Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины



Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины
Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины
Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины
Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины
Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины
Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины
Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины
Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины
Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины
Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины
Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины
Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины
Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины
Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины
Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины

 


Владельцы патента RU 2544012:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) (RU)

Изобретение относится к электротехнике, а именно к схемам защиты трехфазных электрических линий, машин и приборов, в частности к схемам защиты, реагирующим на разность токов. Оно предназначено для защиты синхронных генераторов компенсаторов, а также синхронных и асинхронных двигателей. В устройство дополнительно введены второй четырехфазный мостовой выпрямитель, выходные зажимы которого являются вторыми выходными зажимами устройства, и три третьих дифференцирующих индукционных преобразователя тока, причем начала вторых обмоток тока подключены к общему нулевому зажиму защищаемой электрической машины, а концы этих обмоток тока соединены с концами соответствующих фазных обмоток этой машины, начала которых подключены к концам соответствующих третьих обмоток тока, начала которых непосредственно подключены к концам соответствующих по фазе токопроводящих жил линии для присоединения защищаемой машины к ее выключателю, при этом входные зажимы второго выпрямителя подключены по одному к общему нулевому зажиму устройства и началам третьих катушек всех групп, концы которых подключены к упомянутым соединительным узлам соответствующей фазы устройства. Технический результат: защита от внутренних коротких замыканий на двух участках зоны защиты: первый участок - сама электрическая машина, второй участок - выключатель, подключающий ее к электроэнергетической системе, и линия для присоединения защищаемой машины к этому выключателю, а также получение информации о том, на каком из двух участках зоны защиты произошло внутреннее короткое замыкание, одновременно с моментом срабатывания устройства продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к схемам защиты трехфазных электрических линий, машин и приборов, в частности к схемам защиты, реагирующим на разность токов. Оно предназначено для защиты синхронных генераторов компенсаторов, а также синхронных и асинхронных двигателей.

Известно трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины, выполненное по схеме с циркулирующими токами. Это устройство содержит три группы трансформаторов тока, по одной группе на каждую фазу защищаемой машины. В каждую группу входят два трансформатора тока, расположенных в непосредственной близости от защищаемой электрической машины. Первые из них включены между началами фазных обмоток машины и выключателем, который подключает эту машину к трехфазной электрической сети и автоматически отключает ее при срабатывании какой-либо защиты, в том числе продольной дифференциальной токовой защиты машины. Вторые трансформаторы тока включены между концами фазных обмоток машины и ее общим нулевым зажимом. Все трансформаторы тока всех групп имеют одинаковые коэффициенты трансформации. Все начала вторичных обмоток первых трансформаторов тока всех групп и все концы вторичных обмоток вторых трансформаторов тока подключены к первому нулевому зажиму устройства. Все концы вторичных обмоток первых трансформаторов тока каждой группы подключены к началам вторичных обмоток вторых трансформаторов тока той же группы и к соответствующему фазному выходному зажиму устройства. Число таких зажимов равно трем.

Это трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины воздействует на исполнительную часть релейной защиты. Для этого к каждому из фазных выходных зажимов измерительного устройства подключены первые зажимы трех токовых реле, действующих на отключение выключателя электрической машины. Вторые зажимы этих реле подключены ко второму нулевому зажиму устройства, соединенному с его первым нулевым зажимом. Если не учитывать погрешности трансформаторов тока, то при отсутствии внутренних коротких замыканий в защищаемой машине токи вторичных обмоток первых и вторых трансформаторов тока одинаковы. Тогда в соответствии с первым законом Кирхгофа токи трех фазных токовых реле равны нулю, и дифференциальная защита не работает. При коротких замыканиях в зоне защиты, расположенной между первыми и вторыми трансформаторами тока, токи вторичных обмоток первых и вторых трансформаторов тока каких-либо или всех фазных групп не равны между собой. Тогда разность этих токов проходит через соответствующие токовые реле. Они срабатывают, что приводит к отключению выключателя электрической машины [1, с. 335-337, рис.12.3].

