УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ОБРЫВОВ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ Российский патент 2017 года по МПК H02H5/10 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты от обрывов фазных проводов воздушной линии электрической сети с изолированной, компенсированной или резистивно заземленной нейтралями напряжением 6-10 кВ.

Известно большое количество устройств защиты воздушных линий электрических сетей напряжением 6-10 кВ от обрывов фазных проводов.

Известно устройство защиты от несимметричного режима работы электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью [А.с. СССР №815833, Кл. Н02Н 3/24; Н02Н 5/10, опубл. 23.03.1981, Бюл. №11], содержащее подключенные к каждой из фаз сети преобразователи переменного напряжения в логический сигнал с уставками по напряжению, логическую схему и исполнительный орган.

Недостатком данного устройства является то, что оно защищает только отдельный электроприемник.

Известно устройство для защиты участка воздушной линии электропередачи с изолированной нейтралью от несимметричных режимов [А. с. СССР №792439, Кл. Н02Н 3/16; Н02Н 5/10, опубл. 30.12.1980, Бюл. №48], содержащее установленные в начале защищаемого участка антенный фильтр напряжения нулевой последовательности, а в конце защищаемого участка фильтр обратной последовательности и логическую схему, выполненную на реле. При возникновении однофазного замыкания на землю на воздушной линии появляется сигнал на выходе антенного фильтра нулевой последовательности, а на выходе фильтра обратной последовательности сигнал отсутствует.

Недостатком данного устройства является сложность выполнения фильтров нулевой и обратной последовательности непосредственно на напряжении воздушной линии, т.е. на напряжении 6-10 кВ.

Известно устройство защиты трансформаторных подстанций напряжением 6-10/0,38 кВ от несимметричных режимов [Григорьев А.В., Селивахин А.И., Сукманов В.И. Защита сельских электрических сетей. - Алма-Ата: Кайнар, 1984. - С. 101-103], содержащее подключенный в конце воздушной линии напряжением 6-10 кВ перед силовым трансформатором антенный фильтр напряжения нулевой последовательности и подключенный со стороны нагрузки 0,38 кВ силового трансформатора фильтр обратной последовательности и логическую схему.

Недостатком указанного устройства является сложность исполнения фильтров нулевой и обратной последовательности и выполнение логической схемы на основе электромеханических реле.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство защиты от обрывов фазных и нулевого проводов четырехпроводной воздушной линии напряжением 380 В [Патент РФ №2581607, МПК Н02Н 5/10, опубл. 20.04.2016, Бюл. №11], принятое за прототип, содержащее микропроцессорный счетчик, подключенный к электрической сети, включающей силовой трансформатор, питающую линию и нагрузку.

Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности распознавания обрывов проводов трехпроводной линии с изолированной нейтралью, питающей силовой трансформатор.

Технической задачей изобретения является повышение надежности работы электрических сетей напряжением 6-10 кВ и улучшение условий электробезопасности.

Технический результат достигается тем, что устройство защиты от обрывов проводов трехпроводной воздушной линии электропередачи электрической сети с изолированной нейтралью, к которой последовательно подключены понижающий трансформатор, четырехпроводная линия электропередачи электрической сети с глухо заземленной нейтралью и потребители электрической энергии, содержащее микропроцессорный счетчик электрической энергии, включенный между понижающим трансформатором и четырехпроводной линией электропередачи электрической сети с глухо заземленной нейтралью, дополнительно содержит последовательно соединенный с микропроцессорным счетчиком электрической энергии канал передачи аварийного сигнала на диспетчерский пункт электрических сетей, а микропроцессорный счетчик электрической энергии дополнительно содержит последовательно соединенные блок измерения среднеквадратичных линейных напряжений, блок вычисления напряжения обратной последовательности, преобразователь напряжения обратной последовательности в логический сигнал с минимальной уставкой по напряжению, блок исключения случайных срабатываний, блок преобразования логического сигнала в сигнал канала связи, передающий модем канала связи, причем входы блока измерения среднеквадратичных линейных напряжений соединены с тремя фазными и нулевым выводами вторичной обмотки понижающего трансформатора, а выход модема канала связи соединен с входом канала передачи аварийного сигнала на диспетчерский пункт электрических сетей.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема электрической сети напряжением 6-10/0,38 кВ, а на фиг. 2 показана схема устройства защиты от обрывов проводов воздушной линии электропередачи электрической сети с изолированной нейтралью.

