Способ защиты электрической сети от коротких замыканий, в том числе с малыми токами, и обрывов проводов Российский патент 2024 года по МПК H02J13/00 

Изобретение относится к автоматике электрических сетей и предназначено для управления конфигурацией и защиты электрической сети от коротких замыканий, в том числе с малыми токами, и обрывов проводов, повышения надёжности электроснабжения и электробезопасности.

Известен способ расширения зоны чувствительности защитного коммутационного аппарата к токам короткого замыкания, заключающийся в контроле тока в линии электропередачи и определении расстояния от защитного коммутационного аппарата, установленного в начале линии до максимально удалённой точки короткого замыкания, в которой обеспечивается чувствительность данного защитного коммутационного аппарата к коротким замыканиям (патент РФ № 2744513, МПК H02H 3/10, G01R 31/52, 2021).

Известен способ защиты линии электропередачи от удалённого короткого замыкания и информирования диспетчера сети об отключении защитного коммутационного аппарата от действия короткого замыкания, или по иной причине, заключающийся в контроле тока в линии электропередачи и определении максимального расстояния от защитного коммутационного аппарата, установленного в начале линии до максимально удалённой точки короткого замыкания, в которой обеспечивается чувствительность данного защитного коммутационного аппарата к коротким замыканиям, отличающийся тем, что на этом или несколько меньшем расстоянии устанавливают в линии электропередачи защитный коммутационный аппарат, чувствительный к токам короткого замыкания от точки установки до конца линии электропередачи, оснащают защитный коммутационный аппарат датчиками тока и напряжения, датчиком положения, с помощью которых контролируют ток, протекающий через защитный коммутационный аппарат, и напряжение с обеих сторон от защитного коммутационного аппарата, а также положение защитного коммутационного аппарата, при возникновении короткого замыкания за точкой установки защитного коммутационного аппарата отключают данным защитным коммутационным аппаратом ток короткого замыкания, защищая таким образом линию электропередачи от удалённых коротких замыканий, при протекании тока короткого замыкания через защитный коммутационный аппарат и последующем исчезновении напряжения за точкой установки защитного коммутационного аппарата фиксируют с помощью датчика положения факт отключения защитного коммутационного аппарата, делают вывод об отключении защитного коммутационного аппарата вследствие тока короткого замыкания и отправляют сообщение об этом по каналу связи диспетчеру сети, при отсутствии факта протекания через защитный коммутационный аппарат тока короткого замыкания, но при исчезновении напряжения за защитным коммутационным аппаратом и фиксации отключения защитного коммутационного аппарата датчиком положения делают вывод о том, что отключение защитного коммутационного аппарата произошло не по причине короткого замыкания, а, например, вручную, сообщение об этом отправляют по каналу связи диспетчеру сети (патент № 2763036 Российская Федерация, МПК H02В 1/00, H02В 13/00, Н02J 4/00, 2021).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ и устройство определения причин отключения потребителей секционированной линии электропередачи, в котором контролируют напряжение и ток в контрольных точках сети, на вводах потребителей, сопоставляют факты исчезновения напряжения в разных точках сети и его наличия в других точках, факты появления токов перегрузки и короткого замыкания в контрольных точках и на основе сопоставления данных фактов делают вывод о причинах отключений потребителей в секционированной линии электропередачи. Способ реализуется с помощью устройства, содержащего датчики тока, датчики напряжения, блок обработки и отображения информации (Патент № 2767519 Российская Федерация, МПК H02J 13/00, H02J 3/06, G06Q 50/06. 2022).

