Устройство ограничения дуговых перенапряжений в сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю Российский патент 2022 года по МПК H02H9/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения надежности работы сетей 6-10 кВ с компенсированной нейтралью в режиме замыкания на землю.

Известно множество технических решений для ограничения дуговых перенапряжений в сетях с изолированной нейтралью с помощью активного сопротивления [1]. В сетях с компенсацией емкостных токов применяется подключение резистора во время замыкания на землю для обеспечения функционирования релейной защиты от замыканий на землю [2].

Недостатком этих технических решений является то, что они не используются для ограничения дуговых перенапряжений в сетях с компенсированной нейтралью, а использование заземляющего резистора неизменной величины не обеспечивает требуемого значения накладываемого активного тока во всех эксплуатационных режимах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для защиты от дуговых перенапряжений в распределительной сети (Патент РФ №186665, МПК Н02Н 9/08, опубл. 29.01.2019, бюл. №4), содержащее блок контроля напряжения, выполненный с возможностью подключения к шинам низкого напряжения силового трансформатора подстанции, элемент «Время», блок управления коммутатором, блока коммутаторов, заземляющий резистор и нейтралеобразующий трансформатор, высшая обмотка которого выполнена с возможностью подключения к шинам низкого напряжения силового трансформатора подстанции, которое снабжено интегратором, сумматором и блоком измерения емкостного тока, при этом блок контроля напряжения выполнен в виде блока определения режима замыкания (БОРЗ), первый выход которого подключен к первому входу интегратора, выход которого подключен к первому входу сумматора, ко второму входу которого подключен блок измерения емкостного тока, выполненный с возможностью подключения к шинам низкого напряжения силового трансформатора подстанции, второй выход БОРЗ подключен к элементу «Время», первый выход которого выполнен с возможностью подключения к блоку релейной защиты РЗ трансформаторной подстанции, второй выход элемента «Время» связан с диспетчерским пультом, а третий выход подключен ко второму входу интегратора, выход сумматора подключен ко входу блока управления коммутатором, который выполнен в виде АЦП, выход которого соединен с первым входом блока коммутаторов, к выходу которого подсоединен заземляющий резистор, который выполнен в виде электродов, выполненных с возможностью углубления в землю, второй вход блока коммутаторов подключен к нейтрали нейтралеобразующего трансформатора.

Недостатком данного технического решения является его низкая надежность, невозможность его применения на подстанциях с компенсацией емкостного тока, где многие известные защиты работают неселективно при различных конфигурациях сети и различных видах замыкания на землю, поэтому там используются только защиты, действующие на сигнал [3]. В таких обстоятельствах нецелесообразно переводить режим замыкания в устойчивый с наложением на место повреждения активного тока большой величины, что может привести к дополнительным разрушениям и увеличению вероятности перехода однофазного замыкания в многофазное.

Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности оптимального воздействия защитного резистора на компенсированную сеть в режиме замыкания на землю при перемежающемся горении заземляющей дуги и режиме биений фазных напряжений при расстройках компенсации и блокирования его воздействия в режиме установившегося замыкания.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности устройства для защиты от дуговых перенапряжений в сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю за счет исключения возникновения перенапряжений, адаптации его режима работы в реальном времени к изменениям конфигурации сети.

Это достигается устройством ограничения дуговых перенапряжений в сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю, содержащее заземляющий резистор в виде электродов, выполненных с возможностью углубления в землю, подключаемый к нейтрали сети низкого напряжения сетевой подстанции, нейтралеобразующее устройства, дугогасящий реактор, подключенный к нейтрали нейтралеобразующего устройства параллельно заземляющему резистору, трансформатор напряжения, выполненный с возможностью подключения к шинам низкого напряжения силового трансформатора подстанции, пакет коммутаторов, первый вход которого подключен к нейтрали нейтралеобразующего устройства, а второй вход подключен к выходу элемента вычисления значения величины защитного резистора, согласно изобретению снабжено функциональным элементом всережимного измерителя настройки компенсации сети, элементом определения емкостного тока и элементом выбора режима замыкания, при этом первый вход функционального элемента всережимного измерителя настройки компенсации сети подключен к токовой обмотке дугогасящего реактора, второй вход подключен к выходам трансформатора напряжения, а первый выход элемента всережимного измерителя настройки компенсации сети подключен к первому входу элемента вычисления значения величины защитного резистора, второй выход элемента всережимного измерителя настройки компенсации сети подключен к первому входу элемента определения емкостного тока, второй вход которого подключен к токовой обмотке дугогасящего реактора, а выход подключен ко второму входу элемента вычисления значения величины защитного резистора, к третьему входу которого подключен выход элемента выбора режима замыкания, первый вход которого подключен к токовой обмотке дугогасящего реактора, а второй вход к выходам трансформатора напряжения.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображено устройство ограничения дуговых перенапряжений в сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю.

