УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

Полезная модель относится к релейной защите параллельных линий электропередачи с изолированной нейтралью разного класса напряжения, в частности для защиты от однофазных замыканий на землю (далее - ОЗЗ) линий напряжением 6-35 кВ.
Общеизвестно, что одним из основных требований, предъявляемых к релейным защитам элементов систем электроснабжения, в том числе линий электропередачи, является селективность, поэтому отключение одной из параллельных линий при любом виде повреждения в ней не должно сопровождаться отключением оставшейся части системы электроснабжения. Вместе с тем, существуют системы электроснабжения, конфигурация которых включает две и более параллельных линий разного класса напряжения, находящиеся в непосредственной близости друг от друга. Именно для таких линий электропередачи известны случаи неселективного отключения параллельных линий меньшего класса напряжения при однофазных замыканиях на землю на параллельной линии большего класса напряжения. Отключение неповрежденной линии вызывает перерыв электроснабжения ответственных потребителей, что может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный материальный ущерб, нарушение функционирования объектов связи и транспорта.
Известно устройство для защиты линий с изолированной нейтралью, принцип работы которого основан на срабатывании устройства на появляющиеся при ОЗЗ в поврежденной линии токи и напряжения нулевой последовательности [Фигурнов Е.П. Релейная защита. Учебник для вузов ж.-д. трансп. - М.: Желдориздат, 2002, с. 252-254].
Устройство для защиты линий с изолированной нейтралью установлено на подстанции в месте подключения начала защищаемой линии к питающим шинам.
Устройство для защиты линий с изолированной нейтралью представляет собой блок защиты от ОЗЗ, который содержит датчик тока нулевой последовательности, датчик напряжения нулевой последовательности, реле направления мощности нулевой последовательности и реле времени.
Первым входом блока защиты от ОЗЗ является вход датчика тока нулевой последовательности, вторым его входом - вход датчика напряжения нулевой последовательности, а выходом блока защиты от ОЗЗ - выход реле времени.
Выход датчика тока нулевой последовательности соединен с первым входом реле направления мощности нулевой последовательности, а выход датчика напряжения нулевой последовательности - с его вторым входом.
Выход реле направления мощности нулевой последовательности соединен с входом реле времени.
Первый вход блока защиты от ОЗЗ подключен к началу защищаемой линии в месте ее подключения к шинам подстанции, его второй вход - к шинам подстанции, а его выход - к исполнительным цепям привода выключателя защищаемой линии.
Устройство для защиты линий с изолированной нейтралью работает следующим образом.
Работа устройства для защиты линий с изолированной нейтралью рассмотрена на примере его работы при однофазном замыкании на землю на одной из двух параллельных линий разного класса напряжения.
1. Устройство для защиты линий с изолированной нейтралью установлено на каждой из параллельных линий разного класса напряжений, например, 6-35 кВ, а однофазное замыкание на землю происходит на линии меньшего класса напряжения.
При появлении однофазного замыкания на землю в поврежденной линии меньшего класса напряжения на шинах подстанции нарушается симметрия системы фазных напряжений и формируется напряжение нулевой последовательности, а в самой поврежденной линии возникает ток нулевой последовательности, который протекает в направлении от шин подстанции к месту ОЗЗ.
Ток и напряжение нулевой последовательности фиксируются соответственно датчиком тока нулевой последовательности и датчиком напряжения нулевой последовательности блока защиты от ОЗЗ.
Далее ток и напряжение нулевой последовательности поступают на реле направления мощности нулевой последовательности упомянутого блока. Поступившие на реле направления мощности нулевой последовательности ток и напряжения нулевой последовательности имеют значение угла сдвига фаз между своими векторами 90 гр. эл. при отставании вектора тока нулевой последовательности от вектора напряжения нулевой последовательности.
При таком значении угла сдвига фаз и отставании вектора тока нулевой последовательности от вектора напряжения нулевой последовательности реле направления мощности нулевой последовательности блока защиты от ОЗЗ поврежденной линии срабатывает с формированием сигнала на запуск реле времени и передает его на вход реле времени упомянутого блока. При поступлении такого сигнала на реле времени оно задерживает его величину выдержки времени. По достижении выдержки времени сигнал напряжения с реле времени блока защиты от ОЗЗ поступает на привод выключателя поврежденной линии.
При поступлении сигнала на срабатывание привода выключателя поврежденной линии выключатель отключает поврежденную линию меньшего класса напряжения, что позволяет предотвратить развитие крупной аварии и сохранить работоспособность оставшейся части системы электроснабжения.
Одновременно в неповрежденной линии большего класса напряжения электрическое поле, созданное напряжением нулевой последовательности поврежденной линии, индуцирует наведенное напряжение, величина которого значительно меньше величин фазных напряжений в этой линии, что не нарушает ее симметрию.
При сохранении симметрии системы фазных напряжений в неповрежденной линии на шинах подстанции из-за отсутствия условий не создается напряжение нулевой последовательности. Ток нулевой последовательности в этой неповрежденной линии формируется продольными емкостями фаз упомянутой линии и протекает в ней в направлении от конца линии через шины подстанции к месту ОЗЗ в поврежденной линии.
