RU139189U1

RU139189U1 - DEVICE FOR COMPENSATION OF CAPACITIVE CURRENTS WITH SINGLE PHASE CIRCUIT TO THE GROUND IN ELECTRIC NETWORKS WITH INSULATED NEUTRAL

Info

Publication number: RU139189U1
Application number: RU2013144341/07U
Authority: RU
Inventors: Александр Витальевич Булычев; Николай Самсонович Ефимов; Владимир Николаевич Козлов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НПП Бреслер" (ООО "НПП Бреслер")
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2014-04-10

Abstract

1. Устройство для компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью, содержащее три обмотки, каждая из которых размещена на отдельном стержне из магнитного материала, соединенные по схеме "звезда" или "зигзаг", входы которых соединены каждый с соответствующим своим фазным проводником электрической сети, а нейтральная точка соединена со входом четвертой обмотки с переменной индуктивностью, размещенной на четвертом стержне из магнитного материала с воздушными зазорами, выход четвертой обмотки соединен с землей, все четыре стержня соединены ярмами с одной и с другой стороны, отличающееся тем, что ярма, соединяющие стержни первых трех обмоток состыкованы в виде двух симметричных трехлучевых звезд под углом 120º относительно друг друга, и четвертый стержень соединяет места стыковки ярм.2. Устройство для компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью по п.1, отличающееся тем, что параллельно четвертой катушке подключено переменное активно-реактивное (индуктивное или емкостное) сопротивление.3. Устройство для компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью по п.2, отличающееся тем, что четвертая катушка выполнена с отводами, и переменное активно-реактивное сопротивление через коммутационный аппарат подключается параллельно части витков четвертой катушки.4. Устройство для компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью по п.2, отличающееся тем, что на четвертом 1. A device for compensating capacitive currents during single-phase earth faults in electrical networks with insulated neutral, containing three windings, each of which is placed on a separate rod of magnetic material, connected by a star or zigzag circuit, the inputs of which are connected each to corresponding to its phase conductor of the electrical network, and the neutral point is connected to the input of the fourth winding with variable inductance, located on the fourth rod of magnetic material with air gaps, the output is of the twisted winding is connected to the ground, all four rods are connected by yokes on one side and on the other hand, characterized in that the yokes connecting the rods of the first three windings are joined in the form of two symmetric three-beam stars at an angle of 120 ° relative to each other, and the fourth rod connects the places of joining of the yokes .2. A device for compensating capacitive currents during single-phase earth faults in electrical networks with an isolated neutral according to claim 1, characterized in that an alternating active-reactive (inductive or capacitive) resistance is connected in parallel with the fourth coil. A device for compensating capacitive currents during single-phase earth faults in electric networks with isolated neutral according to claim 2, characterized in that the fourth coil is made with taps, and the variable active-reactive resistance is connected through a switching device in parallel with part of the turns of the fourth coil. 4. A device for compensating capacitive currents for single-phase earth faults in electric networks with isolated neutral according to claim 2, characterized in that in the fourth

Description

Область техники, к которой относится изобретение, и преимуществе иная область его использованияThe technical field to which the invention relates, and advantage other field of its use

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к средствам компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью.The invention relates to the field of electrical engineering and the electric power industry, in particular, to means for compensating capacitive currents in case of single-phase earth faults in electric networks with isolated neutral.

Характеристика аналогов изобретенияCharacterization of analogues of the invention

