Устройство для контроля и защиты от опасных изменений напряжений в трехфазной сети

 

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам для контроля и защиты от опасных изменений напряжения в трехфазной сети в результате аварийной посадки напряжений ниже допустимых значений, замыкания на землю, разрыва фазы и т.п. и может быть использовано в сетях с напряжением как выше, так и ниже 1000 В. Изобретение направлено на уменьшение массогабаритных показателей, упрощение схемы, конструкции, повышение надежности, безопасности и снижение аварийности устройства для контроля и защиты от опасных изменений напряжений в трехфазной сети. Устройство для контроля и защиты от опасных изменений напряжений в трехфазной сети содержит первичный измерительный преобразователь напряжений, фильтры обратной, прямой и нулевой последовательности, индикаторы фазных напряжений и напряжения нулевой последовательности. Отличие состоит в том, что с целью упрощения, снижения массогабаритных параметров, повышения надежности и безопасности первичный измерительный преобразователь напряжений образован из трехлучевого симметричного асимметра, каждый луч которого выполнен из последовательно соединенных фазной катушки, металлической трубки, покрытой внутри и снаружи диэлектриком, газоразрядной лампочки и резистора, фазные катушки каждого луча, выполненные из изолированного гибкого многожильного провода, охватывают участки изолированного провода соответствующих фаз контролируемой трехфазной сети и электроизолированы от них, регулирование чувствительности и отстройка от небаланса первичного измерительного преобразователя напряжении производится изменением числа витков фазных катушек. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам для контроля и защиты от опасных изменений напряжений в трехфазной сети в результате аварийной посадки напряжений ниже допустимых значений, замыкания на землю, разрыва фазы и т.п., и может быть использовано в сетях напряжением как выше, так и ниже 1000 В.

Известны устройства для контроля за изменениями напряжений в сетях выше 1000 В. В них измерительными органами служат вольтметры, которые получают входные величины от вторичных обмоток трансформаторов напряжения (TV). В этих устройствах TV служат первичными измерительными преобразователями напряжений. Обмотки высшего напряжения TV своими началами присоединяются к фазам контролируемой сети, а концами - к земле, обмотки низшего напряжения соединяются в звезду и заземляются. Вольтметры, присоединяемые к вторичным обмоткам - обмоткам низшего напряжения TV, включаются на междуфазные и фазные напряжения и контролируют изменение линейных напряжений и напряжений фаз относительно земли (л. 1: Федосеев А.М. Релейная защита электроэнергетических систем. Релейная защита сетей. - М.: Энергоатомиздат, 1984, с.347 - 350, рис.9.5 а,б: л.2: Цапенко Е.Ф. и др. Шахтные кабели и электробезопасность сетей. - М.: Недра, 1988, с. 198-200).

Недостатками известных устройств являются: невозможность однозначного распознавания характера аварии в контролируемой сети, невозможность подачи сигнала, использование в качестве первичного измерительного преобразователя напряжения дорогостоящего TV, большая аварийность TV, наличие трансформаторного масла в TV, большие массогабаритные параметры и т.п.

Наиболее близкими к предлагаемому по технической сущности и достигаемым результатам являются применяемые в настоящее время в релейной технике устройства - фильтры симметричных составляющих: фильтры напряжения обратной последовательности, фильтры напряжений прямой последовательности и фильтры напряжения нулевой последовательности. Первые два из них представляют собой вторичные пассивные двухплечие активно-емкостные фильтры, подключаемые к контролируемой сети через трехфазные трансформаторы напряжения (Л.1: с.353.. .355: Л.3:Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М.: ВШ, 1991 с.40...43-58). Для получения напряжения нулевой последовательности применяют вторичные фильтры, выполняемые из активных или емкостных асимметров, подключаемых к контролируемой сети через трехфазные TV. При этом их первичные обмотки соединяются в звезду, нейтраль которой заземляется, а вторичные обмотки соединяются в разомкнутый треугольник, к которому подключается исполнительный орган (Л.1.: с. 350-351, рис. 9.10, 9.9: Л.2: с.198-200).

К недостаткам прототипных устройств применяемых для получения составляющих обратной, прямой и нулевой последовательности напряжений, следует отнести то, что использование TV как первичного измерительного преобразователя напряжений приводит к усложнению, удорожанию и увеличению габаритов установки. Кроме того, TV с заземленной первичной обмоткой при замыканиях на землю в контролируемой сети часто выходят из строя в результате выгорания первичной обмотки. Причинами ". ..являются феррорезонансные явления, вследствие которых через обмотки высшего напряжения трансформатора проходят токи, многократно превышающие номинальные значения" (Л.3: с. 44) Задачей изобретения является уменьшение массогабаритных показателей, упрощение схемы, конструкции, повышение надежности, безопасности и снижение аварийности устройства для контроля и защиты от опасных изменений напряжений в трехфазной сети.