Датчик тока нулевой последовательности блока защиты от ОЗЗ неповрежденной линии большего класса напряжения фиксирует ток нулевой последовательности неповрежденной линии, а датчик напряжения нулевой последовательности упомянутого блока находится в состоянии ожидания без формирования выходного сигнала.
Далее в неповрежденной линии в реле направления мощности нулевой последовательности блока защиты от ОЗЗ поступает только ток нулевой последовательности, и поэтому реле направления мощности нулевой последовательности блока защиты от ОЗЗ неповрежденной линии находится в состоянии ожидания без формирования сигнала на запуск реле времени упомянутого блока.
При отсутствии такого сигнала на входе реле времени блока защиты от ОЗЗ неповрежденной линии большего класса напряжения оно также находится в состоянии ожидания без формирования сигнала на срабатывание привода выключателя неповрежденной линии. Отсутствие сигнала на входе привода выключателя этой линии соответствует состоянию покоя этого привода и неизменному включенному состоянию выключателя неповрежденной линии. Эта неповрежденная линия большего класса напряжения находится во включенном работоспособном состоянии.
2. Устройство для защиты линий с изолированной нейтралью установлено на каждой из параллельных линий разного класса напряжений, например, 6-35 кВ, и однофазное замыкание на землю происходит на линии большего класса напряжения.
При появлении однофазного замыкания на землю в поврежденной линии большего класса напряжения на шинах подстанции нарушается симметрия системы фазных напряжений и формируется напряжение нулевой последовательности, а в самой поврежденной линии возникает ток нулевой последовательности, который протекает в направлении от шин подстанции к месту ОЗЗ.
Одновременно в неповрежденной линии меньшего класса напряжения электрическое поле, созданное напряжением нулевой последовательности поврежденной линии, индуцирует наведенное напряжение, величина которого соизмерима с величинами фазных напряжений в этой линии, что нарушает ее симметрию.
При нарушении симметрии системы фазных напряжений в неповрежденной линии на шинах подстанции формируется напряжение нулевой последовательности, и в самой неповрежденной линии протекает ток нулевой последовательности в направлении от конца линии через шины подстанции к месту ОЗЗ поврежденной линии.
Токи и напряжения нулевой последовательности каждой линии фиксируются соответствующими датчиками тока и напряжения нулевой последовательности блоков защиты от ОЗЗ каждой линий.
Далее соответствующие токи и напряжения нулевой последовательности блоков защиты от ОЗЗ каждой линии поступают соответственно на реле направления мощности нулевой последовательности упомянутых блоков каждой линии. Поступившие на реле направления мощности нулевой последовательности каждого блока защиты от ОЗЗ соответствующие ток и напряжение нулевой последовательности каждой линии имеют значение угла сдвига фаз между своими векторами 90 гр. эл. при отставании вектора тока нулевой последовательности от вектора напряжения нулевой последовательности.
При таком значении угла сдвига фаз и отставании вектора тока нулевой последовательности от вектора напряжения нулевой последовательности реле направления мощности нулевой последовательности блоков защиты от ОЗЗ каждой линии срабатывает с формированием сигнала на запуск реле времени каждого блока защиты от ОЗЗ.
При поступлении такого сигнала на реле времени блока защиты от ОЗЗ каждой линии каждое реле времени начинает отсчитывать выдержку времени и по ее достижении формирует сигнал на срабатывание соответствующего привода выключателя поврежденной линии большего класса напряжения и неповрежденной линии меньшего класса напряжения. При поступлении сигнала на срабатывание привод выключателя каждой линии срабатывает и его выключатель отключает соответствующую линию. Обе линии отключаются.
Отключение обеих линий позволяет предотвратить развитие крупной аварии, однако отключение неповрежденной линии меньшего класса напряжения приводит к перерыву электроснабжения ответственных потребителей, что влечет за собой опасность для жизни людей, значительный материальный ущерб, нарушение функционирования объектов связи и транспорта.
Достоинством известного устройства для защиты линий с изолированной нейтралью является высокая чувствительность, которая обеспечивает подавляющее большинство отключений ОЗЗ поврежденной линии и предотвращение развития крупной аварии в энергосистеме. Это обусловлено своевременным отключением поврежденной линии при ОЗЗ.
Недостаток известного устройства для защиты линий с изолированной нейтралью заключается в перерыве электроснабжения ответственных потребителей. Это обусловлено тем, что одновременно с отключением поврежденной линии отключаются и параллельные неповрежденные линии системы электроснабжения.
7
Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является устройство для защиты линий с изолированной нейтралью, принцип действия которого основан на срабатывании устройства при при междуфазных коротких замыканиях, однофазных и двойных замыканиях на землю в поврежденной линии. [Дынькин Б.Е., Коростелев Д.Н. Патент 2174276 РФ, МПК Н02Н 3/16. Устройство для защиты линии с изолированной нейтралью / (РФ); ДВГУПС (РФ). - №2000101638/09; Заявлено 20.01.2000; Опубл. 27.09.2001, Бюл. №27 - 8 с.: 2 ил.].
