Устройство адаптивной защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении чувствительности и расширении области применения токовой защиты нулевой последовательности с двумя подведенными величинами при устойчивых и дуговых перемежающихся замыканиях на землю в электрических сетях среднего напряжения, работающих с изолированной нейтралью или с компенсацией емкостных токов замыкания на землю. Устройство содержит на каждой линии датчик тока нулевой последовательности, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, релейный измерительный орган тока с задаваемой уставкой на срабатывание, модуль автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание, выход которого подключен к второму входу релейного измерительного органа тока с задаваемой уставкой на срабатывание, первый, второй, третий и четвертый полосовые частотные фильтры, первый и второй блоки переключения, дифференциатор, первый и второй блоки вычисления среднеквадратичного значения, элемент временной задержки. 11 ил.

 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для защиты от однофазных замыканий на землю (далее ОЗЗ) кабельных и воздушных линий электрических сетей среднего напряжения 6-35 кВ, работающих с изолированной нейтралью или с резонансно заземленной нейтралью через дугогасящий реактор (далее ДГР) (с компенсацией емкостных токов ОЗЗ).

В электрических распределительных сетях среднего напряжения, работающих с изолированной нейтралью, для защиты от основного вида повреждений - ОЗЗ, как правило, применяются максимальные токовые защиты нулевой последовательности (далее ТЗНП), основанные на использовании полных емкостных токов нулевой последовательности 3i0 или их составляющих основной частоты 50 Гц. В компенсированных сетях обеспечить селективность и чувствительность указанных ТЗНП, как правило, нельзя, поэтому в таких сетях основное применение получили максимальные токовые защиты нулевой последовательности, основанные на использовании высших гармоник (ВГ) токов 3i0 (далее ТЗНПВГ), не компенсируемых ДГР.

Задачей изобретения является повышение технического совершенства (селективности и чувствительности) максимальных токовых защит нулевой последовательности от ОЗЗ, основанных на использовании полных токов 3i0 или их составляющих основной частоты 50 Гц в сетях с изолированной нейтралью или высших гармоник токов 3i0 в компенсированных сетях.

Известны исполнения ТЗНП с одной подведенной величиной - током нулевой последовательности 3i0 - с измерительными органами тока (реле тока) на электромеханической базе, например, РТ-40, РТ-140, ЭТД-551 (Федосеев A.M. Релейная защита электроэнергетических систем. Защита электрических сетей. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 520 с.; Чернобровое Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 800 с. и др.), с измерительными органами тока на электронной или микроэлектронной базе, например, РТЗ-51, РСТ-11, РСТ-11М, РСТ-13, РСТ-140 (Нудельман Г.С., Шамис М.А. Быстродействующее реле тока для защиты от замыканий на землю // Электротехническая промышленность. Сер. аппараты низкого напряжения. - 1981. - Вып. 1 (92) - С. 13; Нудельман Г.С., Кочкин Н.А., Эверсков О.Л. Органы защит от замыканий на землю // Электротехническая промышленность. Сер. аппараты низкого напряжения. - 1982, №1. - С. 16-18; http://www.cheaz.ru/ru/production/ustroystva-releynoy-zashchity/rele-toka-s-povyshennoy-chuvstvitelnostyu-staticheskie-rtz-51-01), с цифровыми измерительными органами тока на микропроцессорной базе (http://www.schneider-electric.ru/ru/product-range/935-sepam-serii-80/?filter=business-6-raspredelenie-elektroenergii-srednego-naprazenia-i-avtomatizacia-elektrosnabzenia&parent-category-id=4600;

http://w5.siemens.com/web/ua/ru/em/automation,_control_and_protection/relay_for_different_purposes/pages/siprotec_7sn60.aspx; http://www.ekra.ru/produkcija/rza-podstancionnogo-oborudovanija-6-35-kv/373-be2502a10hh.html).

Принцип действия указанных исполнений ТЗНП с одной подведенной величиной основан на сравнении значения воздействующей величины - полного тока нулевой последовательности 3I0 или его составляющей основной частоты 50 Гц в защищаемом присоединении с уставкой, выбираемой из условия отстройки от собственного емкостного тока данного присоединения при внешних ОЗЗ, включая ДПОЗЗ (Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей / 4-е изд., перераб. и доп. - СПб.: ПЭИПК. - 2003; Шалин А.И. Замыкания на землю в сетях 6-35 кВ. Расчет уставок ненаправленных токовых защит // Новости Электротехники. - 2005. - №5 (35); Шуин В.А., Гусенков А.В. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6-10 кВ. - М.: НТФ «Энергопрогресс», «Энергетик». - 2001):

где Котс=1,2-1,3 - коэффициент отстройки; Кбр - максимальное значение коэффициента, учитывающего увеличение значения тока в неповрежденном присоединении за счет бросков переходных емкостных токов при дуговых перемежающихся замыканиях на землю (ДПОЗЗ);

где IC собс - собственный емкостный ток устойчивого ОЗЗ защищаемого присоединения; 3C0 собс - собственная емкость фаз защищаемого присоединения на землю; ω=2π 50; Uф.ном - номинальное фазное напряжение сети.

Для исполнений ТЗНП на электромеханической базе принимают Кбр=4-5, на электронной или микроэлектронной базе - Кбр=2-4, для цифровых исполнений на микропроцессорной базе - Кбр=2-3.

