Устройство для компенсации тока однофазного замыкания на землю

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ТОКА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ электрической сети, включающее однофазяьй согласующий трансформатор, один вывод первичной обмотки которого соединен с нейтралью силового трансформатора, подключенного к сети, питаемый от сети трехфазный трансформатор и подсоединенный к нему блок подключения фазы, силовой вывод которого соединен с силовым входом блока переключения ответвлений вторичной обмотки однофазного согласующего трансформатора, вьшод которой через первый трансформатор тока соединен с нейтралью вторичной обмотки упомянутого трехфазного трансформатора, второй трансформатор тока, первый вывод которого подключен к земле, измерительный орган, первый вход которого подключен к второму трансформатору тока, а второй - к обмотке напряжения нулевой последовательности трансформатора напряжения, блок выбора фазы, первый вход которого подключен к обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения, второй - к обмотке напря хения нулевой последовательности трансформатора напряжения, а выход к управляющему входу блока подключения фазы, блок памяти,, первый вход которого подключен к выходу измерительного органа, источник оперативкого тока, соединенный с дополнитель-ной обмоткой однофазного согласующего трансформатора, и RC-цепочки, каждая из которых состоит из последовательно включенных конденсатора , резистора и ключа, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности сети и улучшения условий электробезопасности, в него введены преобразователь сигнала, блок формирования команд и блок Jдемпфирования, выполненный в виде последовательно соединенных резистора и ключа и включенный параллельно вторичной обмотке однофазного согласующего трансформатора, причем вторые выводы конденсаторов сс-цепочек подключены к второму выводу первичной обмотки однофазного согласующего трансформатора, а вторые вьгооды KJПoчeй указанных цепочек соединены с вторым выводом второго трансформатора тока, первьй вход преобразователя сигнала подключен к выходу блока памяти, второй - к первому трансформатору тока, первый выход преобразователя сигнала соединен с управляющим входом блока перекдночения ответвлений,, второй - с управляющими входами ключей КС -цепочек , вход блока формирования команд подключен к обмотке напряжения нулевой последовательности трансформа

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) 01) s(SD Н 02 Н 08 списочник изов кт ния

Ъ . )

ЙЬ с1,) j t ò:

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОсудАРстВенный номитет сссР по делАм изоБРетений и ОтнРытий (21) 3593169/24-07 (22)20.05.83 (46) 30.08.84. Бюл. ¹ 32 (72) О.А. Петров и А.И. Сидоров (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 621.316.723(088.8) (56) 1. Вильгейм Р., Уотерс M. Заземление нейтрали в высоковольтных системах. M-Л., ГЗИ, 1959, с. 209.

2. Авторское свидетельство СССР № 559325, кл. Н 02 Н 9/08, 1975.

3, Авторское свидетельство СССР № 858170, кл. Н 02 Н 9/08, 1981. (54)(») УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ

ТОКА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ электрической сети, включающее однофазный согласующий трансформатор, один вывод первичной обмотки которого соединен с нейтралью силового трансформатора, подключенного к сети, питаемый от сети трехфазный трансформатор и подсоединенный к нему блок подключения фазы, силовой вывод которого соединен с силовым входом блока переключения ответвлений вторичной обмотки однофазного согласующего трансформатора, вывод которой через первый трансформатор тока соединен с нейтралью вторичной обмотки упомянутого трехфазного трансформатора, второй трансформатор. тока, первый вывод которого подключен к земле, измерительный орган, первый вход которого подключен к второму трансформатору тока, а второй — к обмотке напряжения нулевой последовательности трансформатора

l напряжения, блок выбора фазы, .первый вход которого подключен к обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения, второй — к обмотке напряжения нулевой последовательности трансформатора напряжения, а выход— к управляющему входу блока подключения фазы, блок памяти,, первый вход которого подключен к выходу измерительного органа, источник оперативного тока, соединенный с дополнительной обмоткой однофазного согласующе- го трансформатора, и 1С-цепочки, каждая из которых состоит из последовательно включенных конденсатора, резистора и ключа, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности сети и улучшения Е условий электробезопасности, в него введены преобразователь сигнала, блок формирования команд и блок демпфирования, выполненный в виде последовательно соединенных резисто- O ра и ключа и включенный параллельно вторичной обмотке однофазного согласующего трансформатора, причем вторые выводы конденсаторов Рс-цепочек подключены к второму выводу первичной обмотки однофазного согласующего трансформатора, а вторые выводы ключей указанных цепочек соединены с вторым выводом второго 1