Каждое устройство для защиты линий с изолированной нейтралью установлено на подстанции в месте подключения начала каждой защищаемой линии к питающим шинам.
Устройство для защиты линий с изолированной нейтралью содержит блок защиты от однофазных замыканий на землю (далее - блок защиты от ОЗЗ), блок защиты от междуфазных коротких замыканий, блок защиты от двойных замыканий на землю (далее - блок защиты от ДЗЗ), сумматор, конъюнктор и усилитель.
Первым входом устройства для защиты линий с изолированной нейтралью является первый вход блока защиты от ОЗЗ, вторым входом - второй вход блока защиты от ОЗЗ, третьим входом - вход блока защит от междуфазных коротких замыканий. Выходом устройства для защиты линий с изолированной нейтралью является выход усилителя.
Первый и третий вход устройства для защиты линий с изолированной нейтралью подключен к началу каждой защищаемой линии в месте ее подключения к шинам подстанции, его второй вход - к шинам подстанции, а выход - к исполнительным цепям соответствующего привода выключателя защищаемой линии.
Блок защиты от ОЗЗ устройства для защиты предназначен для защиты линии от ОЗЗ и содержит датчики тока нулевой последовательности и напряжения нулевой последовательности, реле направления мощности нулевой последовательности, реле времени.
Первым входом блока защиты от ОЗЗ устройства для защиты является вход датчика тока нулевой последовательности, вторым его входом - вход датчика напряжения нулевой последовательности. Первым выходом блока защиты от ОЗЗ устройства для защиты является выход реле времени, вторым его выходом - выход реле направления мощности нулевой последовательности, а третьим его выходом - выход датчика напряжения нулевой последовательности.
Выход датчика тока нулевой последовательности блока защиты от ОЗЗ устройства для защиты соединен с первым входом реле направления мощности нулевой последовательности упомянутого блока, а выход датчика напряжения нулевой последовательности - с его вторым входом. Выход реле направления мощности нулевой последовательности блока защиты от ОЗЗ устройства для защиты линий соединен с входом реле времени упомянутого блока.
Блок защиты от междуфазных коротких замыканий предназначен для защиты линии с изолированной нейтралью от междуфазных коротких замыканий.
Блок защиты от ДЗЗ предназначен для защиты линии от двойных замыканий на землю и имеет запускающий и управляющий входы и один выход.
Сумматор предназначен для объединения входящих в него сигналов и представляет собой логический элемент ИЛИ, имеющий два входа для сигналов напряжения уровня логических нуля и единицы и выход напряжения уровня логических нуля или единицы.
Конъюнктор предназначен для объединения поступающих на него сигналов напряжения уровня логических нуля и единицы и представляет собой логический элемент ЗАПРЕТ, имеющий прямой и инверсный входы и выход результирующего сигнала напряжения уровня логических нуля или единицы.
Усилитель предназначен для усиления выходного сигнала напряжения уровня логических нуля или единицы.
Первый вход блока защиты от ОЗЗ устройства для защиты линий подключен к началу защищаемой линии в месте ее подключения к шинам подстанции, его второй вход - к шинам подстанции. Первый выход блока защиты от ОЗЗ соединен с одним из входов сумматора устройства для защиты линий, второй его выход - с запускающим входом блока защиты от ДЗЗ, а третий выход - с измерительным входом блока защиты от ДЗЗ упомянутого устройства.
Вход блока защиты от междуфазных коротких замыканий подключен к началу защищаемой линии в месте ее присоединения к шинам подстанции, а выход блока - к другому входу сумматора упомянутого устройства. Выход сумматора соединен с прямым входом конъюнктора.
Выход блока защиты от ДЗЗ соединен с инверсным входом конъюнктора. Выход конъюнктора соединен с входом усилителя.
Устройство работает следующим образом.
При однофазном замыкании на землю срабатывание устройства для защиты линий с изолированной нейтралью осуществляет блок защиты от ОЗЗ, при междуфазных коротких замыканиях - блок защиты от междуфазных коротких замыканий, а при двойных замыканиях на землю - совместно блок защиты от ОЗЗ и блок защиты от ДЗЗ упомянутого устройства.
Работа устройства для защиты линий с изолированной нейтралью рассмотрена на примере его работы при однофазном замыкании на землю.
1. Устройство для защиты линий с изолированной нейтралью установлено на каждой из параллельных линий разного класса напряжений, например, 6-35 кВ, и однофазное замыкание на землю происходит на линии меньшего класса напряжения.
При появлении однофазного замыкания на землю в поврежденной линии меньшего класса напряжения на шинах подстанции нарушается симметрия системы фазных напряжений и формируется напряжение нулевой последовательности, а в самой поврежденной линии возникает ток нулевой последовательности, который протекает в ней в направлении от шин подстанции к месту ОЗЗ.