Чувствительность ТЗНП в сетях с изолированной нейтралью в соответствии с требованиями ПУЭ (Правила устройства электроустановок. Издание 7-е. Утверждены приказом Минэнерго Российской Федерации от 08.07.2002. №204) оценивается только при внутренних устойчивых ОЗЗ (УОЗЗ) по выражению:

где Кч - коэффициент чувствительности; Кч. мин - минимально допустимое значение коэффициента чувствительности (1,25 для защиты с действием на сигнал и 1,5 для защиты с действием на отключение);

где - суммарный емкостный ток сети; 3С - суммарная емкость фаз сети на землю.

Отметим, что такой подход к оценке чувствительности ТЗНП только при УОЗЗ не гарантирует устойчивых срабатываний защиты при более опасных для сети и поврежденного присоединения ДПОЗЗ.

Из (3) можно получить условие применимости (селективности при внешних и чувствительности при внутренних ОЗЗ) ТЗНП в сетях с изолированной нейтралью:

Из (3) и (5) можно видеть, что необходимость учета влияния переходных процессов при ДПОЗЗ на работу ТЗНП в значении коэффициента Кбр значительно ограничивает чувствительность и область возможного применения защиты. Так при Кбр=2-5, Котс=1,3, Кч.мин=1,25 из (5) получим

,

т.е. область применения ограничена присоединениями с величиной собственного емкостного тока не более 11-24% от . В то же время на присоединениях, подключенных к шинам центров питания (ЦП) сетей с изолированной нейтралью, значения IC собс могут достигать значительно больших значений (до ~30-35% от ), что не позволяет применить на них ТЗНП с одной подведенной величиной.

Известны исполнения ТЗНПВГ с одной подведенной величиной, называемые также токовыми защитами абсолютного замера ВГ в токе 3i0 (Кискачи В.М., Назаров Ю.Г. Сигнализация однофазных замыканий на землю в компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ / Труды ВНИИЭ. Вып. 16. - М.: Госэнергоиздат.- 1963. - С. 219-251; Кискачи В.М., Сурцева С.Е., Горшенина Н.М. и др. Устройства сигнализации замыканий на землю в кабельных сетях 6-10 кВ // Электрические станции. - 1972. - №4. - С. 69-72.).

В рассматриваемых устройствах защиты, как правило, используется ограниченный спектр ВГ, включающий гармоники ν=3, 5, 7, 11, 13 (150-650 Гц). Ток срабатывания ТЗНПВГ должен выбираться из условия отстройки от максимального уровня ВГ в собственном емкостном токе защищаемого присоединения при внешних УОЗЗ (Винокурова Т.Ю., Шуин В.А., Шагурина Е.С. Применение имитационного моделирования для оценки уровня нестабильности высших гармоник в токе однофазного замыкания на землю в компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ // Вестник ИГЭУ. Вып. 6. - Иваново: Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина. - 2014. - С. 31-38):

где Котс=1,3 - коэффициент отстройки; αмакс - максимально возможный уровень ВГ в токе IC собс (в о.е.) в контролируемой сети.

Коэффициент чувствительности защиты при внутренних УОЗЗ на защищаемом присоединении определяется по формуле:

где αмин - минимально возможный уровень ВГ в токах Ic Σ и Ic собс защищаемой сети; Kч.мин=1,5 - минимально допустимый коэффициент чувствительности защиты.

Из (6) и (7) получим условия применимости (селективности и чувствительности) ТЗНПВГ:

где Z=αмаксмин - параметр, характеризующий степень нестабильности общего уровня ВГ в токе ОЗЗ в защищаемой сети.

По данным, приведенным в (Винокурова Т.Ю., Шуин В.А., Шагурина Е.С. Применение имитационного моделирования для оценки уровня нестабильности высших гармоник в токе однофазного замыкания на землю в компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ // Вестник ИГЭУ. Вып. 6. - Иваново: Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина. - 2014. - С. 31-38) наибольшие значения параметра Z характерны для компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ промышленного электроснабжения предприятий со сменным графиком работы с выходными днями и достигает значений 6 и более.

При Z=6, Котс=1,5, Кч.мин=1,5 из (8) получим

,

т.е. область возможного применения ТЗНПВГ значительно уже, чем ТЗНП в сетях с изолированной нейтралью.

Практически при выборе уставки по току срабатывания для токовых защит на основе ВГ Котс в (6) приходится принимать значительно большим, чем 1,5, из-за невозможности рассчитать максимальный и минимальный уровни ВГ в конкретной сети. В (Алексеев В.Г. Токовая защита ЗГНП-4.2 от замыканий на землю в обмотке статора генератора, работающего на сборные шины // Электрические станции. - №2. - 2006. - С. 51-56) рекомендуется равным Котс=3-4. При таких значениях Котс из (8) получим:

,

т.е. известные исполнения ТЗНПВГ практически не применимы на присоединениях, подключенных к шинам ЦП компенсированных электрических сетей среднего напряжения.

Недостатком известных исполнений ТЗНПВГ является также то, что при дуговых прерывистых ОЗЗ, включая ДПОЗЗ, действие таких защит блокируется. В то же время известно, что при больших расстройках компенсации, возможных в эксплуатации, ДПОЗЗ, сопровождаемые опасными для сети перенапряжениями, возможны также и в компенсированных сетях (Халилов Ф.Х., Евдокунин Г.А., Поляков B.C. и др. Защита сетей 6-35 кВ от перенапряжений / под ред. Ф.Х. Халилова, Г.А. Евдокунина, А.И. Таджибаева. - СПб.: Энергоатомиздат, 2002. - 268 с.).

