Устройство для предотвращения возникновения пожароопасных признаков и необоснованных аварийных отключений при схлестывании проводов воздушных линий электропередачи напряжением 380 В
DEVICE FOR PREVENTION OF OCCURRENCE OF FIRE-HAZARDOUS FEATURES AND UNREASONABLE EMERGENCY OUTAGES AT CROSSING OF WIRES OF OVERHEAD POWER LINES WITH VOLTAGE OF 380 V

Изобретение относится к электротехнике, в частности к защите линий электропередачи напряжением до 1000 В от образования пожароопасных признаков и аварийных отключений из-за схлестывания проводов.
На аварийные отключения в распределительных сетях в значительной мере влияют внешние климатические факторы, а также их интенсивность. Интенсивность отказов, обусловленных влиянием внешних климатических факторов, лежит в пределах от 35 до 86%. Значительная часть отключений связана со схлестыванием проводов, которое, в свою очередь, зависит от ветровых нагрузок и представляет опасность с точки зрения возможности возникновения пожароопасных признаков (искр и капель расплавленного металла).
Существующие способы предотвращения образования пожароопасных признаков при схлестывании проводов сводятся к пространственному разносу проводов в заданных пределах (дистанционные распорки различных типов), либо гашению возможных колебаний, приводящих к схлестыванию проводов (гасители). Таким образом, все существующие технические решения предотвращают образование пожароопасных признаков путем механического исключения схлестывания. Однако, эти решения не всегда эффективны.
Из уровня техники известны жесткие распорки, устанавливаемые между проводами воздушных линий электропередачи (далее - ВЛ) для снижения амплитуды пляски проводов и уменьшения вероятности их схлестывания (Андриевский В.Н. и др. Эксплуатация воздушных линий электропередачи. М., Энергия, 1976. - 616 с.).
Недостатком этих распорок является то, что колебания одного из проводов вызывают дополнительные динамические нагрузки на другой провод.
Из уровня техники известна распорка для проводов ВЛ, содержащая тягу с приспособлениями для закрепления к проводам (Патент РФ №2504876, опубл. 20.04.2014).
Недостатком этой распорки является то, что она способствует передаче энергии от одного колеблющегося провода к другому, что приводит к дополнительной динамической нагрузке на провод и вызывает колебание обоих проводов с большими амплитудами.
Различные конструкции жестких распорок также имеют недостатки, связанные с недостатками конструкции зажимов, а также со своей конструктивной сложностью и неоправданной стоимостью изготовления (А.с. №687515, опубл. 25.09.1979).
Известны устройства для предотвращения схлестывания проводов, выполненные в виде шнура или троса из изолирующего материала или так называемые эластичные распорки (Патент РФ №2331147, опубл. 10.08.2008).
Недостатком данных устройств является низкая механическая прочность, особенно в местах присоединения к проводу. Кроме того, указанные устройства обладают ограниченной стойкостью к частичным разрядам, что приводит к снижению электрической прочности.
Эффективность применения эластичных распорок в основном связана с их демпфирующими свойствами и зависит от характеристик упругого элемента. Однако распорки не обладают достаточной жесткостью, что отрицательно сказывается на условиях надежной работы при действии токов короткого замыкания.
Известны устройства, предотвращающие схлестывания проводом путем гашения колебаний. Например, гаситель колебаний проводов (А.с. СССР №712884, опубл. 30.01.1980). Подобные устройства выполняются в виде упругого демпферного элемента, грузов, закрепляемых по концам этого элемента, и зажима для крепления к проводу. Существует различные конструктивные варианты исполнения гасителей, а также точно рассчитанные схемы установки.
Недостатками данных устройств применительно к линиям напряжением до 1000 В является экономическая нецелесообразность ввиду относительно коротких пролетов.
Технической задачей изобретения является повышение пожарной безопасности при эксплуатации ВЛ напряжением 380 В и снижение интенсивности аварийных отключений при схлестывании проводов.
