СПОСОБ НАСТРОЙКИ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ НА ГЕРКОНАХ
METHOD OF ADJUSTING CURRENT PROTECTION ON HERMETIC CONTACTS

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технике релейной защиты, и может быть использовано для настройки токовой защиты электроустановок от коротких замыканий.
1
2
Известен способ настройки токовой защиты на герконе [АС 1429193 СССР Клецель М.Я., Мусин А.Х., Поляков В.Е., 1988, №37], при котором геркон снабжают двумя обмотками, устанавливают его в рассчетной точке вблизи токоведущей шины защищаемой электроустановки, подают ток от источника питания в шину и измеряют ЭДС на первой обмотке, затем подают ток от источника питания во вторую обмотку и измеряют ЭДС, при которой срабатывает геркон, затем от этого источника подают ток в шину соседней установки и измеряют ЭДС на первой обмотке, далее меняют положение геркона так, чтобы ЭДС первой обмотки стало минимальным, подают токи I и I в шину защищаемой электроустановки и измеряют ЭДС первой обмотки и по соотношениям этих ЭДС судят о правильности настройки защиты.
Недостатком данного способа является высокая опасность при проведении настройки токовой защиты на герконах, так как для определения истинной напряженности в расчетной точке на токоведущую шину электроустановки подают большие токи, соизмеримые с токами короткого замыкания.
А
сз
Ближайшим из аналогов является способ настройки токовой защиты на герконах [Клецель М.Я., Мусин В.В. Выбор тока срабатывания максимальной токовой защиты без трансформаторов тока на герконах // Промышленная энергетика, 1990. №4. - С. 32-36], при котором выбирают расчетную точку А на безопасном расстоянии от токоведущих шин электроустановки. Измеряют расстояния от токоведущих шин электроустановки до расчетной точки А. Рассчитывают напряженность Н в расчетной точке А при токе Iсрабатывания защиты по формуле ,
jα1
jα2
jα3
где e, e, e - комплексные числа, описывающие углы сдвига фаз между токами в токоведущих шинах;
1
2
3
h, h, h - расстояние от токоведущих шин до расчетной точки А.
1
cp
1
Выбирают геркон и размещают его внутри первой катушки индуктивности с заданным количеством витков W и длиной , расположенной в произвольном месте, к выводам катушки индуктивности подключают источник питания, в катушку индуктивности подают ток, фиксируют значение тока I, при котором сработал геркон, и рассчитывают его действительную магнитодвижущую силу срабатывания F=I⋅W.
cp
ср
cp
А
cp
ср
A
Если магнитодвижущая сила срабатывания F имеет такое значение, что напряженность срабатывания геркона Н, равная отношению магнитодвижущей силы срабатывания F к длине  первой катушки индуктивности, равна напряженности Н в расчетной точке A, то геркон устанавливают в расчетную точку A. Если магнитодвижущая сила срабатывания F имеет такое значение, что напряженность срабатывания Н не равна напряженности H в расчетной точке A, то выбирают другой геркон, и повторяют указанные выше операции пока не найдется геркон, для которого это равенство выполняется.
ср
А
Недостатками данного способа является недостаточная точность настройки токовой защиты на герконах. Погрешность составляет 20-40%, из-за подбора геркона с напряженностью срабатывания Н, равной расчетной напряженности Н в расчетной точке A, а не истинной напряженности в этой точке.
Техническая проблема настоящего изобретения заключается в повышении точности настройки токовой защиты на герконах.
А
сз
Решение технической проблемы достигается за счет того, что в способе настройки токовой защиты на герконах выбирают расчетную точку A на безопасном расстоянии от токоведущих шин электроустановки. Измеряют расстояния от токоведущих шин электроустановки до расчетной точки A. Рассчитывают напряженность Н в расчетной точке А при токе I срабатывания защиты по формуле
,
jα1
jα2
jα3
где e, e, e - комплексные числа, описывающие углы сдвига фаз между токами в токоведущих шинах;
1
2
3
h, h, h - расстояние от токоведущих шин до расчетной точки A.
1
cp
1
Выбирают геркон и размещают его внутри первой катушки индуктивности с заданным количеством витков W и длиной  и площадью поперечного сечения S, расположенной в произвольном месте, к выводам катушки индуктивности подключают источник питания, в катушку индуктивности подают ток, фиксируют значение тока I, при котором сработал геркон, и рассчитывают его магнитодвижущую силу срабатывания F=I⋅W.
