Способ устранения перенапряжений



Способ устранения перенапряжений
Способ устранения перенапряжений
Способ устранения перенапряжений
Способ устранения перенапряжений

 


Владельцы патента RU 2506675:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области электротехники. Способ заключается в том, что нейтраль заземляется через соединенные последовательно друг с другом емкостные и резистивный элементы, а между фазами сети подключаются дополнительные емкости. Параметры элементов выбирают из условия устранения колебательных переходных процессов после замыкания фазы на корпус и после гашения заземляющей дуги. Технический результат - повышение надежности электросети. 4 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для устранения перенапряжений в электросетях.

Известно устройство для глубокого ограничения перенапряжений в распределительном устройстве электросети с изолированной пли компенсированной нейтралью (Патент РФ №2040841 C1, H02H 9/04, 25.07.1995), 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 па полезную модель РФ №44008 U1, H02H 9/04, 10.02.2005), 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 определяющие его надежность и безопасность.

Наиболее близким является способ (Патент на изобретение РФ №2453020 C1, Н02Н 9/02, 10.06.2012), заключающийся в том, что нейтраль заземляется через соединенные последовательно друг с другом емкостные и резистивный элементы.

Недостаток известного способа заключается в том, что при его использовании не устраняются перенапряжения, возникающие при однофазном замыкании на корпус (землю), между неповрежденными фазами и корпусом (землей). При использовании способа сохраняется возможность возникновения опасной перемежающей дуги в месте замыкания фазы на корпус.

Изобретение решает задачу повышения надежности и безопасности электросистем, за счет устранения перенапряжений на неповрежденных фазах, а также снижения вероятности возникновения перемежающей дуги.

Для решения поставленной задачи в известном способе, заключающемся в использовании соединенных последовательно друг с другом емкостных и резистивного элементов, заземляющих нейтраль с сопротивлением резистора, выбираемым в диапазоне (0.25-30) кОм, предлагается емкость конденсаторов выбирать в соответствии с условием

где RN - сопротивление заземляющего резистора, Ln - эквивалентная продольная индуктивность фазы электросистемы,

а между фазами электросети включать дополнительные конденсаторы, емкость которых должна удовлетворять следующему условию:

где Rn - эквивалентное продольное активное сопротивление фазы электросистемы. Сф - емкость между каждой из фаз и корпусом.

При таком способе заземления нейтрали, ограничение перенапряжений достигается за счет воздействия на переходные процессы в контуре нулевой последовательности, а также за счет изменения характера переходных процессов между фазами.

Известно, что максимальные кратности перенапряжений определяются как сумма принужденной и свободной составляющих, где свободная составляющая представляет собой высокочастотные колебания. Предлагаемый способ изменяет характер свободной составляющей напряжения между неповрежденными фазами и корпусом, а также между неповрежденной фазой и поврежденной после замыкания фазы с колебательного на апериодический. Это устраняет высокочастотные колебания, являющиеся причиной наибольших перенапряжений. Кроме того, происходит снижение напряжения смещения нейтрали по постоянному потенциалу после гашения дуги. Для осуществления этого, параметры элементов, используемых при реализации способа, следует подбирать таким образом, чтобы переходные процессы носили апериодический характер. К тому же в результате устранения колебаний в сети уменьшается скорость восстановления напряжения на поврежденной фазе после гашения дуги, что затрудняет повторное ее зажигание и снижает вероятность приобретения ей перемежающегося характера.

Переходные процессы будут носить апериодический характер, если характеристическое уравнение системы имеет только действительные корни. Поскольку система включает в себя несколько независимых накопителей, ее уравнение слишком высокого порядка, чтобы получить аналитические выражения для его корней и определить на их основе необходимое сочетание параметров схемы. Однако этого результата можно достичь, используя теорему Штурма.

На прилагаемых к заявке графических материалах изображены:

на фиг.1 - схема устройства, реализующего предлагаемый способ устранения перенапряжений;

на фиг.2 - схема модели, которая применялась при реализации способа устранения перенапряжений.

