способ измерения емкости сети с изолированной нейтралью (варианты)

Формула изобретения

1. Способ измерения емкости сети с изолированной нейтралью, заключающийся в создании на нейтрали искусственного потенциала путем введения в нейтраль источника непромышленной частоты через сигнальную обмотку дугогасящего реактора и измерении напряжения смещения нейтрали на разомкнутой обмотке трансформатора напряжения, отличающийся тем, что в качестве источника непромышленной частоты используют периодический разряд на сигнальную обмотку предварительно заряжаемого конденсатора, при этом сигнал, прямо пропорциональный емкости фаз сети с изолированной нейтралью, получают с помощью амплитудного детектора на выходе дифференцирующего звена, подключенного к выходу обмотки трансформатора напряжения, соединенной в открытый треугольник.

2. Способ измерения емкости сети с изолированной нейтралью, заключающийся в создании на нейтрали искусственного потенциала путем введения в нейтраль источника непромышленной частоты через сигнальную обмотку дугогасящего реактора и измерении напряжения смещения нейтрали на разомкнутой обмотке трансформатора напряжения, отличающийся тем, что в качестве источника непромышленной частоты используют периодический разряд на сигнальную обмотку предварительно заряжаемого конденсатора, а предварительный заряд конденсатора перед его разрядом на сигнальную обмотку дугогасящего реактора осуществляют каждый раз до такого значения, чтобы при его последующем разряде амплитуда сигнала детектора на выходе дифференцирующего звена, подключенного к трансформатору напряжения, оставалась неизменной при любых отклонениях емкости фаз сети, при этом напряжение заряда конденсатора будет прямо пропорционально емкости фаз сети на землю.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам компенсации емкостных токов однофазного замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью напряжением 6...35 кВ, и может быть использовано для точного измерения емкости фаз сети на землю для последующей резонансной настройки дугогасящих реакторов.

Известно большое количество способов и устройств измерения емкости сети с изолированной нейтралью и автоматической настройки дугогасящих реакторов. В большинстве практически используемых систем компенсации используется предварительная резонансная настройка компенсирующих устройств без непосредственного измерения значения емкости сети, когда дугогасящие реакторы настраиваются до момента возникновения замыкания на землю по естественному либо искусственно созданному смещению напряжения нейтрали сети. В этих случаях, согласно ПУЭ, необходимо вводить расстройку компенсации не менее 5% от резонанса, что снижает точность компенсации и соответственно увеличивает остаточный ток в месте замыкания. К тому же, такие способы неприменимы для новых типов дугогасящих реакторов, в частности управляемых подмагничиванием, для которых необходима быстрая и точная настройка в резонанс после возникновения замыкания на землю по замеренному в нормальном режиме работы значению емкости сети.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения емкости сети с изолированной нейтралью, заключающийся в создании на нейтрали искусственного потенциала путем введения в нейтраль источника непромышленной частоты через сигнальную обмотку дугогасящего реактора и измерении напряжения смещения нейтрали на разомкнутой обмотке трансформатора напряжения [1]. При этом используется дополнительно подключаемый на сигнальную обмотку реактора генератор синусоидального сигнала непромышленной частоты, например повышенной 100 Гц либо пониженной 16 Гц. В нормальном режиме работы сети генератор непрерывно обеспечивает смещение нейтрали, которое зависит от величины емкости фаз сети на землю и фиксируется на выходе обмотки трансформатора напряжения, соединенной в открытый треугольник. Такие устройства успешно работают и обеспечивают измерение емкости сети для последующей резонансной настройки дугогасящего реактора, однако указанный способ измерения имеет ряд недостатков.

Во-первых, точность измерения емкости сети ограничена в силу ряда возмущающих факторов, в частности естественного смещения нейтрали, вызванного несимметрией емкостей фаз, а также реально существующих в сети гармоник указанных выше частот. Введение узкополосных фильтров в тракт измерения снижает, но не исключает указанных погрешностей измерения.

Во-вторых, в таких устройствах используется резонансная настройка сравнением индуктивности дугогасящего реактора с ранее замеренной емкостной проводимостью сети, для чего необходимо помимо напряжения смещения контролировать и ток через реактор. Наличие дополнительного параметра, необходимость операции деления тока на напряжение и введение входных фильтров существенно усложняют устройства и снижают их надежность в сравнении с предлагаемым способом.

