Способ защиты от однофазных замыканий на землю в сетях среднего напряжения Российский патент 2024 года по МПК H02H3/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, и может быть использовано для обеспечения безопасности потребителей и рабочего персонала при однофазном замыкании проводника на землю (ОЗЗ) в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью.

Уровень техники

Известен способ отключения поврежденного присоединения с однофазным замыканием на землю в сетях с изолированной нейтралью (патент RU №2788519, публ. 23.01.2023, МПК H02H 3/16, G01R 31/08) согласно которому определяют величины активных сопротивлений трех балластных элементов, которые подключают к трехфазному выключателю резервной ячейки, соединяют их в звезду, нейтраль которой соединяют через активное сопротивление с контуром заземления распределительного устройства. Формируют уставки токовых релейных защит нулевой последовательности всех присоединений, которые формируют сигнал на отключение присоединения с однофазным замыканием на землю после включения выключателя резервной ячейки при появлении сигнала напряжения нулевой последовательности на секции шин от трансформатора напряжений через реле. Реле имеет задержку времени, что позволяет отключать поврежденное присоединение через заданное время после возникновения ОЗЗ.

Недостатками данного технического решения являются отключение питающей линии и, как следствие, отключение потребителя электроэнергии. Для обеспечения питания потребителей необходимо совместно с данным способом использовать резервную линию или дополнительные источники питания, что невозможно для потребителей третьей категории надежности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ защиты от замыканий на землю в сетях среднего напряжения путем шунтирования фаз (Гусев Ю.П., Косарев С.А., Смотров Н.Н., Чо Г.Ч. Анализ способа замыканий на землю в сетях среднего напряжения путем шунтирования фаз // Энергобезопасность и охрана труда. - 2020, январь - февраль. - №1(91). - С. 5-8. (https://endf.ru/wp-content/uploads/2020/06/Gusev.pdf), согласно которому на шинах центра питания устанавливают пофазно-управляемый выключатель, реализующий искусственное замыкание на землю на поврежденной фазе.

Недостатком настоящего технического решения является незначительная минимизация значения тока в месте ОЗЗ, что не является безопасным для потребителя и рабочего персонала.

Раскрытие сущности изобретения

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение значения тока в месте ОЗЗ до допустимых значений в части безопасности потребителей и рабочего персонала в аварийном режиме до устранения причин аварии.

Технический результат заключается в выравнивании потенциала на поверхности земли и снижении шагового напряжения вблизи поврежденного проводника за счет двухстороннего заземления поврежденной фазы.

Это достигается тем, что в известном способе защиты от однофазных замыканий на землю в сетях среднего напряжения, включающем выявление повреждения фазного проводника и его устранение путем шунтирования поврежденной фазы на шинах центра питания, шунтирование поврежденной фазы осуществляют также со стороны потребителя, обеспечивая его двухстороннее заземление. При этом шунтирование поврежденной фазы осуществляют однофазными заземляющими ножами.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема замещения сети при ОЗЗ, а на фиг. 2 изображена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ защиты от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) в сетях среднего напряжения на схеме замещения сети при ОЗЗ.

Осуществление изобретения

Устройство для реализации предлагаемого способа защиты от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) в сетях среднего напряжения содержит выполненные с возможностью подключения к поврежденной фазе 1 (или фазам 2, 3 в случае их повреждения) первый 4 и второй 5 шунтирующие аппараты, которые представляют собой быстродействующие приводы, например, однофазные заземляющие ножи. При этом первый шунтирующий аппарат 4 установлен со стороны источника питания 6, а второй шунтирующий аппарат 5 установлен со стороны потребителя 7. Фазные неповрежденные проводники имеют емкости 8. Место повреждения 9 фазы 1 представляет собой однофазное замыкание на землю.

Устройство также содержит устройства релейной защиты 10 со встроенным блоком управления шунтирующих аппаратов 4 и 5. Устройства релейной защиты 10 синхронизированы друг с другом и выполнены с возможностью единовременного шунтирования поврежденной фазы 1 с заданной выдержкой времени . Выходы блоков управления устройств релейной защиты 10 подключены к первой 11 и второй 12 перемычкам, которые установлены на фазах 1, 2, 3 в начале и в конце линии и выполнены в виде скользящих контактов.