Известны также исполнения ТЗНП с двумя подведенными величинами - током и напряжением нулевой последовательности 3i0 и 3u0 (RU 2088010 C1 опубликовано 20.08.1997, 2088010 Российская Федерация. МПК Н02Н 3/16, Н01Н8 3/20 / В.И. Кашкалов; заявитель и патентообладатель В.И. Кашкалов. - №94030995/07; заявл. 19.08.1994; опубл. 20.08.1997). Использование в ТЗНП напряжения 3u0 позволяет выполнить защиту с изменяемой в зависимости от значения 3u0 уставкой по току срабатывания и повысить чувствительность защиты.

Известно реле защиты отходящего присоединения электрический сети с изолированной нейтралью от однофазного замыкания на землю (RU 2088010 C1 опубликовано 20.08.1997), содержащее входной блок, вход которого соединен с вторичной обмоткой трансформатора тока нулевой последовательности, а выход с одним из входов измерительного блока, выход которого соединен с исполнительным органом, отличающееся тем, что оно снабжено блоком автоматического регулирования тока срабатывания, подключенного к другому входу измерительного органа и реализующего функцию: Iср при U0≈U0 нач, Icp=Icp.min+KU0 при U0 нач<U≈Uф.н, где K=(Iз.max-Iср.min)/(Uф.н-U0 нач) - коэффициент наклона линейной части зависимости Icp=f(U0); Icp.min - минимальный ток срабатывания реле; U0 нач=(0…0,15)Uф.н - начальное значение напряжения смещения нейтрали сети; Iз.max - наибольший ток однофазного металлического замыкания на землю в данной электрической сети; Uф.н - номинальное фазное напряжение сети.

Возможность регулирования тока срабатывания реле Iср и, соответственно, первичного тока срабатывания защиты в зависимости от значения напряжения нулевой последовательности U0 позволяет увеличить чувствительность ТЗНП при УОЗЗ через переходное сопротивление, когда зависимость между током I0 и напряжением U0, подведенными к защите, имеет линейный характер: I0=b I0 max, где I0 max - максимальное значение тока I0 при металлическом ОЗЗ; b=U0/Uф.н - коэффициент полноты замыкания на землю. Однако в приведенных выше выражениях, определяющих характеристику срабатывания защиты, не учтены минимально допустимые значения коэффициента отстройки Котс и коэффициента чувствительности Кч.мин, без чего не может быть обеспечена требуемая устойчивость функционирования при внешних и внутренних устойчивых замыканиях на землю.

Известно также, что большую часть ОЗЗ, особенно в начальной стадии развития повреждения изоляции, в сетях с изолированной нейтралью составляют ДПОЗЗ (Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. М.: Энергия, 1971; Дударев Л.Е. Дуговые замыкания на землю в кабельных сетях / Л.Е. Дударев, С.И. Запорожченко, Н.М. Лукьянцев // Электрические станции. - 1971, №8. - С. 64-66; Халилов Ф.Х., Евдокунин Г.А., Поляков B.C. и др. Защита сетей 6-35 кВ от перенапряжений / под ред. Ф.Х. Халилова, Г.А. Евдокунина, А.И. Таджибаева. - СПб.: Энергоатомиздат, 2002. - 268 с). При ДПОЗЗ значения I0 и U0, в общем случае изменяются в разной степени в зависимости от ряда влияющих факторов (параметров сети и поврежденной линии, места ОЗЗ в сети, интервалов времени между повторными пробоями изоляции, условий гашений и повторных зажиганий заземляющей дуги и др.), что не учитывается при выборе значения коэффициента К по выражению К=(Iз.max-Icp.min)/(Uф.н-U0 нач) и не позволяет обеспечить селективность несрабатываний защиты при внешних ДПОЗЗ. Отметим также, что область возможного применения данной защиты, как и у ТЗНП с одной подведенной величиной, ограничена выражением (5).

Наиболее близким аналогом к предполагаемому изобретению является устройство токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю (RU 2422964 C1, опубликовано 27.06.2011), содержащее на каждой линии датчик тока нулевой последовательности и релейный орган блока защиты с задаваемой уставкой на срабатывание, кроме того, снабжено функциональным модулем вычисления показателя неполноты замыкания на землю, первый и второй входы которого подключены к измерительному трансформатору напряжения, в блок защиты каждой линии дополнительно введен модуль автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты, на первый вход которого поступает сигнал о токе уставки, второй его вход соединен с выходом функционального модуля вычисления показателя неполноты замыкания на землю, а выход модуля автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты соединен со вторым входом релейного органа блока защиты, первый вход которого связан с датчиком тока нулевой последовательности. Второй вариант заявленного устройства - в блок защиты каждой линии дополнительно введен модуль автоматической адаптивной коррекции величины сигнала о контролируемом токе нулевой последовательности линии, первый вход которого связан с датчиком тока нулевой последовательности, второй его вход соединен с выходом функционального модуля вычисления показателя неполноты замыкания на землю, выход модуля автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты соединен с первым входом релейного органа блока защиты, а на второй его вход поступает сигнал о заданном токе уставки.

