СПОСОБ НАСТРОЙКИ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ НА ГЕРКОНАХ Российский патент 2017 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технике релейной защиты, и может быть использовано для настройки токовой защиты электроустановок от коротких замыканий.

Известен способ настройки токовой защиты на герконе [АС 1429193 СССР Клецель М.Я., Мусин А.Х., Поляков В.Е., 1988, №37], при котором геркон снабжают двумя обмотками, устанавливают его в рассчетной точке вблизи токоведущей шины защищаемой электроустановки, подают ток от источника питания в шину и измеряют ЭДС на первой обмотке, затем подают ток от источника питания во вторую обмотку и измеряют ЭДС, при которой срабатывает геркон, затем от этого источника подают ток в шину соседней установки и измеряют ЭДС на первой обмотке, далее меняют положение геркона так, чтобы ЭДС первой обмотки стало минимальным, подают токи I₁ и I₂ в шину защищаемой электроустановки и измеряют ЭДС первой обмотки и по соотношениям этих ЭДС судят о правильности настройки защиты.

Недостатком данного способа является высокая опасность при проведении настройки токовой защиты на герконах, так как для определения истинной напряженности в расчетной точке на токоведущую шину электроустановки подают большие токи, соизмеримые с токами короткого замыкания.

Ближайшим из аналогов является способ настройки токовой защиты на герконах [Клецель М.Я., Мусин В.В. Выбор тока срабатывания максимальной токовой защиты без трансформаторов тока на герконах // Промышленная энергетика, 1990. №4. - С. 32-36], при котором выбирают расчетную точку А на безопасном расстоянии от токоведущих шин электроустановки. Измеряют расстояния от токоведущих шин электроустановки до расчетной точки А. Рассчитывают напряженность Н_А в расчетной точке А при токе I_сз срабатывания защиты по формуле ,

где e^jα1, e^jα2, e^jα3 - комплексные числа, описывающие углы сдвига фаз между токами в токоведущих шинах;

h₁, h₂, h₃ - расстояние от токоведущих шин до расчетной точки А.

Выбирают геркон и размещают его внутри первой катушки индуктивности с заданным количеством витков W₁ и длиной , расположенной в произвольном месте, к выводам катушки индуктивности подключают источник питания, в катушку индуктивности подают ток, фиксируют значение тока I, при котором сработал геркон, и рассчитывают его действительную магнитодвижущую силу срабатывания F_cp=I⋅W₁.

Если магнитодвижущая сила срабатывания F_cp имеет такое значение, что напряженность срабатывания геркона Н_ср, равная отношению магнитодвижущей силы срабатывания F_cp к длине первой катушки индуктивности, равна напряженности Н_А в расчетной точке A, то геркон устанавливают в расчетную точку A. Если магнитодвижущая сила срабатывания F_cp имеет такое значение, что напряженность срабатывания Н_ср не равна напряженности H_A в расчетной точке A, то выбирают другой геркон, и повторяют указанные выше операции пока не найдется геркон, для которого это равенство выполняется.

Недостатками данного способа является недостаточная точность настройки токовой защиты на герконах. Погрешность составляет 20-40%, из-за подбора геркона с напряженностью срабатывания Н_ср, равной расчетной напряженности Н_А в расчетной точке A, а не истинной напряженности в этой точке.

Техническая проблема настоящего изобретения заключается в повышении точности настройки токовой защиты на герконах.

Решение технической проблемы достигается за счет того, что в способе настройки токовой защиты на герконах выбирают расчетную точку A на безопасном расстоянии от токоведущих шин электроустановки. Измеряют расстояния от токоведущих шин электроустановки до расчетной точки A. Рассчитывают напряженность Н_А в расчетной точке А при токе I_сз срабатывания защиты по формуле

,

где e^jα1, e^jα2, e^jα3 - комплексные числа, описывающие углы сдвига фаз между токами в токоведущих шинах;

h₁, h₂, h₃ - расстояние от токоведущих шин до расчетной точки A.

Выбирают геркон и размещают его внутри первой катушки индуктивности с заданным количеством витков W₁ и длиной и площадью поперечного сечения S, расположенной в произвольном месте, к выводам катушки индуктивности подключают источник питания, в катушку индуктивности подают ток, фиксируют значение тока I, при котором сработал геркон, и рассчитывают его магнитодвижущую силу срабатывания F_cp=I⋅W₁.

Отключают первую катушку индуктивности.

