УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В КОМПЕНСИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК H02H3/16 

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для защиты от однофазных замыканий на землю (далее ОЗЗ) кабельных, воздушных и кабельно-воздушных линий электрических сетей среднего напряжения, работающих с резонансным заземлением нейтрали через дугогасящий реактор (компенсацией емкостных токов ОЗЗ). Задачей изобретения является повышение селективности и чувствительности защиты от ОЗЗ и расширение области ее возможного применения.

В компенсированных сетях для защиты от ОЗЗ наиболее широкое применение получили устройства максимальной токовой защиты абсолютного замера высших гармоник (далее ВГ) в токе нулевой последовательности 3i₀ защищаемого присоединения (Кискачи В.М., Назаров Ю.Г. Сигнализация однофазных замыканий на землю в компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ / Труды ВНИИЭ. Вып. 16. - М.: Госэнергоиздат. - 1963. - С. 219-251). Указанные устройства защиты выполняются, как правило, на электронной или микроэлектронной базе, например, типа УС3-2/2 (Кискачи В.М., Сурцева С.Е., Горшенина Н.М. и др. Устройства сигнализации замыканий на землю в кабельных сетях 6-10 кВ // Электрические станции. - 1972. - №4. - С. 69-72), а также на микропроцессорной базе в терминалах релейной защиты и автоматики для линий электропередачи среднего напряжения некоторых фирм-производителей, например, SPAC810, REF615 фирмы ABB (http://new.abb.com/medium-voltage/ru/reshenia-dlva-avtomatizatsii-raspred-seti/tsifroviye-rele/upravleniye-i-zaschita-fidera).

Для обеспечения селективности и требуемой чувствительности в условиях нестабильности спектра гармонических составляющих тока ОЗЗ, зависящего от состава комплексной нагрузки центров питания (ЦП) компенсированных сетей и режимов ее работы, данные устройства токовой защиты выполняются реагирующими на сумму ВГ тока 3i₀- Известно, что в токе ОЗЗ электрических сетей среднего напряжения преобладают гармоники в диапазоне от 150 Гц до 1-1,5 кГц, которые и рекомендуется использовать для действия токовых защит на основе ВГ (Вайнштейн В.Л. Исследование высших гармоник тока замыкания на землю // Промышленная энергетика. - №1. - 1986. - С. 39-40). Условие применимости (условие селективности при внешних и чувствительности при внутренних ОЗЗ) токовых защит абсолютного замера суммы ВГ в токе 3i₀ защищаемого присоединения имеет вид (Винокурова Т.Ю., Шуин В.А., Шагурина Е.С. Применение имитационного моделирования для оценки уровня нестабильности высших гармоник в токе однофазного замыкания на землю в компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ // Вестник ИГЭУ. Вып. 6. - Иваново: Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина. - 2014. - С. 31-38):

где I_{C собс*}= I_{C собс}/I_CΣ - относительное значение собственного емкостного тока защищаемого присоединения; C_{0 собс} = 3ωC_{0 собс}U_ф.ном - собственный емкостный ток защищаемого присоединения; C_{0 собс} - собственная емкость фазы на землю защищаемого присоединения; U_ф.ном - номинальное фазное напряжение сети; I_CΣ = 3ωC_0ΣU_ф.ном - суммарный емкостный ток сети; ω - угловая частота рабочего напряжения сети; C_0Σ - суммарная емкость фазы сети на землю; Z - параметр, характеризующий степень нестабильности (колебаний) общего уровня ВГ в токе ОЗЗ в защищаемой сети в различных режимах ее работы; К_отс=1,3-1,5 - коэффициент отстройки, учитывающий погрешности измерительного органа тока, расчета I_{С собс} и др.; К_ч. _мин = 1,5 - минимально допустимый коэффициент чувствительности для токовых защит на основе ВГ.