Область возможного применения обоих вариантов защиты в прототипе ограничена условием (5). Коэффициент неполноты замыкания линейно связан с током I0, подводимым к защите, как было отмечено выше, только при УОЗЗ. Поэтому изменение уставки по току срабатывания в зависимости от значения коэффициента неполноты замыкания на землю не позволяет обеспечить устойчивые несрабатывания защиты при внешних ДПОЗЗ

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, является повышение чувствительности и расширение области применения ТЗНП с двумя подведенными величинами при устойчивых и дуговых перемежающихся замыканиях на землю в электрических сетях среднего напряжения 6-35 кВ, работающих с изолированной нейтралью или с компенсацией емкостного тока. Технический результат достигается тем, что в устройство адаптивной защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов, содержащее на каждой линии датчик тока нулевой последовательности, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, релейный измерительный орган тока с задаваемой уставкой на срабатывание, модуль автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание, выход которого подключен к второму входу релейного измерительного органа тока с задаваемой уставкой на срабатывание, введены первый, второй, третий и четвертый полосовые частотные фильтры, первый и второй блоки переключения, дифференциатор, первый и второй блоки вычисления среднеквадратичного значения, элемент временной задержки, при этом выход датчика тока нулевой последовательности подключен к входам первого и второго полосовых частотных фильтров, выходы которых подключены к входам первого блока переключения, выходом подключенного через первый блок к первому входу релейного измерительного органа тока с задаваемой уставкой на срабатывание, выход измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности подключен к входам третьего и четвертого полосовых частотных фильтров, выходы которых подключены к входам второго блока переключения, выходом подключенного через дифференциатор и второй блок вычисления среднеквадратичного значения к входу модуля (блока) автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание, связанного выходом с вторым входом релейного измерительного органа тока с задаваемой уставкой на срабатывание, выход которого подключен к входу элемента временной задержки.

Введенный дифференциатор предназначен для получения производной напряжения нулевой последовательности 3u0, используемой для вычисления текущей уставки в установившемся и в переходных режимах ОЗЗ в модуле (блоке) автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание. Введенные первый и третий полосовые частотные фильтры имеют одинаковые частотные характеристики и предназначены для пропускания составляющей основной частоты 50 Гц и высших гармонических составляющих до 1-2 кГц тока нулевой последовательности 3io, используемых для работы устройства защиты в сетях с изолированной нейтралью. Введенные второй и четвертый полосовые частотные фильтры также имеют одинаковые частотные характеристики и предназначены для пропускания только высших гармонических составляющих тока 3io в диапазоне от 150 Гц до 1-2 кГц, используемых для работы устройства защиты в компенсированных сетях. Введенные первый и второй блоки переключения предназначены для изменения рабочего диапазона частот устройства защиты в зависимости от режима заземления нейтрали защищаемой сети. Введенные в схему первый и второй блоки вычисления среднеквадратичного значения обеспечивают получение непрерывных сигналов входной воздействующей величины и текущей уставки на соответствующих входах релейного измерительного органа тока с задаваемой уставкой на срабатывание в установившемся и переходных режимах ОЗЗ. Введенный элемент временной задержки необходим для отстройки устройства защиты от переходных процессов, связанных с коммутационными переключениями в защищаемой сети.

На фиг. 1 представлена схема устройства адаптивной защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов, поясняющая сущность предложенного изобретения. На фиг. 2 приведена трехфазная схема замещения радиальной сети среднего напряжения, работающей с изолированной нейтралью или с компенсацией емкостных токов, где приняты следующие обозначения:

eA, eB, eC - фазные ЭДС источника питания,

LИ - индуктивность фазы источника питания,

C, CмΣ - суммарная емкость фазы сети на землю и суммарная междуфазная емкость сети соответственно,

LЛ, RЛ - индуктивность и активное сопротивление поврежденной линии,

LЗ, RЗ - индуктивность и активное сопротивление контура протекания обратного тока ОЗЗ в поврежденной линии,

RП - переходное сопротивление в месте ОЗЗ,

LДГР - индуктивность ДГР, включаемого при работе сети с компенсацией емкостных токов,

iЗ - ток в месте ОЗЗ.

На фиг. 3 показана построенная в соответствии со схемой на фиг. 2 по методу симметричных составляющих комплексная схема замещения сети в режиме ОЗЗ, где

КЗ - ключ, имитирующий возникновение в сети ОЗЗ,

uA(X) - напряжение поврежденной фазы A в момент, предшествующий возникновению ОЗЗ,

i0 З - ток нулевой последовательности в месте ОЗЗ.

На фиг. 4 и фиг. 5 приведены осциллограммы, иллюстрирующие работу защиты при внутреннем и внешнем ДПОЗЗ, переходящем в УОЗЗ, в сети с изолированной нейтралью. На фиг. 6 и фиг. 7 приведены осциллограммы, иллюстрирующие работу защиты при внутреннем и внешнем ДПОЗЗ, переходящем в УОЗЗ, в сети с компенсацией емкостных токов соответственно. На фиг. 8 и фиг. 9 приведены осциллограммы, иллюстрирующие работу защиты в сети с изолированной нейтралью при внутреннем и внешнем металлическом УОЗЗ, на фиг. 10-11 приведены осциллограммы, иллюстрирующие работу защиты в сети с изолированной нейтралью при внутреннем и внешнем УОЗЗ через переходное сопротивление Rпер=1000 Ом

