Способ автоматического контроля параметров нулевого провода воздушных линий 0,4 кв

Авторы патента:

Сидоров Александр Иванович (RU)

Сережин Константин Сергеевич (RU)

Суворов Иван Флегонтович (RU)

H02H5/10 - реагирующие на механическое повреждение, например на обрыв линии, разрыв цепи заземления

Владельцы патента RU 2356151:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Читинский государственный университет (ЧитГУ) (RU)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты потребителей электрической энергии от перенапряжений, вызванных ухудшением параметров нулевого провода или его обрыва, и для обеспечения электро-, пожаро- и взрывобезопасности. Техническим результатом является повышение качества контроля непрерывности и параметров нулевого провода, увеличение достоверности определения места его обрыва. Способ заключается в измерении разности между током в нулевом проводе в начале линии и током в нулевом проводе за первым повторным заземлителем и анализе данной величины для получения информации об обрыве нулевого провода. Если значение разности токов, подаваемое в вычислительный блок, превышает значение, измеренное для нормального режима с учетом колебания несимметрии нагрузки и сезонности колебаний сопротивлений повторных заземлителей, блок принятия решения генерирует сигнал на отключение, подаваемый на исполнительный механизм. Дополнительно измерение разности токов позволяет также определить предполагаемое место обрыва с учетом заданной погрешности. 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам электробезопасности и может быть использовано для защиты потребителей электрической энергии от перенапряжений, вызванных ухудшением параметров нулевого провода или его обрыва, и для обеспечения электро-, пожаро- и взрывобезопасности.

Изобретение предназначено для организации контроля непрерывности нулевого провода и его параметров относительно земли воздушных и кабельных линий электропередачи 0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью.

Практика эксплуатации воздушных и кабельных линий показала, что основными причинами обрыва нулевого провода являются

- длительное однофазное короткое замыкание в конце длинной линии, приводящее к отгоранию нулевого провода в местах контактных соединений;

- постепенное электроэрозионное разрушение нулевого провода при схлестывании с фазным в местах наибольшей стрелы провеса;

увеличения напряжения прикосновения:

- обрыв части системы повторных заземлителей;

- увеличение переходных сопротивлений в месте контакта повторных заземлителей с нулевым проводом;

- увеличение сопротивления грунта в месте установки повторных заземлителей.

При несимметричной нагрузке обрыв или увеличение сопротивления системы "нулевой провод-земля" вызывает появление у потребителей значительных перенапряжений в наименее нагруженных фазах, что приводит к массовому выходу из строя оборудования потребителей и возникновению электро-, пожаро- и взрывоопасных ситуаций.

Обеспечение непрерывности нулевого провода предполагает постоянный контроль за его состоянием и параметрами и, в случае аварии, отключение отходящей линии от трансформаторной подстанции.

Известен способ определения повреждения нулевого провода в сетях 0,4 кВ путем определения сопротивления петли фаза-нуль (Сидоров А.И. Основы электробезопасности: Учебное пособие. - Челябинск: Изд-во ЮУр-ГУ, 2001. - C.166-172).

Основным недостатком при измерении сопротивления петли фаза-нуль является невозможность точно определить, чем вызвано увеличение суммарного сопротивления петли фаза-нуль: обрывом нулевого провода или недопустимым увеличением сопротивления фазных проводов, а также невозможность организации постоянного автоматического контроля указанных аварийных состояний.

Известен способ автоматического контроля параметров нулевого провода воздушных и кабельных линий 0,4 кВ (Патент на изобретение №2295186, РФ - Способ автоматического контроля параметров нулевого провода воздушных и кабельных линий и устройство для его осуществления. МПК Н02Н, заявлено 26.12.2005 г.; опубликовано 10.03.2007 г., бюл. №7). Способ основан на пропускании высокочастотных импульсов генераторами высокочастотных импульсов, установленных в нулевом проводе в конце линии. Через нулевой провод и совокупность повторных заземлителей защищаемых линий осуществляется непрерывная передача импульсов определенной частоты, прием импульсов на питающей подстанции, их дешифрация, регистрация амплитуды импульсов, а при уменьшении амплитуды импульсов ниже определенной величины производится отключение линии с нарушенными параметрами нулевого провода.

