Устройство компенсации потенциала поврежденной фазы относительно земли

 

Изобретение относится к области защиты электрических сетей от Замыкания на землю и может быть использовано для .компенсации токов замыкания на землю и потенциала поврежденной фазы относительно земли в шахтных электрических кабельных сетях. Целью изобретения является повышение надежности работы сети и снижение установленной мощности устройства. Компенсация осуществляется за счет ввода основной ЭДС компенсации о. а также ввода дополнительной компенсирующей ЭДС ic через компенсирующий СЛ с В А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК л л

{51) 4 Н 02 Н 9 08 лл I

:;Ф

1 ф л л -л

1 лл !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ ПОТЕНЦИА-.

ЛА ПОВРЕЖДЕННОЙ ФАЗЫ OTHOCHTFJIbHO

ЗЕМЛИ (57) Изобретение относится к области защиты электрических сетей от замыкания на землю и может быть использовано для компенсации токов замыкания на землю и потенциала поврежденной фазы относительно земли в шахтных электрических кабельных сетях. Целью изобретения является повышение надежности работы сети и снижение установленной мощности устройства. Компенсация осуществляется за счет ввода основной ЭДС компенсации о а такС2 же ввода дополнительной компенсирую- я щей ЭДС (через компенсирующий

Г В A

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3710461/24-07 (22) 16.03.84 (46) 23.07.86, Бюп. №- 27 (71) Донецкий ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (72) Д,Н.Степанчук, А.А.Чупайленко, А.А.Беликов, Н.A.Ìàðêîâ и О.В.Мельник (53) 621,316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 858170, кл. Н 02 Н 9/08, 1979.

Степанчук Д.Н. и др. Исследование режима работы сети 3-85 кВ в условиях компенсации потенциала поврежденной фазы относительно земли. — Изв. высш, учеб, заведений. Энергетика, 1983, ¹ 1, с. 50-54.

„„SU„, 1246237 А 1

1246237,2О трансформатор 6. Величина этой дополнительной ЭДС устанавливается при помощи регулируемого трансформатора

10 заранее. и периодически меняется при планируемом изменении . емкости.

Компенсирующие ЭДС трансформируются через компенсирующий трансформатор 6 в сеть в противофазе с потенциалом поврежденной фазы относительно земли за счет встречного включения первичИзобретение относится к области защит электрических сетей от замыканий на землю, в частности к конструкции устройств компенсации токов замыкания на землю, и может быть ис- 5 пользовано, в первую очередь, для компенсации токов замыкания на земле и потенциала поврежденной фазы относительно земли в шахтных электрических кабельных сетях, специфика эксплуатации которых требует повышенной надежности и безопасности работы.

Кроме того, изобретение может найти широкое применение как в промышленности, так и в городких или сельских сетях, а также может быть использовано в высоковольтных и низковольтных сетях.

Целью изобретения является повышение надежности работы сети и снижение установленной мощности устройства.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства компенсации по- 2S тенциала поврежденной фазы относительно земли, на фиг. 2 — векторная диаграмма напряжений, на фиг. 3 схема блока выбора поврежденной фазы и цепей управления выключателями. gp

Изобретение состоит из трехфазного присоединительного трансформатора 1 с первичной 2 и вторичной 3 обмотками. Первичная обмотка 2, выполненная по схеме "звезда" с нулевой точкой, тремя фазами подключена к трехфазной защищаемой сети 4, а нулевая точка первичной обмотки 2 присоединительного трансформатора соединена с одним концом первичной обмотки 5 однофаз— ной и вторичной обмоток компенсирующего трансформатора 6, а для того, чтобы совпадало по фазе с фазой, опережающей поврежденную фазу, в цепь заземления обмотки компенсирующего трансформатора включают конденсатор 7. Назначением блока выбора поврежденной фазы является определение поврежденной фазы и включение соответствующих выключателей. 3 ил, ного комленсирующего трансформатора

6, а другой конец обмотки 5 заземлен через конденсатор 7. Вторичная обмотка 3 присоединительного трансформатора 1„ выполненная по схеме "звезда" с нулевой точкой, нулевой точкой соединена с одним концом вторичной обмотки 8 основного однофазного компенсирующего трансформатора 6, а другой конец обмотки 8 соединен с одним концом вторичной обмотки 9 регулируемого трансформатора 10. Вторичная обмотка 3 присоединительного трансформатора 1 соединена с основной 11 и дополнительной 12 триадами выключателей, которые соединены по схеме звезда" с нулевой точкой. Нулевая точка основной триады выключателей

11 соединена с одним концом первичной обмотки 13 регулируемого однофазного трансформатора 10, а другой конец обмотки 13 соединен с нулевой точкой вторичной обмотки присоединительного трансформатора 1. К сети подключен трехфазный трансформатор 14 напряжения, выход которого подсоединен к блоку 15 выбора поврежденной фазы, а один выход блока 15 подсоединен к цепям управления основной триады выключателей 11, другой выход блока 15 подсоединен к цепям управления дополнительной триады 12 выключателей.

