Воздушная линия электропередачи с фильтром выявления несимметричного режима

 

1. ВОЗДУШНАЯ ЛИНИЯ ЭЛЕКТРО .ПЕРЕДАЧИ С ФИЛЬТРОМ ВЫЯВЛЕНИЯ НЕСИММЕТРИЧНОГО РЕЖИМА, содержащим фильтр токов нулевой последовательности, состоящий из трех индукционных -преобразователей тока, расположеннь1х вблизи токопроводов и соединенных последовательно, подключенный на обмотку первого реле, замыкающий контакт которого включен в цепи питания реле сигнализации замыкания на землю , отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности функционирования путем обеспечения защиты как при замьжании на земпю, так и при обрьше проводов, в нее дополнительно введены комбинированный фильтр токов нулевой и обратной последовательности, второе реле, реле сигнализации обрьша, при этом выход комбинированного фильтра токов подключен к обмотке второго реле, замыкающий контакт которого последовательно с размыкающим контактом первого реле включен в цепи питания реле сигнализации обрыва, при этом указанный комбинированный фильтр токов нулевой и обратной последовательности содержит три индукционных преобразователя тока, расположенных вблизи токопроводов и соединенных последовательно, индукционные преобразователи тока, расположенные под крайними токопроводами включены встречно, а индукционный преобразователь тока, распо.юженный под средним токопроводом, включен согласно с индукционным преобразователем тока , расположенным под токопроводом отстающей фазы, каждый из указанных индукционных преобразователей тока расположен на одинаковом расстоянии (Л от соответствующего токопровода в плоскости, нормальной токопроводам воздушной линии, причем параллельно среднему индукционному преобразователю тока включен конденсатор, емкость которого на промышленной частоте выбирают из условия резонанса с индуктивностью этого преобразователя . ю хэ 2, Линия электропередачи по п.1, отличающаяся тем, что при расположении токопроводов линии треугольником, индукционные преобразователи тока расположены параллельно основанию равнобедренного треугольника, вершины которого составляют указанные токопроводы, а отношение числа витков преобразователя , расположенного под средним токопроводом , к числу витков любого из других индукционных преобразователей определяют из выражения 4лГзлЧ(н-мЧ1) Q(hHO KH-HH4D

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ фъ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Л..

К,АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ указанный комбинированный фильтр токов нулевой и обратной последовательности содержит три индукционных преобразователя тока, расположенных вблизи токопроводов и соединенных последовательно, индукционные преобразователи тока, расположенные под крайними токопроводами включены встречно, а индукционный преобразователь тока, расположенный под средним токопроводом, включен согласно с индукционным преобразователем тока, расположенным под токопроводом отстающей фазы, каждый из указанных индукционных преобразователей тока расположен на одинаковом расстоянии от соответствующего токопровода в плоскости, нормальной токопроводам воздушной линии, причем параллельно среднему индукционному преобразователю тока включен конденсатор, емкость которого на промышленной частоте выбирают из условия резонанса с индуктивностью этого преобразователя.

2. Линия электропередачи по п.l, отличающаяся тем, что при расположении токопроводов линии треугольником, индукционные преобразователи тока расположены параллельно основанию равнобедренного треугольника, вершины которого составляют указанные токопроводы, а отношение числа витков преобразователя, расположенного под средним тоKoITpoBopoM> к числу ВНТКоВ любого из других индукционных преобразователей определяют из выражения

4 Бл ((н-h) г 1

Д() г+ Р )(ц Н)) Р ) (21) 3758292/24-07 (22) 22.05.84 (46) 15. 11.85. Бюл. У 42 (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени институт инженеров сельскохозяйственного производства им.В.П.Горячкина i(72) И.Г.Беляков, P.Ø.Ñàãóòäèíîâ и Л.Д.Суров (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР—

У 162208, кл. Н 02 Н 3/16, 1961.

