Устройство интеллектуальной токовой защиты кабельных линий от однофазных замыканий на землю Российский патент 2023 года по МПК H02H3/16 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для релейной защиты кабельных линий напряжением 6-35 кВ, работающих с изолированной или резистивно-заземленной нейтралью при однофазных замыканиях на землю.

Известно устройство токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю (Патент РФ №2422964. Устройство токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю / Сапунков М.Л., Худяков А.А. Опубл. 27.06.2011, Бюл. №18), содержащее в первом варианте на каждой линии датчик тока нулевой последовательности и связанный с ним по входу релейный орган блока защиты с задаваемой уставкой на срабатывание, оно снабжено функциональным модулем вычисления показателя неполноты замыкания на землю, первый и второй входы которого подключены к измерительному трансформатору напряжения, а в блок защиты каждой линии дополнительно введен модуль автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты, на первый вход которого поступает сигнал о токе уставки, второй его вход соединен с выходом функционального модуля вычисления показателя неполноты замыкания на землю, а выход модуля автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты соединен со вторым входом релейного органа блока защиты, во втором варианте содержащее на каждой линии датчик тока нулевой последовательности и релейный орган блока защиты с задаваемой уставкой на срабатывание, отличающееся тем, что оно снабжено функциональным модулем вычисления показателя неполноты замыкания на землю, первый и второй входы которого подключены к измерительному трансформатору напряжения, а в блок защиты каждой линии дополнительно введен модуль автоматической адаптивной коррекции величины сигнала о контролируемом токе нулевой последовательности линии, первый вход которого связан с датчиком тока нулевой последовательности, второй его вход соединен с выходом функционального модуля вычисления показателя неполноты замыкания на землю, выход модуля автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты соединен с первым входом релейного органа блока зашиты, а на второй его вход поступает сигнал о заданном токе уставки.

Работа устройства основана на измерении уровня тока нулевой последовательности датчиком тока нулевой последовательности в контролируемых линиях, присоединенных к секции шин и передаче измеренных значений данных токов на вход блока защиты с релейным органом, имеющим два входа и один выход, действующий на отключение защищаемой линии.

В первом варианте исполнения в блок защиты каждой линии дополнительно введен модуль для автоматической адаптивной коррекции величины тока уставки. На первый вход модуля подается сигнал о токе уставке I_УСТ на срабатывание защиты. На второй его вход поступает сигнал о показателе неполноты замыкания на землю n. С помощью этого модуля выполняется операция перемножения двух его входных сигналов.

На выходе модуля формируется сигнал в виде скорректированного тока уставки I_{УСТ.СКОР} = n·I_УСТ. В результате такого схемного решения на первый вход релейного органа блока защиты поступает сигнал с датчика тока о фактической величине (с учетом неполноты замыкания) контролируемого тока нулевой последовательности линии при однофазном замыкании на землю, а на второй его выход поступает сигнал с модуля в виде автоматически измененной (подстроенной) уставки на срабатывание защиты.

Показатель неполноты замыкания на землю вычисляется в отдельном модуле. На первый вход этого модуля с измерительного трансформатора напряжения подается напряжение смещения нейтрали в сети U₀, а на второй его вход - линейное напряжение U_Л. На выходе модуля формируется сигнал в виде показателя неполноты замыкания на землю:

n = √3⋅U₀/U_Л.

Выход модуля расчета неполноты замыкания на землю связан со вторыми входами всех модулей автоматической коррекции тока уставки в блоках защиты линий. Это обеспечивает автоматическое уменьшение уставок на срабатывание защиты и тем самым подстройка к изменившимся (т.е. уменьшившимся при замыкании на землю через переходное сопротивление) контролируемым токам нулевой последовательности защищаемых линий.

