Способ определения тока замыкания на землю в трехпроводной электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью

 

Союз Советскик

Соцналистическнн

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iii 792149 (6I ) Дополнительное к авт. с вид-ву (22) Заявлено 09. l l.78(2l ) 2683778/24-07 с присоединением заявки K (23) Приоритет

Опубликовано 30. l2.80.Áþëëåòåíü J% 48

Дата опубликования описания 03.0l.8l (5I)M. Кл.

4 01 19/00

Н 02 Н 3/l6

Государственный комитет до делам изобретений н открытий (53) УДК 62l. .3 16,928 (088.8) (72) Авторы изобретения

М. Л. Сапунков, А. О, Динкель и П.. Долгаттов-- —-------Т

1

С. (1 I

Пермский политехнический институт

1 (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКА ЗАМЫКАНИЯ

НА ЗЕМЛЮ В ТРЕМПРОВОДНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

С ИЗОЛИРОВАННОЙ ИЛИ КОМПЕНСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

Способ относится к электроэнергетике и предназначается для определения величины тока замьгкания на землю в трехпроводной электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью при возникновении замыкания на любом ее присоединении.

Известно несколько способов определения тока замыкания на землю.

Один из них является способом непосредственно изменения тока путем металлического замьгкания фазы на землю (1» и (2). Этот способ наиболее прост, Но ггрименение его создает опасность электропоражения ввиду возможности возникновения двойного замыкания на землю.

Недостатком применения этого способа является также то, что он дает возможность получать информацию о величине тока лишь при искусственном, преднамеренном замыкании фазы на землю.

К числу известных относятся также (3) способ с применением дополнительной проводимости, включаемой между фазой и землей; способ с наложением на нейтраль сети напряжения от постоянного источника; резонансный способ, заключающийся в настройке реактора в резонанс с сетью.

Для непрерывного контроля емкости сети, а значит и емкостного тока, используется также известная схема с тремя однофазными трансформаторами напряжения, вгоричные обмотки которых соединяют в открытый треугольник 41.

Однако все известные способы не обеспечивают возможности определения величины тока замыкания на землю не15 посредственно в режиме замьпсания, когорое может произойти в любой точке сети. В результате этого в режиме замыкания, когда особенно требуется контролировать величину тока, например, для

20 работы защиты или для настройки компенсирующего реактора, информация о фактической величине тока отсутствует. Поэтому для настройки компенсации используется я к,3-.. 3ìe ë. l о токе, полученная пред:арят:;-льнс в состоянии сети, предшес гво;.;-.:.:;.:-.ангяо на земл;о, хотя сОстОя:..,-..-.Яс; ат.-;лиг„g, в сличигга тока

Это объясняется особенностями распределения токов нулевой последовательности в сети при замьгкании на землю.

Для обеспечения возможности получения информации о величине фактического и общего для всей сети тока замыкания на землю при возникновении замыкания в любой точке сети предла50 гается способ, основанный на измерении линейных токов двух неповрежденных фаз и выделении из них сигнала, пропорционального току замыкания на землю.

Чтобы выделить эту составляющую, из55 мергпот линейные токи этих фаз,преобра.Зугот их в синуссидальные напряжения.

Полученное напряжение отстающей фазы

l смецгают на угол — 60 . Это несбходи;:..—::::";::;.:; Ноя .- режиме замъ3кания.

; з известив:х способов наиболее близкг3м к изобретению по технической сущности является способ определения тока замыкания на землю, основанный на применении фильтра токов нулевой последо- Io вательнссти 5 . При этом способе

Г 3 неп, с iед .твенно в режиме замыкания HB вы .Оде,,::ильт":.а пслучагот сгггнал, зави—..;=: .гй .:-, "= . .-:=.-Япы тока замыкания.

Однако этот способ позволяет измерить емкостнсй ток некомпенсированной сети или остаточный ток компенсированной сети только без учета тока поврежденного присоединения, В сети же с одним присоединением этим способом

20 вообще .-.ельзя измерить ток замыкания на землго. Згзвестный способ можно применять лько в сетях с большим чис,".,О-ъ:. пр:-.сссдкнений. Но поскольку емкость псврэ> eel-:.= «le -,р..-.соединения могкет сос.—.-:т= з.=а =.::-.т=- льни:чо долю общей емкое: .. - .. - =. ""-"-,::ы."; присоединений сна

-.з- - ой, гсч3гость измерений в —.-..-.,- аэтся неодинаковой и за--:.-=-т ст, :-; та замыкания в сети. В р.-... . "..:r.=.те .;. .: — х измерений во всех слу.-.аях стает<-.,я неучтенным собственный ток псвреждсгп .Ого присоединения, измереннь3й H фак-.ический roviH oTJIH IelorcII, Есгги же измерен. "-, с фильтром гоков нулевой последовательности производить на зажимах источника питания, то неучтенным окажется Bech емкостной ток сети т.е. этот способ оказывается непригодным для Определения общего для 40 всей сети тока замыкания на землю.

