СПОСОБ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ШАХТНОЙ СЕТИ Российский патент 1996 года по МПК H02H7/26 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для защиты высоковольтной шахтной сети электроснабжения от токов короткого замыкания.

Известен способ обеспечения избирательности действия максимальных токовых защит, например, в устройстве по а.с. 792460, по которому формируют сигнал от нижерасположенной ячейки (выключателя) к вышерасположенной, запрещающий ее включение при замыкании на отходящем присоединении нижерасположенного выключателя, чем предотвращается обеспечение неповрежденных цепей или "развал" сети питания.

Недостатком этого способа является то, что он позволяет осуществить защиту только при двух уровнях включения выключателя. При наличии третьей ступени этот способ не срабатывает.

Кроме того, в случае отказа защиты в нижерасположенной ячейке вышерасположенный выключатель не отключит короткое замыкание, что приведет к значительной аварии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ по книге Л.Н.Баптиданов, В.И.Тарасов "Электрооборудование электрических станций и подстанций", Госэнергоиздат, 1953, Ленинград, Москва, с. 21, 23, при котором избирательность действия выдержки времени максимальных токовых защит обеспечивают по ступенчатому принципу, согласно которому у каждой последующей ячейки, считая по направлению к источнику питания, выдержку времени принимают на ступень времени, большую, чем у предыдущей ступени, имеющей наибольшую выдержку времени.

Однако этот способ не может быть реализован в горных подземных условиях по следующей причине. В подземных сетях напряжением выше 1140 В на отходящих линиях центрального подземного пункта (ЦПП) и распределительного подземного пункта (РПП-6) защита от токов короткого замыкания должна быть мгновенного действия без выдержки (см. 436 "Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах", 1986. Под мгновенным действием без выдержки времени понимается собственное время отключения реле. Общее время отключения поврежденной сети напряжением 1140В 0,12 с ( 385 Правил). Напряжение в подземных сетях значительно больше и составляет 6000 В.

По известному способу в ячейках (выключателях) каждой ступени время строго фиксировано независимо от того, где на линии произойдет нарушение, в силу чего, если повреждение случится у ячейки, время отключения каждой ячейки слишком велико по сравнению с необходимым 0,12 с, это приведет, к перегреву проводов, нарушению изоляции и в конечном итоге к взрыву, если шахта загазована.

С другой стороны, если при повреждении около какой-либо ячейки сигнал о повреждении одновременно появляется у всех ячеек, расположенных по направлению к источнику питания, то вероятность более раннего срабатывания ячейки, расположенной ближе к источнику питания, чем у ячеек, находящихся у места повреждения, ведет к нежелательному обесточиванию неповрежденных цепей, т.е. к "развалу" сети электроснабжения.

Цель изобретения уменьшение времени срабатывания защиты путем адаптации его к месту короткого замыкания.

Цель достигается тем, что в способе измеряют фактический ток сети, сравнивают его с номинальной уставкой и в случае превышения фиксируют наличие короткого замыкания, производят отключение поврежденной ячейки сети с выдержкой времени ее максимальной токовой защиты, при этом подбирают по ступенчатому принципу, в зависимости от ранга каждой последующей ячейки, считая по направлению к источнику питания, выдержку времени срабатывания принимают на ступень времени Δt, большую, чем предыдущей ячейки, при этом с целью уменьшения времени срабатывания защиты место повреждения определяют по наличию сигнала максимальной токовой защиты поврежденной ячейки и отсутствию сигнала в последующей ячейке по направлению от источника питания, при этом поврежденную ячейку фиксируют как нулевую ступень времени, а первую ступень времени срабатывания защиты определяют по наличию тока короткого замыкания в ней и наличию сигнала от нулевой ступени, при этом ступень времени Dt определяют как
Δt = (T_max- T_o)/n,
где T_max заданное максимально допустимое время срабатывания всей цепи защиты;
n максимальный номер ступени,
n=R-1, где R число рангов;
T_o собственное время задержки срабатывания ячейки,
а время срабатывания защиты Т каждой ячейки определяют из соотношения
T = T_o+ C_i•Δt,
где C_i номер ступени, где i=0, 1, 2, 3
Адаптирование времени срабатывания защиты в зависимости от места повреждения придает способу новые свойства, позволяет сократить время срабатывания защиты, что составляет его существенные отличия.

