Устройство для автоматического шунтирования поврежденной фазы в электрической сети с изолированной нейтралью

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 51 4 Н 02 Н 5/12 ВГР УРГИЯ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Украинское отделение Всесоюзного государственного проектно-изыскательского и научно-исследовательского института Сельэнергопроект (72) Ю.Я.Рыбальченко, В.Г.Сантоцкий и Р.Ф.Стасенко(56) Авторское свидетельство СССР 9 792430, кл. Н 02 Н 3/16, 1977Устройство для автоматического шунтирования поврежденной фазы. Безопасность труда в промышленности.1973 ь У 5, с. 35-37.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ШУНТИРОВАНИЯ ПОВРЕЖДЕННОЙ ФАЗЫВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙНЕЙТРАЛЬЮ, содержащее датчик напряжения в виде трансформатора, к двумвторичным обмоткам которого подключен блок выбора поврежденной фазы,выход которого подключен через блокуправления к трем шунтирующим выключателям каждого фазного проводасоединенным в звезду, о т л и ч а -ю щ е е с я тем, что, с целью повышения селективности устройства, в него введены датчик тока, установленный между нулевой точкой звезды шунЯО 1201945 А тирующих выключателей и землей, блок,формирующий переменное напряжение,прямо пропорциональное току, протекающему через шунтирующий выключатель,блок, формирующий переменное напряжение, прямо пропорциональное напряжению смещения нейтрали и сдвинутое относительно него по фазе, выпрямитель,пороговый орган, орган выдержки вре-.мени и исполнительный орган, приэтом выход датчика тока соединен через блок, формирующий переменное напряжение, прямо пропорциональное току, протекающему через шунтирующийвыключатель, с первым входом выпрямителя и первым выходом. блока, фор- Е.мирующего переменное напряжение, пря- ффмо пропорциональное напряжению смещения нейтрали и сдвинутое относитень.но него по фазе, вход которого подссоединен к второй обмотке датчика Янапряжения, причем выход указанноговыпрямителя через последовательносоединенные пороговый орган, орлеанвыдержки времени исполнительный орФйгам подсоединен к каждому из шунтирующих выключателей, а второй выходблока, формирующего переменное напря фжение, прямо пропорциональное напря- СЛжению смещения нейтрали и сдвинутоеотносительно него по фазе, подсоединен к второму входу выпрямителя.20 Такой алгоритм работы объясняетсяследующим,Так как анализ количества и про-должительности однофазных замыканий 55на землю в сетях 6-10 кВ показал,что около 803 их носит проходящийхарактер и самоустраняется за время 1 120194Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствамповышения электробезопасности вэлектрических сетях с изолированнойнейтралью, 5Цель изобретения - повышение селективности устройства.На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.Устройство содержит шунтирующиевыключатели 1.,: блок 2 управления,блок 3 выбора поврежденной фазы,блок 4, формирующий переменное напряжение, прямо пропорциональное то 1ку, протекающему через шунтирующий 15выключатель, блок 5, формирующий переменное напряжение, прямо пропорциональное напряжению смещения нейтрали и сдвинутое относительно негопо фазе, выпрямитель 6, пороговыйорган 7, орган 8 выдержки времени,исполнительный орган 9, датчик 10тока и датчик 11 напряжения.Блок 3 выбора поврежденной фазыподключен к вторичной трехфазнойобмотке измерительного датчика напряжения и к вторичной обмотке этогоже датчика, включенной по схеме разомкнутого треугольника. Выбор поврежденной фазы осуществляется 30по повышению напряжения в опережающей фазе с контролем по напряжениюсмещения нейтрали,Блок выбора поврежденной фазывыдает управляющие сигналы блоку 2управления.Блок 2 управления реализует следующий алгоритм работы:- после появления в сети замыка-.