Наличие в сети объектов распределённой генерации, к которым можно отнести, в том числе, потребительские генерирующие установки с небольшой мощностью, фотоэлектрические установки и другие, а также накопители электроэнергии, приводит к подпитке этими объектами токов коротких замыканий. Это, в свою очередь, приводит к снижению тока короткого замыкания на выводах централизованного источника электроснабжения и необеспеченности чувствительности установленного там защитного коммутационного аппарата к таким токам. Таким образом, не обеспечивается защита участков сети от коротких замыканий. Также в случаях превышения длины линий, малого сечения провода ток короткого замыкания в конце линии может быть ниже уставки защитного коммутационного аппарата в начале линии. Также при обрыве провода может не возникнуть короткого замыкания и защитный аппарат в начале линии, или в средстве секционирования не отключит участок сети с обрывом провода. Также при обрыве провода и его падении на землю ток замыкания бывает настолько мал, что не приводит к отключению защитного коммутационного аппарата. Всё это приводит к опасности поражения людей и животных электрическим током, опасности возникновения пожаров.

Недостатком известных способов является недостаточная функциональность, связанная с тем, что они не позволяют осуществлять защиту участков сети от коротких замыканий с малыми токами, в том числе вследствие их подпитки от объектов распределённой генерации, а также не позволяют отключать участки сети в случае обрывов проводов на них, и, поэтому недостатком также является недостаточная надёжность электроснабжения и электробезопасность.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение функциональности способов за счёт обеспечения возможности осуществления защиты участков сети от коротких замыканий с малыми токами, в том числе при их подпитке от объектов распределённой генерации, а также возможности отключения участков сети в случае обрывов проводов на них, повышение надёжности электроснабжения потребителей и повышение электробезопасности.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе защиты электрической сети от коротких замыканий, в том числе с малыми токами, и обрывов проводов, заключающемся в контроле тока и напряжения в контрольных точках сети, согласно изобретению, задают характерные последовательности изменения значений токов и напряжений на выводе централизованного источника электроснабжения, на выводе объекта распределённой генерации, на выводах мультиконтактной коммутационной системы, в конце участков электрической сети для случаев коротких замыканий разных видов, в том числе коротких замыканий с малыми токами и для обрывов проводов, задают, какой из коммутационных аппаратов, централизованного источника электроснабжения, объекта распределённой генерации, или какая из контактных групп мультиконтактной коммутационной системы должны быть отключены при выявлении той или иной заданной последовательности изменения токов и напряжений, контролируют значения токов и напряжений, последовательности их изменения в указанных контрольных точках и сравнивают их с заданными характерными, при совпадении контролируемой последовательности с той или иной заданной характерной, выполняют отключение, соответственно, коммутационного аппарата централизованного источника электроснабжения, или объекта распределённой генерации, или контактной группы мультиконтактной коммутационной системы, или нескольких из них, защищая, таким образом, участки электрической сети от коротких замыканий с малыми токами и от обрывов проводов, при этом отключая только повреждённые участки, чем повышают надёжность электроснабжения и электробезопасность.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежом (Фиг. 1), на котором представлена блок-схема устройства реализации способа сезонного резервирования электроснабжения потребителей, подключенных к одной линии электропередачи (сети).

Блок-схема содержит: выводы мультиконтактной коммутационной системы В1, В2, В3; блок управления мультиконтактной коммутационной системы БУМКС4; контактные группы мультиконтактной коммутационной системы КГ5, КГ6, КГ7; блок управления сетью БУС8; блок управления централизованным источником электроснабжения БУЦЭ9; централизованный источник электроснабжения ЦЭ10; коммутационный аппарат централизованного источника электроснабжения КАЦЭ11; блок управления объектом распределённой генерации БУОРГ12; объект распределённой генерации ОРГ13; коммутационный аппарат объекта распределённой генерации КАОРГ14; блоки контроля тока и напряжения БКТН15, БКТН17; потребители П16, П18; точки короткого замыкания, или обрыва провода Т19, Т20; мультиконтактную коммутационную систему МКС21.

Способ реализуется следующим образом с помощью предлагаемого устройства.

В БУС8 задают характерные последовательности изменения значений токов и напряжений на выводе централизованного источника электроснабжения, на выводе объекта распределённой генерации, на выводах мультиконтактной коммутационной системы, в конце участков электрической сети для случаев коротких замыканий разных видов, в том числе коротких замыканий с малыми токами и для обрывов проводов и задают, какой из коммутационных аппаратов, централизованного источника электроснабжения, объекта распределённой генерации, или какая из контактных групп мультиконтактной коммутационной системы должны быть отключены при выявлении той, или иной заданной последовательности изменения токов и напряжений.

