(54) СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ТОКА ОДНОФАЗНОГО
ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ И УСТРОЙСТВО
ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
1
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим сетям. Оно может быть использовано в электрических сетях для компенсации токов однофазного замыкания на землю.
В настоящее время для компенсации емкостной составляющей тока однофазного замыкания на землю к нейтрали электрической сети подключают дугогасящие реакторы, а для компенсации активной составляющей - источник дополнительного напряжения либо в последнем случае к фазам сети подключается реактор или конденсатор.
Известно несколько способов одновременной компенсации емкостной и активной составляющих тока однофазного замыкания на землю, которые реализованы с помощью ряда устройств. Они обладают рядом недостатков.
Устройство, содержащее дополнительный реактор, подключенный к опережающей фазе 1, во-первых, обусловливает зависимость настройки дугогасящего реактора от настройки компенсации активной составляющей, во-вторых, наличие индуктивности, подключенной к фазе, может приводить к феррорезонансным явлениям в сети.
Устройство, содержащее емкость, подключенную к отстающей фазе 2, обусловливает также, во-первых, зависимость настройки дугогасящего реактора от настройки компенсации активной составляющей, во-вторых, сложность регулирования величины емкостной проводимости.
Устройство 3, в котором для компенсации активной составляющей в сеть вводится дополнительное, напряжение, опережающее на некоторый угол фазное напряжение поврежденной фазы, обладает тем недостатком, что вводимое напряжение нельзя регулировать по фазе.
Наиболее близким рещением по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ компен- сации активной составляющей тока однофазного замыкания на землю в сети с дугогасящим реактором, подключенным к нейтрали, и устройство для его осуществле20ния 4, содержащее блок выбора напряжения, однофазный трансформатор, первичная обмотка которого подсоединена к выо8452J ходу блока выбора напряжения, а вторичная обмотка подключена к нейтрали сети. При этом в сеть вводится дополнительное напряжение, совпадающее по направле.нию с фазным напряжением поврежденной фазы. Недостатком известного устройства является появление медленно затухающей апериодической составляющей индуктивного тока дугогасящего реактора, при возникновении однофазного замыкания на землю,ю Задержка может достигать нескольких периодов промыщленной частоты. Это приводит к ухудщению процессов в компенсированной сети и может способствовать развитию повреждений. Цель изобретения - увеличение быстродействия, и повыщение надежности. Для этого в способе компенсации тока однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока путем выделения напряжения поврежденной фазыJQ относительно земли, измерения его величины, выделения фазного напряжения поврежденной фазы и введения в нейтраль сети напряжения, создающего компенсирующий ток, при однофазном замыкании на землю выделяют фазное напряжение, опережаю-25 щее фазное напряжение поврежденной фазы, геометрически суммируют его с фаз. ным напряжением поврежденной фазы, получая при этом напряжение, создающее компенсирующий ток, измеряют продольную и поперечную составляющие выделенного напряжения поврежденной фазы относительно земли и в зависимости от этих соетавляющих изменяют напряжение, создающее компенсирующий ток, до достижения нулевого значения основной гармоники то-35 ка однофазного замыкания на землю. Такой способ может быть осуществлен устройством для компенсации тока однофазного замыкания на землю, содержащим трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого предназначена для под- 0 ключения к фазам электрической сети, блок выбора фазного напряжения поврежденной фазы, три входа которого подключены к вторичной обмотке трехфазного трансформатора, первый регулируемый однофазный согласующий трансформатор, выводы первой обмотки которого предназначены для подключения к нейтрали первичной обмотки трехфазного трансформатора и к земле, а один вывод второй обмотки соединенс выходом блока выбора фазного напряжения50 поврежденной фазы, первый блок регулирования напряжения, выход которого связан с первым регулируемым однофазным согласующим трансформатором, и блок выбора напряжений, входы которого через трансформатор напряжения предназначены для подключения к