УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ НЕПРЕРЫВНОСТИ НУЛЕВОГО ПРОВОДНИКА В ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ 0,4 КВ Российский патент 2004 года по МПК H02H5/10 G01R31/02 

Описание патента на изобретение RU2230415C1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам контроля непрерывности нулевого проводника, и может быть использовано для защиты потребителей электрической энергии от перенапряжений, вызванных обрывом нулевого провода и обеспечения электро-, пожаро- и взрывобезопасности.

Обеспечение непрерывности нулевого проводника предполагает постоянный контроль за его состоянием и параметрами и, в случае аварии, отключение питающего трансформатора. В настоящее время применительно к сетям 0,4 кВ это достигается путем определения сопротивления петли фаза-нуль. Кроме того, существуют устройства, использующие наложение на ток сети оперативного тока и предназначенные для контроля зануления конкретной электрической установки. Следует отметить, что измерение сопротивления петли фаза-нуль не позволяет точно определить, чем вызвано увеличение суммарного сопротивления петли фаза-нуль: обрывом нуля или недопустимым увеличением сопротивления фазных проводов. Устройства же, работающие на оперативном токе, позволяют контролировать непрерывность лишь одного участка цепи зануления, а кроме того, ухудшают качество электроэнергии.

Известно устройство автоматического контроля исправности цепи зануления. Оно содержит разделяющий трансформатор Т2, от вторичной обмотки которого питается трехфазный выпрямитель VS. В цепь стабилизации входят резисторы Rc, включенные последовательно с диодами выпрямителя и стабилитроном V, который подключен к общим точкам соединенных в звезду диодов и нейтрали вторичной обмотки трансформатора Т [1, стр. 58, рис. 5,21].

Подключение схемы обеспечивается присоединением первичной обмотки разделяющего трансформатора Т к фазным проводникам контролируемой сети и общей точки вторичной обмотки к зануленному корпусу электроприемника.

Стабилитрон V является источником стабилизированного оперативного напряжения Uoп. Оперативный постоянный ток в схеме проходит по цепи: плюс источника питания - реле К - кнопка S1 - корпус электроприемника - зануляющий проводник - нейтраль силового трансформатора Т1 - фазные провода сети - первичная обмотка трансформатора Т2 - минус источника питания.

При исправном занулении (сопротивление цепи зануления Rзан0) ток в реле К наибольший, якорь и контакты реле притянуты. При недопустимом увеличении сопротивления цепи зануления реле К срабатывает и переключает контакты К1 и К2 в цепях сигнализации и защиты.

Недостатками этого устройства являются:

- ограниченность зоны контроля, а именно только контроль исправности присоединения зануления установки к магистрали зануления, поскольку при обрыве магистрали зануления за электроустановкой устройство срабатывать не будет;

- ухудшение качества электроэнергии в данной сети за счет наложения постоянного оперативного тока.

Известно также устройство контроля непрерывности цепи зануления коммунально-бытовых установок, которое одновременно измеряет сопротивление нулевого защитного проводника и контролирует непрерывность цепи заземления нейтрали питающего трансформатора. Устройство содержит следующие элементы [2, стр. 60, рис. 1]:

r0 - сопротивление заземления нейтрали; rп - сопротивление шунта; rш -повторное заземление; ИБ - измерительный блок; ИОТ - источник оперативного тока, НЗП - нулевой защитный проводник; БК - блок контроля цепи заземления нейтрали.

Устройство работает следующим образом. По цепи ИОТ - rш - НЗП - rп - ИОТ протекает постоянный оперативный ток, падение напряжения которого на rш измеряется и сравнивается с уставкой блока ИБ. При целостности нулевого защитного проводника (НЗП) падение напряжения на rш превышает уставку и измерительный блок сигнализирует о целостности НЗП.

При обрыве НЗП падение напряжения на rш уменьшается практически до нуля. Блок ИБ подает сигнал на отключение питающего трансформатора и одновременно выдает аварийный сигнал.

Недостатками этого устройства являются:

- увеличение сопротивления магистрали зануления из-за включения в рассечку НЗП шунта rш;

- ухудшение качества электроэнергии в данной сети за счет наложения постоянного оперативного тока.

