УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ УЧАСТКА ТРЁХФАЗНОЙ ЛИНИИ ОТ ОБРЫВА НУЛЕВОГО ПРОВОДА И/ИЛИ ОДНОГО ИЗ ФАЗНЫХ ПРОВОДОВ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к устройствам для защиты участка трехфазной линии до 10000 В от обрыва нулевого провода и/или одного из фазных проводов.
Обрыв нулевого провода (N) или несимметричные режимы в линиях до 1000 В, связанные с обрывом фазных проводов (А, В, С), приводят к нарушению технологического процесса у потребителя и выходу из строя электродвигателей и бытовых электроприборов. Кроме того, обрывы проводов могут привести к электропоражениям людей и животных.
Известно устройство для токовой защиты с реле тока обратной последовательности, которая устанавливается в начале защищаемого участка (Кузник Ю.С. Исследование фильтровых реле. «Электрические станции», №7, 1975, с. 87).
Недостаток этого устройства - пониженная чувствительность и надежность работы в сетях до 1000 В, так как нагрузка сетей до 1000 В является несимметричной и имеет вероятностный характер, то уставка реле тока обратной последовательности должна быть выбрана с учетом отстройки от токов обратной последовательности нормального режима.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для токовой защиты участка трехфазной линии от обрыва одного из фазных проводов [А.с. СССР №714562, кл. Н02Н 5/10; Н02Н 3/08; опубл. 05.02.1980, БИ №5], взятое в качестве прототипа, содержащее фильтр токов обратной последовательности, трехфазную симметричную искусственную нагрузку, образующую искусственную нулевую точку, блок защиты и исполнительный орган, предназначенное для защиты трехфазной двигательной нагрузки. Устройство устанавливается у защищаемого объекта. Для работы используется информация о величине и симметричности токов обратной последовательности. При обрыве фазного провода питающей линии нарушается симметрия фазных токов и на выходе фильтра появляется сигнал, пропорциональный токам обратной последовательности, что приводит к срабатыванию блока защиты и отключению двигателя от линии исполнительным органом.
Недостатком данного устройства является то, что оно неспособно контролировать обрыв нулевого провода, а также устанавливается перед потребителем, в результате чего может защитить только отдельный электроприемник.
Задачей полезной модели является повышение надежности электроснабжения, а также повышение безопасности эксплуатации трехфазных сетей до 1000 В и защиты группы потребителей от обрыва нулевого провода и/или одного из фазных проводов.
Задача решается тем, что в устройстве для токовой защиты участка трехфазной линии от обрыва нулевого провода и/или обрыва одного из фазных проводов, содержащем симметричную трехфазную нагрузку, образующую искусственную нулевую точку, и исполнительный орган, в отличие от прототипа искусственная нулевая точка соединена проводником с нулевым проводом, причем соединительный проводник проходит через трансформатор тока, выход которого через усилитель соединен с выходом исполнительного органа.
Физическая сущность искусственной нулевой точки заключается в следующем. Искусственная нулевая точка - это векторная сумма фазных напряжений. В том случае, когда фазные напряжения равны по величине, а их векторы смещены друг относительно друга на 120°, искусственная нулевая точка имеет потенциал, равный нулю, то есть равный потенциалу земли. Если качество электроэнергии соответствует стандарту, то векторная сумма фазных напряжений равна нулю, и этот нуль можно с достаточной для практического использования точностью считать потенциалом земли.
Искусственная нулевая точка является нулевой точкой звезды, лучи которой включены в три фазы, и в этих лучах имеются сопротивления, одинаковые как по типу (например, активное, емкостное или индуктивно-активное), так и по величине, при этом для определения нулевого потенциала земли нет необходимости соединения искусственной нулевой точки с нулевым проводом или с землей.
Устройство способно повысить надежность электроснабжения, безопасность эксплуатации трехфазных сетей до 1000 В и защиту группы потребителей от обрыва нулевого провода и/или одного из фазных проводов.
На фигуре изображена функциональная схема устройства для защиты участка трехфазной линии до 1000 В от обрыва нулевого провода и/или одного из фазных проводов.
В конце защищаемого участка линии 1 имеется трехфазная смешанная нагрузка 4, в которой каждый потребитель соединен с одной стороны с фазным проводником, а с другой стороны - с нулевым проводом трехфазной смешанной нагрузки 6. В начале защищаемого участка (до отключающего автоматического выключателя 2) расположена симметричная трехфазная нагрузка 3, образующая искусственную нулевую точку 5. Искусственная нулевая точка 5 соединена с нулевым проводом трехфазной смешанной нагрузки 4 соединительным проводником, пропущенным через трансформатор тока 9, выход которого через усилитель 8 соединен с входом исполнительного органа 7, воздействующего на независимый расцепитель автоматического выключателя 2, установленного в начале защищаемого участка линии (Фигура).
Работу устройства рассмотрим для двух случаев.
Первый случай: обрыв нулевого провода.
При обрыве нулевого провода N (предполагается, что обрыв произошел до автоматического выключателя 2) потенциал искусственной нулевой точки 5 остается примерно равным нулю. Нулевой провод трехфазной смешанной нагрузки 6 после обрыва нулевого провода N теряет связь с землей, и его потенциал может быть равен нулю только в том случае, если во всех трех фазах нагрузки одинаковы как по типу, так и по величине, что маловероятно. Фазное напряжение в фазе с максимальной из трех нагрузок будет уменьшаться, а фазные напряжения в фазах с меньшими нагрузками - увеличиваться. В результате сумма векторов напряжений не будет равна нулю, и нулевой провод трехфазной смешанной нагрузки 6 окажется под потенциалом, величина которого в пределе может достичь величины фазного напряжения. Между искусственной нулевой точкой 5 и нулевым проводом трехфазной смешанной нагрузки 6 появляется разность потенциалов, и возникает ток, который обнаруживается с помощью трансформатора тока 9, сигнал которого через усилитель 8 и исполнительный орган 7 воздействует на отключающий автоматический выключатель 2, который отключает поврежденный участок. Таким образом, осуществляется защита от обрыва нулевого провода.
Второй случай: обрыв одного из фазных проводов (нулевой провод N не поврежден).
В этом случае нулевой провод трехфазной смешанной нагрузки 6 соединен с неповрежденным нулевым проводом N, и его потенциал близок к нулю. Напротив, потенциал искусственной нулевой точки 5 при обрыве фазного провода (например, А) не может быть равен нулю. Векторная сумма напряжений фазных проводов В и С, при отсутствии напряжения в фазном проводе А, будет равна фазному напряжению. Между искусственной нулевой точкой 5 и нулевым проводом трехфазной смешанной нагрузки 6 появляется разность потенциалов, и возникает ток, который обнаруживается с помощью трансформатора тока 9. Отключение участка цепи происходит аналогично рассмотренному выше случаю. Таким образом, осуществляется защита от обрыва фазного провода.
В итоге можно сделать вывод о том, что предлагаемое устройство защищает трехфазную смешанную нагрузку как от обрыва нулевого провода, так и от обрыва одного из фазных проводов.
Использование предложенного устройства позволит выполнить чувствительную и надежную защиту участка трехфазной линии до 1000 В от обрыва нулевого провода и/или обрыва фазных проводов со смешанной однофазно-трехфазной нагрузкой.