Замыкание на землю в сети 4 осуществпяется в точке 16.

Принцип работы устройства заключается в создании электродвижущей силы,, которая может компенсировать напряжение., возникающее между повреж-! денной фазой и землей Как показали l0 (2,) 3 124 исследования, полная компенсирующая

ЭДС должна быть равна (фиг. 2): И а (1) где 1и — основная компенсирующая ЭДС, — дополнительная компенсируюФ щая ЭДС; — снимается с фазы вторичной обмотки 3 трансформатора 1, Нетрудно показать, что оа

Физический смысл формулы (2) заключается в том, что при условии полной компенсации весь ток замыкания на землю I проходит по цепи нулевой последовательности, т.е. по сопротиве лению Z, и создает на нем падение напряжения Z, Т, которому и должна быть равна дополнительная ЭДС f . 20

°

Эта сдвинута относительно f no фазе, а величина ее пропорциональна емкости сети. Угол сдвига Ч фазы вектора 1 относительно 8о определяется как 25

1 5Кт + r + 1у5Х Ес (1,5К + г ) h, -1,5X„ (3) где К Х вЂ” активное и индуктивное сопротивление компенсирую-, щего и присоединительного трансформаторов (они приняты одинаковыми по мощности), 35 — относительные потери в изоляции сети, r — сопротивление в месте за3 земления первичной обмотки

5 компенсирующего транс 40 форматора 1 °

Из формулы (3) видно, что направление вектора (не зависит от емкости сети. Из этого следует, что полную компенсацию можно обеспечить регулированием только по величине дополнительного вектора < .

В качестве источника может быть взята ЭДС фазы вторичной обмот- 50 ки 9, опережающей поврежденную фазу, как видно из векторной диаграммы на фиг. 2, но в противофазе (фиг. 2).

Как указывалось, f = Ха Z

Чтобы совпадало по фазе с фазой, опережающей поврежденную фазу, 6237 4 можно увеличить R<, но это также уве" личит и величину f>. Гораздо эффективнее уменьшить Х,, включив конденсатор соответствующей величины )( в цепь заземления обмотки компенсирующего трансформатора (фиг. 1). Величина Х определяется из условия

Х = Х вЂ” К с 30 ° (4)

Ф

При соблюдении условия (4) fy совпадает по фазе ЭДС опережающей фазы.

Если теперь введем в цепь компенсации 3, то мы достигнем полной ком пенсации потенциала поврежденной фа ы и тока в месте замыкания на землю.

Регулированием величины fy снимаемой с вторичной обмотки 9 регулируемого трансформатора 10, можно добиться минимума остаточного напряжения между поврежденной фазой и землей и тока в месте замыкания на землю при любом значен;m емкости сети.. Устройство работает следующим образом.

При возникновении замыкания на землю в одной из фаз сети срабатывает блок 15 выбора поврежденной фазы и замыкает выключатели в той же фазе в основной триаде 11 выключателей, и в опережающей фазе в дополнительной триаде 12 выключателей (включенные тиристорные выключатели на фиг; 1 заштрихованы). Согласно описанному принципу работы, компенсация осуществляется за счет ввода основной

ЭДС компенсации 7, а также ввода дополнительной компенсирующей ЭДС через компенсирующий трансформатор

6. Величина этой дополнительной ЭДС устанавливается при помощи регулируемого трансформатора 10 заранее и периодически меняется при планируемом изменении емкости сети. Возможна подрегулировка Т и в режиме замыкания на землю до достижения минимального уровня остаточного напряжения на поврежденной фазе.

Компенсирующие ЭДС трансформируются через компенсирующий трансформатор 6 в сеть в противофазе с потенциалом поврежденной фазы относительно земли за счет встречного включения первичной и вторичной обмоток основного компЕнсирующего трансформатора 6.