Поставленная задача решается усовершенствованием устройства для контроля и защиты от опасных изменений напряжений в трехфазной сети, содержащее первичный измерительный преобразователь напряжений, фильтры обратной, прямой и нулевой последовательности, индикаторы фазных напряжений и напряжения нулевой последовательности.

Новые качества устройству придает то, что первичный измерительный преобразователь напряжений образован из трехлучевого симметричного асимметра, каждый луч которого выполнен из последовательно соединенных фазной катушки, металлической трубки, покрытой внутри и снаружи диэлектриком, газоразрядной лампочки и резистора, фазные катушки каждого луча, выполненные из изолированного гибкого многожильного провода, охватывают участки изолированного провода соответствующих фаз контролируемой трехфазной сети и электроизолированы от них, регулирование чувствительности и отстройка от небаланса первичного измерительного преобразователя напряжений производится изменением числа витков фазных катушек.

Три входных ввода двухплечного активно-емкостного фильтра напряжения обратной последовательности подключены через разъем соответственно к трем трубкам первичного измерительного преобразователя напряжений, каждый из двух выводных зажимов фильтра напряжения обратной последовательности подключен к своим конечным металлическим трубкам, покрытым внутри и снаружи диэлектриком, на последние коаксиально надеты и электроизолированы от них две металлические, покрытые внутри и снаружи диэлектриком трубки исполнительного органа, регулирование чувствительности и отстройка от небаланса напряжений производится перемещением коаксиально надетых трубок вдоль оси.

На каждую из трех трубок первичного измерительного преобразователя напряжений коаксиально надеты три металлические, покрытые внутри и снаружи диэлектриком, электроизолированные от них трубки, к концам последних подключены через разъем три входных ввода двухплечного активно-емкостного фильтра напряжения прямой последовательности, а два выводных его зажима подключены к входу своего исполнительного органа, регулирование чувствительности и отстройка от небаланса напряжений производится перемещением коаксиально надетых трубок вдоль оси.

В каждую из трех трубок первичного измерительного преобразователя напряжений коаксиально вставлены внутрь и электроизолированы от них соответственно три металлических, покрытых диэлектриком трубчатых стержня Ш-образного металлического датчика фильтра напряжения нулевой последовательности. Последний с помощью первого нулевого проводника через последовательно соединенные нормально замкнутый контакт реле исполнительного органа фильтра напряжения обратной последовательности и разъем подключен к первому вводу своего исполнительного органа, второй ввод исполнительного органа через разъем подключен к земле, Ш-образный датчик с помощью второго нулевого проводника через последовательно соединенные разъем, газоразрядную лампочку, резистор и нормально замкнутый контакт реле исполнительного органа фильтра напряжения обратной последовательности подключен к земле.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит первичный измерительный преобразователь напряжений ПИПН, фильтр напряжения обратной последовательности ФНОП, фильтр напряжения прямой последовательности ФНПП, фильтр напряжения нулевой последовательности ФННП, индикаторы HLA, HLB, HLC наличия напряжений в фазах сети, индикатор HL0 напряжения нулевой последовательности.

ПИПН образован из трехлучевого симметричного асимметра с заземленной через кнопку SBз нейтральной точкой N. Лучи асимметра выполнены из последовательно соединенных между собой фазных катушей LA, LB, LC, металлических трубок BVA, BVB, BVC, покрытых внутри и снаружи диэлектриком, разъемов XPa, XPb, XPc, индикаторных лампочек HLa, HLb, HLc и резисторов Ra, Rb, Rc.

Фазные катушки LA, LB, LC каждого луча асимметра охватывают отдельные участки изолированных проводов соответствующих фаз А, В, С, контролируемой трехфазной сети и электроизолированы от них.

Регулирование чувствительности ПИНП и отстройка от небаланса напряжений производится изменением числа витков фазных катушек La, Lb, Lc и резисторов Ra, Rb, Rc.

