Способ гашения дуги замыкания на землю в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью Советский патент 1992 года по МПК H02H9/04 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам прекращения дуги замыкания на землю в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью.

Как известно, эти замыкания являются причиной высоких перенапряжений в сетях С изолированной нейтралью, а также массовых повреждений трансформаторов напряжения контроля изоляции 6-35 кВ. Оба эти явления наблюдаются в сетях с малыми токами замыкания на землю, в которых не предусмотрена установка дугогасящих ре-акторов.

Известен способ ликвидации дуги замыкания на землю, по которому при возникновении замыкания, выявляемому, например;

по появлению напряжения на нейтрали, определяют поврежденную фазу и замыкают ее на землю на подстанции. Этот способ реализован устройством 1. Он достаточно эффективен, однако его реализация требует применения коммутационных аппаратов рассчитанных на полное напряжение сети, т.е. сравнительно дорогих, особенно, если речь идет о тиристорных коммутаторах.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, реализованный в устройстве 2. Этот способ заключается в контроле напряжения сети (в частности, напряжения нейтрали), в дифференцировании напряж ния и включении резистора в цепь нулевой последовательности сети при условии, что

производная напряжения превосходит некоторую величину, задаваемую пороговым устройством. Как известно, резкие изменения напряжения (скачки) появляются при дуговых замыканиях в сети из-за повторяющихся пробоев дугового промежутка.

Однако известный способ недостаточно надежно определяет опасные дуги, сопровождающиеся высокими перенапряжениями. Происходит это потому, что результат дифференцирования напряжения зависит от двух факторов: значения скачка напряжения, а также от крутизны кривой напряжения в момент скачка. Если значение скачка напряжения определяется перенапряжением, то крутизна скачка, возникающего при очередном пробое дугового промежутка, определяется не столько дугой, сколько параметрами сети в данный момент. На спектр частот переходного процесса влияют, например, числа включенных линий и трансформаторов, параметры нагрузки, место замыкания и т.д. Поэтому пороговый блок в зависимости от режима сет« будет реагировать на появление дуг с разнь ми перенапряжениями, в том числе и с относительно малыми, если только крутизна скачков достаточно велика.

Замыкания с малыми перенапряжениями, во-первых, не представляют опасности для оборудования, во-вторых, попытки погасить такие дуги ие имеют смысла, так как дуговой промежуток не выдерживает даже малого восстанавливающегося напряжения и дуга все равно не погаснет из-за наличия фазного напряжения на дуговом промежутке. Таким образом, в этой ситуации устройство, реализующее известный способ, будет работать напрасно, расходуя свой ресурс, приводя к потерям электроэнергии и т.д.

В других случаях это устройство не сможет надежно выявлять даже опасные дуги потому, что в некоторых режимах сети частота импульсов окажется низкой и не приведет к срабатыванию устройства.

Целью изобретения является повышение эффективности путем выявления дуг замыкания, сопровождающихся опасными перенапряжениями.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу гашения дуги замыкания на землю в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, по которому контролируют напряжение сети, фиксируют наличие а нем скачков, кратковременно включают резистор в цепь нулевой последовательности сети, дополнительно анализиpytOT интервалы времени между соседними скачками напряжения, выделяют такую серию последовательных скачков, что все интервалы между ними превышают заданное значение, а резистор включают только при наличии такой серии. Длина серии Кюжет определяться заданным числом .скачков.

Возможно задание серии скачков ее длительностью.

Сопротивление резистора может выбираться и:з условия разряда eN)кости сети за время, не превышающее заданного интер0 вала между соседними скачками.

На фиг. 1 и 2 представлены стилизованные осциллограммы дуговых процессов; на фиг, 3 - блок-схема одного из возможных устройств гашения дуги по предлагаемому

5 способу.

Эффективность предлагаемого способа гашения дуги основана на получении более точной, чем в прототипе, информации о проведении и свойствах конкретной дуги. Йн0 тервалы времени между зажиганиями характеристика дуги, а не схемы, в которой она горит.

Действие способа основано на представлении освободном заряде на емкостях

5 сети, который образуется после очередного погасания дуги и равномерно распределяется по емкостям фаз, создавая на нейтрали напряжения смещения.

