УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ОБРЫВОВ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ
PROTECTION DEVICE AGAINST WIRE BREAKS OF OVERHEAD POWER TRANSMISSION LINE WITH INSULATED NEUTRAL

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты от обрывов фазных проводов воздушной линии электрической сети с изолированной, компенсированной или резистивно заземленной нейтралями напряжением 6-10 кВ.
Известно большое количество устройств защиты воздушных линий электрических сетей напряжением 6-10 кВ от обрывов фазных проводов.
Известно устройство защиты от несимметричного режима работы электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью [А.с. СССР №815833, Кл. Н02Н 3/24; Н02Н 5/10, опубл. 23.03.1981, Бюл. №11], содержащее подключенные к каждой из фаз сети преобразователи переменного напряжения в логический сигнал с уставками по напряжению, логическую схему и исполнительный орган.
Недостатком данного устройства является то, что оно защищает только отдельный электроприемник.
Известно устройство для защиты участка воздушной линии электропередачи с изолированной нейтралью от несимметричных режимов [А. с. СССР №792439, Кл. Н02Н 3/16; Н02Н 5/10, опубл. 30.12.1980, Бюл. №48], содержащее установленные в начале защищаемого участка антенный фильтр напряжения нулевой последовательности, а в конце защищаемого участка фильтр обратной последовательности и логическую схему, выполненную на реле. При возникновении однофазного замыкания на землю на воздушной линии появляется сигнал на выходе антенного фильтра нулевой последовательности, а на выходе фильтра обратной последовательности сигнал отсутствует.
Недостатком данного устройства является сложность выполнения фильтров нулевой и обратной последовательности непосредственно на напряжении воздушной линии, т.е. на напряжении 6-10 кВ.
Известно устройство защиты трансформаторных подстанций напряжением 6-10/0,38 кВ от несимметричных режимов [Григорьев А.В., Селивахин А.И., Сукманов В.И. Защита сельских электрических сетей. - Алма-Ата: Кайнар, 1984. - С. 101-103], содержащее подключенный в конце воздушной линии напряжением 6-10 кВ перед силовым трансформатором антенный фильтр напряжения нулевой последовательности и подключенный со стороны нагрузки 0,38 кВ силового трансформатора фильтр обратной последовательности и логическую схему.
Недостатком указанного устройства является сложность исполнения фильтров нулевой и обратной последовательности и выполнение логической схемы на основе электромеханических реле.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство защиты от обрывов фазных и нулевого проводов четырехпроводной воздушной линии напряжением 380 В [Патент РФ №2581607, МПК Н02Н 5/10, опубл. 20.04.2016, Бюл. №11], принятое за прототип, содержащее микропроцессорный счетчик, подключенный к электрической сети, включающей силовой трансформатор, питающую линию и нагрузку.
Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности распознавания обрывов проводов трехпроводной линии с изолированной нейтралью, питающей силовой трансформатор.
Технической задачей изобретения является повышение надежности работы электрических сетей напряжением 6-10 кВ и улучшение условий электробезопасности.
Технический результат достигается тем, что устройство защиты от обрывов проводов трехпроводной воздушной линии электропередачи электрической сети с изолированной нейтралью, к которой последовательно подключены понижающий трансформатор, четырехпроводная линия электропередачи электрической сети с глухо заземленной нейтралью и потребители электрической энергии, содержащее микропроцессорный счетчик электрической энергии, включенный между понижающим трансформатором и четырехпроводной линией электропередачи электрической сети с глухо заземленной нейтралью, дополнительно содержит последовательно соединенный с микропроцессорным счетчиком электрической энергии канал передачи аварийного сигнала на диспетчерский пункт электрических сетей, а микропроцессорный счетчик электрической энергии дополнительно содержит последовательно соединенные блок измерения среднеквадратичных линейных напряжений, блок вычисления напряжения обратной последовательности, преобразователь напряжения обратной последовательности в логический сигнал с минимальной уставкой по напряжению, блок исключения случайных срабатываний, блок преобразования логического сигнала в сигнал канала связи, передающий модем канала связи, причем входы блока измерения среднеквадратичных линейных напряжений соединены с тремя фазными и нулевым выводами вторичной обмотки понижающего трансформатора, а выход модема канала связи соединен с входом канала передачи аварийного сигнала на диспетчерский пункт электрических сетей.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема электрической сети напряжением 6-10/0,38 кВ, а на фиг. 2 показана схема устройства защиты от обрывов проводов воздушной линии электропередачи электрической сети с изолированной нейтралью.
Электрическая сеть напряжением 6-10/0,38 кВ состоит из последовательно включенных трехпроводной воздушной линии электропередачи 1 электрической сети с изолированной нейтралью, понижающего трансформатора 2, микропроцессорного счетчика электрической энергии 3, четырехпроводной линии электропередачи 4, электрической сети с глухо заземленной нейтралью и потребителей 5 электрической энергии.
