(54) СПССОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКА ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ТРЕХПРОВОДНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ ИЛИ КОМПЕНСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ
1
Способ относится к электроэнергетике и предназначается для определения вели-. чины тока замыкания на землю в трехпроводной электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью при возникновении замыкания на любом ее присоединении.
Известно несколько способов опреде.ления Тока замыкания на землю.
Один из них является способом непосредственно изменения тока путем металлического замыкания фазы на землю 11 и 2. Этот способ наиболее прост, но применение его создает опасность электропоражения ввиду возможности возникновения двойного замыкания на землю.
Недостатком применения этого способа является также то, что он дает возможность получать информацию о величине тока лииЛз при искусственном, преднамеренном замыкании фазы на землю.
К числу известных относятся также ЗЗ способ с применением лополнительНой проводимости, включаемой между фазой и землей; способ с наложением на нейтраль сети напряжения от постоянного источника; резонансный способ, заключающийся в настройке реактора в резонанс с сетью.
Для непрерывного контроля емкости сети, а значит и емкостного тока, используется также известная схема с тремя однофазными трансформаторами напряже10ния, втор1гчные обмотки которых соединяют в открытый треугольник 4}.
Однако все известные способы не обеспечивают возможности определения величины тока замыкания на землю непосредственно в режиме замьпштшя, которое может произойти и любой точке сети. В результате этого в режиме замыкания, когда особенно требуется контролировать величину тока, например, для работы защиты или для настройки компенсирующего реактора, информация о фактической величине тока отсутствует. Поэтому для настройки компенсации использует- 3 CS7 iiii(|jcpMaunfr о токе, полученная предго при тел ьно в cocTCffliiKH сети, предшество ;T5;;j;3K-i зан;ь:ханию на землю, хотя состо сэг; i- слолсвателько; величина тока гл;::гу7- Ког-ла;;; гься Б режиме замыкания. Мз кззесгных способов наиболее enKOKiDvi к изобретению по технической су ности является способ определения тока замыкания на землю, основанный на применении фильтра токов нулевой последозательнссти , При этом способе nenccpe.acTseiiMo в реьчиме замыкания на вьХоде ф шьгра получают сигнал, зависятдугй ог Беличи яы тока замыкания. Однако этот способ позволяет измерить емкостной ГОК некомпенсированной сети или остаточный ток компенсированной сети только без учета тока поврежденного присоединения. В сети же с одшт-f присоединением этим способом вообще нельзя измерить ток замьшания на землю. Известный способ применять только Е сетях с большим чис- лсм прТчСоедЕнеккй. Но поскольку емкост псзрэ к:аенного присоединения может сое- гйЕлять 3 a HTenfcHjTo долю общей емко- .ст-л сйгл к пля -зазных присоединений он Йьг: ло: :)3;л:-7Чой, точность измерений в ..:- ;., погучзагся неодина7 овой И зазнспт ст места замЕЛкания в сети. В )1еэультпте таклх измерений во всех слу чаях остается нез ггенным собственный т повреясдспного присоединения, измеренный и фактический токи отличаются, Есл же измерения с фильтром токов нулевой последовательности производить на зажимах источника питания, то неучтенным окажется весь емкостной ток сеT;HS т.