Три входных ввода a2, b2, c2 ФНОП подключены соответственно через разъем ХР2 к трем трубкам BVA, BVB, BVC ПИПН. Каждый из двух выводных зажимов m2 и n2 ФНОП подключены к своим металлическим трубкам BVm2, BVn2, покрытым внутри и снаружи диэлектриком. На последние коаксиально надеты и электроизолированы от них две металлические трубки BVm21, BVn21, покрытые внутри и снаружи диэлектриком. Выводы этих трубок подключены к исполнительному органу ИОu2.

Регулирование чувствительности ФНОП и отстройка от небаланса напряжений производится перемещением коаксиальных трубок вдоль оси.

На каждую из трех трубок BVA, BVb, BVc ПИПН коаксиально надеты соответственно три металлические электроизолированные от них трубки BVa, BVb, BVc, покрытые внутри и снаружи диэлектриком. К концам последних черех разъем ХР1 подключены три входных ввода a1, b1, c1 ФНПП, а два выводных зажима m1, n1 ФНПП подключены к входу своего исполнительного органа ИОu1.

Регулирование чувствительности ФНПП и отстройка от небаланса напряжений производится перемещением коаксиальных трубок вдоль оси.

В каждую из трех трубок BVA, BVB, BVC ПИПН коаксиально вставлены внутрь и электроизолированы от них соответственно три металлических, покрытых диэлектриком трубчатых стержня BV, BV, BV Ш- образного металлического датчика ФННП. Последний с помощью первого нулевого проводника О1 через последовательно соединенные нормально замкнутый контакт К21 реле исполнительного органа ФНОП и разъем ХРо подключен к первому вводу nо своего исполнительного органа ИО, второй ввод исполнительного органа mо подключен через разъем ХРоз к земле, Ш-образный датчик ФННП с помощью второго нулевого проводника О2 через последовательно соединенные разъем ХРоз, газоразрядную лампочку HLо, резистор Rоз и нормально замкнутый контакт К22 реле исполнительного органа ФНОП подключен к земле.

Устройство работает следующим образом.

При включении разъема ХР2 ФНОП электрические контуры, образованные элементами цепи: фаза А сети - LA-a-BVA-a2-c12-m2-R12-b2-BVb-b-Lb - фаза В сети и фаза В сети - Lb-b-BVb-b2-c22-n2-R22-c2-BVc-c-Lc-фаза С сети окажутся соответственно под действием междуфазных линейных напряжений.

(1) Под действием этих напряжений изоляция между участками проводов линий контролируемой сети, охваченных фазными катушками LA, LB, LC, поляризуется, образуя переменные токи электрического смещения. На границе между изоляцией и металлическими проводами витков фазных катушек токи смещения переходят в токи проводимости и, проходя через активно-емкостные плечи ФНОП, на его выходных зажимах m2 и n2 создают разность потенциалов. В плечах ФНОП между вводными режимами a2, b2, c2 установлены резисторы R12, R22 и конденсаторы С12, С22, величины сопротивлений которых подобраны таким образом, что отношения их удовлетворяют условию (Л.1: с.355, Л.3: с. 58): , (2) где Xc12 и Xc22 - сопротивления конденсаторов С12 и С22. Поэтому при симметрии междуфазных напряжений в контролируемой сети, т.е. при подведении к ФНОП системы напряжений прямой последовательности падение напряжения UR12 на резисторе R12 и Uc22 на кондесаторе C22 оказываются равными по величине и сдвинутыми по фазе на 180o. В результате чего напряжение между выводными зажимами фильтра m2 и n2 равно нулю (3) При появлении в контролируемой сети напряжения обратной последовательности U2, например в результате разрыва фазы, на выводных зажимах m2 и n2 напряжение Um2n2 станет равным (Л.1: с.355,Л.3: с.58): Um2n2 = mxU2, (4)
где mx - коэфициент пропорциональности.

При этом трубки BVm2-BVm21 и BVn2-BVn21 ФНОП соответственно заряжаются и разряжаются и на входе исполнительного органа ИОU2 возникает сигнал, который после усиления приводит к срабатыванию реле исполнительного органа ФНОП. В результате дается сигнал об аварии в сети из-за разрыва фазы. При этом нормально замкнутые контакты реле ИОU2 К21 и К22, установленные в цепи первого 01 и второго 02 нулевого проводников Ш-образного датчика ФННП размыкаются и ФННП не реагирует на эту аварию. На напряжения прямой и нулевой последовательности ФНОП не реагирует (Л.1: с. 354).

2. При включении разъема ХР1 ФНПП электрические контуры, образованные элементами цепи:
фаза А сети -LA-a-BVA-BVa-a1-R11-m1-c11-b1-BVd-BVb-b-Lb-фаза В сети и
фаза В сети -Lb-b-BVb-BVb-b1-R21-n1-c21-c1-BVc-BVc-c-Lc-фаза С сети, окажутся соответственно под действием линейных напряжений.

