Способ направленной защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети с изолированной нейтралью и компенсацией емкостного тока утечки на землю Советский патент 1988 года по МПК H02H3/17 H02H9/08 

00 QO 00 4

tr omrtfr.

/rf

фиг1

Изобретение относится к способам защиты от однофазиого aavuKaHHH на землю в компенсированных электрических сетях, преимущественно в распре- делительных сетях 6-35 кВ с емкостными токами за{4 1кания свьппе 30 А горно-добьгаающих предприя тий, где по условиям повышенной опасности об спуживания предусмотрено обязательное защитное отключени.е поврежденного (с однофазным замлканием на землю) присоединения .

Целью изобретения является повышение быстродействия защиты и повы- шение селективности выбора направления мощности нулевой последовательности.

На фиг. Г представлена векторная диаграмма, поясняющая сущность пред- ложенного способа; на фиг. 2 - схема .устройства для осуществления предложенного способа защиты.

Векторная диаграмма показана для двух граничных режимов нейтрали сети:

первый режим: степень настройки-

компенсации сети V - 0,5 и

0,5; (1д 0,,2:).

второй режим: V. 0,5, lo/Ip 1 .5I,,).о P

где IP и Ig - модули реактивного тока

CZ

компенсации и дополнительной активной составляющей тока замыкания. На фиг. I обозначены векторы:

-суммарный емкостный ток металлического однофазного заьа псания на землю (ОЗЗ) сети;

ij, - остаточный емко- стной ток 033 сети в режиме недо- компенсации со степенью настройки V 0,5;

(e, - емкостный ток 033 неповрежденной части сети;

-собственный емкостный ток 033 по- поврежденного присоединения;

и I - дополнительные

активные составляющие тока 033 соответственно

ai

С06

ог

, Q

5

0

5

n 0

5

, « 31,„

зГ

для первого и второго режима нейтрали;

-ток нулевой последовательности(НП) поврежденного присоединения соответственно для первого и второго режима нейтрали;

-сдвинутый предва31

С(НП),о

рительно на 60 ток НП неповрежденного присоединения;

и - сдвинутые предварительно на бо токи НП поврежден ного присоединения соответственно для первого и второго режима нейтрали;

3Ug - напряжение НП сети.

Для селективной работы измерительного органа направления мощности НП (например, фазочувствительного усилителя), имеющего угол максимальной чувствительности , в сети необходимо выполнение следующих условий:

в поврежденном присоединении - угол сдвига фаз между током и напряжением НП должен находиться в пределах

40

О Cf 90

(I)

в неповрежденном присоединении - угол сдвига фаз между током и напряжением НП должен находиться в пределах

90 Ч-неп 80

(2)

50

или угол сдвига фаз между током НП в поврежденном и неповрежденном присоединениях

90° с,,„ 180.

(2а)

В сети с нейтралью, заземленной через комплексное сопротивление, состоящее из параллельно включенных реактора (создающего реактивный ток компенсации 1) и высокоомного реэистора (создающего дополнительную активную составляющую 1 тока 033), угол сдвига фаз между 31 и Зи в поврежденном присоединении определяется из выражения

замыкания на землю, что повмппает бьг- строде 1ствие защиты по сравнению с известным способом.

Полное время защитного отключения по известноьгу способу

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для защиты компенсированных злектрических сетей от замыканий на землю. Цель изобретения - повьпиение быстродействия защиты и повышение селективности выбора направления мощности нулевой последовательности. При однофазном замыкании на землю в измерительном трансформаторе 4 появляется напряжение нулевой последовательности, а в трансформаторах 5 тока нулевой последовательности всех линий соответ- ствуюуд е токи. После предварительного поворота фазы тока на угол 60 угол сдвига фаз между током и напряжением нулевой последовательности в поврежденной линии составляет 10 , а в неповрежденной - 140 . Позтому на выходе фазочувствительного органа поврежденной линии мощность сигнала будет близка к максимальной,и он, сработав, отключит линию. 2 ил. (Л

Cf arctg

( )IP TCH -Ip

(-1

а этот угол единении

в неповрежденном присоСрнеь 180 -с.

При 0,5-и TO/IP 0,5-1 угол СР изменяется в пределах 60-30 (без учета предварительного сдвига вектора 31 в присоединениях).

Мощность сигнала на выходе фазо- чувствительного усилителя измерительного органа направления мощности НП определяется из выражения

Р I 3Ujt) . 3ljt) . /5 (1-ь

+ cos

Cfjdt

где (Ь - коэффициент усиления усилителя .

В поврежденном присоединении для получения максимальной мощности .p - -макс должно быть ,, а в неповрежденном присоединении , цеп угол Ц)„g должен стремиться к 180. С учетом этого, а также для удовлетворения условиям (1), (2) и (2а) необходимо в присоединениях перед измерением сдвинуть Slj, на оптимальный угал угол, равный 60°. Тогда угол сдвига фаз между током и напряжением НП на поврежденном присоединении находится в пределах Cf ср - 69° о -(-20) . а на неповрежденном срне () +

60° 150 130 (фиг. 1).

Следовательно, полученные согласно предложенному способу углы Ср иср не,, обеспечивают селективность выбора направления мощности НП фазочувстви- тельным измерительным органом при замыканиях на землю в сети.

Кроме того, ввиду предварительного (до замыкания на земпю) подключения резистора между нейтралью сети и эем- лей параллельно реактору (фиг, 2) исключаются затраты времени на формирование сигнала и на в спючение резистора в н ейтраль сети при возникновении

TOTK f- 6.p

+ tp +

S л

,(6)

(-1} 10 Полное время зап(итного отключения по предлагаемому способу

t

PJ

+ t

(7)

20

30

35

,40

45

50

gg

15 где

t

Ф

t

,л

t.