Недостатками известного способа являются

- ухудшение качества электроэнергии в данной сети за счет пропускания высокочастотных импульсов через нулевой провод и совокупность повторных заземлителей;

- необходимость дополнительной установки фильтров, препятствующих попаданию высокочастотных импульсов в цепь нагрузки;

- достаточно высокая сложность и стоимость устройства.

Наиболее близким по технической сущности является способ контроля непрерывности нулевого провода воздушных линий 0,4 кВ, в основу которого положен принцип сравнения тока I₀₁ в нулевом проводе в начале линии и тока I_з в заземлении нейтрали питающего трансформатора. Как было установлено, в нормальном режиме работы сети при любом распределении нагрузки между линиями величина тока I₀₁ всегда больше величины тока I_з. При нарушении непрерывности нулевого провода соотношение I₀₁>I_з нарушается, что и используется для обнаружения возникновения аварийной ситуации и выработки сигнала, который подается на исполнительный механизм, отключающий неисправную линию (Патент на изобретение №2230415, РФ - Устройство контроля непрерывности нулевого проводника в воздушных линиях 0,4 кВ. МПК Н02Н, заявлено 17.10.2002 г.; опубликовано 10.06.2004, бюл. №16).

Недостатком этого способа является недостаточно высокая точность и малая зона контроля, так как устройство контроля надежно работает на длинах до 500 м. Согласно анализу схем городских электросетей длина отдельных линий распределительных сетей 0,4 кВ не превышает 300-400 м. Поэтому в городских условиях зоны действия 500 м достаточно, а в сельской местности зачастую нет, так как линии 0,4 кВ в сельской местности могут достигать длин порядка 1,5-2 км.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение качества контроля непрерывности и параметров нулевого провода, увеличение достоверности определения места его обрыва.

Технический результат достигается тем, что в способе автоматического контроля параметров нулевого провода воздушных линий 0,4 кВ, заключающемся в измерении тока в нулевом проводе в начале линии и тока в нулевом проводе за первым повторным заземлителем, дополнительно производят определение разности токов в нулевом проводе в начале линии и в нулевом проводе за первым повторным заземлителем, сравнивают эту величину с минимально допустимым значением для нормального режима работы и, в случае если эта величина превышает минимально допустимое значение, формируют сигнал на отключение защищаемой линии, а в зависимости от величины разности токов производят определение места обрыва нулевого провода.

В нормальном режиме работы сети между током в нулевом проводе в начале линии I₀₁ и током в нулевом проводе за первым повторным заземлителем I₀₂ существует определенное соотношение, зависящее от физических параметров сети, которое может быть рассчитано для каждой конкретной сети. При обрыве нулевого проводника величина токов изменяется. Отличительной особенностью данного способа является измерение разности токов ΔI₀=I₀₁-I₀₂ и анализ данной величины для получения информации об обрыве нулевого провода. Если значение разности токов ΔI₀, подаваемое в вычислительный блок, превышает значение, измеренное для нормального режима с учетом колебания несимметрии нагрузки и сезонности колебаний сопротивлений повторных заземлителей, блок принятия решения генерирует сигнал на отключение, подаваемый на исполнительный механизм. Дополнительное измерение разности токов ΔI₀=I₀₁-I₀₂ позволяет также определить предполагаемое место обрыва с учетом заданной погрешности.

Сущность предлагаемого способа поясняется на чертежах. На фиг.1 представлена схема замещения участка электрической сети; на фиг.2 - график изменения ΔI₀=I₀₁-I₀₂ в зависимости от места обрыва нулевого провода: ΔI₀=F(Lобр); на фиг.3 - функциональная схема устройства, реализующего способ.

