Способ заземления нейтрали



Способ заземления нейтрали
Способ заземления нейтрали
Способ заземления нейтрали
Способ заземления нейтрали
Способ заземления нейтрали
Способ заземления нейтрали

 


Владельцы патента RU 2453020:

Благинин Владимир Анатольевич (RU)

Изобретение относится к области электротехники. Способ заключается в том, что нейтраль заземляется через соединенные последовательно емкостные и резистивный элементы. Параметры элементов выбирают из условия обеспечения наименьшего напряжения смещения нейтрали при гашении заземляющей дуги. Сопротивление резистора предлагается выбирать из диапазона 0,25-30 кОм, а суммарную емкость конденсаторов - не менее 40 мкФ. Технический результат - повышение надежности и безопасности электросети. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для снижения уровня перенапряжений в электросетях, оснащенных приборами контроля сопротивления изоляции по постоянному току, например в судовых электросетях, электросетях медицинских учреждений, электросетях предприятий горной, нефтедобывающей, сталеплавильной, химической отраслей промышленности.

Известно устройство для глубокого ограничения перенапряжений в распределительном устройстве электросети с изолированной или компенсированной нейтралью (патент РФ №2040841 C1, H02H 9/04, 25.07.1995), пригодное для использования в сетях, оснащенных приборами контроля изоляции, в котором для снижения уровня перенапряжений используется ограничитель перенапряжений нелинейный, отключаемый от сети через некоторое время после возникновения однофазного замыкания.

Недостатком способа, реализуемого при использовании вышеописанного устройства, является его неспособность ограничить перенапряжения при повторных однофазных замыканиях в виде перемежающейся дуги, когда дуга за период промышленной частоты может несколько раз зажигаться и гаснуть, что значительно снижает надежность электросети.

Известно устройство для защиты электрооборудования от перенапряжений (патент на полезную модель РФ №44008 U1, H02H 9/04, 10.02.2005), также пригодное для использования в сетях, оснащенных приборами контроля изоляции, в котором к фазам сети подключаются RC-цепочки, соединенные по схеме звезда с изолированной нейтральной точкой.

К недостаткам способа, реализуемого при помощи этого устройства, можно отнести то, что он способен ограничить только коммутационные перенапряжения на отключаемых участках цепи и не позволяет существенно снизить наиболее опасные для сети дуговые перенапряжения при однофазных замыканиях на землю, воздействующие на фазную изоляцию электрооборудования и в значительной степени определяющие его надежность и безопасность.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ резистивного заземления нейтрали (Вильгейм Р., Уотерс М. Заземление нейтрали в высоковольтных системах. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959. - 415 с.), заключающийся в заземлении нейтрали сети через резистор с сопротивлением RN, выбираемым по условию

где ω - угловая частота сети,

Сф - суммарная фазная емкость сети.

Недостаток известного способа заключается в том, что в случае его применения становится невозможным использование средств контроля сопротивления изоляции с целью повышения надежности и безопасности электросети. Непосредственное включение резистора между нейтралью и землей приведет к тому, что средства измерения сопротивления изоляции, действие которых основано на приложении постоянного напряжения между сетью и землей, будут измерять величину сопротивления не изоляции, а резистора, включенного между нейтралью и землей. Поэтому в тех электрических системах, где непрерывный контроль изоляции является обязательным, применение известного способа заземления нейтрали недопустимо.

Изобретение решает задачу повышения надежности и безопасности электросистем с резистивной нейтралью за счет обеспечения непрерывного контроля сопротивления их изоляции.

Для решения поставленной задачи в известном способе заземления нейтрали, заключающемся в ее заземлении через резистор, предлагается между резистором и электрической сетью включать конденсаторы с суммарной емкостью не менее 40 мкФ, а сопротивление резистора выбирать из диапазона 0,25-30 кОм.

При осуществлении способа конденсаторы и резистор могут быть, например, включены между естественной нейтралью электросети и землей последовательно друг с другом или может быть сформирована искусственная нейтраль путем подключения конденсаторов к сети по схеме «звезда», а их общая точка затем присоединена к земле через резистор.

Вариант соединения схемы выбирают исходя из возможности доступа к нейтрали электросети.

Возможность постоянного контроля изоляции обеспечивается тем, что сопротивление устройства заземления нейтрали по постоянному потенциалу равно бесконечности. Это следует из выражения для комплексного сопротивления устройства заземления нейтрали, которое выглядит следующим образом.

где RN - сопротивление резистора,

ω - угловая частота, подаваемого сигнала,

С - эквивалентная емкость конденсаторов, включаемых последовательно с заземляющим нейтраль резистором.

