Способ гашения дуги замыкания на землю в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью

 

Изобретение относится к электротехнике, а именво к средствам гашения дуги замыкания на землю в электрических сетях сизолированной нейтралью. Цель изобретения - повышение эффективности путем выявлениядугзамыкания, сопровождающихся опасными перенапряжениями. Способ гашения дуги заключается в фиксации скачков напряжения в наг1ряжении сети, определении временных интервалов между соседними скачками, выделении такой их серии, что интервалы между сосед- , ними скачками превышают заданную величину, и при наличии такой серии включении резистора в зоне нулевой последовательности сети. Величина серии может задаваться либо длительностью, либо числом скачков напряжения. Условием выбора сопротивления резистора может быть разряд емкостей сети за время, не превышающее заданного интервала между соседними скачками. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.слс

союз советских социАлистических

РЕСПУБЛИК (Я)5 Н 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изОБРетениям и ОткРытиям

API ГКНТ СССР (21) 4777795/07 (22) 05.01.90 (46) 23.02.92, Бюл. 1ч. 7 (71} Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (72) Л.Д. Зилес и Б.А. Сурвилло (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

1 л 1144166, кл. Н 02 Н 9/04, 1983.

2. Авторское свидетельство СССР

М 1220053, кл. Н 02 Н 9/04, 1984. (54) СПОСОБ ГАШЕНИЯ ДУГИ ЗАМЫКАНИЯ HA ЗЕМЛЮ В ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ

НЕЙТРАЛЬЮ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам гашения дуги замыкания на землю в электрических сетях с

Изобретение относится к электротехни-. ке, а именно к средствам прекращения дуги замыкания на землю в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью.

Как известно, эти замыкания являются причиной высоких перенапряжений в сетях с изолированной нейтрал ью, а также массовых повреждений трансформаторов напряжения контроля изоляции 6-35 кВ. Оба эти явления наблюдаются в сетях с малыми токами замыкания на землю, в которых не предусмотрена установка дугогасящих ре-. акторов.

Известен способ ликвидации дуги замыкания на землю, по которому при возникно- . вении замыкания, выявляемому, например, „„5+„„1714744 А1 изолированной нейтралью. Цель изобрете ния — повышение эффективности путем выявления дуг замыкания, сопровождающихся опасными перенапряжениями. Способ гашения дуги заключается в фиксации скачков напряжения в напряжении сети, определении временных интервалов между соседними скачками, выделении такой их серии, что интервалы между сосед. ними скачками превышают заданную величину, и при наличии такой серии включении резистора в зоне нулевой последовательно. сти сети. Величина серии может задаваться либо длительностью, либо числом скачков напряжения. Условием выбора сопротивле. ния резистора может быть разряд емкостей сети за время, не превышающее заданного интервала. между соседними скачками. 3 з.п.ф-лы, 3 ил..

l по появлению напряжения на нейтрали, определяют поврежденную фазу и замыкают ее на землю на подстанции. Этот способ реализован устройством Щ Он достаточно эффективен, однако его реализация требует применения коммутационных аппаратов,рассчитанных на полное напряжение сети, т.е. сравнительно дорогих, особенно, если речь идет о тиристорных коммутаторах.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, реализованный в устройстве (2). Этот способ заключается в контроле напряжения сети (в частности, напряжения нейтрали), в дифференцировании напряже-ния и включении резистора в цепь нулевой последовательности сети при условии, что

1714744

10

15 способу.

25

55 производная напряжения превосходит некоторую величину, задаваемую пороговым устройством. Как известно, резкие изменения напряжения (скачки} появляются при дуговых замыканиях в сети из-за повторяющихся пробоев дугового промежутка.