Ток и напряжение нулевой последовательности фиксируются соответственно датчиком тока нулевой последовательности и датчиком напряжения нулевой последовательности блока защиты от ОЗЗ устройства для защиты в поврежденной линии меньшего класса напряжения.
Далее ток и напряжения нулевой последовательности поступают на реле направления мощности нулевой последовательности упомянутого блока устройства для защиты поврежденной линии. Поступившие на реле направления мощности нулевой последовательности ток и напряжения нулевой последовательности имеют значение угла сдвига фаз между своими векторами 90 гр. эл. при отставании вектора тока нулевой последовательности от вектора напряжения нулевой последовательности.
При таком значении угла сдвига фаз и отставании вектора тока нулевой последовательности от вектора напряжения нулевой последовательности реле направления мощности нулевой последовательности блока защиты от ОЗЗ устройства для защиты поврежденной линии меньшего класса напряжения срабатывает с формированием сигнала напряжения уровня логической единицы на запуск реле времени упомянутого устройства.
При поступлении такого сигнала на реле времени устройства для защиты в поврежденной линии оно задерживает его на величину выдержки времени. По достижении выдержки времени сигнал напряжения уровня логической единицы с первого выхода блока защиты от ОЗЗ поступает на один из входов сумматора устройства для защиты.
При отсутствии междуфазных коротких замыканий блок защиты от междуфазных коротких замыканий устройства для защиты поврежденной линий формирует сигнал напряжения уровня логического нуля, который поступает на другой вход сумматора устройства для защиты.
При такой комбинации входных сигналов на выходе сумматора устройства для защиты поврежденной линии формируется сигнал напряжения уровня логической единицы, который поступает на прямой вход конъюнктора устройства для защиты.
При отсутствии двойных замыканий на землю блок защиты от ДЗЗ устройства для защиты поврежденной линий формирует сигнал напряжения уровня логического нуля, который поступает на инверсный вход конъюнктора устройства для защиты.
При такой комбинации входных сигналов на входах конъюнктора устройства для защиты на его выходе формируется сигнал напряжения уровня логической единицы, который поступает на усилитель устройства для защиты поврежденной линии.
Повышенное усилителем напряжение подается на привод выключателя поврежденной линии меньшего класса напряжения, и выключатель отключает эту линию. Отключение поврежденной линии позволяет предотвратить развитие крупной аварии и сохранить работоспособность оставшейся части системы электроснабжения.
Одновременно с появлением ОЗЗ в поврежденной линии в неповрежденной линии большего класса напряжения электрическое поле, созданное напряжением нулевой последовательности поврежденной линии, индуцирует наведенное напряжение, величина которого значительно меньше величин фазных напряжений в этой линии, что не нарушает ее симметрию.
При сохранении симметрии системы фазных напряжений в неповрежденной линии на шинах подстанции из-за отсутствия условий напряжение нулевой последовательности не создается. Ток нулевой последовательности в этой неповрежденной линии формируется продольными емкостями фаз упомянутой линии и протекает в ней в направлении от конца линии через шины подстанции к месту ОЗЗ в поврежденной линии.
Датчик тока нулевой последовательности блока защиты от ОЗЗ устройства для защиты неповрежденной линии фиксирует ток нулевой последовательности неповрежденной линии, а датчик напряжения нулевой последовательности упомянутого блока находится в состоянии ожидания без формирования выходного сигнала. Далее на реле направления мощности нулевой последовательности блока защиты от ОЗЗ упомянутого устройства для защиты поступает только ток нулевой последовательности, и поэтому реле направления мощности блока защиты от ОЗЗ упомянутого устройства для защиты этой линии находится в состоянии ожидания и на его выходе формируется сигнал напряжения уровня логического нуля.
При поступлении такого сигнала на реле времени блока защиты от ОЗЗ устройства для защиты неповрежденной линии оно также находится в состоянии ожидания и на его выходе устанавливается напряжение уровня логического нуля, которое поступает на один из входов сумматора упомянутого устройства.
При отсутствии междуфазных коротких замыканий блок защиты от междуфазных коротких замыканий устройства для защиты неповрежденной линии большего класса напряжения формирует сигнал напряжения уровня логического нуля, который поступает на другой вход сумматора упомянутого устройства.
При такой комбинации входных сигналов на выходе сумматора устройства для защиты неповрежденной линии большего класса напряжения формируется сигнал напряжения уровня логического нуля, который поступает на прямой вход конъюнктора упомянутого устройства.
При этом при отсутствии двойных замыканий на землю блок защиты от ДЗЗ устройства для защиты неповрежденной линий также формирует сигнал напряжения уровня логического нуля, который поступает на инверсный вход конъюнктора упомянутого устройства.
При такой комбинации входных сигналов на выходе конъюнктора устройства для защиты формируется сигнал напряжения уровня логического нуля, который поступает на в усилитель упомянутого устройства для защиты неповрежденной линии большего класса напряжения.