Технический результат заключается в недопущении образования пожароопасных признаков при схлестывании проводов ВЛ напряжением 380 В и исключении необоснованного аварийного отключения при этом схлестывании.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для предотвращения возникновения пожароопасных признаков и необоснованных аварийных отключений при схлестывании проводов воздушных линий электропередачи напряжением 380 В, установленное в четырехпроводной трехфазной сети, включает, согласно изобретения, токоограничивающий блок, установленный между автоматическим выключателем И тремя фазными трансформаторами тока, которые установлены в сети, последовательно соединенные блок измерения тока короткого замыкания, блок выдержки времени, логический элемент, блок управления, а также блок измерения скорости ветра, причем три входа блока измерения тока короткого замыкания соединены со вторичными обмотками трех трансформаторов тока, выход блока измерения тока короткого замыкания соединен с входом блока выдержки времени, выход которого соединен с первым входом логического элемента, со вторым входом которого соединен выход блока измерения скорости ветра, причем выход логического элемента соединен с входом блока управления, выход которого соединен с входом токоограничивающего блока.
Применение в предлагаемом устройстве блока измерения тока короткого замыкания позволяет формировать сигнал на выходе в зависимости от вида и возможной причины короткого замыкания. Данный блок осуществляет измерение величин токов короткого замыкания.
Использование блока выдержки времени обеспечивает контроль длительности замыкания - с получением сигнала от блока измерения тока короткого замыкания с одного или двух трансформаторов тока включается счетчик времени, содержащийся в блоке выдержки времени.
Использование блока измерения скорости ветра позволяет определять опасную величину скорости ветра с точки зрения условий возможного схлестывания.
Применение блока управления совместно с токоограничивающим блоком обеспечивает регулирование (снижение) величины тока короткого замыкания до значений, при которых не образуются пожароопасные признаки, с учетом сечения фазных проводов, значения которых были введены при установке предлагаемого устройства на соответствующей линии.
Использование логического блока «И» обеспечивает изменение выходного сигнала (с логического нуля на логическую единицу и наоборот), поступающего на блок управления.
Сущность изобретения поясняется при помощи чертежа, на котором изображена функциональная схема устройства предотвращения возникновения пожароопасных признаков и необоснованных аварийных отключений при схлестывании проводов ВЛ напряжением 380 В.
Устройство для предотвращения возникновения пожароопасных признаков и необоснованных аварийных отключений при схлестывании проводов воздушных линий электропередачи напряжением 380 В (чертеж), установлено в четырехпроводной трехфазной сети 4 после автоматического выключателя 2, оно включает токоограничивающий блок 3, установленный между автоматическим выключателем 2 и трансформаторами тока 5, 6, 7, последовательно соединенные блок измерения тока короткого замыкания (БИТКЗ) 10, осуществляющий измерение токов, протекающих в сети 4, блок выдержки времени (БВВ) 11, логический элемент «И» 8 и блок управления (БУ) 9, а также блок измерения скорости ветра (БИСВ) 12, причем три входа БИТКЗ 10 соединены со вторичными обмотками трех трансформаторов тока 5, 6, 7, выход БИТКЗ 10 соединен с входом БВВ 11, выход которого соединен с первым входом логического элемента «И» 8, второй вход которого соединен с выходом блока измерения скорости ветра 12, причем выход логического блока «И» 8 соединен с входом БУ 9, выход которого соединен со входом токоограничивающего блока (ТОБ) 3.
Рассматривается несколько возможных режимов работы устройства: при неблагоприятных метеорологических условиях (под неблагоприятными условиями в данном случае подразумевается ветер со скоростью, при которой возможно схлестывание проводов), при нормальных метеорологических условиях (когда скорость ветра меньше нижнего порогового значения, при котором возможно схлестывание проводов).
Работа устройства предотвращения возникновения пожароопасных признаков и необоснованных аварийных отключений при схлестывании проводов ВЛ электропередачи напряжением 380 В осуществляется следующим образом.
При допустимой, с точки зрения условий возможного схлестывания, величине скорости ветра (БИСВ 12 обеспечивает контроль величины этой скорости) система находится в режиме ожидания, т.е. ТОБ 3 пропускает ток нагрузки. Так как в этом случае не превышается уставка по скорости ветра (контролируемая БИСВ 12), то выходной сигнал блока БИСВ 12 равен логическому нулю, который поступает на один из входов логического блока «И» 8, на выходе которого также сохраняется логический нуль, подаваемый на вход БУ 9, не вызывая его срабатывание. В случае возникновения короткого замыкания между проводами ВЛ 4, когда уставка по току (контролируемая БИТКЗ 10) превысит допустимое значение (соответственно на выходе БИТКЗ 10 появится логическая единица), ток короткого замыкания не ограничиваться не будет, т.к. блок измерения скорости ветра 12 не подтверждает создания условий для схлестывания проводов. В этом случае возникшее короткое замыкание должно быть отключено автоматическим выключателем 2, установленным в начале воздушной линии 4.