Однако известный способ недостаточно надежно определяет "опасные" дуги, сопровождающиеся высокими перенапряжениями. Происходит это потому, что результат дифференцирования напряжения зависит от двух факторов: значения скачка нап ряжения, а также от крутизны кривой напряжения в момент скачка. Если значение скачка напряжения определяется перенапряжением, то крутизна скачка, возникающего при очередном пробое дугового промежутка, определяется не столько дугой, сколько параметрами сети в данный момент. На спектр частот переходного процесса влияют, например, числа включенных линий и трансформаторов, параметры нагрузки, место замыкания и т.д. Поэтому пороговый блок в зависимости ьт режима сети будет реагировать на появление дуг с разнь!ми перенапряжениями, в том числе и с относительно малыми, если только крутизна скачков достаточно велика.

Замыкания с малыми перенапряжениями, во-первых, не представляют опасности для оборудования, во-вторых, попытки погасить такие дуги не имеют смысла, так как дуговой промежуток не выдерживает даже малого восстанавливающегося напряжения и дуга все равно не погаснет из-за наличия фазного напряжения на дуговом промежутке. Таким образом, в этой ситуации устройство, реализующее известный способ, будет работать напрасно, расходуя свой ресурс, приводя к потерям электроэнергии и т.д.

В других случаях это устройство не сможет надежно выявлять даже "опасные" дуги потому, что в некоторых режимах сети частота импульсов окажется низкой и не приведет к срабатыванию устройства.

Целью изобретения является повышение эффективности путем выявления дуг замыкания, сопровождающихся опасными перенапряжениями.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу гашения дуги замыкания на землю в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, по которому контролируют напряжение сети, фиксиру1от наличие в нем скачков, кратковременно .включают резистор в цепь нулевой последовательности сети; дополнительно анализируют интервалы времени между соседними скачками напряжения, выделяют такую серию последовательных скачков, что все интервалы между ними превышают заданное значение, а резистор включают только при наличии такой серии. Длина серии может определяться заданным числом, скачков.

Возможно задание серии скачков ее длительностью.

Сопротивление резистора может выбираться из условия разряда емкости сети за время, не превышающее заданного интервала между соседними скачками.

На фиг. 1 и 2 представлены стилизованные осциллограммы дуговых процессов; на фиг. 3 — блок-схема одного из возможных устройств гашения дуги по предлагаемому

Эффективность предлагаемого способа гашения дуги основана на получении более точной, чем в прототипе, информации о проведении и свойствах конкретной дуги. Интервалы времени между зажиганиями— характеристика дуги, а не схемы, в которой она горит.

Действие способа основано на представлении о свободном заряде на емкостях сети, который образуется после очередного погасания дуги и равномерно распределяется по емкостям фаз, создавая на нейтрали напряжения смещения, После погасания дуги напряжение на дуговом промежутке представляет собой синусоиду рабочего фазного напряжения (фиг. 1), сложенную с постоянным напряжением смещения нейтрапи так, что в начале процесса восстановления напряжения оно равно нулю (с точностью до малой величины так называемого пика гашения). Начальная фаза синусоиды в момент гашения дуги зависит от свойств промежутка, а именно от момента гашения тока (при переходе через нуль высокочастотной составляющей либо тока основной частоты). В процессе восстановления напряжения возможны две ситуа-. ции. Во-первых, возможен повторный пробой промежутка вскоре после гашения, когда напряжение на промежутке не достигло амплитуды фазнаго напряжения фиг, 1 момент

t1. При этом интервал времени между гашением (при т = 0) и зажиганием дуги (t = t t) достаточно мал, а перенапряжения в сети при таком зажигании определяются величиной напряжения на повре>кденной фазе в момент зажигания. Очевидно, перенапряжения в этом случае также малы. Если учесть, что в энергосистемах при горении дуги малого тока в воздухе гашения этой дуги происходит при прохождении через нуль высокочастотного тока, т.е. практически сразу вслед за.аажиганием, то описываемая ситуация соответствует малым временам ме>Кду двумя последовательными скачками

1714744 б

20

40

55 напряжения в сети, соответствующими последовательным зажиганиям дуги. Такая дуга с часть ми зажиганиями при малых напряжениях характерна либо для действительно поврежденной изоляции, либо для начальной стадии дуги, вызванной какимито случайными причинами при исправной изоляции (атмосферное перекрытие либо перекрытие по какому-то выгорающему постороннему материалу, по случайному, увлажнению загрязненной изоляции и т.п.). В этой ситуации включение резистора в цепь нулевой последовательности сети вызовет разряд емкостей сети, но это будет бессмысленно, поскольку дуга вновь зажжется под действием фазного напряжения, на которое не влияет резистор.