На выходе усилителя устройства для защиты неповрежденной линии формируется сигнал напряжения уровня логического нуля, который поступает на привод выключателя этой линии. Величина этого сигнала напряжения недостаточна для срабатывания привода выключателя этой неповрежденной линии, выключатель этой линии и сама неповрежденная линия большего класса напряжения остаются во включенном состоянии с сохранением электропитания подключенных ответственных потребителей.
2. Устройство для защиты линий с изолированной нейтралью установлено на каждой из параллельных линий разного класса напряжений, например, 6-35 кВ, и однофазное замыкание на землю происходит на линии большего класса напряжения.
При появлении однофазного замыкания на землю в поврежденной линии большего класса напряжения на шинах подстанции нарушается симметрия системы фазных напряжений и формируется напряжение нулевой последовательности, а в самой поврежденной линии возникает ток нулевой последовательности, который протекает в ней в направлении от шин подстанции к месту ОЗЗ.
Одновременно с появлением ОЗЗ в поврежденной линии в неповрежденной линии меньшего класса напряжения электрическое поле, созданное напряжением нулевой последовательности поврежденной линии, индуцирует наведенное напряжение, величина которого соизмерима с величиной фазных напряжений в этой линии и нарушает ее симметрию.
При нарушении симметрии системы фазных напряжений в неповрежденной линии на шинах подстанции формируется напряжение нулевой последовательности, и в самой неповрежденной линии протекает ток нулевой последовательности в направлении от конца линии через шины подстанции к месту ОЗЗ поврежденной линии.
Токи и напряжения нулевой последовательности каждой линии фиксируются датчиками тока и напряжения нулевой последовательности блоков защиты от ОЗЗ устройств для защиты каждой линий.
Далее соответствующие токи и напряжения нулевой последовательности блоков защит каждой линии поступают соответственно на реле направления мощности нулевой последовательности блоков защиты от ОЗЗ упомянутых устройств каждой линии. Поступившие на реле направления мощности нулевой последовательности каждого блока защиты от ОЗЗ соответствующие ток и напряжение нулевой последовательности каждой линии имеют значение угла сдвига фаз между своими векторами 90 гр. эл. при отставании вектора тока нулевой последовательности от вектора напряжения нулевой последовательности.
При таком значении угла сдвига фаз и отставании вектора тока нулевой последовательности от вектора напряжения нулевой последовательности реле направления мощности нулевой последовательности блоков защиты от ОЗЗ каждой линии срабатывает с формированием сигнала на запуск реле времени блока защиты от ОЗЗ каждого устройства для защиты.
При поступлении такого сигнала на реле времени каждого блока защиты от ОЗЗ каждой линии каждое реле времени начинает отсчитывать выдержку времени и по ее достижении формирует сигнал напряжения уровня логической единицы, который поступает на один из входов сумматора соответствующего устройства для защиты каждой линии.
При отсутствии междуфазных коротких замыканий в каждой линии каждый блок защиты от междуфазных коротких замыканий устройства для защиты формирует сигнал напряжения уровня логического нуля, который поступает на другой вход соответствующего сумматора каждого устройства для защиты.
При такой комбинации входных сигналов на выходе сумматора каждого устройства для защиты формируется сигнал напряжения уровня логической единицы, который поступает на прямой вход конъюнктора каждого устройства для защиты.
При этом при отсутствии двойных замыканий на землю блок защиты от ДЗЗ каждого устройства для защиты также формирует сигнал напряжения уровня логического нуля, который поступает на инверсный вход конъюнктора упомянутых устройств.
При такой комбинации входных сигналов в конъюнкторе каждого устройства для защиты формируется сигнал напряжения уровня логической единицы, который поступает в соответствующий усилитель каждого упомянутого устройства.
На инверсный вход конъюнктора каждого устройства для защиты поступает сигнал напряжения уровня логического нуля. При такой комбинации входных сигналов на входах конъюнктора каждого устройства для защиты на его выходе формируется сигнал напряжения уровня логической единицы, который поступает в усилитель каждого упомянутого устройства.
На выходе усилителя каждого устройства для защиты формируется напряжение, которое поступает на привод соответствующего выключателя каждой линии и является сигналом на его срабатывание как в поврежденной линии большего класса напряжения, так и в неповрежденной линии меньшего класса напряжения.
При поступлении сигнала на срабатывание привода выключателя каждой линии каждый выключатель отключает соответствующую линию. Обе линии отключаются.
Достоинством устройства для защиты линий с изолированной нейтралью является высокая чувствительность, которая обеспечивает стопроцентное отключение поврежденной линии при ОЗЗ на линии меньшего класса напряжения. Это обусловлено своевременным отключением поврежденной линии меньшего класса напряжения и сохранением в работоспособном состоянии неповрежденной линии большего класса напряжения, что предотвращает развитие крупной аварии и сохранить работоспособность оставшейся части системы электроснабжения.
Недостаток известного устройства для защиты линий с изолированной нейтралью заключается в перерыве электроснабжения ответственных потребителей. Это обусловлено тем, что одновременно с отключением поврежденной линии отключаются и параллельные неповрежденные линии системы электроснабжения.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании устройства для защиты линий с изолированной нейтралью, позволяющего предотвратить перерыв электроснабжения ответственных потребителей за счет сохранения работоспособности неповрежденных линий меньшего класса напряжения при возникновении ОЗЗ на линии более высокого класса напряжения путем селективного отключения только поврежденной линии.