На фиг. 4-11 приняты следующие обозначения:

1 - датчик (фильтр) тока нулевой последовательности,

2 - измерительный трансформатор (фильтр) напряжения нулевой последовательности,

3 - релейный измерительный орган тока с задаваемой уставкой на срабатывание,

4 - модуль (блок) автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание,

5 - первый полосовой частотный фильтр,

6 - второй полосовой частотный фильтр,

7 - третий полосовой частотный фильтр,

8 - четвертый полосовой частотный фильтр,

9 - первый блок переключения,

10 - второй блок переключения,

11 - дифференциатор,

12 - первый блок вычисления среднеквадратичного значения,

13 - второй блок вычисления среднеквадратичного значения,

14 - элемент временной задержки,

u1…u14 - сигналы на выходах блоков 1…14 соответственно.

Устройство адаптивной защиты содержит на каждой линии датчик (фильтр) тока нулевой последовательности 1, измерительный трансформатор (фильтр) напряжения нулевой последовательности 2, релейный измерительный орган тока с задаваемой уставкой на срабатывание 3, модуль (блок) автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание 4, выход которого подключен к второму входу релейного измерительного органа тока с задаваемой уставкой на срабатывание 3, первый 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 полосовые частотные фильтры, первый 9 и второй 10 блоки переключения, дифференциатор 11, первый 12 и второй 13 блоки вычисления среднеквадратичного значения, элемент временной задержки 14. Выход датчика (фильтра) тока нулевой последовательности 1 подключен к входам первого 5 и второго 6 полосовых частотных фильтров, выходы которых подключены к входам первого блока переключения 9, выходом подключенного через первый блок вычисления среднеквадратичного значения 12 к первому входу релейного измерительного органа тока с задаваемой уставкой на срабатывание 3, выход измерительного трансформатора (фильтра) напряжения нулевой последовательности 2 подключен к входам третьего 7 и четвертого 8 полосовых частотных фильтров, выходы которых подключены к входам второго блока переключения 10, выходом подключенного через дифференциатор 11 и модуль (блок) автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание 4 к входу второго блока вычисления среднеквадратичного значения 13, связанного выходом с вторым входом релейного измерительного органа тока с задаваемой уставкой на срабатывание 3, выход которого подключен к входу элемента временной задержки 14.

Устройство работает следующим образом. При возникновении в сети ОЗЗ в поврежденном и неповрежденных присоединениях на входах датчиков (фильтров) тока нулевой последовательности 1 появляются токи нулевой последовательности 3i0, а на выходе измерительного трансформатора (фильтра) напряжения нулевой последовательности 2 - напряжение нулевой последовательности 3u0.

Из схемы по фиг. 3 следует, что ток 3i0 З в месте ОЗЗ определяется соотношением:

Ток 3i0 З распределяется по неповрежденным линиям пропорционально их собственным емкостям фаз на землю:

Ток нулевой последовательности в поврежденном присоединении 3i0 пов в сетях с изолированной нейтралью равен сумме токов 3i0 неп всех неповрежденных присоединений:

где 3C0 собс. пов - собственная емкость фаз на землю поврежденного присоединения.

Известно, что соотношения (9)-(11) выполняются не только для составляющих основной частоты 50 Гц, но и для высших гармонических составляющих с частотами, при которых входное сопротивление всех линий сети имеет емкостный характер [Кискачи В.М. Селективность сигнализации замыканий на землю с использованием высших гармоник // Электричество. - 1967. - №9. - С. 24-29]. Для кабельных и воздушных сетей среднего напряжения с учетом параметров и возможных длин линий практически это имеет место при частотах до 1-2 кГц.

Это означает, что соотношения (9)-(11) в сети с изолированной нейтралью выполняются не только для составляющих основной частоты и высших гармоник в режиме УОЗЗ, но и для высших гармонических составляющих в диапазоне частот до 1-2 кГц в переходных режимах ДПОЗЗ.

Из (10) и (11) для текущих среднеквадратичных значений токов 3i0 неп и 3i0 пов получим:

где 3I0 неп(t), 3I0 пов(t) - текущие среднеквадратичные значения токов нулевой последовательности в установившемся и переходных режимах ОЗЗ для неповрежденного и поврежденного присоединений соответственно.

Для обеспечения несрабатываний в установившемся и переходных режимах внешних ОЗЗ в сетях с изолированной нейтралью заявленного устройства защиты должно соблюдаться условие:

где Iуст(t) - текущее среднеквадратичное значение уставки по току срабатывания; Котс - коэффициент отстройки, учитывающий погрешности функционирования заявленного устройства (погрешности измерения тока 3io и погрешности формирования уставки Iуст(t)) и принимаемый для токовых защит от ОЗЗ, основанных на использовании составляющих непромышленной частоты, равным 1,5.

При внутренних ОЗЗ устойчивые срабатывания защиты обеспечиваются, если выполняется соотношение:

В компенсированных сетях составляющие основной частоты 50 Гц токов 3i0 не могут быть использованы для действия ТЗНП из-за компенсации их в месте ОЗЗ и в поврежденном присоединении индуктивным током ДГР. Однако ДГР практически не влияет на высшие гармонические составляющие в токах 3i0 при ОЗЗ, для которых соотношения (9)-(11) выполняются:

где 3iВГ0 З, 3iВГ0 неп, 3iВГ0 пов - высшие гармонические составляющие токов 3i0 в месте ОЗЗ, неповрежденных и поврежденного присоединении соответственно; uВГ0 - высшие гармонические составляющие напряжения u0.