Результаты исследований на математической и физической модели электрической сети при обрыве нулевого провода представлены на фиг.2.

Условия моделирования:

- воздушная линия,

- провод марки А-25,

- длина 1 км,

- 10 повторных заземлителей через 100 м.

В таблице и на фиг.2 представлено изменение ΔI₀=F(Lобр).

Таблица
Lобр	100	200	300	400	500	600	700	800	900
ΔI₀	0,473	0,422	0,377	0,336	0,296	0,257	0,214	0,164	0,097

В нормальном режиме работы данной воздушной линии ΔI₀=0,017 А. Таким образом, для обеспечения чувствительности устройства при обрывах нулевого провода в любом месте по длине следует для данной воздушной линии выбрать уставку срабатывания устройства 0,1 А, т.е. при понижении разности токов ниже 0,1 А дается сигнал на отключение линии.

Согласно предложенному способу за счет непрерывного измерения разности токов ΔI₀=I₀₁-I₀₂ осуществляется автоматический контроль целостности нулевого провода, а за счет предварительного графического анализа изменения ΔI₀ в зависимости от места обрыва, представляется возможным определение места обрыва нулевого провода с учетом заданной погрешности. По графику, представленному на фиг.2, возможно определение места обрыва провода в зависимости от величины разности токов.

Для реализации данного способа предлагается использовать цифровое устройство, выполненное на основе программируемого микроконтроллера, функциональная схема которого представлена на фиг.3.

Устройство включает в себя следующие блоки:

1, 2 - аналоговые модули измерения действующего значения;

3, 4 - аналого-цифровые преобразователи;

5 - микроконтроллер;

6 - жидкокристаллический буквенно-цифровой индикатор;

7 - клавиатура;

8 - блок питания устройства.

Входные аналоговые модули 1, 2 используют для измерения токов. Управляющие выходы аналоговых модулей соединены с входами аналого-цифровых преобразователей 3, 4, осуществляющих функцию преобразования действующих значений токов в цифровые сигналы. Выходы аналого-цифровых преобразователей соединены с микроконтроллером 5, ведущим анализ цифровых сигналов. К микроконтроллеру подключается жидкокристаллический буквенно-цифровой индикатор 6, необходимый для отображения результатов измерения контролируемых величин, и клавиатура 7, используемая для настройки устройства. Питание блоков 1, 2, 3, 4, 5 осуществляется от блока питания 8, преобразующего переменное напряжение 220 В в необходимые напряжения.

Способ осуществляется следующим образом.

В процессе измерения токов в нулевом проводе в начале линии I₀₁ и токов в нулевом проводе за первым повторным заземлителем I₀₂ аналоговые модули 1 и 2 постоянно передают данные в аналого-цифровые преобразователи 3 и 4, цифровые сигналы с которых непрерывно поступают на микроконтроллер 5. Микроконтроллер по значениям токов I₀₁, I₀₂ определяет значение разности токов ΔI₀₁ и при превышении этой величины минимально допустимого значения формирует сигнал на отключение линии и информационное сообщение о неисправности (в соответствии с настройками устройства), которое отобразится на жидкокристаллическом буквенно-цифровом индикаторе 6.

Предложенный способ позволяет повысить электробезопасность при эксплуатации электрических сетей 0,4 кВ за счет постоянного автоматического контроля, минимального времени определения аварийной ситуации и дополнительного определения места обрыва нулевого провода.

Способ автоматического контроля параметров нулевого провода воздушных линий 0,4 кВ, заключающийся в измерении тока в нулевом проводе в начале линии и тока в нулевом проводе за первым повторным заземлителем, отличающийся тем, что дополнительно производят определение разности токов в нулевом проводе в начале линии и в нулевом проводе за первым повторным заземлителем, сравнивают эту величину с минимально допустимым значением для нормального режима работы и в случае, если эта величина превышает минимально допустимое значение, формируют сигнал на отключение защищаемой линии, а в зависимости от величины разности токов производят определение места обрыва нулевого провода.