1 трансформатора тока, первый вход преобразователя сигнала подключен к выходу блока памяти, второй — к первому трансформатору тока, первый выход преобразователя сигнала соединен с управляющим входом блока переключения ответвлений, второй — с управляющими входами ключей С -цепочек, вход блока формирования команд подключен к обмотке напряжения нулевой последовательности трансформа11 тора напряжения, первый выход его соединен с управляющим входом источника оперативного тока, второй — с вторым входом блока памяти, а третийс управляющим входом ключа блока демпфирования, причем преобразователь сигнала содержит подключенный к его первому входу блок сравнения, который через триггер направления т подсоединен к первому входу реверсивного счетчика, первый выход которого подключен к первому входу цифроаналогового преобразователя и через первый дешифратор — к первому выходу преобразователя сигнала, к второму входу преобразователя сигнала подключен формирователь прямоугольных импульсов, выход которого соединен с входом делителя и управляющим входом ключа генератора прямоугольных импульсов, выход делителя соединен с первым входом логического элемента

ИЛИ, выход генератора прямоугольных импульсов подключен к второму входу логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторим входом реверсивного счетчика, второй выход последнего подключен ко второму входу цифроаналогового преобразователя и через второй дешифратор — к второму выходу преобразователя сигнала, причем выход цифроаналогового преобразователя соединен со вторым входом сравнивающего устройства, а блок формирования команд содержит подключенные к его входу последовательно соединенные первые пороговый орган и орган выдержки времени, два выхода которого подключены к соответствующим выходам блока, и подключенные к тому же входу последовательно соединенные вторые пороговый орган и орган выдержки времени, выход которого подключен к третьему выходу блока.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим сетям.

Известны устройства для компенсации емкостей и активной составляющей тока однофазного замыкания на землю С13.

Недостатком таких устройств является сложность как самих устройств, так и обеспечения точной компенсации,16 поскольку регулирование должно производиться одновременно по двум каналам (реактивной и активной составляющей). При возникновении однофазного замыкания на землю через место 15 повреждения, как правило, протекает медленно затухающая апериодическая составляющая, обусловленная действи-. ем компенсирующего аппарата, которая затягивает гашение заземляющей дуги 20 и приводит к увеличению напряжений прикосновения и шага в переходных процессах.

Известно также устройство для компенсации активной составляющей тока 25 однофазного замыкания на землю, содержащее последовательно соединенные трехфазный трансформатор, блок выбора напряжения (фазы) и однофаэный

2 трансформатор, первичная обмотка которого подключена к нейтрали сети (21.

Однако данное устройство не обеспечивает компенсацию емкостного тока замыкания на землю и должно использоваться совместно, например, с дугогасящими катушками.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для компенсации тока однофазного замыкания на землю, электрической сети, содержащее однофазный согласующий трансформатор, первичная обмотка которого включена между нейтралью сети и землей, последовательно включенные трехфазный трансформатор, блок подключения фазы, вторичную обмотку однофазного согласующего трансформатора, блок переключения, RC-цепочки, а также блок выбора фазы, измерительный орган, блок управления С31.

Однако область применения.известного устройства ограничена, поскольку в сетях с токами замыкания 10А и более емкость конденсатора РС -цепочек должна быть большой, а диапазон

1111225 регулирования тока компенсации недостаточен.

Цель изобретения — повышение надежности сети и улучшение условий электробезопасности.

Для достижения поставленной цели в устройство для компенсации тока однофазного замыкания на землю электрической сети, включающее однофазный согласующий трансформатор, один вывод первичной обмотки которого соединен с нейтралью силового трансформатора, подключенного к сети, питаемый от сети трехфазный трансформатор и подсоединенный к нему блок подключения фазы, силовой вывод которого соединен с силовым входом блока переключения ответвлений вторичной обмотки однофазного согласующего трансформатора, вывод которой через первый трансформатор тока соединен с нейтралью вторичной обмотки упомянутого трехфаз.- . ного трансформатора, второй трансформатор тока, первый вывод которого подключен к земле, измерительный орган, первый вход которого подключен к второму трансформатору тока, а второй — к обмотке напряжения нулевой последовательности трансформатора напряжения, блок выбора фазь1, первый вход которого подключен к обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения, второй — к обмотке напряжения нулевой последовательности трансформатора напряжения, а выход— к управляющему входу блока подключения фазы, блок памяти, первый вход которого подключен к выходу измерительного органа, источник оперативного тока, соединенный с дополнительной обмоткой однофаэного согласующего трансформатора, Wa -цепочки, каждая из которых состоит из последовательно включенных конденсатора, резистора и ключа, введены преобразова( тель сигнала, блок формирования команд и блок демпфирования, выполненный в виде последовательно соединенных резистора и ключа и включенный параллельно вторичной обмотке однофазного согласующего трансформатора, причем вторые выводы конденсаторов