Из (1) можно видеть, что на условие применимости токовых защит абсолютного замера ВГ значительное влияние оказывает нестабильность уровня гармоник в токе ОЗЗ защищаемой сети, характеризуемая параметром Z. По данным, приведенным в известных источниках (Кискачи В.М. Селективность сигнализации замыканий на землю с использованием высших гармоник токов нулевой последовательности // Электричество. - 1967. - №9. - С. 24-30; Винокурова Т.Ю., Шуин В.А., Шагурина Е.С. Применение имитационного моделирования для оценки уровня нестабильности высших гармоник в токе однофазного замыкания на землю в компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ // Вестник ИГЭУ. Вып. 6. - Иваново: Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина. - 2014. - С. 31-38), в электрических сетях среднего напряжения параметр Z может достигать значений 4-6 и более. При Z=6, К_отс = 1,5, К_ч.мин = 1,5 из (1) получим, что применение устройств токовой защиты абсолютного замера ВГ возможно только при условии I_{C собс*}≤1/(1+6⋅1,5⋅1,5)≈0,07.

При указанных ограничениях по величине I_{C собс*} обеспечить селективность и чувствительность токовых защит абсолютного замера ВГ на большинстве присоединений, подключенных к шинам центров питания компенсированных электрических сетей среднего напряжения, нельзя.

Недостатком известных устройств токовой защиты абсолютного замера ВГ является также то, что при всех дуговых прерывистых замыканиях, являющихся основным видом повреждений в компенсированных электрических сетях, действие таких защит требуется блокировать для обеспечения селективности несрабатываний при внешних замыканиях из-за значительного (в несколько раз) возрастания содержания высших гармонических составляющих в токе ОЗЗ. В то же время известно, что при больших расстройках компенсации, возможных в реальных условиях эксплуатации, в компенсированных сетях, как и в сетях с изолированной нейтралью, могут возникать не фиксируемые защитами данного типа дуговые перемежающиеся ОЗЗ (далее ДПОЗЗ), сопровождаемые опасными для всей электрической сети перенапряжениями (Халилов Ф.Х., Евдокунин Г.А., Поляков B.C. и др. Защита сетей 6-35 кВ от перенапряжений / под ред. Ф.Х. Халилова, Г.А. Евдокунина, А.И. Таджибаева. - СПб.: Энергоатомиздат, 2002. - 268 с).

Известно устройство защиты от ОЗЗ на основе контроля проводимости нулевой последовательности защищаемого присоединения в режиме замыкания на землю (Патент РФ 2491563 G01R 31/08. Способ и устройство для определения замыкания на землю // Валроос Ари (FI), Алтонен Янне (FI). - Опубл. 27.08.2013). Устройства указанного типа выпускаются на микропроцессорной базе некоторыми фирмами-производителями (http://www.schneider-electric.ru/ru/product-range/935-sepam-serii-80/?filter=business-6-raspredelenie-elektroenergii-srednego-naprazenia-i-avtomatizacia-elektro-snabzenia&parent-category-id=4600; http://www.mupasz.ru/fileadmin/user_upload/documents/Instrukcje/ mu_2000_sts_rts_ru.pdf; Wahlroos A., Altonen J. “Multifrequency admittance protection”, Elektrotechniczne, 12/2016; J. Lorenc et. al, Admittance criteria for earth fault detection in substation automation systems in Polish distribution power networks, CIRED 1997 Birmingham и др.).

Данное устройство защиты, называемой также адмитансной, измеряет отношение тока защищаемого присоединения и напряжения установившегося режима ОЗЗ

где - полная проводимость нулевой последовательности; G₀ и В₀ - соответственно активная и реактивная составляющие проводимости нулевой последовательности.

При внешних устойчивых ОЗЗ в компенсированной сети проводимость на зажимах защиты определяется собственной проводимостью фаз на землю защищаемого присоединения

где С_{0 сщбс} и G_{0 co6c} - соответственно собственные емкость и активная проводимость фазы на землю защищаемого присоединения; со - угловая частота рабочего напряжения сети.

