Устройство для защиты от перенапряжений многофазных цепей с изолированной нейтралью Советский патент 1982 года по МПК H01T5/00 H02H9/06 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для комбинированной защиты фазовой и междуфазовой изоляции оборудования станций, подстанций и линий электропере дач переменного тока высокого напряжения от внутренних и атмосферных перенапряжений. Известны разрядники, например вентильные, для защиты сетей от гро вых и внутренних перенапряжений, состоящие из однофазных разрядников, включаемых между фазами и землей, причем каждый однофазный разрядник имеет последовательно соединенные стандартные элементы, состоящие, в свою очередь, из последовательно соединенных искровых промежутков, шунтированных активными резисторами, и нелинейных резисторов ГП . Недостатком известных вентильных разрядников является то, что они отндсительно хуже ограничивают межд фазовые перенапряжения, чем перенапряжения между фазами и йемлей. Известны вентильные разрядники, выполненные по схеме четырехлучевой звезды, в каждом луче которой имеется нелинейный резистор и вкпю ченный последовательно с ним HCKPO- вой промежуток 2. В этих разрядниках чем меньше отношение величины сопротивлений резисторов, подключенных к фазным про водам, к величине сопротивления резистора , подключенного к земле, тем относительно эффективнее ограничиваются междуфазовые перенапряжения. Недостатком таких разрядников является наличие в каждом луче звездь1 искрового промежутка, включенного последовательно с резистором Из материала с умеренной нелинейностью (например, тервита или виглита), в результате чего существен-ное улучшение защитных характеристик разрядника требует заметного усложнения его конструкции, увеличения габаритов, веса и стоимости аппаратов. Известно устройство для защиты от перенапряжений, содержащее вклюценные между фазными проводами и землей высоконелинейные резисторы, выполненные каждый в виде двух последовательно соединенных частей, средние точки которых соединены между.собой через искровые промежут ки 3. ЭТ6 устройство обеспечивает достаточно глубокое ограничение перена пряжений между фазой и землей, одна ко междуфазовые перенапряжения оно ограничивает неэффективно. Известно устройство для защиты о перенапряжений многофазных цепей, улучшающее защитные характеристики междуфазовых перенапряжений и содер жащее включенные между фазными проводами и землей высоконелинейные резисторы, выполненные каждый в вид двух последовательно соединенных частей, средние точки которых соеди нены между собой через искровые про межутки , которые соединены по схеме звезды с изолированной нейтралью, при этом пробивное напряжение искро вых промежутков выбрано напряжения, приходящегося в длительном рабочем режиме на части резисторов, подключенные к земле, а про бивное напряжение двух последовательно соединенных искровых промежутков выбрано не превышающим уровень ограничения междуфазовых перенапряжений 3. Недостатками данного устройства являются недостаточная эффективность ограничения междуфазовых перенапряжений и невысокая пропускная способность по току из-за наличия между фазными проводами высоковольт ных резисторов и искровых промежутков (по-два). Наиболее близким по техническому решению к предложенному является устройство для защиты от перенапряжений многофазных цепей с изолированной нейтралью, содержащее включенные между фазными и заземленными выводами вертикальные колонки, выполненные каждая в виде двух смежных групп последовательно включенных идентичных вентильных разрядников, верхние примыкающие к фазным выводам группы которых соединены Между собой по схеме многоугольника Г51. Недостатками указанного устройства являются невозможность обеспечения необходимой эффективности снижения внутренних перенапряжений между фазами в связи с исключением технических возможностей их своевременного ограничения в начальный период развития после превышения фазовыми перенапряжениями регламентируемых величин; недостаточность пропускной способности, а следовательно, и термической устойчивости при возникновении больших токов двухфазногй короткого замыкания в современных сетях больших мощностей; отсутствие функциональных зависимостей по защитны/и электрическим характеристикам и параметрам термостойкости между линейными и фазовыми разрядниками, повышающих эффективность защиты и надежность работы; необходимость дополнительных экономических затрат при установке разрядников между фазами, практически равных стоимости уже установленных ранее разрядников между фазами и землей. Цель изобретения - повышение эффективности одновременного снижения фазовых и междуфазовых перенапряжений, увеличение пропускной способности по току и термической устойчивости при коротких замыканиях и упрощение. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для защиты от перенапряжений многофазных цепей с изолированной нейтралью, содержащем включенные между фазными и заземленными выводами вертикальные колонки, выполненные каиодая в виде двух смежных групп последовательно включенных идентич1«1х вентильных разрядников, верхние примыкающие к фазным выводам группы которых соединены между собой по схеме многоугольника, указанные смежные группы разрядников каждой колонки разделены дополнительно введенными опорными изоляторами, отношение количества разрядников 8 верхней группе к количеству разрядников в нижней группе каждой из колонок выбрано равным двум, причем в каждой колонке примыкающий к опорному изолятору вывод нижней группы разрядников под ключен к средней точке верхней груп пы разрядников. На фиг. 1 изображена принципиаль ная электрическая схема предложенно го устройства для защиты от перенапряжений многофазных цепей с изоли рованной нейтралью; на фиг. 2 компоновочная схема предложенного устройства. К фазным выводам 1, 2 и 3 цепи переменного тока присоединены соответственно группа вентильных разряд ников k - 7, группа вентильных разрядников 8 - 11 и группа вентильных разрядников 12 - 15, которые соединены меиаду собой по схеме треугольника с помощью металлических перемы чек 16, 17 и 18. Указанные группы вентильных разрядн ков, являющиеся верхними, соединены с нижними группами вентильны разрядников, образованными парами последовательно соединенных вентиль ных разрядников 19 и 20, 21 и 22, а также 23 и 2, причем подключение нижних групп вентильных разрядников к верхним выполнено с помощью металлических перемычек 25, 2б и 27, включенных между средними точками верхних групп вентильных разряднико и выводами нижних групп вентильных разрядников, примыкающими к опорным изоляторам 28, 29 и 30, которие отделяют эти группы вентильных ра.зря НИКОВ друг от друга. Вентильные разрядники групп состоят из последовательно включенных искровых промежутков 31, шунтирован ных резисторами 32, и нелинейных резисторов 33. При таком исполнении предложенного устройства группы вентильных разрядников 15-1 -19-20,7-6-21-22 и 11-10-23-2 оказываются включенными между указанными фазными и заземленными выводами по схеме звезды с заземленной нейтралью. Конструктивно верхние группы вен тильных разрядников вместе с соответствующими нижними группами вентильных разрядников и опорными изол торами образуют вертикально установ ленные колонки (см. фиг. 2). Устройство работает следующим образом. В нормальном эксплуатационном ре жиме перенапряжения отсутствуют и ПО элементам разрядников протекают только допустимые токи проводимости черезрезисторы 32, 33 и токи утечки по поверхности форфоровых покрышек. При возникновении перенапряжений между фазой и землей выше регламентируемых величин {в качестве примера берется фаза, подключенная к выводу 2) перенапряжения прикладываются непосредственно к двум защитным ветвям: первая состоит из последовательно соединенных разрядников 7,6, 21 и 22, а вторая - из разрядников 8, 9, 23 и 2Ц, причем, относительная неравномерность | асположения разрядников по высоте второй ветви по сравнению с разрядниками первой ветви обеспечивает возможность снижения ее пробивного напряж ния в допустимых пределах, особенно при повышенных частотах от возд ствия внутренних перенапряжений, чем гарантируется уже в начале переходного процесса дополнительное снижение предела регламентируемой величи-. ны фазового перенапряжения. Предварительное срабатывание второй ветви не исключает