Для решения поставленной задачи в устройство защиты линий с изолированной нейтралью, содержащее первый блок защиты от однофазных замыканий на землю, включающий датчик тока нулевой последовательности, датчик напряжения нулевой последовательности, реле направления мощности нулевой последовательности и реле времени, и у которого первым входом устройства, предназначенным для его подключения в начало защищаемой линии меньшего класса напряжения к шинам подстанции, является вход датчика тока нулевой последовательности первого блока защиты от ОЗЗ, вторым его входом, предназначенным для подключения к шинам подстанции линии меньшего класса напряжения, - вход датчика напряжения нулевой последовательности упомянутого блока защиты, а его выходом, предназначенным для подключения к исполнительным цепям привода выключателя линии меньшего класса напряжения, - выход реле времени, при этом выходы датчиков тока и напряжения нулевой последовательности первого блока защиты соединены соответственно с первым и вторым входами реле направления мощности нулевой последовательности, выход которого соединен в входом реле времени, а также конъюнктор в виде логического элемента И и усилитель, при этом выход первого блока защиты от однофазных замыканий на землю соединен с первым входом конъюнктора, выход которого подключен к входу усилителя, в него введен второй идентичный блок защиты от однофазных замыканий на землю и инвертор, причем вход датчика тока нулевой последовательности второго блока защиты является третьим входом устройства для защиты линий, предназначенным для его подключения в начало защищаемой линии большего класса напряжения к шинам подстанции, вход датчика напряжения нулевой последовательности упомянутого блока защиты является четвертым входом упомянутого устройства, предназначенным для его подключения к шинам подстанции линии большего класса напряжения, при этом выход второго блока защиты от ОЗЗ является вторым выходом устройства для защиты линий, предназначенным для его подключения к исполнительным цепям привода выключателя линии большего класса напряжения, и соединен со вторым входом конъюнктора через инвертор.
Совокупность существенных признаков заявляемого решения отличается от совокупности существенных признаков прототипа введением новых конструктивных элементов: второго блока защиты от однофазных замыканий на землю и инвертора, а также новыми взаимосвязями между блоками устройства.
Наличие в совокупности существенных признаков заявляемого решения существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого устройства критерию патентоспособности полезной модели «новизна».
Введение в устройство защиты линий с изолированной нейтралью второго блока защиты от однофазных замыканий на землю и инвертора, а также образование новых взаимосвязей между блоками устройства предотвращает перерыв электроснабжения ответственных потребителей неповрежденной линии за счет сохранения работоспособности неповрежденных линий меньшего класса напряжения при возникновении ОЗЗ на линии более высокого класса напряжения путем селективного отключения только поврежденной линии.
На фигуре представлена схема устройства для защиты линий с изолированной нейтралью, иллюстрирующая работоспособность и «промышленную применимость» заявляемого устройства.
Устройство для защиты линий с изолированной нейтралью установлено на подстанции в месте подключения начала каждой защищаемой линии к питающим шинам.
Устройство для защиты линий с изолированной нейтралью представляет собой два блока защиты от однофазных замыканий на землю 1, 2, инвертор 3, конъюнктор 4 и усилитель 5.
Первым и вторым входами устройства для защиты линий с изолированной нейтралью являются первые входы каждого блока защиты от ОЗЗ 1, 2, а третьим и четвертым входами упомянутого устройства - вторые входы каждого блока защиты от ОЗЗ 1, 2.
Первым выходом устройства для защиты линии с изолированной нейтралью является выход усилителя линии меньшего класса напряжения, а вторым его выходом - выход второго блока защиты от ОЗЗ 2 упомянутого устройства.
Первый вход устройства для защиты линий с изолированной нейтралью подключен в начало линии меньшего класса напряжения, а третий его вход - в начало линии большего класса напряжения.
Второй вход устройства для защиты линий с изолированной нейтралью подключен к шинам подстанции в месте подключения линии меньшего класса напряжения, а четвертый его вход - к шинам подстанции в месте подключения линии большего класса напряжения.
Первый выход устройства для защиты линий с изолированной нейтралью подключен к исполнительным цепям привода выключателя 10 линии меньшего класса напряжения, который соединен с высоковольтным выключателем 11 линии меньшего класса напряжения, а второй его выход - к исполнительным цепям привода выключателя 12 линии большего класса напряжения, который соединен с высоковольтным выключателем 13 линии большего класса напряжения.
Каждый блок защиты от ОЗЗ 1,2 содержит датчик тока нулевой последовательности 6, датчик напряжения нулевой последовательности 7, реле направления мощности нулевой последовательности 8 и реле времени 9. Причем первым входом блока защиты от ОЗЗ 1,2 является вход его датчика тока нулевой последовательности 6, вторым его входом - вход его датчика напряжения нулевой последовательности 7, а его выходом - выход его реле времени 9.