Из (16)-(18) следует, что для выполнения селективной ТЗНП в компенсированных сетях необходимо использовать только высшие гармонические составляющие токов и напряжения нулевой последовательности. Для указанных составляющих соотношения (14)и(15) примут вид:

С учетом вышесказанного селективность и чувствительность предложенной адаптивной ТЗНП при УОЗЗ и ДПОЗЗ в сетях с изолированной нейтралью может быть обеспечена в диапазоне частот от 50 Гц до 1-2 кГц, а в компенсированных сетях - в диапазоне частот от 150 Гц до 1-2 кГц.

Текущее значение уставки по току срабатывания на втором входе блока 3 формируется умножением в модуле (блоке) автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание 4 текущего значения производной du0/dt на выходе дифференциатора 11 на подаваемую на его второй вход величину параметра настройки защиты Котс0 собс и вычислением текущего среднеквадратичного значения результата перемножения указанных величин блоком 13.

При применении предложенного устройства защиты от ОЗЗ в сети с изолированной нейтралью первый 9 и второй 10 блоки переключения устанавливаются в положение 1, обеспечивающее работу защиты в диапазоне частот от 50 Гц до 1-2 кГц. При использовании устройства защит от ОЗЗ в компенсированной сети первый 9 и второй 10 блоки переключения устанавливаются в положение 1, обеспечивающее работу защиты в диапазоне частот от 150 Гц до 1-2 кГц.

Релейный измерительный орган тока с задаваемой уставкой на срабатывание 3 срабатывает при выполнении условия (15) в сетях с изолированной нейтралью или условия (20) в компенсированных сетях.

В обычной ТЗНП, уставка по току срабатывания которой выбирается по условию (1) при Кбр = const, принимаемом равным Кбр. макс (например, для микропроцессорных исполнений защиты Кбр. макс = 2,5-3, что соответствует минимальным интервалам времени между повторными пробоями изоляции, равными в соответствии с теорией W. Petersen [Petersen, W. Der aussetzende (intermittierende) Erdschluss / W. Petersen. - ETZ, 1917. - H. 47, 48], Δt=10 мс. В предложенной адаптивной защите в соответствии с выражением (14) текущее значение коэффициента Кбр(t) автоматически изменяется в зависимости от вида ОЗЗ (УОЗЗ или ДПОЗЗ), интервалов времени между повторными пробоями изоляции Δt (разновидности ДПОЗЗ) и величины переходного сопротивления в месте повреждения. При УОЗЗ в (14) 3I0 неп(t) = IC собс, т.е. Кбр=1, что обеспечивает повышение чувствительности предлагаемой защиты по сравнению с микропроцессорными исполнениями обычной ТЗНП при данном виде ОЗЗ в Кбр. макс = 2,5-3 раза. При УОЗЗ через переходное сопротивление Kбр(t) становится меньше 1, что обеспечивает автоматическое уменьшение уставки и повышение чувствительности защиты при таких видах ОЗЗ. При ДПОЗЗ с минимальными интервалами времени между повторными пробоями изоляции Δt=10 мс (ДПОЗЗ по теории W. Petersen) Кбр(t) = Кбр. макс, т.е. при этой разновидности ДПОЗЗ чувствительность предложенной защиты минимальна и соответствует чувствительности прототипа. Однако при других разновидностях ДПОЗЗ, характеризуемых величинами Δt>10 мс, Кбр(t)<Кбр. макс и автоматически уменьшается при увеличении Δt. Таким образом, предложенная защита обеспечивает повышение чувствительности не только при УОЗЗ, но и при всех разновидностях ДПОЗЗ с Δt>10 мс.

Условия применимости адаптивной защиты в сетях с изолированной нейтралью определяется только условиями ее селективности и чувствительности при металлических УОЗЗ по выражению (5) при Кбр=1:

.

Доля присоединений на центрах питания (ГПП, ГРУ ТЭЦ) и других объектах (распределительных и трансформаторных подстанциях - РП и ТП) распределительных электрических сетей среднего напряжения, удовлетворяющих указанному условию, составляет практически 100%.

В отличие от аналогов и прототипа заявленное устройство защиты может применяться не только в сетях с изолированной нейтралью, но и в компенсированных сетях. Условия применимости адаптивной защиты в таких сетях определяется только условиями ее селективности и чувствительности при металлических УОЗЗ по выражению (8) при Z=1:

,

т.е. область применения значительно шире, чем у обычных исполнений ТЗНПВГ. Известные исполнения ТЗНПВГЮ как уже отмечалось выше, по принципу действия отстроены от любых ДПОЗЗ. В отличие от ТЗНПВГ предложенная адаптивная защита обеспечивает селективность и чувствительность при любых разновидностях ДПОЗЗ и УОЗЗ.

Расчетные осциллограммы, приведенные на фиг. 4-7, иллюстрируют работу защиты и автоматическую коррекцию уставки Iуст(t) при внутреннем и внешнем ДПОЗЗ, переходящем в УОЗЗ, в сети с изолированной нейтралью (фиг. 4 и 5) и в компенсированной сети (фиг. 6 и 7), на фиг. 8, 9 - при внутреннем и внешнем металлическом УОЗЗ и при УОЗЗ через большое переходное сопротивление (Rпер = 1000 Ом) в сети с изолированной нейтралью.