Это устройство обладает недостатками, главные из которых определяются тем, что в качестве измерительных преобразователей тока в устройстве использованы трансформаторы тока. Первый недостаток - это большая суммарная масса всех трансформаторов тока, входящих в устройство. У таких трансформаторов сопротивление короткого замыкания, приведенное к вторичной обмотке, во много раз больше номинального сопротивления нагрузки вторичной обмотки. Магнитная индукция в сердечнике силовых трансформаторов примерно на порядок превосходит магнитную индукцию в сердечнике трансформатора тока при номинальных значениях первичного тока и сопротивления нагрузки вторичной обмотки. При этом удельная масса трансформатора тока, приходящаяся на единицу мощности нагрузки трансформатора, в сотни и более раз превосходит аналогичный показатель силового трансформатора, при таком же напряжении первичной обмотки.

Второй недостаток проявляется в том, что при больших значениях токов электрической машины, которые имеют место при пуске двигателя, компенсатора, синхронизации генератора или внешних по отношению к электрической машине коротких замыканиях, дифференциальная токовая защита, содержащая указанное измерительное устройство, работает неправильно. Она, если выполнена без выдержки времени, отключит выключатель электрической машины. Причина этого, весьма существенного, недостатка заключается в наличии у трансформатора тока магнитного сердечника, который при прохождении по первичной обмотке трансформатора тока большого тока, пускового, уравнительного или короткого замыкания сильно насыщается. В основном, такое насыщение вызывается наличием апериодической составляющей у токов перечисленных переходных процессов. При этом многократно возрастает намагничивающий ток, приведенный к вторичной обмотке трансформатора. Этот ток становится соизмеримым с приведенным к вторичной обмотке током первичной обмотки трансформатора тока. Таким образом, при сильном насыщении магнитного сердечника трансформатор уже существенно отличается от идеального измерительного преобразователя тока. Причем из-за разброса параметров магнитных сердечников трансформаторов тока намагничивающие токи первых и вторых трансформаторов тока не одинаковы, и их отличие может быть весьма большим. По этой причине токи реле уже не близки к нулю. Они равны разностям приведенных к вторичной обмотке токов намагничивания первых и вторых трансформаторов тока. Известны способы уменьшения этого вредного действия, которое вызывается насыщением трансформаторов тока. К ним, например, относится введение промежуточных быстронасыщающихся трансформаторов тока [1, с.336]. Такой способ приводит к дополнительному недостатку - задержке в срабатывании защиты на 0,03-0,05 с, но полностью не исключает возможность неверного срабатывания защиты.

Третий недостаток - это увеличенное количество выходов устройства. Оно выполняет одну функцию: обнаружение коротких замыканий в зоне защиты, а подключается к трем входам исполнительного устройства защиты, а именно не к одному реле, а к трем. Это приводит к усложнению и удорожанию продольной дифференциальной токовой защиты.

Четвертый недостаток: устройство-аналог или не защищает от коротких замыканий в фидере, соединяющем защищаемую электрическую машину с ее выключателем, как и в самом этом выключателе, или не позволяет определить, на каком участке зоны защиты произошло короткое замыкание. Первая формулировка четвертого недостатка относится к случаю, когда зона защиты охватывает только защищаемую электрическую машину, а вторая справедлива для расширенной зоны защиты, когда вторые трансформаторы тока расположены возле выключателя защищаемой машины. Вероятность повреждения указанного фидера увеличивается с ростом его длины. Особенно важно устранять этот недостаток при размещении защищаемой электрической машины на судах, когда длина кабеля, соединяющего эту машину с распределительным щитом, может достигать нескольких десятков метров, а кабель проходит через один или большее число сальников в водонепроницаемых переборках. Возникающие из-за вибрации и деформации корпуса судна повреждения кабеля, переходящие в короткие замыкания, чаще всего возникают именно в местах перехода кабеля через переборки судна.

Известно также измерительное устройство дифференциальной токовой защиты шин, которое выполнено по схеме с уравновешенными напряжениями и является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству.

Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной/токовой защиты электрического объекта содержит три группы дифференцирующих индукционных преобразователей тока, по одной группе на каждую фазу защищаемого объекта, и четырехфазный мостовой выпрямитель, выходные зажимы которого являются выходными зажимами устройства, причем в каждую группу указанных преобразователей входят по одному эти преобразователи, которые имеют определенный порядковый номер и состоят из имеющих тот же номер одной обмотки тока и одной катушки, которые индуктивно связаны только между собой, а взаимная индуктивность между ними одинакова для всех дифференцирующих индукционных преобразователей тока всех групп, при этом начала первых обмоток тока подключены к концам токопроводящих жил первого фидера, соединяющего защищаемую электрическую машину с электроэнергетической системой, а концы этих обмоток тока подключены к входным зажимам выключателя защищаемой машины, выходные зажимы которого подключены к началам токопроводящих жил линии для присоединения защищаемой машины к ее выключателю, концы токопроводящих жил которого соединены с началами фазных обмоток защищаемой электрической машины, при этом в каждой группе концы первых и начала вторых катушек подключены к соединительным узлам соответствующей фазы устройства, а концы всех вторых катушек подключены к общему нулевому зажиму устройства, начала первых катушек всех групп и общий нулевой зажим устройства подключены по одному к входным зажимам упомянутого мостового выпрямителя [2].

Устройство-прототип не позволяет определить, на каком участке зоны защиты произошло короткое замыкание в зоне защиты. Оно может быть на первом, основном участке зоны защиты, то есть в самой электрической машине или на втором участке, включающем выключатель машины и линию для присоединения защищаемой машины к этому выключателю. Действия защиты и обслуживающего персонала после внутренних коротких замыканий на этих двух участках имеют отличия. Можно устранить этот недостаток, если использовать не одно, а два устройства продольной дифференциальной токовой защиты: одно - для самой электрической машины, а другое - для выключателя и линии для присоединения защищаемой машины к этому выключателю. Такое решение приведет к увеличению сложности и стоимости защиты в два раза. Из-за относительно редких внутренних коротких замыканий в этих двух зонах защиты такое решение является нецелесообразным с экономической точки зрения.

Поэтому выполнение одним устройством и защиты от внутренних повреждений, и диагностической операции по выявлению участка, на котором произошло замыкание, является полезным свойством продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение функций устройства продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в расширении функций устройства продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины, а именно в защите от внутренних коротких замыканий на двух участках зоны защиты: первый участок - сама электрическая машина, второй участок - выключатель, подключающий ее к электроэнергетической системе, и линия для присоединения защищаемой машины к этому выключателю, а также в получении информации о том, на каком из двух участках зоны защиты произошло внутреннее короткое замыкание, одновременно с моментом срабатывания устройства продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины. Кроме того, применение дифференцирующих индукционных преобразователей тока всего с тремя (первые, вторые и третьи) порядковыми номерами обеспечивает сокращение количества элементов, входящих в трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты, и снижение их суммарной стоимости.

Поставленная задача достигается тем, что в трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины, содержащее три группы дифференцирующих индукционных преобразователей тока, по одной группе на каждую фазу защищаемого объекта, и четырехфазный мостовой выпрямитель, выходные зажимы которого являются выходными зажимами устройства, причем в каждую группу указанных преобразователей входят по одному эти преобразователи, которые имеют определенный порядковый номер и состоят из имеющих тот же номер одной обмотки тока и одной катушки, которые индуктивно связаны только между собой, а взаимная индуктивность между ними одинакова для всех дифференцирующих индукционных преобразователей тока всех групп, при этом начала первых обмоток тока подключены к концам токопроводящих жил фидера, соединяющего защищаемую электрическую машину с электроэнергетической системой, а концы этих обмоток тока подключены к входным зажимам выключателя защищаемой машины, выходные зажимы которого подключены к началам токопроводящих жил линии для присоединения защищаемой машины к этому выключателю/ концы токопроводящих жил этой линии соединены с началами фазных обмоток защищаемой электрической машины, при этом в каждой группе концы первых и начала вторых катушек подключены к соединительным узлам соответствующей фазы устройства, а концы всех вторых катушек подключены к общему нулевому зажиму устройства, начала первых катушек всех групп и общий нулевой зажим устройства подключены по одному к входным зажимам упомянутого мостового выпрямителя, дополнительно введены второй четырехфазный мостовой выпрямитель, выходные зажимы которого являются вторыми выходными зажимами устройства, и три третьих дифференцирующих индукционных преобразователя тока, причем начала вторых обмоток тока подключены к общему нулевому зажиму защищаемой электрической машины, а концы этих обмоток тока соединены с концами соответствующих фазных обмоток этой машины, начала которых подключены к концам соответствующих третьих обмоток тока, начала которых непосредственно подключены к концам соответствующих по фазе токопроводящих жил линии для присоединения защищаемой машины к ее выключателю, при этом входные зажимы второго выпрямителя подключены по одному к общему нулевому зажиму устройства и началам третьих катушек всех групп, концы которых подключены к упомянутым соединительным узлам соответствующей фазы устройства.