Выход датчика тока нулевой последовательности 6 соединен с первым входом реле направления мощности нулевой последовательности 8, а выход датчика напряжения нулевой последовательности 7 - с его вторым входом. Выход реле направления мощности нулевой последовательности 8 подсоединен к входу реле времени 9.
Инвертор 3 предназначен для изменения сигнала напряжения с уровня логического нуля на уровень логической единицы и наоборот и представляет собой логический элемент НЕ, имеющий вход и инверсный выход для сигнала уровня логических нуля или единицы.
Конъюнктор 4 предназначен для объединения поступающих на него сигналов напряжения уровня логических нуля и единицы и представляет собой логический элемент И, имеющий прямой и инверсный входы и выход результирующего сигнала напряжения уровня логических нуля или единицы.
Усилитель 5 предназначен для усиления выходного сигнала уровня логических нуля или единицы.
Выход первого блока защиты от ОЗЗ 1 соединен с первым входом конъюнктора 4 устройства для защиты линии меньшего класса напряжения.
Выход второго блока защиты от ОЗЗ 2 соединен с входом инвертора 3 устройства для защиты, а также с приводом выключателя 12 линии большего класса напряжения.
Инверсный выход инвертора 3 соединен со вторым входом конъюнктора 4, выход которого соединен с входом усилителя 5.
Устройство работает следующим образом.
Работа устройства для защиты линий с изолированной нейтралью рассмотрена на примере его работы при однофазном замыкании на землю.
1. Устройство для защиты линий с изолированной нейтралью устанавливается на подстанции и подключается к каждой из параллельных линий разного класса напряжений, например, 6-35 кВ. Однофазное замыкание на землю происходит на линии меньшего класса напряжения.
При появлении однофазного замыкания на землю в поврежденной линии меньшего класса напряжения на шинах подстанции нарушается симметрия системы фазных напряжений и формируется напряжение нулевой последовательности, а в самой поврежденной линии возникает ток нулевой последовательности, который протекает в ней в направлении от шин подстанции к месту ОЗЗ.
Ток и напряжение нулевой последовательности фиксируются соответственно датчиком тока нулевой последовательности 1 и датчиком напряжения нулевой последовательности 2 первого блока защиты 1 устройства для защиты поврежденной линии меньшего класса напряжения.
Далее ток и напряжения нулевой последовательности поступают на реле направления мощности нулевой последовательности 8 упомянутого блока 1. Поступившие на реле направления мощности нулевой последовательности 8 ток и напряжения нулевой последовательности имеют значение угла сдвига фаз между своими векторами 90 гр. эл. при отставании вектора тока нулевой последовательности от вектора напряжения нулевой последовательности.
При таком значении угла сдвига фаз и отставании вектора тока нулевой последовательности от вектора напряжения нулевой последовательности реле направления мощности нулевой последовательности 8 первого блока защиты 1 срабатывает с формированием сигнала на запуск реле времени первого блока защиты от ОЗЗ 1 упомянутого устройства.
При поступлении такого сигнала он задерживает реле времени 9 первого блока защиты 1 на величину выдержки времени.
По достижении выдержки времени сигнал напряжения уровня логической единицы от первого блока защиты 1 поступает в конъюнктор 4 упомянутого устройства.
Одновременно в неповрежденной линии большего класса напряжения электрическое поле, созданное напряжением нулевой последовательности поврежденной линии, индуцирует наведенное напряжение, величина которого значительно меньше величин фазных напряжений в этой линии, что не нарушает ее симметрию.
При сохранении симметрии системы фазных напряжений в неповрежденной линии на шинах подстанции из-за отсутствия условий напряжение нулевой последовательности не создается. Ток нулевой последовательности в этой неповрежденной линии формируется продольными емкостями фаз упомянутой линии и протекает в ней в направлении от конца линии через шины подстанции к месту ОЗЗ в поврежденной линии.
Датчик тока нулевой последовательности 1 второго блока защиты от ОЗЗ 2 неповрежденной линии большего класса напряжения фиксирует ток нулевой последовательности неповрежденной линии, а датчик напряжения нулевой последовательности 2 упомянутого блока защиты 2 находится в состоянии ожидания без формирования выходного сигнала. Далее на реле направления мощности нулевой последовательности 8 второго блока защиты 2 поступает только ток нулевой последовательности, и поэтому реле направления мощности 8 второго блока защиты находится в состоянии ожидания и на его выходе формируется сигнал напряжения уровня логического нуля. При поступлении такого сигнала на реле времени 9 второго блока защиты 2 оно также находится в состоянии ожидания и на его выходе устанавливается напряжение уровня логического нуля. Это напряжение поступает в конъюнктор 4 упомянутого устройства для защиты.
При такой комбинации входных сигналов на выходе конъюнктора 4 устройства для защиты формируется сигнал напряжения уровня логической единицы, который поступает на усилитель 5 устройства для защиты.