Устройство адаптивной защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов, содержащее на каждой линии датчик тока нулевой последовательности, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, релейный измерительный орган тока с задаваемой уставкой на срабатывание, модуль автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание, выход которого подключен к второму входу релейного измерительного органа тока с задаваемой уставкой на срабатывание, отличающееся тем, что введены первый, второй, третий и четвертый полосовые частотные фильтры, первый и второй блоки переключения, дифференциатор, первый и второй блоки вычисления среднеквадратичного значения, элемент временной задержки, при этом выход датчика тока нулевой последовательности подключен к входам первого и второго полосовых частотных фильтров, выходы которых подключены к входам первого блока переключения, выходом подключенного через первый блок к первому входу релейного измерительного органа тока с задаваемой уставкой на срабатывание, выход измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности подключен к входам третьего и четвертого полосовых частотных фильтров, выходы которых подключены к входам второго блока переключения, выходом подключенного через дифференциатор и второй блок вычисления среднеквадратичного значения к входу модуля (блока) автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание, связанного выходом с вторым входом релейного измерительного органа тока с задаваемой уставкой на срабатывание, выход которого подключен к входу элемента временной задержки.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение чувствительности токовой защиты нулевой последовательности от однофазных замыканий на землю электрических сетей среднего напряжения, работающих с изолированной нейтралью.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении чувствительности токовой защиты нулевой последовательности от однофазных замыканий на землю электрических сетей среднего напряжения, работающих с изолированной нейтралью как при устойчивых, так и при наиболее опасных для сети дуговых перемежающихся замыканиях на землю.

Использование: в области электротехники для защиты электрооборудования. Технический результат: ограничение токов короткого замыкания, коммутируемых высоковольтным вакуумным выключателем в операциях включения и отключения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматической настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ.

Использование – в области электротехники. Технический результат – расширение арсенала технических средств.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение отказоустойчивости электросети.

Использование: в области электротехники. Технический результат - ускорение восстановления сверхпроводящих свойств сверхпроводящего ограничителя тока (СОТ) после токоограничения за счет увеличения открытости сверхпроводящей ленты для жидкого азота с обеспечением жесткости предлагаемой конструкции и ее устойчивости к действию пондеромоторных сил.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат заключается в повышении эффективности действия токовой защиты от однофазных замыканий на землю, происходящих через переходное сопротивление, за счет коррекции ее алгоритма работы в соответствии с величиной асимметрии проводимостей фаз линий относительно земли.

Группа изобретений относится к схемам защиты электрических приборов. Устройство защиты (5) выполнено с возможностью управлять электрическим прибором (3).

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности и безопасности эксплуатации воздушных линий электропередачи.

Использование: в области электротехники и электроэнергетики. Технический результат - повышение селективности и устойчивости функционирования защиты электрических сетей среднего напряжения 6-35 кВ от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ). Устройство защиты содержит согласующие преобразователи тока и напряжения нулевой последовательности, полосовые частотные фильтры, дифференциатор, схему сравнения фаз двух величин, пусковой орган напряжения нулевой последовательности, блок фиксации кратковременных замыканий на землю, включающий элементы оперативной и долговременной памяти с двумя входами - записывающим и стирающим, первый элемент временной задержки, формирователь кратковременного импульса по переднему фронту входного сигнала, первый элемент И, счетчик числа пробоев изоляции, блок контроля длительности бестоковых пауз, блок токовой направленной защиты нулевой последовательности; второй и третий элементы И, первый и второй элементы ЗАПРЕТ с одним информационным и двумя запрещающими входами каждый, элемент ИЛИ, второй элемент временной задержки, четыре выходных реле. Выход схемы сравнения фаз двух величин подключен к входам элемента временной задержки, формирователя кратковременного импульса по переднему фронту входного сигнала, блока контроля длительности бестоковых пауз и к информационному входу второго элемента ЗАПРЕТ. Записывающий вход элемента оперативной памяти подключен к выходу первого элемента временной задержки. Стирающий вход подсоединен к выходу формирователя кратковременного импульса по переднему фронту входного сигнала. Выход элемента оперативной памяти подключен к первому входу первого элемента И, выходом подключенного к входу счетчика числа пробоев изоляции и к записывающему входу элемента долговременной памяти. Первый выход блока контроля длительности бестоковых пауз подключен к первому входу второго элемента И и к первым запрещающим входам первого и второго элементов ЗАПРЕТ, а второй выход - к первому входу третьего элемента И и ко вторым запрещающим входам первого и второго элементов ЗАПРЕТ. Выход пускового органа напряжения нулевой последовательности подсоединен ко вторым входам первого, второго и третьего элементов И. Входы блока токовой направленной защиты нулевой последовательности подключены к выходам согласующих преобразователей тока и напряжения нулевой последовательности соответственно, а выход - к информационному входу элемента ЗАПРЕТ. Выход элемента долговременной памяти подключен к первому выходному реле, выходы второго и третьего элементов И соответственно ко второму и третьему выходным реле. Выходы первого и второго элементов ЗАПРЕТ подсоединены к входам элемента ИЛИ, выход которого подключен через второй элемент временной задержки к четвертому выходному реле. 4 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - достоверное определение поврежденной линии среди других линий сети, позволяющее создать селективную защиту электрических сетей от однофазного замыкания на землю в распределительных сетях напряжением 6-35 кВ с изолированной или резонансно компенсированной нейтралью. Способ заключается в фиксации момента замыкания на землю, подключении дополнительно источника синусоидального напряжения переменной частоты выше 50 Гц на шины распределительного устройства питающего линии электропередач, изменении частоты дополнительного источника синусоидального напряжения до момента резонанса напряжения, измерении значения тока с использованием датчиков тока высокой частоты в момент резонанса напряжения, сравнении значений измеренных высокочастотных токов отходящих линий и определении отходящей линии с однофазным замыканием на землю. При этом значение тока на резонансной частоте в поврежденной отходящей линии электропередачи на несколько порядков больше, чем ток на отходящей линии электропередачи без замыкания на землю. Способ может быть реализован на базе известных микропроцессорных устройств. 4 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение обнаружения дуги с использованием измерений импеданса без необходимости калибровки цепи. Система содержит линейный провод и нейтральный провод. Прерыватель цепи подключен к источнику переменного тока через линейный провод и нейтральный провод. Устройства электрических розеток соединены с прерывателем цепи посредством линейного и нейтрального проводов. Каждое из устройств электрических розеток имеет переключающий элемент закорачивания нейтрали, включенный между линейным и нейтральным проводами, и переключающий элемент управления нагрузкой в линейном проводе. Каждое из устройств электрических розеток также содержит контроллер розетки для управления переключающими элементами. Контроллеры розеток закрывают переключающие элементы закорачивания нейтрали, и главный контроллер определяет наличие высокого импеданса, чтобы обнаружить последовательное дуговое короткое замыкание. Контроллеры розеток открывают переключающие элементы управления нагрузкой, и главный контроллер определяет наличие тока в линейном проводе, чтобы обнаружить параллельное дуговое короткое замыкание. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