При внутренних ОЗЗ проводимость на зажимах защиты в компенсированной сети с заземлением нейтрали через индуктивность дугогасящего реактора L_N определяется взятой с обратным знаком суммой проводимостей нулевой последовательности всех неповрежденных присоединений (проводимостью внешней сети) и индуктивностью L_N

Из (4) можно видеть, что при возможных в реальных условиях эксплуатации расстройках компенсации (3ωС_0∑ ≠ 1/ωL_N) может изменяться знак, а также в значительных пределах значение полной проводимости нулевой последовательности на зажимах защиты и ее реактивной составляющей. Потому выполнение селективной (ненаправленной максимальной или направленной) защиты от ОЗЗ в компенсированных сетях в общем случае возможно только на основе контроля активной составляющей проводимости G₀. Однако активная составляющая проводимости в компенсированных электрических сетях среднего напряжения, как правило, не превышает нескольких процентов от емкостной проводимости, а ее значение существенно зависит от текущего состояния изоляции защищаемого присоединения и сети в целом. Поскольку обеспечить селективность и высокую устойчивость функционирования при малых уровнях и нестабильности воздействующей величины практически трудно, защиты от ОЗЗ, основанные на контроле активной проводимости нулевой последовательности, получили в компенсированных сетях весьма ограниченное применение.

Известны устройства защиты от ОЗЗ в компенсированных сетях, основанные на использовании искусственно создаваемых при ОЗЗ токов непромышленной частоты (т.н. «наложенных токов»). Практическое применение в компенсированных сетях получили устройства максимальной токовой защиты, основанные на использовании «наложенных токов» с частотой 25 Гц (Патент РФ 2402130 Н02Н 3/16. Устройство для защиты от замыканий на землю в сетях с компенсацией емкостного тока // Вайнштейн Р.А., Шестакова В.В., Юдин СМ., Пашковский С.Н., Панамарев Е.А.. - Опубл. 20.10.2010, Бюл. №29; Патент РФ 2481687 Н02Н 3/16. Устройство защиты от замыкания на землю в сети с компенсированной нейтралью // Головко С.И. (RU). - Опубл. 10.05.2013, Бюл. №13). Основными недостатками указанных устройств защиты от ОЗЗ является необходимость в специальном источнике «наложенного тока», приводящая к усложнению схемы защиты и ее эксплуатации, ограничения области применения по величине относительного собственного емкостного тока защищаемого присоединения I_{C собс*}, трудности обеспечения селективности и устойчивости функционирования при ДПОЗЗ, невозможности селективной фиксации кратковременных самоустраняющихся пробоев изоляции и использования информации о них в целях диагностирования состояния изоляции элементов сети. Потому защиты от ОЗЗ на основе «наложенных токов» получили ограниченное применение в компенсированных сетях.

Наиболее близким аналогом к предполагаемому изобретению (прототипом) является устройство адаптивной защиты от ОЗЗ (Патент РФ 2629375 C1 Н02Н 3/16. Устройство адаптивной защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов // Шуин В.А., Шадрикова Т.Ю., Добрягина О.А., Шагурина Е.С, Пашковский СН. - Опубл. 29.08.2017), содержащее на каждой линии датчик тока нулевой последовательности, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, полосовые частотные фильтры для выделения в компенсированных сетях высших гармонических составляющих в полосе частот от 150 Гц до 1-2 кГц, дифференциатор, первый и второй блоки вычисления среднеквадратичного значения, релейный измерительный орган тока с задаваемой уставкой на срабатывание, модуль автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание, элемент временной задержки на срабатывание, при этом выход датчика тока нулевой последовательности подключен к входу первого из упомянутых полосовых частотных фильтров, выход измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности - к входу второго из упомянутых полосовых частотных фильтров, выход первого полосового частотного фильтра присоединен к входу первого блока вычисления среднеквадратичного значения, выходом подключенного к первому входу релейного измерительного органа тока с задаваемой уставкой на срабатывание, выход второго полосового частотного фильтра через дифференциатор присоединен к входу второго блока вычисления среднеквадратичного значения, выходом подключенного к входу модуля автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание, связанного выходом с вторым входом релейного измерительного органа тока с задаваемой уставкой на срабатывание, выход которого подключен к входу элемента временной задержки на срабатывание.