е. этот способ оказывается непригодным для рпределекия общего для всей сети тока замыкания на землю. Это объясняется особенностями распределения токов нуле1зрй последователь ности в сети при замьпсании на землю. Для обеспечения возможности получения информации о величине фактическо го и общего для всей сети тока замыкания на землю при возюткновешш замыкания в любой точке сети предлагается способ, основанный на измерении линейных токов двух неповрежденны фаз и выделении из них сигнала, пропор ционального току замыкания на землю. Чтобы выделить эту составляющую, из меряют линейнь е токи этих фаз,преобр иуют их в синусоидальные напряжения. Полученное папряженио отстаютней фазь( смепшют но угол - вО. Это необходи 494 МО для того, чтобы составляющий нат ряжений фаз от токов симметричного нормального режима сети стали в противофаое. Далее сумА. напряжения двух фаз. При су7ч мировании напряжений эти их состоящие взаимно скомпенсируются, а составляюшие от токов замыкания дадут результирующее напряжение, пропорпиональное току замыкания сети. Такого же результата достигают, если полученное напряжение опережающей фазы смещают на угол и затем также суммируют напряжения двух фаз. Аналогично определяют ток замыкания сети, если полученное напряжение отстающей фазы смещают на угол или опережающей фазы - на о угол -i2O и затем вычитают напряжения двух фаз. В компенсированной сети ток замыкания является остаточным, как результата наложения емкостного тока сети и индуктивного тока реактора. Поэтому, чтобы учесть обе составляющие тока замыкания и определить величину остаточного тока предложенным способом, измерительные трансформаторы тока включают в линейные провода на выводах источника питания до места присоединения трансформатора, к которому подключают реактор. Для определения емкостного тока сети трансформаторы тока включают за этим трансформатором. На фиг. I приведена схема, поясняющая распределение токов в сети и размещение измерительных трансформа торов тока для осуществления предлагаемого способа на фиг. 2 - функциональная схема одного из вариантов определения тока замыкания на землю; на фиг. 3 - векторные диаграммы, соответствующие нормальному режиму состояния сети; на фиг. 4 - диаграммы поясняющие изменения токов в режиме замыкания фазы на землю (фазы Д). Для осуществления способа определения тока замыкания в компенсированной сети, имеющей некоторую нагрузку I, емкость 2 относительно земли и компенсирующий реактор с трансформатором 3 присоед1шения, измерительные трансформаторы 4 тока включают в линейные провода на выходе источника питания. При замыкании, например, фазы А измеряют токи неповрежденных фаз Б и В. Далее, например, по ф кциoнaльнoй схеме на фиг. 2 преобразуют naNfoponiibie токи в ПрОПОрЦИОНПЛЬНР к им По ПГ1.-1ИЧИН. иа111)яжения с помощью двух одинаковых элементов п эеобразования 5. Полученное напряжение, пропорциональное гок огстаюшей фазы, смещают с помощью фя зосдвигаюп1его элемента 6 на ут-ол -60и затем сул мируют напряжения двух фаз На выходе сумматора 7 получают сигнал по которому судят о величине и фазе то ка замыкания сети. Справедливость этого заключения мож но показать на основании следующего аи ализа. До замыкания на землю токи трех фаз сети равны между собой и сдвинуты на угол 12О . Для фаз Б и В справедливы равенства 3° П 0°0° м Ь (2) ,oi.,, -Ъ -bi - OUT-, - ГОКИ нагрузки фаз н н сети,О -|0СИ1И, -.W .u 5ij UTj - емкостные токи фаз до замыкания на землю; мО -.0 тЧ - токи в фазах трансфор матора для присоединения Компенсирующего реактора до замы кания на землю. Эти составляющие токов сдвинуты между собой на угол (см. фиг.З). Следовательно, если измеренные токи преобразовать в пропорциональные им по величине напряжения и затем произвести суммирование полученных напряжений, то они будут взаимно скомпенсированы, есл напряжение отстающей фазы дополнительно сдвинуто на угол -бО и если напряжение опережающей фазы - на угол +6О Аналогичный результат можно получить при вычитании полученных напряжений, если напряжение отстающей фазы дополнительно сдвинуть на угол -f- 12 и если напряжение опережающей фазы на угол -120. Действительно, например, в первом варианте получают .t3°oV .--5q
где К - передаточный коэффициент элементов 5 преобразования токов в
нагфяжения.
