Устройство заземления высоковольтной сети

 

Использование: в электротехнике, в защите от перенапряжений и однофазных замыканий в сетях с номинальным напряжением 3 - 35 кВ, в частности в сети собственных нужд ТЭС. Сущность изобретения: устройство состоит из нелинейных резисторов, собранных в трехлучевую звезду, лучи которой подключены к фазам сети, между нейтралью и землей подключен линейный резистор. Последовательно с линейным резистором включена цепочка из коммутационного аппарата и трансформатора тока, вторичная обмотка которого связана с релейной защитой, действующей на отключение коммутационного аппарата. Между нейтралью и землей включен дополнительный нелинейный резистор, при этом параметры нелинейного резистора выбраны таким образом, что воздействие фазного напряжения допускается неограниченно долго, а параметры дополнительного нелинейного резистора выбраны так, что приложение линейного напряжения к последовательно соединенным нелинейному резистору и дополнительному нелинейному резистору допускается неограниченно долго, кроме того, в качестве коммутационного аппарата использован вакуумный включатель. При этом повышается надежность работы защит от замыканий на землю и осуществляется глубокое ограничение перенапряжений и, следовательно, повышается надежность работы высоковольтной сети в целом. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и, в частности к защите от перенапряжений и однофазных замыканий в сетях с номинальным напряжением 3 35 кВ, и может быть использовано в сети собственных нужд ТЭС.

Известна электрическая сеть, в том числе собственных нужд ТЭС, в которых устройства релейной защиты при однофазных замыканиях на землю действуют на сигнал [1] Недостатками такого технического решения являются высокий уровень перенапряжений, воздействующий на изоляцию неповрежденных фаз сети, при перемежающихся замыканиях на землю и высокая длительность существования данного режима.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство заземления сети переменного тока собственных нужд электростанции, содержащее подключенный к сборным шинам через выключатель трансформатор, обмотка которого соединена по схеме "звезда", нейтраль которой соединена с землей через резистор, а также устройства релейной защиты, действующие на отключение выключателя поврежденного присоединения и с выдержкой времени на отключение системы сборных шин [2] Недостатком такого технического решения является, с одной стороны, низкая надежность работы, так как при отключении системы шин возможны частичная разгрузка или останов энергоблока, а с другой, стороны достаточно высокий уровень перенапряжений.

Целью изобретения является повышение надежности работы высоковольтной сети за счет уменьшения времени существования однофазных замыканий и ограничения перенапряжений в этом режиме.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве заземления высоковольтной сети, содержащей релейную защиту от замыканий на землю, состоящем из линейного резистора, подключенного между искусственно созданной нейтралью и землей, нейтраль создана из нелинейных резисторов, собранных в лучевую звезду, лучи которой подключены к фазам сети последовательно с линейным резистором включена цепочка из коммутационного аппарата и трансформатора тока, вторичная обмотка которого связана с релейной защитой, действующей на отключение коммутационного аппарата, кроме того, между нейтралью и землей может быть включен дополнительный нелинейный резистор, при этом параметры нелинейного резистора выбраны таким образом, что воздействие фазного напряжения допускается неограниченно долго, а параметры дополнительного нелинейного резистора так, что приложение нелинейного напряжения к последовательно соединенным нелинейному резистору допускается неограниченно долго, кроме того, в качестве коммутационного аппарата может быть использован вакуумный выключатель.

Совокупность существенных отличительных признаков, обеспечивающих снижение перенапряжений и надежную работу устройств релейной защиты при перемежающихся замыканиях на землю в сети и, следовательно, повышение надежности работы сети, свидетельствуют о соответствии технического решения критерию "положительный эффект".

Проведенный патентный поиск не выявил заявленную совокупность признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию "новизна".

Кроме того, анализ заявленного технического решения на соответствие критерию "существенные отличия" показал, что заявителем в патентной и научно-технической литературе указанная совокупность признаков не обнаружена, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "существенные отличия".

На чертеже представлено предложенное устройство, установленное в сети 6 кВ собственных нужд ТЭС.