Использование: в области электротехники для защиты от замыканий на землю и контроля изоляции в электроустановках переменного тока, преимущественно генераторов, синхронных компенсаторов или электродвигателей, включенных в блок с трансформатором. Технический результат - обеспечение непрерывного контроля целостности цепи заземления трансформатора напряжения через шунтирующий конденсатор. Устройство для защиты от замыканий на землю и контроля сопротивления изоляции электроустановки переменного тока содержит источник переменного напряжения, разделительный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику переменного напряжения, орган блокировки, выпрямитель, первый разделительный трансформатор тока, последовательно соединенные измерительный орган защиты с исполнительным блоком и орган контроля изоляции, шунтирующий конденсатор и разрядник, включенные параллельно между точкой заземления и нейтралью трансформатора напряжения. Введены дополнительная вторичная обмотка разделительного трансформатора, второй разделительный трансформатор тока, релейный элемент, конденсатор, подключенный параллельно к выходу выпрямителя, дополнительная вторичная обмотка разделительного трансформатора включена последовательно в цепь между выпрямителем и шунтирующим конденсатором со стороны заземления, первичная обмотка второго разделительного трансформатора тока включена в цепь между выпрямителем и шунтирующим конденсатором со стороны нейтрали трансформатора напряжения, релейный элемент подключен к вторичной обмотке второго разделительного трансформатора тока. 1 ил.

Использование: в области электротехники для защиты от замыканий на землю и контроля изоляции в электроустановках переменного тока, преимущественно генераторов, синхронных компенсаторов или электродвигателей, включенных в блок с трансформатором. Технический результат - обеспечение непрерывного контроля целостности цепи заземления трансформатора напряжения через шунтирующий конденсатор. Устройство для защиты от замыканий на землю и контроля сопротивления изоляции электроустановки переменного тока содержит источник переменного напряжения, разделительный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику переменного напряжения, орган блокировки, выпрямитель, первый разделительный трансформатор тока, последовательно соединенные измерительный орган защиты с исполнительным блоком и орган контроля изоляции, шунтирующий конденсатор и разрядник, включенные параллельно между точкой заземления и нейтралью трансформатора напряжения. Введены дополнительная вторичная обмотка разделительного трансформатора, второй разделительный трансформатор тока, релейный элемент, конденсатор, подключенный параллельно к выходу выпрямителя, дополнительная вторичная обмотка разделительного трансформатора включена последовательно в цепь между выпрямителем и шунтирующим конденсатором со стороны заземления, первичная обмотка второго разделительного трансформатора тока включена в цепь между выпрямителем и шунтирующим конденсатором со стороны нейтрали трансформатора напряжения, релейный элемент подключен к вторичной обмотке второго разделительного трансформатора тока. 1 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении чувствительности и расширении области применения токовой защиты нулевой последовательности с двумя подведенными величинами при устойчивых и дуговых перемежающихся замыканиях на землю в электрических сетях среднего напряжения, работающих с изолированной нейтралью или с компенсацией емкостных токов замыкания на землю. Устройство содержит на каждой линии датчик тока нулевой последовательности, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, релейный измерительный орган тока с задаваемой уставкой на срабатывание, модуль автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание, выход которого подключен к второму входу релейного измерительного органа тока с задаваемой уставкой на срабатывание, первый, второй, третий и четвертый полосовые частотные фильтры, первый и второй блоки переключения, дифференциатор, первый и второй блоки вычисления среднеквадратичного значения, элемент временной задержки. 11 ил.

Наверх