В-третьих, непрерывная работа генератора с достаточно мощным выходным сигналом увеличивает потребление устройств такого типа и связанные с этим потери в нормальном режиме, а также в силу преобразования исходного напряжения питания в непромышленную частоту может оказывать обратное влияние на питающую сеть.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерения емкости сети, его упрощение и снижение энергопотребления по цепям питания. Указанная цель достигается тем, что в качестве источника непромышленной частоты используют периодический разряд на сигнальную обмотку предварительно заряжаемого конденсатора, при этом сигнал, прямо пропорциональный емкости фаз сети с изолированной нейтралью, получают с помощью амплитудного детектора на выходе дифференцирующего звена, подключенного к выходу обмотки трансформатора напряжения, соединенной в открытый треугольник.

Для пояснения принципа действия на чертеже приведена одна из возможных структурных схем устройства измерения, использующего предлагаемый способ. Схема содержит зарядное устройство 1, подключенное своим входом к питающей сети 220 В, 50 Гц, конденсатор 2, подключенный через ключ 3 к сигнальной обмотке дугогасящего реактора 4, который в свою очередь подключен к сети 6.. . 35 кВ через питающий трансформатор, стандартный трансформатор напряжения НТМИ или НАМИ 5, дифференцирующее звено 6, подключенное к обмотке трансформатора напряжения, соединенной в открытый треугольник, а также блок управления и измерения 7, который управляет зарядом и разрядом конденсатора и фиксирует замеренное значение емкости сети.

Приведенная схема работает следующим образом. В нормальном режиме работы электрической сети до возникновения замыкания на землю конденсатор 2 периодически заряжается от зарядного устройства 1 до фиксированного значения и разряжается через ключ 3 на сигнальную обмотку реактора 4. При этом каждый разряд конденсатора сопровождается соответствующим зарядом емкостей фаз сети и смещением нейтрали, которое фиксируется на выходе трансформатора напряжения 5 с помощью дифференциального звена 6. Применение дифференциального звена, состоящего в простейшем случае из RC-ценочки, позволяет зафиксировать с помощью амплитудного детектора в блоке 7 максимум напряжения, величина которого пропорциональна крутизне фронта заряда емкостей фаз, которая в свою очередь прямо пропорциональна величине емкостей фаз на землю.

Таким образом, при любом изменении емкостей фаз сети, вызванном оперативными переключениями, соответственно изменяются скорость их заряда и амплитуда напряжения на выходе дифференциального звена. Поскольку длительность разряда конденсатора 2 и соответствующего по длительности фронта заряда емкостей фаз сети достаточно мала (эквивалентная частота более 1 кГц), погрешности от напряжений смещения нейтрали промышленной частоты и кратных гармоник практически отсутствуют, что повышает точность измерения и исключает необходимость введения дополнительных фильтров. Периодический заряд конденсатора от зарядного блока 1 производится малым током за время порядка 1 секунды, что обеспечивает незначительное энергопотребление устройства измерения по сравнению с прототипом. Упрощение устройства достигается отсутствием необходимости измерения, фильтрации и обработки двух измеряемых величин, поскольку в данном случае независимо от возмущающих факторов амплитуда напряжения на выходе дифференциального звена соответствует величине емкости сети.

При значительном изменении конфигурации электрической сети емкость фаз может изменятся весьма существенно, в ряде случаев более чем в 10 раз. В этом случае соответственно будет изменятся и получаемый на выходе дифференциального звена сигнал. Однако при столь большом диапазоне изменения могут возникнуть сложности его точного измерения и последующей обработки. Исключить эти трудности и необходимость выделения через трансформатор напряжения сигнала, изменяемого в широком диапазоне, позволяет способ, отличающийся от описанного лишь тем, что предварительный заряд конденсатора перед его разрядом на сигнальную обмотку дугогасящего реактора осуществляют каждый раз до такого значения, чтобы при его последующем разряде амплитуда сигнала детектора на выходе дифференцирующего звена, подключенного к трансформатору напряжения, оставалась неизменной при любых отклонениях емкости фаз сети, при этом напряжение заряда конденсатора будет прямо пропорционально емкости фаз сети на землю. Блок управления в каждом цикле измерения подбирает заряд конденсатора таким образом, чтобы сигнал на выходе дифференцирующего звена всегда был равен фиксированному значению. При таком способе информационным сигналом, соответствующим измеряемой величине емкости сети, будет напряжение заряда конденсатора 2, которое легко выделяется и обрабатывается во всем диапазоне.

Предлагаемые способы измерения емкости сети с изолированной нейтралью были реализованы авторами в макетных образцах и проверены совместно с сетью. Испытания показали высокую точность измерения емкости и подтвердили описанные характеристики. Реализация способа не представляет затруднений как на дискретной полупроводниковой, так и на цифровой элементной базе.

Использованная литература

1. А. А. Черников. "Компенсация емкостных токов в сетях с незаземленной нейтралью". М.: Энергия, 1974 г., с. 83-84.