СПОСОБ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H02H3/08 H02H7/08 

Настоящее изобретение относится к области релейной защиты электрооборудования и может быть использовано для защиты электроустановок разного вида от коротких замыканий (к.з.).

Известны разные способы защиты электрооборудования от к.з. максимальные токовые защиты (м.т.з.), м.т.з. с вольтметровой блокировкой, дифференциальные защиты, направленные защиты и т.д. [1]
Из известных способов наиболее близким по технической сущности являются дистанционные направленные защиты, исполнительный орган которых выполнен на реле сопротивлений, сравнивающем две величины где коэффициенты, характеризующие параметры реле, текущие значения векторов напряжения и тока защищаемой электроустановки. Сравнение величин производится либо по абсолютному значению, либо по фазе с использованием полупроводниковой техники или на реле индукционной или электродинамической систем [1]
Недостатком этого способа защиты является аппаратная сложность и дороговизна комплекса защиты и в связи с этим он не нашел широкого применения в защите электрооборудования низкого напряжения (10 кВ и ниже). Кроме того, во многих случаях эти защиты не обеспечивают необходимой чувствительности и селективности (защиты трансформаторов, секций, электродвигателей и т.д.).

Целью настоящего изобретения является получение простой в исполнении защиты с повышенной чувствительностью для применения в широком спектре защищаемого электрооборудования. Эта цель достигается путем использования реле, реализующего функцию

где i мнимая единица,
текущие значения векторов тока и напряжения защищаемого присоединения,
I_p, K_p, Φ_p - параметры, определяющие радиус I_p(A) и координаты K_p•U(A) и Φ_p (радиан) центра круга несрабатывания защиты в полярных координатах вектора тока защищаемого присоединения. При этом параметры круга несрабатывания выбирают из условия наложения его на векторную диаграмму токов нормального режима работы электроустановки и режима внешнего к.з.

На фиг. 1 изображены круг 1 несрабатывания защиты при напряжении сети, равном номинальному (U_сети U_ном.), круговая диаграмма 2 векторов тока I₁ нормального режима, включая режим пуска. Там же дан вектор I₂ "далекого" к. з. при U_сети ≈ U_ном.
На фиг. 2 изображен круг 1 несрабатывания защиты при напряжении сети, равном нулю, (U_сети ≈ 0) к.з. в месте установки защиты. При этом вектор I₁ ток присоединения при внешнем к.з. вектор I₂ - ток присоединения при к.з. в зоне.

Выбор параметров реле I_p, K_p, Φ_p производится в следующем порядке:
1. Определяется радиус I_p круга несрабатывания при известных токах к.з. защищаемого присоединения при повреждении в месте установки защиты (U 0) при "внешнем" к.з. I₁ по формуле:
I_p K₁ K₂ I₁,
где K₁ коэффициент запаса, принимаемый равным 1,1 1,2 в зависимости от типа реле,
K₂ коэффициент апериодической составляющей тока "внешнего" к.з. I, принимаемый равным 1,0 1,5 в зависимости от времени срабатывания защиты и характера тока I₁.

2. Определяется зона токов нормальной работы присоединения, включая режимы пуска, самозапуска, перегрузки и т.д.

3. Определяются параметры K_p и Φ_p из условия наложения круга несрабатывания реле на зону токов нормальной работы присоединения, определенной в пункте 2.

Для примера, проведем согласно предлагаемому способу выбор защиты ввода секции, основной нагрузкой которой являются асинхронные двигатели:
1. Из соображений селективности защита действует с выдержкой времени, отстроенной по времени от защиты отходящих фидеров, и в связи с этим коэффициент K₂ принимается равным I и I₁ определяется как E"/X, где E" сверхпереходная ЭДС асинхронного двигателя с учетом затухания за время работы защиты, X результирующий реактанс двигателей, подключенных к секции.

2. Определяется радиус I_p круга несрабатывания реле
I_p 1,1 • I₁
3. Определяется зона токов нормальной работы потребителей секции. Вектор тока нагрузки секции с асинхронными двигателями описывает окружность с радиусом I_п/2 с центром с координатами I_п/2- Φ_p 90^o в полярных координатах, где I_п пусковой ток потребителей секции.

4. Определяется центр круга несрабатывания совмещением его с центром окружности по пункту 3.

5. Если выбранный радиус I_p<I_п/2, радиус круга выбирается равным I_p K₁•I_п/2, где K₁ коэффициент запаса.

Предлагаемый способ защиты просто реализуется с помощью магнитного (ампервитками) или электрического суммирования с использованием электромагнитных или магнитоэлектрических реле.

Предлагаемая защита позволяет иметь:
1. Простую и чувствительную защиту, практически, для всего спектра электроустановок (трансформаторов, двигателей, секций, линий электропередачи и т.д.).

2. Фазочувствительную защиту от замыкания на землю с высоким коэффициентом чувствительности в сетях как с большим, так и с малыми токами замыкания на землю.

3. Эффективное дальнее резервирование защит, особенно в сетях напряжения до 1 кВ, где низка, как правило, чувствительность традиционных защит и остро стоят проблемы пожарной безопасности электротехнических коммуникаций.

Использование: изобретение относится к области релейной защиты электрооборудования и может быть использовано для защиты электроустановок разного вида от короткого замыкания.

Сущность изобретения: данный способ защиты использует токовое реле с фазовым торможением по напряжению и реализует следующую функцию
,
где в левой части выражения - модуль суммы двух величин,
i - мнимая единица,
I_p, K_p, Φ_p - - параметры, определяющие соответственно радиус I_p(A) и координаты K_p•U(A) и Φ_p (радиан) центра круга несрабатывания защиты в полярных координатах вектора тока защищаемой электроустановки. 2 ил.

Способ защиты электрооборудования, включающий в себя измерение тока и напряжения, определение электрического параметра и отключение электроустановки при превышении электрическим параметром уставки, отличающийся тем, что в качестве электрического параметра используют модуль суммы двух величин, пропорциональных векторам тока I и напряжения U электроустановки, заданную уставку определяют по выражению

где в левой части выражения модуль суммы двух величин, i мнимая единица;
I_p, K_p, Φ_p - параметры, определяющие соответственно радиус Ip(A) и координаты КрU(A) и Φ_p - (радиан) центра круга несрабатывания защиты в полярных координатах вектора тока защищаемой электроустановки,
при этом параметры круга несрабатывания защиты выбирают из условий наложения его на векторную диаграмму токов нормального режима работы электроустановки и режима внешнего короткого замыкания.