Условие применимости - селективности при внешних ОЗЗ и чувствительности при внутренних ОЗЗ - устройства адаптивной максимальной токовой защиты на основе ВГ определяется выражением (1), в котором параметр Z, характеризующий нестабильность общего уровня ВГ в токе ОЗЗ, принимается равным 1,

т.е. существенно больше, чем упомянутой выше максимальной токовой защиты абсолютного замера ВГ, т.к. не зависит от значения Z.

Недостатком указанного устройства защиты от ОЗЗ является возможность ложных срабатываний от ВГ токов небаланса датчика тока нулевой последовательности в режимах без ОЗЗ, когда напряжение нулевой последовательности в контролируемой сети отсутствует. Ток небаланса на выходе датчика тока нулевой последовательности достигает максимальных значений в режимах пуска или самозапуска электродвигателей нагрузки или при внешних коротких замыканиях за трансформаторами приемных подстанций, питаемых от защищаемой линии. Для обеспечения несрабатываний адаптивной токовой защиты в указанных режимах без ОЗЗ минимальная уставка по току срабатывания должна обеспечивать отстройку от максимальных токов небаланса, что ограничивает ее чувствительность в режимах, характеризуемых минимальным уровнем ВГ в токе ОЗЗ и при замыканиях через переходное сопротивление.

Таким образом, известные устройства защиты от ОЗЗ в электрических сетях среднего напряжения, работающих с компенсацией емкостных токов, не всегда обеспечивают селективность и требуемую чувствительность и имеют ограничения на область возможного применения.

Технический результат, на достижение которого направлено предполагаемое изобретение, заключается в повышении селективности и чувствительности защиты от ОЗЗ и расширении области ее возможного применения в компенсированных электрических сетях среднего напряжения.

Технический результат достигается тем, что устройство защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных электрических сетях среднего напряжения, содержащее датчик тока нулевой последовательности подключенный к первому полосовому частотному фильтру, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, подключенный к второму полосовому частотному фильтру, дифференциатор, первый и второй блоки вычисления среднеквадратичного значения, дополнительно содержит пусковой орган по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности, блок вычисления отношения двух величин, схему сравнения с уставкой, пусковой орган по напряжению нулевой последовательности, логический элемент И, при этом выход первого полосового частотного фильтра подключен к входу первого блока вычисления среднеквадратичного значения, выход которого подключен к входу пускового органа по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности и к первому входу блока вычисления отношения двух величин, выход второго полосового частотного фильтра подключен через дифференциатор к входу второго блока вычисления среднеквадратичного значения, выход которого соединен со вторым входом блока вычисления отношения двух величин, выходом подключенного к входу схемы сравнения с уставкой, выход пускового органа по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности соединен с первым входом логического элемента И, выход схемы сравнения с уставкой соединен со вторым входом логического элемента И, третий вход которого подключен к выходу пускового органа по напряжению нулевой последовательности, вход которого присоединен к выходу измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности.

Заявляемое устройство решает задачу повышения технического совершенства защиты от ОЗЗ - селективности и чувствительности как при устойчивых, так и при дуговых замыканиях и расширения области возможного применения в электрических сетях с компенсацией емкостных токов.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется рисунками, приведенными на фиг. 1-3.

На фиг. 1 приведена схема компенсированной электрической сети среднего напряжения для пояснения принципа действия предлагаемого изобретения, где приняты следующие обозначения:

L_N - индуктивность дугогасящего реактора;

- внешнее ОЗЗ (вне защищаемой зоны);

- внутреннее ОЗЗ (в защищаемой зоне).

