УСТРОЙСТВО ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к средствам компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях.
Известно устройство компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью (RU 139189 U1 МПК Н02Н 9/08 (2006.01) опубликовано 10.04.2014). Устройство содержит три обмотки, соединенные по схеме «звезда» или «зигзаг», входы которых соединены с фазами электросети, а нейтральная точка - с четвертой обмоткой, магнитно связанной с остальными обмотками. При этом для симметрирования ярма стрежней трех первых обмоток устройства выполняют в виде трехлучевой звезды, а стержень четвертой обмотки располагают в центре звезды.
Недостаток устройства заключается в отсутствии возможности использовать контроль изоляции методом измерения ее сопротивления постоянному току.
Известно также устройство, реализующее способ заземления нейтрали (RU 2516437 МПК Н02Н 3/20, Н02Н 9/04 (2006.01), опубликовано 20.05.2014). Согласно этому способу нейтраль сети заземляется при помощи конденсаторов, позволяющих использовать непрерывный контроль изоляции электросети, и реактора, активное сопротивление которого выбрано с учетом его нелинейности таким образом, что исключается возможность возникновения феррорезонансных процессов.
Недостатком устройства является небезопасность его обслуживания, обусловленная тем, что после отключения устройства от сети на конденсаторах остается остаточное напряжение, которое может привести к электротравмам персонала, обслуживающего устройство.
Наиболее близким техническим решением является полезная модель, описанная в [Ксенофонтов А.П. Защитные устройства в судовых и береговых электроустановках рыбной промышленности / А.П. Ксенофонтов, Ю.А. Шестопалов, В. Я. Островский; Под ред. А.П. Ксенофонтова. - М: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 254 с., стр. 203, рисунок 59б]. В этом техническом решении заземление нейтрали осуществляется при помощи конденсаторов, соединенных по схеме «звезда», нейтральная точка которой соединяется с землей через реактор. Разряд конденсаторов после отключения от сети осуществляется при помощи двухпозиционного переключателя, осуществляющего их отключение от сети и подключение к трем резисторам. Такое переключение конденсаторов создает путь для их разряда, включающий резисторы и ветвь реактора.
Недостатком полезной модели является отсутствие защиты от коротких замыканий, из-за чего любое замыкание между фазами конденсаторов приведет к отключению всего участка электросистемы, в том числе и заземление нейтрали. Учитывая, что обычно заземление нейтрали устанавливают вблизи центра питания, например, на ГРЩ судовой электросистемы, короткое замыкание в устройстве заземления нейтрали может привести к возникновению в электросистеме опасных для оборудования токов и полному обесточиванию объекта, на котором используется электросистема. Тем самым снижается надежность электроснабжения потребителей. Кроме того, из-за наличия в цепи разряда заземляющего реактора, что ограничивает возможность регулирования времени разряда конденсаторов. Из-за этого не всегда обеспечивается безопасность обслуживающего персонала, который может оказаться под действием остаточного напряжения конденсаторов.
Полезная модель решает задачу повышения безопасности и, одновременно, надежности электросистемы за счет использования автоматического выключателя для отключения устройства от сети в случае возникновения в самом устройстве короткого замыкания и выбора необходимой величины сопротивления резистора, обеспечивающей разряд конденсаторов в течение заданного времени.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве, содержащем конденсаторы, соединенные по схеме «звезда» с заземленной через реактор нейтральной точкой, а также резистор для разряда конденсаторов при отключении устройства от сети, электросеть с конденсаторами связывают через автоматический выключатель, реагирующий на короткое замыкание в устройстве, а к двум фазам конденсаторов подключают катушку реле с возможностью переключения конденсаторов на один из контактов резистора. Второй контакт резистора предлагается подключить к нейтральной точке конденсаторов. Кроме того, величину выбранного сопротивления резистора предлагается связать с заданным временем разряда конденсаторов следующей зависимостью:
max
доп
где t - заданное время разряда конденсаторов, с; С - суммарная емкость конденсаторов, Ф; u - максимальная величина напряжения смещения нейтрали в электросистеме, В; u - допустимое напряжение по условию электробезопасности, В.
На прилагаемых графических материалах представлена схема устройства. Приняты следующие обозначения: 1 - автоматический выключатель; 2 - катушка реле; 3 - контакты реле; 4 - конденсаторы, 5 - резистор; 6 - реактор.
Описание работы устройства.
доп
max
Устройство подключено к трехфазной электрической сети с номинальным напряжением 220 В посредством автоматического выключателя 1 (в качестве которого выбран TDM ВА47-29 3Р), выполняющего две функции: коммутация устройства и защита электросистемы от токов короткого замыкания, возникшего в устройстве. К полюсам выключателя 1 подключены конденсаторы 4, в качестве которых выбраны ДПС 50 мкФ. Конденсаторы соединены по схеме «звезда» с нейтральной точкой, заземленной через реактор 6 со следующими параметрами: индуктивность 0.43 Гн, добротность 4.5, номинальный ток 3 А. Между двумя фазами «звезды» подключена катушка реле 2. В качестве реле использовано промежуточное реле МКУ-48 исполнения РА 4.509.450, контакты которого 3 при наличии напряжения на катушке замкнуты на цепи выключателя. При отключении выключателя 1, переменное напряжение на катушке 2 исчезает, это приводит к переключению контактов 3 на цепь резистора 5, величина сопротивления которого подобрана исходя из заданного времени разряда конденсаторов. При напряжении u,равном 12 В, напряжении u,равном 1000 В и необходимости разряда конденсаторов за время не превышающее 0.01 с, согласно (1) сопротивление резистора не должно превышать 15 Ом. Этому условию удовлетворяет резистор ПЭВ-10 сопротивлением 10 Ом.
Благодаря предложенному устройству заземления нейтрали появляется возможность обеспечивать необходимую скорость разряда конденсаторов, обеспечивая тем самым выполнение норм электробезопасности различных национальных стандартов, а также возможность защиты электросистемы от происходящих в устройстве коротких замыканий, повышая тем самым ее надежность и безопасность обслуживающего персонала.