Далее в расчетной точке А закрепляют вторую катушку индуктивности с заданным количеством витков W₂, длиной и площадью поперечного сечения S. В свою очередь, к токоведущим шинам электроустановки подключают источник питания, и подают в токоведущие шины электроустановки ток I₁, намного меньший тока I_сз срабатывания настраиваемой защиты, учитывая, что для каждого вида защит и типа электроустановки ток срабатывания защит I_сз индивидуальный. Далее, измеряют напряжение E₁ на концах второй катушки индуктивности, расположенной в расчетной точке A, выключают источник питания. Рассчитывают напряжение Е₂ на концах второй катушки индуктивности при токе I₁, а затем и истинную напряженность H_Аист в расчетной точке A при токе срабатывания защиты по следующим формулам

,

,

где μ₀ - магнитная проницаемость воздуха;

f - частота промышленного тока;

W₂ - количество витков второй катушки индуктивности;

S - площадь поперечного сечения;

e^jα1, e^jα2, e^jα3 - комплексные числа, описывающие углы сдвига фаз между токами в токоведущих шинах;

π - постоянная Планка;

h₁, h₂, h₁ - расстояние от токоведущих шин до расчетной точки А.

Затем сравнивают напряженность срабатывания геркона с истинной напряженностью H_Аист поля в расчетной точке A. Если напряженность срабатывания геркона H_ср равна истинной напряженности H_Аист поля в расчетной точке A, то геркон устанавливают внутрь второй катушки индуктивности. Если напряженность срабатывания геркона H_ср не равна истинной напряженности H_Аист поля в расчетной точке A, то выбирают следующий геркон и, используя первую катушку индуктивности, определяют напряженность срабатывания геркона Н_ср1. Далее сравнивают напряженность срабатывания геркона Н_ср1 с истинной напряженностью H_Аист в расчетной точке A. Если напряженность срабатывания геркона H_ср1 равна истинной напряженности H_Аист в расчетной точке A, то геркон устанавливают в расчетную точку A. Если напряженность срабатывания геркона H_ср1 не равна истинной напряженности H_Аист поля в расчетной точке A, то действия по выбору геркона повторяют до тех пор пока напряженность срабатывания геркона H_cp1, при которой выбранный геркон срабатывает, не станет равной истинной напряженности H_Аист поля в расчетной точке A. Затем в токоведущие шины подают ток I₁ и измеряют ЭДС E₃ на выводах второй катушки индуктивности. Проверяют равенство ЭДС E₁ и E₃, если оно выполняется, то токовая защита на герконе настроена, если не выполняется, то изменяют положение геркона и второй катушки индуктивности так, чтобы ЭДС E₁ и E₃ были равны. Если геркон с необходимой магнитодвижущей силой срабатывания F_cp не удается подобрать, и напряженность срабатывания геркона Н_ср больше истинной напряженности H_Аист в расчетной точке A, то вычисляют величину напряженности H_нд, недостающей для срабатывания геркона, путем вычитания полученного значения напряженности срабатывания геркона Н_ср из истинной напряженности Н_Аист в расчетной точке A. Затем к выводам второй катушки индуктивности подключают источник питания и подают ток I₂, равный отношению .

Для достижения точности настройки токовой защиты на герконах определяют истинную напряженность Н_Аист в точке А, выбирают геркон с магнитодвижущей силой срабатывания F_cp, соответствующей истинному значению напряженности Н_Аист в расчетной точке А.

На фиг. 1 представлено устройство, реализующее способ настройки токовой защиты на герконах.

Способ настройки токовой защиты на герконах может быть реализован в трехфазной электроустановке типа К-63-1000-10. К токоведущим шинам 1 электроустановки последовательно подключены амперметр 2 и источник трехфазного переменного тока 3. Вторую катушку индуктивности 4, в качестве которой может быть использована обмотка промежуточного реле РП-23, закрепляют на безопасном расстоянии от шин 1 электроустановки. Внутри второй катушки индуктивности 4 размещают геркон 5, в качестве которого может быть использован геркон типа КЭМ-1. К выводам катушки индуктивности 4 подключают вольтметр 6.