kC-цепочек подключены к второму выводу первичной обмотки однофазного согласующего трансформатора, а вторые выводы ключей указанных цепочек соединены с вторым выводом второго трансформатора тока, первый вход преобразователя сигнала подключен к,.5

10 !

S5 выходу блока памяти, второй — к первому трансформатору тока, первый выход преобразователя сигнала соединен с управляющим входом блока переключения ответвлений, второй — с управляющими входами ключей kp -цепочек, вход блока формирования команд подключен к обмотке напряжения нулевой последовательности трансформатора напряжения, первый выход его соединен с управляющим входом источника оперативного тока, второй " с вторым входом блока памяти, а третийс управляющим входом ключа блока демпфирования.

Преобразователь сигнала содержит подключенный к его первому входу блок сравнения, который через триггер направления подсоединен к первому входу реверсивного счетчика, первый выход которого подключен к первому входу цифроаналогового преобразователя и через первый дешифратор — к первому выходу преобразователя сигнала, к второму входу преобразователя сигнала подключен формирователь прямоугольных импульсов, выход которого соединен с входом делителя и управляющим входом ключа генератора прямоугольных импульсов, выход делителя соединен с первым входом логического элемента ИЛИ, выход генератора прямоугольных импульсов подключен к второму входу логического элемента ИЛИ выход которого соединен с вторым входом реверсивного счетчика, второй выход последнего подключен к второму входу цифроаналогового преобразователя и через второй дешифратор — к второму выходу преобразователя сигнала, причем выход цифроаналогового преобразователя соединен с вторым входом сравнивающего устройства.

Блок формирования команд содержит подключенные к его входу последовательно соединенные .первые пороговый орган и орган выдержки времени, два выхода которого подключены к соответствующим выходам блока, и подклю:енные к тому же входу последовательно соединенные вторые пороговый орган и орган выдержки времени, выход которого подключен к третьему выходу блока.

На фиг. 1 представлена блок схема предлагаемого устройства; на фиг.2— функциональная схема преобразователя сигнала, на фиг. 3 - функциональная

5 схема блока формирования команд, на фиг. 4 - схема блока выбора фазы.

Трехфазный трансформатор 1 питает электрическую сеть, параметры которой относительно земли можно пред ставить в виде набора 2 емкостей и активных сопротивлений. К нейтрали трехфазного трансформатора 1 подключен однофазкый согласующий трансформатор 3. Второй вывод трансформатора

3 соединен с kC -цепочками 4, состоящими из последовательно соединенных конденсаторов 5, резисторов 6 н ключей 7. Силовые выводы последних через трансформатор 8 тока подключены к земле, К дополнительной обмотке трансформатора 3 подключен источник

9 оперативного. тока. Трехфаэнйй трансформатор 10 соединен с блоком

11 подключения фазы. Нейтраль вторичной обмотки трансформатора 10 через трансформатор 12 тока соединена с одним из выводов вторичной обмотки трансформатора 3. К ответвлениям (отпайкам) вторичной обмотки.последнего подсоединен блок 13 переключения ответвлений, силовой вход которого соединен с силовым выходом блока 11 °

Управляющий вход блока 11 соединен с выходом блока 14 выбора фазы, один вход которого подключен к обмотке фазных напряжений, а другойк обмотке напряжения нулевой последовательности трансформатора 15 напряжения. Первый вход измерительного органа 16 подключен к трансформатору 8 тока,а второй — к обмотке на-, пряжения нулевой последовательности трансформатора 15. Блок 17 демпфирования состоит из последовательно соединенных резистора 18 и ключа 19 и включен параллельно вторичной обмотке трансформатора 3. Нреобразователь 20 сигнала первым входом подключен к выходу блока 21 памяти,.вторым к трансформатору 12 тока. Вход блока 22 формирования команд соединен с обмоткой напряжения нулевой последовательности трансформатора 15. Первый выход блока 22 соединен с управляющим входом источника оперативного тока, второй — с вторым входом блока памяти, а третий - с управляющим входом ключа блока демпфирования

Первый выход преобразователя 20 сигнала подключен к управляющему входу блока 13 переключения ответвлений, 111225 6 второй — к управляющим входам ключей 7 С -цепочек 4.

