Устройство для шунтирования местаОдНОфАзНОгО зАМыКАНия HA зЕМлю ВэлЕКТРичЕСКОй СЕТи C изОлиРОВАННОйНЕйТРАлью Советский патент 1981 года по МПК H02H3/16 H02H5/12 

1

Изобретение относится к защите электрических сетей от однофазных замыканий на землю и защиты людей от поражения электротоком при однофазном прикосновении и может быть использовано в трехфазных электрических сетях, работающих с изолированной нейтралью.

Известны устройства шунтирования места однофазного замыкания, содержащие определитель поврелсденной фазы и три шунтирующих выключателя с пофазным управлением, замыкающих поврежденную фазу на землю. Устройства позволяют снизить напряжение, остающееся на замкнувшейся на землю фазе до значения, меньшего восстанавливающейся электрической прочности изоляций или допустимого по условиям элекгробезопасности в случае прикосновения человека к фазе электрической сети Г| Т и Г2 .

Недостатком указанных устройств является низкая чувствительность и

недостаточная надежность контроля величины остаточного (после осуществления шунтирования) тока, протекающего через место замыкания. J Это обусловлено тем, чтс контроль осуществляется косвенно, посредством изменения анализатором результирующего тока, протекающего через шунт.

Наиболее близким по технической

to сути к предлагаемому является устройство для шунтирования места однофазного замыкания на землю, содержащее подключенный к фазам сети источник постоянного опе1 ативного тока,

ts выполненный по схеме ЗВ, общая точка которого соединяется через стабилитрон и диод шунтируклцими выключателями, а через анализатор тока - с 20 зекпей, шунтирукнцие выключатели включенные между фазами сети и землей через разделительный конденсатор, параллельно которому присоединен диод, определитель поврежденной фазы, подключенный к управляющим входам шунтирующих выключателей з 7.

Однако это устройство обладает недостаточной надежностью в связи с тем, что в сетях с изменяющейся емкостью фаз относительно земли возникает необходимость подстройки верхнего уровня контролирующего напряжения.

Цель изобретения - повышение надежности шунтирования.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для шунтирования места однофазного замыкания на землю в электрической сети с изолиро .ванной нейтралью, содержащем- подключенные между фазами сети и землей через разделительный конденсатор шунтируюцие выключатели с пофазным управлением, по входам которых под- ключен определитель поврежденной фазы, присоединенный к фазам сети Источник постоянного оперативного тока, выполненный по схеме ЗВ и присоединенный общей точкой через последовательно соединенные стабилитрон и диод к шунтирующим выключателям, а через анализатор тока с землей, и диод, параллельно разделительному конденсатору через цепочку RC и стабилитроны присоединена первичная обмотка корректирующего трансформатора, а вторичная обмотка присоединена к диагонали выпрямительного моста, включенного последовательно в первичную цепь анализатора тока, а диод включ между анодом и управляющим электродом тиристора, шунтирующего разделительный конденсатор.

Устройство наряду с обеспечением эффективной защиты от поражения позволяет исключить перерывы электро снабжения при самоустраняющихся замыканиях, а участки сети с погашенным вследствие шунтирования дуговым замыканием в ослабленной или поврежденной изоляции отключает селективно с вьдержкой времени по сту пеням.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства при его использовании в защите электрических сете с изолированной нейтралью; на фиг.2векторная диаграмма токов и напряжений, иллюстрирующая сближение потенциалов; на фиг.З - расчетная

схема формирования и введения контролирующего напряжения.

Устройство подключается к шинам понизительной подстанции и содержит шунтирующий выключатель I с пофазным управлением, осуществляемым определителем 2 поврежденной фазы и анализатором 3 тока. Заземление шунтирующег выключателя I выполнено через раздел тельный конднесатор 4. Источником контролирующего напряжения служит выпрямитель 5, выполненный по схеме ЗВ и подключенный.входами к фазам сети, а выходом через контактор 6, стабилитрон 7, диоды 8 и 9, выпрямительный мост 10 и трансформатор II к конденсатору 4. Параллельно этому же конденсатору подключен, тиристор 12, цепь управления которого через диод 13 подключена к аноду, и

