Устройство для шунтирования местаоднофазного замыкания ha землю вэлектрической сети c изолированнойнейтралью

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 847424(51)М, Кл. с присоединением заявки Рй Н 02 Н 3/16 Н 02 Н 5/2 Геоударстеенный комитет СССР(23) Приоритет дв делам нзооретеннй н открытий(72) Авторы изобретения В. О, Жидков и Ю. Н. Ильин Восточный научно-исследовательский институтпо безопасности работ в горной промышленности(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШУНТИРОВАНИЯ МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ Изобретение относится к защите электрических сетей от однофазных замыканий на землю и защиты людей от поражения электротоком при однофаэном прикосновении и может быть использовано в трехфаэных злектри 5 ческих сетях, работающих С изолированной нейтралью.Известны устройства шунтирования места однофазного замыкания, содержацие определитель поврежденной фазы и три шунтирующих выключателя с пофазным управлением, замыкающих поврежденную фазу на землю. Устройства позволяыт снизить напряжение, остающееся на замкнувшейся на землю фазе до значения, меньшеговосстанавливающейся электрической прочности изоляций или допустимого по условиям злекгробеэопасности в "случае прикосновения человека к фазе электрической сати1 и 2 1,Недостатком указанны устройств является низкая чувствительность и недостаточная надежность контролявеличины остаточного (после осуществления шунтирования) тока, протекающего через место замыкания.Это обусловлено тем, что контрольосуществляется косвенно, посредствомизменения анализатором результирую"щего тока, протекающего через шунт. Наиболее близким по технической сути к предлагаемому является устройство для шунтирования места однофаэйого замыкания на землю, содержащее подключенный к фазам сети источник постоянного оперативного тока, выполненный по схеме ЗВ, общая точка которого соединяется через стабилитрон и диод шунтирующими выключате" лями, а через анализатор тока - с землей, шунтирующие выключатели включенные между фазами сети и землей через разделительный конденсатор, параллельно которому присоединен диод. определитель поврежденной фазый под3 84ключенный к управляющим входам шунтирующих выключателей 3.Однако это устройство обладаетнедостаточной надежностью в связис тем, что в сетях с изменяющейсяемкостью фаз относительно земливозникает необходимость подстройкиверхнего уровня контролирующегонапряжения.Цель изобретения - повышение надежности шунтирования.Указанная цель достигается тем,что в устройстве для шунтированияместа однофазного замыкания наземлю в электрической сети с изолиро-,.ванной нейтралью, содержащем подключенные между фазами сети и землейчерез разделительный конденсаторшунтирующие выключатели с пофазнымуправлением, по входам которых под-ключен определитель поврежденнойфазы, присоединенный к фазам сетиисточннк постоянного оперативноготока, выполненный по схеме ЗВ иприсоединенный общей точкой черезпоследовательно соединенные стабилитрон и диод к шунтирующим выключателям, а через анализатор токас землей, и диод, параллельно разделительному конденсатору через цепочку РС и стабилитроны присоединена первичная обмотка корректирующего трансформатора, а вторичная обмотка присоединена к диагонали выпрямительного моста, включенного последовательно в первичнуюцепь анализатора тока, а диод включенмежду анодом и управляющим электродом тиристора, шунтирующего разде"лительный конденсатор.Устройство наряду с обеспечениемэффективной защиты от пораженияпозволяет исключить перерывы электроснабжения при самоустраняющихся замыканиях, а участки сети с погашенным вследствие шунтирования дуговым замыканием в ослабленной илиповрежденной изоляции отключает селективно с выдержкой времени по ступеням,На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства при его использовании в защите электрических сетей с изолированной нейтралью; на фиг.2- векторная диаграмма токов и напряжений, иллюстрирующая сближение потенциалов; на фиг.3 - расчетная 7424 4 схема формирования и введения контролирующего напряжения.