УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ
PHASE-TO-GROUND FAULT PROTECTION DEVICE IN NETWORK WITH ISOLATED NEUTRAL

Изобретение относится к электротехнике и релейной защите и предназначено для электропотребителей от однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее кольцеобразный магнитопровод, охватывающий проводники сети, и реле тока (A.M. Федосеев, Релейная защита электрических систем, М. «Энергия», 1976. стр.362-363).
Недостатком этого устройства защиты является низкая чувствительность к токам замыкания на землю и невысокая надежность функционирования. Низкая чувствительность обусловлена необходимостью отстройки защиты от токов в сети, приводящих к изменению магнитной проницаемости кольцеобразного магнитопровода. Например, от токов в режиме холостого хода, при пуске асинхронного двигателя или от бросков тока намагничивания при включении трансформатора в сеть. Невысокая надежность функционирования обусловлена использованием сложных по конструкции электромеханических или электронных реле тока.
Технический результат - повышение чувствительности и надежности функционирования устройства защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью.
Технический результат достигается тем, что кольцеобразный магнитопровод имеет поперечный воздушный зазор с перпендикулярным ему тангенциальным сквозным отверстием и радиальное несквозное отверстие, ось вращения которого проходит через середину этого зазора, а реле тока выполнено в виде геркона и постоянного магнита в тангенциальном сквозном и радиальном несквозном отверстиях соответственно, при этом постоянный магнит может поворачиваться вокруг оси радиального отверстия, а контакты геркона подключены к отключающей цепи выключателя или сигнализации.
Работа устройства защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью основана на том, что в любом эксплуатационном режиме сумма токов в проводниках сети кабеля равна нулю. Поэтому магнитный поток в кольцеобразном магнитопроводе, который по сути дела является фильтром магнитного потока нулевой последовательности, тоже равен нулю. При замыкании на землю любого из проводников линии к токам питания добавляются токи однофазного замыкания на землю, которые в электроэнергетике обычно называют токами нулевой последовательности. В результате в магнитопроводе появится магнитный поток нулевой последовательности. Он замыкается через воздушный зазор между контактами геркона и они замыкаются. При малых токах замыкания на землю этого магнитного потока может оказаться недостаточно для срабатывания геркона и защита будет обладать низкой чувствительностью. Этот недостаток устраняется путем подмагничивания с помощью постоянного магнита. Величина магнитного потока подмагничивания регулируется поворотом постоянного магнита вокруг оси радиального отверстия.
Сравнение с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается исполнением функциональных элементов. Эти функциональные элементы известны. Однако такое их исполнение проявляет в заявляемом техническом решении новые свойства, что приводит в свою очередь к повышению чувствительности устройства при однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью и надежности функционирования.
Устройство защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью показано на фиг.1, а выбор порога его срабатывания на фиг.2.
Устройство защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью содержит кольцеобразный магнитопровод 1, имеет поперечный воздушный зазор 2 с перпендикулярным ему тангенциальным сквозным отверстием 3 и радиальным несквозном отверстием 4. В тангенциальное отверстие 3 помещают геркон 5. В радиальное несквозное отверстие 4 - постоянный магнит 6. Его крепят с помощью винта 7 и стойки 8 к магнитопроводу 1. При этом постоянный магнит 6 выполнен с возможностью вращения вокруг оси 9 радиального отверстия 4 при помощи винта 7. Шкалу 10 с делениями крепят к стойке 8, а стрелку 11 - к винту 7. Шкала 10 и стрелка 11 служат для оценки угла поворота постоянного магнита 6 по отношению к продольной оси геркона 5. Контакты геркона 5 подключают к цепи отключения электрической машины. Магнитопровод 1 выполнен из ферромагнитного материала. При установке устройства защиты он охватывает проводники 12, 13 и 14 трехфазного силового кабеля, который питает электроустановку. Геркон 5 размещают в тангенциальном отверстии 3 так, чтобы его воздушный зазор между его контактов совпадал с серединой воздушного зазора 2 магнитопровода 1. При таком расположении элементов устройства защиты магнитный поток через воздушный зазор 14 геркона будет складываться из магнитного потока магнитопровода 1 и постоянного магнита 2. Величина магнитного потока через воздушный зазор 14 геркона от постоянного магнита 2 изменяется путем поворота постоянного магнита 2 на угол α. Все элементы устройства защиты помещены в корпус 15, выполненный из пластмассы.
В любом эксплуатационном режиме работы электрической сети сумма токов в проводниках 12, 13 и 14 трехфазного силового кабеля питания электрической машины равна нулю. Магнитный поток в магнитопроводе 1 также будет равен нулю. Поэтому магнитный поток в воздушном зазоре между контактов геркона 5 будет определен только магнитным полем постоянного магнита 6. Этот магнитный поток выбирают таким образом, чтобы в любом эксплуатационном режиме работы сети контакты геркона 5 оставались разомкнутыми. В результате геркон 5 в любом эксплуатационном режиме электрической сети не срабатывает. Контакты геркона остаются разомкнутыми и сигнал на отключение сети отсутствует.
При замыкании на землю одного из проводников электрической сети в ее проводниках 12, 13 и 14 начинают протекать токи нулевой последовательности, равные по величине току замыкания на землю. Эти токи создают в сердечнике магнитопровода 1 магнитный поток нулевой последовательности, который замыкается через воздушный зазор между контактами геркона 5 и, суммируясь с магнитным потоком от постоянного магнита 6, вызывает срабатывание геркона 5. Контакты геркона замкнутся и сформируют сигнал на отключение электроустановки. Величина тока замыкания на землю, которая приведет к замыканию контактов геркона при фиксированном угле α поворота постоянного магнита определяется по графику на фиг.2.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью заключается в повышении чувствительности защиты и надежности ее функционирования, а следовательно, в сокращении размеров ущерба при однофазном замыкании электрической сети на землю и стоимости ремонта.