Блок 11 подключения фазы содержит три ключа, подсоединенные к соответствующим фазам трансформатора 10.

Выходы этих ключей объединены. Логические входы блока подключения соединены с управляющими входами соответствующих ключей блока 11.

Выбор фазы, на которой произошло замыкание на землю, определяется по величине напряжения данной фазы отиосительно земЛи. Сигнал, снимаемый с обмотки напряжения нулевой последовательности трансформатора 15, является подтверждением режима однофаэного замыкания на землю.

Блок 14 (фиг. 4) содержит блок преобразования 38 напряжения нулевой .последовательности, блоки 39-41 преобраэовачня напряжения фаза — земля в логический сигнал с уставкой по напряжению, логические элементы

И 42-44 и логический элемент ИЛИ 45.

Для измерения параметров изоляции фаз сети относительно земли служит измерительный орган 16, на один вход которого подается напряжение с трансформатора 15, а на другойток с трансформатора 8 тока. В измерительном органе осуществляется деление тока на напряжение, что обеспечивает появление на выходе измерительного органа сигнала, пропорционального проводимости иэоляции фаэ сети относительно земли. Этот сигнал подается на первый вход блока 21 памяти.

Преобразователь 20 сигналов содержит блок 23 сравнения, триггер 24 направления, реверсивный счетчик 25, первый дешифратор 30, второй дешифратор.31, формирователь 26 прямоугольных импульсов, делитель 27, генератор 28 прямоугольных импульсов, логический элемент ИЛИ 29 и цифроаналоговый преобразователь 32.

Преобразователь 20 сигналов для регулирования тока компенсации имеет два выхода: первый выход подсоединен к блоку 13 переключения ответвлений, второй — к ключам 7, коммутирующим С -цепочки. Блок 13 переключения обеспечивает коммутацию ответвлений вторичной обмотки однофазного трансформатора 3, На первый вход блока 20 подается сигнал с блока 21 памяти о величине проводимости изоляции сети относи35

45 .

Оое- йр Ucp !

Йиь

7 111 тельно земли, а на второй — синхрониэирующий сигнал от трансформатора

12 тока. Сигнал от блока 21 памяти является задающим J>. Блок 20 определяет такое положение. ответвлений в блоке 13 и состояние ключей 2, чтобы ток компенсации равнялся первой гармонике тока однофазного замыкания на землю. При изменении параметров сети относительно земли в

50 нормальном режиме (например, при увеличении проводимости) возникает рассогласование между сигналом задания

Uy блока 21 и сигналом обратной свя-. зи U блока 20. В результате этого блок 20 обеспечивает переключе15 ние ответвлений вторичной обмотки трансформатора 3 в сторону их уменьшения. Если при этом сигнал обратной связи Uq< блока 20 отличается от сигнала U при переключении на минималь20 ное число ответвлений, происходит подключение следующей ЙС-цепочки, а ответвления устанавливаются на максимальное число витков. Далее процесс повторяется до наступления равенства

0ос "0 с определенной точностью (+2X). Таким образом, прн регулировании тока компенсации переключения осуществляются ответвления вторичной обмотки трансформатора 3 и переключе- З0 ние RC -цепочек.

Блок 22 формирования команд содержит два пороговых органа 33 и 34, два органа 35 и 36 выдержки времени.

Органы 33 и 35 работают в режиме однофазного замыкания на землю, органы

34 и 36 — при возникновении феррорезонансных явлений. Введение органа выдержки времени позволяет отстроиться от случайных кратковременных повышений напряжения нейтрали.

B нормальном режиме работы сети . блок 22 разрешает работу источника

9 оперативного тока и блока 21 памяти, а при возникновении однофаэного замыкания на землю он подает сигналы на источник 9 оперативного тока (бло кирует его) и на блок 21 памяти на запоминание параметров изоляции фаэ сети относительно земли, при этом выходной сигнал блока 21 памяти остается неизменным (до исчезновения замыкания).