Электрическая сеть напряжением 6-10/0,38 кВ состоит из последовательно включенных трехпроводной воздушной линии электропередачи 1 электрической сети с изолированной нейтралью, понижающего трансформатора 2, микропроцессорного счетчика электрической энергии 3, четырехпроводной линии электропередачи 4, электрической сети с глухо заземленной нейтралью и потребителей 5 электрической энергии.

Устройство защиты содержит последовательно соединенные микропроцессорный счетчик электрической энергии 3 и канал передачи аварийного сигнала 6 на диспетчерский пункт электрических сетей 7. Микропроцессорный счетчик электрической энергии 3 дополнительно содержит последовательно соединенные блок измерения среднеквадратичных линейных напряжений 8, блок вычисления напряжения обратной последовательности 9, преобразователь напряжения обратной последовательности в логический сигнал с минимальной уставкой по напряжению 10, блок исключения случайных срабатываний 11, блок преобразования логического сигнала в сигнал канала связи 12, передающий модем канала связи 13, выход которого соединен с входом канала передачи аварийного сигнала 6.

Для пояснения работы устройства рассмотрим, как изменяются напряжения в электрической сети напряжением 6-10/0,38 кВ при различных режимах ее работы.

При нормальном режиме работы трехпроводной воздушной линии электропередачи 1 электрической сети с изолированной нейтралью и широком изменении несимметрии нагрузок потребителей 5 электрической энергии электрической сети с глухо заземленной нейтралью напряжение обратной последовательности U₂ (см. фиг. 2) на стороне низшего напряжения понижающего трансформатора 2 не превышает 1-2 В.

При обрыве одного провода трехпроводной воздушной линии электропередачи 1 электрической сети с изолированной нейтралью на стороне низшего напряжения понижающего трансформатора 2 напряжение обратной последовательности U₂ возрастает до десятков вольт, достигая при определенных сочетаниях несимметрии нагрузок потребителей фазного значения.

Указанные изменения напряжения обратной последовательности U₂ можно использовать для выявления обрыва одного провода трехпроводной воздушной линии электропередачи 1.

Устройство защиты работает следующим образом.

На входы микропроцессорного счетчика электрической энергии 3, подключенные к трем фазным (А, В, С) и нулевому (N) выводам вторичной обмотки понижающего трансформатора 2, подаются три фазных напряжения. Блок измерения среднеквадратичных линейных напряжений 8 измеряет среднеквадратичные линейные напряжения U_AB.CК, U_BC.СК, U_CA.СК, а блок вычисления напряжения обратной последовательности 9, используя эти среднеквадратичные линейные напряжения, вычисляет напряжение нулевой последовательности U₂, которое преобразователем напряжения обратной последовательности в логический сигнал с минимальной уставкой по напряжению 10 сравнивается с напряжением минимальной уставки U_УCT и преобразуется в логический сигнал.

При нормальном режиме работы трехпроводной воздушной линии электропередачи 1 электрической сети с изолированной нейтралью напряжение нулевой последовательности U₂ меньше напряжения минимальной уставки U_УСТ и выходной логический сигнал преобразователя напряжения обратной последовательности в логический сигнал с минимальной уставкой по напряжению 10 равен логическому нулю.

При обрыве провода трехпроводной воздушной линии электропередачи 1 электрической сети с изолированной нейтралью напряжение нулевой последовательности U₂ становится больше напряжения минимальной уставки U_УСТ и выходной логический сигнал преобразователя напряжения обратной последовательности в логический сигнал с минимальной уставкой по напряжению 10 меняется с логического нуля на логическую единицу.

