Устройство для регистрации двойных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение идентификации двойного замыкания на землю. Устройство содержит источник питания, трехфазную силовую сеть с трансформаторами тока в двух фазах, соединенную с потребителями через линии электропередачи и с трансформатором напряжения, одна из обмоток которого соединена в разомкнутый треугольник и подключена через выпрямительный мост к первому реагирующему органу, второй реагирующий орган, выходом соединенный со вторым входом элемента И, а выход элемента И связан с выходным органом, отличающееся тем, что выход первого реагирующего органа соединен с первым элементом памяти и с первым входом элемента И через элемент задержки исчезновения выходного сигнала, а второй реагирующий орган подключен к выходу фильтра токов обратной последовательности, подключенного ко вторичным обмоткам трансформаторов тока, третий из которых установлен в третьей фазе силовой сети, причем выходной орган соединен со вторым элементом памяти. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электроснабжения и может быть использовано для повышения надежности питания потребителей и обеспечения электробезопасности при эксплуатации электрооборудования в сетях с изолированной нейтралью путем своевременного оповещения оперативного персонала электрических сетей.

Известно устройство самонастраивающейся токовой защиты для линий 6-10 кВ [1], содержащее источник питания, трехфазную силовую цепь, в двух фазах силовой цепи установлены трансформаторы тока, во вторичных цепях которых включены трансреакторы, соединенные вторичными обмотками с входами многоплечевого диодного моста, к выходу которого через конденсаторы и резисторы подключен реагирующий орган.

Недостатком этого устройства является невозможность различия междуфазных коротких замыканий на линии и двойных замыканий на землю как на одной, так и на разных линиях.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для регистрации двойных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью [2], содержащее источник питания, трехфазную силовую сеть, в двух фазах которой установлены трансформаторы тока, во вторичных цепях которых включены трансреакторы, соединенные вторичными обмотками с входами многоплечевого диодного моста, напряжение с которого подается через конденсатор и резистор на первый реагирующий орган, трансформатор напряжения с обмоткой, соединенной в разомкнутый треугольник, к выходу которого через диодный мост, конденсаторы, резисторы и диоды подключен второй реагирующий орган, соединенный с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого реагирующего органа, а выход элемента И связан с выходным органом.

Недостатком этого устройства является сложность наладки, поскольку устройство реагирует на скорость изменения тока в сети и на изменение напряжения.

Предлагаемое изобретение направлено на регистрацию двойных замыканий на землю, которые приводят к разрушению опор линий электропередачи, а также представляет опасность для жизни людей и животных, когда одно из повреждений изоляции расположено на трансформаторном пункте.

Это достигается тем, что в устройстве для регистрации двойных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, содержащем источник питания, трехфазную силовую сеть, в двух фазах которой установлены трансформаторы тока, соединенную с трансформатором напряжения, одна из обмоток которого соединена в разомкнутый треугольник и подключена через выпрямительный мост к первому реагирующему органу, второй реагирующий орган, выходом соединенный со вторым входом элемента И, выход первого реагирующего органа соединен с первым входом элемента И через элемент задержки исчезновения выходного сигнала, а второй реагирующий орган подключен к выходу фильтра токов обратной последовательности, подключенного ко вторичным обмоткам трансформаторов тока, третий из которых установлен в третьей фазе силовой сети, причем выходной орган соединен с элементом памяти.

На чертеже представлена схема устройства для регистрации двойных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью.

Предлагаемое устройство содержит источник питания - силовой трансформатор 1, обмотка которого через трансформаторы тока 2, 3 и 4, включенные в три фазы, и выключатель 5 подключена к сборным шинам 6, 7, 8. К сборным шинам подключена первичная обмотка трансформатора напряжения 9, одна из вторичных обмоток которого подключена к измерительным приборам 10, а другая вторичная обмотка, соединенная в разомкнутый треугольник 11, представляет собой фильтр напряжения нулевой последовательности. К обмотке 11 через выпрямительный мост 12 подключен первый реагирующий орган 13, контакты которого 14, имеющие выдержку времени на возврат за счет подключения конденсатора 15, связаны с первым элементом памяти 22 и с первым входом элемента И 19. Ко вторичным цепям трансформаторов тока 2, 3 и 4 подключен фильтр токов обратной последовательности 16 со вторым реагирующим органом 17, выход которого 18 соединен со вторым входом элемента И-19, выход элемента И-19 соединен с выходным органом 20, связанным с элементом памяти 21. К сборным шинам 6, 7, 8 через выключатель 23 подключена первая линия с точкой повреждения изоляции средней фазы 24, а через выключатель 25 подключена вторая линия с точкой повреждения изоляции крайней фазы 26.

Устройство для регистрации двойных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью работает следующим образом в четырех режимах: в рабочем режиме, при двухфазном коротком замыкании, при замыкании на землю одной фазы в силовой сети и при двойном замыкании на землю.