Во втором варианте исполнения в блок защиты каждой линии дополнительно введен модуль для автоматической адаптивной коррекции величины сигнала о контролируемом токе нулевой последовательности линии. В этом случае первый вход модуля коррекции связан с датчиком тока нулевой последовательности, а на второй его вход поступает сигнал о показателе неполноты замыкания на землю n. Модуль коррекции реализует операцию деления величины сигнала о токе нулевой последовательности линии I₀ на величину показателя неполноты замыкания на землю n. На выходе модуля коррекции формируется сигнал в виде скорректированного тока нулевой последовательности линии I_0.СКОР:

I _0.СКОР = I₀/n.

В результате такого схемного решения на первый вход релейного органа блока защиты поступает сигнал с модуля коррекции в виде автоматически измененной (подстроенной) величины контролируемого тока нулевой последовательности линии (с учетом неполноты замыкания), а на второй его вход поступает сигнал о фактически заданной уставке на срабатывание защиты. Это обеспечивает автоматическое увеличение сигналов о контролируемых токах нулевой последовательности линий и тем самым подстройка к заданным уставкам на срабатывание защит.

Данное устройство не позволяет учитывать неизбежное изменение параметров контролируемой линии во время ее эксплуатации, например, снижение электрической прочности изоляции вследствие воздействия электрических полей и других неблагоприятных факторов. При изменении параметров линии, особенно сопротивления изоляции, требуется изменение тока срабатывания защиты, чтобы отключение возникающего повреждения происходило своевременно.

Наиболее близким к изобретению по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство интеллектуальной токовой защиты от однофазных замыканий на землю (Патент РФ №2715909. Интеллектуальная токовая защита от однофазных замыканий на землю / Шилин А.Н., Шилин А.А., Дикарев П.В., Ахмедова О.О. Опубл. 24.03.2020).

Это устройство содержит на каждой линии датчик тока нулевой последовательности и связанный с ним по входу релейный орган блока защиты с задаваемой уставкой на срабатывание, функциональный модуль вычисления показателя неполноты замыкания на землю, первый и второй входы которого подключены к измерительному трансформатору напряжения, а в блок защиты каждой линии дополнительно введен модуль автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты, на первый вход которого поступает сигнал о токе уставки, второй его вход соединен с выходом функционального модуля вычисления показателя неполноты замыкания на землю, а выход модуля автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты соединен со вторым входом релейного органа блока защиты, к модулю автоматической адаптивной коррекции тока уставки подключен блок автоматической коррекции тока уставки, содержащий набор датчиков контроля параметров внешней среды, подключенных к первому микроконтроллеру, определяющему первичные параметры длинной линии и фазовую скорость распространения импульса по линии, выход которого соединен с рефлектометром, определяющим расстояние до места аварии, выход которого соединен со вторым микроконтроллером, на вход которого поступают также значения первичных параметров линии, а выход второго микроконтроллера соединен с модулем для автоматической адаптивной коррекции величины тока уставки.

Недостаток данного устройства состоит в том, что оно может осуществлять защиту только воздушных линий, так как в состав комплекта датчиков входит датчик диэлектрической проницаемости воздуха, и в силу этого такое устройство работоспособно только на воздушных линиях.

Техническая задача предполагаемого изобретения заключается в обеспечении работы устройства интеллектуальной токовой защиты кабельных линий от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной и резистивно-заземленной нейтралью.

Задача достигается тем, что устройство интеллектуальной токовой защиты кабельных линий от однофазных замыканий на землю, содержащее на каждой линии, отходящей от секции шин, датчик тока нулевой последовательности, соединенный с входом релейного органа блока защиты с задаваемой уставкой на срабатывание, входы функционального модуля вычисления показателя неполноты замыкания на землю подключены к измерительному трансформатору напряжения, выход функционального модуля вычисления показателя неполноты замыкания на землю подключен к входу модуля автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты, на первый вход которого поступает сигнал о токе уставки, на второй его вход подается сигнал с выходам функционального модуля вычисления показателя неполноты замыкания на землю, на третий вход данного модуля поступает сигнал с выхода блока автоматической коррекции тока уставки, формируемый вторым микроконтроллером, на входы которого подаются сигналы с выходов рефлектометра и первого микроконтроллера, второй выход первого микроконтроллера соединен с входом рефлектометра, на входы первого микроконтроллера присоединяются выходы датчика температуры жилы и датчика удельной проводимости земли.

