Способ защиты вводных элементов распределительных устройств

 

Использование: релейная защита электрооборудования, в часности защита вводных элементов и понизительных трансформаторов распределительных устройств. Сущность изобретения: с целью повышения чувствительности защит во всем диапазоне возможных токов короткого замыкания, повышения пожарной безопасности кабельных коммуникаций и упрощения защит отключение распределительного устройства производится при превышении суммы двух величин, пропорциональных векторам тока и напряжения сводных элементов, свыше заданной уставки. 2 ил.

Изобретение относится к релейной защите электрооборудования, в частности к защите питающих элементов и трансформаторов распределительных устройств (РУ).

Известны разные способы выполнения релейной защиты питающих вводов РУ от коротких замыканий (К3); максимальные токовые защиты (МТЗ), МТЗ с вольтметровыми блокировками, дуговые защиты и т.д. (Л-1).

Однако МТЗ и МТЗ с вольтметровыми блокировками имеют, как правило, низкую чувствительность при "далеких" КЗ с малыми токами КЗ, дуговые защиты работают только при КЗ на шинах РУ.

Из известных способов наиболее близким к изобретению по чувствительности и технической сущности являются дистанционные защиты, замеряющие сопротивление "петли" КЗ от места установки защиты (Л-2). Принцип действия всех разновидностей реле сопротивления основан на сравнении по абсолютному значению или по фазе двух векторов напряжений являющихся функциями векторов тока ip и напряжения сети Up по выражения где K₁, K₂, K₃, K₄ постоянные коэффициенты, не зависящие от Ip и Up.

Однако этот способ имеет неудовлетворительную чувствительность в сетях низкого напряжения, особенно при дуговых повреждениях.

Устройства, реализующие этот принцип, сложны аппаратно и в установках низкого напряжения (6 Кв и ниже), где особенно велика пожарная опасность кабельных коммуникаций, этот способ не нашел широкого применения.

Цель изобретения получение необходимой чувствительности во всем диапазоне возможных токов КЗ, повышение пожарной безопасности кабельных коммуникаций и упрощение защит вводных элементов РУ.

Сущность изобретения заключается в том, что отключение электроустановки производится при превышении суммы двух величин, пропорциональных векторам тока и напряжения вводных элементов РУ, с выше заданной уставки I_y согласно выражению где в левой части выражения аргумент суммы двух векторных величин I_y K₁K₂U_н; U_н и U_сз соответственно максимально-возможное рабочее напряжение при самозапуске в месте подключения элемента; I_n пусковой ток вводного элемента; K₂ коэффициент запаса, определяемый конструкцией реле
Выражение (1) определялось необходимостью отстройки защиты от всех возможных нормальных режимов работы РУ, включая режимов группового самозапуска асинхронных двигателей и учитывая следующие особенности силовых электроустановок:
основной нагрузкой (80 90%) силовых РУ являются асинхронные двигатели;
конец вектора тока нагрузки асинхронных двигателей, определяемого выражением соответственно активное сопротивление обмотки статора, скольжение, ток холостого хода двигателей; вектор напряжения сети; x- результирующее сопротивление сети и двигателей, участвующих в пуске (самозапуске), описывает окружность с диаметром I_n U_p/x-Ixx, перпендикулярном вектору напряжения U_p с центром с координатой I_n/2+Ixx (Л-3);
однако, учитывая что кроме асинхронных двигателей могут быть небольшие (10 20%) чисто активные нагрузки (освещение, нагревательные приборы и т.д.), можно принять, что Ixx 0, а диаметр окружности по пункту 2 равен I_n. Концы векторов токов нормальных режимов лежат в пределах круга, ограниченного этой окружностью.

На фиг. 1 изображена схема РУ, состоящая из понижающего трансформатора 1, запитанного через выключатель 2 с исполнительным органом (реле) 3, реализующим функцию (1), и асинхронных двигателей 4, подключенных к шинам секции 5. Реле 3 подключено к трансформаторам напряжения 6 и тока 7. При реализации функции (1) реле 3 дает импульс на отключение выключателя 2.

На фиг. 2 изображены вектор напряжения питания , круговая диаграмма вектора тока максимально-возможной результирующей нормальной нагрузки, а также зона работы реле (вся площадь вне круга с диаметром I_y и центром с координатой к U_p/2).

Реле (фиг. 2), реализующее предлагаемый способ, срабатывает практически на любые токи КЗ, включая токи "удаленных" КЗ, КЗ с дуговыми повреждениями и КЗ в зоне установки реле (КЗ на стороне обмотки высокого напряжения понижающего трансформатора 1 на фиг. 1).

Селективность защиты при КЗ на отходящих фидерах, при КЗ в схеме питания обесточивается обычным образом (выдержкой времени на срабатывание с общепринятой ступенью селективности).

Защита просто реализуется с помощью магнитного (ампервитками) или электрического суммирования с использованием реле любой системы. Сдвиг фаз в цепи обмотки напряжения можно получить с помощью фазосдвигающей цепочки или путем выбора соответствующей фазы в 3-фазной системе напряжений.

Предлагаемый способ защиты позволит:
иметь простые и надежные защиты питающих элементов РУ с необходимым коэффициентом чувствительности во всем возможном диапазоне токов КЗ, включая КЗ с дуговыми повреждениями;
обеспечить дальнее резервирование при отказе защиты или коммутационного аппарата отходящих присоединений.

Особенно важно применение предлагаемого способа в РУ низкого напряжения (6 Кв и ниже) с разветвленными кабельными сетями, где велика вероятность возникновения пожаров, а также при реконструкции действующих электроустановок с коэффициентами чувствительности защит, не удовлетворяющими современным требованиям дальнего резервирования.

Формула изобретения

Способ защиты вводных элементов распределительных устройств, включающий измерение тока и напряжения вводных элементов, определение электрического параметра и отключение распределительного устройства при превышении электрическим параметром вводного элемента уставки, отличающийся тем, что в качестве электрического параметра используют сумму двух величин, являющуюся модулем функций, пропорциональных векторам тока и напряжения вводного элемента, заданную уставку определяют согласно выражению

где, в левой части выражения модуль суммы двух векторных величин;

I_y K₁ · K₂·U_pм А,
U_pм, U_cз соответственно максимально возможное рабочее напряжение и напряжение при самозапуске в месте установки защиты,
I_п максимальный пусковой ток вводного элемента A;
К₂ коэффициент запаса;
К₁ коэффициент пропорциональности;
I_y заданная уставка, А;
j мнимая единица.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2