ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СЕТЬ С МАЛЫМ ТОКОМ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ Российский патент 1998 года по МПК H02H9/06 H02J3/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к защите от перенапряжений высоковольтных сетей 6 - 35 кВ с изолированной либо компенсированной нейтралью с малыми токами замыкания на землю.

Известно устройство в сети с изолированной нейтралью, содержащее трехфазный выключатель, параллельно одной фазе которого установлено линейное сопротивление, и устройство автоматики, осуществляющее пофазную работу выключателя.

Недостатком указанного устройства является длительная работа сети в режиме однофазного замыкания на землю при замыкании в фазе, шунтированной линейным резистором, и значительные потери энергии в этом резисторе.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является электрическая сеть с малым током замыкания на землю, содержащая нелинейные ограничители перенапряжений, электродвигатели, подключенные к сборным шинам через коммутационные аппараты, и устройства релейной защиты от замыкания на землю.

Недостатком такого технического решения является высокий уровень перенапряжений в сети при коммутации индуктивных токов, особенно вакуумными выключателями, и, как следствие, низкая надежность работы изоляции сети.

Задачей изобретения является снижение перенапряжений при коммутациях вакуумными выключателями присоединений с электродвигателями и трансформаторами, а также при однофазных дуговых замыканиях на землю.

Указанный технический эффект достигается тем, что в электрической сети с малыми токами замыкания на землю, содержащей сборные шины и подключенные к ним через вакуумные выключатели присоединения с питающими трансформаторами, электродвигателями, понижающими трансформаторами, нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН), часть ОПН подключают параллельно вакуумным выключателям, а часть - между вакуумными выключателями и землей со стороны, противоположной сборным шинам, кроме того, ОПН, подключенные между вакуумными выключателями и землей, установлены на присоединениях с трансформаторами, а ОПН, подключенные параллельно вакуумным выключателям, установлены на присоединениях с электродвигателями, помимо этого, ОПН могут быть установлены, по крайней мере, на одном присоединении с понижающим трансформатором. Защитные уровни ограничителей определяются, исходя из зависимостей допустимого повышения напряжения на ОПН от длительности его приложения, и могут быть определены по формуле
,
где
U_{макс.раб.} - амплитуда максимального рабочего линейного напряжения сети;
t_О - время существования линейного напряжения на ОПН при однофазном замыкании;
β = 1,7 - 1,8;
a = 0,05 - 0,06;
b = 1,3 - 1,55.

Коэффициент β характеризует вольт-амперную характеристику ОПН.

Коэффициенты a, b зависят от технологии изготовления варисторов и поглощения энергии за время замыкания на землю.

Для ОПН, подключенного на землю и поглощающего энергию при дуговом замыкании, следует брать меньшее значение коэффициента b. Для ОПН, подключенного параллельно контактам вакуумного выключателя и не поглощающего энергию при дуговом замыкании на землю, следует принимать наибольшее значение коэффициента b.

Поскольку при однофазном замыкании на землю время отключения питающего трансформатора t_О может быть больше времени отключения понижающего трансформатора, то, исходя из формулы (1), уровень защиты ОПН, установленного у питающего трансформатора, может быть выше, чем у ОПН, установленного у понижающего трансформатора.

Минимальный защитный уровень ОПН, установленного параллельно вакуумному выключателю, и его пропускная способность выбираются исходя из длительности t_О приложения к нему линейного напряжения, что возможно при отключенном выключателе 2 и однофазном замыкании в сети.

На чертеже представлена принципиальная схема сети с малым током замыкания на землю.

Электрическая сеть с малым током замыкания на землю содержит сборные шины 1, подключенные к ним через вакуумные выключатели 2 присоединения с питающими трансформаторами 3 и 4, электродвигателями 5 и 6, понижающими трансформаторами 7 и 8, а также нелинейные ограничители перенапряжений 9, 10 и 11 и устройства релейной защиты от замыкания на землю 12. Элементы 1 - 8 приведены для пояснения работы устройства и лежат за пределами предлагаемого объекта.

Устройство, представленное на чертеже, работает следующим образом.

В нормальном эксплуатационном режиме все вакуумные выключатели 2 включены. При отключении вакуумным выключателем 2 присоединения с двигателем 5 происходит "срез тока", что приводит в индуктивной цепи, которой является цепь двигателя 5, к возникновению перенапряжений, особенно опасных в случае отключения заторможенного двигателя. Если уровень перенапряжений превысит электрическую прочность межконтактного промежутка вакуумного выключателя 2, то произойдет повторный пробой, который вызовет появление перенапряжений с высокими амплитудами, воздействующими на изоляцию двигателя 5. Уровень этих перенапряжений зависит от амплитуды напряжения на контактах выключателя в момент повторного пробоя, т.е. от защитного уровня ограничителя 10. Этот уровень выбирается по формуле (1) с учетом того, что при возникновении однофазного замыкания на сборных шинах 1 или в сети при отключенном выключателе 2 к ОПН 10 может быть приложено линейное напряжение сети, в течение времени t_О.

