Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для резистивного заземления нейтрали трехфазных электрических сетей. Технический эффект заключается в улучшении условий самогашения заземляющей дуги и сокращении длительности ее горения, повышении электробезопасности сети, снижении потерь энергии в заземляющем резисторе и его мощности. Для этого заявленное устройство состоит из заземляющего резистора с постоянным активным сопротивлением, подключенного одним из выводов к нейтрали электрической сети, а вторым выводом - к условному аноду симистора, условный катод которого заземлен. Между нейтралью сети и землей включен емкостный делитель напряжения. К нижнему плечу емкостного делителя подключена первичная обмотка трансформатора, а вторичная обмотка подключена к управляющему электроду симистора и его условному катоду. При неустойчивых дуговых замыканиях симистор открывается и подключает резистор к сети, снижая перенапряжения. При устойчивом замыкании тиристор закрыт и заземляющий резистор отключен от сети. 2 ил.

 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для резистивного заземления нейтрали электрических сетей.

Известно устройство заземления нейтрали электрической сети, представляющее дугогасящий реактор (ДГР). Недостатком его применения является значительная стоимость ДГР, а также необходимость подстройки тока компенсации (путем изменения отпайки или применения дорогостоящих автоматических систем настройки) при изменении емкостного тока замыкания на землю (ЕТЗЗ) [Базылев Б.И., Брянцев А.М., Долгополов А.Г и др. Дугогасящие реакторы с автоматической компенсацией емкостного тока замыкания на землю. - СПб.: Изд-во ПЭИПК Минтопэнерго России, 1999; Обабков В.К. Еще раз о компенсации емкостных токов в сетях 6-36 кВ.// Энергетик, №2, 2002] - отключениях и включениях питающих линий в сети.

Известно также устройство заземления (взятое в качестве прототипа), представляющее постоянный заземляющий/нейтральный резистор (R N) [Н.Н. Беляков. Перенапряжения от заземляющих дуг в сетях с активным сопротивлением в нейтрали. Труды ВНИИЭ, 1961, вып. 11, с. 84-101], включаемый между нейтралью сети и «землей» (контуром заземления подстанции). Такое устройство заземления применяется в сетях с малыми ЕТЗЗ, максимальные значения которых для сетей разных классов напряжения устанавливаются нормативными документами [Правила устройства электроустановок. - Изд. 7-е., НЦ ЭНАС, 2008]. Заземляющий резистор R N выбирается из условия приблизительного равенства ЕТЗЗ (I C) активному току замыкания на землю (I R=U ф/R NI C=3ωC ф U ф, где C ф, U ф - фазная емкость и напряжение сети), обусловленному включением R N в нейтраль электрической сети. Такой способ заземления позволяет снизить перенапряжения при однофазных дуговых замыканиях на землю (ОДЗ), что уменьшает электрическую нагрузку на изоляцию, в основном, неповрежденных фаз электрической сети. Однако включение резистора в нейтраль сети приводит к увеличению установившегося полного тока замыкания на землю. При выборе резистора из условия I RI C увеличение тока замыкания на землю составляет ~ раз. Повышенный ток замыкания на землю ухудшает условия самогашения заземляющей дуги, препятствует ее быстрому самогашению, снижает электробезопасность сети; в самом заземляющем резисторе выделяется значительная энергия, поскольку к нему прикладывается фазное напряжение.

Таким образом, анализ современного состояния техники указывает на необходимость разработки устройства заземления нейтрали трехфазной электрической сети, снижающего перенапряжения при ОДЗ, но не приводящего к увеличению установившегося тока замыкания на землю и длительности горения заземляющей дуги, и не снижающего электробезопасность сети. Устройство должно иметь пониженные потери энергии и соответственно уменьшенную мощность заземляющего резистора.

Эта задача достигается тем, что в известном устройстве резистивного заземления нейтрали трехфазной электрической сети, состоящем из заземляющего резистора с постоянным активным сопротивлением, подключенного одним из выводов к нейтрали электрической сети, второй вывод заземляющего резистора подключен к условному аноду симистора, а его условный катод соединен с землей (контуром заземления подстанции). Между нейтралью трехфазной электрической сети и землей включен емкостный делитель напряжения, состоящий из двух конденсаторов. Параллельно конденсатору, включенному между средней точкой емкостного делителя и землей, подключены выводы первичной обмотки трансформатора, а выводы вторичной обмотки трансформатора подключены к управляющему электроду и условному катоду симистора. Параллельно симистору - между условным анодом и катодом включен защитный ограничитель перенапряжений нелинейный.