На фиг. 2 представлена схема предлагаемого устройства защиты от ОЗЗ компенсированных электрических сетей среднего напряжения, где приняты следующие обозначения:

1 - датчик тока нулевой последовательности;

2 - измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности;

3 - первый полосовой частотный фильтр;

4 - второй полосовой частотный фильтр;

5 - дифференциатор;

6 - первый блок вычисления среднеквадратичного значения;

7 - второй блок вычисления среднеквадратичного значения;

8 - пусковой орган по уровню ВГ в токе нулевой последовательности;

9 - блок вычисления отношения двух величин;

10 - схема сравнения с уставкой;

11 - пусковой орган по напряжению нулевой последовательности;

12 - логический элемент И.

На фиг. 3 и 4 приведены осциллограммы, иллюстрирующие работу предлагаемого устройства защиты при внутреннем (фиг. 3) и внешнем (фиг. 4) дуговом перемежающемся ОЗЗ, переходящем в устойчивое, в компенсированной сети, где u_{1 …} u₁₂ - сигналы на выходах блоков 1 … 12 (фиг. 2) соответственно.

Сущность предполагаемого изобретения заключается в следующем.

В электрических сетях, работающих с заземлением нейтрали через дугогасящий реактор (L_N, фиг. 1), для выполнения селективной защиты от ОЗЗ, как правило, используют ВГ тока нулевой последовательности 3i₀, которые не компенсируются дугогасящим реактором.

В таких сетях для высших гармонических составляющих тока 3i₀ в защищаемом присоединении и высших гармонических составляющих напряжения нулевой последовательности 3u₀ при внешних ОЗЗ (т. , фиг. 1) в диапазоне частот до 1,5-2 кГц (Кискачи В.М. Селективность сигнализации замыканий на землю с использованием высших гармоник токов нулевой последовательности // Электричество. - 1967. - №9. - С. 24-30; Шадрикова Т.Ю. Разработка комплексной многофункциональной защиты от однофазных замыканий на землю кабельных сетей 6-10 кВ: дис … канд. техн. наук: защищена 13.05.2016: утв. 25.07.2016 / Шадрикова Татьяна Юрьевна. - Иваново, 2016. - 204 с.) справедливо соотношение

где С_{0 собс} - собственная емкость фазы на землю защищаемого присоединения.

Из (6) следует, что при внешних ОЗЗ для среднеквадратичных значений ВГ тока нулевой последовательности в неповрежденном присоединении 3I_{0 ВГ неп} и производной напряжения нулевой последовательности справедливо соотношение

При внутреннем ОЗЗ (т. , фиг. 1) с учетом тока i_L в дугогасящем реакторе L_N, протекающего только через место повреждения и в поврежденном присоединении, высшие гармонические составляющие в токе 3i₀ защищаемого присоединения связаны с высшими гармоническими составляющими напряжения u₀ уравнением

В диапазоне частот до 1,-2 кГц для всех частотных составляющих индуктивный ток i_{L ВГ} противоположен по фазе емкостному току i_{С ВГ} и уменьшает значение тока 3i_{о ВГ пов} в поврежденном присоединении. Соотношение емкостной и индуктивной составляющих в токе 3i_{о ВГ пов} для составляющей с частотой νω (ν - номер гармоники, ω - основная частота рабочего напряжения сети) определяется соотношением индуктивного сопротивления дугогасящего реактора X_νL - νωL_N и емкостного сопротивления внешней сети X_νC = 1/[3νω(C_0∑ - С_{0 собс})], которое увеличивается пропорционально квадрату номера гармоники ν². В защитах от ОЗЗ на основе ВГ, как правило, используются высшие гармонические составляющие с частотой от 150 Гц (ν²=9) до 1,5-2 кГц (ν²=900-1600). При таких значениях ν² и соответствующих им соотношениях между индуктивным сопротивлением X_νL дугогасящего реактора и емкостным сопротивлением внешней сети X_νC индуктивная составляющая i_{L ВГ} не превышает нескольких процентов от емкостной составляющей i_{C ВГ} и ее влиянием на значение тока 3i_{о ВГ пов} в (8) можно пренебречь.