Изобретение относится к области электротехники. .

Устройство контроля непрерывности нулевых проводников в линиях 0,38 кв // 2348094

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для обеспечения электро- и пожаробезопасности при эксплуатации электроустановок путем надежного отключения потребителей при однофазных повреждениях изоляции.

Устройство защитного отключения // 2273936

Изобретение относится к защите электроустановок напряжением до 1000 В от аварийных режимов, которые могут вызвать электропоражения людей и сельскохозяйственных животных, а также пожары от коротких замыканий.

Устройство контроля непрерывности нулевого проводника в воздушных линиях 0,4 кв // 2230415

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для защиты потребителей электрической энергии от перенапряжений, вызванных обрывом нулевого провода, и для обеспечения электро-, пожаро- и взрывобезопасности.

Система бесперебойного электропитания потребителей переменного тока и напряжения // 2208285

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для бесперебойного электропитания ответственных потребителей: станков с ЧПУ, микропроцессорной техники, технологических устройств, не допускающих перерыва в электроснабжении.

Система бесперебойного электропитания потребителей // 2208284

Устройство защитного отключения электроустановок в однофазной сети с глухозаземленной нейтралью // 2184413

Изобретение относится к электротехнике, к классу автоматических устройств защиты людей от поражения электрическим током и повышения пожаробезопасности жилых зданий.

Устройство защиты трехфазного электродвигателя от работы на двух фазах // 2099842

Устройство для контроля и защиты трехфазной установки от работы на двух фазах // 2096886

Изобретение относится к электротехнике, а именно к контролю и защите от неполнофазных режимов работы электродвигателей трехфазного тока, преобразователей и т.п. .

Устройство для защиты от однофазных замыканий на землю // 2075808

Детектор повреждения линии // 2516299

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе обнаружения повреждения для обнаружения повреждений линии на электродной линии в системе HVDC. Техническим результатом является повышение надежности системы обнаружения повреждения. Электродная линия содержит первое и второе ответвления, соединенные параллельно. Система обнаружения повреждения содержит первую и вторую схемы генерации импульсов, выполненные с возможностью генерации электрических импульсов в первое и второе ответвления соответственно, а также первое и второе устройства измерения тока, выполненные с возможностью генерации сигналов, указывающих электрические сигналы, имеющие место в первой и второй линиях ввода соответственно. Возможность независимой генерации электрических импульсов в первое и второе ответвления соответственно, а также независимой регистрации первой и второй структур сигнала, представляющих электрические сигналы на первой и второй линиях ввода соответственно, повышает информационное наполнение в собранных данных, что позволяет более надежно анализировать, присутствует ли повреждение на электродной линии. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 13 ил.

Силовой трансформатор // 2540687

Изобретение относится к трансформаторам и предназначено для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения этой же частоты. Технический результат состоит в обеспечении мониторинга изоляции узлов активной части трансформатора избирательно по определенным зонам. Силовой трансформатор содержит изолированную от дна и помещенную в бак активную часть, а именно магнитопровод и обмотки. Один конец каждого из дополнительных токопроводов, электрически соединен с металлоконструкцией активной части в определенной зоне, а другой выведен на наружную поверхность заземленного бака через проходной изолятор и присоединен электрически к наружной поверхности бака. На участке токопровода вне бака трансформатора установлены датчики тока проводимости и частичных разрядов или одни из них. По отклонению значения тока проводимости и значения кажущегося заряда частичных разрядов от базовых значений можно оценить состояние узлов активной части трансформатора. 1 ил.