Электрические сети с изолированной и компенсированной нейтралью имеют неоспоримые преимущества в плане возможности передавать электрическую энергию потребителям даже при замыкании одной фазы на землю. Однако, при большой протяженности и при большой емкости фаз этой сети относительно земли токи однофазных замыканий на землю достигают нескольких десятков и даже сотен Ампер и представляют опасность для жизни и могут приводить к интенсивному развитию аварийной ситуации в электроэнергетической системе. В месте повреждения возникает электрическая дуга, которая представляет опасность из-за термического действия на окружающую среду и из-за нелинейной вольтамперной характеристики на электрическую сеть. С целью предотвращения негативного влияния однофазных замыканий на землю, возникающие при этом емкостные токи компенсируют за счет включения индуктивности между нейтральной точкой сети и землей [1]. Однако, во многих распределительных электрических сетях классов напряжения от 6 до 35 кВ нейтральной точки в физическом виде нет и нет возможности подключить заземляющую индуктивность (дугогасящую катушку или дугогасящий реактор).Electrical networks with isolated and compensated neutrals have undeniable advantages in terms of the ability to transfer electrical energy to consumers even when one phase is shorted to ground. However, with a large extent and with a large capacity of the phases of this network relative to earth, the currents of single-phase earth faults reach several tens and even hundreds of Amperes and pose a danger to life and can lead to intensive development of an emergency in the electric power system. An electric arc arises at the location of the damage, which is dangerous due to the thermal effect on the environment and due to the non-linear current-voltage characteristic of the electric network. In order to prevent the negative effect of single-phase faults on the earth, the capacitive currents arising from this are compensated by switching on the inductance between the neutral point of the network and the ground [1]. However, in many distribution electric networks of voltage classes from 6 to 35 kV there is no neutral point in physical form and it is not possible to connect a grounding inductance (an extinguishing coil or an extinguishing reactor).

Известно устройство компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю, в котором специально в электрической сети с изолированной нейтралью создается нейтральная точка с помощью нейтралеобразующего трансформатора, и дугогасящая катушка включается между этой нейтральной точкой и землей [2].A device is known for compensating capacitive currents in case of single-phase earth faults, in which a neutral point is created specially in an electrical network with an isolated neutral using a neutralizing transformer, and an arc suppression coil is connected between this neutral point and ground [2].

Это устройство имеет недостатки. Для его реализации требуется установить в электрической сети на подстанции два отдельных элемента (нейтралеобразующий трансформатор и дугогасящий реактор), каждый из которых имеет большую массу и габаритные размеры. Необходимы соединительные кабели или шины, коммутационные аппараты и отдельные фундаменты. Все это создает неудобства при монтаже и эксплуатации.This device has disadvantages. For its implementation, it is required to install two separate elements in the electric network at the substation (a neutral-forming transformer and an extinguishing reactor), each of which has a large mass and overall dimensions. Connecting cables or busbars, switching devices and separate foundations are required. All this creates inconvenience during installation and operation.

Характеристика прототипа, выбранного заявителемDescription of the prototype selected by the applicant

Наиболее близким техническим решением является устройство для компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью, содержащее три обмотки, каждая из которых размещена на отдельном стержне из магнитного материала, соединенные по схеме «звезда» или «зигзаг», входы которых соединены каждый с соответствующим своим фазным проводником электрической сети, а нейтральная точка соединена со входом четвертой обмотки с переменной индуктивностью, размещенной на четвертом стержне из магнитного материала с воздушными зазорами, выход четвертой обмотки соединен с землей, все четыре стержня соединены ярмами по три с одной и с другой стороны [3]. При этом ярмами соединяют стержни последовательно: первый со вторым, второй с третьим, третий с четвертым с обеих концов стержней. Такое соединение образует единый плоский четырехстержневой магнитопровод, на котором размещены три первых катушки нейтралеобразующего трансформатора и четвертая дугогасящая катушка с изменяемой индуктивностью.The closest technical solution is a device for compensating capacitive currents during single-phase earth faults in electrical networks with an isolated neutral, containing three windings, each of which is placed on a separate rod of magnetic material, connected by a star or zigzag circuit, the inputs of which each is connected to its corresponding phase conductor of the electrical network, and the neutral point is connected to the input of the fourth winding with a variable inductance, located on the fourth rod of itnogo material with air gaps, the output of the fourth winding is connected to ground, all four yokes are connected by a rod on one and three on the other side [3]. In this case, the rods are connected in yokes in series: the first with the second, the second with the third, the third with the fourth from both ends of the rods. Such a connection forms a single flat four-core magnetic circuit, on which are placed the first three coils of a neutral-forming transformer and the fourth arcing coil with a variable inductance.

Критика прототипаPrototype criticism

Недостатком известной конструкции является несимметрия магнитной системы, которая приводит к неравномерному по фазам распределению магнитных потоков, и, следовательно, к смещению потенциала искусственно созданной нейтральной точки сети относительно действительного потенциала нейтрали. Это, в свою очередь, вызывает погрешности компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю, и компенсация осуществляется не в полной мере.A disadvantage of the known construction is the asymmetry of the magnetic system, which leads to a non-uniform distribution of magnetic fluxes in phases, and, consequently, to a displacement of the potential of the artificially created neutral point of the network relative to the actual neutral potential. This, in turn, causes errors in the compensation of capacitive currents with single-phase earth faults, and the compensation is not fully implemented.