При сильном ветре, когда возможно схлестывание проводов, превышается уставка по скорости ветра (контролируемая БИСВ 12), выходной сигнал блока БИСВ 12 становится равным логической единице, подаваемой на один из входов логического элемента И 8. При возникновении короткого замыкания на выходе БИТКЗ 10 появляется логическая единица, подаваемая на второй вход элемента «И» 8. При появлении двух логических единиц на входах элемента «И» 8 на его выходе также появляется логическая единица, формирующая сигнал на включение БУ 9, что инициирует срабатывание ТОБ 3 (углы проводимости с максимальных значений уменьшаются до значений, обеспечивающих ограничение тока короткого замыкания), при этом отключения линии не происходит. БУ 9 с учетом сечения фазных проводов, значения которых были введены при установке предлагаемого устройства на соответствующей линии, инициирует срабатывание ТОБ 3, устанавливая при этом ток в линии, при котором не образуются пожароопасные признаки.
Если на входе БИТКЗ 10 через 5 с не исчезает сигнал (контроль времени осуществляет блок выдержки времени БВВ 11), то с выхода БВВ 11 на соответствующий вход элемента «И» 8 поступает логический нуль, а БУ 9 отключает ТОБ 3, и линия обесточивается максимальной токовой защитой автоматического выключателя 2.
Если сигнал на БИТКЗ 10 поступает одновременно с трех трансформаторов тока (5, 6, 7), то на его выходе сигнала не будет, т.е. сформируется логический нуль, поскольку в этом случае мы имеем дело с симметричным коротким замыканием, вызванным не схлестыванием любых двух проводов, а какими-то иными причинами. В этом случае ТОБ 3 не срабатывает на ограничение тока, а соответствующая линия будет отключена за счет срабатывания автоматического выключателя 2.
Пример выполнения устройства.
Токоограничивающий блок выполнен в виде трех тиристорных ключей, которые в нормальном режиме открыты (углы проводимости максимальны) и пропускают ток нагрузки ВЛ. При возникновении короткого замыкания у тиристорных ключей вводится уменьшение углов проводимости, что обеспечивает ограничение тока короткого замыкания до необходимых значений.
БИТКЗ состоит из трех блоков сравнения текущего значения фазного тока воздушной линии с током уставки. Ток уставки определяется значением тока нагрузки воздушной линии. В нормальном режиме работы воздушной линии, когда фазные токи меньше тока уставки, выходной сигнал БИТКЗ равен логическому нулю. При возникновении на воздушной линии любого вида короткого замыкания (одно-, двух- или трехфазного), фазные токи превышают токи уставки соответствующих блоков сравнения и выходной сигнал БИТКЗ меняется на логическую единицу.
Блок измерения скорости ветра БИСВ содержит электронный анемометр и преобразователь скорости ветра в логический сигнал с минимальной уставкой по скорости.
Блок выдержки времени содержит счетчик времени и преобразователь длительности замыкания в логический сигнал с уставкой по времени.
Блок «И» содержит логический блок конъюнкции (логический элемент И).
Блок управления БУ содержит регулятор угла включения тиристорных ключей. Блок управления преобразует логический сигнал логического элемента И в сигнал управления токоограничивающим блоком ТОБ.
БУ при выходном логическом сигнале логического блока И, равном логическому нулю, задает режим работы ТОБ с открытыми ключами и он пропускает ток нагрузки от силового трансформатора в воздушную линию. Когда выходной сигнал логического элемента И становится равным логической единице, блок управления БУ с целью ограничения тока короткого замыкания уменьшает углы проводимости тиристорных ключей ТОБ. При этом ток в воздушной линии уменьшается до величины нагрузочного тока.
Применение блока управления совместно с токоограничивающим блоком обеспечивает регулирование (снижение) величины тока короткого замыкания до значений, при которых не образуются пожароопасные признаки, с учетом сечения фазных проводов, значения которых были введены при установке предлагаемого устройства на соответствующей линии.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет предотвращать образование пожароопасных признаков при схлестывании проводов воздушной линии электропередачи напряжением 380 В и исключать случаи необоснованного аварийного отключения при этом схлестывании.