УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИИ ТОКА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ
DEVICE FOR AUTOMATIC COMPENSATION OF CURRENT OF SINGLE PHASE-TO-EARTH FAULT

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для автоматической компенсации тока однофазного замыкания на землю в распределительных сетях с изолированной нейтралью.
Известно устройство для автоматической компенсации тока однофазного замыкания на землю, содержащее установленные в нейтрали управляемый дугогасящий реактор, с помощью которого осуществляется формирование в нейтрали сети реактивной составляющей тока замыкания, и трехфазный сетевой трансформатор, у которого две группы вторичных обмоток соединены по схеме «зигзаг» и подключены к нейтрали сети через блок выбора напряжения (фазы), с помощью которого осуществляется формирование в нейтрали сети активной составляющей тока замыкания [1].
Недостатком известного устройства является то, что при возникновении расстройки компенсации реактивной составляющей резко возрастают ток и мощность передаваемые трехфазным трансформатором. Это обуславливает необходимость использования трехфазного трансформатора, установленная мощность которого, более, чем на порядок превышает величину активной составляющей.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство, содержащее установленные в нейтрали сети управляемый дугогасящий реактор с блоком регулирования реактивной составляющей тока замыкания и трансформаторный регулятор с блоком регулирования активной составляющей тока замыкания, который подключается с помощью блока выбора фазного напряжения к одной из выходных обмоток трехфазного трансформатора, подключенного входом к сети (прототип) [2].
Данное устройство обеспечивает возможность регулирования в нейтрали активной составляющей тока независимо от степени расстройки компенсации реактивной составляющей, что обуславливает возможность снижения установленной мощности трехфазного трансформатора.
Однако, в связи с тем, что в формировании активной составляющей тока участвует только одна фазная обмотка, установленная мощность используемого трехфазного трансформатора практически в 3 раза превышает мощность активной составляющей. Этот фактор особенно заметно проявляется в сетях с ослабленной изоляцией и повышенными токами утечки, где активная составляющая тока замыкания на землю имеет достаточно большое значение. Вторым недостатком является то, что с помощью ступенчато-регулируемого трансформатора трудно обеспечить точную компенсацию активной составляющей тока, к тому же используемая система автоматической компенсация оказывается достаточно сложной для реализации. Указанные недостатки ограничивают область применения указанного устройства.
Целью предложенного изобретения является повышение точности компенсации активной составляющей замыкания и снижение установленной мощности силового оборудования.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для автоматической компенсации тока однофазного замыкания на землю, содержащее управляемый дугогасящий реактор, установленный в нейтрали сети, трехфазный трансформатор и трансформатор напряжения, входы которых подключены к сети, блок регулирования реактивной составляющей тока замыкания, выход которого соединен с управляющим входом дугогасящего реактора, а вход соединен с первым выходом трансформатора напряжения, блок регулирования активной составляющей тока замыкания, первый вход которого соединен со вторым выходом трансформатора напряжения, и датчик тока, выход которого соединен со вторым входом блока регулирования активной составляющей тока замыкания, введены дополнительно выпрямитель, вход которого соединен с выходом трехфазного трансформатора, и преобразователь напряжения, у которого силовой вход соединен с выходом выпрямителя, управляющий вход соединен с выходом блока регулирования активной составляющей тока замыкания, а выход соединен через датчик тока с нейтралью сети непосредственно или через согласующий трансформатор.
В заявленном техническом решении для формирования в нейтрали сети активной составляющей тока используется преобразователь с высокочастотным преобразованием электроэнергии, питающийся выпрямленным напряжением постоянного тока, что обуславливает возможность применения трехфазного трансформатора, мощность которого оказывается соизмеримой активной составляющей, обеспечения высокой точности настройки компенсации активной составляющей тока замыкания и существенного упрощения системы автоматики. Эти факторы способствует расширению области применения заявленного технического решения.
Таким образом, сравнение заявленного устройства с известными техническими решениями позволяет сделать вывод, что оно соответствует всем критериям изобретения.
На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства автоматической компенсации с преобразователем напряжения, подключенным непосредственно к нейтрали сети, на фиг. 2 - схема устройства автоматической компенсации с преобразователем напряжения, подключенным к нейтрали сети через согласующий трансформатор.