25

t

-время формирования СИ1- нала на включение резистора в нейтраль (выключателем в цепи резистора) ;

-собственное время отключения выключателя поврежденной линии и в цепи резистора;

-время срабатывания реле защиты.

При прочих равных условиях, когда t

Р

t

P S

вр ел t(p tp- , из выражений (6,: И (7) следует, что время защитного отключения по предлагаемому способу в 2 раза ниже, чем по известному.

Устройство для защиты от замыкания на землю содержит реактор I, подклкз- ченньш между нейтралью силового трансформатора 2 сети и землей, который предварительно настроен в режим надо- компенсации емкостного тока замыкания со степенью настройки компенсации V

--- Of5, высокоомный резистор 3,

сг

подключенный параллельно реактору I и создающий дополнительную активную состаапяющую тока замыкания, например Ig 0,4 1 (для одного из значений, лежащих внутри границ режима (0,25 - 0,5) , измерительный трансформатор 4 напряжения, например НТМИ-6(10), служащий для выделения напряжения НП в сети, трансформатор 5 тока НП защищаемого присоединения, реле 6 защиты, реагирующее на мощность НП и включающее в себя блок 7 сдвига фазы тока НП, усилитель 8 переменного тока с резонансным фильтром на выходе в канале тока НП, фазо- чувствительный 9 и исполнительный 10 органы. Выключатель 11, получающий сигнал на отключение поврежденной линии от исполнительного органа реле защиты.

При однофазном эам.1кании на землю в одной из линий сети в обмотке разомкнутого треугольника трансформатора 4 появляется напряжение НП (фиг. 1), а на выходах трансформаторов тока поврежденной и неповрежденной линий - соответствующие токи НП.

На поврежденной линии угол сдвига фаз между 31 и 30 равен ср„ 40 , а на неповрежденной ( цр 90°. После предварительного поворота фазы тока НП на линиях блоками 7 (фиг. 2) на угол 60 углы сдвига фаз между 31о и 3Ue в поврежденной линии - -р ц 10 , а в неповрежденной - 140 .

На выходе фазочувствительного органа поврежденной линии согласно выражению (5) мощность сигнала близка к максимальной и он сработает, отключив при этом линию, а на выходе этого органа на неповрежденной линии мощность сигнала составит не более 10% от значения на поврежденной лини (при tf Ю), что ниже заданной уставки исполнительного органа и реле заациты не срабатывает.

Таким образом, предложенный спосо защиты от зам 1кания на земаю в сети с изапированной нейтралью и компенсацией емкостного тока за14|1кания обеспечивает селективньй выбор направления мощности НП, т.е. позволяет реализовать выбор поврежденной линии сети иа более чувствительном к каккям на землю через переходное сопротивление принципе, а также повысить быстродействие защиты по сравнению с известным способом. Предпо- способ защиты от замыкания на землю не исключает селективную работу токовых реле в сети (реагирующих на абсолютное значение или производную по времени тока НП в линии), обе спечивая при этом повьщ1енное быстро действие по сравнению с известным способом.

Перевод дугогасящего реактора в нейтрали сети на режим недокомпенса- ции емкостного тока заьшкания не ведет к повьаоению кратностей перенапряжений на здоровых фазах при дуговых замлкаииях на землю ввиду параллельного заземления нейтрали сети через высокоомный резистор, создающий дополнительную активную составляющую тока 033 в пределах 1„ (0,25

0 5

0 5

0 5 0 5

0

5

0,5) 1, (0,5-1) ICECOO) При а - -сгсост) кратности перенапряжений находятся в пределах К 2,5-2,3, что соответствует режиму, близкому к резонансной настройке в компенсированной сети.

Применение предложенного способа в шахтных электрических сетях 6-10 кВ позволяет существенно повысить безопасность эксплуатации подземных электроустановок, сокращает время простоев горной техники, обусловленных поиском поврежденного присоединения при отсутствии селективной релейной 3 ащи ты.

Формула изобретения

Способ направленной защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети с изолированной нейтралью и компенсацией емкостного тока утечки на землю, основанный на создании дополнительной активной составляющей тока замыкания на землю путем .заземления нейтрали сети через резистор, выделении тока нулевой последовательности защищаемого присоединения и напряжения нулевой последовательности в сети, измерении угла сдвига фаз между выделенными параметрами, сравнении электрической величины, пропорциональной измеренному углу, с эталонной величиной и формировании отключающего сигнала в случае превышения электрической величины эталонной, отличающий ся тем, что, с целью повьппения быстродействия защиты и повышения селективности выбора направления мощности нулевой последовательности, в нормальном рабочем режиме создают недокомпенсацию емкостного тока утечки на землю со степенью настройки компенсации Vj 0,5, а дополнительную активную составляющую тока замыкания на землю создают путем постоянного подключения к нейтрали сети резистора, причем от- нощение модуля дополнительной активной составляющей к модулю реактивного тока компенсации берут в пределах 0,5-1, а вьоделенный ток нулевой последовательности защищаемого присоединения сдвигают на угол 60 , где

V -l

т

- степень настройки ком,пенсации, -, 1р и - соответственно модули реактивного тока компенсации.

ai

nn

tx,(ocm} ICM.

fi(n)l

3tg(Hfn)

3to(fn)

Фиб.1