Блок исключения случайных срабатываний 11 служит для отстройки от случайных срабатываний, которые могут быть вызваны воздействием индустриальных или иных помех, а также кратковременных коротких замыканий, которые могут возникать как в электрической сети с изолированной нейтралью, так и в электрической сети с глухо заземленной нейтралью. Логика действия блока исключения случайных срабатываний 11 может быть построена, например, на 3-5-кратном подтверждении выходного сигнала, поступающего с преобразователя напряжения обратной последовательности в логический сигнал с минимальной уставкой по напряжению 10.

При возникновении кратковременных коротких замыканий как в электрической сети с изолированной нейтралью, так и в электрической сети с глухо заземленной нейтралью, которые отключаются соответствующими максимальными токовыми защитами этих сетей, «устойчивая» логическая единица на выходе преобразователя напряжения обратной последовательности в логический сигнал с минимальной уставкой по напряжению 10 не успевает появиться и, соответственно, блок исключения случайных срабатываний 11 не пропускает через себя этот логический сигнал.

При возникновении обрыва провода трехпроводной воздушной линии электропередачи 1 электрической сети с изолированной нейтралью, когда на выходе преобразователя обратной последовательности в логический сигнал с минимальной уставкой по напряжению 10 появляется «устойчивая» логическая единица, проходящая через блок исключения случайных срабатываний 11 и поступающая на вход блока преобразования логического сигнала в сигнал канала связи 12, передающий модем канала связи 13 обеспечивает его передачу через канал передачи аварийного сигнала 6 на диспетчерский пункт электрических сетей 7, где оперативный персонал принимает дальнейшее решение о ликвидации аварийной ситуации на воздушной линии.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности работы электрических сетей напряжением 6-10 кВ и улучшение условий электробезопасности. Устройство защиты от обрывов проводов трехпроводной воздушной линии электропередачи электрической сети с изолированной нейтралью, к которой последовательно подключены понижающий трансформатор, четырехпроводная линия электропередачи электрической сети с глухо заземленной нейтралью и потребители электрической энергии, содержит последовательно соединенный с микропроцессорным счетчиком электрической энергии канал передачи аварийного сигнала на диспетчерский пункт электрических сетей. Микропроцессорный счетчик дополнительно содержит блок измерения среднеквадратичных линейных напряжений, блок вычисления напряжения обратной последовательности, преобразователь напряжения обратной последовательности в логический сигнал с минимальной уставкой по напряжению, блок исключения случайных срабатываний, блок преобразования логического сигнала в сигнал канала связи, передающий модем канала связи. При обрыве провода воздушной линии электрической сети с изолированной нейтралью дополнительные блоки микропроцессорного счетчика электрической энергии выявляют изменение напряжения обратной последовательности и через канал передачи на диспетчерский пункт электрических сетей поступает аварийный сигнал об обрыве провода воздушной линии в электрической сети с изолированной нейтралью. 2 ил.

Устройство защиты от обрывов проводов трехпроводной воздушной линии электропередачи электрической сети с изолированной нейтралью, к которой последовательно подключены понижающий трансформатор, четырехпроводная линия электропередачи электрической сети с глухо заземленной нейтралью и потребители электрической энергии, содержащее микропроцессорный счетчик электрической энергии, включенный между понижающим трансформатором и четырехпроводной линией электропередачи электрической сети с глухо заземленной нейтралью, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит последовательно соединенный с микропроцессорным счетчиком электрической энергии канал передачи аварийного сигнала на диспетчерский пункт электрических сетей, а микропроцессорный счетчик электрической энергии дополнительно содержит последовательно соединенные блок измерения среднеквадратичных линейных напряжений, блок вычисления напряжения обратной последовательности, преобразователь напряжения обратной последовательности в логический сигнал с минимальной уставкой по напряжению, блок исключения случайных срабатываний, блок преобразования логического сигнала в сигнал канала связи, передающий модем канала связи, причем входы блока измерения среднеквадратичных линейных напряжений соединены с тремя фазными и нулевым выводами вторичной обмотки понижающего трансформатора, а выход передающего модема канала связи соединен с входом канала передачи аварийного сигнала на диспетчерский пункт электрических сетей.