149

Мо для ТОГО, чтОбв1 сс тавлян)шиг . Нац )я— жений фаз от токов симметричного нормального режима сеrll стали в противофазе. Далее суммируют напряжения двух фаз, При суммировании напряжений эти их состоящие взаимно скомпенсируются, а составляющие от токов замыкания дадут результирующее напряжение, пропорциональное току замыкания сети.

Такого же результата достигают, если полученное напряжение опережающей фазы смещают на угол +60 и затем также суммируют напряжения двух фаз.

Аналогично определяют ток замыкания сети, если полученное напряжение отстающей фазы смещают:Ia угол

+ 3 20 или опережающей фазы — на

0 угол -120 и затем вычитают напряжеО ния двух фаз.

B компенсированной сети ток замыкания является остаточным, как результата наложения емкостного тока сети и индуктивного тока реактора. Поэтому, чтобы учесть обе составляющие тока замьгкания и определить величину остаточного тока предложенным способом, измерительные трансформаторы тока включают в линейные провода на выводах источника питания до места присоединения трансформатора, к которому подключают реактор. Для определения емкостного тока сети трансформаторы тоха включают за этим трансформатором.

На фиг. 1 приведена схема, поясняющая распределение токов в сети и размещение измерительных трансформа -. торов тока для осуществления предлагаемого способа, на фиг. 2 — функциональная схема одного из вариантов определения тока замыкания на землю; на фиг. 3 — векторные диаграммы, соответствующие нормальному режиму состояния

cerH;, на фиг. 4 — диаграммы поясняющие изменения токов в режиме замыкания фазы на землю (фазы А).

Для осуществления способа определения тока замыкания в компенсированной сети, имеющей некоторую нагрузку l, емкость 2 относительно земли и компенсирующий реактор с трансформатором 3 присоединения, измерительные трансформаторы 4 тока включают в линейные провода на выходе источника питания.

При замыкании, например, фазы А измеряют токи неповрежденных фаз Б и В, Далее, например, по функциональной схеме HQ фиг. 2 преобразуют ггг3мереццые

roKH 13 пропорционг3льц33г им цо 33с л33чип

",n2>4g (4) Справедливость этого заключения мож- т0 () (2) ф

20 землю;

ТОКИ В фЯЗЯХ ТРЯНСфОРт матора для присоединения компенсирующего реактора до замыкания на землю.

Эти составляющие токов сдвинуты между собой на угол 120! (см. фиг.3) .

Следовательно, если измеренные токи преобразовать в пропорциональные им по величине напряжения и затем произвести суммирование полученных напряжений, то они будут взаимно скомпенсированы, если напряжение отстающей фазы дополнительно сдвинуто ня угол -60 и если напря0 жение опережающей фазы — на угол +60,.

30

+3 е bO Эу

Модуль измеренного няпряжг.и1тя !11дет равен

ИЪМ (r>) т.е. получают сиг!I-Äl, !!ро: 111,". 111. току замыкания нп -«л1:11., напряжения с помощью двух одинаковых элементов преобразования 5. Полученное напряжение, пропорциональное -.Оку отстающей фазы, смещают с помощью фязосдвигающего элемента 6 на угол -60О и затем суммируют напряжения двух фяз.

На выходе сумматора 7 получают стц-нял, по которому судят о величине и фазе тока замыкания сети. но показать ня основании следующего анализа.

До замыкания на землю токи трех фаз сети равны между собой и сдвинуты на угол 120 . Для фаз Б и В справедо ливы равенства до о о

Б Б,„Б3 ., о о

Ъ н ьь+ Ьт, где !,Д вЂ” токи нагрузки аз

Ьн

3 3 о" о сети; в e> — емкостные токи фаз до замыкания на

Аналогичный результат можно получить при вычитании полученных напряжений, если напряжение отстающей фа.зы дополнительно сдвинуть на угол + 326 и если напряжение опережающей фазы— на угол -120

Дейс тви т ельно, например, в первом варианте получают,0 цо - 40 о .о ьсР,., щ У 50

Б»  — <-„,Е = j» Î

Б Ь где К вЂ” передаточный коэффициент элементов 5 преобразования токов в на пр я же н ия.

При во.и!!ткнове!!ии зям! !Каттия ня землк1 !1 лк1inii то !Кс с тп ли1(ейет! те токи

Itl" ò÷> l!ill! ;l пит;!lilt!I И.1"!t пя! тт я. Происходит это вследствие изл! ".I:.Itêtt как смItoc TH hIx токов фаз, так и индуктивных токов трянсфОрмa ГОря пре!со1"длнe!!ия и компенсирующего реактора, например, короткое замыкание фазы А вызывает следующие изменения: емкостные токи неповрежденных фаз становятся равными (см. фиг.4) о 30 о -53o

Ьь Ьъ i Ьь вь .! =д е токи неповрежденных фяз трансформатора присоединения можно представить в виде о 1 о

Б S,-Ь Р Ь Ь Ь, Р {5) где — ток компенсирующего реактор я.

