Воздушная линия электропередачи с фильтром выявления несимметричного режима

(19) 111) 151) с Н 02 3 3/00, Н 02 Н 5/10,3/16 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ еС-"- -ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Л. К,АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4 Б л Г(н-ь) + зэ 1 ц,2,.)я(чг Н),(71) Московский ордена ТрудовогоКрасного Знамени институт инженеровсельскохозяйственного производстваим,В.П,Горячкина(56) Авторское свидетельство СССР -9 162208, кл. Н 02 Н 3/16, 1961.Авторское свидетельство СССРУ 253216, кл. Н.02 Н 3/16, 1965,(54)(57) 1. ВОЗДУШНАЯ ЛИНИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ФИЛЬТРОМ ВЬИВЛЕНИЯ НЕСИММЕТРИЧНОГО РЕЖИМА, содержащим фильтртоков нулевой последовательности,состоящий из трех индукционных преобразователей тока, расположенныхвблизи токопроводов и соединенныхпоследовательно, подключенный на обмотку первого реле, замыкающий контакт которого включен в цепи питанияреле сигнализации замыкания на землю, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью повышения надежностифункционирования путем обеспечениязащиты как при замыкании на землю,так и при обрыве проводов, в неедополнительно введены комбинированный фильтр токов нулевой и обратнойпоследовательности, второе реле, реле сигнализации обрыва, при этом выход комбинированного фильтра токовподключен к обмотке второго реле,замыкающий контакт которого последовательно с размыкающим контактомпервого реле включен в цепи литанияреле сигнализации обрыва, при этом указанный комбинированный фильтр токов нулевой и обратной последовательности содержит три индукционных преобразователя тока, расположенных вблизи токопроводов и соединенных последовательно, индукционные преобразователи тока, расположенные под крайними токопроводами включены встречно, а индукционный преобразователь тока, расположенный под средним токопроводом, включен согласно с индукционным преобразователем тока, расположенным под токопроводом отстающей фазы, каждый из указанных индукционных преобразователей тока расположен на одинаковом расстоянии от соответствующего токопровода в плоскости, нормальной токопроводам воздушной линии, причем параллельно среднему индукционному преобразователю тока включен конденсатор, емкость которого на промышленной частоте выбирают из условия резонанса с ицдуктивностью этого преобразовате. ля.2. Линия электропередачи по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что при расположении токопроводов линии треугольником, индукционные преобразователи тока расположены параллельно основанию равнобедренного треугольника, вершины которого составляют указанные токопроводы, а отношение числа витков преобразователя, расположенного под средним токопроводом, к числу витков любого из других индукционных преобразователей определяют из выражения1192029воды, а отношение числа витков ин.дукционного преобразователя, расположенного под средним токопроводом, к числу витков любого иэ других индукционных преобразователей тока определяют из выражения где Ю - половина расстояния междукрайними токопроводами линииэлектропередачи, мфН - высота среднего токопроводалинии электропередачи относительно крайних, мдом линии электропередачи,м,ч - добротность контура, состоящего из индукционного преобразователя, расположенноговблизи .среднего токопроводалинии электропередачи, иконденсатора.3. Линия электропередачи по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что при расположении токопроводов линии в. одной плоскости параллельно друг другу, индукционные преобразователи тока расположены параллельно линии, проходящей через указанные токопрогде 3 - половина расстояния междукрайними токопроводами линииэлектропередачи, м;и - расстояние между каждым ин-.