Устройство для селективной сигнализации однофазных замыканий на землю в недокомпенсированных сетях

 

О П И С А Н И Е 11, 55653I

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Р.-слублнк

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05.03.75 (21) 2109454/07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 30.04.77. Бюллетень № 16

Дата опубликования описания 23.05.77 (51) М Кч 2 Н 02Н 3/16

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 621.316.925 (088.8) ло аслам изобретений и открытий (72) Автор изобретения А. П. Ксенофонтов (71) Заявитель Государственный институт по проектированию лесозаготовительных, лесосплавных, деревообрабатывающих предприятий и путей лесотранспорта «Гипролестранс» (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ HA ЗЕМЛЮ

В НЕДОКОМПЕНСИРОВАННЫХ СЕТЯХ

Изобретение относится к разработкам селективных защит от однофазных замыканий на землю в сетях с компенсированной нейтралью и может использоваться в электрических сетях до 1000 В в лесной, горной, текстильной промышленности, на судах речного, морского и промыслового флота, на предприятиях торфоразработок и в бойлерных установках и во всех сетях напряжением от 2 до

35 кВ включительно.

Известно устройство для обнаружения поврежденной линии при однофазных замыканиях на землю. Однако оно является неселективным, может ложно сработать и, кроме того, обладает низкой чувствительностью.

Для обеспечения условий электробезопасности ряд электроустановок напряжением до

1000 В переводится из режима изолированной в режим компенсированной нейтрали, а электроустановки напряжением выше 1000 В согласно «Правилам устройства электроустановок» должны переводиться в режим компенсированной нейтрали по достижении токами однофазного замыкания величин 10 А — в сетях 35 кВ, 20 А — в сетях 10 кВ и 30 A — в сетях 3 — б кВ.

Наиболее эффективным способом компенсации нейтрали является автоматическая, при которой индуктивность дросселя автоматически настраивается в резонанс с изменяющейся емкостью фаз системы по отношению к земле. Нескомпенсированными в точке замыкания при автоматической компенсации остаются лишь активная составляющая тока утечки и высшие гармонические составляющие тока однофазного замыкания.

В условиях полной компенсации как емкостной, так и активной составляющих тока однофазного замыкания возникает проблема создания чувствительных и сел ективных устройств сигнализации однофазных замыканий в сетях. Такие устройства создаются по принципу использования естественных или искусственных высших гармонических токов пли

15 токов недокомпенсации промышленной частоты.

Использование недокомпенсированного емкостного тока промышленной частоты снижает достоинства сетей с компенсированной ней20 тралью перед сетями с изолированной нейтралью, так как ток замыкания не сведен до возможного минимума, а величина его ни теоретически, ни практически не обоснована: произвольно принималась величина тока недо25 компенсации в 1; 5 и более А. Кроме того, работа устройств селективной сигнализации в сетях с недокомпенсацией емкостного тока замыкания принципиально не отличается от работы таких же устройств в сетях с изолиро30 ванной нейтралью, где селективность нх сра556531 батывания зависит от соотношения емкостей фаз сети по отношению к земле в пределах и вне контролируемой зоны. Г1оэтому селективпость рассматриваемых устройств в сетях с недокомпенсацией емкостного тока промышленной частоты не может быть обеспечена и гарантирована без принятия дополнительных мер.

Известно устройство для селективной сигнализации, использующее нескомпенсированные высшие гармонические токи всех частот.

Это устройство содержит фильтры высших гармоник, подключенные к выходам трансформаторов тока нулевой последозательности через согласующие трансформаторы, выпрямительные мосты, подключенные на стороне переменного тока к указанным фильтрам, и реагирующие органы. Каждый из одноименных полюсов выпрямительных мостов соединен через сглаживающий фильтр с одним входным зажимом каждого из реагирующих органов, имеющих малое входное сопротивление, а другие одноименные полюсы тех же мостов объединены и включены через общее переменное сопротивление к другим объединенным зажимам всех реагирующих органов, Сложность этого устройства заключается в том, что каждое контролируемое присоединение должно быть снабжено целым рядом элементов, без которых работоспособность устройства в целом не может быть обеспечена.

К таким элементам относятся согласующие трансформаторы, разрядники, фильтры высших гармоник, индивидуальные выпрямители, сглаживающие фильтры, усилители.