ния на землю с вьдержкой времени выдает команду на включение шунтирующего выключателя фазы с поврежденнойизоляцией, выбранной блоком 3;- после включения шунтирующеговыключателя с вьдержкой времени выдает команду на его отключение;- если земля в сети не ликвидирована (блок 3 выдает управляющийсигнал о замыкании соответствующейфазы), выдает команду на погторноевключение шунтирующего выключателя. 5 1до 5 с, то для отстройки от проходящихзамыканий целесообразно шунтирование поврежденной фазы производить с выдержкой времени после момента появления землиПосле шунтирования поврежденной фазы, определенная часть замыканий, особенно дуговых, ликвидируется за 1-2 с. Если спустя это время отключить шунтирующий выключатель, то зачастую оказывается, что "земли".уже нет. Поэтому в устройстве для автоматического шунтирования поврежденной фазы (АШФ) целесообразно ввести проверочный цикл: отключение через 2 с включенного выключателя, автоматическая проверка наличия земли" с последующим включением шунтирующего выключателя, если земля" еще есть в сети, и возвратом в исходное состояние при отсутствии "земли".Блок 2 управления устройства состоит из трех последовательно соединенных реле времени. Первое реле за- пускается входным сигналом от блока 3 и с вьдержкой времени дает команду на включение шунтирующего выключателя. Второе реле, запускаемое выходным сигналом первого реле с вьдержкой времени, вьдает сигнал на отключение шунтирующего выключателя. Третье реле, запускаемое выходным сигналом второго реле вьщает сигнал наповторное включение шунтирующеговыключателя если земля в сети неисчезает,Блок управления реализуется наэлектромагнитных реле или полупроводниковых элементах.Шунтирующие выключатели 1.с пофазным управлением представляют собойизвестные силовые коммутационныеаппараты, рассчитанные на рабочиенапряжения и токи сети. Они могутбыть масляными, вакуумными, тиристор.ными или других типов,Одйн из контактов шунтирующихвыключателей подключен к соответствующей фазе сети, другой через общийдатчик тока - к контуру заземления.Операция включения и отключения этихвыключателей осуществляется по командам, выдаваемым блоком 2 управления.Кроме того, отключение любого извключенных шунтирующих выключателейможет быть осуществлено по команде,выданной исполнительным органом 9.Блок 4, формирующий переменноенапряжение, прямо пропорциональноепротекает часть нагрузочного тока,то они складываются геометрически.Суммарный ток через АШФ составляетс напряжением смещения нейтралиугол, отличный от 90. Отличается отемкостного и амплитуда суммарноготока. Поэтому на выпрямитель подается напряжение, пропорциональное току, протекающему через шунтирующий той части тока нагрузки поврежден- выключатель, подключен к датчику 10 ной линии, которая протекает через тока. Он содержит промежуточный тран- шунтирующий выключатель к месту сформатор, вторичная обмотка которого повреждения. нагружена на резистор. В связи с тем, 5 Выпрямитель 6 представляет собой что ток замыкания на землю сети с известную двухполупериодную мостовую изолированной нейтралью содержит выс- схему выпрямления. К выходу выпрямишие гармонические составляющие непро- теля 6 подключен пороговый орган 7, мышленной частоты, для ограничения выполненный на операционном усилите- этих составляющих в выходном,напряже ле. К выходу порогового органа 7 нии блок 4 содержит фильтр с резонан- подключен орган 8 выдержки времени. сной частотой, равной промышленной Его назначение заключается в от- (50 Г ) .(50 ц) . строике от бросков нагрузочного тоБлок 5, формирующий переменное на- ка линии, возникающих при запуске пряжение, прямо пропорциональное йа мощных электродвигателей, подключепряжению смещения нейтрали и повер нии трансформании транс орматоров и т.д. нутое относительно него по углу, Орган 8 выдержки времени выполподключен к вторичной обмотке датнен в виде реле времени на операцичика 11 напряжения, соединенной по онном усилителе, срабатывающем поссхеме разомкнутого треугольника, 0 ле заряда емкости после ее дешунтиОн содержит промежуточный трансфор- рования транзистором. матор, резисторы, фазовращающуюся К выходу органа 8 выдержки времени подключен испонительный орган 9Выходы блоков 4 и 5 соединены по-представляющий собой электромагнит- следовательно-встречно и подключены 25 ное реле, управляемое транзисторным к выпрямителю 6, В результате это- ключом. При замыкании контактов рего на выпрямитель подается напряже-ле выдается командный сигнал на отние, равное разности выходных напря- ключение шунтирующих выключателей жений блоков 4 и 5. При шунтировании поврежденной фаПри замыканиях на землю в сети с зы режим сети в части линейных на 30изолированной нейтралью емкостной пряжений не изменяется, электроснабток замыкания составляет с напряже- жение потребителей не прерывается. нием смещения нейтрали угол близ- В результате шунтирования напряжекий к 90. Блок 5 осуществляет пово- ние относительно земли на фазе с рот напряжения, пропорционального поврежденной изоляцией значительно напряжению нулевой последовательнос- снижается, происходит успешное га 35ти, на этот же угол до совпадения шение заземляющих электрических дуг по фазе с напряжением, пропорциональ- и существенно уменьшаются напряжения ным току замыкания и совпадающим прикосновения и шага в месте поврежс ним по фазе, которое формируется дения.блоком 4. Поэтому на выпрямитель 640Во время эксплуатации устройств подается напряжение, близкое к нулю. АШФ при многих положительных харакЭто достигается предварительной ре- теристиках выяснилось что в отдельи.) гулировкои выходных напряжении бло- ных случаях при шунтировании вместо ков 4 и 5 при включенном шунтирующем снижения напряжения .в месте замыкавыключателе одной из фаз и отсутст- ния происходит его повышение, Про 45вии замыкания на землю в другой точ- веденный анализ, расчеты и специке сети. ально поставленные эксперименты показали, что это явление связано сЕсли через датчик 10 тока допол- протеканием части нагрузочного тока нительно с емкостным током сети линии через место шунтирования по50цепи шунтирующий выключатель - местоповреждения под действием падениянапряжения в сопротивлении линии.Это явление наблюдается лишь при55 низких переходных сопротивлениях вместе замыкания, когда суммарноесопротивление шунтирующей цепи соизмеримо с сопротивлением проводов лиСоставитель Н.ЧутчевРедактор А.Лежнина Техред М.Пароцай Корректор И.Эрде 99/55 Ти ВНИИПИ Государствепо делам изобр 113035, Москва, Жаж 619 Подписноеного комитета СССРтений и открытий5, Раушская наб д. 4/5 аказ га ППП "Патент"Ужгор.Проектная 5 1 нии замыкания на заземленных опорах, потребительских подстанциях 6-10/0,38 кВ, опорах с разъединителями, разрядниками и т.д.). Если замыкание вызвано повреждением изоляции на незаземленных железобетонных опорах (которых более 707. в сети) или обрывом провода с его падением, то ввиду большого переходного со" противления протекания по земле части нагрузочного тока не происходит. Шунтирование поврежденной фазы здесь вызывает значительное снижение напряжения в месте повреждения. Устройство работает следующим образом.При замыканиях на землю одной из фаз трехфазной электрической сети а изолированной нейтралью блок 3 201945 бвыбора поврежденной Фазы определяетповрежденную Фазу и выдает сигналблоку 2 управления, который в своюочередь дает команду на включениешунтирующего выключателя 1 этой фазы. При отсутствии протекания частитока нагрузки через включающийся шунтирующий выключатель напряжение навходе блока 7 от блока 6 ниже ус 10 тавки срабатывания.Если через цепь шунтирования дополнительно с емкостным током замыкания протекает часть нагрузочноготока, то на выходе выпрямителя 6 появляется напряжение, приводящее ксрабатыванию порогового органа 7 исоответственно органов 8 и 9. Исполнительный орган 9, сработав, даеткоманду на отключение шунтирующего20 выключателя.