электрической сети, а первый выход связан с управляющим входом блока выбора фазного напряжения пов6я режденной фазы, в котором дополнительно введены блок выбора фазного напряжения опережающей фазы, второй регулируемый однофазный трансформатор, второй блок регулирования напряжения и два блока управления, один реагирующий на продольную составляющую напряжения поврежденной фазы, другой - на поперечную составляющую этого же напряжения, причем входы блока выбора фазного напряжения опережающей фазы подключены к вторичной обмотке трехфазного трансформатора, а управляющий вход к второму выходу блока выбора напряжений, выводы первой обмотки второго регулируемого однофазного трансформатора соединены с нулевым выводом вторичной обмотки трехфазного трансформатора и с вторым выводом второй обмотки первого регулируемого однофазного согласующего трансформатора, а выводы второй обмотки с нулевым выводом вторичной обмотки трехфазного трансформатора и с выходом блока выбора фазного напряжения опережающей фазы, выход второго блока регулирования напряжения связан с вторым регулируемым однофазным трансформатором, входы блоков управления по продольной и поперечной составляющим напр яжения повреждения фазы подключены к двум отдельным выходам блока выбора напряжений, а выходы - соответственно к входам первого и второго блоков регулирования напряжения, Функциональная схема устройства для автоматической компенсации тока однофазного замыкания на землю приведена на фиг. 1. К фазам электрической сети I подключей трехфазный трансформатор 2. Устройство включает блоки выбора фазного напряжения поврежденной фазы 3 и опережающей фазы 4, входы которых подключены к вторичной обмотке трансформатора 2, а выходы связаны с регулируемыми однофазными трансформаторами 5 и 6. Первый регулируемый однофазный трансформатор 5 предназначен для согласования и регулирования величины напряжения UQ, вводимого в электрическую сеть для компенсации тока однофазного замыкания на землю, а второй регулируемый однофазный трансформатор 6 - для регулирования фазы указанного вводимого напряжения. Блок 7 выбора напряжений, подключенный через трансформатор 8 напряжения к электрической сети I при возникновении однофазнего замыкания на землю обусловливает, во-первых, выбор фазного напряж-ения поврежденной фазы Uq,n и напряжения поврежденной фазы относительно земли Uj, которые являются исходной информацией для блоков 9 и 10 управления соответственно по продольной и поперечной составляющим напряжения поврежденной фазы относительно земли U, во-вторых, включение соответствующих ключей коммутации в блоках выбора фазного напряжения поврежденной 3 и опережающей 4 фаз.
Блоки 11 и 12 регулирования напряжения предназначены для усиления выходных сигналов блоков 9 и 10 и регулирования трансформаторов 5 и 6.
На фиг. 2, приведена векторная диаграмма напряжений, поясняющая получение напряжения UQ, вводимого в электрическую сеть для компенсации тока однофазного замыкания на землю. Здесь обозначено: UA , UB , и с -фазные напряжения электрической сети; - фазное напряжение поврежденной фазы Uc - опережающее напряжение, обеспечивающее регулирование поперечной составляющей напряжения Uj.
Устройство работает следующим образом.
При возникновении однофазного замыкания на землю блок 7 определяет поврежденную фазу, в соответствии с чем блок 3 выбирает фазное напряжение поврежденной фазы, а блок 4 - фазное напряжение опережающей фазы. Выбранные напряжения подаются соответственно на регулируемые трансформаторы 5 и 6. Одновременно блок 7 выбирает фазное напряжение поврежденной фазы ифп и напряжение поврежденной фазы относительно земли U и подает их на входы блоков 9 и 10. В общем случае блок 9 выявляет продольную составляющую напряжения поврежденной фазы УЗ (проекцию вектора Uj на вектор )и, воздействуя на блок 11 трансформатора 5, обеспечивает изменение величины напряжения Ыд, а блок 10 выявляет поперечную составляющую напряжения УЗ (проекцию вектора Uj на направление, перпендикулярное Ujprt) воздействуя на блок 12 трансформатора 6, обеспечивает изменение напряжения U (фиг. 2) и, следовательно, фазы напряжения О . Регулирование величины и фазы напряжения Ug осуществляется до тех пор, пока продольная и поперечная составляющие напряжения поврежденной фазы Ц не станут равными нулю,т.е. будет обеспечена полная компенсация первой гармоники (емкостной и активной составляющих) тока однофазного замыкания на землю.