При возникновении однофазного замыкания на землю в любой точке сети, на присоединениях с двигателями или понижающими трансформаторами, релейная защита отключает поврежденные присоединения за время 1 - 2 с. В зависимости от времени действия релейной защиты выбирается защитный уровень ОПН по формуле (1). Поскольку время отключения питающего трансформатора t_О всегда больше такового на присоединениях с понижающими трансформаторами, то защитный уровень ОПН, установленного на питающем трансформаторе, определенный по формуле (1), может быть выше, чем у ОПН, установленного на понижающем трансформаторе.

Пример выбора защитных уровней ОПН для сети 6 кВ:
9 - ограничитель, подключенный на присоединении повышающего трансформатора должен выдерживать линейное напряжение в течение 2 ч (72000 с), тогда

11 - ограничитель, подключенный на присоединении с понижающим трансформатором, должен отключаться релейной защитой и выдерживать линейное напряжение в течение 2 с, тогда

10 - ограничитель, подключенный параллельно контактам выключателя, должен выдерживать линейное напряжение столько времени, сколько и ограничитель 9 (7200 с), тогда
.

Таким образом, по существу, предложена система защиты от коммутационных перенапряжений в сетях с вакуумными выключателями с применением ограничителей перенапряжений различных типов с различными параметрами.

Использование: в электротехнике и, в частности, в электрических сетях напряжением 3-35 кВ. Сущность: электрическая сеть с малыми токами замыкания на землю содержит сборные шины, подключенные к ним через вакуумные выключатели присоединения с питающими трансформаторами, а также нелинейные ограничители перенапряжения. Часть нелинейных ограничителей перенапряжения подключены параллельно вакуумным выключателям на присоединениях с электродвигателями, а другая часть -между вакуумными выключателями и землей со стороны, противоположной сборным шинам на присоединениях с трансформаторами. Защитный уровень ОПН определяется по формуле

где β = 1,7-1,8 характеризует вольт-амперную характеристику ОПН; а = 0,05-0,06, b = 1,3-1,55 - коэффициенты, характеризующие зависимость допустимой величины повышения напряжения от длительности с учетом поглощения ограничителем энергии. Причем ОПН, установленный на присоединении питающего трансформатора, имеет более высокий защитный уровень, чем ОПН, установленный на присоединении понижающего трансформатора, а минимальный защитный уровень ОПН, установленного параллельно контактам выключателя ниже, чем защитный уровень ограничителей, установленных на трансформаторных присоединениях. Таким образом, в данном техническом решении осуществляется глубокое ограничение коммутационных перенапряжений и при этом повышается надежность работы электрооборудования в сетях 3-35 кВ. 1 ил.

Электрическая сеть с малым током замыкания на землю, содержащая сборные шины, подключенные к ним через вакуумные выключатели присоединения с питающими трансформаторами, электрическими двигателями, понижающими трансформаторами, а также нелинейные ограничители перенапряжений, отличающаяся тем, что часть нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) подключена параллельно вакуумным выключателям на присоединениях с электродвигателями, другая часть - на присоединениях с питающими и понижающими трансформаторами между землей и выводом вакуумного выключателя, соединенного с выводом соответствующего трансформатора, защитные уровни нелинейных ограничителей выбирают по формуле

где U_{m a xр а б} - амплитуда максимального рабочего линейного напряжения сети;
t₀ - время существования линейного напряжения на ОПН при однофазном замыкании на землю;
β = 1,7 - 1,8 - коэффициент, характеризующий вольт-амперную характеристику ОПН;
a, b - коэффициенты, характеризующие тепловую устойчивость ОПН, зависят от технологии изготовления варисторов, конструкции ОПН и поглощенной энергии за время дугового замыкания на землю, a = 0,05 - 0,06, b = 1,3 - 1,55, причем меньшее значение соответствует ОПН, поглощающему энергию дугового замыкания, которые подключены между фазой и землей трансформаторных присоединений, большее значение соответствует ОПН, подключенному на контактах выключателя, и не поглощающему энергию при дуговом замыкании, при этом ОПН, установленный на присоединении с питающим трансформатором, имеет более высокий защитный уровень, чем ОПН, установленный на понижающем трансформаторе, а минимальный защитный уровень ОПН, установленного параллельно вакуумному выключателю, ниже защитных уровней ОПН, установленных у трансформаторов.