Устройство подключается к шинампонизительной подстанции и содержитшунтирующий выключательс пофазнымуправлением, осуществляемым определителем 2 поврежденной фазы и анализа,тором 3 тока. Заземление шунтирующеговыключателявыполнено через раздели 1 О тельный конднесатор 4. Источникомконтролирующего напряжения служитвыпрямитель 5, выполненный по схемеЗВ и подключенный. входами к фазамсети, а выходом через контактор б, 15 стабилитрон 7, диоды 8 и 9, выпрямительный мост 10 и трансформатор1 к конденсатору 4. Параллельно этому же конденсатору подключен, тиристор 12, цепь управления которого че реэ диод 13 подключена к аноду, и;цепочка РС с регулируемым сопротивлением 14, от которого через двухсторонний пороговый ограничительстабилитронк 15 питается первичная 25 обмотка корректирующего трансформатора 16, а вторичная обмотка присоединена к выпрямительному мосту 1 О. Наприводы масляных выключателей 17,установленных на подстанции, воздействует определитель 18 поврежденной линии, а установленных нараспредпунктах, питающихся от под- .станции, - селективные защиты 19 отзамыканий на землю. К выключателям17, установленным на подстанции,присоединены блоки 20 повторного шунтирования, управляемые блоками 2 и 18При нормальном режиме работыэлектрической сети на выходах определителя 2 поврежденной фазы и определителя 18 поврежденной линии командные сигналы отсутствуют, вследствие чего приводы шунтирующего вы цключателя 1 находятся в положении"Выключено", а приводы выключателей17 - в положении "Включено". В выключенном состоянии находится и контактор 6. При этом контакты выключателя 1 и цепь контролирующего тока 50от источника 5 оказываются разомкнутыми.Появление замыкания на землю наодной из фаз сети, например, в точке К, приводит к появлению на выходе определителей 2 поврежденнойфазы и линии 18 командных сигналов.При этом на шунтирующем выключателе1 включается один иэ контактов, а5 8414именно подключенный к фазе, на кото-рой произошло замыкание, в результате чего поврежденная фаза оказывается искусственно замкнутой на землючерез конденсатор 4 во второй точкесети ( точке 0 ), Последнее приводит ктому, что потенциал поврежденнойфазы относительно земли снижается.Причем, весь процесс, от момента появл;.ния замыкания до осуществления Ошунтирования, протекает за время порядка 20 мс, что достигается применением быстродействующих определителей 2 поврежденной фазы и линии 18,а также шунтирующего выключателя 1,Поэтому небыстродействующне защиты 19от замыканий на землю, установленныена распределительных пунктах й выполняющие роль защит первой ступени,срабатывать не успевают. 20Ток замыкания на землю Зцг, протекающий через конденсатор 4 и выключатель 1, опережает напряжение поврежденной Фазы 0 на угол от 45 до 90 ов зависимости от уровня актйвного д 5сопротивления изоляции сети. В соответствии с этим падение напряженияна конденсаторе 10,=. Зц, Хснг по фазесовпадает с напряжениЕм О л 14 бо отстает от него на угол до 45 . ггадение же напряження в линии д 014 ЭН 7 рттока нагрузки Зн между точками 0 иК отстает по фазе от напряжения Осна угол 30 - 45 в зависимости отсозе потребителей. Поэтому разностьпотенциалов между землей 1 точкой 0и точкой К снижается с сОн 1;векторОК) доЮО-,КОд (вектор ОК), в результате чего повышается эффективность шунтирования, заключающаяся в 40улучшении условий гашения дуги в месте замыкания и защиты человека.Одновременно с включением шунтирующего выключателя 1 срабатывает контактор 6 и своим контактом вводит 4контролирующее напряжение от источ"ника 5 в сеть через выключатель 1и разделительный конденсатор 4. Взависимости от сопротивления в местезамыкания изменяется величина контролирующего тока, по которой и определяется характер произошедшего эамыъкання. Физическая основа такой возможности заключается в значительномразличии сопротивления тела человека (600-1000 Ом) и сопротивленияканала погашенной дуги в поврежденной или ослабленной изоляции, составляющего 100-300 кОм,24 6формирование величины контролирукщего напряжения производитсяв зависимости от емкости сети следующим образом. Под действием фазных ЭДС ,1, 1 , 3 создается пульсирующее напряжение Ост на стабилитроне1. От источника ЭДС 2 ( вольтдобавочный корректирующий трансфориатоо16 напряжение ОВА, пропорциональное емкости сети, вводитсяв схему через мост 1 О. При этомконтролирующее напряжение, воз действунщее на изоляцию, определится как сумма О О ст + Од.Напряжение Оц является функциейтока, протекающего через шунт, аследовательно, и емкости сети,Быстродействие контроля обеспечивается подзарядкой разделительного конденсатора 4 током, проходящимчерез шунтирующий выключатель 1,эа один полупернод, за счет включенного параллельно конденсатору 4тиристора 12, а также обеспечениемравенства уровня контролирующегонапряжения потере напряжения на конденсаторе 4 от тока защгкания прнпереходных сопротивлениях в мес е замыкания, превышающих уровень чувствительности анализатора 3 тока.