Устройство защиты содержит последовательно соединенные микропроцессорный счетчик электрической энергии 3 и канал передачи аварийного сигнала 6 на диспетчерский пункт электрических сетей 7. Микропроцессорный счетчик электрической энергии 3 дополнительно содержит последовательно соединенные блок измерения среднеквадратичных линейных напряжений 8, блок вычисления напряжения обратной последовательности 9, преобразователь напряжения обратной последовательности в логический сигнал с минимальной уставкой по напряжению 10, блок исключения случайных срабатываний 11, блок преобразования логического сигнала в сигнал канала связи 12, передающий модем канала связи 13, выход которого соединен с входом канала передачи аварийного сигнала 6.
Для пояснения работы устройства рассмотрим, как изменяются напряжения в электрической сети напряжением 6-10/0,38 кВ при различных режимах ее работы.
2
При нормальном режиме работы трехпроводной воздушной линии электропередачи 1 электрической сети с изолированной нейтралью и широком изменении несимметрии нагрузок потребителей 5 электрической энергии электрической сети с глухо заземленной нейтралью напряжение обратной последовательности U (см. фиг. 2) на стороне низшего напряжения понижающего трансформатора 2 не превышает 1-2 В.
2
При обрыве одного провода трехпроводной воздушной линии электропередачи 1 электрической сети с изолированной нейтралью на стороне низшего напряжения понижающего трансформатора 2 напряжение обратной последовательности U возрастает до десятков вольт, достигая при определенных сочетаниях несимметрии нагрузок потребителей фазного значения.
2
Указанные изменения напряжения обратной последовательности U можно использовать для выявления обрыва одного провода трехпроводной воздушной линии электропередачи 1.
Устройство защиты работает следующим образом.
AB.CК
BC.СК
CA.СК
2
УCT
На входы микропроцессорного счетчика электрической энергии 3, подключенные к трем фазным (А, В, С) и нулевому (N) выводам вторичной обмотки понижающего трансформатора 2, подаются три фазных напряжения. Блок измерения среднеквадратичных линейных напряжений 8 измеряет среднеквадратичные линейные напряжения U, U, U, а блок вычисления напряжения обратной последовательности 9, используя эти среднеквадратичные линейные напряжения, вычисляет напряжение нулевой последовательности U, которое преобразователем напряжения обратной последовательности в логический сигнал с минимальной уставкой по напряжению 10 сравнивается с напряжением минимальной уставки U и преобразуется в логический сигнал.
2
УСТ
При нормальном режиме работы трехпроводной воздушной линии электропередачи 1 электрической сети с изолированной нейтралью напряжение нулевой последовательности U меньше напряжения минимальной уставки U и выходной логический сигнал преобразователя напряжения обратной последовательности в логический сигнал с минимальной уставкой по напряжению 10 равен логическому нулю.
2
УСТ
При обрыве провода трехпроводной воздушной линии электропередачи 1 электрической сети с изолированной нейтралью напряжение нулевой последовательности U становится больше напряжения минимальной уставки U и выходной логический сигнал преобразователя напряжения обратной последовательности в логический сигнал с минимальной уставкой по напряжению 10 меняется с логического нуля на логическую единицу.
Блок исключения случайных срабатываний 11 служит для отстройки от случайных срабатываний, которые могут быть вызваны воздействием индустриальных или иных помех, а также кратковременных коротких замыканий, которые могут возникать как в электрической сети с изолированной нейтралью, так и в электрической сети с глухо заземленной нейтралью. Логика действия блока исключения случайных срабатываний 11 может быть построена, например, на 3-5-кратном подтверждении выходного сигнала, поступающего с преобразователя напряжения обратной последовательности в логический сигнал с минимальной уставкой по напряжению 10.
При возникновении кратковременных коротких замыканий как в электрической сети с изолированной нейтралью, так и в электрической сети с глухо заземленной нейтралью, которые отключаются соответствующими максимальными токовыми защитами этих сетей, «устойчивая» логическая единица на выходе преобразователя напряжения обратной последовательности в логический сигнал с минимальной уставкой по напряжению 10 не успевает появиться и, соответственно, блок исключения случайных срабатываний 11 не пропускает через себя этот логический сигнал.
При возникновении обрыва провода трехпроводной воздушной линии электропередачи 1 электрической сети с изолированной нейтралью, когда на выходе преобразователя обратной последовательности в логический сигнал с минимальной уставкой по напряжению 10 появляется «устойчивая» логическая единица, проходящая через блок исключения случайных срабатываний 11 и поступающая на вход блока преобразования логического сигнала в сигнал канала связи 12, передающий модем канала связи 13 обеспечивает его передачу через канал передачи аварийного сигнала 6 на диспетчерский пункт электрических сетей 7, где оперативный персонал принимает дальнейшее решение о ликвидации аварийной ситуации на воздушной линии.