УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ НЕСИММЕТРИИ ФАЗНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СЕТЯХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для обнаружения замыканий на землю всех видов в электрических сетях с изолированной нейтралью 6…35 кВ и в первую очередь на воздушных линиях электропередачи.
Известен датчик напряжения нулевой последовательности воздушной линии электропередачи при расположении проводов на опоре по вершинам треугольника [1], содержащий антенну, расположенную параллельно проводам воздушной линии, соединенную с одним из выводов исполнительного органа, с другим выводом которого соединен заземлитель. Указанная антенна выполнена из одного стержня, размещенного в центре треугольника, в вершинах которого расположены провода.
Недостаток данного датчика заключается в том, что он обладает низкой выходной мощностью, вследствие этого приходится сигнал с антенного преобразователя подключать к усилителю с большим входным сопротивлением и для монтажа датчика требуется отключение линии.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и результату является воздушная линия электропередачи с антенным датчиком напряжения нулевой последовательности [2], содержащая три антенных преобразователя, расположенных в вершинах правильного треугольника, центр тяжести которого совпадает с центром тяжести треугольника, образованного проводами линии, а объединенный конец трех антенных преобразователей напряжения подключен к одному выводу исполнительного органа, другой вывод которого соединен с заземлителем.
Недостатком этого устройства является возможность применения его только при расположении антенных преобразователей и проводов линии электропередачи по вершинам правильного треугольника между фазами линии, что усложняет монтаж, при котором требуется отключение линии.
Цель полезной модели заключается в расширении области применения многостержневых антенных датчиков напряжения для трехфазной линии электропередачи с изолированной нейтралью при любом расположении ее проводов.
Для достижения этой цели антенные датчики напряжения в виде стержней закрепляются параллельно друг другу на опоре на изоляционных основаниях под токоведущими проводами на безопасном изоляционном расстоянии от проводов и соединяются последовательно в цепочку, один конец которой связан с заземлителем через исполнительный орган. Исполнительный орган может представлять собой, например последовательно включенные резистор и световой индикатор (или резистор и дисплей с памятью). При достаточном напряжении на стержнях световой индикатор будет светиться или появится сообщение на дисплее с памятью - «в сети замыкание на землю».
На фиг. 1 показан участок линии электропередачи с одной опорой 1, на которой на изоляторах 2 закреплены три фазных токоведущих высоковольтных провода 3, 4, 5. На безопасном изоляционном расстоянии от токоведущих проводов 3, 4, 5 установлены антенные датчики напряжения в виде стержней 6, соединенные последовательно в цепочку. Стержни закреплены на опоре 1 через изоляционное основание 7 и направлены параллельно проводам воздушной линии электропередачи. Один конец цепочки соединен с исполнительным органом 8, содержащим последовательно включенный резистор 9 и световой индикатор или дисплей с памятью 10, соединенный через заземляющий спуск 11 с заземлителем 12, размещенным как и подземная часть 13 опоры 1, в земле 14.
Устройство работает следующим образом. На линии электропередачи с междуфазным напряжением 10 кВ в нормальном режиме на каждом из проводов 3, 4, 5 относительно земли 14 напряжение составляет . Но из-за разного расстояния стержней в цепочке относительно токоведущих проводов емкости между проводами и цепочкой будут не одинаковые. Это приводит к появлению напряжение небаланса, наведенного в цепочке из стержней 6. Расчеты этих наведенных напряжений были выполнены методом фазных координат [3] для расположения стержней, показанного на фиг. 1.
Для расчета использовалась трехфазная линия электропередачи 10 кВ с расположением проводов 3, 4, 5 по треугольнику. Исходные данные для расчета: расстояние между фазами - 1 м; длина каждого стержня 6 составляет - 5 м, расстояние между стержнями - 20 см; верхний стержень удален от нижних фазных проводов на безопасное расстояние 1 м.
Были рассчитаны следующие виды режимов: нормальный режим и режимы с нарушением изоляции фазных проводов 3, 4, 5 относительно земли 14, например при повреждении изоляторов 2 в любой точке линии электропередачи. В этом случае происходит соединение проводов через заземляющие спуски с заземлением опоры. Возможно также замыкание через дугу или замыкание при обрыве провода. При этом, рассмотрены следующие режимы с нарушением изоляции: замыкание фазного провода 3 на землю 14; замыкание фазного провода 4 землю 14; замыкание фазного провода 5 на землю 14. При замыкании любого из фазных проводов 3, 4, 5 на землю 14, напряжение на проводе с поврежденной изоляцией близко к нулю, а на проводах с неповрежденной изоляцией напряжение относительно земли 14 возрастает практически до линейного (междуфазного) напряжения 10000 В. Под действием повышенного напряжения двух фазных проводов на стержнях наводится повышенное напряжение.
Приведем результаты расчетов, когда к цепочке из трех стержней 6 при их горизонтальном расположении под фазами линии электропередачи подключены резистор 9 и световой индикатор (или дисплей с памятью) 10 с общим сопротивлением 2 МОма.
Напряжение небаланса в нормальном режиме мало и составляет 23 В. Под действием такого напряжения через резистор 9 и световой индикатор или дисплей с памятью 10 протекает небольшой ток, от которого световой индикатор 10 не будет светиться, а также не будет сообщения на дисплее с памятью.
В режиме замыкания фазного провода 3 на землю 14 напряжение на проводе 3 относительно земли 14 близко к нулю, а напряжение на проводах 4 и 5 увеличивается практически до 10000 В. При этом наведенное напряжение на цепочке из трех стержней 6 составляет 157,2 В.
В режиме замыкания фазного провода 4 на землю 14 напряжение на проводе 4 относительно земли 14 также близко к нулю, а напряжение на проводах 3 и 5 также увеличивается практически до 10000 В. При этом наведенное напряжение на цепочке из трех стержней 6 составляет 127,6 В.
В режиме замыкания фазного провода 5 на землю 14 напряжение на проводе 5 относительно земли 14 также близко к нулю, а напряжение на проводах 3 и 4 увеличивается также практически до 10000 В. При этом наведенное напряжение на цепочке из трех стержней 6 составляет 118,3 В.
Из приведенных результатов расчетов следует, что при повреждении изоляции любого из фазных проводов наведенное напряжение на цепочке из стержней 6 резко возрастает. При этом световой индикатор будет светиться, или будет высвечиваться сообщение на дисплее «в сети замыкание на землю», сигнализируя о нарушении симметрии фазных напряжений.
С увеличение количества стержней в цепочке наведенное напряжение увеличивается. Так в цепочке из пяти стержней оно увеличивается примерно на 20 В по сравнению с цепочкой из трех стержней.
Источники информации:
1. Датчик напряжения нулевой последовательности воздушной линии электропередачи при расположении проводов на опоре по вершинам треугольника. Патент SU 674144, H02H 3/16, / Р.Ш. Сагутдинов, А.И. Селивахин. - заявка №2471487/24-07 // Бюл. №26 от 18.07.79.
2. Воздушная линия электропередачи с антенным датчиком напряжения нулевой последовательности. Патент SU 855 849, H02H 3/16, / Р.Ш. Сагутдинов, В.Я. Жарков - заявка №2856696/24-07 // Бюл. №30 от 15.08.81
3. Мельников Н.А. Матричный метод анализа электрических цепей. - М.: Энергия, 1972. - 231 с.