устройство для защиты от замыканий на землю в сетях с компенсацией емкостного тока

Формула изобретения

Устройство для защиты от замыкания на землю в сетях с компенсацией емкостного тока, основанное на принципе наложения на сеть оперативного тока с частотой 25 Гц, содержащее источник оперативного тока с частотой 25 Гц, представляющий собой параметрический делитель частоты, содержащий выходную обмотку, расположенную на совмещенных стержнях двух магнитопроводов, включенную последовательно с дугогасящим реактором, первую обмотку возбуждения, расположенную на внешнем стержне первого магнитопровода, включенную последовательно со второй обмоткой возбуждения, расположенной на внешнем стержне второго магнитопровода, обмотки возбуждения подключены через диод к сети собственных нужд переменного тока, а обмотка колебательного контура, расположенная на совмещенных стержнях первого и второго магнитопроводов, замкнута на последовательно соединенные конденсатор и линейный дроссель, дугогасящий реактор, включенный последовательно с источником оперативного тока с частотой 25 Гц и подключенный к нейтральной точке сети, фильтры токов нулевой последовательности, установленные на каждой линии сети, и реагирующие органы, подключенные к фильтрам токов нулевой последовательности, отличающееся тем, что каждый реагирующий орган содержит фильтр низкой частоты, фильтр высокой частоты, входы которых подключены к фильтру токов нулевой последовательности, орган сравнения амплитуд гармоник, к входу которого подключены выходы фильтра низкой частоты и фильтра высокой частоты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области релейной защиты и может быть использовано для защиты от замыканий на землю в сетях с компенсацией емкостного тока.

Известно устройство для защиты от замыканий на землю в сетях с компенсацией емкостного тока [Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем. - М: Энергия. 1976, 360 с.], содержащее блок создания оперативного тока с частотой 100 Гц, включающий в себя расположенную на сердечнике дугогасящего реактора дополнительную обмотку, которая включается через контактор и выпрямитель на резистор.

Данное устройство реагирует на устойчивые замыкания, но может неправильно работать при перемежающихся дуговых замыканиях.

Также известно устройство для защиты от замыкания на землю в сетях с компенсированной нейтралью [А.с. СССР № 177958, МПК 2 Н02Н 3/16, БИ. № 2, 1966], содержащее источник оперативного тока с частотой 25 Гц, представляющий собой катушку, индуктивность которой периодически изменяется, включенный последовательно с дугогасящим реактором, реагирующие органы, представляющие собой электромагнитные параметрические усилители, настроенные на частоту 25 Гц, подключенные к фильтрам токов нулевой последовательности, которые установлены на каждой линии сети.

Данное устройство реагирует на устойчивые замыкания, но также может неправильно работать при перемежающихся дуговых замыканиях.

Известно устройство для защиты от замыкания на землю в сетях с компенсацией емкостного тока [Патент РФ № 2268524, МПК Н02Н 3/16, БИ № 2, 2004], выбранное в качестве прототипа, содержащее источник оперативного тока с частотой 25 Гц, включенный последовательно с дугогасящим реактором. Дугогасящий реактор подключен к нейтральной точке сети. Источник оперативного тока с частотой 25 Гц представляет собой параметрический делитель частоты, содержащий выходную обмотку, расположенную на совмещенных стержнях двух магнитопроводов, включенную последовательно с дугогасящим реактором, первую обмотку возбуждения, расположенную на внешнем стержне первого магнитопровода, включенную последовательно со второй обмоткой возбуждения, расположенной на внешнем стержне второго магнитопровода, причем обмотки возбуждения подключены через диод к сети собственных нужд переменного тока, а обмотка колебательного контура, расположенная на совмещенных стержнях первого и второго магнитопроводов, замкнута на последовательно соединенные конденсатор и линейный дроссель. Фильтры токов нулевой последовательности установлены на каждой линии сети. Реагирующие органы представляют собой электромагнитные параметрические усилители, настроенные на частоту 25 Гц. Реагирующие органы подключены к фильтрам токов нулевой последовательности.

Данное устройство реагирует на устойчивые замыкания, но может неправильно работать при перемежающихся дуговых замыканиях из-за увеличения доли низкочастотных гармоник в спектре тока нулевой последовательности неповрежденных линий.

Задачей изобретения является обеспечение селективности защиты от замыканий на землю в сетях с компенсацией емкостного тока, как при устойчивых замыканиях, так и при перемежающихся дуговых замыканиях.

Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство для защиты от замыкания на землю в сетях с компенсацией емкостного тока, так же, как в прототипе, основано на принципе наложения на сеть оперативного тока с частотой 25 Гц и содержит источник оперативного тока с частотой 25 Гц, включенный последовательно с дугогасящим реактором, который подключен к нейтральной точке сети. Источник оперативного тока с частотой 25 Гц представляет собой параметрический делитель частоты, содержащий выходную обмотку, расположенную на совмещенных стержнях двух магнитопроводов, включенную последовательно с дугогасящим реактором, первую обмотку возбуждения, расположенную на внешнем стержне первого магнитопровода, включенную последовательно со второй обмоткой возбуждения, расположенной на внешнем стержне второго магнитопровода, обмотки возбуждения подключены через диод к сети собственных нужд переменного тока, а обмотка колебательного контура, расположенная на совмещенных стержнях первого и второго магнитопроводов, замкнута на последовательно соединенные конденсатор и линейный дроссель. Фильтры токов нулевой последовательности установлены на каждой линии сети. Реагирующие органы подключены к фильтрам токов нулевой последовательности.

Согласно изобретению в реагирующий орган введены фильтр низкой частоты, фильтр высокой частоты, входы которых подключены к фильтру токов нулевой последовательности, орган сравнения амплитуд гармоник, к входу которого подключены выходы фильтра низкой частоты и фильтра высокой частоты.

Именно заявленное выполнение устройства обеспечивает селективность защиты от замыканий на землю в сетях с компенсацией емкостного тока, как при устойчивых замыканиях, так и при перемежающихся дуговых замыканиях, за счет того, что при обоих видах замыкания в частотном спектре тока нулевой последовательности поврежденной линии амплитуды гармоник с частотами ниже 50 Гц больше, чем амплитуды гармоник с частотами выше 50 Гц. Для неповрежденной линии, наоборот - амплитуды гармоник с частотами ниже 50 Гц меньше, чем амплитуды гармоник с частотами выше 50 Гц.

На фиг.1 представлена принципиальная схема сети с элементами устройства для защиты от замыкания на землю в сетях с компенсацией емкостного тока, а на фиг.2 - схема реагирующего органа.

Устройство содержит (фиг.1) источник оперативного тока с частотой 25 Гц 1, включенный последовательно с дугогасящим реактором 2, который подключен к нейтральной точке сети. Первый реагирующий орган 3, второй реагирующий орган 4, N-й реагирующий орган 5 подключены соответственно к первому фильтру тока нулевой последовательности 6, второму фильтру тока нулевой последовательности 7 и N-му фильтру тока нулевой последовательности 8, установленными на каждой линии сети с собственными емкостями 9, 10, 11.

Первый реагирующий орган 3 (фиг.2) выполнен следующим образом. Фильтр низкой частоты 12 и фильтр высокой частоты 13 подключены к первому фильтру тока нулевой последовательности 6. К входу органа сравнения амплитуд гармоник 14 подключены выходы фильтра низкой частоты 12 и фильтра высокой частоты 13. Второй реагирующий орган 4, N-й реагирующий орган 5 выполнены аналогично.

Источник оперативного постоянного тока с частотой 25 Гц 1 представляет собой параметрический делитель частоты [Патент РФ № 2268524].

В качестве фильтров токов нулевой последовательности 6, 7, 8 могут быть применены кабельные трансформаторы тока нулевой последовательности.

Фильтр низкой частоты 12 может быть выполнен на типовых интегральных микросхемах типа К140УД7.

Фильтр высокой частоты 13 может быть выполнен на типовых интегральных микросхемах типа К140УД7.

Орган сравнения 14 может быть выполнен на типовых интегральных микросхемах типа К140УД7.

Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме работы сети за счет источника оперативного тока с частотой 25 Гц 1 по линиям сети протекают небольшие токи с частотой 25 Гц, определяемые собственными емкостями 9, 10, 11 линий. При замыкании на землю, например, на линии, где установлен первый фильтр тока нулевой последовательности 6, собственная емкость 9 линии шунтируется и эквивалентная проводимость этой линии становится значительно больше проводимости неповрежденных линий, ток в поврежденной линии возрастает.

При устойчивом замыкании на землю в частотном спектре тока нулевой последовательности поврежденной линии присутствуют только гармоники с частотами 25 Гц и 50 Гц. Частотные характеристики фильтров таковы, что они пропускают составляющие с частотой ниже 50 Гц и выше 50 Гц, а составляющую с частотой 50 Гц подавляют. Поэтому в органе сравнения амплитуд гармоник 14 составляющие с частотой ниже 50 Гц больше, чем амплитуды гармоник с частотой выше 50 Гц. По этому условию орган сравнения амплитуд гармоник 14 вырабатывает сигнал о замыкании на землю.

При перемежающемся дуговом замыкании гармонические составляющие токов нулевой последовательности распределяются по линиям таким образом, что в поврежденной линии амплитуды гармоник с частотами ниже 50 Гц больше, чем амплитуды гармоник с частотами выше 50 Гц. Для неповрежденной линии, наоборот, - амплитуды гармоник с частотами ниже 50 Гц меньше, чем амплитуды гармоник с частотами выше 50 Гц. Поэтому на выходе органа сравнения амплитуд гармоник 14 реагирующего органа поврежденной линии вырабатывается сигнал о замыкании на землю.

Таким образом, предлагаемая защита обладает селективностью, как при устойчивых замыканиях на землю, так и при перемежающихся дуговых замыканиях.