Отключают первую катушку индуктивности.
2
1
сз
сз
1
2
1
Аист
Далее в расчетной точке А закрепляют вторую катушку индуктивности с заданным количеством витков W, длиной  и площадью поперечного сечения S. В свою очередь, к токоведущим шинам электроустановки подключают источник питания, и подают в токоведущие шины электроустановки ток I, намного меньший тока I срабатывания настраиваемой защиты, учитывая, что для каждого вида защит и типа электроустановки ток срабатывания защит I индивидуальный. Далее, измеряют напряжение E на концах второй катушки индуктивности, расположенной в расчетной точке A, выключают источник питания. Рассчитывают напряжение Е на концах второй катушки индуктивности при токе I, а затем и истинную напряженность H в расчетной точке A при токе срабатывания защиты по следующим формулам
,
,
0
где μ - магнитная проницаемость воздуха;
f - частота промышленного тока;
2
W - количество витков второй катушки индуктивности;
S - площадь поперечного сечения;
jα1
jα2
jα3
e, e, e - комплексные числа, описывающие углы сдвига фаз между токами в токоведущих шинах;
π - постоянная Планка;
1
2
1
h, h, h - расстояние от токоведущих шин до расчетной точки А.
Аист
ср
Аист
ср
Аист
ср1
ср1
Аист
ср1
Аист
ср1
Аист
cp1
Аист
1
3
1
3
1
3
cp
ср
Аист
нд
ср
Аист
2
Затем сравнивают напряженность срабатывания геркона  с истинной напряженностью H поля в расчетной точке A. Если напряженность срабатывания геркона H равна истинной напряженности H поля в расчетной точке A, то геркон устанавливают внутрь второй катушки индуктивности. Если напряженность срабатывания геркона H не равна истинной напряженности H поля в расчетной точке A, то выбирают следующий геркон и, используя первую катушку индуктивности, определяют напряженность срабатывания геркона Н. Далее сравнивают напряженность срабатывания геркона Н с истинной напряженностью H в расчетной точке A. Если напряженность срабатывания геркона H равна истинной напряженности H в расчетной точке A, то геркон устанавливают в расчетную точку A. Если напряженность срабатывания геркона H не равна истинной напряженности H поля в расчетной точке A, то действия по выбору геркона повторяют до тех пор пока напряженность срабатывания геркона H, при которой выбранный геркон срабатывает, не станет равной истинной напряженности H поля в расчетной точке A. Затем в токоведущие шины подают ток I и измеряют ЭДС E на выводах второй катушки индуктивности. Проверяют равенство ЭДС E и E, если оно выполняется, то токовая защита на герконе настроена, если не выполняется, то изменяют положение геркона и второй катушки индуктивности так, чтобы ЭДС E и E были равны. Если геркон с необходимой магнитодвижущей силой срабатывания F не удается подобрать, и напряженность срабатывания геркона Н больше истинной напряженности H в расчетной точке A, то вычисляют величину напряженности H, недостающей для срабатывания геркона, путем вычитания полученного значения напряженности срабатывания геркона Н из истинной напряженности Н в расчетной точке A. Затем к выводам второй катушки индуктивности подключают источник питания и подают ток I, равный отношению .
Аист
cp
Аист
Для достижения точности настройки токовой защиты на герконах определяют истинную напряженность Н в точке А, выбирают геркон с магнитодвижущей силой срабатывания F, соответствующей истинному значению напряженности Н в расчетной точке А.
На фиг. 1 представлено устройство, реализующее способ настройки токовой защиты на герконах.
Способ настройки токовой защиты на герконах может быть реализован в трехфазной электроустановке типа К-63-1000-10. К токоведущим шинам 1 электроустановки последовательно подключены амперметр 2 и источник трехфазного переменного тока 3. Вторую катушку индуктивности 4, в качестве которой может быть использована обмотка промежуточного реле РП-23, закрепляют на безопасном расстоянии от шин 1 электроустановки. Внутри второй катушки индуктивности 4 размещают геркон 5, в качестве которого может быть использован геркон типа КЭМ-1. К выводам катушки индуктивности 4 подключают вольтметр 6.