- ухудшение нормальной работы заземления нейтрали питающего трансформатора из-за наличия диода VD.

В основу изобретения положена техническая задача обеспечения автоматического контроля непрерывности нулевого проводника в любой точке сети без ухудшения качества электроэнергии.

Указанная задача решается тем, что в устройство контроля непрерывности нулевого проводника в воздушных линиях 0,4 кВ, содержащее измерительные датчики тока и исполнительный механизм, согласно изобретению введены вычислительный блок, блок проверки симметрии и блок принятия решения, при этом один из измерительных датчиков подключен своим входом к источнику входного сигнала, которым является ток в нулевом проводе в начале линии, а его выход подключен к одному из входов блока проверки симметрии и входу вычислительного блока, выход которого подключен к одному из входов блока принятия решения, другой измерительный датчик подключен своим входом к источнику входного сигнала, которым является ток в заземлении нейтрали трансформатора, а его выход подключен ко второму входу блока проверки симметрии и одному из входов блока принятия решения, выход блока проверки симметрии подключен к третьему входу блока принятия решения, выход которого подключен к входу исполнительного механизма.

Особенностью заявляемого устройства является то, что его принцип действия основан на измерении и использовании соотношения между токами в нулевом проводе и в заземлении нейтрали трансформатора. В нормальном режиме работы сети между током в нулевом проводе в начале линии и током в заземлении нейтрали трансформатора существует определенное соотношение, зависящее от физических параметров сети, которое может быть рассчитано для каждой конкретной сети. Следовательно, зная ток в нулевом проводе в начале линии, можно вычислить ток в заземлении нейтрали трансформатора, причем расчетное значение этого тока должно совпадать с измеренным. При обрыве нулевого проводника соотношение между токами резко изменяется. Если значение тока в заземлении нейтрали трансформатора, вычисленное в вычислительном блоке, отличается от измеренного значения, блок принятия решения генерирует сигнал на отключение, подаваемый на исполнительный механизм. Блок проверки симметрии предотвращает ложные срабатывания устройства в случае симметричной нагрузки потребителей, когда возможно нарушение соотношения между токами в нулевом проводнике в начале линии и в заземлении нейтрали трансформатора.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 дана структурная схема устройства контроля непрерывности нулевого проводника в воздушных линиях 0,4 кВ, на фиг.2 - схема замещения участка сети и организация измерений.

Устройство содержит измерительные датчики тока 1 и 2, блок проверки симметрии 3, предотвращающий ложные срабатывания устройства при симметричной нагрузке у потребителя, вычислительный блок 4, в котором по значению тока в нулевом проводе в начале линии I01 вычисляется значение тока в заземлении нейтрали питающего трансформатора Iз.выч, которое затем сравнивается с измеренным значением того же тока Iз, блок принятия решения 5, который на основании этого сравнения при значительном расхождении, величина которого определяется погрешностью измерений, расчетов и выбранной уставкой срабатывания генерирует сигнал на отключение питающего трансформатора, который подается на исполнительный механизм 6.

Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме работы сети в нулевом проводе в начале линии протекает ток I01; в заземлении нейтрали трансформатора протекает ток Iз (фиг. 2). По измеренному с помощью датчика 1 значению тока I01 блок 4 вычисляет расчетное значение тока Iз, которое в блоке 5 сравнивается с измеренным, полученным с помощью датчика 2. В случае несовпадения расчетного и измеренного значений Iз, блок 5 генерирует сигнал на отключение питающего трансформатора, который подается на исполнительный механизм 6.

Ниже приведено теоретическое обоснование того, что существует вполне определенная взаимосвязь между током в нулевом проводе в начале линии и током в заземлении нейтрали трансформатора. Рассмотрена воздушная линия 0,4 кВ с нагрузкой, сосредоточенной в конце линии (фиг. 2). На схеме приняты следующие обозначения: r0 - сопротивление заземления нейтрали; RП - сопротивление повторного заземления нулевого провода; R - сопротивление участка нулевого провода между повторными заземлителями; ZН - сопротивление нагрузки.