На фигуре 1 приведена схема устройства интеллектуальной токовой защиты кабельных линий от однофазных замыканий на землю.

На фигуре 1 обозначены: 1 - секция шин, 2 - отходящие от секции шин кабельные линии, 3 - датчики тока нулевой последовательности, 4 - блок защиты с задаваемой уставкой на срабатывание, 5 - релейный орган, 6 - модуль для автоматической адаптивной коррекции величины тока уставки на срабатывание защиты, 7 - функциональный модуль вычисления показателя неполноты замыкания на землю, 8 - измерительный трансформатор напряжения, 9 - блок автоматической коррекции тока уставки, 10 - первый микроконтроллер, 11 - датчик температуры жилы кабеля, 12 - блок контроля уровня частичных разрядов в защищаемой кабельной линии, 13 - датчик удельной проводимости земли, 14 - рефлектометр, 15 - второй микроконтроллер.

Выходы датчиков тока нулевой последовательности 3 соединены с входом релейного органа 5 блока защиты 4 с задаваемой уставкой на срабатывание, входы функционального модуля 7 вычисления показателя неполноты замыкания на землю подключены к измерительному трансформатору напряжения 8, выход функционального модуля 7 вычисления показателя неполноты замыкания на землю подключен к входу модуля 6 для автоматической адаптивной коррекции величины тока уставки на срабатывание защиты, на первый вход которого поступает сигнал о токе уставки, на второй его вход подается сигнал с выхода функционального модуля 7 вычисления показателя неполноты замыкания на землю, на третий вход данного модуля поступает сигнал с выхода блока автоматической коррекции тока уставки 9, содержащего датчик 11 температуры жилы кабеля, блок 12 контроля уровня частичных разрядов в защищаемой кабельной линии, датчик 13 удельной проводимости земли, выходы которых подключены к первому микроконтроллеру 10, определяющему первичные параметры кабельной линии, уровень частичных разрядов в изоляции линии и фазовую скорость распространения импульса по линии, выход которого соединен с рефлектометром 14, определяющим расстояние до места аварии, выход которого соединен со вторым микроконтроллером 15, на вход которого поступают также значения первичных параметров линии и уровня частичных разрядов в изоляции линии, а сигнал с выхода второго микроконтроллера 15 подается на модуль 6 для автоматической адаптивной коррекции величины тока уставки на срабатывание защиты.

Работает устройство интеллектуальной токовой защиты кабельных линий от однофазных замыканий на землю следующим образом. Датчики тока нулевой последовательности 3 осуществляют измерение значений токов нулевой последовательности, возникающих в защищаемой линии при однофазных замыканиях на землю. Измеренные значения поступают на первый вход релейного органа 5 блока защиты 4 с задаваемой уставкой на срабатывание. Релейный орган 5 осуществляет сравнение тока нулевой последовательности линии с током уставки защиты от однофазных замыканий на землю. Значение тока уставки автоматически корректируется в зависимости от условий работы защищаемой кабельной линии в модуле 6 для автоматической адаптивной коррекции величины тока уставки на срабатывание защиты, таким образом осуществляется адаптивная коррекция данного тока. Для выполнения операции адаптивной коррекции тока уставки на первый вход этого блока поступает сигнал о значении тока уставки защиты, на второй вход сигнал о величине показателя неполноты замыкания на землю, рассчитываемого в функциональном модуле 7 вычисления показателя неполноты замыкания на землю по величинам напряжений на выходе измерительного трансформатора напряжения 8, на третий вход сигнал о значении сопротивления цепи короткого замыкания с выхода второго микроконтроллера 15.