Схема на фиг. 1 содержит: электрическую сеть 1 с питающим трансформатором 2; подключенные между нейтралью сети и заземлением 3 дугогасящий реактор 4 и преобразователь напряжения 5; трансформатор тока 6, установленный в выходной цепи преобразователя напряжения 5; трехфазный трансформатор 7 и измерительный трансформатор напряжения 8, первичные обмотки которых подключены к сети 1; выпрямительный мост 9, у которого вход переменного тока подключен ко вторичной обмотке трехфазного трансформатора 7, а выход постоянного тока - к силовому входу преобразователя напряжения 5; блок 10 регулирования реактивной составляющей тока замыкания, вход которого соединен со вторичной обмоткой измерительного трансформатора напряжения 8, а выход соединен с управляющим входом дугогасящего реактора 4; блок 11 регулирования активной составляющей тока замыкания, первый вход которого соединен со вторичной обмоткой измерительного трансформатора напряжения 8, второй вход соединен со вторичной обмоткой трансформатора тока 6, а выход блока 11 соединен с управляющим входом преобразователя напряжения 5.
В схеме на фиг. 2 выход преобразователя напряжения 5 подключен к нейтрали сети 1 через согласующий трансформатор 12.
В режиме нормальной работы сети дугогасящий реактор 4 находится в вблизи точки равновесия в состоянии резонансной настройки, при которой индуктивная проводимость дугогасящего реактора практически совпадает с емкостной проводимостью контура нулевой последовательности сети. Это состояние поддерживается блоком 10 регулирования реактивной составляющей тока замыкания, который контролирует текущее напряжение сети, снимаемое со вторичной обмотки «разомкнутый треугольник» измерительного трансформатора напряжения 8, и определяет характер и величину реактивной проводимости контура нулевой последовательности сети. Если в результате коммутации ответвлений сети величина реактивной проводимости контура сети выходит за пределы заданной зоны нечувствительности, то блок 10 формирует управляющее воздействие, которое поступает на управляющий вход дугогасящего реактора 4 и производит изменение индуктивной проводимости, восстанавливая резонансное состояние контура нулевой последовательности сети. Таким образом, система автоматики обеспечивает настройку дугогасящего реактора 4 на компенсацию емкостной составляющей тока замыкания.
Преобразователь напряжения 5 в условиях нормальной работы сети находится в блокированном состоянии, при котором выходной ток и выходная проводимость преобразователя имеют практически нулевые значения. Это состояние устанавливается блоком 11, фиксирующем на управляющем входе преобразователя напряжения 5 блокирующий нулевой потенциал. При этом блок 11 контролирует текущую величину электрического сигнала, поступающего с трансформатора напряжения 8 на его первый вход, и определяет активную проводимость контура нулевой последовательности сети.
При возникновении однофазного замыкания блок 10 регистрирует факт замыкания на землю и блокирует управление дугогасящим реактором, фиксируя на его управляющем входе блокирующий нулевой потенциал. По факту замыкания в блоке 11 производится регистрация мгновенного напряжения поврежденной фазы и активной проводимости контура сети, определенной в период до момента возникновения замыкания, и формируется аналоговый сигнал, пропорциональный произведению мгновенного напряжения поврежденной фазы на активную проводимость контура сети. Последний сравнивается с выходным сигналом трансформатора тока 6, поступающим на второй вход блока 11, и результирующий сигнал рассогласования поступает на управляющий вход преобразователя напряжения 5. В результате в выходной цепи преобразователя 5 устанавливается ток, соответствующий активной составляющей тока замыкания. Таким образом, система автоматики обеспечивает настройку преобразователя 5 на компенсацию активной составляющей тока замыкания.
После ликвидации замыкания на землю блок 11 блокирует управление преобразователем напряжения 5, а блок 10 активизирует управление дугогасящим реактором 4.
Заявленное устройство является достаточно простым техническим решением, обеспечивающим независимую и точную компенсацию активной составляющей тока замыкания на землю, что выгодно отличает его от прототипа и аналога. Для его реализации используется силовое оборудование с существенно меньшей установленной мощностью, чем в прототипе. Таким образом, использование заявленного изобретения позволяет существенно снизить потребление электрической энергии для целей компенсации и расширить область применения за счет использования заявленного устройства в сетях с ослабленной изоляцией.
Источники информации
1. А.с. 559325. Устройство для компенсации активной составляющей тока однофазного замыкания на землю / О.А. Петров, A.M. Ершов. - Опубл. 25.05.77. Заявка 32181262/07 от 23.09.75.
2. А.с. 907684. Устройство для автоматической компенсации тока однофазного замыкания на землю / О.А. Петров, A.M. Ершов. - Опубл. 23.02.82. Заявка 2903222/24-07 от 01.04.80 (прототип).