Устройство ограничения дуговых перенапряжений в сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю содержит регулируемый заземляющий резистор 1 в виде электродов, выполненных с возможностью углубления в землю, подключаемый к нейтрали сети низкого напряжения сетевой подстанции, нейтралеобразующее устройство 2 соединенное с первым входом пакета коммутаторов 3. Токовая обмотка дугогасящего реактора 4, также подключенного к нейтрали нейтралеобразующего устройства 2 параллельно заземляющему резистору 1, соединена с первым входом функционального элемента всережимного измерителя настройки компенсации сети 5, вторым входом элемента определения емкостного тока 6 и первым входом элемента выбора режима замыкания 7. Выходы обмоток низкого напряжения трансформатора напряжения 8, выполненного с возможностью подключения к шинам низкого напряжения силового трансформатора подстанции 9, соединены со вторым входом элемента всережимного измерителя настройки компенсации сети 5 и со вторым входом элемента выбора режима замыкания 7. Первый выход элемента всережимного измерителя настройки компенсации сети 5 и выходы функционального элемента определения емкостного тока 6 и элемента выбора режима замыкания 7 соединены с соответствующими входами элемента вычисления значения величины защитного резистора 10, выход которого соединен со вторым входом пакета коммутаторов 3, а к выходу пакета коммутаторов 3 подсоединен заземляющий резистор 1 в виде электродов, выполненных с возможностью углубления в землю. Второй выход элемента всережимного измерителя настройки компенсации сети 5 соединен со входом 1 элемента определения емкостного тока 6.

Все элементы устройства выполнены комплектно, соединены сборочными операциями (пайкой и болтовыми соединениями) на предприятии-изготовителе, расположены в едином корпусе устройства (представляя собой единую конструкцию), которое устанавливается в помещении трансформаторной подстанции.

Устройство ограничения дуговых перенапряжений в сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю работает следующим образом.

Пакета коммутаторов 3 непосредственно осуществляет подключение электродов резистора 1.

В нормальном режиме, когда напряжение на нейтрали (U_N=3U₀) нейтралеобразующего устройства 2 и выходе трансформатора напряжения 8 отсутствует, ток нулевой последовательности (I_L) через дугогасящий реактор 4 не протекает, работа устройства блокируется.

При перемежающемся дуговом замыкании ток дугогасящего реактора 4 поступает на первый вход функционального элемента всережимного измерителя настройки компенсации сети 5, второй вход элемента определения емкостного тока 6 и первый вход элемента выбора режима замыкания 7. С выходов трансформатора напряжения 8 сигналы фазных напряжений U_Ф и напряжения на нейтрали 3U₀ поступают на второй вход элемента всережимного измерителя настройки компенсации сети 5 и второй вход элемента выбора режима замыкания 7.

Функциональным элементом всережимного измерителя настройки компенсации сети 5 определяется величина расстройки компенсации V, сигнал с первого выхода подается на первый вход элемента вычисления значения величины защитного резистора 10, а сигнал со второго выхода на первый вход элемента определения емкостного тока 6. По известным значениям расстройки компенсации V и тока I_L дугогосящего реактора 4 определяется значение емкостного тока замыкания I_C. С выхода элемента определения емкостного тока 6 сигнал поступает на второй вход элемента вычисления значения величины защитного резистора 10. При эксплуатационных изменениях емкости сети в режиме замыкания соответственно изменяется величина этого сопротивления.

Элементом выбора режима замыкания 7 идентифицируется режим перемежающегося горения дуги, характерными особенностями которого являются высокие значения производных фазных напряжений и напряжения на нейтрали. Сигнал с выхода элемента выбора режима замыкания 7 поступает на третий вход элемента вычисления значения величины защитного резистора 10.

Сигнал с выхода элемента вычисления значения величины защитного резистора 10 поступает на второй вход пакета коммутаторов 3, обеспечивая необходимую величину сопротивления заземляющего резистора 1 R_N по условию I_RN=I_C-I_L посредством подключения нужного количества электродов заземляющего резистора 1. Это обеспечивает ограничение дуговых перенапряжений за счет стекания избыточного заряда с нейтрали через резистор.