Для настройки токовой защиты трехфазной электроустановки с токоведущими шинами 1, расположенными в одной плоскости, максимальным током нагрузки, равным 1 кА, и номинальным напряжением U_н, равным 6 кВ, при построении защиты от двухфазного короткого замыкания между фазами B и C, исходя из известных соображений о возможной наибольшей чувствительности и удобства установки, закрепляют вторую катушку индуктивности 4, с количеством витков W₂, равным 10000, площадью поперечного сечения S, равной 796 мм², длиной , равной 0,02 м, в расчетной точке А для определения истинного значения напряженности H_Аист в расчетной точке А. Расчетная точка A равноудалена от токоведущих шин 1 фаз B и C электроустановки на безопасное расстояние - 13 см. При этом вторая катушка индуктивности 4 устанавливается в указанной расчетной точке A таким образом, чтобы продольная ось второй катушки индуктивности 4 находилась в плоскости поперечного сечения токоведущих шин 1 перпендикулярно плоскости их расположения. К выводам второй катушки индуктивности 4 подключают вольтметр 6, а к токоведущим шинам 1 через амперметр 2 подключают источник тока 3. Затем, используя максимальный ток нагрузки электроустановки, равный 1 кА, рассчитывают ток I_сз срабатывания защиты в токоведущей шине 1, при котором должен срабатывать геркон 5, и напряженность Н_A в расчетной точке A при этом токе. В результате расчетов ток I_сз срабатывания защиты равен 1,8 кА, напряженность H_A в расчетной точке A равна 2,2 кА/м. Затем в токоведущие шины 1 подают ток I₁, намного меньший I_сз тока, при котором срабатывает защита и одновременно измеряют ЭДС E₁ на выводах второй катушки индуктивности 4 с помощью вольтметра 6 и значение тока I₁ в токоведущих шинах с помощью амперметра 2. В результате измерения ЭДС на выводах второй катушки индуктивности E₁ равна 244 мВ, ток I₁ в токоведущих шинах равен 100 А. Затем отключают источник тока и измеряют расстояния h₂ и h₃, равные 13 см, от токоведущих шин B и C до расчетной точки A. При этом измеряем только два расстояния h₂ и h₃, так как рассматриваем двухфазное короткое замыкание, при котором считается, что ток в неповрежденной фазе отсутствует. Далее рассчитывают ЭДС E₂ на выводах второй катушки индуктивности 4 при двух фазном коротком замыкании между фазами В и C по формуле.

После этого вычисляется истинная напряженность H_Аист поля в рачетной точке A при токе срабатывания защиты I_сз по формуле

Внутрь первой катушки индуктивности, используемой для определения напряженности, при которой срабатывает геркон 5 с количеством витков W₁, равным 5000, и длиной , равной 0,2 м, устанавливают геркон 5 типа КЭМ-2. В катушку индуктивности от источника тока через амперметр подают ток. Фиксируют величину тока 5 мА, при которой геркон 5 срабатывает. Вычисляют магнитодвижущую силу срабатывания F_cp, получаем силу срабатывания F_cp, равную 25 А⋅витков, вычисляем напряженность срабатывания Н_ср геркона 5, в результате напряженность равна 125 А/м. Сравнивают напряженность срабатывания Н_ср геркона 5, так как напряженность срабатывания Н_ср геркона 5, равная 125 А/м, и не равна истинной напряженности H_Аист в расчетной точке А, равной 1,76 кА/м, то в первую катушку индуктивности помещают другой геркон, и повторяют указанные выше действия. И так до тех пор, пока напряженность срабатывания H_ср геркона 5 не станет равной истинной напряженности H_Аист в расчетной точке A. В результате выбирают геркон 5 типа КЭМ-1 с магнитодвижущей силой срабатывания F_cp, равной 280 А, витков и помещают его внутрь второй катушки индуктивности 4.

После установки внутрь второй катушки индуктивности 4 окончательно выбранного геркона 5 проверяют не сместились ли катушка индуктивности 4 и геркон 5. Для этого в токоведущие шины 1 подают ток I₁ и измеряют ЭДС E₃ на выводах второй катушки индуктивности 4, которая равна 244 мВ. Так как ЭДС E₃ на выводах второй катушки индуктивности 4 равна ЭДС E₁ на выводах второй катушки индуктивности 4, то защита настроена.

Таким образом, выбор параметров геркона 5 по величине истинной напряженности H_Аист в расчетной точке A, а не по расчетной величине напряженности H_A в расчетной точке A позволяет более точно настроить токовую защиту на герконах.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности настройки токовой защиты. Способ позволяет точно настроить токовую защиту на герконах за счет определения в расчетной точке A истинной напряженности H_Аист, которая равна произведению рассчитываемой напряженности H_А в расчетной точке A на коэффициент, который в свою очередь определяется из отношения измеренной с помощью второй катушки индуктивности ЭДС E₁ в расчетной точке A к рассчитанной ЭДС E₂ на выводах второй катушки индуктивности, а также за счет выбора геркона с магнитодвижущей силой срабатывания F_cp, соответствующей истинной напряженности H_Аист в расчетной точке A, а также проверки правильности установки геркона внутри второй катушки индуктивности. 1 ил.