Как видно из выражения (2), при частоте ω, равной нулю, сопротивление устройства заземления нейтрали равно бесконечности, в результате чего обеспечивается развязка электросети и земли по постоянному току, а следовательно, появляется возможность контроля изоляции.

При таком способе заземления нейтрали через резистор ограничение перенапряжений достигается уже не в результате стекания на землю зарядов, накопленных фазными емкостями сети после гашения дуги. Процесс стекания зарядов на землю через резистор становится невозможным из-за включения конденсаторов в нейтраль сети. Ограничение перенапряжения в этом случае достигается за счет воздействия на дуговые и переходные процессы при повторяющихся однофазных замыканиях, осуществляемого соответствующим подбором параметров конденсаторов и резистора, включенных в нейтраль.

Согласно известным теориям дуговых перенапряжений их максимальные кратности определяются особенностями поведения дуги и переходного процесса после ее гашения. Предлагаемый способ заземления нейтрали изменяет характер восстанавливающегося напряжения на поврежденной фазе после гашения дуги с колебательного на апериодический, что исключает возможность возникновения перемежающейся дуги, являющейся причиной наибольших перенапряжений. К тому же устройство заземления нейтрали участвует в перераспределении суммарного заряда на емкостях сети после гашения дуги, тем самым воздействуя на формирование напряжения смещения нейтрали по постоянному потенциалу Uсм, величину, определяющую кратность перенапряжений при повторных замыканиях. В связи с этим параметры устройства заземления нейтрали следует подбирать таким образом, чтобы поведение дуги соответствовало самым низким уровням максимальных кратностей этих перенапряжений. Опытным путем установлено, что наименьшие величины перенапряжений соответствуют сопротивлению резистора RN, выбранному из диапазона 0,25-30 кОм, и суммарной емкости конденсаторов С не менее 40 мкФ.

На прилагаемых к заявке графических материалах изображены:

на фиг.1 - схема устройства, реализующего предлагаемый способ заземления нейтрали при использовании конденсаторов, включенных в нейтраль сети;

на фиг.2 - схема устройства, реализующего предлагаемый способ заземления нейтрали при использовании конденсаторов, включенных по схеме «звезда»;

на фиг.3 - схема физической модели, которая применялась при исследовании параметров электросети с устройством, реализующим предлагаемый способ заземления нейтрали при использовании конденсаторов, включенных в нейтраль сети;

на фиг.4 - схема физической модели, которая применялась при исследовании параметров электросети с устройством, реализующим предлагаемый способ заземления нейтрали при использовании конденсаторов, включенных по схеме «звезда».

На прилагаемых схемах приняты следующие обозначения:

1 - конденсаторы; 2 - резистор; 3 - обмотка электрооборудования; 4 - осциллограф; 5 - устройство контроля изоляции; 6 - фазные емкости сети; 7 - неустойчивый контакт между фазой сети и землей; 8 - нагрузка.

На фиг.1 и 2 изображены варианты схемы устройства, реализующего предлагаемый способ заземления нейтрали. В варианте, изображенном на фиг.1, устройство состоит из последовательно включенных конденсаторов 1 и резистора 2, которые подключаются к нейтральной точке сети, образованной обмотками источника 3. В варианте, изображенном на фиг.2, устройство состоит из конденсаторов 1, соединенных звездой и образующих нейтральную точку сети, резистора 2, включенного между нейтральной точкой емкостных элементов и землей.

Для определения сочетания емкости конденсаторов 1 и сопротивления резистора 2, позволяющего наиболее значительно снизить максимальные перенапряжения, проводились эксперименты на физической модели электросети. На фиг.3 и 4 изображены схемы физической модели электросетей с подключенными к ним устройствами, реализующими предлагаемый способ. Модели состояли из питающего трансформатора с обмотками 3, устройства заземления нейтрали с элементами 1 и 2, обеспечивающего контроль сопротивления изоляции при помощи устройства 5, и конденсаторов, моделирующих фазные емкости сети 6. В ходе экспериментов создавались неустойчивые замыкания одной из фаз на землю при помощи контакта 7, в результате чего возникало смещение нейтрали по постоянному потенциалу. Величина напряжения смещения нейтрали Uсм позволяет с помощью выражения (3) количественно определять максимальную величину перенапряжения Umax на здоровых фазах при последующем зажигании дуги.

где Uфm - амплитуда фазного напряжения сети,

ψз - момент повторного зажигания дуги,

Uсм - напряжение смещения нейтрали по постоянному потенциалу,

Кз - коэффициент, учитывающий уменьшение амплитуды высокочастотных колебаний напряжения из-за их затухания и из-за влияния междуфазной емкости.