При установившемся режиме горения дуги, когда условий для развития максимальных перенапряжений не возникает, а наложение дополнительного активного тока на место повреждения только увеличивает масштаб разрушения изоляции, действие автоматики блокируется.

Характерными особенностями этого режима является низкое значение производной напряжения на нейтрали, которое имеет вид синусоиды и нулевым значением напряжения на поврежденной фазе. Этот режим идентифицируется элементом выбора режима замыкания 7, сигнал на выходе которого отсутствует.

Использование изобретения позволяет повысить надежность работы устройства для защиты от дуговых перенапряжений в сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю за счет исключения перенапряжений в сети, возникающих вследствие перемежающейся дуги, адаптации его режима работы в реальном времени к изменениям конфигурации сети.

Источники информации:

1. И.С. Самойлович. Режимы нейтрали электрических сетей карьеров. - М.: Недра, 1976. - 175 с.

2. Г.П. Езовит, А.А. Безпрозванный и др. Индуктивно-активное заземление нейтрали в кабельных сетях 10 кВ. // Электрические станции. - 1988. - №5. - с. 78-80.

3. Борухман В.А. Об эксплуатации селективных защит от замыканий на землю в сетях 6-10 кВ и мероприятия по их совершенствованию. - Энергетик, 2000, №1.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности устройства для защиты от дуговых перенапряжений в сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю за счет исключения возникновения перенапряжений, адаптации его режима работы в реальном времени к изменениям конфигурации сети. Устройство содержит регулируемый заземляющий резистор (1) в виде электродов, заглубляемых в землю, подключаемый к нейтрали сети низкого напряжения сетевой подстанции, нейтралеобразующее устройство (2), соединенное с первым входом пакета коммутаторов (3). Токовая обмотка дугогасящего реактора (4), подключенного к нейтрали нейтралеобразующего устройства (2) параллельно заземляющему резистору (1), соединена с первым входом функционального элемента всережимного измерителя настройки компенсации сети (5), вторым входом элемента определения емкостного тока (6) и первым входом элемента выбора режима замыкания (7). Выходы обмоток низкого напряжения трансформатора напряжения (8), подключенного к шинам низкого напряжения силового трансформатора подстанции (9) соединены со вторым входом элемента всережимного измерителя настройки компенсации сети (5) и со вторым входом элемента выбора режима замыкания (7). Первый выход элемента всережимного измерителя настройки компенсации сети (5) и выходы функционального элемента определения емкостного тока (6) и элемента выбора режима замыкания (7) соединены с соответствующими входами элемента вычисления значения величины защитного резистора (10), выход которого соединен со вторым входом пакета коммутаторов (3). К выходу пакета коммутаторов (3) подсоединен заземляющий резистор (1). Второй выход элемента всережимного измерителя настройки компенсации сети (5) соединен с входом элемента определения емкостного тока (6). 1 ил.

Устройство ограничения дуговых перенапряжений в сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю, содержащее заземляющий резистор в виде электродов, выполненных с возможностью углубления в землю, подключаемый к нейтрали сети низкого напряжения сетевой подстанции, нейтралеобразующее устройство, дугогасящий реактор, подключенный к нейтрали нейтралеобразующего устройства параллельно заземляющему резистору, трансформатор напряжения, выполненный с возможностью подключения к шинам низкого напряжения силового трансформатора подстанции, пакет коммутаторов, первый вход которого подключен к нейтрали нейтралеобразующего устройства, а второй вход подключен к выходу элемента вычисления значения величины защитного резистора, отличающееся тем, что оно снабжено функциональным элементом всережимного измерителя настройки компенсации сети, элементом определения емкостного тока и элементом выбора режима замыкания, при этом первый вход функционального элемента всережимного измерителя настройки компенсации сети подключен к токовой обмотке дугогасящего реактора, второй вход подключен к выходам трансформатора напряжения, а первый выход элемента всережимного измерителя настройки компенсации сети подключен к первому входу элемента вычисления значения величины защитного резистора, второй выход элемента всережимного измерителя настройки компенсации сети подключен к первому входу элемента определения емкостного тока, второй вход которого подключен к токовой обмотке дугогасящего реактора, а выход подключен ко второму входу элемента вычисления значения величины защитного резистора, к третьему входу которого подключен выход элемента выбора режима замыкания, первый вход которого подключен к токовой обмотке дугогасящего реактора, а второй вход к выходам трансформатора напряжения.