Низкая чувствительность устройства обусловлена тем, что ток нулевой последовательности основной частоты в сети компенсирован и устройством не используется, а суммарный полезный сигнал высших гармонических токов нулевой последовательности, на который реагирует устройство, несоизмеримо мал по сравнению с сигналом от токов нулевой последовательности основной частоты.

Устройство имеет негарантированную селективность срабатывания, так как состав высших гармонических токов нулсвой последовательности, на которые реагируют одновременНо все комплексные блоки H3 IIepeiIHc, IeHHst. i выше элементов, примерно одинаков как у поврежденного, так и у неповрежденных фидер ов.

Цель изобретения — упрощение устройства и повь1шение селективности.

Это достигается тем, что в предлагаемое устройство дополнительно введен обегающий элемент с двумя рядами ламелей с синхронным обеганием обоих рядов, выходы трансформаторов тока нулевой последова-,ельности присоединены и входу усилителя через один ряд ламслей, а выход, илителя к нспольп1тельным органам — через другой ряд ламелей. Компенсиру:ощий дроссель в сети автоматически настроен на недокомпенсацию собcTBeIfHoro ем костного т01 а Одно "o из контро5

1з

25 з

З,э

5g

6.1

6> лируемых фидеров. Емкостная составляющая сопротивления изоляции фаз IIQ отношению к земле выровнена и одинакова у всех контролируемых фидеров.

Кроме того, в неотключаемую часть сети через размыкающие блок-контакты выключателя контролируемого фидера введены на землю искусственные емкости, равные емкости фаз на землю отключаемого фидера.

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого устройства.

В нейтраль источника 1 электрической сети введен дроссель 2, настроенный на недокомпепсацию собственного емкостного тока одного контролируемого фидера 3, причем собственные емкостные токи всех контролируемых фидеров одинаковы либо за счет равной длины и сечения кабельных или воздушных линий, либо за счет подключения дополнительных выравнивающих конденсаторов. В начале каждого контролируемого фидера 3 установлен трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП) 4. Фильтр 5 напряжений нулевой последовательности составлен из конден=аторов и служит для включения реле 6 контроля изоляции. Контакт 7 этого реле включен в цепь питания усилителя 8 и привода 9 обегающего элемента 10. Обегающий элемент имеет два ряда ламелей, через первый

:1з которых П Н11 присоединены к усилителю, а через второй — усилитель к реагирующим органам 11. Оба ряда ламелей обегаются синхронно, а количество и порядок подключений ТТНП первого ряда ламелей соответствует количеству и порядку подключений реагирующих органов этих ТТНП во втором ряду ламелей обегающего элемента.

Принцип действия устройства заключается в следующем.

При отсутствии однофазных замыканий в электрически связанной сети между нулевой точкой источника 1 и землей напряжения смещения нейтрали нет. При этом отсутствуют индуктивный ток Ir, через дроссель 2 и емкостный ток 1, сети. Геометрическая сумма симметричных токов утечки фаз контролируемых фидеров 3 равна нулю, и на выход ТIHH 4 сигнал не поступает. Нет сигнала и на фильтре 5 напряжений нулевой последовательности, поэтому реле 6 обесточено, à его замыкающий контакт 7 разомкнут. Усилитель 8 обесточен, обегающий элемент 10 неподвижен, реагирующие органы 11 «молчат».

При однофазном замыкании в любой точке (К1 или К2) электрически связанной сети в ней появляется напряжение смещения нейтрали и возникают несимметричные токи утечки.

Реле 6 замыкает свои контакты 7, подключая усилитель 8 и запуская обегающий элемент

10. Но величина токов н. п. в месте установки

:.:1;П различна H зависит от места возникновения однофазного замыкания в сети.

11ри замыкании в точке Аь т. е. вне контролируемой зоны, каждый фидер посылает в точк1 замыкания 1(1 св010 долю TQK3 утечки, и

556531

55 б0

65 через ТТНП всех (в данном случае неповрежденных) фидеров проходит ток н.п. основной частоты:

31оф = 1ф — Зло>Сф10- А, где Уф — фазное напряжение системы, В; в=314 — угловая частота при промышленной частоте;

Сф — емкость одной фазы контролируемого фидера по отношению к земле, мкФ.