Первый вход второго микроконтроллера 15 присоединен к первому выходу первого микроконтроллера 10, второй выход первого микроконтроллера 10 присоединен ко входу рефлектометра 14. Ко входу первого микроконтроллера 10 подключается выход блока 12 контроля уровня частичных разрядов в защищаемой кабельной линии. На вход первого микроконтроллера 10 поступают сигналы с датчика 11 температуры жилы кабеля, блока 12 контроля уровня частичных разрядов в защищаемой кабельной линии, датчика 13 удельной проводимости земли. На основании входных сигналов первый микроконтроллер определяет первичные параметры кабельной линии и фазовую скорость распространения импульса по линии. Исходя из значения фазовой скорости распространения импульса по линии рефлектометр определяет расстояние на линии до места возникновения повреждения. Второй микроконтроллер 15 вычисляет значение сопротивление цепи короткого замыкания линии и согласно этой величины корректирует ток уставки. Если величина скорректированного тока уставки будет меньше тока нулевой последовательности в защищаемой линии, то произойдет срабатывание релейного органа 5 и отключение этой линии от секции шин.

Устройство интеллектуальной токовой защиты кабельных линий от однофазных замыканий на землю позволяет осуществить работу интеллектуальной токовой защиты от однофазных замыканий на землю на кабельных линиях в сетях с изолированной и резистивно-заземленной нейтралью.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для релейной защиты кабельных линий напряжением 6-35 кВ, работающих с изолированной или резистивно-заземленной нейтралью при однофазных замыканиях на землю. Технический результат заключается в осуществлении работы интеллектуальной токовой защиты от однофазных замыканий на землю на кабельных линиях в сетях с изолированной и резистивно-заземленной нейтралью. Датчики тока нулевой последовательности осуществляют измерение значений токов нулевой последовательности, возникающих в защищаемой линии при однофазных замыканиях на землю. Измеренные значения поступают на первый вход релейного органа блока защиты с задаваемой уставкой на срабатывание. Релейный орган осуществляет сравнение тока нулевой последовательности линии с током уставки защиты от однофазных замыканий на землю. На основании входных сигналов первый микроконтроллер определяет первичные параметры кабельной линии и фазовую скорость распространения импульса по линии, исходя из которой рефлектометр определяет расстояние на линии до места возникновения повреждения. Второй микроконтроллер вычисляет значение сопротивления цепи короткого замыкания линии и согласно этой величине корректирует ток уставки. Если величина скорректированного тока уставки будет меньше тока нулевой последовательности в защищаемой линии, то произойдет срабатывание релейного органа и отключение этой линии от секции шин. 1 ил.

Устройство интеллектуальной токовой защиты кабельных линий от однофазных замыканий на землю, содержащее на каждой линии, отходящей от секции шин, датчик тока нулевой последовательности, соединенный с входом релейного органа блока защиты с задаваемой уставкой на срабатывание, входы функционального модуля вычисления показателя неполноты замыкания на землю подключены к измерительному трансформатору напряжения, выход функционального модуля вычисления показателя неполноты замыкания на землю подключен к входу модуля автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты, на первый вход которого поступает сигнал о токе уставки, на второй его вход подается сигнал с выходам функционального модуля вычисления показателя неполноты замыкания на землю, на третий вход данного модуля поступает сигнал с выхода блока автоматической коррекции тока уставки, формируемый вторым микроконтроллером, на входы которого подаются сигналы с выходов рефлектометра и первого микроконтроллера, второй выход первого микроконтроллера соединен с входом рефлектометра, на входы первого микроконтроллера присоединяются выходы датчика температуры жилы и датчика удельной проводимости земли, отличающееся тем, что ко входу первого микроконтроллера подключается выход блока контроля уровня частичных разрядов в защищаемой кабельной линии.