Вторая возможная ситуация соответствует очередному зажиганию дуги в момент, когда напряжение фазы относительно земли превосходит. амплитуды фаэного напряжения фиг. 1, момент tz. Этот случай соответствует, например, удлинению дуги под действием конвекции воздуха и возможен через некоторое время после первого зажигания дуги. При этом именно наличие зарядов на емкостях сети препятствует окончательному гашению дуги и в этом случае целесообразно включение резистора с тем, чтобы обеспечить разряд емкостей.

То да следующего зажигания дуги уже не будет, так как к дуговому промежутку будет приложено только фазное напряжение,,а его этот промежуток выдерживает. Из фиг.

1 следует., что обсуждаемый случай соответствует значительным временам между соседними моментами зажиганий дуги. Если напряжение смещения нейтрали близко к амплитуде фазного напряжения (а этот случай наиболее опасен как высокими перенапряжениями, так и возможностью насыщения магнитопроводов трансформаторов напряжения), то интервалы времени между скачками должны быть около полупериода, но не мерее четверти периода промышленной частоты, Таким образом, анализ интервала вре1 мени между скачками дает возможность определить характер дуги, опасность ее для электрооборудования, а также судить о целесообразности попыток ее гашения.

Еще один признак (о наличии серии скачков как условия включения резистора) связан с представлением о статичности дуги, о возможности случайных более или менее длительных пауз в ее горении, а также с тем, что даже при малых напряжениях зажигания, меньших амплитуды фаэного напряжения, возможны ситуации, когда интервал времени между двумя зажиганиями может быть большим. Это будет, например,.при гашении вблизи амплитуды фаэного напряжения. В последнем случае такие "редкие" зажигания будут не более, чем одно-два подряд. Такой случай представлен качественно на фиг. 2. Требование серии скачков и должно отсеять указанные случаи и включать резистор только при условии, что значительные интервалы между скачками являются не случайными, а свидетельствуют об определенном характере горения дуги.

Что касается длительности серии, которая должна дать уверенность в неслучайном ее происхождении, то она может быть задана, например, числом импульсов в ней.

Можно задавать величину серии определением ее общей длительности.

Сопротивление резистора целесообразно выбирать таким, чтобы обеспечить разряд емкостей к моменту следующего воэ- можного зажигания дуги, т.е. за время заданного интервала между соседними скачками напряжения.

Требование серии скачков перед включением резистора означает допущение определенного числа высоких перенапряжений в сети. Однако изоляция сети с изолированной нейтралью выполняется с учетом этих перенапряжений, поэтому опасными перенапряжения могут быть в случаях, когда дуга горит десятки минут и часы, когда могут развиться дефекты изоляции и привести к двойному замыканию на землю. То же относится к трансформаторам напряжения, которые выходят из строя через 1030 мин таких воздействий.

В качестве примера укажем, что расчетное время между соседними скачками целесообразно принять 5 мс. Это обеспечивает выявление таких дуг, пробивное напряжение которых выше фазного напряжения сети. Длину серии скачков целесообразно характеризовать числом скачков, из которых она состоит, и принять это число равным 4, Что касается величины активного сопротивления, выключаемого в дополнительную вторичную обмотку трансформато-. ра напряжения, то она составляет доли Ома для сети 10 кВ с током замыкания на землю порядка нескольких ампер

Способ может быть реализован, например, с помощью устройства, блок-схема которого показана на фиг. 3.

Устройство содержит последовательно включенные блок 1 фиксации скачков в напряжении сети, первый интегратор 2, первое пороговое устройство 3, второй интегратор 4, второе пороговое устройство

5, исполнительный блок 6, резистор 7.

1714744

Кроме того, в устройство входит блок 8 будет находиться в стационарном положепитания, связанный с теми блоками, кото- нии. рым необходимо питание. Таким образом, устройство, анализируя

Блок 1 фиксации скачков может быть интервалы времени между соседними скачвыполнен в виде дифференцирующей це- 5 ками напряжения, фиксирует режим, когда почки. интервалы между импульсами превышают

Интегратор 2 представляет собой RC- заданную величину. цепочку, подключенную к источнику 8 пита- 8 этом случае периодический сигнал с ния таким образом, .что на емкости порогового устройства.3 поступает на втосуществует постоянныйзаряд. Параллельно 10 рой интегратор 4 и заряжает его емкость. емкости включен ключ (фиг. 3), например, Постоянные времени заряда и разряда втотиристорный, управляемый выходным сиг- рого интегратора подобраны так, что через налом блока 1 фиксации скачков. заданное число импульсов напряжения на

Интегратор 4 является обычной RC-це- его выходе становится равным напряжению почкой. 15 срабатывания второго порогового устройстПороговые элементы 3 и 5 могут быть ва 5. Оно срабатывает и подает сигнал на электромагнитными реле, в исполнитель- исполнительный блок 6, который включает ный блок 6 — реле или контактаром. резистор 7.

Блок 8 питания любого типа. Если периодического сигнала на выходе

Устройство работает следующим обра- 20 порогового устройства 3 не будет, то не бузом. дут работать интегратор 4 и пороговое устВ нормальном рабочем режиме скачки ройство 5, и исполнительный блок 6 не в напряжении сети отсутствуют, на входе подключит резистор 7. блока 1 сигнала нет, емкость блока 2 заря- Ю о р м у л а и з о б р е т е.н и я жена, пороговое устройство 3 находится в 25 1. Способ гашения дуги замыкания на стационарнамсостоянии, поэтому резистор землю в трехфаэной электрической сети с

7 отключен и устройство не влияет на работу изолированной нейтралью, по которому сети. контролируют напряжение сети, фиксируют

При наличии скачков напряжения, вы- наличие в нем скачков и кратковременно званных дуговым замыканием на землю s ЗО включают резистор в цепь нулевой последо-сети, на выходе блока 1 фиксации скачков вателъности сети, о т л и ч à ю шийся тем, появляются сигналы. Каждый из этих сигна- что, с целью повышения эффективности пулов через ключ разряжает емкость интегра-, тем выявления дуг замыкания, сопровождатора 2, после чего емкость снова заряжается ющихся опасными перенапряжениями, от источника 8 питания. 35 дополнительно анализируют интервалы

Постоянные времени заряда и разряда времени между соседними скачками напряемкости интегратора 2 определяются вели- жения, выделяют такую серию последовачинами сопротивлений зарядного реэисто- тельных. скачков, в которой интервалы ра и ключа. Они выбираются таким образом, между соседними скачками превышают зачтобы а случае, когда интервалы. времени 40 данную величину, и включают резистор между импульсами больше заданной вели- только при наличии такой серии. чины, емкость интегратора 2 успевала заря- 2. Способ по и. 1, отличающийся диться до уставки порогового устройства 3, тем, что величина серии определена задана если эти интервалы меньше, то емкость не - ным числом скачков. успевает зарядиться до величины уставки 45 3. Способ по и. 1, о т л и ч à ю шийся порогового устройства 3, Если скачки íà- тем, что величина серии определена ее зап.ряжения в сети образуют такую серию, что данной длительностью. интервалы времени между соседними скач- 4. Способ по п..1, отличающийся камй превышают заданную. величину, то по- тем, что сопротивление резистора выбрано роговое устройство 3 будет срабатывать 50 из условия разряда емкости сети за время, периодически. Если же интервалы между не превышающее заданного интервала скачками будут меньшими, то устройство 3 между соседними скачками.

1714744

Составитель Л,Зилес

Техред М;Моргентал

Редактор С.Пекарь

Корректор М,Пожо

Заказ 701 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101