Сопоставительный анализ существенных признаков с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки предлагаемого решения выполняют следующие функциональные задачи.

Признаки, указывающие, что дополнительно введен второй четырехфазный мостовой выпрямитель «выходные зажимы которого являются вторыми выходными зажимами устройства, и три третьих дифференцирующих индукционных преобразователей тока…» и «… начала фазных обмоток электрической машины подключены к концам соответствующих третьих обмоток тока, начала которых непосредственно подключены к концам соответствующих по фазе токопроводящих жил линии для присоединения защищаемой машины к ее выключателю, при этом входные зажимы второго выпрямителя подключены по одному к общему нулевому зажиму устройства и началам третьих катушек всех групп, концы которых подключены к упомянутым соединительным узлам соответствующей фазы устройства…» обеспечивают выделение из общей зоны защиты ее основной части. Общая зона защиты состоит из электрической машины, линии для присоединения защищаемой машины к ее выключателю и самого этого выключателя и осуществляется с помощью первых и вторых дифференцирующих индукционных преобразователей тока. В основную часть зоны защиты входит только электрическая машина. Защита основной зоны осуществляется с помощью первых и третьих дифференцирующих индукционных преобразователей тока. Таким образом, путем применения дифференцирующих индукционных преобразователей тока всего с тремя (первые, вторые и третьи), а не четырьмя (первые, вторые, третьи и четвертые) порядковыми номерами удается осуществлять продольную дифференциальную токовую защиту на двух участках зоны защиты: на всей зоне и на ее основной части. При этом исключается время на выявление той части зоны защиты, на которой произошло внутреннее короткое замыкание. Тем самым снижаются количество элементов, входящих в трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты, и их суммарная стоимость.

Признаки: «…начала вторых обмоток тока подключены к общему нулевому зажиму защищаемой электрической машины, а концы этих обмоток тока соединены с концами соответствующих фазных обмоток этой машины…» позволяют заменить объект защиты устройства-прототипа на электрическую машину. Для этого отходящая линия со встроенными в нее обмотками тока вторых дифференцирующих преобразователей тока заменяется присоединением концов обмотки электрической машины к ее нулевому зажиму через вторые обмотки тока.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, где представлена принципиальная схема трехфазного измерительного устройства продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины.