на фиг.3 - осциллограммы напряжений при однофазном замыкании в электросистеме без предлагаемого способа.

на фиг.4 - осциллограммы напряжений при однофазном замыкании в электросистеме с использованием предлагаемого способа.

На прилагаемых схемах приняты следующие обозначения:

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

На фиг.1 изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ защиты от перенапряжений. Устройство состоит из конденсаторов 1, соединенных звездой и образующих нейтральную точку сети, резистора 2, включенного между нейтральной точкой емкостных элементов и землей, а также конденсаторов 3, включенных между фазами электросети.

Определение сочетания емкости конденсаторов 1, 3 и остальных параметров электросистемы, позволяющего устранить свободные колебания, проводилось на основе теоремы Штурма. Как известно, высокочастотные колебания при коммутации фазы на корпус возникают, если система описывается характеристическим уравнением, среди корней которого есть комплексные числа. Устранить колебательные процессы в электросистеме можно, подобрав ее параметры таким образом, чтобы все корни уравнения были бы действительными числами.

Согласно теореме Штурма количество действительных корней на определенном интервале независимой переменной может быть найдено как разность чисел перемен знаков «системы Штурма» на границах этого интервала. Если на интервале от -∝ до ∝ количество действительных корней уравнения равно количеству всех корней (которое определяется порядком уравнения), то в электросети будут только апериодические переходные процессы. Этому соответствует условие, когда все коэффициенты при старших членах полиномов, входящих в «систему Штурма», положительны. Эти коэффициенты определяются параметрами электросети, что позволяет получить выражения (1), (2) для выбора емкости конденсаторов.

Конкретный пример осуществления способа

На фиг.2 представлена схема сети с подключенными устройствами, реализующими предлагаемый способ. Напряжение сети - 230 В, частота - 50 Гц, фазная емкость - 4 мкФ, активное сопротивление обмотки источника - 0.1 Ом, индуктивность источника 6.63 мкГн. Реализация способа заключается в том, что к сети подключается: конденсаторы 1 и 3, а также резистор 2 по предложенным схемам. Устройства, реализующие способ устранения перенапряжений, имеют следующие параметры: сопротивление резистора - 1000 Ом; емкость конденсаторов 1, согласно (1), должна быть не меньше величины 24·10-12 Ф, выбрана - 2 мкФ; емкость конденсаторов 3, согласно (2), должна быть не меньше 442 мкФ, поэтому она выбрана равной - 500 мкФ.

На фиг.3 показаны осциллограммы напряжений в электросети без применения способа, из которых видно, что после замыкания возникают высокочастотные колебания, максимальная кратность перенапряжений, на зарегистрированных осциллограммах составляет 3.34 амплитуды фазного напряжения. Также видны высокочастотные колебания восстанавливающегося напряжения после гашения заземляющей дуги, что может привести к ее повторному зажиганию.

Результаты регистрации напряжений при использовании предлагаемого способа приведены на фиг.4. После установки устройств, реализующих способ защиты от перенапряжений, устраняются высокочастотные колебания в сети при коммутации фазы на корпус, в результате чего напряжение на фазах не превышает линейного. Высокочастотные колебания отсутствуют и после гашения заземляющей дуги, а напряжение на нейтрали быстро снижается.

Для проверки подтверждения необходимости указанных требований к параметрам устройства, реализующего способ, была проведена серия экспериментов, в ходе которых осциллографом 4 регистрировалось напряжение на междуфазной емкости и напряжение между поврежденной фазой и корпусом. Напряжения регистрировались при различных значениях емкостей конденсаторов 1 и 3, в то время как сопротивление резистора 2 и параметры электросистемы имели значения указанные в описанном примере.

В таблице 1 показана взаимосвязь наличия высокочастотных колебаний и емкости конденсаторов 1 на поврежденной фазе после гашения заземляющей дуги.