Напряжение в узле 0 относительно земли

Зная ток I01 в нулевом проводе в начале линии, определяем напряжение в узле 1 относительно земли:

После чего определяем ток в Rn, повторном заземлителе (ПЗ), подключенном к узлу 1:

Ток в нулевом проводе I02 между узлами 1 и 2 можно определить как сумму тока в нулевом проводе в начале линии I01 и тока Iз1 в ПЗ, подключенном к узлу 1:

Аналогично, зная напряжение U1 в узле 1 и ток I02 между узлами 1 и 2, находим напряжение в узле 2 относительно земли:

U2=U1+I02·R.

Ток в ПЗ, подключенном в узле 2:

Ток в нулевом проводе I03 между узлами 2 и 3:

I03=I02+Iз2.

Для n-го узла сети, содержащей n-е количество ПЗ, можно записать:

Un=Un-1+I0n·R,

Поскольку

Iз=Iз1+Iз2+... +Iзn,

то отсюда следует, что

Iз=k· I01.

Следовательно, ток в заземлении нейтрали питающего трансформатора и ток в нулевом проводе в начале линии связаны коэффициентом пропорциональности k, который зависит от физических параметров сети (в частности, сопротивления заземления нейтрали, сопротивлений участков нулевого провода между ПЗ и сопротивлений самих ПЗ), а также от количества ПЗ на линии.

Один из вариантов исполнения устройства описан ниже. В качестве датчиков тока 1,2 возможно использование измерительных трансформаторов тока с соответствующим пределом измерений; в качестве вычислительного блока 4 возможно использование операционного усилителя с фиксированным коэффициентом усиления; в качестве блока проверки симметрии 3 возможно применение логического элемента 2 И-НЕ, сигнал высокого уровня на выходе которого появляется в случае отсутствия сигналов на его входах (симметрия нагрузки). В качестве блока принятия решения 5 возможно использование компаратора, который срабатывает при превышении измеренным током I3 расчетного значения. В качестве исполнительного механизма 6 возможно использование магнитного пускателя соответствующей величины.

Промышленная применимость

Изобретение может быть использовано для организации контроля непрерывности нулевого проводника воздушных линий электропередачи 0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью. Практика эксплуатации таких воздушных линий показала, что основными причинами обрыва нулевого провода являются:

- длительное однофазное короткое замыкание в конце длинной линии, приводящее к отгоранию нулевого провода в местах контактных соединений;

- постепенное электроэрозионное разрушение нулевого провода при схлестывании с фазным в местах наибольшей стрелы провеса.

При несимметрии нагрузки обрыв нулевого провода приводит к появлению у потребителей значительных перенапряжений в наименее нагруженных фазах, что приведет к массовому выходу из строя оборудования потребителей и возникновению электро-, пожаро- и взрывоопасных ситуаций. Применение изобретенного устройства позволит избежать негативных последствий обрыва нулевого провода, своевременно отключив от линии питающий трансформатор.

Источники информации

1. Безопасность жизнедеятельности: конспект лекций/ Сидоров А.И., Бухтояров В.Ф., Леухина Л.И. и др. - Челябинск: ЧГТУ, 1997. - 4.VI. - 239 с.

2. Пястолов А.А., Сидоров А.И., Катаева Н.К. Контроль непрерывности цепи зануления коммунально-бытовых установок// Техника в сельском хозяйстве. - 1988. - №5. - С.60-61.