С учетом изложенного из (8) получим, что для среднеквадратичных значений ВГ тока нулевой последовательности в поврежденном присоединении 3I_{0 ВГ пов} овгпов и производной напряжения нулевой последовательности справедливо соотношение

Из (7) и (9) следует, что на основе замера соотношений среднеквадратичных значений ВГ тока нулевой последовательности 3I_{0 ВГ} и производной напряжения нулевой последовательности можно выполнить селективную максимальную защиту от ОЗЗ. Для обеспечения селективности несрабатываний при внешних замыканиях на землю предлагаемой максимальной защиты, реагирующей на отношение , уставка срабатывания должна выбираться из условия отстройки от собственной емкости фаз на землю защищаемого присоединения

где К_отс - коэффициент отстройки, учитывающий погрешности датчика тока нулевой последовательности, измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности, измерительного органа защиты, расчета 3С_{0 собс} и др.

Условие чувствительности при внутренних ОЗЗ максимальной защиты, основанной на замере отношения

где К_ч.мин - минимальный коэффициент чувствительности, принимаемый для защиты на основе ВГ порядка 1,5.

Из (11) можно получить условие применимости - селективности и чувствительности максимальной защиты, основанной на контроле отношения

т.е. имеет такой же вид, что и условие применимости адаптивной максимальной токовой защиты на основе ВГ (5).

Из (12) при К_отс = = 1,5 и К_ч.мин = 1,5 для предлагаемой защиты получим I_{С собс*}.≤ 1/(1+1,5⋅1,5,)≈0,31. Доля присоединений на ЦП компенсированных сетей среднего напряжения, для которых выполняется условие I_{С собс*}.≤ 0,31, составляет до 90 и более процентов, для распределительных и трансформаторных подстанций (РП и ТП) - практически равна 100% (Шуин В.А., Добрягина О.А., Шагурина Е.С. Влияние переходных процессов при замыканиях на землю в электроустановках среднего напряжения на функционирование защит от замыканий на землю на основе высших гармоник // Релейная защита и автоматизация. - 2012, №2. - С. 26-30). В предлагаемой защите в отличие от адаптивной токовой защиты на основе ВГ отстройка от ВГ токов небаланса датчика тока нулевой последовательности в режимах без ОЗЗ, когда напряжение нулевой последовательности в контролируемой сети отсутствует, осуществляется с помощью введенного пускового органа напряжения нулевой последовательности, что позволяет увеличить чувствительность в режимах, характеризуемых минимальным уровнем ВГ в токе ОЗЗ и при замыканиях через переходное сопротивление. Применение дополнительно к пуску по напряжению нулевой последовательности также пуска по уровню ВГ в токе нулевой последовательности обеспечивает быстрый возврат защиты в исходное состояние после отключения ОЗЗ, исключая возможность ложных срабатываний защиты на неповрежденных присоединениях от переходных процессов, связанных со стеканием с емкостей фаз дополнительного заряда и возвратом сети в нормальное состояние.

В отличие от упомянутой выше адмитансной защиты, реагирующей на отношение тока нулевой последовательности к напряжению нулевой последовательности Y₀=3I₀/U₀, воздействующей величиной в предлагаемой защите является отношение , которое в диапазоне частот до 1,5-2 кГц определяется только значениями емкостей фаз на землю защищаемого присоединений сети и не зависит от частоты переходных токов, обеспечивая высокую устойчивость функционирования, как в установившихся, так и в переходных режимах ОЗЗ.