Назначением блока 15 выбора поврежденной фазы являются определение

1246?37 чены, При возникновении замыкания на землю, например, в фазе А,фазное нап- 30 ряжение этой фазы падает, реле 17 замыкает свой контакт 20 и выключатели ?3 (поврежденной фазы) и 28 (опережающей фазы) включаются.

Аналогично схема работает при за5 мыканиях на других фазах.

В изобретении уменьшается мощность регулируемого трансформатора, а также улучшается режим работы устройства компенсации за счет использования емкостного сопротивления вместо активного.

Это объясняется тем, что отношение активного Б. и индуктивного 1(, сопротивлений нулевой последовательности контура компенсации примерно равно 1:4 (фиг. 2). Чтобы добиться угла 1 = 30 необходимо либо увеличить R 9 либо уменьшить Х . Отношение Х, и R, должно быть равно

50 — tp 30 = 0,58

Х 9 о и (5) i K °

Если увеличить й>9zo R - = 6,9

Z, =«(Х + R = 6 99. о

Если уменьшить Х 9 то X> = 0,58Rp

0,58 поврежденной фазы и включение соот- . ветствуюших выключателей, Принципиальная схема блока приведена на фиг. 3. Реле 17-19 напряжения подключены на разные. напряжения к трансформатору 14 напряжения. Контакты

20-22 этих реле включены в цепи питания выключателей 11 и 12, Цепи питания выключателей 11 и 12. Цепи пита- 10 ния выключателей соединены попарно так, чтобы один выключатель из основной триады (например, 23) был соединен с выключателем из дополнительной триады (например, 24), включенным в 15 фазе, опережающей фазу, в которой включен соответствующий выключатель из основной триады (например, 23),.

Питание для выключателей 23-28 подается через контакты 29. 20

Блок 15 выбора поврежденной фазы работает следующим образом.

В нормальном режиме при отсутст- . вии замыкания на землю реле 17-19 напряжения находятся под напряжением, 25 а их контакты 20-22 разомкнуты. И соответственно все выключате>ти не вклюТаким образом, мощность регулируемого трансформатора в случае применения емкостного сопротивления в цепи заземления в n =-, †„ = 6 раз о о меньше, чем в случае применения активного сопротивления, Использование емкостного сопротивления в цепи заземления трансформатора компенсации в шесть раз уменьшает мощность регулируемого трансформатора и соответственно в шесть раз уменьшается величина падения напряжения на сопротивления нулевой последовательности регулируемого трансформатора. А это улучшает режим работы предлагаемого устройства компенсации.

Формула изобретения

Устройство компенсации потенциала поврежденной фазы относительно земли, содержащее трехфазный присоединительный трансформатор, компенсирующий и регулируемый однофазные трансформаторы, основную и дополнительную триады выключателей, трансформатор напряжения, блок выбора поврежденной фазы, элемент сопротивления, причем первичная и вторичная обмотки компенсирующего трансформатора включены в противофазе, первичная обмотка присоедйнительного трансформатора, соединенная по схеме звезда 9 своими тремя концами присоединена к трем фазам. защищаемой сети, а нулевой точкой соединена с одним концом первич— ной обмотки компенсирующего трансформатора, вторичная обмотка присоединительного трансформатора, соединенная по схеме "звезда", нулевой точкой соединена с одним концом вторичной обмотки компенсирующего трансформатора и с одним концом первичной обмотки регулируемого трансформатора, другой конец вторичной обмотки компенсирующего трансформатора соединен с одним концом вторичной обмотки регулируемого трансформатора, а выключатели основной и дополнительной триад, соединенные каждая по схеме

"звезда, подключены каждая своими тремя выводами к вторичной обмотке приссединительного трансформатора, нулевая точка основной триады выклю1246237

ННИИПИ Заказ 4014/49 ираж <12

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 чателей соединена с другим концом вторичной обмотки регулируемого трансформатора, нулевая точка дополнительной триады выключателей соединена с другим концом первичной обмотки регулируемого трансформатора, трансформатор напряжения своими входами подключен к защищаемой сети,а выходами к блоку выбора поврежденной фазы, выходы которого подключены к цепям управления выключателей основной и дополнительной триад, элемент сопротивления включен между другим концом первичной обмотки компенсирующего трансформатора и землей, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения надежности работы сети и снижения установленной мощности устройства, в качестве элемента сопротивления использован конденсатор.