автоматического срабатывания первой ветви в случае превышения суммарного остающегося напряжения на нелинейных резисторах 33 от протекания сопровождающего тока или роста фазовых перенапряжений при резонансных и особенно феррорезоНансных явлениях. Естественно, одновременная работа обеих ветвей способствует повьйцению надежности работы защитных разрядников в результате увеличения допустимого предела их пропускной способности и термической устойчивости;При возникновении перенапряжений между фазами выше регламентируемых величин (в качестве примера берутся фазы, подключенные к выводам 2 и .3) в первую очередь срабатывает ветвь, состоящая из разрядников 8-11. Однако наличие ветви из разрядников 8,9, 23 и 2 (в результате предварительного срабатывания разрядников 8, 9) способствуетдополнительному кратковременному снижению ее пробивного напряжения при частотах,близких к промышленной частоте, с сохранением остальных электрических параметров в регламентируемых пределах, «ем обеспечивается наличие функциональной зависимости у зав ит7ных электрических характеристик и параметров термостойкости разрядников между фазами, а также между фазой и землей, способствующей повы шению эффективности ограничения меж дуфазовых и фазовых перенапряжений при одновременном повышении надежности работы устройства. Более того, в случае превышения суммарного остающегося напряжения на нелинейных резисторах 33 ветви из разрядников 8, 9, 23, 2й от протекания сопровождающего тока, роста перенапряжений непосредственно межд фазными выводами 2 и 3 или фазным s водом 2 и землей срабатывают разряд ники ветви между фазным выводом 3 и землей из разрядников 12, 13, 19, 20,что, в свою очередь, дополнитель но повышает эффективность работы устройства При одновременном воздействии перенапряжений между фазами, а такж фазами и землей,например между фаза ми, подключенными к выводам 2 и 3 и указанными фазами и землей, практически одновременные срабатывания ветви 8 - 11с ветвями 7, 6, 21, 22 и 12, 13, 19, 20 при возможных последующих срабатываниях ветвей 8, 9, 23, 2 и 11, 10, 23, 2 способствуют устранению всех недостатков, свойственных известным устройствам и комплексному проявлению всех преимуществ предложенного устройства. Таким образом,предложенное устройство для защиты от перенапряжени в сетях с изолированной нейтралью оказывает комплексное воздействие на ограничение как фазовых, так и междуфазовых перенапряжений, возникающих в процессе аварийных режимов при переходных процессах. Применение предложенного устройства способствует эффективному повы шению надежности работы электротехнического оборудования и линий элек тропередач в современных электри8ческих сетях с изолированной нейтраль ю. Формула изобретения Устройство для защиты от перенапряжений многофазных цепей с изолированной нейтралью, содержащее включенные между фазными и заземленными выводами вертикальные колонки, выполненные каждая в виде двух смежных групп последовательно включенных идентичных вентильных разрядников, верхние примыкающие к фазным выводам группы которых соединены между собой по схеме многоугольника, отличающееся тем, чтб, с целью повышения эффективности одновременного снижения фазовых и мёждуфазовых перенапряжений, увеличения пропускной способности по току и термической устойчивости при коротких замыканиях и упрощения, указанные смежные группы разрядников каждой колонки разделены дополнительно введенными опорными изоляторами, отношение количества разрядников в верхней группе к количеству разрядников в нижней группе каждой из колонок выбрано равным двум, причем в каждой колонке примыкающий к опорному изолятору вывод нижней группы разрядников подключен к средней точке верхней группы разрядников. Источники информации, принятые во внимание при Экспертизе 1.Шишман Д.В. и др. Вентильные разрядники высокого напряжения. Энергия, 1971, с. 172. 2.Патент ФРГ t 1180039, кл. 21 с 72, 196if. 3.Авторское свидетельство СССР , кл. Н 01 Т 5/00, 197. k. Авторское свидетельство СССР 603029, кл. И 01 Т 5/00, 1978. 5. Лихачев Ф.А. ПовьЁиение надежности мощных батарей статических конденсаторов. - Электрические станции 1979, N 11, с. Ц.

22

32

i

Фи9.2