Составляющие же лттнейных токов, обусловленные нагрузкой сети, при однофазном замыкании на землю остаются неизменными.

Следовательно, для токов неповрежденных фаз при замыкании фазы A будут справедливы равенства

J =.) »3 »3 (6)

Б Ьн Ь3 Бт

3 =3 »3 »Д

Ь ЬН Б Ъ! (7)

В результате суммирования или в!.!чита» ния напряжений, пропорциональных этим токам, получают сигнал, пролорциональный току замыкания.

Действительно, например, в первом варианте (см. фиг. 2, напряжение отстающей фазы сдвигают на угол -60 ) получаем ц =U»Ut: иъИ. Б

= ((з ) { +3 ) ")

Ь Ь3 Б н 3

После подставки значений из (4) и (5) и преобразований с учетом равенств

-ЗьсР, -3bo > -130!

+.) в ьо=о;.1 3 е

Бн н ЬЬ Ь Ъ получим о

К - -3Ьаа k -б т я>

1 - . g (:,т и и {, Ъ р) 792149

Модуль этого напряжения равен

J =A!cUy&c, — фазовое напряжение сети; — частота сети; — емкость одной фазы сети от- 20 носительно земли 1ля осуществления предложенного способа не требуются сложные приборы и устройства. Например, в качестве элементов преобразования токов в напряжения

2э мсжно использовать трансреакторы, фазосмещающий элемент можно выполнить на L или Ж цепях.

Предложенный способ является простым, Точность определения тока замыкания

30 по этому способу будет не ниже, чем у способа с фильтром токов нулевой последов ательнос ти.

Новый способ обеспечит возможность получения информацйи о величине факти35 ческого, общего для электрической сети тока замыкания на землю при возникновении замыкания на любом присоединении сети. Этот способ позволит также где

С определять токи замыкания отдельных

40 присоединений сети, Применение предложенного способа позволит создать новые виды селективной зашиты от замыканий на землю, а также разработать новые, более эффектив45 ные системьt автоматической настройки компенсации емкостных токов электрических сетей. Применение более совершенной защиты и эффективных автоматических

И устроиств компенсации обеспечит повышеВ некомпенсированной сети и в случае установки измерительных трансформаторов тока в компенсированной сети за трансформатором присоединения 3 (на фиг. 1 показаны пунктиром) в равенствах (6), (7) и (8) токи фаз трансформатора и ток реактора надо полагать равным нулю. Поэтому в этом случае получают сигнал, пропорциональный емкостному некомпенсированному току за- 16 мьгкания на землю

U =- — 3 е © (1,0) м3и. ние надежности электрических сетей, снижение ущербов в перерывах электроснабжения и повысит электробезопасность режимов замыкания на землю.

Формула изобретения

Способ определения тока замыкания на землю в трехпроводной электрической сати с изолированной или компенсированной нейтралью, основанный на измерении линейных токов и выделении сигнала, пропорционапьного току замыкания на землю, о т л и ч а ю щ.и и с я тем, что, с целью обеспечения возможности получения информации о фактическом полном токе замыкания на землю, выявляют неповрежденные фазы сети, измеряют линейные токи в проводах этих фаз на выводах источника питания сети, преобразуют токи в пропорциональные им напряжения, после чего либо напряжение отстоящей фазы смещают на угол минус 60 или плюс 120, либо напряжеO 0 ние опережающей фазы — на угол плюс 60о или минус 120, затем суммируют или вычитают напряжения двух фаз и по результирующему сигналу судят о величине и фазе тока замыкания на землю сети.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Вильгейм Р. и Устерс M. Заземление нейтрали в высоковольтных системах

ГЭИ, М-Л., 1959, с. 339,3l, 303-307.

2. Лихачев Ф. А. Инструкция по выбору, установке и эксплуатации дугогасящих катушек. М., "Энергия", 1971, с. 66-72.

3. Маврицын А; М., Петров Q. А.

Электроснабжение угольных резервов, М., "Недра, 1977, с. 145-155.

4. Шаткин А. Н. Использование трех однофазных трансформаторов дня не-, прерывного контроля емкости в сети относительно земли в процессе работы. Изв.

ВУЗов, „Энергетика," 1975, № 1, с. 43-47.

5. Чернобровов Н. В. Релейная защита,М., "Энергия, l974, с. 236-243.

792149

ЦБВ

4 БВ

Фиг.5

Бн „оставитель Л. Васькова

Редактор Л. Гольдина Техред И.Асталош Корректор M. Демчик

Заказ 10143/43 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москве, 78-35, Раушская наб„д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4