После погасания дуги напряжение на

0 дуговом промежутке представляет собой синусоиду рабочего фазного напряжения (фиг. 1), сложенную с постоянным напряжением смещения нейтрали так, что в начале процесса восстановления напряжения оно

5 равно нулю (с точностью до малой величины так называемого пика гашения). Начальная фаза синусоиды в момент гашения дуги зависит от свойств промежутка, а именно от момента гашения тока (при переходе через

0 нуль высокочастотной составляющей либо тока основной частоты). В процессе восстановления напряжения возможны две ситуации. Во-первых, возможен повторный пробой промежутка вскоре после гашения, когДа

5 напряжение на промежутке не достигло амплиТуды фазного напряжения фиг. 1 момент ti. При этом интервал времени между гашением (при. t 0) и зажиганием дуги (t ti) достаточно мал, а перенапряжения в сети при

0 таком зажигании определяются величиной напряжения на поврежденной фазе в момент зажигания. Очевидно, перенапряжения 6 этом случае также малы. Если учесть, что в энергосистемах при горении дуги малого тока в воздухе гашения этой дуги происходит при прохождении через нуль высокочастотного тока, т.е. практически сразу вслед за-зажиганием, то описываемая ситуация соответствует малым временам двумя последовательными скачками

напряжения в сети, соответствующими последовательным зажиганиям дуги. Такая дуга с зажиганиями при малых напряжениях характерна либо для действительно поврежденной изоляции, либо для 5 начальной стадии дуги, вызванной какимито случайными причинами при исправной изоляции (атмосферное перекрытие либо перекрытие по какому-то выгорающему постороннему материалу, по случайному, ув- 10 лажнению загрязнённой изоляции и т.п.). В этой ситуации включение резистора в цепь

нулевой последовательности сети вызовет разряд емкостей сети, но это будет бессмысленно, поскольку дуга вновь зажжется 15 под действием фазного напряжения, на которое не влияет резистор.

Вторая возможная ситуациясоответствует очередному зажиганию дуги в момент, когда напряжение фазы относительно зем- 20 ли превосходит амплитуды фазного напряжения фиг. 1, момент t2. Этот случай соответствует, например, удлинению дуги под действием конвекции воздуха и возможен через некоторое время после первого 25 зажигания дуги. При этом именно наличие зарядов на емкостях сети препятствует окончательному гашению дуги и в этом случае целесообразно включение резистора с тем, 4Td6bi обеспечить разряд емкостей. 30 Торда следующего зажигания дуги уже не будет, так как к дуговому промежутку будет приложено только фазное напряжение,.а его этот промежуток выдерживает. Из фиг. 1 следует, что обсуждаемый случай соответ- 35 ствует значительным временам между соседними моментами зажиганий дуги. Если напряжение смещения нейтрали близко к амплитуде фазного напряжения (а этот случай наиболее опасен как высокими riepe- 40 напряжениями, так и возможностью насыщения магнитопроводов трансформаторов напряжения), то интервалы времени между скачками должны быть около полупериода, но не мерее четверти периода про- 45 мышленной частоты.

Таким образом, анализ интервала времени между скачками дает возможность определить характер дуги, опасность ее для

электрооборудования, а также судить о це- 50 лесообразности попыток ее гашения.

Еще один признак (о наличии серии скачков как условия включения резистора) связан с представлением о статичности ду-. ги, о возможности случайных более или Мб- 55 нее длительных пауз в ее горении а также с тем, что даже при малых напряжениях зажигания, меньших амплитуды фазного напряжения, возможны ситуации, когда интервал времени двумя зажиганиями может

быть большим. Это будет, например, при гашении вблизи амплитуды фазногонапряжения. В последнем случае такие редкие зажигания будут не более, чем одно-два подряд. Такой случай представлен качественно на фиг. 2. Требование серии скачков и должно отсеять указанные случаи и включать резистор только при условии, что значительные интервалы между скачками являются не случайными, а свидетельствуют об определенном характере горения дуги.

Что касается длительности серии, которая должна дать уверенность в неслучайном ее происхождении, то она может быть задана, например, числом импульсов в ней. Можно задавать величину серии определением ее общей длительности.

Сопротивление резистора целесообразно выбирать таким, чтобы обеспечить разряд емкостей к моменту следующего возможного зажигания дуги. Т.е. за время заданного интервала между соседними скачками напряжения.

Требование серии скачков перед включением резист(эра означает допущение определенногочиславысокихперенапряжений в сети. Однако изоляция сети с изолированной нейтралью выполняется с учетом этих перенапряжений, поэтому опасными перенапряжения могут быть в случаях, когда дуга горит десятки минут и часы, когда могут развиться дефекты изоляции и привести к двойному замыканию на землю. То же относится к трансформаторам напряжения, которые выходят из строя через мин таких воздействий.

В качестве примера укажем, что расчетное время между соседними скачками целесообразно принять 5 мс. Это обеспечивает выявление таких дуг, пробивное напряжение KOTOpbix выше фазного напряжения сети. Длину серии скачков целесообразно характеризовать числом скачков, из которых она состоит, и принять это число равным 4. Что касается величины активного сопротивления, выклкэча.емого в дополнительную вторичную обмотку трансформатора напряжения, то она составляет доли Ома для сети 10 кВ с током замыкания на землю порядка нескольких ампер.

Способ может быть реализован, например, с помощью устройства, блок-схема которого показана на фиг. 3.