Устройство заземления состоит из трех нелинейных резисторов, например нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) 1, собранных в трехлучевую звезду, лучи которой подключены к сборным шинам 2, и подключенной между нейтралью и землей цепочки последовательно включенных коммутационного аппарата, например вакуумного выключателя 3, линейного 4, трансформатора тока 5, вторичная обмотка которого соединена с устройством релейной защиты, например токовым реле 6, выход которого соединен с исполнительным органом выключателя 3, при этом параллельно цепочке между нейтралью и землей подключен дополнительный нелинейный резистор 7, кроме того, к сборным шинам 2 через выключатели 8 подключен приемник электрической энергии, например электродвигатель 9, в цепи которого установлена токовая релейная защита 10.

Устройство, представленное на чертеже, работает следующим образом.

В исходном положении выключатель 3 включен. К нелинейным резисторам 1 приложено фазное напряжение, при котором проводимость нелинейного резистора 1 близка к нулю и ток в нелинейных резисторах 1 и нейтрали практически отсутствует. При возникновении однофазного замыкания, в сети, например в цепи электродвигателя 9, к нелинейному сопротивлению 1 прикладывается повышенное напряжение, близкое к линейному, его проводимость резко увеличивается и в цепочке, соединяющей нейтраль с землей, и трансформаторе тока 5, величина которого достаточна для срабатывания токового реле 6 и работы устройств релейной защиты 10, величина тока ограничена линейным резистором 4. Выбор величины сопротивления линейного резистора 4 определяется двумя факторами; нижняя граница определена предельно допустимой величиной тока через нелинейный резистор 1, верхняя граница определена из условий устойчивого горения дуги при однофазных замыканиях на землю для селективной работы защиты. Релейная защита 10 при появлении указанного тока в поврежденной фазе электродвигателя 9 срабатывает без выдержки времени и отключает выключатель 8. Напряжение на сборных шинах 2 относительно земли становится равным U фаз, ток в нелинейном резисторе 1 практически прекращается. Одновременно с возникновением однофазного замыкания на неповрежденных фазах возникают перенапряжения до 3,2 U_ф (где U_ф наибольшее длительно допустимое фазное напряжение сети) однако нелинейный резистор 1 ограничивает указанные перенапряжения до величины, определяемой вольт-амперной характеристикой его рабочего сопротивления в пределе 1,8 2Uф, что практически исключает повреждения электрооборудования даже с ослабленной изоляцией.

Таким образом, воздействие перенапряжений ограничивается как по величине, так и по времени. Причем глубокое ограничение перенапряжений возможно только благодаря тому, что длительность существования однофазного замыкания ограничено по времени до долей секунды за счет применения быстродействующих вакуумных выключателей.

Токовое реле 6 действует с выдержкой времени, селективно отсроенной от времени отключения выключателя 8, и при отказе в действии токовой релейной защиты 10 или выключателя 8 отключают выключатель 3, при этом ток промышленной частоты в нелинейном резисторе 1 прекращается, а перенапряжения в сети ограничиваются совместным действием нелинейного резистора 1 и дополнительного нелинейного резистора 7 в пределе до величины 2,6 2,8 U_ф, до величины непревосходящей испытательного напряжения оборудования сети. Время работы устройства заземления в данном режиме практически не ограничивается, что позволяет не отключать сборные шины и тем самым не обесточивать питающиеся от них приемники электроэнергии.

По предварительным оценкам установка данного устройства позволит уменьшить общее число повреждений энергооборудования в 2-3 раза, при этом годовой экономический эффект в расчете на один энергоблок мощностью 800 МВт составит 100 млн.руб.

Формула изобретения

1. Устройство заземления высоковольтной сети, содержащей релейную защиту от замыканий на землю, состоящее из линейного резистора, подключенного между искусственно созданной нейтралью и землей, отличающееся тем, что нейтраль создают нелинейные резисторы, собранные в трехлучевую звезду, лучи которой подключены к фазам сети, последовательно с линейным резистором включена цепочка из коммутационного аппарата и трансформатора тока, вторичная обмотка которого связана с релейной защитой, действующей на отключение коммутационного аппарата.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между нейтралью и землей включен дополнительный нелинейный резистор.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что параметры нелинейного резистора выбраны так, что воздействие фазного напряжения допускается неограниченно долго, а параметры дополнительного нелинейного резистора так, что приложение линейного напряжения к последовательно соединенным нелинейным резистору и дополнительному нелинейному резистору допускается неограниченно долго.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве коммутационного аппарата использован вакуумный выключатель.

РИСУНКИ

Рисунок 1