Сигналом, обусловленным высшими гармоническими токами в составе тока однофазного замыкания, по сравнению с током замыкания основной гармоники, можно пренебречь, а на входе усилителя 8 для обеспечения его помехоустоичивости высшие гармонические в составе ЭДС вторичной обмотки 1 ТНП следует отфильтровать, не усиливая их.

З,цС всех ТТНП, поочередно подключаемых обегающим элементом к усилителю, вызывает последовательное срабатывание всех реагирующих органов, которые и свидетельствуют об исправности своих фидеров.

При однофазном замыкании фидера в точке A;q, т. е. в контролируемой зоне, во всех фидерах, кроме поврежденного, токи н.п. имеют ту же величину, которую они имели и при замыкании в точке Кь 11оэтому сигнальные элементы неповрежденных фидеров срабатывают по причинам, рассмотренным выше, свидетельствуя об исправности линий.

В окне TTHII поврежденного фидера ток н.п. изменяет свою величину; в этом случае здесь протекают следующие первичные токи: индуктивный ток дросселя 1 и емкостный ток I, утечки (замыкания), составленный из токов утечки всех контролируемых (и неконтролируемых) фидеров, т. е.

/2 с = ф, 1 причем токи утечки lô исправных присоединений стекают в землю, пройдя через окно своего ТТНГ1, а возвращаются в систему в точке замыкания через окно TTHII поврежденного присоединения; ток утечки 1ф поврежденного фидера стекает в землю и возвращается в систему в зоне, контролируемой своим ТТНП.

Если в точке замыкания обеспечить полную компенсацию дросселем всего емкостного тока 4, возвращающегося в систему, т. е. выполнить условие

l,=I — I,=0, то в окне ТТНП поврежденного фидера попрежнему протекал бы первичный ток н.п.

1@ Оф —— — 3 обусловленный стекгнием в землю собственного емкостного тока 1ф поврежденного фидера.

В этих условиях величина тока н. п. поврежденного фидера не отличалась бы от тока н. и. неповрежденных фидеров.

Поэтому компенсирующий дроссель 2 настроен так, что он компенсирует ток однофазного замыкания до величины з — ф — с и тогда недокомпенсированный емкостный ток ф поврежденного фидера, возвращаясь в сеть, взаимно уничтожится в окне Т1НII таким же током противоположного направления, стекающим в землю. В результате в окне ТТНП суммарный ток н.п. отсутствует, на вход усилителя сигнал не поступает, сигнальный элемент не горит, предупреждая о неисправности фидер а.

11ерегорание сигнальной лампы может быть расценено и как однофазное замыкание на данном фидере, но замена перегоревшей сигнальной лампы — несложная операция по сравнению с поиском места однофазного замыкания в разветвленной электрической сети.

Иными словами, настройка дросселя на ток недокомпенсации емкости одного контролируемого фидера l, приводит и: — недокомпенсации емкостного тока однофазного замыкания на величину 1ф, — полной компенсации тока н.п. в окне

ТТНП контролируемого поврежденного присоединения; — сохранению величины собственного емкостного тока остальных контролируемых фидеров; — сохранению всех преимуществ системы с компенсированной нейтралью перед системами с изолированной нейтралью, так как ток недокомпенсации l

Предлагаемое устройство может быть использовано В сетях как с автоматической, так и со статической компенсацией емкостного тока. При автоматической настройке индуктивности дросселя на недокомпенсацию емкостного тока одного из контролируемых фидеров никакой дополнительной обработки неконтролируемых фидеров не требуется, а при статической настройке дросселя — контролируемые и неконтролируемые фидеры при их отключении от сети вводят вместо сеоя искусственную емкость на землю, равную собственной естественной емкости отключаемого фидер а.

Формула изобретения

Устройство для селективной сигнализации однофазных замыканий на землю в недокомпенсированных сетях, содержащее трансформаторы тока нулевой последовательности и реагирующие органы, которые выполнены на последовательно соединенных усилителе и исполнительном органе, установленном на каждом присоединении, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения селективности, в устройство дополнительно введен обегающий элемент с двумя рядами ламелей с синхронным обеганием обоих рядов, выходы

556531

Составитель Л. Васькова

Техред 3. Тарасова

Корректор 3. Тарасова

Редактор С. Заика

Заказ 1103/4 Изд. № 399 Тираж 914 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 трансформаторов тока подключены к входу усилителя через один ряд ламелей, а выход усилителя к исполнительным органам — через другой ряд ламелей.