Устройство содержит последовательно включенные блок 1 фиксации Скачков в напряжении сети, первый интегратор 2, первое пороговое устройство 3, второй интегратор 4, второе пороговое устройство 5, исполнительный блок 6. резистор 7. 7 171474 Кроме того, в устройство входит блок 8 питания, связанный с теми блоками, которым необходимо питание. Блок 1 фиксации скачков может быть быполнен в виде дифференцирующей це-5 почки. Интегратор 2 представляет собой RCцепочку, подключенную к источнику 8 питания таким образом, что на емкости существует постоянный заряд. Па1 аллельно10 емкоЬти включен ключ (фиг. 3), например, тиристорный, управляемый выходным сигналом блока 1 фиксации скачков. Интегратор 4 является обычной RG-цепочкой.15 Пороговые элементы 3 и 5 могут быть электромагнитными реле, а исполнительный блок 6 - реле или контактором. Блок 8 питания любого типа. Устройство работает следующим обра-20 зом.В нормальном рабочем режиме скачки в напряжении сети отсутствуют, на входе блока 1 сигнала нет, емкость блока 2 заряжене, пороговое устройство 3 находится в25 стационарном состоянии, поэтому резистор 7 отключен и устройство не влияет на работу сети. При наличии скачков напряжений, аызванных дуговым замыканием йа землю в30 сети, на выходе блока 1 фиксации скачков появляются сигналы. Каждый из этих сигналов через ключ разряжает емкость интегра-, тора 2, после чего емкость снова заряжается от источника 8 питания.35 Постоянные времени заряда и разряда емкости интегратора 2 оаределяются величинами сопротивлений зарядного резисторЗ и ключа. Они выбираются таким о&разом, чтобы в случае, когда интервалы времени40 между импульсами больше заданной велиЧины, емкость интегратора 2 успевала зарядиться до уставки порогового устройства 3, а если эти интервалы меньше, то емкость не успевает зарядиться до величины уставки45 порогового устройства 3. Если скачки нап эяжения в сети образуют такую серию, что интервалы времени между соседними скачкамй превышают заданную величину, то пороговбе устройство 3 будет срабатывать50 периодически. Если же интервалы между скачками будут меньшими, то устройство 3 48 будет находиться в стационарном положении. . Таким образом, устройство, анализируя интервалы времени между соседними скачками напряжения, фиксирует режим, когда интервалы между импульсами превышают заданную величину. В этом случае периодический сигнал с порогового устройства 3 поступает на второй интегратор 4 и заряжает его емкость. Постоянные времени ааряда и разряда второго интегратора подобраны так, что через заданное число импульсов напряжения на его выходе становится равным напряжению срабатывания второго порогового устройства 5. Оно срабатывает и подает сигнал на исполнительный блок 6, который включает резистор 7. Если периодического сигнала на выходе порогового устройства 3 не будет, то не будут работать интегратор 4 и пороговое устройство 5, и исполнит-ельный блок б не подключит резистор 7. Ф о р м у д а и з о б р е т е н и я 1. Способ гашения дуги замыкания на землю в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, по которому контролируют напряжение сети, фиксируют наличие в нем скачков и кратковременно включают резистор в цепь нулевой последоватепьности.сети, о т л и ч а ю Щ и и с я тем, что, с целью повыи ения эффективности путем выявления дуг замыкания, сопровождающихся опасными перенапряжениями, дополнительно анализируют интервалы времени между соседними скачками напряжения, выделяют такую серию последовательных скачков, в которой интервалы между соседними скачками превь1шают заданную величину, и включают резистор только при наличии такой серии. 2. Способ по п. 1. о т л и ч а ю щ и и с я тем, что величина серии определена заданным числом скачков, 3. Способг по п. 1, о т ли ч а ю щ и и с я тем, что величина серии определена ее заданной длительностью, 4. Способ по п.. Т, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что сопротивление резистора выбрано из условия разряда емкости сети за время, не превышающее заданного интервала между соседними скачками.

иф

Изобретение относится к электротехнике, а именво к средствам гашения дуги замыкания на землю в электрических сетях сизолированной нейтралью. Цель изобретения - повышение эффективности путем выявлениядугзамыкания, сопровождающихся опасными перенапряжениями. Способ гашения дуги заключается в фиксации скачков напряжения в наг1ряже- нии сети, определении временных интервалов между соседними скачками, выделении такой их серии, что интервалы между сосед- , ними скачками превышают заданную величину, и при наличии такой серии включении резистора в зоне нулевой последовательности сети. Величина серии может задаваться либо длительностью, либо числом скачков напряжения. Условием выбора сопротивления резистора может быть разряд емкостей сети за время, не превышающее заданного интервала между соседними скачками. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.слс

Фие.2

-7&

Фие.З