Величина напряжения смещения нейтрали Uсм регистрировалась осциллографом 4. В ходе экспериментов было зарегистрировано более 15000 ее значений для различных сочетаний величин фазных емкостей 6, сопротивления резистора 2 и емкости конденсаторов 1. В результате было установлено, что максимальные напряжения смещения нейтрали Uсм при определенных сочетаниях величин сопротивления резистора и емкости конденсаторов значительно снижаются по сравнению с аналогичной величиной в сети без использования предлагаемого способа заземления нейтрали. В таблице 1 указаны кратности максимальных напряжений смещения нейтрали по постоянному потенциалу после гашения дуги относительно амплитуды фазного напряжения при использовании устройства, схема которого изображена на фиг.1.

Из таблицы 1 видно, что наименьшее напряжение смещения нейтрали обеспечивается, если сопротивление резистора находится в диапазоне от 0,25 кОм до 30 кОм, а емкость конденсаторов не менее 40 мкФ. При таком сочетании параметров обеспечивается высокая надежность и безопасность электросети. При емкости менее 40 мкФ, а также при значениях сопротивления, не относящихся к указанному диапазону, напряжение смещения нейтрали Uсм превышает наименьшее значение более чем в три раза, а следовательно, высокая надежность электросети не обеспечивается.

В таблице 2 указаны кратности максимальных напряжений смещения нейтрали по постоянному потенциалу после гашения дуги относительно амплитуды фазного напряжения при использовании устройства, схема которого изображена на фиг.2.

Из таблицы 2 видно, что наименьшее напряжение смещения нейтрали Uсм достигается при сопротивлении резистора, находящемся в диапазоне от 0,25 кОм - 30 кОм, и емкости конденсаторов не менее 40 мкФ. При таком сочетании параметров обеспечивается высокая надежность и безопасность электросети. При емкости менее 40 мкФ, а также при значениях сопротивления, не относящихся к указанному диапазону, напряжение смещения нейтрали превышает наименьшее значение более чем в три раза, а следовательно, высокая надежность электросети не обеспечивается.

Примеры реализации способа показаны на фиг.3 и фиг.4, где представлены физические модели схемы сети с подключенными устройствами, реализующими предлагаемый способ заземления нейтрали. Напряжение сети 230 В, фазная емкость 4 мкФ. Для контроля изоляции сети используется прибор «Электрон-1», осуществляющий измерение сопротивления изоляции по постоянному току. Реализация способа заключается в том, что к сети подключается: батарея конденсаторов (ЛСЕ-40с-5.9У1.1) 1 и резистор (ПЭВ-50IV-74) 2 по предложенным схемам. Устройства, реализующие способ заземления нейтрали, имеют следующие параметры.

Для схемы, изображенной на фиг.3, сопротивление резистора - 910 Ом; суммарная емкость конденсаторов - 8×5.9 мкФ.

Для схемы, изображенной на фиг.4, сопротивление резистора - 910 Ом; суммарная емкость конденсаторов - 3×8×5.9 мкФ.

Из фиг.3 и 4 видно, что в нормальном режиме электросеть изолирована от земли по постоянному току, тем самым обеспечивается возможность контроля изоляции. Регистрация перенапряжений при помощи осциллографа 4 показала, что после установки устройств, реализующих способ заземления нейтрали, максимальное значение кратности напряжения смещения нейтрали по постоянному потенциалу относительно амплитуды фазного напряжения составило 0,4 при реализации схемы, изображенной на фиг.3, и 0,37 - при реализации схемы, изображенной на фиг.4.

Таким образом видно, что обе реализованные схемы подключения конденсаторов позволяют получить очень близкие результаты по ограничению напряжения смещения нейтрали и решают поставленную задачу.

1. Способ заземления нейтрали, включающий использование резистора, заземляющего нейтраль, отличающийся тем, что между резистором и электрической сетью включают конденсаторы с суммарной емкостью не менее 40 мкФ, а сопротивление резистора выбирают из диапазона 0,25-30 кОм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что конденсаторы и резистор включают между естественной нейтралью электросети и землей последовательно друг с другом.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют искусственную нейтраль путем подключения конденсаторов к сети по схеме «звезда», которую затем присоединяют к земле через резистор.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, к криоэлектронике и может быть использовано для защиты электрических машин от токовых перегрузок. .

Изобретение относится к электротехнике. .

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может быть использовано для защиты электрических сетей и систем от аварий и перегрузок. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к модулю сверхпроводящего резистивного ограничителя тока и его варианту, которые предназначены для защиты от перегрузок и токов короткого замыкания в сети.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в коммутируемых источниках питания для защиты от перегрузки по току. .

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в коммутируемых источниках питания с защитой от перегрузки по току как нагрузки, так и источника питания и электронного ключа.