Защищаемая электрическая машина 1 подключена к трехфазной электроэнергетической системе с помощью фидера 2, выключателя 3 и линии 4 для присоединения защищаемой машины 1 к этому выключателю. Совокупность перечисленных компонентов (1, 2, 3, 4) образует рассматриваемый электротехнический комплекс. Фазы этого комплекса имеют буквенные обозначения: А, В, С. Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины содержит три группы первых 5, вторых 6 и третьих 7 дифференцирующих индукционных преобразователей тока, по одной группе на каждую фазу защищаемой машины, а также первый 8 и второй 9 четырехфазный мостовой выпрямитель. Выходные зажимы 10 и 11 мостовых выпрямителей 8 и 9 являются соответственно первыми и вторыми выходными зажимами устройства. Дифференцирующие индукционные преобразователи 5, 6 и 7 тока состоят соответственно из первых 12, вторых 13 и третьих 14 обмоток тока, а также первых 15, вторых 16 и третьих 17 катушек. Обмотки тока и катушки, входящие в состав любой фазной группы любых из дифференцирующих индукционных преобразователей 5, 6 и 7 тока, индуктивно связаны только между собой, а взаимная индуктивность между ними одинакова для всех дифференцирующих индукционных преобразователей тока устройства. Начала вторых обмоток 13 тока присоединены к общему нулевому зажиму 18 защищаемой электрической машины 1. Концы вторых обмоток 13 тока подключены к концам 19 фазных обмоток этой машины, начала 20 которых подключены к концам третьих обмоток 14 тока. Начала третьих обмоток 14 тока через токопроводящие жилы 21 линии 4 подключены к выходным зажимам 22 выключателя 3. Входные зажимы 23 этого выключателя соединены с концами первых обмоток 12, начала которых подключены к концам токопроводящих жил 24 фидера 2. Для каждой группы дифференцирующих индукционных преобразователей тока концы вторых катушек 16 присоединены к общему нулевому зажиму 25 устройства, а начала этих катушек, концы первых катушек 15 и концы третьих катушек 17 подключены к соединительным узлам 26 соответствующей фазы устройства. Общий нулевой зажим 25 устройства подключен к нулевому входному зажиму 27 первого мостового выпрямителя 8. К фазным входным зажимам 28 этого выпрямителя подключены по одному начала первых катушек 15 всех трех групп. Аналогичным образом общий нулевой зажим 25 устройства подключен к нулевому входному зажиму 29 второго мостового выпрямителя 9. Начала же третьих катушек 17 всех трех групп подключены по одному к фазным входным зажимам 30 этого выпрямителя.

Общая зона защиты состоит из электрической машины 1, линии 4 для присоединения защищаемой машины к ее выключателю 3 и самого этого выключателя и осуществляется с помощью первых 5 и вторых 6 дифференцирующих индукционных преобразователей тока. Границами общей зоны защиты являются концы первых 12 и концы вторых 13 обмоток тока дифференцирующих индукционных преобразователей тока.

В основной участок зоны защиты входит только электрическая машина 3. Защита основного участка осуществляется с помощью первых 5 и третьих 7 дифференцирующих индукционных преобразователей тока. Границами основного участка зоны защиты являются концы вторых 13 и концы третьих 14 обмоток тока дифференцирующих индукционных преобразователей тока.

Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины, принципиальная схема которого показана на фиг.1, работает следующим образом.

Примем в качестве условного положительного направления токов линий, которое соответствует направлению стрелок на фиг.1.

Ток i, проходящий по обмотке тока дифференцирующего индукционного преобразователя тока, наводит в катушке этого преобразователя, связь которой с обмоткой тока определяется взаимной индуктивностью М, ЭДС, мгновенное значение е которой пропорционально производной этого тока по времени t:

При отсутствии коротких замыканий в общей зоне защиты для каждой фазы равны все токи: i1, i2 и i3, проходящие по обмоткам 12, 13 и 14 тока. Токи i1 и i3 входят в начала обмоток 12 и 14 тока, а ток i2 входит в конец обмотки 13 тока. Если ток положительного направления входит в начало обмотки тока дифференцирующего индукционного преобразователя тока, то у ЭДС, которая наводится этим током в катушке этого преобразователя, положительным является направление от конца катушки к ее началу. Для принятых условий при пренебрежении малыми отличиями значений взаимных индуктивностей М дифференцирующих индукционных преобразователей 5, 6 и 7 для всех фазных групп справедливы следующие выражения:

Активные и индуктивные сопротивления катушек дифференцирующих индукционных преобразователей 5, 6 и 7 тока пренебрежимо малы по сравнению с сопротивлениями нагрузки, подключенной к выходам 10 и 11 четырехфазных выпрямителей 8 и 9. Поэтому указанные преобразователи работают практически в режиме холостого хода. При этом напряжения uin8 и uin9, подводимые между нулевыми входными зажимам 27 и 29 выпрямителей 8 и 9 и фазными входными зажимами 28 и 30, равны суммам ЭДС, которые определяются выражениями (2) и (3):

Таким образом, при отсутствии коротких замыканий в общей зоне защиты входные uin8 и uin9 и, следовательно, выходные uout8 и uout9 напряжения выпрямителей 8 и 9 равны нулю. Так как последние напряжения являются управляющими сигналами исполнительной части продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины, то реле, входящие в исполнительную часть защиты, не действуют ни на отключение автоматического выключателя, ни на сигнал, привлекающий внимание обслуживающего персонала.