Авторское свидетельство СССР

У 253216, кл. Н.02 Н 3/16, 1965. (54)(57) 1. ВОЗДУШНАЯ ЛИНИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ФИЛЬТРОМ ВЬИВЛЕНИЯ НЕСИММЕТРИЧНОГО РЕЖИМА, содержащим фильтр токов нулевой последовательности, состоящий из трех индукционных .преобразователей тока, расположенных вблизи токопроводов и соединенных последовательно, подключенный на обмотку первого реле, замыкающий контакт которого включен в цепи питания реле сигнализации замыкания на землю, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности функционирования путем обеспечения защиты как при замыкании на землю, так и при обрыве проводов, в нее дополнительно введены комбинированный фильтр токов нулевой и обратной последовательности, второе реле, реле сигнализации обрыва, при этом выход комбинированного фильтра токов подключен к обмотке второго реле, замыкающий контакт которого последовательно с размыкающим контактом первого реле включен в цепи литания реле сигнализации обрыва, при этом

1д1) g Н 02 J 3/00, Н 02 Н 5/10,3/16

1192029 воды, а отношение числа витков ин.дукционного преобразователя, расположенного под средним токопроводом, к числу витков любого иэ других индукционных преобразователей тока определяют из выражения где 3 — половина расстояния между крайними токопроводами линии электропередачи, м

Н вЂ” высота среднего токопровода линии электропередачи относительно крайних, м дом линии электропередачи,м, Я вЂ” добротность контура, состоящего из индукционного преобразователя, расположенного вблизи .среднего токопровода линии электропередачи, и конденсатора.

3. Линия электропередачи по п.1, отличающаяся тем, что при расположении токопроводов линии в. одной плоскости параллельно друг другу, индукционные преобразователи тока расположены параллельно линии, проходящей через указанные токопрогде 3 — половина расстояния между крайними токопроводами линии электропередачи, м; и — расстояние между каждым ин-. дукционным преобразователем тока и соответствующим токопроводом линии электропередачи, м 1 — добротность контура, состоящего из индукционного преобразователя, расположенного вблизи среднего токопровода, и конденсатора. расстояние между каждым ина дукционным преобразователем 4 s(h+в) и соответствующим токопрово- 9(h i4D ) Изобретение относится к воздушным линиям, оборудованным релейной защитой, и может быть использовано в технике релейной защиты и противоавар -йной автоматики в электрических уста- S нонках.

Целью изобретения является повышение надежности функционирования путем обеспечения защиты как при замыкании на землю, так и при обрыве про- 1© водов.

На чертеже показаны схемы соединения комбинированного фильтра токов нулевой и обратной последовательности, фильтра токов нулевой последова- 1З тельности, схема соединений контактов и обмоток реле сигнализации замыкания на землю и обрыва провода.

Вблизи токопроводов 1, 2 и 3 расположены три индукционных преобразо- 20 вателя тока 4, 5 и 6, соединенные последовательно и образующие фильтр токов нулевой последовательности.

Комбинированный фильтр токов нулевой и обратной последовательности .состоит из трех индукционных преобразователей тока 7, 8 и 9, причем параллельно среднему индукционному . преобразователю тока 8 включен конденсатор 10, емкость которого составляет резонанс с индуктивностью этого преобразователя. Индукционные преобразователи тока 7 и 9, расположенные под крайними токопроводами 1 и 3, включены встречно, а индукционный преобразователь тока 8, расположенный под средним токопроводом 2, вклю" чен согласно с индукционным преобразователем тока 9, расположенным под токопроводом отстающей фазы 3.

Каждый из укаэанных индукционных преобразователей тока 4-9 расположен на одинаковом расстоянии от соответ- ствующего токопровода 1, 2 и 3 в плоскости, параллельной токопроводам, параллельно основанию равнобедренного треугольника, в вершинах которого находятся указанные токопроводы. Выход фильтра токов нулевой последовательности подключен на обмотку первого реле 11, а выход комбинированного фильтра токов нулевой и обратной последовательности подключен на обмотку второго реле 12.

14 Тр)з 1ПЯ

1ь =Т, s,in (ut-1 20 )

=I sin(et+120 ) 50 з 11920

Замыкающий контакт 13 первого ре"t ле 11 включен в цепь питания реле сигнализации замыканий на землю 14.

Замыкающий контакт 15 второго реле включен последовательно с размыкающим контактом 16 первого реле 11 в цепи питания реле сигнализации обрыва 17.

В нормальном режиме работы воздушной линии электропередачи по токопро-10 водам 1, 2 и 3 протекают соответственно рабочие токи нагрузки, являющи еся токами прямой последовательности

Для каждого индукционного преобразователя тока 4-9 от токов нагрузки (1),. протекающим по проводам 1, 2 и 3, значение проекций магнитной индукции на его ось определяется э

 = . i — — 1 —, (2)

cosa k

1 k

J 25 где i. — ток, протекающий по проводам;

cos OC — косинус угла между ортого1к налью линии, соединяющей провод 3 с индукционным преобразователем тока k, и осью этого индукционного преобразователя тока; к — расстояние между проводом

j и индукционным преобразо35 вателем тока k.