На фиг.1. приведена схема устройства импульсного подключения заземляющего резистора R N (1) в распределительную сеть. К нейтрали сетевой обмотки питающего трансформатора или специальному устройству выделения нейтрали (2) подключен заземляющий резистор R N (1). Последовательно с ним включен симистор (3), условный анод которого подключен к R N, а условный катод соединен с «землей». Между нейтралью сети и землей включен емкостный делитель напряжения, образованный конденсаторами С 1 (4) и С 2 (5). Параллельно нижнему плечу емкостного делителя напряжения (т.е. конденсатору С 2 (6)) включена первичная обмотка трансформатора Т (6), а его вторичная обмотка подключена к управляющему электроду и условному катоду симистора (3), который защищен ограничителем перенапряжений нелинейным (7). Все элементы, соединенные между заземляющим резистором R N и землей, включая вторичную обмотку трансформатора Т, выделены в отдельный блок (8).

Устройство работает следующим образом. Заземляющий резистор R N выбирают из условия полного стекания заряда (появляющегося на нейтрали сети после погасания заземляющей дуги) за один полупериод промышленной частоты (T0/2). За четыре постоянных времени 4τ≈4·3R N C ф (где - C ф - фазная емкость сети) заряд практически полностью стекает с нейтрали сети, поэтому T0/2=4τ (τ=T0/8).

После гашения заземляющей дуги в момент перехода высокочастотной составляющей тока замыкания через нуль на нейтрали сети быстро нарастает напряжение (u N) (фиг. 2). Под действием крутого фронта напряжения на нейтрали сети (u N) в контуре, образованном емкостным делителем С 1 (4) - С 2 (5) и трансформатором Т (6) (фиг. 1), возникает переходный процесс. Напряжение, появляющееся на выводах вторичной обмотки трансформатора и прикладываемое между управляющим электродом и условным катодом симистора, достаточно для его отпирания. Симистор отпирается, пропуская ток через заземляющий резистор и снижая напряжение на нейтрали сети; он закрывается при снижении через него тока до значения меньшего тока удержания.

При импульсном заземлении (ИЗ) нейтрали сети посредством устройства на фиг. 1 относительная энергия в заземляющем резисторе с некоторым условным сопротивлением R N=1 Ом, выделяемая в течение полупериода промышленной частоты T 0/2 после самогашения заземляющей дуги, равна

где U N0 - начальное по отношению к фазному максимальному значению (U фм) напряжение на нейтрали сети после погасания заземляющей дуги.

Относительная энергия, выделяемая при устойчивом («металлическом») замыкании на землю, при относительном напряжении в сети U фм=1 и постоянно включенном заземляющем резисторе, определяется по выражению:

Теоретически максимальное напряжение на нейтрали сети после погасания заземляющей дуги при первом переходе высокочастотной (перезарядной) составляющей тока через нуль равно в относительных единицах U N0=5/3 [Ф.А. Лихачев. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. - М.: Энергия, 1971]. Поэтому отношение энергий при различных способах заземления нейтрали сети будет равно:

Таким образом, при импульсном заземлении резистора R N, рассеиваемая в нем мощность, как минимум, на 31% меньше, чем при его постоянном подключении к нейтрали сети.

В реальных сетях в силу потерь как в самой сети, так и в дуговом канале заземляющей дуги среднее начальное смещение напряжения на нейтрали сети заметно меньше теоретически максимального значения, оно составляет (в относительных единицах) приблизительно U N0≈1 [Качесов В.Е., Ларионов В.Н., Овсянников А.Г. Результаты мониторинга перенапряжений при однофазных дуговых замыканиях на землю в распределительных сетях. - Электрические станции, № 8, 2002]. Поэтому требуемая мощность заземляющего резистора R N при импульсном заземлении составляет лишь ~25% по отношению к мощности, требуемой при его постоянном включении.

При многократных ОДЗ в силу ухудшения диэлектрических свойств участка сети с дефектной изоляцией процесс замыкания на землю со временем часто приближается по характеру к устойчивому замыканию, что приводит к невключению искрового устройства присоединения (симистор 3 на фиг.1 не включается) в силу плавного изменения напряжения на нейтрали и исключает последующий разогрев заземляющего резистора. Одновременно снижается ток в канале заземляющей дуги, улучшаются условия ее самогашения и повышается электробезопасность сети.

