Устройство для резистивного заземления нейтрали сети

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для резистивного заземления нейтрали сетей средних классов напряжения.
Известен высокоомный резистор для заземления нейтрали (патент РФ №2176832, опубл. 10.12.2001, МПК Н01С 7/04), содержащий рамочный каркас, внутри которого размещены резистивные элементы в виде набора пластин, электрически последовательно связанных между собой. При этом резистивные элементы закреплены на нижнем и верхнем основаниях каркаса с помощью изоляторов.
Недостатком настоящего технического решения является низкая термическая стойкость, обусловленная отведением тепла от пластин высокоомного резистора, выделяющегося в них при прохождении электрического тока, за счет естественной конвекции воздуха, что малоэффективно и может привести к перегреву устройства.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для резистивного заземления нейтрали высоковольтной сети (Патент РФ №2260891, опубл. 20.09.2005, МПК Н02Н 3/20) содержащее заземляющий трансформатор, блок коммутаторов и блок управления коммутатором, заземляющий резистор, который выполнен в виде грунтовой резисторной ячейки, включающей три металлических цилиндрических электрода, расположенных в вертикальной скважине коаксиально ее оси, при этом первый и третий электроды выполнены в виде металлической сетки, первый и второй электроды подключены к выводам вторичных обмоток заземляющего трансформатора, а блок коммутаторов подключен между первым и третьим электродами, причем ко всем электродам присоединены токоподводы, выполненные из изолированного провода для второго и третьего электродов и неизолированного провода для первого электрода, а пространство между электродами заполнено токопроводящей средой.
Недостатками настоящего технического решения являются сложность монтажа устройства вследствие необходимости проведения значительных земляных работ, применения специальной оснастки, оборудования и инструментов, а также сложность конструкции.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является снижение материальных и трудовых затрат на монтаж заземляющего резистора и зависимости активного тока, проходящего через электроды устройства в момент короткого замыкания, от условий окружающей среды.
Технический результат заключается в повышении эффективности резистивного заземления нейтрали сети и экономичности процесса установки и эксплуатации устройства резистивного заземления.
Это достигается тем, что известное устройство для резистивного заземления нейтрали сети, содержащее заземляющий резистор, выполненный в виде электродов, расположенных в почве и выполненных металлическими, которые подключены к выходу блока коммутаторов токоподводами, при этом первый вход блока коммутаторов подключен к нейтрали силового трансформатора, второй вход блока коммутаторов соединен с выходом блока управления коммутатором, снабжено блоком-анализатором измерения сопротивления грунта, выполненным в виде трех металлических штырей, расположенных в почве линейно на одинаковом расстоянии друг от друга, составляющем от 5 до 20 м, и подключенных изолированными проводами к источнику постоянного тока, при этом блок-анализатор измерения сопротивления грунта подключен ко входу блока управления коммутатором, электроды расположены равноудаленно друг от друга, а их количество N выбрано, как N=k⋅N’, где k - коэффициент запаса, выбранный в диапазоне от 1,25 до 1,75, N’ - количество электродов, необходимых для выполнения условия превышения активной составляющей тока короткого замыкания сети над его емкостной составляющей, токоподводы выполнены в виде изолированных кабелей.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображено устройство для резистивного заземления нейтрали сети.
Устройство для резистивного заземления нейтрали сети содержит заземляющий резистор 1, выполненный в виде электродов 2, расположенных в почве равноудаленно друг от друга и выполненных металлическими, которые подключены к выходу блока коммутаторов 3 токоподводами 4, выполненными в виде изолированных кабелей. Первый вход блока коммутаторов 3 подключен к нейтрали силового трансформатора 5, второй вход блока коммутаторов 3 соединен с выходом блока управления коммутатором 6, вход которого соединен с блоком-анализатором измерения сопротивления грунта 7, выполненным в виде трех металлических штырей 8, расположенных в почве линейно на одинаковом расстоянии друг от друга, составляющем от 5 до 20 м, и подключенных изолированными проводами 9 к источнику постоянного тока 10. При этом количество N электродов 2 выбрано, как N=k-N’, где k - коэффициент запаса, выбранный в диапазоне от 1,25 до 1,75; N’ - количество электродов 2, необходимых для выполнения условия превышения активной составляющей тока короткого замыкания сети над его емкостной составляющей, зависящей от напряжения и разветвленности сети. При схеме соединения обмоток силового трансформатора 5 «треугольник», его нейтраль образована нейтралеобразующим трансформатором.
Устройство для резистивного заземления нейтрали сети работает следующим образом.
При нормальном режиме работы сети отсутствует разница потенциалов между нейтралью силового трансформатора 5 и землей, и через электроды 2 ток не протекает. При возникновении режима однофазного короткого замыкания на землю через электроды 2 проходит ток замыкания, в результате чего в них выделяется большое количество тепла. Это тепло рассеивается в толще почвы, за счет чего устройство не перегревается и обладает практически неограниченной энергоемкостью, что обеспечивает высокую надежность системы в данном режиме. В зависимости от нагрузки сети блок коммутаторов 3 осуществляет регулирование сопротивления заземляющего резистора 1 путем отключения части электродов 2 (в случае отключения части нагрузки сети и снижения емкостного тока), либо подключения части электродов 2 (в случае увеличения емкостного тока, например, при развитии сети) к нейтрали силового трансформатора 5. Это позволяет адаптировать устройство для резистивного заземления сети к изменениям структуры сети, что делает его более универсальным.
В соответствии с изменениями условий окружающей среды блок-анализатор измерения сопротивления грунта 7 отслеживает изменение сопротивления почвы, данные с которого передаются на блок управления коммутатором 6, который, в свою очередь, подает сигнал в блок коммутаторов 3 для дополнительной регулировки режима работы заземляющего резистора 1 (включение или отключение электродов 2 в зависимости от измеренного сопротивления почвы). Это позволяет точнее настроить значение активной составляющей тока короткого замыкания, проходящего через заземляющий резистор 1 в случае возникновения аварийной ситуации в сети.
При монтаже электроды 2 забиваются в почву и не требуют значительных земляных работ, связанных с бурением скважин под них. Также отсутствие необходимости установки металлических сеток вокруг электродов 2 исключает необходимость в использовании специального инструмента и оснастки во время монтажа устройства резистивного заземления нейтрали сети. Выбранное количество электродов 2 обеспечивает минимальную кратность перенапряжений, исключает возможность возникновения феррорезонанса в сети, а также позволяет осуществлять изменение сопротивления заземляющего резистора 1 в зависимости от нагрузки сети и условий окружающей среды (погодные условия и время года).
Использование полезной модели позволяет снизить экономические затраты на установку и эксплуатацию устройства для резистивного заземления нейтрали сети за счет отсутствия необходимости использования для этого специального оборудования, инструментов, оснастки, повысить эффективность резистивного заземления нейтрали сети за счет возможности изменения сопротивления заземляющего резистора в зависимости от условий окружающей среды. Кроме того, предлагаемое устройство обладает повышенной термической стойкостью по сравнению с наиболее часто применяемыми в настоящее время устройствами, в которых охлаждающей средой является воздух, что обеспечивает высокую надежность работы сети.