Способ можно понять из следующего примера:
пусть R=6; T_o=0,05 с; T_max=0,12 с.

Если короткое замыкание произошло между ячейками пятого и шестого ранга, (рангом считаем номер ячейки, возрастающий от источника питания) в этом случае ячейка пятого ранга будет являться нулевой ступенью времени, потому что в ячейке шестого ранга сигнала о превышении тока, а в ячейке пятого, четвертого, третьего и т.д. рангов сигнал будет воспринят, время срабатывания ячейки пятого ранга будет равно собственному времени срабатывания ячейки.

T₅= T_o+ CO•Δt,
где CO=0
T5=T_o=0,05 с.

Одновременно ячейка пятого ранга выдает на ячейку четвертого ранга сигнал о номере своей ступени.

Время Т4 срабатывания ячейки четвертого ранга, имеющей первую ступень времени, в этом случае будет равно
T₄= T_o+ C₁•Δt = 0,05+1•Δt
где Δt = (T_max- T_o)/n
n=R-1=6-1=5
Δt = (0,12-0,05)/5 с = 0,014 с
T4=0,05+0,014=0,064 с.

Время срабатывания ячейки третьего ранга Т3 имеет вторую ступень времени
T3=0,05+2*0,014=0,078 с.

Время срабатывания ячейки второго ранга Т2 имеет третью ступень времени
T2=0,05+3*0,014=0,092 с.

Время срабатывания ячейки первого ранга Т1 имеет четвертую ступень времени
T1=0,05+4*0,014=0,106 с.

Способ может быть осуществлен устройством, представленным на фиг. 1, 2.

На фиг. 1 изображена структурная схема защиты сети электроснабжения от короткого замыкания;
на фиг. 2 функциональная схема котроллера.

Схема защиты сети электроснабжения от короткого замыкания содержит источник питания 1, высоковольтные ячейки 2 составляющие ветвь питания 3 и расположенные в последовательности от источника питания в соответствии со своим рангом. На чертеже показана ветвь из шести рангов. Кроме того, каждая ячейка содержит контроллер 4. Ячейка имеет выход 7 и вход 5.

Функциональная схема контроллера (фиг. 2) содержит три полосовых фильтра 11, каждый из которых настроен на свою частоту f1, f2, f3, три детектора амплитуды 12, три фильтра низкой частоты 13, три пороговых устройства 14, дешифратор 15, три таймера 16, три синусоидальных стробируемых генератора 17, генерируемые частоты которых соответствуют частотам f1, f2, f3, схему ИЛИ и аналоговый сумматор 19.

Узлы и элементы соединены следующим образом (см. фиг. 1), ячейки 2 соединены параллельно между собой через шину питания 3. Место подключения ячейки 2 относительно источника питания 1 характеризуется рангом. Каждая ячейка соединена с соответствующим контроллером 4. При этом сигнальный вход 5 ячейки 3 соединен с первым сигнальным выходом 6 контроллера, а сигнальный выход 7 ячейки 3 соединен с первым сигнальным входом 8 контроллера, второй сигнальный выход 9 контроллера соединен с вторым сигнальным входом предыдущего контроллера, второй сигнальный вход 10 контроллера соединен с вторым сигнальным выходом последующего
контроллера.

Вход 10 контроллера соединен с входами полосовых фильтров 11. Каждый полосовой фильтр через соответствующие детекторы 12, фильтр низкой частоты 13 и пороговое устройство 14 соединен с соответствующим входом дешифратора 15. Еще один вход 8 дешифратора 15 служит для приема сигнала с коротким замыканием от соответствующей ячейки 2. Первые три выхода дешифратора 14 соединены каждый с входом соответствующего таймера 16, а вторые три входа дешифратора 15 соединены каждый со стробируемым входом соответствующего генератора 17. Выходы всех трех таймеров 16 объединены в схему ИЛИ 18. Выходы всех трех генераторов 17 объединены аналоговым сумматором 19. Выход схемы ИЛИ 6 служит сигналом блокировки срабатывания реле токовой защиты в ячейке 2. Выход сумматора 19 соединен с входом 10 контроллера 4 ячейки верхнего ранга.