На фиг. 2 приведены расчетные осциллограммы, полученные моделированием переходного процесса однофазного замыкания на землю при неустойчивом и устойчивом замыкании. При неустойчивом замыкании (t<tу - фиг. 2) после гашения заземляющей дуги происходит быстрый рост напряжения на нейтрали (u N), и на вторичной обмотке трансформатора формируются импульсы напряжения (u зап), открывающие симистор. Открытие симистора приводит к приложению напряжения к заземляющему резистору (u RN), и, соответственно, к протеканию через него тока. При установлении устойчивого замыкания на землю (t>tу - фиг. 2) напряжение на поврежденной фазе u ф мало, напряжение на нейтрали сети u N имеет форму, близкую к синусоидальной, поэтому напряжение запуска u зап незначительно, и открытия симистора не происходит - заземляющий резистор отключен от нейтрали сети, и в месте замыкания протекает только емкостный ток (I C).

В высоковольтных сетях в некоторых случаях может потребоваться последовательное включение нескольких блоков 8 в силу ограниченности рабочего напряжения симисторов. В этом случае количество изолированных друг от друга вторичных обмоток трансформатора Т соответствует количеству последовательно включенных блоков.

Таким образом, предлагаемое устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети автоматически включает заземляющий резистор при дуговых (неустойчивых) замыканиях на землю, снижая перенапряжения на неповрежденных фазах, и отключает резистор при устойчивом замыкании на землю. Автоматическое отключение резистора при устойчивом замыкании снижает полный ток замыкания, способствует более быстрому самогашению заземляющей дуги, повышает электробезопасность сети. Потери энергии в заземляющем резисторе снижаются, а сам резистор может быть изготовлен на существенно меньшую расчетную мощность.

Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети, состоящее из заземляющего резистора с постоянным активным сопротивлением, подключенного одним из выводов к нейтрали электрической сети, отличающееся тем, что второй вывод заземляющего резистора подключен к условному аноду симистора, а условный катод симистора соединен с землей, между нейтралью трехфазной электрической сети и землей включен емкостный делитель напряжения, состоящий из двух конденсаторов, параллельно конденсатору, включенному между средней точкой емкостного делителя и землей, подключены выводы первичной обмотки трансформатора, выводы вторичной обмотки трансформатора подключены к управляющему электроду и условному катоду симистора, параллельно симистору между условным анодом и катодом включен защитный ограничитель перенапряжений нелинейный.



 

Похожие патенты:

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. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обеспечения соответствия требованиям взрывозащищенности. .

Изобретение относится к схемам защиты электрических приборов от воздействия напряжения, превышающего допустимое, и может быть использовано для защиты погружных телеметрических систем измерения внутрискважинных параметров и параметров погружных электронасосов для добычи нефти.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах защиты оборудования от повреждений, вызванных коротким замыканием и ударами молний.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в сетях среднего напряжения 3-10 кВ для снижения перенапряжений, возникающих при отключении электродвигательных присоединений вакуумными выключателями.

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к области промышленной электроники и может быть использовано для защиты потребителей электроэнергии постоянного тока от воздействия импульсных помех, возникающих в питающей сети при коммутации ее нагрузок и в аварийных режимах, при грозовых разрядах, а также для ограничения тока заряда сглаживающих и накопительных конденсаторов различного назначения, преимущественно в полупроводниковых источниках вторичного электропитания.

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для защиты приемников электрической энергии от аварийных значений напряжений в электрических сетях.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в высоковольтных сетях 3-6-10-35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью как средство для регулирования режима нейтрали и защиты от внутренних перенапряжений при однофазных замыканиях на землю в этих сетях.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для защиты от электрохимической коррозии подземных металлических сооружений, зарядки аккумуляторов, в установках запуска двигателей самолетов, автомобилей, источниках питания опреснительных установок и других целей.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в дискретно регулируемых стабилизаторах и регуляторах переменного напряжения частотой 50-60 Гц.

Изобретение относится к области защиты электрических, в том числе и электронных устройств, в основном бытового назначения, таких как телевизоры и персональные компьютеры.

Изобретение относится к технологии детектирования напряжения и, в частности, относится к устройству защиты от перенапряжения путем отключения от сети, в котором блок питания постоянного тока отключается от сети питания, когда в сети переменного тока происходит бросок напряжения

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для резистивного заземления нейтрали трехфазных электрических сетей

Наверх