразова- телем напряжения;, ., с ы дк (2)

31 1К где 13 — ток, протекающий по токопро водам;

GOSH ><- косинус угла между ортогональю линий, соединяющей провод 1 с индукционным преобразователем тока 71 и осью этого индукционного преобразователя тока; „- расстояние между проводом и индукционным преобразователем тока k

Для данного случая 1 принимает, значения 1, 2, 3, а k — 4, 5, 6.

Согласно фиг. 1 с учетом (2) Е «В.

Для получения фильтра токов нулевой последовательности необходимо, чтобы от токов (1) выходной сигнал был равен нулю

Е44 Е61Е6=0, (5)

Для идентичных преобразователей тока

=Е 1Е 1Е. (! H Н

ВыХ < 6 «и 14г п Н" 40 е

11+

Ч 0 14I" И D SР п1,Я t-120 ). (6) (И 0 )(. И" +4Т)") qHP Н (H agÐ1Sin (ut -12O )

-1 (Н W 13 (, }1 +4Q )P Slq ((at-12O ) 40 -2Н

4Р 2Н2

Таким образом, для выполнения

ФТНП по указанной схеме необходимо, чтобы отношение числа витков индукционного преобразователя, расположенного вблизи среднего токопровода, к числу витков любого из других индук ционных преобразователей было равно

Vi< 4 7.7 -2К

W, 1084921 где С

С2-Д q- -

3=AH-7

55 радиус антенного преобразователя напряжения; — длина антенного преобразователя напряжения.

При нормальном режиме работы электрической сети, когда напряжения проводов воздушной линии электропередачи связаны между собой соотношениями, Я ч,+ . О М, =а "z= >y

1 где а = е1 а = е

На антенном преобразователе 7 напряжения наводится напряжение, определяемое выражением

Ч,,„1="(C -Дн1+с Сг-Кчт С" 3-ЬНд (11) емкость между токопроводом i и антенным преобразователем 7 напряжения; емкость между токопроводом 2 и антенным преобразователем 7 напряжения; емкость между токопроводом 3 и антенным преобразователем 7 напряжения; коэффициент взаимосвязи между напряжением и емкостью.

Учитывая то, что в выражении (10) все величины, определяющие емкость между каждым токопроводом и антенным преобразователем напряжения, одинаковы (С - Д Н 1 GZ дН1 - С 1 А Н7 выражение (11) можно записать /„„=С „ к(И с a), (12)

Так как 1 + а + а = О, то выражение (12) равно нулю, т.,е. такое взаимное расположение антенного преобразователя 7 напряжения и токопроводов

1 — 3 образует фильтр напряжения нулевой последовательности. Антенный преобразователь 7 напряжения выполнен из ферромагнитного материала, что позволяет при одной и той же магнитодвижущей силе и одинаковой геометрии цепи получать поток магнитной цепи во много раэ больше, чем в случае отсутствия ферромагнитного материала, что в конечном счете позволяет повысить. чувствительность индукционных преобразователей тока.

Использование антенного преобразователя 7 напряжения в качестве несущей конструкции для установки индукционных преобразователей 4 — 6 тока позволяет повысить точность установки индукционных цреобразователей тока как относительно токопроводов, так и относительно друг друга, что упрощает регулировку при установке индукционных преобразователей тока и повышает точность работы фильтра токов нулевой последовательности по фазе, например, когда он используется в устройстве селективной сигнализации замыкания на землю для пунктов секционирования.

При замыкании на землю в сети появляются напряжение и ток нулевой последовательности, причем при замыкании на землю эа местом установки датчика параметров нулевой последовательности ток 1 отстает GT напряжения на 90 (фиг. 2). При этом на а выходе 9 емкостного антенного преобразователя 7 напряжения сигнал о

Е „ опережает Ч„ на 90 . Сигнал

Е на выходе 10 индукционных преобразователей 4 — 6 тока в соответствии с законом электромагнитной индукции отстает от t.o на 90 . Таким образом, сигналы на выходах 9 и 10 о сдвинуты на 90 . Для согласования выходных сигналов по фазе включен конденсатор 8, составляющий резонанс на частоте 50 Гц с индуктивностью индукционных преобразователей 4 — 6 тока, При замыкании на землю до места установки датчика параметров нупевой последовательности ток tо опережает напряжение на 90о. Поэтому выходные сигналы находятся в противофазе.

Таким образом, включение конденсатора 8 в резонанс с индуктивностью индукционных преобразователей

4 — 6 тока позволяет контролировать истинные значения по фазе и величине тока и напряжения нулевой последовательности.

Использование предлагаемого устройства значительно повышает чувствительность и точность работы, что выгодно отличает его от устройств аналогичного назначения.

1084921

1084921

& гика ич аФа

ХРУЮ

Составитель Л.Васькова

Редактор О.Бугир Техред А.Кикемезей Корректор А.Зимокосов

Заказ 2030/50 Тираж 614 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4