Предлагаемое устройство защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных электрических сетях среднего напряжения (фиг. 2) содержит датчик тока нулевой последовательности 1 подключенный к первому полосовому частотному фильтру 3, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности 2 подключенный ко второму полосовому частотному фильтру 4. Выход первого полосового частотного фильтра 3 подключен к входу первого блока вычисления среднеквадратичного значения 6, выход которого подключен к входу пускового органа по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности 8 и к первому входу блока вычисления отношения двух величин 9. Выход второго полосового частотного фильтра 4 подключен через дифференциатор 5 к входу второго блока вычисления среднеквадратичного значения 7, выход которого соединен со вторым входом блока вычисления отношения двух величин 9. Выход блока вычисления отношения двух величин 9 подключен к входу схемы сравнения с уставкой 10. Выход пускового органа по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности 8 соединен с первым входом логического элемента И 12. Выход схемы сравнения с уставкой 10 соединен с вторым входом логического элемента И 12. Третий вход логического элемента И 12 подключен к выходу пускового органа по напряжению нулевой последовательности 11, вход которого присоединен к выходу измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности 2.

Предлагаемое устройство защиты работает следующим образом.

При возникновении ОЗЗ в компенсированной сети в поврежденном и неповрежденных присоединениях появляются токи нулевой последовательности 3i₀, а в электрической сети - напряжение нулевой последовательности 3u₀. С выхода датчика тока нулевой последовательности 1 ток 3i₀ подается на вход первого полосового частотного фильтра 3, обеспечивающего подавление составляющей основной частоты и выделение высших гармонических составляющих тока 3i₀ в полосе частот до 1,5-2 кГц. С выхода измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности 2 напряжение 3u₀ подается на вход второго полосового частотного фильтра 4, обеспечивающего подавление составляющей основной частоты и выделение высших гармонических составляющих напряжения нулевой последовательности в полосе частот до 1,5-2 кГц, и на вход пускового органа по напряжению нулевой последовательности 11. Выходной сигнал первого полосового частотного фильтра 3 подается на вход первого блока вычисления среднеквадратичного значения 6. Выходной сигнал второго полосового частотного фильтра 4 через дифференциатор 5 подается на вход второго блока вычисления среднеквадратичного значения 7. Выходной сигнал 31овг первого блока вычисления среднеквадратичного значения 6 подается на вход пускового органа по уровню ВГ в токе нулевой последовательности 8 и первый вход блока вычисления отношения двух величин 9. Выходной сигнал второго блока вычисления среднеквадратичного значения 7 подается на второй вход блока вычисления отношения двух величин 9. Полученное на выходе блока вычисления отношения двух величин 9 значение воздействующей величины в схеме сравнения с уставкой 10 сравнивается с заданной уставкой срабатывания С_{0 уст}, выбираемой из условия отстройки от внешних ОЗЗ по выражению (10). Если значение выходной величины блока вычисления отношения двух величин 9 больше заданной уставки срабатывания, на выходе схемы сравнения с уставкой 10 появляется логический сигнал "1", если значение выходной величины блока вычисления отношения двух величин 9 меньше заданной уставки, логический сигнал на выходе схемы сравнения с уставкой 10 равен "0". При срабатывании пускового органа по уровню ВГ в токе нулевой последовательности 8 и пускового органа по напряжению нулевой последовательности 11 на их выходах появляется логический сигнал "1".

При внутренних ОЗЗ в компенсированной сети замер защиты - сигнал на выходе блока вычисления отношения двух величин 9 в соответствии с (9) и в установившемся режиме ОЗЗ, и в переходных режимах при дуговых замыканиях на землю имеет значение, равное 3(С_{0 ∑} - С_{0 собс}). Если замер защиты превышает заданную уставку срабатывания С_{0 уст} (т.е. обеспечивается требуемая чувствительность), на выходе схемы сравнения с уставкой 10 появляется логический сигнал "1" и при условии срабатывания пускового органа 8 по уровню высших гармоник в токе 3i₀ и пускового органа по напряжению нулевой последовательности появляется также сигнал "1" на выходе логического элемента И 12, являющийся сигналом срабатывания защиты.

Осциллограммы на фиг. 3, а и 6 иллюстрируют работу основных функциональных блоков и элементов схемы устройства защиты в переходных и установившемся режимах внутреннего дугового прерывистого ОЗЗ, переходящего в устойчивое замыкание.