В БУМКС4 задают уставки токов короткого замыкания трёхфазных, двухфазных и однофазных, при превышении которых током на выводах В1, В2, или В3 МКС21 контактные группы КГ5, КГ6, или КГ7 МКС21 должны быть отключены по команде от БУМКС4 без ожидания команды БУС8.

В БУОРГ12 задают уставки токов короткого замыкания трёхфазных, двухфазных и однофазных, при превышении которых током на выводе ОРГ13 коммутационный аппарат КАОРГ14 должен быть отключен по команде от БУОРГ12 без ожидания команды БУС8.

В БУЦЭ9 задают уставки токов короткого замыкания трёхфазных, двухфазных и однофазных, при превышении которых током на выводе ЦЭ10 коммутационный аппарат КАЦЭ11 должен быть отключен по команде от БУЦЭ9 без ожидания команды БУС8.

С помощью БУМКС4 контролируют токи и напряжения на выводах В1, В2, или В3 МКС21, с помощью БУОРГ12 контролируют токи и напряжения на выводе ОРГ13, с помощью БУЦЭ9 контролируют токи и напряжения на выводе ЦЭ10, с помощью БКТН15 контролируют токи и напряжения в конце участка сети между МКС21 и П16, с помощью БКТН17 контролируют токи и напряжения в конце участка сети между МКС21 и П18. Передают контролируемые значения токов и напряжений в БУС8. С помощью БУС8 контролируют последовательности изменения токов и напряжений в указанных контрольных точках и сравнивают их с заданными характерными.

Например, при однофазном коротком замыкании на участке между МКС21 и П16 (например, в точке Т19), одновременно увеличится значение тока в одной из фаз на В3, выводе ОРГ13 (ток подпитки короткого замыкания), выводе ЦЭ10. Однако если ток короткого замыкания мал, меньше уставки тока однофазного короткого замыкания, заданной в БУМКС4, в том числе из-за подпитки его ОРГ13, на него не среагирует БУМКС4 и не отключит КГ7. Также не отключится КАОРГ14. В то же время исчезнет напряжение на одной из фаз в конце участка сети между МКС21 и П16 и произойдет провал напряжения той же фазы на В3 и выводе ОРГ13, снизится напряжение той же фазы на выводе ЦЭ10. Одновременное увеличение тока в одной и той же фазе на В3, выводе ОРГ13, выводе ЦЭ10, исчезновение напряжения одной из фаз в конце участка сети между МКС21 и П16, провал напряжения той же фазы на В3 и выводе ОРГ13, снижение напряжения той же фазы на выводе ЦЭ10 является характерным признаком однофазного короткого замыкания на участке сети между МКС21 и П16 (например, в точке Т19). При выявлении БУС8 такой последовательности им будет сформирована и передана команда на отключение КГ7 МКС21 и КАОРГ14 ОРГ13. Участок сети между МКС21 и П16 будет отключен. При этом П18 не потеряет питание от ЦЭ10 за счёт включенного состояния КГ5 и КГ6. Таким образом выполнится защита участка сети между МКС21 и П16 от однофазного короткого замыкания с малым током и обеспечится надёжность электроснабжения П18.

При коротком замыкании любого вида (одно-, двух-, или трёхфазном) в точке Т19 ток окажется выше уставки в БУМКС4, то отключение КГ7 произойдёт по команде БУМКС4 сразу, без ожидания команды от БУС8. Также отключится КАОРГ14, так как после отключения КГ7 ОРГ13 окажется подключен на короткое замыкание, будет превышена уставка отключения КАОРГ14, заданная в БУОРГ12.