Похожие патенты RU2230415C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ НЕПРЕРЫВНОСТИ НУЛЕВЫХ ПРОВОДНИКОВ В ЛИНИЯХ 0,38 кВ 2007
  • Олин Дмитрий Михайлович
  • Попов Николай Малафеевич
RU2348094C2
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ НУЛЕВОГО ПРОВОДА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ 0,4 кВ 2008
  • Сережин Константин Сергеевич
  • Суворов Иван Флегонтович
  • Сидоров Александр Иванович
RU2356151C1
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ НУЛЕВОГО ПРОВОДА ВОЗДУШНЫХ И КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ 0,4 КВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2005
  • Суворов Иван Флегонтович
  • Сережин Константин Сергеевич
  • Гальцев Вячеслав Викторович
  • Сидоров Александр Иванович
RU2295186C1
Устройство для автоматического контроля целостности цепи 1974
  • Желиховский Хаим Менделеевич
  • Чупайленко Алексей Андреевич
SU561910A1
Способ испытания зануляющих устройств электросилового оборудования 1957
  • Перельман Я.В.
SU116004A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ 1997
  • Слободкин А.Х.
  • Слободкин Е.А.
RU2124794C1
Устройство для защиты от повреждения электроустановки в сети с заземленным источником питания 1982
  • Очковский Игорь Иванович
SU1107210A2
Устройство непрерывного контроля целостности цепи зануления 1989
  • Быков Михаил Александрович
  • Кривоносов Алерий Иванович
  • Гончар Нинель Ароновна
SU1723539A1
Устройство защиты от однофазных коротких замыканий в сети 0,4 кВ 2023
  • Удинцев Дмитрий Николаевич
  • Зажигин Василий Викторович
  • Насыров Ринат Ришатович
  • Шведов Галактион Владимирович
  • Зуев Александр Игоревич
  • Архипова Екатерина Игоревна
  • Пахмутова Арина Алексеевна
RU2820565C1
СПОСОБ ЗАЩИТЫ СЕТЕЙ С ИЗОЛИРОВАННОЙ, КОМПЕНСИРОВАННОЙ И РЕЗИСТИВНО-ЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ ОТ ОДНОФАЗНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ 2013
  • Гондуров Сергей Александрович
  • Чепелев Валерий Николаевич
RU2543517C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 230 415 C1

Реферат патента 2004 года УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ НЕПРЕРЫВНОСТИ НУЛЕВОГО ПРОВОДНИКА В ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ 0,4 КВ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для защиты потребителей электрической энергии от перенапряжений, вызванных обрывом нулевого провода, и для обеспечения электро-, пожаро- и взрывобезопасности. Принцип действия предложенного устройства основан на использовании соотношения между токами в нулевом проводе и в заземлении нейтрали питающего трансформатора, которое зависит от физических параметров линии и количества повторных заземлителей на линии. Отличительной особенностью заявляемого устройства является то, что оно содержит датчики тока, которые через вычислительный блок, блоки проверки симметрии и принятия решения соединены с исполнительным механизмом. Устройство позволяет определить обрыв нулевого проводника в любой точке сети, не внося при этом изменений в режим работы сети и не ухудшая качество электроэнергии. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 230 415 C1

Устройство контроля непрерывности нулевого проводника в воздушных линиях 0,4 кВ, содержащее измерительные датчики тока и исполнительный механизм, отличающееся тем, что в него введены вычислительный блок, блок проверки симметрии и блок принятия решения, при этом один из измерительных датчиков подключен своим входом к источнику входного сигнала, которым является ток в нулевом проводе в начале линии, а его выход подключен к одному из входов блока проверки симметрии и входу вычислительного блока, выход которого подключен к одному из входов блока принятия решения, другой измерительный датчик подключен своим входом к источнику входного сигнала, которым является ток в заземлении нейтрали трансформатора, а его выход подключен ко второму входу блока проверки симметрии и одному из входов блока принятия решения, выход блока проверки симметрии подключен к третьему входу блока принятия решения, выход которого подключен к входу исполнительного механизма.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2004 года RU2230415C1

ПЯСТОЛОВ А.А
и др
Контроль непрерывности цепи зануления коммунально-бытовых установок //Техника в сельском хозяйстве, 1988, №5, с.60 и 61
СИДОРОВ А.И
и др
Безопасность жизнедеятельности: конспект лекций
- Челябинск: ЧГТУ, 1997, Ч
VI
SU 1164818 А, 30.06.1985
МАШИНА ДЛЯ УБОРКИ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ 2002
  • Салихов М.Г.
  • Макаров П.И.
  • Земдиханов М.М.
  • Булгариев Г.Г.
RU2224404C1
US 4931893 А, 05.06.1990
US 5191318 A, 02.03.1993
US 5894393 А, 13.04.1999.

RU 2 230 415 C1

Авторы

Апаров Д.А.

Сидоров А.И.

Петров В.А.

Дружинин В.В.

Даты

2004-06-10Публикация

2002-10-17Подача