Способ настройки токовой защиты на герконах заключается в выборе расчетной точки А на безопасном расстоянии от токоведущих шин электроустановки, измерении расстояний от токоведущих шин электроустановки до расчетной точки А, расчете напряженности Н_А в расчетной точке А при токе I_сз срабатывания защиты по формуле

,

где e^jα1, e^jα2, e^jα3 - комплексные числа, описывающие углы сдвига фаз между токами в токоведущих шинах;

h₁, h₂, h₃ - расстояние от токоведущих шин до расчетной точки А;

выборе геркона и размещении его внутри первой катушки индуктивности с заданным количеством витков W₁ и длиной l₁, расположенной в произвольном месте, подключении к выводам катушки индуктивности источника питания, подаче в катушку индуктивности тока I, фиксации значения тока, при котором сработал геркон, и расчете его магнитодвижущей силы срабатывания F_cp=I⋅W₁, отключении первой катушки индуктивности, отличающийся тем, что в расчетной точке А закрепляют вторую катушку индуктивности с заданным количеством витков W₂, длиной l₂ и площадью поперечного сечения S, в свою очередь, к токоведущим шинам электроустановки подключают источник питания и подают в токоведущие шины электроустановки ток I₁, намного меньший тока I_сз срабатывания настраиваемой защиты, далее измеряют напряжение E₁ на концах второй катушки индуктивности, расположенной в расчетной точке А, выключают источник питания, рассчитывают напряжение Е₂ на концах второй катушки при токе I₁, а затем рассчитывают истинную напряженность Н_Аист в расчетной точке А при токе I_сз срабатывания защиты по следующим формулам

,

,

где μ₀ - магнитная проницаемость воздуха;

ƒ - частота промышленного тока;

W₂ - количество витков второй катушки индуктивности;

S - площадь поперечного сечения;

e^jα1, e^jα2, e^jα3 - комплексные числа, описывающие углы сдвига фаз между токами в токоведущих шинах;

π - постоянная Планка;

h₁, h₂, h₃ - расстояние от токоведущих шин до расчетной точки А,

затем сравнивают напряженность срабатывания геркона с истинной напряженностью Н_Аист поля в расчетной точке А, если напряженность срабатывания геркона H_cp равна истинной напряженности Н_Аист поля в расчетной точке А, то геркон устанавливают внутрь второй катушки индуктивности, если напряженность срабатывания геркона Н_ср не равна истинной напряженности Н_Аист поля в расчетной точке А, то выбирают следующий геркон и, используя первую катушку индуктивности, определяют напряженность срабатывания геркона H_cp1, далее сравнивают напряженность срабатывания геркона H_cp1 с истинной напряженностью Н_Аист в расчетной точке А, если напряженность срабатывания геркона Н_ср1 равна истинной напряженности Н_Аист в расчетной точке А, то геркон устанавливают в расчетную точку А, если напряженность срабатывания геркона Н_ср1 не равна истинной напряженности Н_Аист поля в расчетной точке А, то действия по выбору геркона повторяют до тех пор, пока напряженность срабатывания геркона Н_ср, при которой выбранный геркон срабатывает, не станет равной истинной напряженности Н_Аист поля в расчетной точке А, затем в токоведущие шины подают ток I₁ и измеряют ЭДС Е₃ на выводах второй катушки индуктивности, проверяют равенство ЭДС E₁ и Е₃, если оно выполняется, то токовая защита на герконе настроена, если не выполняется, то изменяют положение геркона и второй катушки индуктивности так, чтобы ЭДС E₁ и Е₃ были равны, если геркон с необходимой магнитодвижущей силой срабатывания F_cp не удается подобрать, и напряженность Н_ср срабатывания защиты геркона больше истинной напряженности Н_Аист в расчетной точке А, то вычисляют величину напряженности Н_нд недостающей для срабатывания геркона, путем вычитания полученного значения напряженности срабатывания геркона Н_ср из истинной напряженности Н_Аист в расчетной точке А, затем к выводам второй катушки индуктивности подключают источник питания и подают ток I₂, равный отношению I₂=Н_нд⋅l₂/W₂.