Повышенное этим усилителем 5 напряжение подается на привод выключателя 10 поврежденной линии меньшего класса напряжения, и выключатель 11 отключает упомянутую линию. Отключение поврежденной линии меньшего класса напряжения позволяет предотвратить развитие крупной аварии и сохранить работоспособность оставшейся части системы электроснабжения.
Одновременно с этим, на привод выключателя 12 неповрежденной линии большего класса напряжения с реле времени 9 второго блока защиты от ОЗЗ 2 поступает напряжение, величина которого недостаточна для срабатывания привода выключателя 12 неповрежденной линии большего класса напряжения. При отсутствии сигнала на срабатывание привода выключателя 12 этой неповрежденной линии выключатель 13 упомянутой линии находится во включенном состоянии, неповрежденная линия большего класса напряжения остается в работоспособном состоянии с сохранением электропитания подключенных ответственных потребителей.
2. Устройство для защиты линий с изолированной нейтралью устанавливается на подстанции и подключается к каждой из параллельных линий разного класса напряжений, например, 6-35 кВ. Однофазное замыкание на землю происходит на линии большего класса напряжения.
При появлении однофазного замыкания на землю в поврежденной линии большего класса напряжения на шинах подстанции нарушается симметрия системы фазных напряжений и формируется напряжение нулевой последовательности, а в самой поврежденной линии возникает ток нулевой последовательности, который протекает в ней в направлении от шин подстанции к месту ОЗЗ.
Одновременно в неповрежденной линии большего класса напряжения электрическое поле, созданное напряжением нулевой последовательности поврежденной линии, индуцирует наведенное напряжение, величина которого соизмерима с величиной фазных напряжений в этой линии, что нарушает ее симметрию.
При нарушении симметрии системы фазных напряжений в неповрежденной линии на шинах подстанции формируется напряжение нулевой последовательности, и в самой неповрежденной линии протекает ток нулевой последовательности в направлении от конца линии через шины подстанции к месту ОЗЗ поврежденной линии.
Токи и напряжения нулевой последовательности каждой линии фиксируются датчиками тока нулевой последовательности 1 и напряжения нулевой последовательности 2 каждого блока защиты от ОЗЗ 1, 2. Далее соответствующие токи и напряжения нулевой последовательности каждой линии поступают соответственно на реле направления мощности нулевой последовательности 8 каждого блока защиты 1, 2. Поступившие на реле направления мощности нулевой последовательности 8 каждого блока ОЗЗ 1, 2 соответствующие ток и напряжение нулевой последовательности имеют значение угла сдвига фаз между векторами 90 гр. эл. при отставании соответствующего вектора тока нулевой последовательности от вектора напряжения нулевой последовательности.
При таком значении угла сдвига фаз и отставании вектора тока нулевой последовательности от вектора напряжения нулевой последовательности реле направления мощности нулевой последовательности 8 каждого блока защиты 1, 2 срабатывает с формированием сигнала на запуск реле времени 9 каждого блока защиты 1, 2. При поступлении такого сигнала на реле времени 9 каждого блока защиты 1, 2 каждое реле времени 9 начинает отсчитывать выдержку времени и по ее достижении формирует сигнал напряжения уровня логической единицы.
Сигнал напряжения уровня логической единицы от реле времени 9 первого блока защиты 1 устройства для защиты в линии меньшего класса напряжения поступает на первый вход конъюнктора 4.
Сигнал напряжения уровня логической единицы от реле времени 9 второго блока защиты 2 устройства для защиты в линии большего класса напряжения одновременно поступает на инвертор 3, и на привод выключателя 12 этой линии.
При поступлении сигнала напряжения уровня логической единицы на привод выключателя 12 он срабатывает и отключает выключатель 13 поврежденной линии большего класса напряжения. Эта поврежденная линия отключается, что позволяет предотвратить развитие крупной аварии и сохранить работоспособность оставшейся части системы электроснабжения.
При поступлении сигнала напряжения уровня логической единицы в инверторе 3 он изменяется на противоположный сигнал напряжения уровня логического нуля и поступает на второй вход конъюнктора 4 упомянутого устройства.
В конъюнкторе 4 при комбинации входных сигналов напряжения уровня логических единицы и нуля на его выходе формируется сигнал напряжения уровня логического нуля, который через усилитель 5 поступает на привод 10 выключателя неповрежденной линии меньшего класса напряжения. Причем величина сигнала напряжения уровня логического нуля недостаточна для срабатывания привода выключателя 10 этой неповрежденной линии. При поступлении такого сигнала напряжения на привод 10 выключателя неповрежденной линии меньшего класса напряжения выключатель 11 этой линии находится во включенном состоянии, а сама неповрежденная линия остается в работоспособном состоянии с сохранением электропитания подключенных ответственных потребителей.
Таким образом, использование заявляемого устройства для защиты линий с изолированной нейтралью позволяет своевременно отключить поврежденную линию большего класса напряжения, что предотвращает развитие крупной аварии, и сохранить работоспособной неповрежденную линию меньшего класса напряжения, что предотвращает перерыв электроснабжения ответственных потребителей.