УСТРОЙСТВО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ Российский патент 2024 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 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. Опубликовано 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, отличающееся тем, что 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.

Наиболее близким к изобретению по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство интеллектуальной токовой защиты от однофазных замыканий на землю (Патент РФ №2810563. Интеллектуальная токовая защита от однофазных замыканий на землю / Бирюлин В.И., Куделина Д.В. Опубликовано 27.12.2023).

Это устройство содержит 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 выходов 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, к входу первого микроконтроллера подключается выход блока контроля уровня частичных разрядов в защищаемой кабельной линии.

Недостаток данного устройства состоит в том, что оно предназначено для токовой защиты от однофазных замыканий на землю, кабельных линий, выполненных на трехфазных кабелях в сетях с изолированной и резистивно-заземленной нейтралью, так как трансформаторы тока нулевой последовательности могут выполнять свои функции только в таких линиях.

В настоящее время все более широкое распространение получают кабельные линии, особенно в электрических сетях крупных городов, выполненные как трехфазные группы, содержащие три однофазных кабеля, в состав которых входят токопроводящие экраны, расположенные поверх изоляции токоведущей жилы и заземляемые хотя бы с одного конца кабельной линии. В такой кабельной группе однофазное замыкание на землю представляет собой замыкание между токоведущей жилой и экраном, ток такого повреждения протекает по токоведущей жиле и экрану, имея при этом противоположные направления в жиле и экране.

Такое распределение токов в жиле и экране создаст в магнитопроводе трансформатора тока, в окно которого должны проходить все три кабеля этой линии, два одинаковых по величине и противоположных по направлению магнитных потока, и результирующее магнитное поле в магнитопроводе трансформатора тока нулевой последовательности будет очень близко к нулю, что приведет к отказу действия защиты.

Техническая задача предлагаемого изобретения заключается в обеспечении работы интеллектуальной токовой защиты от однофазных замыканий на землю на кабельных линиях, состоящих из трех однофазных кабелей, в сетях с изолированной и резистивно-заземленной нейтралью.

Задача достигается тем, что в интеллектуальную токовую защиту от однофазных замыканий на землю вводятся датчики токов в экранах кабелей. Применение данных датчиков позволяет определять возникновение токов в экранах однофазных кабелей при появлении однофазных замыканий на землю.

На фигуре 1 приведена схема 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 в экранах кабелей, 4 - блок защиты, 5 - релейный орган, 6 - модуль для автоматической адаптивной коррекции величины тока уставки, 7 - 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 токов в экранах кабелей 3 соединены со 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 ко входу модуля 6 автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты, на первый вход которого поступает сигнал о токе уставки, на второй его вход подается сигнал с выходов 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.

Работает устройство следующим образом. Датчики тока в экранах кабелей 3 осуществляют измерение значений токов, протекающих по экранам кабелей, возникающих в защищаемой линии при однофазных замыканиях на землю в одном из кабелей трехфазной группы. Измеренные значения поступают на первый вход релейного органа 5 блока защиты 4 с задаваемой уставкой на срабатывание. Блок 5 осуществляет сравнение токов в экранах кабелей с током уставки защиты от однофазных замыканий на землю. Значение тока уставки автоматически корректируется в зависимости от условий работы защищаемой кабельной линии в блоке 6, т.е. 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 модуле 7 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. 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 величине корректирует ток уставки. Если величина скорректированного тока уставки будет меньше тока в экране одного из однофазных кабелей защищаемой линии, то произойдет срабатывание релейного блока 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 электрических сетях, выполненных как трехфазные группы, содержащие три однофазных кабеля, в состав которых входят токопроводящие экраны, расположенные поверх изоляции токоведущей жилы и заземляемые хотя бы с одного конца кабельной линии.

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 обеспечении работы интеллектуальной токовой защиты от однофазных замыканий на землю на кабельных линиях, состоящих из трех однофазных кабелей, в сетях с изолированной и резистивно-заземленной нейтралью. Технический результат достигается тем, что в интеллектуальную токовую защиту от однофазных замыканий на землю вводятся датчики токов в экранах кабелей. Применение данных датчиков позволяет определять возникновение токов в экранах однофазных кабелей при появлении однофазных замыканий на землю. Измеренные датчиками тока значения поступают на первый вход релейного органа блока защиты с задаваемой уставкой на срабатывание. Значение тока уставки автоматически корректируется в зависимости от условий работы защищаемой кабельной линии, т.е. осуществляется адаптивная коррекция данного тока. Для этого 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 модуле по величинам напряжений на выходе измерительного трансформатора напряжения, на третий вход - сигнал о значении сопротивления цепи короткого замыкания с выхода второго микроконтроллера. Данное устройство позволяет осуществить работу защиты на кабельных линиях в электрических сетях, выполненных как трехфазные группы, содержащие три однофазных кабеля, в состав которых входят токопроводящие экраны, расположенные поверх изоляции токоведущей жилы и заземляемые хотя бы с одного конца кабельной линии. 1 ил.

Устройство интеллектуальной токовой защиты кабельных линий от однофазных замыканий на землю, содержащее релейные органы 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 выходов 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 на каждом из трех однофазных кабелей трехфазной кабельной линии, отходящей от секции шин, устанавливаются датчики тока в экранах кабелей, соединенные с входом релейного органа блока защиты.