Короткие замыкания внутри зоны защиты разделяются на одно-, двух- и трехфазные. При однофазных коротких замыканиях на землю начальное значение тока короткого замыкания ik равно отношению начального значения напряжения между общим нулевым зажимом 18 защищаемой электрической машины и точкой повреждения изоляции к сопротивлению R цепи между этой точкой и землей. При коротком замыкании в первом, основном, участке зоны защиты, то есть внутри электрической машины 1, действующее значение для начального напряжения в точке повреждения в зависимости от расположения этой точки изменяется от нуля до номинального фазного напряжения UФ машины 1. Во втором участке общей зоны защиты действующее значение для начального напряжения в точке повреждения равно номинальному фазному напряжению машины 1. В сетях с изолированной нейтралью действующее значение установившегося тока однофазного короткого замыкания снижается до следующего значения:

где k - коэффициент, лежащий в пределах от 0 до 1 и зависящий от места короткого замыкания, ХС∑ - это модуль сопротивления, которое является обратной величиной суммы распределенных емкостных проводимостей всех трех фаз электроэнергетической системы относительно земли при частоте источника напряжения этой системы. В сети с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор, при его идеальной, резонансной, настройке, когда модуль индуктивного сопротивления реактора равен ХС∑, действующее значение установившегося тока однофазного короткого замыкания снижается до нуля.

Максимальные значения токов однофазных коротких замыканий на землю в сетях с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью невелики (не более нескольких десятков ампер). Указанное обстоятельство, а также быстрое снижение этих токов приводят к тому, что продольная дифференциальная токовая защиты электрической машины при использовании измерительного устройства-аналога, выполненного на основе трансформаторов тока с применением выдержки времени для исключения ложных срабатываний защиты, не отключает защищаемую машину после возникновения однофазного короткого замыкания на землю.

Предлагаемое устройство лишено такого недостатка, так как не нуждается в применении выдержки времени при срабатывании защиты. Чувствительность предлагаемого устройства может быть высокой, она ограничивается только исходящим из требования по обеспечению селективности защиты допустимым отклонением ΔМ значения взаимной индуктивности между обмоткой тока и катушкой дифференцирующего индукционного преобразователя тока. При наличии в основной зоне защиты тока однофазного короткого замыкания ik имеют место следующие уравнения, справедливые только для катушек группы, относящейся к этой фазе:

Если же короткое замыкание произошло во второй зоне защиты, то напряжение uin9 останется равным нулю.

Таким образом, если короткое замыкание произошло в обмотке электрической машины, то появляются напряжении и на выходных зажимах 10 выпрямителя 8, и на выходных зажимах 11 выпрямителя 9. Если же короткое замыкание произошло внутри второго участка зоны защиты, то на выходных зажимах 11 выпрямителя 9 напряжение будет отсутствовать, оно появится только на выходных зажимах 10 выпрямителя 8. Тем самым подтверждается возможность применения предлагаемого устройства для выявления того участка зоны защиты, на котором произошло короткое замыкание.

Минимальный порог срабатывания защиты Uin,min - это напряжение, которое должно превзойти максимальное значение напряжения, подводимого к входным зажимам мостовых выпрямителей 8 и 9, чтобы вызвать срабатывание защиты. Этот порог находится при соблюдении трех следующих условий:

действующее значение тока, проходящего по обмоткам тока дифференцирующих индукционных преобразователей тока, равно номинальному току In защищаемой машины;

форма этого тока - синусоидальная, а круговая частота тока равна ω;

взаимная индуктивность первых 5 (или третьих 7) дифференцирующих индукционных преобразователей тока больше номинального значения М на ΔM, а у вторых 6 - настолько же меньше.

