Устройство защиты для счетчиков электрической энергии и потребителей от несимметрии питающих напряжений
PROTECTION DEVICE FOR ELECTRIC POWER METERS AND CONSUMERS AGAINST ASYMMETRY OF SUPPLY VOLTAGES

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, для защиты счетчиков электрической энергии и потребителей от несимметрии питающих напряжений.
Известно устройство - дифференциальный аппарат [1], содержащий основной дифференциальный датчик тока, состоящий из тороидального магнитопровода со вторичной обмоткой, через окно которого проходят силовые проводники питающей сети, контакты, приводимые к срабатыванию приводом при достижении током вторичной обмотки заданной величины и снабжен дополнительным дифференциальным датчиком тока, через окно магнитопровода которого проходят силовые проводники питающей сети, имеющим две вторичные обмотки, последовательно с одной из которых включено токоограничивающее сопротивление, подключенное к токоведущей части, а к другой его вторичной обмотке подключено электромагнитное реле сигнализации состояния цепи дифференциального аппарата, которое при появлении короткозамкнутого контура отключается и своим контактом, не производя защитного отключения, включает сигнальное устройство о наличии неисправности.
Недостатком данного аналога является:
- не возможность реагирования на обрыв нулевого провода;
- не реагирует на несимметричные напряжения в электрической сети. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для токовой защиты участка трехфазной линии от обрыва нулевого провода и/или одного из фазных проводов [2], содержащее исполнительный орган, симметричную трехфазную нагрузку, образующую искусственную нулевую точку, соединенную проводником с нулевым проводом трехфазной смешанной нагрузки, причем соединительный проводник проходит через трансформатор тока, выход которого через усилитель соединен с входом исполнительного органа.
Недостатком представленного прототипа является необходимость дополнительной прокладки проводов от искусственной нулевой точки, к усилительному органу.
Целью изобретения является защита счетчиков электрической энергии и потребителей от несемметрии питающих напряжений.
Поставленная цель достигается тем, что трехфазный автоматический выключатель с исполнительным органом, который соединен с усилителем, а к лини электропередачи подключена смешанная трехфазная нагрузка, а три фазных провода проходят через трехфазный автоматический выключатель и с нулевым проводником заходят в окно магнитопровода трансформатора тока нулевой последовательности, вторичной обмотки которого связана через упомянутый усилитель с исполнительным органом, а выходящие провода из окна магнитопровода трансформатора тока нулевой последовательности соединены с трехфазным счетчиком электроэнергии, после которого подключаются к линии электропередачи с ответвлениями смешанные трехфазные нагрузки, причем в конце каждого трехфазного ответвления линии к фазным проводам подключаются фильтры напряжения нулевой последовательности, соединенные своими нулевыми точками через пороговые элементы с дополнительно введенными заземляющими устройствами.
На фиг. 1 представлена структурная схема устройство защиты для счетчиков электрической энергии и потребителей от несимметрии питающих напряжений.
К выводам вторичной обмотки силового трехфазного трансформатора 1, с заземляющим устройством 2, подключен по трем фазным проводам 3, 4, 5 трехфазный автоматический выключатель 7 с исполнительным органом 8. После трехфазного автоматического выключателя 7 выходящие три фазных провода 3, 4, 5 и нулевой провод 6 проходят через окно магнитопровода трансформатор тока нулевой последовательности 9. Выходы вторичной обмотки 10 трансформатора тока нулевой последовательности 9 подключены к входам усилителя 11, выход усилителя соединен с исполнительным органом 8, трехфазного автоматического выключателя. Выходящие три фазных 3, 4, 5 и нулевой провод 6 из окна магнитопровода трансформатора тока нулевой последовательности 9 подключены к входам трехфазного счетчика электрической энергии 12, после которого подключается смешанная трехфазная нагрузка 14.1, 14.2 через трехфазные автоматические выключатели 13.1, 13.2. В конце каждого трехфазного ответвления к лини подключаются фильтры напряжений нулевой последовательности 15.1, 15.2, 15.3 соединенные своей нулевой точкой через пороговые органы 16.1, 16.2, 16.3 с дополнительно введенными заземляющими устройствами 17.1, 17.2, 17.3.
Устройство для защиты счетчиков электрической энергии и потребителей от несимметрии питающих напряжений работает следующим образом.
В нормальном режиме, от вторичной обмотки силового трехфазного трансформатора 1, по фазным проводам 3, 4, 5 протекает переменный электрический ток, через замкнутые контакты автоматического выключателя 7 с исполнительным органом 8, окно магнитопровода трансформатора тока нулевой последовательности 9, трехфазный счетчик электрической энергии 12, трехфазные автоматические выключатели 13.1, 13.2 к смешанным трехфазным нагрузкам 14.1, 14.2. Сумма трех фазных токов, протекающих по нулевому проводнику 6 от смешанной трехфазной нагрузки 14.1, 14.2 ко вторичной обмотке силового трансформатора 1, стремится к нулевому значению Поэтому и на вторичной обмотке 10 трансформатора тока нулевой последовательности 9 не наводится электродвижущая сила и на исполнительный орган 8 трехфазного автоматического выключателя 7, через усилитель 11 не поступает сигнал на размыкание контактов трехфазного автоматического выключателя 7.
При обрыве нулевого 6 или любого из трех фазных проводов 3,4,5 фазные напряжения на смешанных трехфазных нагрузках 14.1, 14.2 искажаются и на слабо загруженной фазе могут достигать в  От такого напряжения увеличивается протекающей ток в не поврежденных проводах, что приводит к выходу из строя трехфазных счетчиков электрической энергии 12, а также потребителей подключенных в смешанной трехфазной нагрузки 14.1, 14.2.
При установке в конце каждого трехфазного ответвлений линии фильтра напряжения нулевой последовательности 15.1, 15.2, 15.3, будет протекать переменный электрический ток, под действием несемметрии в электрической сети.
Переменный электрический ток будет протекать по следующему контуру: через пороговые органы 16.1, 16.2, 16.3 на дополнительно введенное заземляющие устройства 17.1, 17.2, 17.3, по земле и на заземляющие устройство 2 вторичной обмотки трехфазного силового трансформатора 1. Этот ток протекает также в окне магнитопровода трансформатора тока нулевой последовательности 9. От несимметрии токов во вторичной обмотке 10 трансформатора тока нулевой последовательности 9 наводится электродвижущая сила, которая воздействует на исполнительный орган 8 трехфазного автоматического выключателя 9, чрез усилитель 11, который размыкает контакты трехфазного автоматического выключателя 9, при достижении определенного порога наведенной электродвижущей силы на вторичной обмотке 10 трансформатора тока нулевой последовательности.
При обрыве одного из фазных проводов происходят аналогичные процессы, что и при обрыве нулевого провода. Таким образом обеспечивается отключение электрической сети при несимметрии питающих напряжений или обрыве одного из фазных, или нулевого провода в четырех проводной электрической сети.
Использованные источники
1. Патент на изобретение RU 2256271 С2, МПК Н02Н 3/26, H0F3 8/28 Дифференциальный аппарат [текст] / Стрижков И.Г., Усков А.Е., Кубанский государственный университет - №: 2003126789/09; заявл. 01.09.2003; опубл. 10.07.2005.
2. Патент на изобретение RU 181222 U1, МПК Н02Н 5/10 Устройство токовой защиты участка трехфазной линии от обрыва нулевого и/или одного из фазных проводов [текст] / Белов Александр Владимирович, Ильин Юрий Петрович, Смирнов Арсений Павлович, ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ- №: 2018103534; заявл. 30.01.2018; опубл. 06.07.2018.