:цепочка RC с регулируемым сопротивлением 14, от которого через двухсторонний пороговый ограничитель стабилитроны 15 питается первичная обмотка корректирующего трансформатора 16, а вторичная обмотка присоединена к вьшрямительному мосту 10. На приводы масляных выключателей 17, установленных на подстанции, воздействует определитель 8 поврежденной линии, а установленньк на распредпунктах, питающихся от подстанции, - селективные защиты 19 от замыканий на землю. К выключателям 17, установленным на подстанции,присоединены блоки 20 повторного щуитирования, управляемые блоками 2 и 18

При иормальном режиме работы электрической сети на выходах определителя 2 поврежденной фазы и определителя 18 поврежденной линии командные сигналы отсутствуют, вследствие чего приводы шунтирующего выключателя I находятся в положении Выключено, а приводы выключателей 17 - в положении Включено. В выключенном состоянии находится и контактор 6. При этом контакты выключателя I и цепь контролирующего тока от источника 5 оказываются разомкнутыми.

Появление замыкания на землю на одиой из фаз сети, например, в точке К, приводит к появлению на выходе определителей 2 поврежденной фазы и лииии 18 командных сигналов. При этом на 1пунтирующем выключателе включается один из контактов, а 5 именно подключенный к фазе, на которой произошло замыкание, в результате чего поврежденная фаза оказывается искусственно замкнутой на землю через конденсатор 4 во второй точке сети Сточке О J. Последнее приводит к тому, что потенциал поврежденной фазы относительно земли снижается. Причем, весь процесс от момента поя ллния замыкания до осуществления шунтирования, протекает за время порядка 20 мс, что достигается примене нием быстродействующих определителей 2 поврежденной фазы и линии 18/ а также шунтирующего выключателя 1. Поэтому небыстродействующие защиты 1 от замыканий на землю, установленные на распределительных пунктах и выполняющие роль защит первой ступени, срабатывать не успевают. Ток замыкания на землю Зщ , проте кающий через конденсатор 4 и выключа тель 1, опережает напряжение поврежденной фазы на угол от 45 до 9СР в зависимости от уровня активного сопротивления изоляции сети. В соответствии с этим падение напряжения на конденсаторе cf и шЗщ ;с1и ° Фазе совпадает с напряжением Ос лрбо отстает от него на угол до 45. Пйдение же напряжения в линии(ГицЗц7орт тока нагрузки 3ц между точками О и К отстает по фазе от напряжения 0 на угол 30 - 45° в зависимости от потребителей. Поэтому разность потенциалов между землей (точкой О и точкой К снижается с cf Оц (вектор ОК) до (fU ;-crU,, (вектор Ок; , в результате чего повьш1ается эффектив- .; ность шунтирования, заключающаяся в улучшении условий гашения дуги в мес те замыкания и защиты человека. Одновременно с включением шунтирующего выключателя 1 срабатывает контактор 6 и своим контактом вводит контролирующее напряжение от источника 5 в сеть через выключатель 1 и разделительный конденсатор 4. В зависимости от сопротивления в месте замыкания изменяется величина контро лируквдего тока, по которой и определяется характер произошедшего з.амы- кания. Физическая основа такой возможности заключается в значительном различии сопротивления тела человека (600-1000 Ом) и сопротивления канала погашенной дуги в поврежденной или ослабленной изоляции, состав ляющего 100-300 кОм. 4 Формирование величины контролирующего напряжения производится в зависимости от емкости сети следующим образом. Под действием фазньпс ЭДС 2, 1, 1 создается пульсирующее напряжение UCT на стабилитроне 7. От источника ЭДС fj, ( вольтдобавочный корректирующий трансформатоо 16 напряжение ивд , пропорциональное емкости сети, вводится в схему через мост 10. При этом ко нт рол ир ующе е напряжение, воздействугацее на изоляцию, определится как сумма U, U « Ug. Напряжеиие Uвыявляется функцией тока, протекаюшего через шунт, а следовательно, и емкости сети. Быстродействие контроля обеспечивается подзарядкой разделительного конденсатора 4 током, проходяпщм через шунтиру1 1Ц1Й выключатель I, за один полупериод, за счет включенного параллельно конденсатору 4 тиристора 12, а также обеспечением равенства уровня контролирующего напряжения потере напряжения на конденсаторе 4 от тока замыкания при переходных сопротивлениях в замыкания, превьвпакяцих уровень чувствительности анализатора 