Из этих условий получаем:

Можно, пренебрегая производной апериодической составляющей тока ik короткого замыкания и полагая, что периодическая составляющая этого тока имеет ту же круговую частоту ω, найти минимальное действующее значение Ik,min этого тока:

Из выражений (8) и (9) находится чувствительность защиты - минимальное относительное значение тока Ik,min короткого замыкания, в долях от номинального тока

Защита сработает, если относительное значение тока короткого замыкания превзойдет два относительных значения допустимого отклонения взаимной индуктивности М. Выражение (10) показывает, что предлагаемое устройство может обеспечить высокую, вполне достаточную чувствительность. Вполне реально можно изготавливать дифференцирующие индукционные преобразователи тока с разбросом взаимной индуктивности в пределах не более ±0,01М, при этом минимальный ток короткого замыкания, который еще сможет обнаружить предлагаемое устройство, составляет всего 2% от номинального тока защищаемого объекта.

Следует иметь в виду, что возможность использования выражения (8) ограничена условием: минимальный порог Uin,min должен заметно превосходить удвоенное значение импульсного падения напряжения ΔUd в открытом состоянии диодов, из которых собраны выпрямители 8 и 9. Для выполнения этого условия выражение (9) заменяется другим:

где kr - коэффициент запаса. Выражение (11) позволяет определить минимальное действующее значение Ik,min тока короткого замыкания при заданном значении взаимной индукции:

или выбрать значение взаимной индукции для обеспечения заданного значения Ik,min:

Если в зоне защиты произошло двухфазное короткое замыкание через сопротивление R цепи между двумя точками короткого замыкания, то действующее значение этого тока находится по выражению:

где Uл - линейное напряжение в электроэнергетической системе, k - коэффициент, зависящий от места короткого замыкания. При коротком замыкании в первом, основном участке зоны защиты, то есть внутри электрической машины 1, этот коэффициент в зависимости от расположения этой точки изменяется от нуля до единицы. Во втором участке зоны защиты k=1.

При таком же, что и при однофазном коротком замыкании на землю, значении сопротивления R и прочих равных условиях ток двухфазного короткого замыкания в 3 раз больше тока однофазного короткого замыкания на землю.

При симметричном трехфазном коротком замыкании в зоне защиты через три равных между собой междуфазных сопротивления R действующее значение фазного тока короткого замыкания находится по выражению:

При таком же, что и при однофазном или двухфазном коротком замыкании на землю, значении сопротивления R и прочих равных условиях ток трехфазного короткого замыкания в 3 раз больше тока двухфазного короткого замыкания и в три раза больше, чем ток однофазного замыкания на землю.

Из результатов сравнения токов одно-, двух- и трехфазных коротких замыканий в зоне защиты следует, что предлагаемое устройство лучше, чем при однофазном замыкании на землю, выявляет двух- и трехфазные замыкания. Обнаруживаются короткие замыкания при больших значениях сопротивлений между точками короткого замыкания, то есть на более ранней стадии процесса разрушения электрической изоляции.

Источники информации

1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учеб. для вузов. - М.: Высш. шк., 1991. - 496 с. (Аналог - С.335-337, рис.12.3).

2. Патент РФ №2401496 С1. Измерительное устройство дифференциальной токовой защиты шин. Заявл. 08.07.2009, опуб. 10.08.2010. Бюл. №22. - Прототип.

Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины, содержащее три группы дифференцирующих индукционных преобразователей тока, по одной группе на каждую фазу защищаемого объекта, и четырехфазный мостовой выпрямитель, выходные зажимы которого являются выходными зажимами устройства, причем в каждую группу указанных преобразователей входят по одному эти преобразователи, которые имеют определенный порядковый номер и состоят из имеющих тот же номер одной обмотки тока и одной катушки, которые индуктивно связаны только между собой, а взаимная индуктивность между ними одинакова для всех дифференцирующих индукционных преобразователей тока всех групп, при этом начала первых обмоток тока подключены к концам токопроводящих жил первого фидера, соединяющего защищаемую электрическую машину с электроэнергетической системой, а концы этих обмоток тока подключены к входным зажимам выключателя защищаемой машины, выходные зажимы которого подключены к началам токопроводящих жил линии для присоединения защищаемой машины к ее выключателю, концы токопроводящих жил которого соединены с началами фазных обмоток защищаемой электрической машины, при этом в каждой группе концы первых и начала вторых катушек подключены к соединительным узлам соответствующей фазы устройства, а концы всех вторых катушек подключены к общему нулевому зажиму устройства, начала первых катушек всех групп и общий нулевой зажим устройства подключены по одному к входным зажимам упомянутого мостового выпрямителя, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй четырехфазный мостовой выпрямитель, выходные зажимы которого являются вторыми выходными зажимами устройства, и три третьих дифференцирующих индукционных преобразователя тока, причем начала вторых обмоток тока подключены к общему нулевому зажиму защищаемой электрической машины, а концы этих обмоток тока соединены с концами соответствующих фазных обмоток этой машины, начала которых подключены к концам соответствующих третьих обмоток тока, начала которых непосредственно подключены к концам соответствующих по фазе токопроводящих жил линии для присоединения защищаемой машины к ее выключателю, при этом входные зажимы второго выпрямителя подключены по одному к общему нулевому зажиму устройства и началам третьих катушек всех групп, концы которых подключены к упомянутым соединительным узлам соответствующей фазы устройства.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электротехники. Технический результат - расширение функциональных возможностей.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к схемам защиты электрических линий, машин и приборов, в частности к схемам защиты, реагирующим на разность токов. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено для защиты человека от поражения электрическим током, противопожарной защиты от теплового проявления токов утечки, а также токов перегрузки и к.з.