Индукционные преобразователи тока 4 и 7,5 и 8,6 и 9 попарно расположены на одинаковых расстояниях до токопроводов 1, 2 и 3. Поэтому для каждой пары преобразователей удельное,эначение ЭДС, которое пропорционально значению магнитной индукции (2), определяется выражением с учетом геометрических размеров по чертежу

НЬ . Ь =е=- — „A (Pih)iD* B h 40 н-ь н и Н 1,)*рг " П (H h)г+Рг

H+h . е=е =

9 4г+4Р ". (q+h)г Рг И

29 4

Из (3) определим сумму ЭДС преобразователей тока 4 и 6

2{НЬ) .

1, и h +4O (ihptaг (4)

1 h

Ф вЂ” + ) h > y 4 р г !

Прибавив и вычтя из (4) - — Ь /1 -„„„„, Ь, после преобразования получим

h 1.

2(utah) (1 h g (Н )г рг ) h h 44Р% Ь

Поскольку в соответствии с (1)..

iA+iB+i =0, выражение (5) примет вид

2(Н+h)

4 6 (11 h)* Vò ) ),г 4раJ Ь.

С учетом того, что для получения больших выходных сигнаЛов в реальных конструкциях обычно h«H и 1г4 Р

2(н Ц можно считать, что, (H h) tg выражение (6) записать в виде

2(utah) 1, Ф Ь h 1,г. 40 (i h)ã, I ° (7) Запишем выращение (3) для ЭДС Яу индукционного преобразователя 5 в виде ! . H-h (8) Поскольку в системе токов прямой последовательности (1) i +i

А с Ьг выражение (8) примет вид

1. Й1 . 1 H h

e,-, h (l1ih) . Р h (Н4-И) iрг ..Таким образом, условие получения фильтров токов нулевой .последователь. ности можно записать

H-h е.е е =--.

5 4 6 h (Й 1,)г+Рг) Ь 2(Hah)

+ l

4Sà (Н h) i Р2 Ь

1 Н Л 1 )1 2(н+1) или

Т (н-h) +Р и h +4Р (Н+1) +Р

Для получения выходного сигнала.фильтров токов нулевой последова-. тельности, равного нулю, от токов (1) необходимо, чтобы 4+ 0 + PB.=0.

Так как в общем случае условие (9) не удовлетворяется нри реальных значениях D, Н, h, фильтр токов нулевой

1192029

Гц (3) с учеj (0L 8+160) т с1

Н-4

m

8 (Hh)".Qx

Р

1М в.

g8(1- h47? 15(cq

j (CCЕ-<&О)

С(С1

S последовательности можно выполнить подбором чисел витков индукционных преобразователей тока 4, 5 и 6, т.е.

Е +E4+E)=W(X +W)E +W E)=0 (10)

Если. принять, vTo W<=W, вие (9) запишется в виде (1, Н-Ь 1 „f1 g г(Н.Ь) (Н-h) ф )г) (" "ã 4дг (Н+11)г13 1О откуда отйошение числа витков преобразователей тока 5, расположенного вблизи среднего токопровода 2, к числу витков преобразователей тока 4 и

6 расположенных вблизи крайних токопроводов 1 и 3, определяется по выражению

2(Hi hl

1й h h 4Рг (Н Ь) 0 20

Ф ф 1 Нh

h (Н-h)2 1аг

Если по проводам 1, 2 и 3 протека. ют токи обратной последовательности, то на выходе фильтра токов. нулевой последовательности суммарный сигнал (10) также будет равен нулю, так как и для системы токов обратной последовательности справедливо соотношеО ние i +i +i =О, которое полоk(T) S(z) с(г) жено в. основу подбора чисел витков индукционных преобразователей тока

4 5 и 6 для получения фильтра токов нулевой последовательности.

Появление в сети емкостных токэв, 35 например, при замыкании на землю фа-: зы В которые протекают по токопроФ водам1, 2и 3 б

Определим условие получения выходного сигнала, равного нулю, от токов нагрузки (1) на комбинирован ном фильтре токов нулевой и обратной последовательности 7, 8, 9 и

10.