Необходимость регулирования как по величине, так и по фазе, напря кения Uo вводимого в электрическую сеть для компенсации емкостной и активной составляющих тока однофазного замыкания на землю, вызвана изменением соотнощения параметров сети относительно земли и устройства компенсации.
При возникновении однофазного замыкания на землю и включении устройства компенсации вводимое напряжения UQ достигает установившегося значения практически в течение одного периода промыщленной частоты, благодаря этому обеспечивается высокое быстродействие всей автоматической системы компенсации тока однофазного замыкания на землю, что предотвращает развитие перенапряжений в электрической сети.
К достоинству данного способа компенсации относится то, что напряжение основной гармоники поврежденной фазы как,при замыкании на землю, так и после его ликвидации останется равным нулю. Таким образом, в рассматриваемой электрической сети обеспечивается стабилизация напряжений относительно земли и перенапряжения не могут развиваться так, как в сети с изолированной нейтралью или нейтралью, заземленной через индуктивное или активное сопротивление.
Формула изобретения
1. Способ компенсации тока однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока путем выделения напряжения поврежденной фазы относительно земли, измерения его величины, выделения фазного напряжения поврежденной фазы и введения в нейтраль сети напряжения, создающего компенсирующий ток, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия и повыщения надежности, при однофазном замыкании на землю выделяют фазное напряжение, опережающее фазное напряжение поврежденной фазы, геометрически
суммируют его с фазным напряжением поврежденной фазы, получая при этом напряжение, создающее компенсирующий ток, измеряют продольную и поперечную составляющие выделенного напряжения поврежденной фазы относительно земли и в зависимости от этих составляющих изменяют напряжение, создающее компенсирующий ток до достижения нулевого значения основной гармоники тока однофазного замыкания на землю.
0 2. Устройство для компенсации тока однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока, содержащее трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого предназначена для подключения к фазам электрической сети, блок
выбора фазного напряжения поврежденной фазы, три входа которого подключены к вторичной обмотке трехфазного трансформатора, первый регулируемый однофазный согласующий трансформатор, выводы перQ вой обмотки которого предназначены для подключения к нейтрали первичной обмотки трехфазного трансформатора и к земле, а один вывод второй обмотки соединен с выходом блока выбора фазного напряжения поврежденной фазы, первый блок регулирования напряжения, выход которого соединен с первым регулируемым однофазным согласующим трансформатором, и блок выбора напряжений, входы которого через трансформатор напряжения предназначены . для подключения к электрической сети, а первый вход соединен с управляющим входом блока выбора фазйого напряжения поврежденной фазы, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия и повышения надежности, в него введены блок выбора фазного напряжения опережающей фазы, второй регулируемый однофазный трансформатор, второй блок регулирования напряжения и два блока управления, один - реагирующий на продольную составляющую напряжения поврежденной фазы, другой - на поперечную составляющую этого же напряжения, причем входы блока выбора фазного напряжения опережающей фазы подключены к вторичной обмотке трехфазного трансформатора, а управляющий вход к второму выходу блока выбора напряжений, выводы первой обмотки второго регулируемого однофазного трансформатора соединены с нулевым выводом вторичной обмотки трехфазного трансформатора и с вторым выводом второй обмотки первого регулируемого однофазного согласующего трансформатора, а выводы вторичной обмоткк - с нулевым выводом вторичной обмотки трехфазного трансформатора и с Выходом блока выбора фазного напряжения опережающей фазы, выход второго блока регулирования напряжения соединен с вторым регулируемым однофазным трансформатором, входы блоков управления по продольной и поперечной составляющим напряжения поврежденной фазы подключены к соответствующим выходам блока выбора напряжений, а выходы - к входам первого и второго блоков регулирования напряжения соответственно. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Вильгейм Р., Уотерс М. Заземление нейтрали в высоковольтных системах. М.-Л. ГЭИ, 1959, с. 210, рис. 164. 2.Авторское свидетельство СССР № 412651, кл. Н 02 Н 3/16, 1971. 3.Авторское свидетельство СССР № 559325, кл. Н 02 Н 1/02, 1977. 4.Вильгейм Р., Уотерс М. Заземление нейтрали в высоковольтных системах. М.-Л ГЭИ, 1959, с. 210, рис. 163.