Данное устройство может быть установлено в сети среднего напряжения при строительстве нового объекта или при реконструкции рабочего объекта.

Способ защиты от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) в сетях среднего напряжения осуществляется следующим образом.

По факту замыкания фазы 1 линии электропередач на землю (в аварийном режиме фазного проводника), на неповрежденных фазах 2 и 3 появляются большие фазные перенапряжения из-за сдвига нейтральной точки и поворота векторов напряжения, а на поврежденной фазе 1 напряжение снижается. С помощью устройств релейной защиты 10 выявляют повреждение фазного проводника 1. Далее устройства релейной защиты 10 передают сообщение о наличии повреждения на блок управления заземляющими ножами, который, в свою очередь, переключает скользящие контакты первой перемычки 11 со стороны источника питания 6 и скользящие контакты второй перемычки 12 со стороны потребителя 7 электроэнергии в положение подключения к поврежденному проводнику 1, тем самым соединяя первый 4 и второй 5 шунтирующие аппараты с поврежденной фазой 1, что обеспечивает двухстороннее заземление поврежденной фазы 1 со стороны источника питания 6 и со стороны потребителя электрической энергии 7. При этом в режиме однофазного замыкания на землю происходит гашение электрической дуги из-за уменьшения тока ОЗЗ, и, как следствие, уменьшение шагового напряжения, тем самым обеспечивается безопасность потребителя, находящегося вблизи поврежденного проводника, и рабочего персонала до устранения причин аварии.

В случае возможного не срабатывания данного устройства в автоматическом режиме (не произошло автоматическое срабатывание шунтирующих аппаратов 4, 5 или в том случае, когда на линии производятся ремонтные работы), оперативное подключение шунтирующих аппаратов 4, 5 производят вручную рабочим персоналом.

В отличие от способа-прототипа, где на шинах центра питания устанавливают пофазно-управляемый выключатель, реализующий искусственное замыкание на землю на поврежденной фазе, в предлагаемом изобретении обеспечено выравнивание потенциала на поверхности земли, происходит гашение дуги, достигается снижение значения тока в месте ОЗЗ до допустимых значений и, как следствие, снижение шагового напряжения вблизи поврежденного проводника.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет обеспечить безопасность потребителей и обслуживающего персонала в аварийном режиме до устранения причин аварии путем двухстороннего заземления поврежденной фазы со стороны источника питания и со стороны потребителя. Кроме того, предлагаемое техническое решение позволяет исключить возможность получения электротравмы потребителем электроэнергии, а также рабочим персоналом, проводящим оперативные работы, а также одновременное появление нескольких аварий.

Использование изобретения позволяет снизить значение тока в месте ОЗЗ до допустимых значений вследствие выравнивания потенциала на поверхности земли и снижения шагового напряжения вблизи поврежденного проводника за счет создания двустороннего искусственного замыкания на землю шунтирующими аппаратами в виде быстродействующих приводов.

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, может быть использовано для обеспечения безопасности потребителей и рабочего персонала при однофазном замыкании проводника на землю (ОЗЗ) в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью и направлено на снижение значения тока в месте ОЗЗ до допустимых значений в части безопасности потребителей и рабочего персонала в аварийном режиме до устранения причин аварии. Техническим результатом является выравнивание потенциала на поверхности земли и снижение шагового напряжения вблизи поврежденного проводника за счет двухстороннего заземления поврежденной фазы. В известном способе защиты от однофазных замыканий на землю в сетях среднего напряжения, включающем выявление повреждения фазного проводника и его устранение путем шунтирования поврежденной фазы на шинах центра питания, шунтирование поврежденной фазы осуществляют также со стороны потребителя, обеспечивая его двухстороннее заземление. При этом шунтирование поврежденной фазы осуществляют однофазными заземляющими ножами. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ защиты от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) в сетях среднего напряжения, включающий выявление повреждения фазного проводника и его устранение путем шунтирования поврежденной фазы на шинах центра питания, отличающийся тем, что шунтирование поврежденной фазы осуществляют также со стороны потребителя, обеспечивая его двухстороннее заземление.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что шунтирование поврежденной фазы осуществляют однофазными заземляющими ножами.