Изобретение относится к области электронной техники. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции индуктивного токоограничивающего устройства, и может быть использовано в системах передачи и распределения электрической энергии переменного тока

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрических генераторных системах для ограничения тока генератора

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для ограничения тока замыкания токов замыкания от низкого до сверхвысокого напряжений

Изобретение относится к электротехнике, к ограничителям тока повреждения. Технический результат состоит в экономичной и эффективном повышении качества электрического тока путем уменьшения гармонических искажений. Способ качественного улучшения тока включает этапы, на которых пропускают первичный ток (1) через первичную обмотку (2), обеспечивают связь вторичной обмотки (3) с первичной обмоткой (2) через общий магнитный поток. Вторичная обмотка (3) содержит сверхпроводник, выполненный с возможностью ослабления. Ослабление вызывает переход сверхпроводника из состояния сверхпроводимости с низким сопротивлением в ослабленное состояние с высоким сопротивлением, и направляют большую часть (8) общего магнитного потока первичной обмотки (2) и вторичной обмотки (3) в ферромагнитную среду (5а). При ослаблении общий магнитный поток перенаправляют таким образом, что в ослабленном состоянии с высоким сопротивлением сверхпроводника большая часть (17) общего магнитного потока направляется снаружи ферромагнитной среды (5а). 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в источниках питания с защитой от перегрузки по току без использования датчика тока, преимущественно в системах управления космических аппаратов. Технический результат заключается в снижении массы и габаритов коммутатора напряжения и повышении точности при изменении электронного коммутатора в открытом состоянии в зависимости от температуры. Для этого заявленное устройство содержит электронный коммутатор с МОП структурой, который подает питание в блок нагрузки. Подключенный к общей точке коммутатора и блока нагрузки электронный ключ и последовательно соединенные резистор и терморезистор снижают погрешность формирования уровня срабатывания релейного элемента с гистерезисом, который управляют с помощью первого и второго элементов И включением и выключением питания блока нагрузки. При наличии перегрузки по току осуществляется отключение питания от блока нагрузки. 1 ил.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в источниках питания с защитой от перегрузки по току без использования датчика тока, преимущественно в системах управления космических аппаратов. Технический результат заключается в снижении массы и габаритов коммутатора напряжения и повышении точности при изменении сопротивления электронного коммутатора в открытом состоянии в зависимости от температуры. Для этого заявленное устройство содержит электронный коммутатор с МОП структурой, который подает питание в блок нагрузки. Последовательно соединенные источник опорного напряжения, второй электронный ключ, резистор и терморезистор обеспечивают срабатывание релейного элемента с гистерезисом, практически независимым от температуры. Подключенный к общей точке коммутатора и блока нагрузки электронный ключ, выход которого соединен с входом сумматора, позволяют исключить из схемы датчик тока, который требует значительного отвода тепла. При наличии перегрузки по току осуществляется отключение питания от блока нагрузки. 1 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности коммутации в условиях изменения температуры при снижении массы и габаритов коммутатора. Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току содержит элемент И, последовательно соединенные электронный коммутатор и блок нагрузки и дополнительно введенные генератор тока, терморезистор, задатчик тока, блок сравнения и блок определения фактического значения коммутируемого тока, включающий блок хранения заданных значений, сравнивающее устройство, блок умножения, сумматор и блок деления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение эффективного охлаждения сверхпроводящего элемента при срабатывании токоограничивающего устройства. Модуль ограничителя тока включает, по меньшей мере, один сверхпроводящий элемент, расположенный в керамической капсуле и находящийся в термическом контакте с материалом капсулы, где капсула выполнена из термостойкой теплопроводной керамики с коэффициентом теплопроводности не менее 1 Вт/м/К, электрическим сопротивлением не менее 105∙Ом·м и электрической прочностью свыше 400 В/мм. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к ограничителям тока утечки. Технический результат состоит в повышении кпд путем повышения отношения индуктивностей. Индуктивный ограничитель (1) тока утечки, включающий в себя нормально проводящую систему (2) первичной катушки, имеющую множество витков (3), сверхпроводящую, короткозамкнутую систему (4) вторичной катушки. Система (2) первичной катушки и система (4) вторичной катушки расположены по меньшей мере, по существу, коаксиально. Система (4) вторичной катушки включает в себя первую секцию (4a) катушки и вторую секцию (4b) катушки. Первая секция (4a) катушки системы (4) вторичной катушки расположена радиально внутри витков (3) системы (2) первичной катушки. Вторая секция (4b) катушки системы (4) вторичной катушки расположена радиально снаружи витков (3) системы (2) первичной катушки. 16 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх