УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНЫХ ТОКОВ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в автоматических системах компенсации емкостных токов замыкания на землю в распределительных сетях с изолированной нейтралью.
Известны устройства настройки компенсации емкостных токов, содержащие измерительный орган на основе датчика напряжения смещения нейтрали и амплитудного или фазного детектора, воздействующего на блок управления индуктивностью дугогасящего реактора (ДГР) в цепи заземления нейтрали [1, 2]. В таких устройствах для настройки компенсации используются информационные координаты, косвенно отображающие расхождение частот регулируемого контура и сети. В результате, настройка сводится к поддержанию во время нормальной работы сети максимальной амплитуды напряжения смещения нейтрали или ее фазы относительно определенного опорного вектора.
Недостатками указанных устройств является ограниченный диапазон регулирования и зависимость от добротности контура нулевой последовательности сети. При глубокой расстройки или низкой добротности регулируемого контура информационный сигнал снижается до уровня шумов, что приводит к потере управления. По этой причине область применения этих устройств ограничивается высокодобротными контурами регулирования. Они не работоспособны в сетях с комбинированным режимом заземления нейтрали, когда катушка ДГР шунтируется высокоомным резистором.
Известно устройство, имеющее наиболее близкие к предложенной полезной модели признаки. Оно содержит ступенчато регулируемый ДГР, коммутатор с блоками управления периодической коммутацией и регулирования настройкой и измерительный орган на основе датчика напряжения смещения нейтрали, заградительного фильтра промышленной частоты и блока измерения частоты [3]. В этом устройстве коммутатор в цепи ДГР выполняет функцию исполнительного элемента, управляемого по двум каналам: блоком управления периодической коммутации и блоком регулирования настройкой. Информационная координата, характеризующая состояние регулируемого контура, формируется блоком измерения частоты затухающей свободной составляющей переходного процесса, вызываемого периодической коммутацией ДГР.
Недостатком является сложность технической реализации. Периодическое отключение ДГР от нейтрали противоречит требованию обеспечения целостности заземления и нарушает условия безопасности. Функционирование устройства полностью зависит от естественного источника напряжения несимметрии, являющегося самым нестабильным параметром сети. В симметричных кабельных сетях, где напряжение несимметрии приблизительно равно нулю, требуется дополнительное энергоемкое оборудование, чтобы обеспечить искусственную несимметрию сети. В сетях с комбинированным режимом заземления это устройство не работоспособно. Заградительный фильтр промышленной частоты в цепи измерительного органа в принципе исключает точную настройку на резонанс. Указанные факторы препятствуют промышленному применению этого устройства.
Целью предлагаемой полезной модели является упрощение технической реализации устройства автоматической настройки, улучшение эксплуатационных характеристик и расширение области применения.
Указанная цель достигается тем, что в устройстве автоматической настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю, содержащем дугогасящее устройство в цепи заземления нейтрали, коммутатор с блоком управления и связанный с ним измерительный орган на основе датчика напряжения смещения нейтрали, измерительный орган снабжен детектором частоты свободной составляющей напряжения, подключенным к датчику напряжения смещения нейтрали и связанным с блоком управления коммутатором через устройство сравнения с уставкой по частоте, а коммутатор введен в цепь регулируемой конденсаторной батареи, подключенной к обмотке дугогасящего реактора.
В другом варианте устройства упомянутая конденсаторная батарея подключена к дополнительной обмотке дугогасящего реактора.
Предлагаемое устройство, реализует аналогичный прототипу частотный принцип настройки, но в отличие от него имеет упрощенную схему управления исполнительным органом и ограниченный состав функциональных узлов. Это обусловлено использованием в измерительном органе чувствительного детектора, способного извлекать из текущего сигнала апериодическую составляющую и определять ее частоту. В результате настройка на заданный режим компенсации производится однократным переключением коммутатора, что повышает быстродействие устройства и увеличивает эксплуатационный ресурс коммутационного оборудования. Использование в дугогасящем устройстве конденсаторной батареи, включенной параллельно обмотки ДГР, позволяет обеспечить целостность цепи заземления во время коммутации, а использование двухобмоточного ДГР дает возможность применять менее громоздкое оборудование с пониженным рабочим напряжением.
Таким образом, техническое решение, реализованное в соответствии с указанными признаками и связями, существенно проще аналогичных устройств и в отличие от прототипа имеет улучшенные эксплуатационные характеристики. Устройство нечувствительно ко всем видам небалансов и может применяться в воздушных и кабельных сетях, включая сети с комбинированным режимом заземления.
Предложенное техническое решение характеризуется новой ранее неизвестной совокупностью признаков и может быть признано полезной моделью.
На фигуре 1 приведена схема устройства автоматической настройки с конденсаторной батареей, подключенной к основной обмотке дугогасящего реактора, а на фигуре 2 - схема устройства автоматической настройки, в котором конденсаторная батарея подключена к дополнительной обмотке дугогасящего реактора.
К распределительной электрической сети, содержащей коммутируемые ответвления 1 и 2 с соответствующими емкостями фаз относительно земли, через нейтралеобразующий трансформатор 3 подключено дугогасящее устройство 4. Оно состоит из ДГР 5 и ступенчато регулируемой конденсаторной батареи 6, подключенной к обмотке ДГР через многополюсный коммутатор 7. Напряжение смещения нейтрали, снимаемое с обмоток измерительного трансформатора напряжения 8, включенного по схеме разомкнутый треугольник, или с одной из обмоток ДГР, подается на вход измерительного органа 9, который состоит из датчика напряжения 10 и реализованного программно детектора 11, выделяющего апериодическую составляющую напряжения и частоту свободных колебаний. Данные с выхода детектора частоты поступают на первый вход устройства сравнения 12, на втором входе которого определена заданная частота настройки регулируемого контура. Сигнал рассогласования с выхода устройства 12 поступает на вход блока управления коммутатором 13, который обеспечивает переключение ступени регулирования конденсаторной батареи, определяющей наиболее близкий к резонансу режим настройки.
Устройство автоматической настройки работает следующим образом. В исходном состоянии дугогасящее устройство настроено на компенсацию емкостных токов всех действующих ответвлений распределительной сети. Напряжение на входе детектора 11 при отсутствии в сети нестационарных процессов представляет собой периодический сигнал с частотой равной или кратной частоте сети. В условиях отсутствия в текущем сигнале апериодической составляющей детектор 11 сохраняет на первом входе устройства сравнения 12 данные предыдущего замера частоты, соответствующие установленному режиму компенсации.
В момент изменения фазовых емкостей относительно земли, например, в случае коммутации ответвлений 1 или 2, в контуре нулевой последовательности сети возникает нестационарный процесс и в сигнале датчика 10 напряжения смещения нейтрали появляется апериодическая свободная составляющая, которая определяется неравнозначностью соседних периодов. Детектор 11 извлекает из текущего сигнала свободную составляющую и определяет ее частоту, после чего обновляются данные на первом входе устройства сравнения 12. Появившийся на выходе устройства 12 сигнал рассогласования воздействует на блок управления 13, который обеспечивает переключение определенной ступени регулирования конденсаторной батареи 6. В результате, изменение фазовых емкостей компенсируется однократным переключением коммутатора, изменяющего емкость на ту же самую величину, но в противоположную сторону.
В свою очередь, коммутация в цепи нейтрали инициирует повторный процесс детектирования и на первом входе устройства сравнения 12 устанавливаются данные собственной частоты контура, определяющие установленный режим настройки вблизи резонанса. Точность настройки компенсации определяется разрядной сеткой дискретно регулируемой конденсаторной батареи.
В том случае, если нестационарный процесс в сети возникает не по причине изменения параметров контура нулевой последовательности, то после детектирования частоты свободной составляющей напряжения смещения нейтрали данные на первом входе устройства сравнения 12 остаются неизменными и режим настройки компенсации сохраняется.
Предложенное устройство автоматической настройки позволяет достаточно строго контролировать собственную частоту и степень настройки сети во всем диапазоне регулирования и устанавливать с высокой точностью требуемый режим компенсации емкостных токов сети.
Источники информации:
1. Черников А.А. Компенсация емкостных токов в сетях с заземленной нейтралью. М.: Энергия, 1974. - С.83-84.
2. Обабков В.К. Совершенствование фазового способа автоматического поддержания условий компенсации емкостных токов в кабельных сетях 6-35 кВ//Электричество, 1989, №1.
3. А.с. №943983 (Россия). Способ настройки дугогасящего реактора и устройство для его осуществления/С.Н.Кисленко. - Опубл. БИ №26, 15.07.1982 (прототип)