(5)
Под действием этих напряжений аналогично рассмотренному в п.1 в фазных катушках LA, LB, LC переменные токи электрического смещения переходят в токи проводимости и, заряжая и разряжая трубки BVA-BVa, BVB-BVb, BVC-BVc,проходят через активно-емкостные плечи ФНПП. В результате на его выходных зажимах m1 и n1 создают разность потенциалов. В плечах ФНПП между вводными зажимами a1, b1, c1 установлены резисторы R11, R21 и конденсаторы C11, C21, величины сопротивлений которых подобраны таким образом, что отношения их удовлетворяют условию (Л.4: Алексеев В.С. и др. Реле защиты. М.: "Энергия", 1976 с. 307...311):
(6)
где Х11 и Х21 - сопротивления конденсаторов С11 и С21.

Вследствие того что в отличие от ФНОП в ФНПП в левом и правом плечах заменены местами резисторы и конденсаторы и приняты обратные соотношения в (6) по сравнению с (2), при появлении в контролируемой сети напряжени обратной последовательности U2 на выводных зажимах m1 и n1 ФНПП разность потенциалов Um1n1 будет равна нулю
(7)
При симметрии междуфазных напряжений контролируемой сети между выводными зажимами m1 и n1 ФНПП будет действовать сигнал-напряжение Um1n1, пропорциональное системе линейных напряжений прямой последовательности U (Л.4: с. 309) контролируемой сети.

Um1n1 - mxU, (8)
где mx - коэфициент пропорциональности.

Напряжение Um1n1 на входе исполнительного органа ИОU1 является полезным сигналом, который после усиления приводит к срабатыванию реле ИОU1.

3. При включении разъемов ХРo и XPо2 каждый из фазных катушек LA, LB, LC ПИПН окажется связанным соответственно через трубки BVA, BVB, BVC, Ш- образный датчик, первый нулевой проводник О1 и исполнительный орган ИОU0 ФНПП с землей. В результате периодического заряда-разряда трубок BVA, BVB, BVC и стержней Ш- образного датчика под действием напряжений фаз А, В, С контролируемой сети относительно земли через каждый стержень Ш- образного датчика проходят токи, пропорциональные соответствующим напряжениям фаз относительно земли. При симметрии фазных напряжений относительно земли токи в стержнях также симметричны, поэтому геометрическая их сумма у основания Ш- образного датчика равна нулю и на вход исполнительного органа ИОU0 ФННП по первому нулевому проводнику О1 не поступает сигнал. При замыкании на землю в контролируемой сети возникает напряжение нулевой последовательности U0, симметрия фазных напряжений относительно земли нарушается, геометрическая сумма токов в Ш- образном датчике становится не равной нулю. В результате по первому нулевому проводнику О1 на вход nо-mо исполнительного органа ИОU0 ФННП поступает электрический импульс, который после усиления приводит к срабатыванию реле ИОU0 ФННП и подачи сигнала о замыкании на землю.

Если включен разъем ХР2 второго нулевого проводника О2, то при появлении в контролируемой сети замыкания на землю ток, стекая с Ш- образного датчика по второму нулевому проводнику О2, вызывает свечение индикаторной лампочки HLo.

ФННП не реагирует на аварии из-за разрыва фазы в сети, так как при этой аварии срабатывает ИОU2 ФНОП и размыкает с помощью своих нормально замкнутых контактов К21 и К22 цепи первого О1 и второго О2 нулевых проводов.

4. При включении разъемов ХРA, ХРB, ХРC и нажатии кнопки SBз все три луча асимметра ПИПН оказываются подключенными между фазами А, В, С сети и землей соответственно через элементы цепи:
фаза А сети - LA-a-BVA-HLA-Ra-SBз-з(земля)
фаза В сети - LB-b-BVB-HLB-Rb-SBз-з(земля)
фаза С сети - LC-c-BVC-HLC-Rc-SBз-з(земля)
Под воздействием напряжений фаз сети UA3, UB3, UC3 относительно земли в фазных катушках LA, LB, LC ПИПН переменные токи электрического смещения переходят в переменные токи проводимости и, стекая через индикаторные лампочки на землю, вызывают их свечение. Если в контролируемой сети нет аварий и напряжения фаз относительно земли симметричны, то лампочки излучают свет одинаковой яркости. В случае замыкания какой-либо фазы сети на землю или разрыва фазы гаснет лампочка поврежденной фазы.