Цель изобретенияThe purpose of the invention

Целью предложенного изобретения является повышение точности компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю и расширение диапазона изменения параметров устройства.The aim of the proposed invention is to increase the accuracy of compensation of capacitive currents with single-phase earth faults and to expand the range of variation of the device parameters.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем три обмотки, каждая из которых размещена на отдельном стержне из магнитного материала, соединенные по схеме «звезда» или «зигзаг», входы которых соединены каждый с соответствующим своим фазным проводником электрической сети, а нейтральная точка соединена со входом четвертой обмотки с переменной индуктивностью, размещенной на четвертом стержне из магнитного материала с воздушными зазорами, выход четвертой обмотки соединен с землей, все четыре стержня соединены ярмами с одной и с другой стороны, изменен порядок соединения стержней ярмами. В предлагаемом устройстве ярма, соединяющие стержни первых трех обмоток состыкованы в виде двух симметричных трехлучевых звезд под углом 120 градусов относительно друг друга, и четвертый стержень соединяет места стыковки ярм. При этом порядке соединения каждый конец первых трех стержней соединяется отдельным ярмом с четвертым стержнем, и, вследствие этого, образуется симметричная магнитная система.This goal is achieved by the fact that in the known device containing three windings, each of which is placed on a separate rod of magnetic material, connected according to the "star" or "zigzag" circuit, the inputs of which are each connected to their respective phase conductor of the electrical network, and neutral the point is connected to the input of the fourth winding with variable inductance located on the fourth rod of magnetic material with air gaps, the output of the fourth winding is connected to the ground, all four rods are connected On one and the other hand, the order of joining the rods with yokes has been changed. In the proposed device, the yokes connecting the rods of the first three windings are docked in the form of two symmetrical three-beam stars at an angle of 120 degrees relative to each other, and the fourth rod connects the junction of the yokes. In this connection order, each end of the first three rods is connected by a separate yoke to the fourth rod, and, as a result, a symmetrical magnetic system is formed.

Дополнительно для расширения возможностей регулирования параллельно четвертой катушке подключено переменное активно-реактивное (индуктивное или емкостное) сопротивление. Подключение внешнего активно-индуктивного или активно-емкостного сопротивления параллельно дугогасящей катушке позволяет существенно расширить диапазон изменения эквивалентного сопротивления устройства компенсации емкостных токов.Additionally, to expand the regulation capabilities, a variable active-reactive (inductive or capacitive) resistance is connected parallel to the fourth coil. Connecting an external active-inductive or active-capacitive resistance parallel to the suppression coil allows you to significantly expand the range of changes in the equivalent resistance of the capacitive current compensation device.

Также, дополнительно для расширения возможностей регулирования четвертая катушка выполнена с отводами, и переменное активно-реактивное сопротивление через коммутационный аппарат подключается параллельно части витков четвертой катушки.Also, in order to expand regulation capabilities, the fourth coil is made with taps, and the variable active-reactive resistance is connected through a switching device in parallel with part of the turns of the fourth coil.

Кроме этого, устройство для компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью выполняется так, что дополнительно на четвертом стержне размещена пятая катушка, и к выводам этой катушки параллельно с ней включено переменное активно-реактивное сопротивление.In addition, a device for compensating capacitive currents during single-phase earth faults in electrical networks with isolated neutral is performed so that an additional fifth coil is placed on the fourth rod, and an alternating active-reactive resistance is connected to the terminals of this coil in parallel with it.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показал, что заявленное устройство отличается от известного тем, что содержит новые связи между отдельными элементами устройства и новые элементы с новыми связями. Новое устройство симметрично и обладает широким диапазоном регулирования за счет дополнительных внешних элементов (активно-реактивных сопротивлений), параметры которых могут изменяться в значительно большем диапазоне, чем индуктивность катушки. Эквивалентное сопротивление заявленного устройства может иметь не только индуктивный характер, как у прототипа, но еще и емкостный. Таким образом, заявленное устройство проявляет новые свойства, не совпадающие со свойствами известных решений и соответствует критериям «новизна» и «существенные отличия».A comparative analysis of the proposed solution with the prototype showed that the claimed device differs from the known one in that it contains new connections between the individual elements of the device and new elements with new connections. The new device is symmetrical and has a wide control range due to additional external elements (active-reactive resistances), the parameters of which can vary in a much larger range than the coil inductance. The equivalent resistance of the claimed device can be not only inductive in nature, as in the prototype, but also capacitive. Thus, the claimed device exhibits new properties that do not coincide with the properties of known solutions and meets the criteria of "novelty" and "significant differences".