Устройство работает следующим образом. При коротком замыкании, например, после ячейки 5-го ранга с ее выхода 7 сигнал о к.з. поступит на вход 8 контроллера 4, этот сигнал попадает на вход АО дешифратора 15, а с контроллера ячейки 6-го ранга сигнал на вход 10 рассматриваемого контроллера не поступает. Дешифратор 15, получив сигнал с выхода 8 на адресный вход, включает генератор 17 или два генератора, комбинация частот которых, например f1, f2, обозначает код ступени времени относительно места повреждения (в данном случае ячейки, у которой фиксируется нулевая ступень), сигнал этого кода поступает на вход 10 контроллера четвертой ячейки. При этом на вход 8 контролера с четвертой ячейки также поступит сигнал о коротком замыкании. При этом на два из трех полосовых фильтров контроллера ячейки четвертого ранга пропускают частоты f1, f2, f3, соответствующие частотам генераторов контроллера пятого ранга. Эта комбинация частот проходит через детекторы 12, фильтры низкой частоты 13 и пороговые устройства 14, преобразуется в цифровой код, который попадает на дешифратор 15. Дешифратор включает генератор или несколько генераторов, комбинация частот которых соответствует номеру первой ступени относительно места повреждения. В этом случае включается таймер 16 с наименьшим временем задержки t1. Сигнал времени t₁= C₁•Δt = 1•Δt. Заявляемый способ позволяет адаптировать время срабатывания защиты к месту повреждения цепи и тем самым сократить время срабатывания. Это позволяет использовать его в высоковольтных шахтных сетях.

Сущность изобретения: с целью уменьшения времени срабатывания защиты путем адаптации его к месту короткого замыкания место повреждения определяют по наличию сигнала максимальной токовой защиты в поврежденной ячейке и отсутствию сигнала у предыдущей по направлению от источника питания, при этом поврежденную ячейку фиксируют как нулевую ступень времени, а первую ступень определяют в ячейке по наличию сигнала в этой ячейке и наличию сигнала в ячейке нулевой ступени, при этом ступень времени Δt определяют из соотношения
,
где t_max - заданное максимально допустимое время срабатывания всей цепи защиты;
n - максимальный номер ступени; n=R-1, где R - число рангов;
t_o - собственное время задержки срабатывания ячейки;
а время срабатывания МТЗ - Т каждой ячейки определяют из выражения T = t_o+ C_i•Δt, где C_i - номер ступени времени срабатывания защиты, где i=0, 1, 2 ... . 2 ил.

Способ токовой защиты высоковольтной шахтной сети, при котором измеряют фактический ток сети, сравнивают его с номинальной уставкой и в случае заданного превышения фиксируют наличие короткого замыкания, производят отключение поврежденной ячейки сети с выдержкой времени ее максимальной токовой защиты, при этом подбирают ее по ступенчатому принципу, в зависимости от ранга каждой последующей ячейки, считая по направлению к источнику питания, выдержку времени срабатывания принимают на ступень времени Δt большую, чем у предыдущей ячейки, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени срабатывания защиты, место повреждения определяют по наличию сигнала максимальной токовой защиты поврежденной ячейки и отсутствию сигнала в последующей ячейке по направлению от источника питания, при этом поврежденную ячейку фиксируют как нулевую ступень времени срабатывания защиты, а первую ступень времени срабатывания защиты определяют по наличию тока короткого замыкания в ней и наличию сигнала от нулевой ступени, при этом ступень времени Δt определяют как

где t_max заданное максимально допустимое время срабатывания всей цепи защиты;
n максимальный номер ступени, n R-1, где R число рангов;
t_o собственное время задержки срабатывания ячейки,
а время T срабатывания максимальной токовой защиты каждой ячейки определяют из соотношения
T = t_o+ C_iΔt,
где C_i номер ступени времени срабатывания защиты, где i 0,1,2,