Таблица 1
Значение емкости Ср, мкФ Наличие высокочастотных колебаний на поврежденной фазе после гашения заземляющей дуги
0 Есть
1 Нет
2 Нет
5 Нет

Согласно выражению (1), емкость конденсаторов 1 для описанной в примере электросистемы должна быть больше или равна 24·10-12 Ф. Как видно из таблицы 1, высокочастотные колебания действительно устраняются только при этом условии.

В таблице 2 показаны результаты регистрации перенапряжений при различных величинах емкости конденсаторов 3, из которой видно, что устранение перенапряжений достигается при емкости 500 мкФ, что соответствует условию (2).

Таблица 2
Значение емкости С, мкФ Максимальная кратность перенапряжений между фазами относительно амплитуды линейного напряжения сети Наличие колебаний
0 1.66 Есть
10 1.18 Есть
50 1.03 Есть
100 1.01 Есть
500 1 Нет

Таким образом, видно, что реализованная схема при указанных условиях позволяет устранить высокочастотные колебания напряжения на неповрежденной фазе после возникновения заземляющей дуги и на поврежденной фазе после ее гашения, что решает поставленную задачу повышения надежности и безопасности.

Способ устранения перенапряжений, включающий использование соединенные последовательно друг с другом емкостные и резистивный элементы, заземляющие нейтраль с сопротивлением резистора, выбираемом в диапазоне (0.25-30) кОм, отличающийся тем, что емкость конденсаторов выбирается в соответствии с условием
,
где RN - сопротивление заземляющего резистора, Ln - эквивалентная продольная индуктивность фазы электросистемы,
а между фазами электросети включаются дополнительные конденсаторы, емкость которых должна удовлетворять следующему условию
,
где Rn - эквивалентное продольное активное сопротивление фазы электросистемы, Сф - емкость между каждой из фаз и корпусом.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности.

Изобретение относится к защитной схеме блока электропитания установки постоянного напряжения, дающей экономичную возможность выполнения электронного предохранителя в выходном контуре регулируемого блока электропитания.

Изобретение относится к соединителям для инверторов. .

Изобретение относится к предохранительному устройству для защиты электрической системы. .

Изобретение относится к предохранительному устройству (1), предназначенному для защиты электрической системы. .

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

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высокочастотных энергосистемах. Техническим результатом является улучшение массогабаритных показателей, уменьшение затрат и расширение области применения. Система для уменьшения резонанса, возникающего вследствие нелинейных гармонических искажений в высоковольтной энергосистеме, содержит гаситель скачков напряжения, подсоединенный к указанной высоковольтной энергосистеме между кабелем и цепью заземления и выполненный с возможностью предотвращения скачков напряжения. Система содержит преобразователь частоты, включенный параллельно с указанным гасителем скачков напряжения и выполненный с возможностью сдвига резонансной частоты высоковольтной энергосистемы. 5 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для снижения уровня перенапряжений и тока однофазного замыкания в электросетях. Способ заключается в том, что нейтраль заземляется при помощи конденсаторов и реактора. При этом активное сопротивление ветви реактора выбирают наибольшим, обеспечивающим заданную величину тока однофазного замыкания, а суммарную емкость конденсаторов - по условию: C ≥ E ω ⋅ R ⋅ U , где ω - угловая частота сети; R - выбранное активное сопротивление ветви обмотки реактора; U - действующее значение напряжения на реакторе при резонансном значении тока; Е - действующее значение фазной ЭДС сети. Технический результат - повышение надежности и безопасности электросети. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите и автоматике. Технический результат заключается в повышении точности определения остаточного ресурса изоляции и, следовательно, в обеспечении своевременного принятия мер для сохранения работоспособности защищаемого высоковольтного оборудования при перенапряжениях путем ограничения или снижения напряжения или отключения высоковольтного оборудования. Способ оценивает остаточный ресурс изоляции путем вычитания из него части ресурса, определяемой на каждом полупериоде напряжения как отношение продолжительности полупериода к величине допустимого времени нахождения изоляции под напряжением с данным действующим значением. Начальный ресурс изоляции принимается равным 1. Новым в способе являются операции, позволяющие повысить точность определения действующего значения напряжения (в общем случае несинусоидального) по измерениям напряжения в равномерные моменты времени. С указанной целью измерения напряжения преобразуют в отсчеты промежуточного сигнала путем возведения их в квадрат, подвергают промежуточный сигнал дополнительному усреднению, взвешивая с коэффициентом 1/4 сумму его текущего и предыдущих трех отсчетов, сдвинутых относительно текущего отсчета на фиксированные моменты времени, равные 1/6, 1/2, и 2/3 или 1/4, 1/2, и 4/5 от числа отсчетов на периоде измеряемого напряжения номинальной частоты, если упомянутое число отсчетов делится нацело на 6 или 20 соответственно. Действующее значение напряжения определяется путем извлечения квадратного корня из усредненной суммы отсчетов промежуточного сигнала на числе измерений за период электрического напряжения. 1 ил., 1 табл.