Таким образом, индикаторные лампочки позволяют обнаружить поврежденную фазу.


Формула изобретения

1. Устройство для контроля и защиты от опасных изменений напряжений в трехфазной сети, содержащее первичный измерительный преобразователь напряжений, фильтры обратной и прямой последовательностей на двухплечных активно-емкостных элементах и фильтр нулевой последовательности, отличающееся тем, что первичный измерительный преобразователь напряжений образован из трехлучевого симметричного асимметра, каждый луч которого выполнен из последовательно соединенных фазной катушки, металлической трубки, покрытой внутри и снаружи диэлектриком, газоразрядной лампочки и резистора, фазные катушки каждого луча выполнены из изолированного гибкого многожильного провода и охватывают участки изолированного провода соответствующих фаз контролируемой трехфазной сети и электроизолированы от них,
регулирование чувствительности и отстройка от небаланса первичного измерительного преобразователя напряжений производится изменением числа витков фазных катушек, три входных ввода фильтра обратной последовательности подключены через соответствующие разъема соответственно к трем трубкам первичного измерительного преобразователя напряжений, каждый из двух выводных зажимов фильтра обратной последовательности подключен к своим конечным металлическим трубкам, покрытым внутри и снаружи диэлектриком, на последние коаксиально одеты и электроизолированы от них две металлические, покрытые внутри и снаружи диэлектриком, трубки исполнительного органа, регулирование чувствительности и отстройка от небаланса напряжений производится перемещением трубок исполнительного органа вдоль оси.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на каждую из трех трубок первичного измерительного преобразователя напряжений коаксиально одеты соответственно три другие металлические, покрытые внутри и снаружи диэлектриком, электроизолированные от них трубки, к концам последних подключены через соответствующие разъемы три входных ввода фильтра прямой последовательности, а два выводных его зажима подключены к входу своего исполнительного органа, регулирование чувствительности и отстройка от небаланса напряжений производится перемещением коаксиально одетых на трубки первичного измерительного преобразователя напряжений трубок вдоль оси.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в каждую из трех трубок первичного измерительного преобразователя напряжений коаксиально вставлены внутрь и электроизолированы от них соответственно три металлических, покрытых диэлектриком трубчатых стержня Ш-образного металлического датчика фильтра нулевой последовательности, последний с помощью первого нулевого проводника через последовательно соединенные нормально замкнутый контакт реле исполнительного органа фильтра обратной последовательности и соответствующий разъем подключен к первому вводу своего исполнительного органа, второй ввод исполнительного органа через соответствующий разъем подключен к земле, Ш-образный датчик с помощью второго нулевого проводника через последовательно соединенные соответствующий разъем, газоразрядную лампочку, резистор и нормально замкнутый контакт реле исполнительного органа фильтра обратной последовательности подключен к земле.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите, и может быть использовано для защиты трехфазных электрических установок от повреждений

Изобретение относится к электротехнике, в частности к погружным электродвигателям с системами защиты от температурного перегрева, работающим в приводе насосов для добычи жидкости из нефтяных скважин

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах релейной защиты и автоматики

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите и автоматике, и может быть использовано в дистанционной защите и избирателях поврежденных фаз

Изобретение относится к релейной защите и автоматике и может быть применено в дистанционной защите линий электропередачи, определителях места повреждения, избирателях поврежденных фаз

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите от нессимметричных режимов

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах защиты трехфазных электродвигателей от обрыва фазы питания

Изобретение относится к релейной защите и может применяться, в частности, для защиты электроустановок высокого напряжения

Изобретение относится к области релейной защиты электроэнергетических объектов и может быть использовано для защиты от коротких замыканий (КЗ) участков электрических сетей постоянного и переменного тока

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматическим устройствам защиты людей от поражения электрическим током и защитного отключения электроустановок при отклонениях от нормальных электрических рабочих параметров питающей сети

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите, и может быть использовано для защиты шин от различного вида повреждений (подвесной или опорной изоляции, вводов выключателей и трансформаторов и т

Изобретение относится к релейным защитам линий электропередачи, в частности для резервирования защит тяговых подстанций

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено для защиты человека от поражения электрическим током, токов утечки, токов перегрузки и к.з

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам для контроля и защиты от опасных изменений напряжения в трехфазной сети в результате аварийной посадки напряжений ниже допустимых значений, замыкания на землю, разрыва фазы и т.п

Наверх