Перечень фигур графических изображенийList of figures of graphic images

На фиг. 1 представлен вид сверху электромагнитной части устройство для компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью. Приняты следующие обозначения: 1, 3, 5 - первые три катушки устройства, подключаемые к электрической сети; 2, 4, 6 - стержни сердечника первых трех катушек; 7 - четвертая катушка с переменной индуктивностью; 8 - стержень четвертой катушки; 9 - ярма (всего 6, по 3 с каждой стороны стержней), соединяющие концы стержней всех катушек.In FIG. 1 shows a top view of the electromagnetic part of the device for compensating capacitive currents for single-phase earth faults in electrical networks with isolated neutral. The following designations are accepted: 1, 3, 5 - the first three coils of the device connected to the electrical network; 2, 4, 6 - core rods of the first three coils; 7 - the fourth coil with variable inductance; 8 - the rod of the fourth coil; 9 - yokes (6 in total, 3 on each side of the rods) connecting the ends of the rods of all coils.

На фиг. 2 приведен вид сбоку стержня сердечника, катушки и двух ярм. Обозначения элементов соответствуют приведенным на фиг. 1.In FIG. 2 shows a side view of the core rod, coil and two yokes. The designations of the elements correspond to those shown in FIG. one.

На фиг. 3 приведена электрическая схема устройства, в качестве первого примера реализации. Пунктирными линиями показана магнитная цепь устройства. Здесь каждый конец всех стержней первых трех катушек соединен соответствующим ярмом с соответствующим концом стержня четвертой катушки. К выводам четвертой катушки с переменной индуктивностью L параллельно подключено активно-реактивное (активно-емкостное и активно-индуктивное) сопротивление Z.In FIG. 3 shows the electrical circuit of the device, as a first implementation example. Dashed lines show the magnetic circuit of the device. Here, each end of all the rods of the first three coils is connected by a corresponding yoke to the corresponding end of the rod of the fourth coil. The outputs of the fourth coil with variable inductance L are connected in parallel to the active-reactive (active-capacitive and active-inductive) resistance Z.

На фиг. 4 показан в виде электрической схемы пример реализации устройства с четвертой катушкой, выполненной с отпайками, где внешнее активно-реактивное сопротивление подключается к части витков четвертой катушки.In FIG. 4 shows in an electric diagram an example implementation of a device with a fourth coil, made with soldering, where the external active-reactance is connected to part of the turns of the fourth coil.

На фиг. 5 приведен в виде электрической схемы другой пример реализации устройства, где второе внешнее активно-реактивное переменное сопротивление Z2 подключено к выводам дополнительной пятой катушки.In FIG. 5 is shown in the form of an electric circuit another example implementation of the device, where the second external active-reactive variable resistance Z2 is connected to the terminals of the additional fifth coil.

Примеры конкретного выполненияCase Studies

Устройство фазными (первыми) выводами первых трех катушек подключено к фазам A, B, C электрической сети. Каждая катушка состоит из двух секций. Здесь катушки соединены по схеме «зигзаг». Вторые выводы первых трех катушек соединены друг с другом и образуют нейтральную точку. К нейтральной точке подключен первый вывод четвертой катушки, а второй вывод четвертой катушки соединен с землей.The device is connected with the phase (first) terminals of the first three coils to phases A, B, C of the electric network. Each coil consists of two sections. Here, the coils are connected in a zigzag pattern. The second leads of the first three coils are connected to each other and form a neutral point. The first terminal of the fourth coil is connected to the neutral point, and the second terminal of the fourth coil is connected to ground.

В нормальном симметричном режиме электрической сети потенциал нейтральной точки равен нулю и ток в четвертой дугогасящей катушке, практически, равен нулю.In the normal symmetrical mode of the electric network, the potential of the neutral point is zero and the current in the fourth arc suppression coil is practically zero.