Индукционные преобразователи тока 7, 8 и 9 соединены последовательно и расположены под токопроводами соответственно 1, 2 и 3. Индукционные преобразователи тока 7 и 9, расположенные под крайними токопроводами 1 и 3, включены встречно, а индукционный преобразователь тока 8, расположенный под средним токопроводом 2, включен согласно с индукционным преобразователем тока 9, который расположен под токопроводом 3. При принятой системе обозначений (1) фаза тока, протекающего по токопроводу 3, является отстающей по сравнению с фазой тока, протекающего по токопроводу 2.

Подключение параллельно среднему индукционному преобразователю тока

8 конденсатора 10, емкость которого составляет резонанс с индуктивностью этого преобразователя х =х, приводит к тому, что напряжение U на выв ходе преобразователя будет опережать его ЭДС Кз (3) на 90 и будет отличаться от Г в Q=xe/R раз, где xL

R — - соответственно индуктивное и активное сопротивления преобразовате. ля 8, т.е. при х =x с

Преобразовав выражение том (1), получим

Н-h 1

)1 "6 (" Ь с1 (Н h) г где п — отношение полного тока замыкания на землю к собственному емкостному току в месте установки фильтра (I < ). вызовет появление на выходе фильтра

50 токов нулевой последовательности,. соединенного из трех последовательно соединенных индукционных преобразователей тока 4, 5 и 6, сигнала, пропорционального току нулевой после-55 довательности, так как

4(С) b(C) С(С) О (13) НФ-Ни+аг, Т,„е(и (с -<20 1.

Ь((н-ь1 +э "

Подставив (13) в (12), получим значение напряжения на выходе преобразователя 8, параллельно которому включен конденсатор 10

Q(H -НЬ О )

51„(ы зо) (14)

8 ),((Н h) + j

Разность ЭДС Y и 1 „крайних преобразователей 9 и 7, включенных пос(16)

Вь х 9 3

Н+ (i

4 С4

7 11920 ледовательно встречно в соответствии с (1) и (3), равна = 4(b b",4O i" в (Н, ),Р

2 (Н1.1 )2+Р2) с )12ь4Р2 )1 ) (с 4) (2

4 "ЕР

I s n(ua+1ЗО). (1 )

h(h Р ) а

Синусоидальные величины (14) и (15) находятся в противофазе, амплитуды их не равны между собой.

Для .получения на выходе комбинированного фильтра токов нулевой и обратной последовательности, состоящего из трех индукционных преобразователей . тока 7, 8 и 9, соединенных последова.— тельно, причем один из крайних преобразователей 9 включен встречно с другим, а параллельно среднему преобразователю 8 включен конденсатор 10, сигн ла равного нулю при протекании по токопроводам 1,2 и 3 токов прямой последовательности (1), необходимо, чтобы амплитуды величин (14) и (15) были равны между собой. Это достигается путем подбора чисел витков W средне8 го преобразователя 8 относительно числа витков W> крайних преобразователей 7 и 9 из условия, что ЭДС преобразователей пропорциональны произведению чисел витков соответствующих преобразователей на амплитудные зна-. чения выражений (14) и (15) 7 9 8 8

Ф, 09-0, 4.5Р Ь((Н4) iD 2

Ъ 06 h(b 4в ) Q(H -HhiD )

Ф Гъ 0 ((Н-b) +Р ) () 45

Q(h . (Н Н ..)

При расположении проводов воздушной линии в одной плоскости параллельно друг другу и индукционных преобразо-. вателей тока параллельно линии, проходящей через указанные токопроводы, когда Н=О, отношение чисел витков преобразователя, расположенного вблизи среднего токопровода, к числу витков любого из крайних преобразова- 5З телей должно быть равно

WÂ,4\ГЗ(Ь +02 ) (18) у я(Ь2+492 ) 29 8

Появление в сети емкостных токов (11), например, при замыкании на землю фазы В, которые протекают по проводам 1, 2 и 3, обуславливает наведение в среднем преобразователе

8 ЭДС 8(,, которая после подстановки (11) в (3) определяется по н-ь

В<с) 1 S(c1 Li A«)" С(с0 („h), )о(в Я(Н-b) j4h(«е + I e (Н+b)21В2 Щ(с)

Ь H b 1o(,6

-4З?,1 ... Е (Н+Ь) i g2 разность ЭДС крайних преобразователей .9 и 7 будет равна

4D1

Р,.- .l)

) h(4*+4Dй)

40 р 1(Dа(+-1во) j(p ++ ) zp)

-(1 (Ь „, )

4D j(4 >4 90)

