Устройство защиты от дуговых перенапряжений при однофазном замыкании на землю
ARC OVERVOLTAGE PROTECTION DEVICE FOR SINGLE-PHASE EARTH FAULT

Данное изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения надежности работы сетей 6-10 кВ с компенсированной нейтралью в режиме замыкания на землю.
Известно множество технических решений для ограничения дуговых перенапряжений в сетях с изолированной нейтралью с помощью активного сопротивления [1]. В сетях с компенсацией емкостных токов применяется подключение резистора во время замыкания на землю для обеспечения функционирования релейной защиты от замыканий на землю [2].
Недостатком этих технических решений является то, что они не используются для ограничения дуговых перенапряжений в сетях с компенсированной нейтралью, а использование заземляющего резистора неизменной величины не обеспечивает требуемого значения накладываемого активного тока во всех эксплуатационных режимах.
Известно устройство для защиты от дуговых перенапряжений в сети с изолированной нейтралью (патент РФ №2024150, опубл. 30.11.1994, МПК Н02Н 9/08), содержащее однофазный трансформатор, первичная обмотка которого включена между нейтралью и землей, а во вторичную обмотку включен резистор через коммутатор, снабженный блоком управления, дополнительную вторичную обмотку однофазного трансформатора, логический элемент И, к входам которого подключены выходы пороговых блоков, дополнительный резистор с коммутатором и устройством его управления, подключенными к вторичной обмотке однофазного трансформатора параллельной основному резистору с коммутатором, второй логический элемент И, логические элементы ВРЕМЯ, НЕ.
Недостатком этого технического решения является низкая надежность из-за развития перемежающегося горения дуги при уменьшении емкости сети.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для защиты от дуговых перенапряжений в распределительной сети (патент РФ на полезную модель №186665, МПК Н02Н 9/08, опубл. 29.01.2019, бюл. №4), содержащее блок контроля напряжения, выполненный с возможностью подключения к шинам низкого напряжения силового трансформатора подстанции, элемент «Время», блок управления коммутатором, блока коммутаторов, заземляющий резистор и нейтралеобразующий трансформатор, высшая обмотка которого выполнена с возможностью подключения к шинам низкого напряжения силового трансформатора подстанции, которое снабжено интегратором, сумматором и блоком измерения емкостного тока, при этом блок контроля напряжения выполнен в виде блока определения режима замыкания (БОРЗ), первый выход которого подключен к первому входу интегратора, выход которого подключен к первому входу сумматора, ко второму входу которого подключен блок измерения емкостного тока, выполненный с возможностью подключения к шинам низкого напряжения силового трансформатора подстанции, второй выход БОРЗ подключен к элементу «Время», первый выход которого выполнен с возможностью подключения к блоку релейной защиты РЗ трансформаторной подстанции, второй выход элемента «Время» связан с диспетчерским пультом, а третий выход подключен ко второму входу интегратора, выход сумматора подключен ко входу блока управления коммутатором, который выполнен в виде АЦП, выход которого соединен с первым входом блока коммутаторов, к выходу которого подсоединен заземляющий резистор, который выполнен в виде электродов, выполненных с возможностью углубления в землю, второй вход блока коммутаторов подключен к нейтрали нейтралеобразующего трансформатора.
Недостатком этого технического решения является его низкая эффективность, связанная с запаздыванием имеющегося устройства определения емкостного тока замыкания на землю в процессе резких и глубоких расстроек компенсации для целей управления резистором в нейтрали.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности оптимального управления защитным резистором при изменении расстройки компенсации в режиме замыкания на землю, где управление величиной защитного резистора осуществляется в режиме перемежающегося горения дуги путем вычисления расстройки компенсации с использованием измерения начальной скорости нарастания напряжения на поврежденной фазе.
Технический результат заключается в повышении эффективности работы устройства за счет быстродействующего определения расстройки и подключения защитного резистора внутри каждого цикла, обеспечивая оптимальное управление резистором не только для исходной схемы сети, но и в режиме аварийных или поисковых переключений, исходя из чего повышается надежность распределительной сети.
Это достигается устройством защиты от дуговых перенапряжений при однофазном замыкании на землю, содержащим заземляющий резистор в виде электродов, выполненных с возможностью углубления в землю, подключаемый через первый вход пакета коммутаторов к нейтрали сети низкого напряжения сетевой подстанции, которая создается с помощью нейтралеобразующего устройства, дугогасящий реактор, подключенный к нейтрали нейтралеобразующего устройства параллельно заземляющему резистору, трансформатор напряжения, выполненный с возможностью подключения к шинам низкого напряжения силового трансформатора подстанции, при этом второй вход пакета коммутаторов подключен к выходу функционального элемента вычисления значения величины защитного резистора, согласно изобретению оно снабжено функциональным элементом выбора поврежденной фазы и функциональным элементом определения начальной скорости восстановления напряжения на поврежденной фазе, вход функционального элемента выбора поврежденной фазы подключен к трансформатору напряжения, а его выход ко входу функционального элемента определения начальной скорости восстановления напряжения на поврежденной фазе, своим выходом соединенного со вторым входом функционального элемента вычисления значения величины защитного резистора.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема устройства защиты от дуговых перенапряжений при однофазном замыкании на землю.