При замыкании одной фазы на землю симметрия нарушается, появляется ненулевой потенциал нейтральной точки сети, и в четвертой катушке появляется ток.When one phase is shorted to ground, symmetry is broken, a non-zero potential of the neutral point of the network appears, and a current appears in the fourth coil.

Путем изменения индуктивности L четвертой катушки и параметров активно-реактивного сопротивления Z добиваются резонансной настройки контура нулевой последовательности сети, в который входят параметры элементов сети и устройства компенсации емкостных токов. При этом ток в месте замыкания на землю, практически, равен нулю. Таким образом, достигается наиболее полная степень компенсации емкостных токов с помощью предложенного устройства.By changing the inductance L of the fourth coil and the parameters of the active reactance Z, a resonant tuning of the network zero sequence circuit is achieved, which includes the parameters of the network elements and the capacitive current compensation device. In this case, the current at the point of earth fault is practically zero. Thus, the most complete degree of compensation of capacitive currents is achieved using the proposed device.

Технико-экономическая или иная эффективность изобретенияFeasibility or other effectiveness of the invention

Благодаря симметрии электромагнитной части устройства и возможности изменять параметры в широких пределах за счет внешних активно-реактивных сопротивлений достигается повышение точности компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю в широком диапазоне изменения параметров электрической сети, в которой работает предложенное устройство.Due to the symmetry of the electromagnetic part of the device and the ability to change parameters over a wide range due to external active reactive resistances, an increase in the accuracy of compensation of capacitive currents during single-phase earth faults is achieved in a wide range of parameters of the electrical network in which the proposed device operates.

Кроме этого, благодаря единой конструкции электромагнитной части устройства, улучшаются массо-габаритные показатели устройства, улучшаются условия проектирования, монтажа и эксплуатации.In addition, due to the unified design of the electromagnetic part of the device, the mass-dimensional parameters of the device are improved, and the design, installation and operation conditions are improved.

Улучшение показателей технического совершенства устройства позволяет получить и повышение экономических показателей применения устройства, в том числе, за счет повышения надежности электроснабжения в целом.Improving the technical perfection of the device allows to obtain and increase the economic indicators of the use of the device, including by increasing the reliability of power supply in general.

Источники информации:Information sources:

1. Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и компенсацией емкостных токов. М, «Энергия» 1971, 152 с.1. Likhachev F.A. Earth faults in networks with isolated neutral and capacitive current compensation. M, "Energy" 1971, 152 S.

2. Черников А.А. Компенсация емкостных токов в сетях незаземленной нейтралью. М: Энергия, 1974, 96 с.2. Chernikov A.A. Compensation of capacitive currents in networks with non-grounded neutral. M: Energy, 1974, 96 p.

3. Вильгейм Р. и Уотерс А. Заземление нейтрали в высоковольтных системах.. М, Госэнергоиздат, 1959, 416 с.3. Wilhelm R. and Waters A. Grounding neutral in high-voltage systems .. M, Gosenergoizdat, 1959, 416 p.

Claims

1. A device for compensating capacitive currents during single-phase earth faults in electrical networks with insulated neutral, containing three windings, each of which is placed on a separate rod of magnetic material, connected by a star or zigzag circuit, the inputs of which are connected each to corresponding to its phase conductor of the electrical network, and the neutral point is connected to the input of the fourth winding with variable inductance, located on the fourth rod of magnetic material with air gaps, the output is of the twisted winding is connected to the ground, all four rods are connected by yokes on one side and on the other hand, characterized in that the yokes connecting the rods of the first three windings are joined in the form of two symmetric three-beam stars at an angle of 120 ° relative to each other, and the fourth rod connects the places of joining of the yokes .

2. A device for compensating capacitive currents for single-phase earth faults in electrical networks with an isolated neutral according to claim 1, characterized in that a variable active-reactive (inductive or capacitive) resistance is connected in parallel with the fourth coil.

3. A device for compensating capacitive currents during single-phase earth faults in electric networks with isolated neutral according to claim 2, characterized in that the fourth coil is made with taps, and the variable active-reactive resistance is connected through a switching device in parallel with part of the turns of the fourth coil.

4. A device for compensating capacitive currents during single-phase earth faults in electric networks with isolated neutral according to claim 2, characterized in that an additional fifth coil is placed on the fourth rod, and a second alternating active-reactive resistance is connected to the terminals of this coil in parallel with it .