уровень изоляции определяетсявеличиной контрольного тока, протекающего через трансформатор 1.Если срабатывание блоков 1 н 2 вызывается кратковременным самоустраняющиися замыканием, частота возникновения которых в 4-5 раэ превышаетустойчивые замыкания, то сопротивлениеизоляции замкнутой на землю фазы высокое, так как замыкание после шунти-рования самоустраняется и ток протекающий через трансформатор 11, оказывается меньше уставки срабатыванияанализатора 3 тока. Поэтому оно выдает команду только на дешунтнрование места бывшего повреждения безотключения линии. Таким образом, самоустраняющнеся замыкания не приводят к отключению потребителей н,следовательно, к их простоям.При.устойчивых замыканиях на зем-)лю, в том числе и в случае однофаэного прикосновения человека (электротравма) сопротивление изоляции замкнутой на землю фазы оказывается невысоким (не более 3 кОм) и контролирующий ток, протекающий черезместо замыкания н через трансформатор 11, оказывается достаточным847424 7для срабатывания анализатора 3 тока, вследствие чего он подает команду на включение блоков 20 повторного шунтирования и на отключение поврежденной линии, а уже затем на отключение шунтирующего выключателя 1, т.е, осуществляется дешунтирование.При замыкании через ослабленную или поврежденную изоляцию вслед ствие снижения напряжения на фазе, обусловленном выполнением шунтирования выключателем 1, остаточная электрическая прочность изоляции в месте повреждения оказывается 15Г выше остаточного напряжения (эффективное шунтирование). Сопротивление изоляции при этом, также высокое,поэтому контролирующий ток оказывается недостаточным для срабатывания ана- .20 лизатора 3 тока.В результате этого с небольшой выдержкой времени примерно 0,5 с шунтирующий выключатель 1 отключается и тем самым восстанавливает ся номинальное фазное напряжение на поврежденной фазе, При этом происходит повторный пробой изоляции в ранее поврежденном месте, однако шунтирующий выключатель 1 повторно не сра батьвает, а отключение поврежденно-. го участка с соответствующими выдержками времени осуществляется в зависимости от его места селективной защитой 19 или определителем 18 пов"Э 5 режденного фидера и выключателями 17.Таким образом, введение в устройство для шунтирования корректирующего трансформатора, включенного своей первичной обмоткой параллельно разделительному конденсатору через ЙС-цепочку и стабилитроны, а вторичной обмоткой - к диагонали выпрямительного моста, включенного последовательно в первичную цепь анализатора тока 45 позволяет его использовать в защите сетей с изменяющейся емкостью фаз относительно земли без подстройки верхнего уровня контролирующего напряжения, что повьш 1 ает надежность шунтирования. 8Формула изобретения Устройство для шунтирования места однофазного замыкания на землю в электрической сети с изолированной нейтралью, содержащее подключенные между фазами сети и землей через разделительный конденсатор шунтирующие выключаетли с пофаэным управлением, ко входам которых подключен определитель поврежденной фазы, присоеди- ненный к фазам сети источнос постоянного оперативного тока, выполненный по схеме ЗВ и присоединенный общей точкой через последовательно соединенные стабилитрон и диод к шунтирующим выключателям, а через анализатор тока - с землей, и диод, о тл и ч а ю щ е е с я тем,что,с целью повышения надежности шунтирования, параллельно разделительному конденсатору через цепочку Й-С и стабилитроны присоединена первичная обмот ка корректирующего трансформатора, а вторичная обмотка присоединена к диагонали моста, включенного последовательно в первичную цепь анализатора тока, а диод включен между анодом и управляющим электродом тиристора, шунтирующего разделительный конденсатор; Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Микрюков В.И. , Ягудаев Б,М.Быстродействующее защитное закора-,чивание на землю фазы сети 3-10 кв.""Безопасность труда в промышленности",1973, .В 5, с. 35-37.2. Жидков В,О., Макаров .Г. И.Комбинированная система звщиты от за-мыканий на землю и поражения электротоком в сетях 6 кв угольных разрезов. Сб. ВостНИИ "Предупреждениетравматизма и аварий на угольныхшахтах". Кемерово, т.25, 1975,с.101-109.3, Авторское свидетельство СССРпо заявке В 2669425/24-07,я. Н 02 Н 3/16, 1978.847424 Билак едакт 555/81 Тираж 675 ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и откр 113035, Москва, Ж, Раушская на