Устройство для автоматического шунтирования поврежденной фазы в электрической сети с изолированной нейтралью Советский патент 1985 года по МПК H02H5/12 

Изобретение относится к электротехнике, в частноети к устройствам повышения электробезопасности в электрических сетях с изолированной нейтралью.

Цель изобретения - повышение селективности устройства.

На чертеже представлена блрк-схейа предлагаемого устройства.

Устройство бодержит шунтирующие выключатели. 1., i блок 2 управления, блок 3 выбора Поврежденной фазы, , формирующий переменное напряжение, прямо пропорциональное тог ку, протекающему через шунтирующий выключатель, блок 5, формирующий переменное напряжение, прямо пропорциональное напряжению смещения нейтрали и сдвинутое относительно него по фазе, выпрямитель 6, пороговый орган 7, орган 8 выдержки времени, исполнительный орган 9, датчик 10 тока и датчик 11 напряжения. .

Блок 3 выбора поврежденной фазы подключен, к вторичной трехфазной обмотке измерительного датчика напряжения и к вторичной обмотке этого же датчика, включенной по схеме разомкнутого треугольника. Выбор поврежденной фазы осуществляется по повышению напряжения в опережающей фазе с контролем по напряжению смещения нейтрали.

Блок выбора поврежденной фазы выдает управляющие сигналы блоку 2 управления.

Блок 2 управления реализует следующий алгоритм работы:

-после появления в сети замыкания на землю с выдержкой времени выдает команду на включение шунтирующего выключателя фазы с поврежденной изоляцией, выбранной блоком 3;

-после включения шунтирующего выключателя с выдержкой времени выда:ет команду на его отключение;

-если земля в сети не ликвидирована (блок 3 вьщает управляющий сигнал о замыкании соответствующей фазы), выдает команду на повторное включение шунтирующего выключателя.

Такой алгоритм работы объясняется следующим.

Так как анализ количества и продолжительности однофазных замыканий на землю в сетях 6-10 кВ показал, что около 80% ихносит проходящий характер и самоу.страняется за время

до 5 с,то для отстройки от проходящих замыканий целесообразно шунтирова- ние поврежденной фазы производить с выдержкой времени после момента появления земли.

После шунтирования поврежденной фазы,определенная часть замыканий, особенно дуговых, ликвидируется за 1-2 с. Если спустя это время отключить шунтирующий выключатель, то зачастую оказывается, что земли.уже нет. Поэтому в устройстве для автоматического шунтирования поврежденной фазы (АШФ) целесообразно ввести

проверочный цикл: отключение через

2с вклю.ченного выключателя, автоматическая проверка наличия земли

с последующим включением шунтирующего выключателя, если земля еще

есть в сети, и возвратом в исходное состояние при отсутствии земли.

Блок 2 управления устройства состоит из трех последовательно соединенных реле времени. Первое реле за-;

пускается входным сигналом от блока

3и с выдержкой времени дает команду на включение шунтирующего выключателя. Второе реле, запускаемое выходным сигналом первого реле с выдержкой времени, выдает сигнал на отключение шунтирующего выключателя. Третье реле, запускаемое выходным сигналом второго реле вьщает сигнал на повторное включение шунтирующего

выключателя, если земля в сети не исчезает.

Блок управления реализуется на электромагнитных реле или полупроводниковых элементах.

Шунтирующие выключатели 1 .с пофазным управлением представляют собой известные силовые коммутационные аппараты, рассчитанные на рабочие напряжения и токи сети. Они могут быть масляными, вакуумными, тиристорными или других типов.

Один Из контактов шунтирующих выключателей подключен к соответствующей фазе сети, другой через общий датчик тока - к контуру заземления. Операция включения и отключения этих выключателей осуществляется по командам, вьщаваемым блоком 2 управления. Кроме того, отключение любого из включенных шунтирующих выключателей может быть осуществлено по команде, выданной исполнительным органом 9.

Блок 4, формирующий переменное напряжение, прямо пропорциональное 3. току, протекающему через шунтирующи выключатель, подключен к датчику 10 тока. Он содержит промежуточный тра сформатор, вторичная обмотка которо нагружена на резистор. В связи с те что ток замыкания на землю сети с изолированной нейтралью содержит вы шие гармонические составляющие непро мышленной частоты, для ограничения этих составляющих в выходном .напряж нии блок 4 содержит фильтр с резона сной частотой, равной промьшшенной (50 Гц). Блок 5, формирующий переменное на пряжение, прямо пропорциональное на пряжению смещения нейтрали и повернутое относительно него по углу, подключен к вторичной обмотке датчика 11 напряжения, соединенной по схеме разомкнутого треугольника. Он содержит промежуточный трансформатор, резисторы, фазовращающуюся цепочку. Выходы блоков 4 и 5 соединены последовательно-встречно и подключены к выпрямителю 6. В результате этого на выпрямитель подается напряжение, равное разности выходных напряжений блоков 4 и 5. При замыканиях на землю в сети с изолированной нейтралью емкостной ток замыкания составляет с напряжением смещения нейтрали угол, близкий к 90°. Блок 5 осуществляет поворот напряжения, пропорционального .напряжению нулевой последовательности, на этот же угол до совпадения по фазе с напряжением, пропорциональ ным току замыкания и совпадающим с ним по фазе, которое формируется блоком 4. Поэтому на выпрямитель 6 подается напряжение, близкое к нулю Это достигается предварительной регулировкой выходных напряжений блоков 4 и 5 при включенном шунтирующем выключателе одной из фаз и отсутстна землю в другой точ ВИИ замыкания ке сети. Если через датчик 10 тока дополнительно с емкостным током сети протекает часть нагрузочного тока, то они складываются геометрически. Суммарный ток через АШФ составляет с напряжением смещения нейтрали угол, отличный от 90°. Отличается от емкостного и амплитуда суммарного тока. Поэтому на выпрямитель подается напряжение, пропорциональное 45 той части тока нагрузки поврежденной линии, котора я протекает через шунтирующий выключатель к месту повреждения. Выпрямитель 6 представляет собой известную двухполупериодную мостовую схему выпрямления. К выходу выпрямителя 6 подключен пороговый орган 7, выполненный на операционном усилителе. К выходу порогового органа 7 подключен орган 8 вьщержки времени. Его назначение заключается в от- стройке от бросков нагрузочного тока линии, возникающих при запуске мощных электродвигателей, подключении трансформаторов и т.д. Орган 8 выдержки времени выполнен в виде реле времени на операционном усилителе, срабатывающем после заряда емкости после ее дешунтирования транзистором. К выходу органа 8 вьщержки времени подключен испонительный орган 9 представляющий собой электромагнитное реле, управляемое транзисторным ключом. При замыкании контактов реле выдается командный сигнал на отключение шунтирующих выключателей. При шунтировании поврежденной фазы режим сети в части линейных напряжений не изменяется, электроснабжение потребителей не прерывается. В результате шунтирования напряжение относительно земли на фазе с поврежденной изоляцией значительно снижается, происходит успешное гашение заземляющих электрических дуг и существенно уменьшаются напряжения прикосновения и шага в месте повреждения. Во время эксплуатации устройств АШФ при многих положительных характ.еристиках выяснилось, что в отдельных случаях при шунтировании вместо снижения напряжения-в месте замыкания происходит его повьш1ение. Проведенный анализ, расчеты и специально поставленные эксперименты показали, что это явление связано с протеканием части нагрузочного тока линии через место шунтирования по цепи шунтирующий выключатель - место повреждения под действием падения напряжения в сопротивлении линии. Это явление наблюдается лишь при низких переходных сопротивлениях в месте замыкания, когда суммарное сопротивление шунтирующей цепи соизмеримо с сопротивлением проводов лиНИИ (замыкания на заземленных опорах, потребительских подстанциях 6-10/0,38 кВ, опорах с разъединителями, разрядниками и т.д.). Если за мыкание вызвано повреждением изоляции на незаземленных железобетонных опорах (которых более 70% в сети) или обрывом провода с его падением, то ввиду большого переходного со противления протекания по земле час ти нагрузочного тока не происходит. Шунтирование поврежденной фазы здесь вызывает значительное снижение напряжения в месте повреждения. Устройство работает следующим образом. При замыканиях на землю одной из фаз трехфазной электрической сети е изолированной нейтралью блок 3 45« выбора поврежденной фазы определяет поврежденную фазу и вьщает сигнал блоку 2 управления, который в свою очередь дает команду на включение шунтирующего выключателя 1 этой фазы. При отсутствии протекания части тока нагрузки через включающийся шунтирующий выключатель напряжение на входе блока 7 от блока 6 ниже уставки срабатывания. Если через цепь шунтирования дополнительно с емкостным током замыкания протекает часть нагрузочного тока,то на выходе выпрямителя 6 появляется напряжение, приводящее к срабатыванию порогового органа 7 и соответственно органов 8 и 9. Исполнительный орган 9, сработав, дает команду на отключение шунтирующего выключателя.

УСТРОЙСТВО ДЖ АВТОМАТИЧЕСКОГО ШУНТИРОВАНИЯ ПОВРЕЖДЕННОЙ ФАЗЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее датчик напряжения в виде трансформатора, к двум вторичным обмоткам которого подключен блок выбора поврежденной фазы, выход которого подключен через блок управления к трем шунтирующим выключателям каждого фазного провода,, соединенным в звезду, отличающееся тем, что, с целью повышения селективности устройства, в него введены датчик тока, установленный между нулевой точкой звезды шунтирующих выключателей и землей, блок, формирующий переменное напряжение, прямо пропорциональное току, протекающему через шунтирующий выключатель, блок, формирующий переменное напряжение, прямо пропорциональное напряжению смещения нейтрали и сдвинутое относительно него по фазе, выпрямитель, пороговый орган, орган выдержки мени и исполнительный орган, при этом выход датчика тока соединен через блок, формирующий переменное напряжение, прямо пропорциональное току, протекающему через шунтирующий выключатель, с первьм входом выпрямителя и первым выходом блока, фор(О . мирующего переменное напряжение, прямо пропорциональное на пряжению смещения нейтрали и сдвинутое относительно него по фазе, вход которого подсоединен к второй обмотке датчика напряжения, причем выход указанного выпрямителя через последовательно соединенные пороговый орган, optaH выдержки времени, исполнительный оргатн подсоединен к каждому из шунтиСО рующих выключателей, а второй выход СП блока, формирующего переменное напряжение, прямо пропорциональное напря ению смещения нейтрали и сдвинутое относительно него по фазе, подсоединен к второму входу выпрямителя.