дукционным преобразователемтока и соответствувяцим токопроводом линии электропередачи, мЧ - добротность контура, состоящего из индукционного преобразователя, расположенноговблизи среднего токопровода,и конденсатора. расстояние между каждым инъ а дукционным преобразователем ФД( +в ) и соответствующим токопрово- р( 2 ряВИзобретение относится к воздушным линиям, оборудованным релейной защитой, и может быть использовано в технике релейной защиты и противоаварйной автоматики в электрических уста нонках.Целью изобретения является повышение надежности функционирования путем обеспечения защиты как при замыкании на землю, так и при обрыве про ф водов.На чертеже показаны схемы соединения комбинированного фильтра токов нулевой и обратной последовательности, фильтра токов нулевой последова тельности, схема соединений контактов и обмоток реле сигнализации замыкания на землю и обрыва провода.Вблизи токопроводов 1, 2 и 3 расположены три индукционных преобразо вателя тока 4, 5 и 6, соединенные последовательно и образующие фильтр токов нулевой последовательности.Комбинированный фильтр токов нулевой и обратной последовательнос ти .состоит из трех индукционных преобразователей тока 7, 8 и 9, причем параллельно среднему индукционному . преобразователю тока 8 включен конденсатор 10, емкость которого составляет резонанс с индуктивностью этого преобразователя, Индукционные преобразователи тока 7 и 9, расположенные под крайними токопроводами 1 и 3, включены встречно, а индукционный преобразователь тока 8, расположенный под средним токопроводом 2, вклю" чен согласно с индукционным преобразователем тока 9, расположенным под токопроводом отстающей фазы 3.Каждый из укаэанных индукционных преобразователей тока 4-9 расположен на одинаковом расстоянии от соответ-ствующего токопровода 1, 2 и 3 в плоскости, параллельной токопроводам, параллельно основанию равнобедренного треугольника, в вершинах которого находятся указанные токопроводы. Выход фильтра токов нулевой последовательности подключен на обмотку первого реле 11, а выход комбинированного фильтра токов нулевой и обратной последовательности подключен на обмотку второго реле 12.(3) о 3 11920Замыкающий контакт 13 первого ре" ле 11 включен в цепь питания реле сигнализации замыканий на землю 14. Замыкающий контакт 15 второго реле включен последовательно с размыкающим контактом 16 первого реле 11 в цепи питания реле сигнализации обрыва 17.В нормальном режиме работы воздушной линии электропередачр по токопроводам 1, 2 и 3 протекают соответственно рабочие токи нагрузки, являющиеся токами прямой последовательности Для каждого индукционного преобразователя тока 4-9 от токов нагрузки (1),. протекающим по проводам 1,2 и 3, значение проекций магнитнойиндукции на его ось определяетсяэВ =. 1 -- 1 - , (2)сова 1 с1 1 с1 . 25где г. - ток, протекающий по проводам;сов К - косинус угла между ортого 1 кналью линии, соединяющейпровод 1 с индукционным 3 рпреобразователем тока 1,и осью этого индукционногопреобразователя тока;к - расстояние между проводоми индукционным преобразо 35вателем тока 1.Индукционные преобразователи тока 4 и 7,5 и 8,6 и 9 попарно расположены на одинаковых расстояниях дотокопроводов 1, 2 и 3. Поэтому длякаждой пары преобразователей удельное,значение ЭДС, которое пропорционально значению магнитной индукции(2), определяется выражением с учетом геометрических размеров по чертежу н Ь . Ьф И А (Н 1117 гЬ Ьгфрг Н29 4Из (3) определим сумму ЭДС преобразователей тока 4 и 6.1 Ь Р,Е 0 г Е после преобразования получим г(н 1 РС учетом того, что для получения больших выходных сигналов в реальных конструкциях обычно Ь(сН и ЬФР г(н Ц можно считать, что , г г нф ь)ввыражение (6) записать в виде 1 1 2(НЬ 14 Ъ1 1 4 рг (НЬ) г 1 г6 (7) Запишем выращение (3) для ЭДС Яуиндукционного преобразователя 5 ввиде1, Н- И 1 в (,) г " А+ " (8) Поскольку в системе токов прямойпоследовательности (1)+ -1А с Ьвыражение (8) примет вид1 Н-Ь . 1 Й Ь5(Н 1) р и НФЬ 1 4 рТаким образом, условие полученияфильтров токов нулевой последовательности можно записать ННе .е +е: - -+г 4 6- 1 .(Н 1,)г 4 рг Ь2(Нф Ь 155 Для получения выходного сигнала .