н
2
Аист
сз
A
сз
A
1
сз
1
1
1
1
2
3
2
3
2
2
Для настройки токовой защиты трехфазной электроустановки с токоведущими шинами 1, расположенными в одной плоскости, максимальным током нагрузки, равным 1 кА, и номинальным напряжением U, равным 6 кВ, при построении защиты от двухфазного короткого замыкания между фазами B и C, исходя из известных соображений о возможной наибольшей чувствительности и удобства установки, закрепляют вторую катушку индуктивности 4, с количеством витков W, равным 10000, площадью поперечного сечения S, равной 796 мм, длиной , равной 0,02 м, в расчетной точке А для определения истинного значения напряженности H в расчетной точке А. Расчетная точка A равноудалена от токоведущих шин 1 фаз B и C электроустановки на безопасное расстояние - 13 см. При этом вторая катушка индуктивности 4 устанавливается в указанной расчетной точке A таким образом, чтобы продольная ось второй катушки индуктивности 4 находилась в плоскости поперечного сечения токоведущих шин 1 перпендикулярно плоскости их расположения. К выводам второй катушки индуктивности 4 подключают вольтметр 6, а к токоведущим шинам 1 через амперметр 2 подключают источник тока 3. Затем, используя максимальный ток нагрузки электроустановки, равный 1 кА, рассчитывают ток I срабатывания защиты в токоведущей шине 1, при котором должен срабатывать геркон 5, и напряженность Н в расчетной точке A при этом токе. В результате расчетов ток I срабатывания защиты равен 1,8 кА, напряженность H в расчетной точке A равна 2,2 кА/м. Затем в токоведущие шины 1 подают ток I, намного меньший I тока, при котором срабатывает защита и одновременно измеряют ЭДС E на выводах второй катушки индуктивности 4 с помощью вольтметра 6 и значение тока I в токоведущих шинах с помощью амперметра 2. В результате измерения ЭДС на выводах второй катушки индуктивности E равна 244 мВ, ток I в токоведущих шинах равен 100 А. Затем отключают источник тока и измеряют расстояния h и h, равные 13 см, от токоведущих шин B и C до расчетной точки A. При этом измеряем только два расстояния h и h, так как рассматриваем двухфазное короткое замыкание, при котором считается, что ток в неповрежденной фазе отсутствует. Далее рассчитывают ЭДС E на выводах второй катушки индуктивности 4 при двух фазном коротком замыкании между фазами В и C по формуле.
Аист
сз
После этого вычисляется истинная напряженность H поля в рачетной точке A при токе срабатывания защиты I по формуле
1
cp
cp
ср
ср
ср
Аист
ср
Аист
cp
Внутрь первой катушки индуктивности, используемой для определения напряженности, при которой срабатывает геркон 5 с количеством витков W, равным 5000, и длиной , равной 0,2 м, устанавливают геркон 5 типа КЭМ-2. В катушку индуктивности от источника тока через амперметр подают ток. Фиксируют величину тока 5 мА, при которой геркон 5 срабатывает. Вычисляют магнитодвижущую силу срабатывания F, получаем силу срабатывания F, равную 25 А⋅витков, вычисляем напряженность срабатывания Н геркона 5, в результате напряженность равна 125 А/м. Сравнивают напряженность срабатывания Н геркона 5, так как напряженность срабатывания Н геркона 5, равная 125 А/м, и не равна истинной напряженности H в расчетной точке А, равной 1,76 кА/м, то в первую катушку индуктивности помещают другой геркон, и повторяют указанные выше действия. И так до тех пор, пока напряженность срабатывания H геркона 5 не станет равной истинной напряженности H в расчетной точке A. В результате выбирают геркон 5 типа КЭМ-1 с магнитодвижущей силой срабатывания F,равной 280 А, витков и помещают его внутрь второй катушки индуктивности 4.
1
3
3
1
После установки внутрь второй катушки индуктивности 4 окончательно выбранного геркона 5 проверяют не сместились ли катушка индуктивности 4 и геркон 5. Для этого в токоведущие шины 1 подают ток I и измеряют ЭДС E на выводах второй катушки индуктивности 4, которая равна 244 мВ. Так как ЭДС E на выводах второй катушки индуктивности 4 равна ЭДС E на выводах второй катушки индуктивности 4, то защита настроена.
Аист
A
Таким образом, выбор параметров геркона 5 по величине истинной напряженности H в расчетной точке A, а не по расчетной величине напряженности H в расчетной точке A позволяет более точно настроить токовую защиту на герконах.