УСТРОЙСТВО ДЛЯ БАЛАНСНОЙ ЗАЩИТЫ, СОВМЕЩЕННОЙ С ПОПЕРЕЧНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ДЛЯ ТРЕХФАЗНЫХ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
DEVICE FOR BALANCE PROTECTION COMBINED WITH TRANSVERSE DIFFERENTIAL PROTECTION FOR THREE-PHASE HIGH-VOLTAGE ELECTRICAL INSTALLATIONS

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите, и может быть использовано для защиты трехфазных электроустановок от межфазных коротких замыканий и межвитковых замыканий в фазах.
Известна поперечная дифференциальная защита, которая применяется для релейной зашиты параллельных линий, имеющих одинаковое сопротивление, и основывается на сравнении значений и фаз токов, протекающих по линиям. При нормальном режиме токи равны, а в случае короткого замыкании на одной из линий равенство нарушается [Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная зашита энергетических систем: Учеб. пособие для техникумов. – М.: Энергоатомиздат, 1998. - 341 с.].
Недостатками такой защиты является невозможность определения замыканий между линиями, а также отстройка защиты от токов небаланса, что приводит к низкому быстродействию из-за неидентичности характеристик трансформаторов тока.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для балансной зашиты высоковольтных электроустановок, которое состоит из трех проводников коаксиального типа, представляющих собой токоведущую жилу и внешний проводник, разделенные диэлектриком, расположенных на одинаковом расстоянии от сенсора магнитного поля, при этом к токоведущей жиле проводников коаксиального типа подключены вводные кабели электроустановки, а к внешнему проводнику подключены обратные кабели от электроустановки. При симметричном режиме магнитная индукция в месте расположения магниточувствительного элемента в геометрическом центре устройства для балансной защиты высоковольтных электроустановок будет равна нулю в отличие от аварийного режима [Чигвинцев С.В., Ишмухамедов И.К. Устройство для балансной защиты высоковольтных электроустановок. Патент РФ на полезную модель №168753, опубл. 17.02.2017 г.].
Тем не менее, существенным недостатком такой защиты является невозможность определения межвитковых замыканий в фазах электроустановок.
Задачей изобретения является создание нового устройства выявления межфазных коротких замыканий и межвитковых замыканий в фазах для трехфазных высоковольтных электроустановок с достижением следующего технического результата - расширение функциональных возможностей посредством реализации поперечной дифференциальной защиты, что позволяет определить межвитковые замыкания в фазах.
Поставленная цель достигается тем, что устройство выявления межфазных коротких замыканий и межвитковых замыканий в фазах для трехфазных высоковольтных электроустановок состоит из трех проводников коаксиального типа, представляющих собой токоведущую жилу и внешний проводник, разделенные диэлектриком, расположенных на одинаковом расстоянии от сенсора магнитного поля, при этом к токоведущей жиле проводников коаксиального типа подключены вводные кабели электроустановки, а к внешнему проводнику подключены обратные кабели от электроустановки, при этом согласно изобретению в пространстве между токоведущей жилой и внешним проводником каждого проводника коаксиального типа установлены магниточувствительные элементы для реализации поперечной дифференциальной защиты высоковольтной электроустановки, при этом магнитное поле, регистрируемое магнитным сенсором и отличное от нуля, является указателем межфазного короткого замыкания, а нарушение равенства токов, измеренных магниточувствительными элементами, указывает на межвитковое замыкание в фазах электроустановки.
Уменьшение влияния токов небаланса из-за неидентичности характеристик трансформаторов тока и несимметричного расположения в них прямых и обратных кабелей увеличит быстродействие защиты.
На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, а на фиг. 2 представлено место установки устройства для балансной защиты, совмещенной с поперечной дифференциальной, для трехфазных высоковольтных электроустановок.
Устройство выявления межфазных коротких замыканий и межвитковых замыканий в фазах для трехфазных высоковольтных электроустановок состоит из фазных проводников 1 коаксиального типа, которые представляют собой токоведущую жилу 2 и внешний проводник 3, разделенные диэлектриком 4, и сенсорного устройства 5 магнитного поля. В пространстве между токоведущей жилой 2 и внешним проводником 3 каждого проводника 1 коаксиального типа установлены магниточувствительные элементы 6. Коаксиальные проводники 1 присоединяются к вводным 7 и обратным 8 кабелям электроустановки.
Использование данного типа проводников позволяет установку трансформатора тока не на каждую фазу, а только одного в виде сенсора магнитного поля, который будет измерять суммарное магнитное поле трех фаз. В качестве магниточувствительных элементов могут выступать магниторезисторы, элементы Холла, матрицы на элементах Холла и др. Магниточувствительные элементы, расположенные в пространстве между токоведущей жилой и внешним проводником каждого проводника коаксиального типа, позволяют реализовать поперечную дифференциальную защиту электроустановки посредством измерения действующих значений токов на основе измерения векторов магнитной индукции магнитного поля внутри фазных проводников коаксиального типа.
На фиг. 2 представлено место установки устройства выявления межфазных коротких замыканий и межвитковых замыканий в фазах для трехфазных высоковольтных электроустановок, которое находится между началом вводных (питающих) силовых кабелей 9 от секции шин и электроустановкой 10, обмотка статора которого имеет выводы со стороны нейтрали. Проводники 1 коаксиального типа устройства для балансной защиты, совмещенной с поперечной дифференциальной, для трехфазных высоковольтных электроустановок присоединяются к вводным 7 и обратным 8 кабелям электроустановки.
В соответствии с законом полного тока при отсутствии межфазного виткового замыкания в нормальном (штатном) режиме работы электроустановки магнитное поле вне коаксиального проводника будет равно нулю, в аварийном режиме (межфазном коротком замыкании) возникнет магнитное поле, которое преобразуется сенсором в сигнал об аварии. В свою очередь, действующие значения токов, измеренные магниточувствительными элементами в каждом проводнике коаксиального типа, равны, а нарушение этого равенства является следствием аварийного режима.
Устройство работает следующим образом. Регистрируемое значение магнитного поля в центре устройства выявления межфазных коротких замыканий и межвитковых замыканий в фазах для трехфазных высоковольтных электроустановок при помощи сенсорного устройства 5 для магнитного поля, создаваемого проводниками 1 коаксиального типа, состоящими из токоведущей жилы 2 и внешнего проводника 3, разделенных диэлектриком 4, подключающими электроустановку 10 при помощи вводных 7 и обратных 8 кабелей к вводным (питающим) кабелям 9 от секции шин, позволяет определить вид аварийной ситуации (потеря питания или несимметрия питающих напряжений). При симметричном режиме магнитное поле в центре устройства будет равно нулю в отличие от аварийного режима. В свою очередь, магниточувствительные элементы 6, расположенные в пространстве между токоведущей жилой 2 и внешним проводником 3 каждого проводника 1 коаксиального типа, измеряют действующие значения токов на основе измерения векторов магнитной индукции магнитного поля внутри каждого проводника 1 коаксиального типа. Эти действующие значения токов каждого проводника коаксиального типа в нормальном режиме равны, а нарушение этого равенства является следствием аварийного режима.