фильтров токов нулевой последовательности, равного нулю, от токов (1) необходимо чтобы 4+ 19+ =0,Так как в общем случае условие (9) не удовлетворяется нри реальных значениях О, Н, Ь, фильтр токов нулевой(13) А(с 1 ь(с с(с) оф 5последовательности можно выполнить подбором чисел витков индукционных преобразователей тока 4, 5 и 6, т.е. Е +Е 4+Е=УХ+У 424+Ы У 6=0 (10)5Если. принять, что 04=У, то условие (9) запишется в виде 181 Р, Н-Ь 1,Г 1 Ьг(Н.М (Н.Ц +3в 124,112 Н да 12 откуда отйошение числа витков преобразователей тока 5, расположенноговблизи среднего токопровода 2, к чис.лу витков преобразователей тока 4 иб, расположенных вблизи крайних токопроводов 1 и 3, определяется по выражениюЪ 2(НМй И 14 Рф (НфЬ)ф О 20Ф%4НЬН 1)аъЕсли по проводам 1, 2 и 3 протека.ют токи обратной последовательности,то на выходе фильтра токов. нулевойпоследовательности суммарный сигнал(10) также будет равен нулю, так каки для системы токов обратной последовательности справедливо соотношеОние+ + =О, которое полой) в Р.) с(г) ф,жено в. основу подбора чисел витковиндукционных преобразователей тока4 5 и 6 для получения фильтра токовФнулевой последовательности.Появление в сети емкостных токэв,35например, при замыкании на землю фазы В которые протекают по токопроФводам 1, 2 и 3 где п - отношение полного тока замыкания на землю к собственному емкостному току в местеустановки фильтра (1 ). вызовет появление на выходе фильтра50 токов нулевой последовательности,. соединенного из трех последовательно соединенных индукционных преобразователей тока 4, 5 и 6, сигнала, пропорционального току нулевой последовательности, так как бОпределим условие получения выходного сигнала, равного нулю, оттоков нагрузки (1) на комбинированном фильтре токов нулевой и обратной последовательности 7, 8, 9 и10.Индукционные преобразователи тока 7, 8 и 9 соединены последовательно и расположены под токопроводамисоответственно 1, 2 и 3. Индукционные преобразователи тока 7 и 9, расположенные под крайними токопроводами 1 и 3, включены встречно, а индукционный преобразователь тока 8,расположенный под средним токопроводом 2, включен согласно с индукционным преобразователем тока 9, которыйрасположен под токопроводом 3. Припринятой системе обозначений (1)фаза тока, протекающего по токопроводу 3, является отстающей по сравнению с фазой тока, протекающего потокопроводу 2.Подклюрние параллельно среднемуиндукционному преобразователю тока8 конденсатора 10, емкость которогосоставляет резонанс с индуктивностьюэтого преобразователя х =х, приводит к тому, что напряжение Б на вывходе преобразователя будет опережатьего ЭДС Кв (3) на 90 и будет отличаться от Г в Я=хс/К раз, где х,К - соответственно индуктивное иактивное сопротивления преобразователя 8, т.е. при х =х,с 1Преобразовав выражениетом (1), получим1 н8 11 "ф (вс 1(Н 1)ф 1 ви(са 1 120 (Н 1112 р 2 1 п Нф-Нв+Ра1 ми (сйФ,-(201.ЬН-Ь 1+Э фПодставив (13) в (12), получим значение напряжения на выходе преобразователя 8, параллельно которому включен конденсатор 10Р(нф-Н 11)(Н-Ц +2 7 11920ледовательно встречно в соответствии с (1) и (3), равна9. = 4 1 Ь Ь" 4 О" Е (Н Ь) РюЬ) +Рф сЬ 4 Р Ь,- )Ь(Ь 40443 Р1 эпы+1 ЗО).ЬЬ 4 Р1 о Синусоидальные величины (14) и (15) находятся в противофазе, амплитуды их не равны между собой.Для,получения на выходе комбинированного фильтра токов нулевой иобратной последовательности, состоящего из трех индукционных преобразователей . тока 7, 8 и 9, соединенных последова. - тельно, причем один из крайних преобразователей 9 включен встречно с другим, а параллельно среднему преобразователю 8 включен конденсатор 10, сигнла равного нулю при протекании по токо- проводам 1,2 и 3 токов прямой последовательности (1), необходимо, чтобы амплитуды величин (14) и(15) были равны между собой. Это достигается путем подбора чисел витков И средне 8 го преобразователя 8 относительно числа витков У крайних преобразователей 7 и 9 из условия, что ЭДСпреобразователей пропорциональны произведению чисел