Изобретение относится к релейной защите обмоток шунтирующих реакторов, трансформаторов, автотрансформаторов. .

Изобретение относится к релейной защите кабельных и воздушных параллельных линий электропередач переменного тока с общим выключателем на фазу. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите, и может быть использовано для защиты шин низшего уровня напряжения от различного вида повреждений (проходной, подвесной или опорной изоляции, вводов выключателей и трансформаторов и т.д.), сопровождаемых различными видами коротких замыканий.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к релейной защите, и может быть использовано для защиты двух параллельных линий трехфазной электрической установки при превышениях токов в отдельных фазах и линиях номинальных значений, вызванных, например, повреждениями в электроустановке и на одной из защищаемых линий, сопровождаемыми короткими замыканиями.

Изобретение относится к области электротехники, к релейной защите, в частности к токовой направленной дифференциальной защите, и может быть использовано для защиты параллельных линий трехфазной электрической установки при превышениях токов в отдельных фазах и линиях номинальных значений, вызванных, например, повреждениями в электроустановке в одной из защищаемых линий, сопровождаемыми короткими замыканиями.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к релейной защите, и может быть использовано для фиксации токов обратной последовательности в устройствах релейной защиты энергосистем.

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

Использование: в области электротехники. Технический результат - уменьшение энергопотребления.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты, и может быть использовано для защиты электродвигателей. Технический результат - повышение чувствительности к токам двухфазных коротких замыканий.

Использование: в области электротехники. Технический результат - расширение функциональных возможностей.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты электрической сети энергоснабжения. Технический результат - повышение надежности и избирательности решений о рабочих состояниях параллельных линий многофазной электрической сети энергоснабжения.

Изобретение может быть использовано для релейной защиты линий электропередачи распределительных сетей напряжением 6-35 кВ. Технический результат заключается в повышении надежности работы устройства при неисправности цепей напряжения нулевой последовательности или при отсутствии в распределительном пункте или на трансформаторной подстанции трансформаторов напряжения, с помощью которых возможна организация цепей напряжения нулевой последовательности.

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

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к электрическим схемам, и может быть использовано в составе схемы включения и аварийной блокировки металлорежущих станков, в том числе зубообрабатывающих станков с числовым программным управлением (ЧПУ).

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к устройствам контроля изоляции и защитного отключения шахтных электрических сетей. Технический результат заключается в повышении надежности устройства защитного отключения.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности.

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для преобразования постоянного тока в переменный. Достигаемый технический результат - повышение надежности. Реверсивный вентильный преобразователь содержит два разнонаправленных источника постоянного тока, объединенных одними выводами, предназначенными для подключения к нагрузке, снабжен устройством защитного отключения (УЗО), первый контактный вывод в положении первого прохода подключен к второму выводу первого источника, а первый контактный вывод в положении второго прохода УЗО предназначен для подключения ко второму выводу нагрузки, при этом катушечные выводы УЗО объединены, а средняя точка УЗО, образованная соединением контакта и обмотки, соединена со вторым выводом нагрузки. 1 ил.
Наверх