В рабочем режиме работы сети при изменении тока нагрузки изменяется ток прямой последовательности, и на выходе фильтра тока обратной последовательности 16 второй реагирующий орган 17 не срабатывает, и на втором входе элемента И 19 сигнал отсутствует, поэтому выходной орган 20 не срабатывает. При изменении тока нагрузки напряжение на шинах 6, 7, 8 остается симметричным, поэтому на выходе обмотки трансформатора напряжения 9, соединенной в разомкнутый треугольник 11, присутствует только напряжение небаланса, поэтому первый реагирующий орган 13 не срабатывает.

При коротком замыкании между двумя фазами на линии появляется ток обратной последовательности, на выходе фильтра токов обратной последовательности 16 срабатывает второй реагирующий орган 17, который через выход 18 подает сигнал на второй вход элемента И 19. Но на первом входе элемента И 19 сигнал отсутствует, так как при двухфазном коротком замыкании отсутствует напряжение нулевой последовательности, поэтому первый реагирующий орган 13 не срабатывает.

При замыкании на землю одной фазы линии, подключенный через выключатель 23 в точке 24 на выходе обмотки трансформатора напряжения 9, соединенной в разомкнутый треугольник 11, появляется напряжение нулевой последовательности, близкое к 100 В, которое подается на входы диодного моста 12. На выходе диодного моста 12 срабатывает первый реагирующий орган 13, его контакты 14 замыкаются, подают питание на второй элемент памяти 22 (указательное реле), которое подает сигнал о наличии в силовой сети замыкания на землю. При замыкании контактов 14 на первый вход элемента И 19 поступает сигнал, но на выходе фильтра токов обратной последовательности 16 второй реагирующий орган 17 не срабатывает, так как при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью ток увеличивается незначительно и от него отстраивается срабатывание второго реагирующего органа 17. На выходе элемента И 19, выходной орган 20 не срабатывает.

Замыкание на землю одной фазы в точке 22 приводит к увеличению фазных напряжений неповрежденных фаз до линейного напряжения и даже больше, поэтому возможно повреждение изоляции в другой точке с ослабленной изоляцией, на другой линии, например, за выключателем 25, в точке 26. Тогда протекает ток двойного замыкания на землю по контуру: один вывод силового трансформатора 1 - трансформатор тока 3 - выключатель 5 - шина 7 - выключатель 23, средний провод первой линии - повреждение изоляции в точке 24 - земля - второе повреждение изоляции в точке 26 на второй линии - нижний провод второй линии с выключателем 25 - выключатель 5 - трансформатор тока 4 - силовой трансформатор 1. Этот ток двойного замыкания на землю значительно превышает ток нагрузки и представляет собой соединение двух фаз через заземляющие устройства точек повреждения и через землю. В этом токе значительную долю составляет ток обратной последовательности, поэтому на выходе фильтра токов обратной последовательности 16 второй реагирующий орган 17 срабатывает и замыканием контактов 18 подает сигнал на второй вход элемента И 19. Одновременно с увеличение тока при двойном замыкании на землю снижается напряжение нулевой последовательности на выходе обмотки трансформатора напряжения 9, соединенной в разомкнутый треугольник 11. Чтобы второй реагирующий орган 13 не вернулся в исходное положение, выполнена задержка исчезновения сигнала, например, путем установки параллельно обмотке реле конденсатора 15. Таким образом, на время разряда конденсатора 15 на обмотку первого реагирующего органа 13 на входе элемента И 19 присутствуют два сигнала, на выходе элемента И 19 срабатывает выходной орган 20 и элемент памяти 21, который запоминает срабатывание выходного органа 20 и сигнализирует наличие двойного замыкании на землю в сети в том случае, когда хотя бы один из выключателей 23 или 25 отключит линию с поврежденной изоляцией в одной точке.

Таким образом предлагаемое изобретение позволяет отличить от других режимов двойное замыкание на землю, когда большие токи протекают через заземляющие устройства и часто приводят к разрушению подземной части железобетонной опоры. Двойные замыкания на землю в настоящее время не регистрируются, их не отличают от двухфазных коротких замыканий.

Источники информации

1. Синельников В.Я., Стасенко P.O., Фельдман Н.М. Самонастраивающаяся токовая защита для линий 6-10 кВ// Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1973. - №5. - С. 36-37.

2. Патент RU 2334331 C1, МПК 3/16. Устройство для регистрации двойных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью [текст]/ Н.М. Попов, А.Н. Лапшин (РФ)) заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Костромская государственная сельскохозяйственная академия - Заявка №2007114501/09 от 17.04.2007; опубл. 20.09.2008 Бюл. №26.

Устройство для регистрации двойных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, содержащее источник питания, трехфазную силовую сеть с трансформаторами тока в двух фазах, соединенную с потребителями через линии электропередачи и с трансформатором напряжения, одна из обмоток которого соединена в разомкнутый треугольник и подключена через выпрямительный мост к первому реагирующему органу, второй реагирующий орган, выходом соединенный со вторым входом элемента И, а выход элемента И связан с выходным органом, отличающееся тем, что выход первого реагирующего органа соединен с первым элементом памяти и с первым входом элемента И через элемент задержки исчезновения выходного сигнала, а второй реагирующий орган подключен к выходу фильтра токов обратной последовательности, подключенного ко вторичным обмоткам трансформаторов тока, третий из которых установлен в третьей фазе силовой сети, причем выходной орган соединен со вторым элементом памяти.