Представлен и описан элемент защиты от перенапряжения с корпусом и по меньшей мере одним установленным в корпусе ограничивающим перенапряжение компонентом, прежде всего газонаполненным разрядником (1), искровым разрядником, защитным диодом (2) или варистором. Согласно изобретению контроль работоспособности и состояния элемента защиты от перенапряжения во время работы является возможным за счет того, что с ограничивающим перенапряжение компонентом соотнесен контролирующий компонент, который регистрирует протекающий через ограничивающий перенапряжение компонент ток (i), и что предусмотрен блок обработки результатов, оценивающий сигнал контролирующего компонента. Технический результат - возможность контроля работоспособности и состояния элемента защиты от перенапряжения во время работы. 2н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении точности определения остаточного ресурса изоляции. Согласно способу определяют абсолютное максимальное значение на каждом полупериоде кривой напряжения и оценивают остаточный ресурс путем вычитания из него части ресурса, определяемой на каждом полупериоде кривой напряжения как отношение продолжительности полупериода напряжения к величине допустимого времени нахождения изоляции оборудования под напряжением с максимальным значением полупериода. При этом измеряют электрическое напряжение в равномерно фиксированные моменты времени и формируют отсчеты выпрямленного сигнала путем определения абсолютных значений измерений, сравнивают отсчеты выпрямленного сигнала с заданным порогом и выделяют отрезок, расположенный между двумя отсчетами ниже порога и отсчеты которого выше упомянутого порога, находят среди отсчетов выделенного отрезка отсчет с максимальным значением, а затем выбирают заданное число отсчетов слева и справа от него. Через найденные отсчеты проводят интерполяционную кривую с единственным максимумом и принимают ее максимум за абсолютное максимальное значение электрического напряжения на полупериоде. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам контролируемого инициирования молниевых разрядов, которые могут быть использованы при молниезащите важных объектов от грозового электричества и при искусственных воздействиях на облачные процессы с целью регулирования их электрической активности. Молниезащита осуществляется за счет отвода тока молнии в безопасное для защищаемого объекта место. Задачей изобретения способа является упрощение, удешевление, повышение надежности и расширение возможностей применения способа инициирования молниевых разрядов. Поставленная задача решается следующим образом. Способ инициирования молниевых разрядов включает дистанционное определение предразрядного состояния и координат грозовых ячеек, а также создание плазменного токопроводящего канала. При этом плазменный токопроводящий канал создают синхронизированным подрывом серии артиллерийских боеприпасов плазменно-оптического действия. Точки подрыва располагают так, чтобы ионизированные области, возникающие в атмосферном воздухе при срабатывании боеприпасов плазменно-оптического действия, располагались с перекрытием по цепочке в направлении от грозовой ячейки к поверхности земли или к соседней грозовой ячейке. Перекрытие ионизированных областей в атмосферном воздухе от срабатывания боеприпасов плазменно-оптического действия может быть осуществлено изменением направления полета каждого последующего боеприпаса в серии относительно предыдущего. Перекрытие ионизированных областей в атмосферном воздухе от срабатывания боеприпасов плазменно-оптического действия также может быть осуществлено изменением времени срабатывания каждого последующего боеприпаса в серии относительно предыдущего. Кроме того, перекрытие ионизированных областей в атмосферном воздухе от срабатывания боеприпасов плазменно-оптического действия может быть осуществлено одновременным изменением направления полета каждого последующего боеприпаса в серии относительно предыдущего и изменением времени срабатывания каждого последующего боеприпаса в серии относительно предыдущего. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и содержит модуль ограничителей напряжения (МОН), входной, промежуточный и выходной силовые ключи (СК), дроссель, второй диод, модуль контроля и управления (МКУ), входную плавкую вставку, плюсовой и минусовой входы и плюсовой и минусовой выходы. Технический результат - возможность использования в качестве силовых ключей тиристоров. При защите от сбоев и повреждений осуществляется поэтапное гашение избыточной энергии с помощью шунтирующих и рассеивающих энергию средств без отключения нагрузки от сети, а при достижении предельно больших величин рассеиваемой энергии защиту осуществляют путем отключения комбинированного сетевого защитного устройства от сети. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в противоаварийной автоматике для автоматического ограничения повышения напряжения (АОПН) высоковольтного оборудования. Техническим результатом является повышение эффективности эксплуатации высоковольтного оборудования за счет более точной оценки остаточного ресурса изоляции высоковольтного оборудования и повышения гибкости осуществления технических мероприятий по ликвидации перенапряжения. В способе автоматического ограничения повышения напряжения высоковольтного оборудования измеряют электрическое напряжение, делят диапазон возможных перенапряжений на ступени и на каждой из них осуществляют соответствующие технические мероприятия, направленные на ликвидацию перенапряжения. Контролируют признак отказа технических мероприятий ступени и при его появлении приводят в действие технические мероприятия следующей ступени. Оценивают остаточный ресурс изоляции высоковольтного оборудования путем уменьшения его величины с интенсивностью расхода, соответствующей текущему уровню перенапряжения, и формируют упомянутый признак отказа при понижении остаточного ресурса изоляции до пороговой величины, равной произведению времени, отведенного для выполнения технических мероприятий следующих ступеней, и интенсивности расхода ресурса изоляции высоковольтного оборудования, соответствующей текущему уровню перенапряжения. 3 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении точности оценки ресурса изоляции высоковольтного оборудования при перенапряжениях. Согласно способу определяют затраченный ресурс изоляции оборудования, накапливая его расход с интенсивностью, соответствующей существующему перенапряжению, и сравнивают его с порогом, при превышении которого формируют сигнал об исчерпании ресурса изоляции. После исчезновения перенапряжения учитывают восполнение ресурса изоляции путем уменьшения затраченного ресурса с заданной интенсивностью восстановления. При этом диапазон возможных перенапряжений делят на ступени восстановления и на каждой из них оценивают затраченный ресурс отдельно, а затраченный ресурс изоляции оборудования определяют как сумму затраченных ресурсов упомянутых ступеней. После исчезновения перенапряжения учитывают восполнение ресурса изоляции для каждой ступени восстановления путем одновременного уменьшения затраченных ресурсов ступеней с интенсивностью восстановления, соответствующей каждой ступени. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для фильтрации выходного напряжения источника, предназначенного для питания различных потребителей постоянного тока. Технический результат заключается в уменьшении токовых нагрузок на питающий источник напряжения постоянного тока и на конденсатор нагрузки, повышение надежности работы и расширение области применения. Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки содержит источник напряжения постоянного тока, ключ, два блока управления, устройство задания напряжения, блок ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки, датчик тока, клеммы для подключения конденсатора нагрузки, реактор и диод. 2 ил.
Наверх