При внешних ОЗЗ замер защиты - сигнал на выходе блока вычисления отношения двух величин 9 - в соответствии с (7) как в установившемся режиме ОЗЗ, так и в переходных режимах при дуговых замыканиях на землю имеет значение, равное 3С_{0 собс}, что меньше уставки срабатывания С_{0 уст}. Сигнал на выходе схемы сравнения с уставкой 10 равен "0", при этом равен "0" и сигнал на выходе элемента логического элемента И 12 независимо от срабатывания или несрабатывания пускового органа по уровню ВГ в токе нулевой последовательности 8 и пускового органа по напряжения нулевой последовательности 11, т.е. защита не срабатывает.

Осциллограммы на фиг. 4, а и 6 иллюстрируют работу основных функциональных блоков и элементов схемы устройства защиты переходных и установившемся режимах внешнего дугового прерывистого ОЗЗ, переходящего в устойчивое замыкание.

В режимах без ОЗЗ несрабатывания защиты от токов небаланса датчика тока нулевой последовательности обеспечиваются с помощью пускового органа по напряжению нулевой последовательности 11. Применение пуска по уровню ВГ в токе нулевой последовательности обеспечивает быстрый возврат защиты в исходное состояние после отключения ОЗЗ, исключая возможность ложных срабатываний защиты от переходных процессов, связанных возвратом сети в нормальное состояние.

Использование: в области электротехники и электроэнергетики. Технический результат: повышение селективности и чувствительности защиты от однофазных замыканий на землю и расширение области применения в компенсированных электрических сетях среднего напряжения. Устройство защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных электрических сетях среднего напряжения содержит датчик тока нулевой последовательности, подключенный к первому полосовому частотному фильтру, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, подключенный к второму полосовому частотному фильтру, дифференциатор, первый и второй блоки вычисления среднеквадратичного значения, дополнительно содержит пусковой орган по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности, блок вычисления отношения двух величин, схему сравнения с уставкой, пусковой орган по напряжению нулевой последовательности, логический элемент И. При этом выход первого полосового частотного фильтра подключен к входу первого блока вычисления среднеквадратичного значения, выход которого подключен к входу пускового органа по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности и к первому входу блока вычисления отношения двух величин, выход второго полосового частотного фильтра подключен через дифференциатор к входу второго блока вычисления среднеквадратичного значения, выход которого соединен с вторым входом блока вычисления отношения двух величин, выходом подключенного к входу схемы сравнения с уставкой, выход пускового органа по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности соединен с первым входом логического элемента И, выход схемы сравнения с уставкой соединен с вторым входом логического элемента И, третий вход которого подключен к выходу пускового органа по напряжению нулевой последовательности, вход которого присоединен к выходу измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности. 6 ил.

Устройство защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных электрических сетях среднего напряжения, содержащее датчик тока нулевой последовательности, подключенный к первому полосовому частотному фильтру, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, подключенный к второму полосовому частотному фильтру, дифференциатор, первый и второй блоки вычисления среднеквадратичного значения, отличающееся тем, что дополнительно содержит пусковой орган по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности, блок вычисления отношения двух величин, схему сравнения с уставкой, пусковой орган по напряжению нулевой последовательности, логический элемент И, при этом выход первого полосового частотного фильтра подключен к входу первого блока вычисления среднеквадратичного значения, выход которого подключен к входу пускового органа по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности и к первому входу блока вычисления отношения двух величин, выход второго полосового частотного фильтра подключен через дифференциатор к входу второго блока вычисления среднеквадратичного значения, выход которого соединен с вторым входом блока вычисления отношения двух величин, выходом подключенного к входу схемы сравнения с уставкой, выход пускового органа по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности соединен с первым входом логического элемента И, выход схемы сравнения с уставкой соединен со вторым входом логического элемента И, третий вход которого подключен к выходу пускового органа по напряжению нулевой последовательности, вход которого присоединен к выходу измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности.