Устройство для компенсации потенциала поврежденной фазы Советский патент 1986 года по МПК H02H9/08 

Х - индуктивное сопротивление нулевой последовательности присоединительного и компенсирующего трансформаторов;

«

Изобретение относится к автоматическим устройствам компенсации тока и напряжения, к устройствам для компенсации токов замыкания на землю и может быть использовано, в первуто очередь, для компенсации токов замыкания на землю и потенциала поврелсденной фазы относительно земли в шахтных электрических кабельных сетях, специфика эксплуатации которых требует повьшенной иадех ности и . безопасности работы, кроме того, в промышленности, в городских или сельс сих сетях, как в высоковольтных, так и в низковольных.

Цель изобретения - повышение надежности устройства.

На фиг, изображена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - векторная диаграмма напряжений; на фиг.З - блок выбора поврежденной фазы и цепей управления выключателями i

Устройство (фиг.1) состоит из трехфазного присоединительного транформатора 1 с первичной обмоткой 2, соединенной по схеме звезды с нейтралью, вторичной обмоткой 3, соединенной по схеме треугольника. Первичная обмотка 2 присоединительного трансформатора 1 подключена к сети 4, а нейтраль соединена с одним концом первичной обмотки 5 компенсирующего трансформатора 6, другой конец которой . Вторичная обмотка 7 компенсирующего трансформатора 6 одним концом соединена с вторичной обмоткой 8 регулировочного трансформатора 9, а другим концо подключена к соответствующим полюсам трехфазных выключателей 10 - 12 вторичная обмотка 7 компенсирующего трансформатора 6 так же подключена другш своим концом к соответствующим полюсам выключателей 10 активное сопротивление этого же контура; активное сопротивление в месте заземления нейтрали. 3 ил.

2

.12, К этим же выключателям соответственно подключены первичная обмот- ка 13 разделительного трансформатора 14, начало вторичной обмотки 15 раз- делительного трансформатора 14 и конец первичной обмотки 16 регулировочного трансформатора 9. Конец .первичной обмотки 15 разделительного трансформатора 14 соединен с началом первичной обмотки 16 регулировочного трансформатора 9. Вход трехфазного трансформатора 17 напряжения соединен с сетью 4, а выход - с блоком 18 управления. Блок 19 регулирования содержит регулиро- ,вочный трансформатор 9 и раздели .тельный трансформатор 10. Выход блока 18 управления соединен с цепями управления выключателей 10 - 12. Если замьжание в сети 4 происходит в точке 20, включается выключатель 10 (на фиг. 1 заштрихован-j.

Принцип работы устройства компенсации заключается в создании элект- родвижущей силы в первичной обмотке трансформатора компенсации, которая должна компенсировать потенциал поврежденной фазы относительно земли, и, следовательно, ток замыка- ния (причем компенсировать емкостную и активную составляющие этого тока),

Исследования (теоретические и физические) показьшают (фиг. 2), что в нейтраль сети 4 через компенсирующий трансформатор 6 должна быть введена компенсирующая ЭДС, равная

где ё - необходимая компенсирующая , . ЭДС;

®о-( основная ЭДС (равная по величине фазной величине . . напряжения); . дополнительная ЭДС (равная по величине паденио напряжения, создаваемому током нулевой последовательности или током замыкания на полном сопротивлении цепи компенсации);

- полное сопротивление нулевой последовательности цепи . . компенсации;

; 0 ток нулевой последовательности, протекающий по цепям

о- . +

где R - активное сопротивление нулевой последовательности присоединительного и компенсирующего трансформаторов ;

лт- индуктивное сопротивление нулевой последовательности присоединительного и компенсирующего трансформаторов;

,- активное сопротивление в месте заземления нейтрали (сопротивление контура заземления подстанции).

4

Основная ЭДС е синфазна с фазны напряжением поврежденной фазы С фиг.2); дополнительная ЭДС е имее фазу, не зависящук) от емкости сети, но зависящую от t сопротивления нулевой последовательности цепи компенсации, а именно

, ,

.

где Cf - фаза дополнительной ЭДС; о соответственно активное и индуктивное сопротивление цепи компенсации;

f i«const- относительные потери в изо ляции сети;

Q - активная проводимость изоляции сети;

(оС - емкостная проводимость изоляции сети.

Основная ЭДС вводится с вторично обмотки 3 присоединительного трансформатора 1 черзе соответствующий выключатель 10 (или 11,12) на вторичную обмотку 7 компенсир тощего трансформатора 6. Дополнительная ЭДС вводится через вторичную обмотку 8 регулировочного трансформатора 9, ток , создаянтлй l,oпoлнитeJIьнoй ЭДС, протекает на вторичной обмотке

03632 .

7 компенсирующего трансформатора 6. Таким образом, дополнительная ЭДС трансформируется в сеть 4. Формируется дополнительная ЭДС при помощи

5 регулировочного 9 и разделительного 14 трансформаторов. Составляющая it дополнительной ЭДС подается на первичную обмотку 16 регулировочного

трансформатора 9, а составляющая гп 10 подается на первичную обмотку 13 разделительного трансформатора 14.

Ток, созда шый трансформацией составляющей , протекает в первичной обмотке 16 регулировочного транс)5 форматора 9, создавая в последней ЭДС, которая геометрически суммируется с составляющей Ik. Таким образом во вторичную обмотку 8 регулировочного трансформатора 9 транс2Q формируется дополнительная ЭДС.

Регулируя количество витков вторичной обмотки 8 регулировочного транс форматора 9 можно изменять величину дополнительной ЭДС. Так как с изме-.

25 нением емкости сети фаза дополнитель ной ЭДС не меняется, то регулирование одного параметра (числа витков вторичной обмотки 8 регулировочного трансформатора 9) достаточно для настройки на льэбой емкостной ток сети 4. Фаза дополнительной ЭДС определяется соотношением коэффициентов трансформации разделительного 14 и регулировочного 9 трансформаторов

30

35

Ik Io(Xo-Ro 30°)co530° X,

km

.

- 00530 -6in30 o

40

R,n

COS 3o - sin 3o°

J

фиг.2 и выбирается в зависимости от полного сопротивления цепи нулевой последовательности.

Устройство работает следующим образом.

При возникновении замыкания в фазе А срабатывает блок 16 управления компенсацией к включает вьпслючатель 10, далее регулируется коэффициент трансформации вторичной обмотки В регулиров очного трансформатора У путем изменения количества витков вторичной обмотки В до тех пор, пока потенциал поврежденной фазы не снизится до минимума.

Компенсирующие ЭДС трансформируются через компенсирующий трансформатор в сеть в противофазе с потенцуалом поврежденной фазы относитель но земли за счет встречного включения первичной и вторичной обмоток компенсирующего трансформатора.

Применение схемы соединения встречных обмотЪк присоединительного трансформатора в треугольник позволяет уменьшить содержание высших гармоник в остаточном токе замыкания на землю, так как гармоники кратные 3 замыкаются в обмотке треугольника, уменьшить сопротивление нулевой последовательности присоединительного трансформатора в 3 раза, а это уменьшает сопротивление нулевой последовательности цепи компенсации в целом, падение напряжения на этом сопротивлении, и соответственно уменьшает требуему величину дополнительной ЭДС компенсации. А это, в срою очередь, уменьшает мощность дополнительных источников компенсации: разделительного и регулировочного трансформаторов.

Назначением блока 18 управления компенсацией {фиг.З} являются определение поврежденной фазы и включение соответствующих выключателей. Реле 21 - 23 напряжения подключены на разные напряжения к трансформатору 17 напряжения. Контакты 24 - 26 этих реле включены в цепи питания трехфазных выключателей 27 - 29. Питание для выключателей подается через контакты 30 и 31.

Блок 18 управления компенсацией работает следующим образом. В нормальном режш-ie при отсутствии замыкания на землю реле 21-23 напряжения находятся под напряжением, а их контакты 24 - 26 разомкнуты. И соответственно все выключатели не включены.

При возникновении .замыкания на землю, например в фазе А , фазное напряжение этой фазы падает, реле 21 замыкает свой контакт 24, н вы- кхаочатель 10 включателя. Аналогично схема работает при замыканиях на других фазах.

Дополнительные трансформаторы при определенном соотношении их коэффициентов трансформации обеспечивают полную компенсацию потенциала поврежденной фазы относительно земли при регулировании лишь одного параметра числа витков вторичной обмотки регулировочного

тран сформатора и снижении преде- лов регулирования, что значительно повышает надежность работы устройства в сети и упрощает конструкцию устройства.

Формула изобретения

10

15

20

5

0

5

0

5

0

5

Устройство для компенсации потенциала поврежденной фазы, содержа- щее присоединительный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к сети, соединена в звезду, нейтраль которой соединена с землей через первичную обмотку однофазного компенсирующего трансформатора, к вторичной обмотке присоединительного трансформатора подключены пофазно входы двух трехфазных

выключателей, трехфазный трансформатор напряжения подключен входами к трехфазной сети, а выходами - к входу блока управления компенсацией, к выходам последнего подключены цепи управления трехфазными вьжлючателями, блок регулирования, включающий разде- лительньй и регулировочный трансформаторы, входом соединенный с одним из выводов вторичной обмотки компенсирующего трансформатора, а выходами подключенный к трехфазньт выключателям, отличающее- с я тем, что, с целью повышения на дежности, оно снабжено третьим трех-г фазным выключателем, вторичная обмотка присоединительного трансформатора; соединена в треугольник, регулировочный трансформатор выполнен в виде двухобмоточного трансформатора, причем выходы первого полюса первого трехфазного выключателя, второго полюса второго трехфазного выключателя и третьего полюса третьего трехфазного выключателя соединены с одним выводом первичной и с одним вьшодом вторичной обмоток регулировочного трансформатора, а также с одним вьгоодом первичной обмотки разделительного трансформатора, другой вывод первичной обмотки регулировочного трансформатора соединен с одним вьшодом вторичной обмотки компенсирующего трансформатора, который является входом блока регулирования, а другой вьшод вторичной обмотки регулировочного трансформатора соединен с одним выводом вторичной обмотки разделительного трансформатора, выходы второго полюса первого трехфазного выключателя, третьего полюса второго трехфазного выключателя и первого полюса третьего трехфазного выключателя соединены с другим вьшодом первичной обмотки разделительного трансформатора, выходы третьего полюса первого трехфазного выключателя, первого полюса второго трехфазного выключателя и второсо полюса третьего трехфазного выключателя соединены с другим вьшодом вторичной обмотки компенсирующего и другим выводом вторичной обмотки разделительного трансформаторов, причем соотношение коэффициентов

12036328

трансформации регулировочного и разделительного та1 сформаторов должно буть равно

X -гQл

-5- -собЗО -51пЗО ,

К.

...

где Х-. R,

-, индуктивное сопротивление нулевой последовательности .присоединительного и компен. сирующего трансформаторов; активное сопротивление нулевой последовательности присоединительного и компенсирующего трансформаторов ;

активное сопротивление месте заземления нейтрали.

Устройство для компенсации потенциала поврежденной фазы предлагается использовать для компенсации токов замыкания на землю и потенциала поврежденной фазы относительно земли в шахтных электрических кабельных сетях. Надежность устройства повышается созданием компенсирующей ЭДС в обмотках разделительного 14 и регулировочного 9 трансформатороЕ, которая трансформируется через компенсирующий трансформатор 6 в сеть в противофазе с потенциалом поврежденной фазы относительно земли за счет встречного включения первичной и вторичной обмоток компенсирующего трансформатора. При возникновении замыкания в фазе А срабатьшает блок 18 управления компенсацией и включает вы- клн:чатель 10, далее регулируется коэффициент трансформации вторичной обмотки 8 регулировочного трансформатора 9 путем изменения количества витков вторичной обмотки 8 до тех пор, пока потенциал поврежденной фазы не снизится до минимума. Аналогично схема работает при замыканиях на других фазах 1 При этом соотношение коэффициентов трансформации . регулировочного и разделительного трансформаторов должно быть равно 30°-5in3o , .,

А

.30

КоТf

Фиг. 2

Составитель 0.Наказная Редактор О.Головач Техред А.Кикемезей Корректор В.Бутяга

Заказ 8426/57

Тираж 619Подписное

ВНИШ1И Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ШШ Патент, г.Ужгород, ул.Проектная,4

фиг.З