Способ устранения неисправности в линии постоянного тока высокого напряжения, установка для передачи электрического тока по линии постоянного тока высокого напряжения и преобразователь переменного тока // 2550138

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в линиях постоянного тока высокого напряжения, к которой через автономный преобразователь подключена сеть переменного тока. Технический результат - повышение надежности устранения неисправности в линии постоянного тока высокого напряжения. Для того чтобы иметь возможность устранять неисправность в линии (19) постоянного тока высокого напряжения с сетью (17) переменного напряжения, подключенной через автономный преобразователь (1) переменного тока, надежно со сравнительно невысокими затратами посредством управления по меньшей мере одним Н-мостовым подмодулем (36, 37, 38; 39, 40, 41) в фазных ветвях (4, 5, 6; 7, 8, 9) выполненного в модульной конструкции преобразователя (1) переменного тока при формировании противоположного напряжения относительно напряжения на электрической дуге, ток короткого замыкания, протекающий в случае неисправности, снижается. Изобретение также относится к установке для передачи электрического тока через линию постоянного тока высокого напряжения и к преобразователю переменного тока. 3 н.п. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ контроля обрыва линейного и нулевого проводов линии электропередачи // 2551384

Использование: в области электротехники. Технический результат - расширение функциональных возможностей способа. Согласно способу, если трехфазная симметричная система фазных напряжений стала несимметричной и в какой-то момент времени два фазных напряжения по абсолютной величине стали равны друг другу и равны половине линейного значения, а третье в полтора раза больше, чем фазное значение, то делают вывод об обрыве линейного и нулевого проводов. 4 ил.

Способ контроля обрыва нулевого провода и обрыва соединения контура заземления подстанции с нейтральной точкой трансформатора // 2551657

Использование: в области электротехники. Технический результат - расширение функциональных возможностей способа путем получения информации об обрыве нулевого провода и обрыве соединения контура заземления подстанции с нейтральной точкой трансформатора. Согласно способу если при исчезновении тока в нулевом проводе система фазных напряжений стала несимметричной, когда фазные напряжения по абсолютной величине разные и меняются как в сторону уменьшения, приближаясь к нулевому значению, так и в сторону увеличения, приближаясь к линейному значению, в зависимости от включения или отключения однофазных потребителей, то делают вывод об обрыве нулевого провода и обрыве соединения контура заземления подстанции с нейтральной точкой трансформатора. 2 ил.

Способ учета стрелы провеса линейных проводов трехфазной линии электропередачи при ее согласовании с электрической нагрузкой // 2557663

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к повышению качества электрической энергии в линиях с распределенными параметрами среднего, высокого и сверхвысокого напряжения. Изменение первичных параметров линии электропередачи в процессе эксплуатации связано с изменением величины стрелы провеса линейного провода линии электропередачи. Для трех линейных проводов, входящих в состав трехфазной трехпроводной линии электропередачи (ЛЭП) (2), расположенных на опорах (1), предложено их стрелы провеса оценивать одним дальномером (24), работающим в режиме реального времени, который расположен в поддерживающей конструкции на этих линейных проводах и объединяющей при помощи полимерных изоляторов (3) все линейные провода. Поддерживающие конструкции из полимерных изоляторов с дальномерами располагаются в некоторых местах или на протяжении всей длины линии электропередачи. Дальномеры получают питание от накапливающей электроэнергию батареи (20), в свою очередь, получающей электроэнергию от солнечной батареи (10). В результате сравнения в процессоре величин действительные величины стрелы провеса провода, только что косвенно измеренные, учитываются в специализированной программе. Изобретение обеспечивает уменьшение потерь электрической энергии и повышение пропускной способности ЛЭП. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ учета стрелы провеса каждого линейного провода трехфазной трехпроводной линии электропередачи при ее согласовании с нагрузкой // 2558659