"" b(b24.4 2)

Таким образом, на выходе комбинированного фильтра при наличии в воздуш-! ной линии токов (11) замыкания на

1землю будет наблюдаться сигнал

0 6 -6

ЬЫХ(с) 9(cl t(cl,1 (4 8(с) ц 2 2) (И И-Ь 1 Wa1 j(4h(t O) При обрыве, например, провода 2 фазы В в сети будет протекать несимметричная система токов д4 - с

14 =?л,„ зin(+t-30) ()

s in (аз t-210)

1одставив (20) в (3), получим

4 h2+4D2 с h bii%D2 с

4D

I4hgc5in ((41t-210)

)1М 4П2) 9 h2+4D2 b с (11 b244D> с

МС 4М (4lt -210) .

И(b i 4D ) С тедовательно, при обрыве провода 2 на выходе. комбинированного фильтра будет сигнал, равный

9 .1

8D еих 9 Т 30 8 h(h2+4D2 ) мыс

s in (et-210) . (21)

Несимметричную систему токов (20) можно разложить на системы прямой (1) и обратной последовательности

i4(„=I м(,) s in ()Ю-60) .i8,(,) -I „) sin(et+60) (22) х- с(. ) = а(2) sin(vt-180)

Сигнал от системы токов прямой последовательности (1) на выходе комбинированного фильтра равен нулю при соблюдении условий (17) и (18).

Система токов обратной последовательности (22) наведет в среднем преобразователе 8 ЭДС

«)Ч8 t1

««-, 1 g В(2\ «2) «*> (Q г1+дъ) "8(1 .. Н h "8 ( щ I h 8(г) 6(г) ()1 ) }г D2 ф

2 J 8(г) ф h (()1 ))}2 р2) х f >1 s1n (b)4 4 60).

Разность ЭДС крайних преобразователей, 9 и 7 будет равна

43 ., 9 >

9(2) (2) q(h2$qpg) с(г) ц)) 4р ) . А(2)

ID

1ц<,,(ъп(ы1-iso -ü " (и1 601) м(г)

4рг

1,„(,,) ъ) и (,я1 - 2(0) .

t)(h i fp2 j

Следовательно, сигнал на выходе комбинированного фильтра от токов обратной последовательности (22) будет равен

8 =С -6 + дЯ ьых(2) 9(г} (2) + S(2) ((г 4рг) <(2)

V)8 (H2 НИФ22) . х Sin(ut,-21()) i Q З1 н(Ы -g(P)

%, h((H-))} +D2) 192029

10 После подстановки (17) в (23) получим

8-(3 рг ь = — — — — — -I s in (vt-210) . вых г h(h2 y4D2 ) (*)

5 (24) . С учетом того, что I =(3 Т (,,, выражение (24) аналогично (21).

В режиме замыкания на землю на фильтре токов нулевой последова)о тельностн 4, 5 и 6 и комбинированном фильтре 7, 8, 9 и 10 наводится

ЭДС, пропорциональная току замыкания на землю. Происходит срабатывание .первого 11 и второго реле 12, при этом замыкающий контакт 13 первого реле 11 замыкается и подается питание на катушку реле сигнализации замыкания на землю 14. По срабатыванию последнего определяется наличие в сети замыкания на землю. Замыкание контакта 15 второго реле 12 не приводит к срабатыванию реле сигнализации обрыва 17, так как в цепи его питания включен раэмыкающийся контакт 16 первого реле 11.

Обрыв какого-либо провода воздуш ной линии электропередачи приводит к тому, что на комбинированном фильтре 7, 8, 9 и 10 наводится сигнал, 3() включающий второе реле 12. В этом режиме сигнал на выходе фильтра то-, ков 4, 5 и 6 равен нулю, первое реле 11 не срабатывает и его замыкающий контакт 13 остается разомкнутым,. з5 а размыкающий контакт 16 — замкнутым.

Замыкающий контакт 15 замыкается и через замкнутый контакт 16 реле 11 подает питание на обмотку реле сигнализации обрыва 17, по срабатыванию

40 которого определяется наличие в сети обрыва.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство позволяет контролировать дифференциро)45 ванно два вида повреждений, что повышает надежность функционирования воздушной линии электропередачи.

1192029

Составитель Л.Васькова

Редактор А.Гулько Техред А.Ач . Корректор А.Зимокосов

Заказ 7168/52 Тираж 619 Подписное

ВНИИДИ 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