Устройство защиты от дуговых перенапряжений при однофазном замыкании на землю содержит регулируемый заземляющий резистор 1 в виде электродов, выполненных с возможностью углубления в землю, подключаемый к нейтрали сети низкого напряжения сетевой подстанции, которая создается с помощью нейтралеобразующего устройства 2, соединенного с первым входом пакета коммутаторов 3. Токовая обмотка дугогасящего реактора 4, также подключенного к нейтрали нейтралеобразующего устройства 2 параллельно заземляющему резистору 1, соединена с первым входом функционального элемента 5 вычисления значения величины защитного резистора. Выходы обмоток низкого напряжения трансформатора напряжения 6, выполненного с возможностью подключения к шинам низкого напряжения силового трансформатора подстанции 7 соединены со входом функционального элемента 8 выбора поврежденной фазы, выход которого подключен ко входу функционального элемента 9 определения начальной скорости восстановления напряжения на поврежденной фазе. Выход функционального элемента 9 определения начальной скорости восстановления напряжения на поврежденной фазе подключен к второму входу элемента вычисления значения величины защитного резистора 5, выход которого присоединен ко второму входу пакета коммутаторов 3, а к выходу пакета коммутаторов 3 подсоединен заземляющий резистор 1.
Все элементы устройства выполнены комплектно, соединены сборочными операциями (пайкой и болтовым соединением) на предприятии-изготовителе, расположены в едином корпусе устройства (представляя собой единую конструкцию), которое устанавливается в помещении трансформаторной подстанции.
Устройство защиты от дуговых перенапряжений при однофазном замыкании на землю работает следующим образом.
Пакет коммутаторов 3 непосредственно осуществляет подключение электродов резистора 1.
N
0
L
В нормальном режиме, когда напряжение на нейтрали (U=3U) нейтралеобразующего устройства 2 и выходе трансформатора напряжения 6 отсутствует, ток нулевой последовательности (I) через дугогасящий реактор 4 не протекает, работа устройства блокируется.
Ф
0
При перемежающемся дуговом замыкании ток дугогасящего реактора 4 поступает на первый вход функционального элемента 5, где определяется величина оптимального значения сопротивления защитного резистора 1 с использованием информации о величине сопротивления (или тока) дугогасящего реактора 4. С выходов трансформатора напряжения 6 сигналы фазных напряжений U и напряжения на нейтрали 3U поступают на вход функционального элемента 8 выбора поврежденной фазы.
Функциональным элементом 8 выбора поврежденной фазы идентифицируется режим перемежающегося горения дуги на поврежденной фазе, характерными особенностями которого являются высокие значения производных фазных напряжений и напряжения на нейтрали. Сигнал с выхода функционального элемента 8 поступает на вход функционального элемента 9 определения начальной скорости восстановления напряжения на поврежденной фазе, где вычисляется значение расстройки компенсации.
Сигнал с выхода функционального элемента 5 вычисления значения величины защитного резистора поступает на второй вход пакета коммутаторов 3, обеспечивая необходимую величину сопротивления заземляющего резистора 1 Rn посредством подключения нужного количества электродов заземляющего резистора 1. Это обеспечивает быстродействующее ограничение дуговых перенапряжений за счет управления величиной этого резистора 1, которое осуществляется в режиме перемежающегося горения дуги путем вычисления расстройки компенсации с использованием измерения начальной скорости нарастания напряжения на поврежденной фазе.
При установившемся режиме горения дуги, когда условий для развития максимальных перенапряжений не возникает, а наложение дополнительного активного тока на место повреждения только увеличивает масштаб разрушения изоляции, действие автоматики блокируется.
Характерными особенностями этого устройства является быстродействующее определение расстройки и подключение защитного резистора 1 внутри каждого цикла, что обеспечивает оптимальное управление резистором 1 не только для исходной схемы сети, но и в режиме аварийных или поисковых переключений. Это идентифицируется функциональным элементом 9 определения начальной скорости восстановления напряжения на поврежденной фазе.
Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить эффективность работы устройства защиты от дуговых перенапряжений при однофазном замыкании на землю за счет быстродействующего определение расстройки и подключения защитного резистора внутри каждого цикла, обеспечивая оптимальное управление резистором не только для исходной схемы сети, но и в режиме аварийных или поисковых переключений, исходя из чего повышается надежность распределительной сети.
Источники информации, использованные при составлении заявки на изобретение
1. И.С. Самойлович. Режимы нейтрали электрических сетей карьеров. - М.: Недра, 1976. - 175 с.
2. Г.П. Езовит, А.А. Безпрозванный и др. Индуктивно-активное заземление нейтрали в кабельных сетях 10 кВ. // Электрические станции. - 1988. - №5. - с. 78-80.