nj)H nonTfifKiTonoHHn замыкания на зем- ЛК1 . jiHitioJi ToiKp сртк л1тиоЙР-Г| 1О токи 1Тгточп 1:.-| tinT,inii,i и чгИЯ гг-я. Проис-
Модуль измерентшго напряжгч ня дет равен
UW fT-if)
т.е. получают сигнал, H io: opi;;:.ili.ri.l, :
току замыкятшя ил -I-M.-ri-.. ходит это вследст1)ИО ил : лoнкя кок омкостных токов фаз, гак и инлуктивн 1Х токов тpaнcфop.aтopa присослинслия и компенсир аошего реактора, Мапрнмор, Короткое замыкание фазы л вьюываот следующие изменения: емкостные токи неповрежденных фаз становятся равньгк-1и (см. фиг.4) i -о -4ьо° Б, .® . , Ь °г Ьь вь токи неповрежденных фаз трансформатора рисоединения можно представить в виде p. 15) tip - ток компенсирующего реактора. Составляющие же линейных токов, обусловленные нагрузкой сети, при однофазном замыкании на землю остаются неизменными. Следовательно, для токов неповрежденных фаз при замыкании фазы А будут справедливы равенства . Ь Ьц bij Ьу (7) В результате сумм1фования или вычита-ния напряжений, пропорциональных этим ToKaNi, получают сигнал, пропорииональ- . ный ГОК у замыкания. Действительно, например, в первом варианте (см. фиг. 2, напряжение огсгаюей фазы сдвигают на угол -бО ) получаем. После подставки значений из (4) и (5) и преобразований с учетом равенств -JbO ъ g-dbpP 3„е 0;3- З е Ьц5j 5.3 r3bo.,-iiO Получим зЧп .) ,i В некомпенсированной сети и в случае установки измерительных трансформаторов тока , в компенсированной сети за трансформатором присоединения 3 {на фиг. I показаны пункт1фом) в равенствах (б), (7) и (8) токи фаз транс форматора и ток реактора надо полагать равным нулю. Поэтому в этом случае получают сигнал, пропорциональный емкостному некомпенс1фованному току замыкания на землю - -4-A.-3b(f Модуль этого напряжения равен k где Уф -фазовое напряжение сети; Ш - частота сети; С - емкость одной фазы сети относительно земли, Для осуществления предложе 1ного спо соба не требуются сложные приборы и устройства. Например, в качестве элеме тов преобразования токов в напряжения можно использовать трансреакторы,фазосмещающий элемент можно выполни на RL или R-C цепях. Предложенный способ является просты Точность определения тока замыкания По этому способу будет не ниже, чем у способа с фильтром токов нулевой последовательности. Новый способ обеспечит возможност получения информации о-величине фактического, общего для электрической сети тока замьпсания на землю при возникновении замыкания на любом присоединении сети. Этот способ позволит также определять токи замыкания отдельны присоединений сети. Применение предложенного способа позволит создать новые виды селективной защиты от замыкпний на землю, а также разработать новые, более эффекти ные системы автоматической настройки Компенсации емкостных токов электричес ких сегей. Применение более соверщенно защиты и эффективных автоматических устройств компенсации обеспечит повыщ кие надежности электрических сетей, снижение ущербов в перерывах электроснабжения и повысит электробезопасность режимов замыкания на землю. Формула изобретения Способ определения тока замьпсания на землю в трехпроводной электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью, основанный на измерении линейных токов и выделении сигнала, пропорционального току замыкания на землю.отличающ.ийс я тем, что, с целью обеспечения возможности получения ииформации о фактическом полном токе замыкания на землю, выявляют неповрежденные фазы сети, измеряют линейные токи в проводах этих фаз на выводах источника питания сети, преобразуют токи в пропорциональные им напряжения, после чего либо напряжение отстоящей фазы смещают на угол минус 6О или плюс 120, либо напряжение опережающей фазы - на угол плюс бО или минус 120 , затем суммируют или вычитают напряжения двух фаз и по результирующему сигналу судят о величине и фазе тока замыкания на землю сети. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Вильгейм Р, и Устерс М. Заземление нейтрали в высоковольтных системах ГЭИ, М-Л., 1959, с. 339,31, ЗОЗ-ЗО7. 2.Лихачев Ф. А. Инструкция по выбору, установке и эксплуатации дугогася- щих катушек. М,, Энергия, 1971, с. 66-72. 3.Маврицын А. М,, Петров О. А. Электроснабжение угольных резервов.М., Недра, 1977, с. 145-155. 4.Шаткин А. И, Использование трех однофазных трансформаторов для не- прерывного контроля емкости в сети от- носительно земли в процессе работы. Изв. ВУЗов, „Энергетика, 1975, № 1, с, 43-47. 5.Чернобровов И. В. Релейная защита,М., Энергия, 1974, с. 236-243.
Лб
SA
SB
WAS
.J
Увг-- бг Br - lr1I P