В нормальном режиме работы в сеть вводят оперативный ток с помощью источника 9 оперативного тока и пос» тоянно измеряют емкость сети отно1225 8. сительно земли. Для этой цели служит измерительный орган 16, .на один вход которого подается напряжение с трансформатора 15 напряжения, а на другой— ток с трансформатора 8 тока. На выходе измерительного органа 16 появляется сигнал, пропорциональный провддимости фаз сети относительно земли, который подается на первый вход блока 21 памяти. В нормальном режиме этот сигнал не запоминается, а передается на первый вход преобразователя

20 сигнала. Преобразователь 20 в зависимости от значения емкости сети определяет состояние блока 13 переr ключения ответвлений (подключается то или иное ответвление) и количество включенных в нейтрали 1 С-цепочек. При возникновении однофазного замыкания на землю, например, фазы А (связь 32) блок М выбора фазы обеспечивает выбор, а блок 11 — подключение фазы А трансформатора 10 к вторичной обмотке трансформатора 3. На первичной обмотке трансформатора 3 появляется напряжение 0щ, которое больше напряжения нейтрали. Эта разность напряжений прикладывается к

RC- цепочкам и обеспечивает протекание через место замыкания компенсирующего тока.

Ток компенсации в этом случае равен где iq — сопротивление, определяемое аднофазным согласующим трансформатором и Q0 -цепочкой;

Ц „ - напряжение, вводимое в сеть;

0+ — фазное напряжение источника питания поврежденной фазы, U — напряжение поврежденной

> фазы.

При полной компенсации ток 3 равен току однофазного замыкания на землю или где 4 — сопротивление изоляции сети относительно земли.

1111225

Отсюда

u„- ц (Жя+11 (1)

При больших активных сопротивлениях изоляции фаз выражение (1) может быть представлено

U„=0 4, —, - 1)

Входящее в выражение {1) <и и 10 соответственно проводимость J> измеряются устройством 16 (измерительным органом). В зависимости От значения р преобразователь 20 выбирает величины РС -цепочек и устанав- 15 ливает величину вводимого напряжения

Up< {соответствующее ответвление вторичнои обмотки трансформатора 3). В этом. случае ток основной частоты через место замыкания не протекает. 20

Наличие нескольких С-цепочек позволяет обеспечить необходимый диапазон изменения Ppq

На период замыкания на землю блок 22 формирования команд блокиру- 25 ет работу источника 9 оперативного тока и подает сигнал на блок 21 памяти на запоминание параметров изоляции фаз сети относительно земли, при этом выходной сигнал блока 21 3g памяти остается неизменным (до исчезновения замыкания).

Для защиты от возможных феррорезонансных явлений предусмотрен блок демпфирования, который поцключается параллельно вторичной обмотке трансформатора 3 при возникновении указанных явлений. Блок 22 формирования команд в зависимости от величины напряжения смещения нейтрали подает 1О сигнал на включение блока демпфирования.

При неизменной мощности„ расходуемой на создание компенсирующего тока, переход от низковольтных конденсаторов к высоковольтным сопровождается уменьшением величины и габаритон емкостей QC -цепочек. Пренебрегая величиной можно записать к,"sp > Uíí 4н, к ®<458 к .

4С - А —, 03я ъ у

t где дк — компенсирующий ток в месте замык ния на землю при размещения емкости на стороне низкого напряжения; — компенсирующий ток в месте замыкания на землю при размещении емкости на стороне высокого напряжения, О Н вЂ” напряжение на высокой стороне, 1 „н — напряжение на низкой стороне, ьС„ - емкость„ установленная на стороне низкого напряжения, аС вЂ” емкость, установленная на стороне высокого напряжения.

Применение предлагаемого устройства обеспечивает точную компенсацию тока однофазиого замыкания на землю

ОснОВнои частоты что позВОлит су щественно повысить надежность электрической сети, улучшить условия электробезопасности для персонала, обслуживающего электроустановки, а также упростить исполнение и эксплуатацию системы компенсации в целом.

1111225

1111225 юРj о ф/5 аУР . о у4

ВНИИПИ . Заказ 6322/42 Тираж 613 Подписное

Фклиап ППП Иатвкт г.Ужгород, .ул.Проектная, 4