3 тока. Уровень изоляции определяется величиной контрольного тока, протекающего через трансформатор 1I. Если срабатывание блоков I и 2 вызывается кратковременным самоустраняющимся замыканием, частота возникновения которых в 4-5 раз превышает устойчивые замыкания, то сопротивление изоляции замкнутой на землю фазы высокое, так как заьшкание после шунти-f рования самоустраняется и ток протекающий через трансформатор I1, оказьшается меньше уставки срабатывания анализатора 3 тока. Поэтому оно выает команду только на дешунтирование места бывшего повреждения без тключения линии. Таким образом, саоустраняющнеся замыкания не привоят к отключению потребителей и. следовательно, к их простоям При .устойчивых замыканиях на зем) лю, в том числе и в случае однофазно- го прикосновения человека (электротравма) сопротивление изоляции замкнутой на землю фазы оказывается не высоким (не более 3 кОм) и контролирующий ток, протекающий через место замыкания и через трансформатор II, оказывается достаточным для срабатывания анализатора 3 тока, вследствие чего он подает команду на включение блоков 20 повторного шунтирования и на отключение поврежденной линии, а уже затем на отключение шунтирующего выключателя 1, т.е. осуществляется депгунтирование. При замыкании через ослабленную или поврежденную изоляцию вследствие снижения напряжения на фазе, обусловленном выполнением шунтирования выключателем I, остаточная электрическая прочность изоляции в месте повреждения оказывается вьше остаточного напряжения (эффективное шунтирование О. Сопротивление изоляции при этом.также высокое,поэтому контролирующий ток оказывается недостаточным для срабатывания анализатора 3 тока. В результате этого с небольшой вьщержкой времени примерно 0,5 с шунтирующий выключатель 1 отключается и тем самым восстанавливается номинальное фазное напряжение на поврежденной фазе. При этом происходит повторный пробой изоляции в ране поврежденном месте, однако шунтирующий выключатель I повторно не ерабать1вает, а отключение поврежденно-. го участка с соответствующими выдержками времени осуществляется в зависимости от его места селективной защитой 19 или определителем 18 поврежденного фидера и выключателями 17 Таким образом, введение в устройство для шунтироваиия корректирующе го трансформатора, включенного своей первичной обмоткой параллельно разде лительному конденсатору через RC-цепочку и стабилитроны, а вторичной обмоткой - к диагонали вьшрямительно го моста, включенного последователь в первичную цепь анализатора тока позволяет его использовать в защите сетей с изменяющейся емкостью фаз относительно земли без подстройки верхнего уровня контролирующего нап жения, что повьш1ает надежность шунт .рования. 8 Формула изобретения Устройство для шунтирования места однофазного замыкания на землю в электрической сети с изолированной нейтралью, содержащее подключенные между фазами сети и землей через разделительный конденсатор шунтирующие выключаетли с пофазным управлением, ко входам которых подключен определитель поврежденной фазы, присоединенный к фазам сети источник постоянного оперативного тока, выполненный по схеме ЗВ и присоединенный общей точкой через последовательно соединенные стабилитрон и диод к шунтирующим выключателям, а через анализатор тока - с землей, и диод, о тличающееся тем,что,с целью повышения надежности шунтироваиия, параллельно разделительному конденсатору через цепочку R-C и стабилитроны присоединена первичная обмот ка корректирующего трансформатора, а вторичная обмотка присоединена к диагонали моста, включенного последовательно в первичную цепь анализатора тока,, а диод включен между анодом и управляющим электродом тиристора, шунтирующего разделительный конденсатор. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Микрюков В.И. , Ягудаев Б.М. Быстродействукяцее защитное закор -. чивание на землю фазы сети 3-10 кв. Безопасность труда в промышленности , 1973, 5, с. 35-37. 2.ЖИДКОВ B.C., акаров .Г. И. Комбиинрованная сиетема-защиты от замыканий на землю и поражения электротоком в сетях 6 KB угольных разрезов. Сб. ВостНИИ Предупреждение травматизма и аварий на угольных шахтах. Кемерово, г.25, 1975, с.101-109. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке 2669425/24-07, 1ш. Н 02 Н 3/16, 1978.

VVi

Ко

л--1

л

IS

uU Ifif СШ

SU.,:L.

Фи.г

la

AnJ