При обрыве провода одной фазы на участке между МКС21 и П16 (например, в точке Т19), если обрыв не приведёт к короткому замыканию, характерной будет следующая последовательность: снижение тока одной фазы на В3, В1, тока той же фазы на выводе ОРГ13, выводе ЦЭ10, исчезновение напряжения той же фазы в конце участка сети между МКС21 и П16 без снижения напряжения на данной фазе на В3, В1 на выводе ОРГ13, выводе ЦЭ10. При её выявлении БУС8 отдаст команду БУМКС4 на отключение КГ7 и БУОРГ12 на отключение КАОРГ14. Таким образом выполнится защита участка сети между МКС21 и П16 от обрыва провода и обеспечится надёжность электроснабжения П18.

При обрыве провода одной фазы на участке между МКС21 и П18 (например, в точке Т20), если обрыв не приведёт к короткому замыканию, характерной будет следующая последовательность: снижение тока одной фазы на В2, В1, выводе ЦЭ10, исчезновение напряжения той же фазы в конце участка сети между МКС21 и П18 без снижения напряжения на данной фазе на В3, В1, выводе ЦЭ10. При её выявлении БУС8 отдаст команду БУМКС4 на отключение КГ6. Таким образом выполнится защита участка сети между МКС21 и П18 от обрыва провода и обеспечится надёжность электроснабжения П16.

Аналогично происходит задание других характерных последовательностей изменения тока и напряжения в контрольных точках при обрывах одного, двух, или всех проводов участков сети. При совпадении контролируемой последовательности с той, или иной заданной характерной, БУС8 формирует и передаёт команду на БУЦЭ9, БУОРГ12, или БУМКС4 на отключение, соответственно, КАЦЭ11, или КАОРГ14, или КГ5, или КГ6, или КГ7, или нескольких из указанных коммутационных аппаратов.

Таким образом, участки электрической сети защищают от коротких замыканий с малыми токами и от обрывов проводов.

Применение предлагаемого способа и устройства и обеспечить защиту участков сети от токов короткого замыкания, в том числе с малыми токами, а также от обрывов проводов, повысить надёжность электроснабжения потребителей и электробезопасность.

Изобретение относится к области автоматики электрических сетей. Технический результат заключается в защите участков сети от токов короткого замыкания, в том числе с малыми токами, а также от обрывов проводов, повышении надёжности электроснабжения потребителей и электробезопасности. Для этого задают характерные последовательности изменения значений параметров на выводах объектов электрической сети для аварийных ситуаций разных видов, задают, какой из коммутационных аппаратов должны быть отключены при выявлении той или иной заданной последовательности изменения параметров, контролируют значения параметров, последовательности их изменения в контрольных точках и сравнивают их с заданными характерными, при совпадении контролируемой последовательности с той или иной заданной характерной, выполняют отключение соответствующих коммутационных аппаратов. 1 ил.

Способ защиты электрической сети от коротких замыканий, в том числе с малыми токами, и обрывов проводов, заключающийся в контроле тока и напряжения в контрольных точках сети, отличающийся тем, что задают характерные последовательности изменения значений токов и напряжений на выводе централизованного источника электроснабжения, на выводе объекта распределенной генерации, на выводах мультиконтактной коммутационной системы, в конце участков электрической сети для случаев коротких замыканий разных видов, в том числе коротких замыканий с малыми токами, и для обрывов проводов, задают, какой из коммутационных аппаратов, централизованного источника электроснабжения, объекта распределенной генерации, или какая из контактных групп мультиконтактной коммутационной системы должны быть отключены при выявлении той или иной заданной последовательности изменения токов и напряжений, контролируют значения токов и напряжений, последовательности их изменения в указанных контрольных точках и сравнивают их с заданными характерными, при совпадении контролируемой последовательности с той или иной заданной характерной выполняют отключение, соответственно, коммутационного аппарата централизованного источника электроснабжения, или объекта распределенной генерации, или контактной группы мультиконтактной коммутационной системы, или нескольких из них, защищая таким образом участки электрической сети от коротких замыканий с малыми токами и от обрывов проводов, при этом отключая только поврежденные участки, чем повышают надежность электроснабжения и электробезопасность.