витков соответствующих преобразователей на амплитудные зна-. чения выражений (14) и (15) 7 Ч 7 8 Офа, Е,-Е, 4 ЛРЬГ(Н-Ь) Р 2Ъ 068 ЬЬ 40) Я(Н-НЬР)4 Р (" ") фР .1 ( ) 45ОИ+4 Р)(Н-НЬ Рф) При расположении проводов воздушной линии в одной плоскости параллельно друг д)угу и индукционных преобразо-. вателей тока параллельно линии, проходящей через указанные токопроводы, когда Н=О, отношение чисел витков преобразователя, расположенного вблизи среднего токопровода, к числу вит- Фков любого из крайних преобразова телей должно быть равноИв 4 ГЗ(Ь+в )- ., (18)Ы Я(Ь+4 Э ) 29 8Появление в сети емкостных токов (11), например, при замыкании на землю фазы В, которые протекают по проводам 1, 2 и 3, обуславливает наведение в среднем преобразователе 8 ЭДС 8, , которая после подстановки (11) в (3) определяется пор,Н Ь Г 1,Н(с)=ЯЕСсМНс)"С(се(Н Ь)д,Ратос 6 .О (Н-Ь) 10 вЕ +, 1 8Ц 1,) Рг щ)НЬ . 1 ф е=431, 6Н+Ь)Рразность ЭДС крайних преобразователей .9 и 7 будет равна4 РжЕ.,р(,(, Д( 1 Ь Ь + 4 Я 2)40 1(м + 90)мЫс) Ь(1 д+4 г)Таким образом, на выходе комбинированного фильтра при наличии в воздуш.ной линии токов (11) замыкания на 1 землю будет наблюдаться сигнал 8 =6 -бй40(и Н-Ь9 Ывпо) При обрыве, например, провода 2 фазы В в сети будет протекать несимметричная система токов дд -с1 А =1 мц з 1 п(ьй) ( )=1 зп(ьзс)1 одставив (20) в (3), получим4 ъ 40 с )Ь+4 Дф с40мюссе(ь о)у6 4 П ) 9 Ь 2+4 Р 2 1 с11 Ь 2 Щ 2 с401 бм И 1-240),ЬЬ 40 ф) Следовательно, при обрыве провода 2на выходе. комбинированного фильтрабудет сигнал, равный9 .18 Рбьх 9 Т 3 О 8 Я (122+452 ) мас81 п(сдС). (21)Несимметричную систему токов (20) можно разложить на системы прямой (1)и обратной последовательности14(х=1 М(г 81 П( 60).1, 1 м, 81 п(и+60) (22)1 с( ) =1 м(г) 81 п М)Сигнал отсистемы токов прямой последовательности (1) на выходе комбинированного фильтра равен нулю присоблюдении условий (17) и (18).Система токов обратной последовательности (22) наведет в среднемпреобразователе 8 ЭДСфв 1 ц) ),8., Н" 8Ъщ" щ" (,Н-Ь)г 1 г Ъ ЬН , 48 Н-Н +О(Н,) пг(н )рь дойьс)Разность ЭДС крайних преобразователей, 9 и 7 будет равнаЕ 41 91)9(2 Пг 1(2 Ф 4 рг) (г (2 4 рг)( 112)91 щъп(ы 1.60 ьп (и 1.60(И 41 г)4 рг1(ъ,ы 1.210),гг щ(гСледовательно, сигнал на выходекомбинированного фильтра от токовобратной последовательности (22) будет равен40с =-е -е +аеьыхр 9(г 2(г " 3(г( г 4 рг) п(гу г Н рг), выражение (24) аналогично (21).В режиме замыкания на землюна фильтре токов нулевой последовао тельностн 4, 5 и 6 и комбинированном фильтре 7, 8, 9 и 10 наводитсяЭДС, пропорциональная току замыканияна землю. Происходит срабатывание.первого 11 и второго реле 12, при15 этом замыкающий контакт 13 первогореле 11 замыкается и подается питание на катушку реле сигнализациизамыкания на землю 14. По срабатыванию последнего определяется наличие20 в сети замыкания на землю. Замыканиеконтакта 15 второго реле 12 не приводит к срабатыванию реле сигнализации обрыва 17, так как в цепи егопитания включенраэмыкающийся контакт 16 первого реле 11.Обрыв какого-либо провода воздуш ной линии электропередачи приводитк тому, что на комбинированном фильтре 7, 8, 9 и 10 наводится сигнал, 30 включающий второе реле 12. В этом. режиме сигнал на выходе фильтра то-,ков 4, 5 и 6 равен нулю, первое реле 11 не срабатывает и его замыкающий контакт 13 остается разомкнутым,. З 5 а размыкающий контакт 16 - замкнутым.Замыкающий контакт 15 замыкается ичерез замкнутый контакт 16 реле 11подает питание на обмотку реле сигнализации обрыва 17, по срабатыванию 40 которого определяется наличие в сети обрыва.Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство позволяет контролировать дифференциро- )45 ванно два вида повреждений, что повышает надежность функционированиявоздушной линии электропередачи./ 2 Тираж 619ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений и15035, Москва, Ж, Рауш Заказ 7168 5 Подписноомитета СССРоткрытийская наб., д.4/5 Патент", г,Ужгород, ул.Проектная, 4 илиал