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при передаче электрической энергии потребителю с помощью трехфазной трехпроводной линии электропередачи (ЛЭП) (2), согласование которой с нагрузкой достигается в результате выполнения определенных условий, которые посезонно могут изменяться в результате изменения первичных параметров трехфазной трехпроводной линии электропередачи, определяемых с учетом величин стрел провеса каждого провода этой линии электропередачи и величин расстояний соответственно между линейным проводом и землей (18). Посезонное изменение стрелы провеса провода и изменение расстояния между линейным проводом (5) и землей предложено измерять при помощи дальномера (25). Согласование заключается в сопоставлении действительного и эталонного сопротивлений нагрузки, напряжений в конце линии или токов, поступающих в нагрузку. Исходные данные о напряжениях и токах в линии могут быть получены через устройства сопряжения или датчики, выполненные в виде трансформаторов напряжения и тока, спектроанализаторов, делителей напряжения или шунтов переменного тока. В результате обработки исходных данных в процессоре формируются управляющие сигналы для корректирующих органов. Изобретение обеспечивает уменьшение потерь и повышение пропускной способности ЛЭП. 3 ил.

Способ защиты от обрывов фазных и нулевого проводов четырехпроводной воздушной линии электрической сети напряжением 380 в и устройство для его реализации // 2581607

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности работы электрических сетей напряжением 380 В и улучшение условий электробезопасности. Способ заключается в использовании для защиты линии трехфазного микропроцессорного счетчика электрической энергии, устанавливаемого на вводе потребителя, в дополнение его функциям, позволяющим выявлять обрывы фазных и нулевого проводов, в формировании в счетчике команды отключающего сигнала, передаваемого в трансформаторную подстанцию, питающую воздушную линию. Команда отключающего сигнала воздействует на независимый расцепитель автоматического выключателя, установленного в начале воздушной линии, и обеспечивает отключение поврежденной линии. Устройство для защиты от обрывов фазных и нулевого проводов четырехпроводной воздушной линии содержит трансформаторную подстанцию, автоматический выключатель, четырехпроводную воздушную линию, микропроцессорный счетчик электрической энергии, нагрузку, блок измерения фазных напряжений относительно нулевого провода, блок определения обрывов фазных и нулевого проводов, блок формирования команды отключающего сигнала, канал передачи команды отключающего сигнала и исполнительный блок. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ компенсации напряжения прикосновения на месте производства работ на выведенной в ремонт воздушной линии электропередачи // 2586995

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение безопасности работ на воздушных линиях за счет снижения наведенного напряжения на месте производства работ до безопасного значения. Согласно способу воздушную линию заземляют по концам в распределительных устройствах подстанций, на месте производства работ соединяют основным заземлением фазные провода выведенной в ремонт воздушной линии с контуром заземления опоры, устанавливают дополнительное заземление, отстоящее от контура заземления опоры на расстоянии не менее 15 м, в цепь основного заземления включают трансформатор тока, между основным заземлением и дополнительным заземлением включают источник тока, управляемый током со вторичной обмотки трансформатора тока так, чтобы в каждый момент времени мгновенное значение тока управляемого источника было равно мгновенному значению тока через основное заземление на контур опоры и противоположно ему по направлению. 2 ил.

Способ компенсации наведенного напряжения на месте производства работ на отключенной воздушной линии электропередачи при коротком замыкании на работающей линии // 2591182

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение безопасности работ в электроустановках путем снижения наведенного напряжения на месте производства работ. Согласно способу в месте производства работ соединяют заземляющими проводами фазные провода отключенной линии в звезду, центр которой соединяют заземляющим проводом с контуром заземления опоры линии. Предварительно определяют величину тока источника наведенного напряжения на отключенной линии при коротком замыкании на работающей линии, по величине которого формируют мощность конденсаторной батареи автономного источника тока, которую постоянно заряжают от автономного источника электрической энергии. При производстве работ измеряют ток в проводе, соединяющем звезду заземляющих проводов с контуром заземления опоры линии, по величине которого в реальном времени формируют в блоке управления управляющее воздействие, которое подают на блок формирования компенсирующего тока, на выходе которого, используя зарядную мощность конденсаторной батареи, устанавливают мгновенный ток, равный по величине и находящийся в противофазе к измеренному току, подают компенсирующий ток в провод, соединяющий звезду заземляющих проводов с контуром заземления опоры линии и контролируют величину остаточного наведенного напряжения, не превышающую 25 В. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.