RU2261454C2 - Устройство для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в трехфазной линии электропередачи (варианты) - Google Patents
Устройство для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в трехфазной линии электропередачи (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2261454C2 RU2261454C2 RU2003129104/28A RU2003129104A RU2261454C2 RU 2261454 C2 RU2261454 C2 RU 2261454C2 RU 2003129104/28 A RU2003129104/28 A RU 2003129104/28A RU 2003129104 A RU2003129104 A RU 2003129104A RU 2261454 C2 RU2261454 C2 RU 2261454C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- output
- adder
- input
- power line
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение предназначено для использования на железных дорогах для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в трехфазных линиях электропередачи автоблокировки. Технический результат заключается в упрощении и повышении точности определения удаленности места однофазного замыкания на землю. Устройство содержит испытательный источник питания, один однофазный и два трехфазных коммутационных аппарата, три датчика тока и измерительный модуль, подключенный к датчикам тока. В устройстве по первому варианту измерительный модуль содержит два сумматора, максиселектор, делитель, умножитель, задатчик постоянной величины и масштабирующий элемент. В устройстве по второму варианту дополнительно включен четвертый датчик тока, а измерительный модуль содержит сумматор, максиселектор, делитель, умножитель, задатчик постоянной величины и масштабирующий элемент. Технический результат заключается в упрощении и повышении точности определения удаленности места однофазного замыкания на землю. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к электрическим сетям, а именно трехфазным линиям электропередачи с изолированной или компенсированной нейтралью, и может использоваться, например, для определения удаленности однофазного замыкания на землю в трехфазных линиях электропередачи для электроснабжения автоблокировки на железных дорогах.
Особенности выполнения и эксплуатации высоковольтных (6-10 кВ) линий электропередачи для электроснабжения автоблокировки на железных дорогах описаны в [1].
Первой особенностью трехфазных линий электропередачи для электроснабжения автоблокировки железных дорог является существенная несимметрия загрузки ее фаз (до 10-30%). Такая несимметрия обусловлена подключением к ней через каждые 1-3 км однофазных нагрузок. На всем протяжении линии электропередачи (20-40 км) однофазные нагрузки, подключаемые к ней в разных точках линии, хотя и присоединяются к разным фазам, однако, в том числе из-за разной мощности нагрузок и неодинакового их изменения по часам суток, полной симметрии не достигается.
Второй особенностью являются малые различия значений токов удаленных коротких замыканий от тока нагрузки, особенно при наличии переходного сопротивления в месте повреждения.
Третьей особенностью является значительная величина токов поперечной емкостной проводимости. При этом значение такого тока между фазами линии электропередачи с поврежденной и неповрежденной изоляцией оказывается соизмеримым с током удаленного короткого замыкания.
Четвертой особенностью является то, что однофазные замыкания на землю сопровождаются большим переходным сопротивлением, достигающим тысяч Ом.
Пятой особенностью является то, что на электрифицированных железных дорогах однофазного переменного тока линия электропередачи для электроснабжения проходит близко от контактной сети, а иногда и на опорах последней. Однофазная контактная сеть оказывает сильное электромагнитное влияние на линию электропередачи, наводя в каждом из ее проводов значительные ЭДС, соизмеримые по абсолютному значению с напряжением источника питания упомянутой линии.
Все эти особенности существенно отличают трехфазную линию электропередачи для электроснабжения автоблокировки от трехфазных линий электропередачи другого назначения и очень сильно влияют на точность определения расстояния до места однофазного замыкания на землю по параметрам аварийного режима. К параметрам аварийного режима относят токи, напряжения, фазовые углы, другие электрические величины, которые измеряют на питающем конце линии электропередачи при возникновении нарушения изоляции в каком-либо месте на ее протяжении. При этом известно, что в сети с изолированной нейтралью параметры аварийного режима при замыкании одной фазы трехфазной линии электропередачи на землю не несут никакой информации об удаленности места повреждения. Поэтому на время осуществления измерений параметров аварийного режима трехфазную линию электропередачи с однофазным замыканием на землю переводят в режим однофазного короткого замыкания путем соединения нулевой точки питающего эту линию трансформатора с землей [1] либо в режим двухфазного короткого замыкания на землю путем соединения у питающего трансформатора с землей другой фазы с неповрежденной изоляцией [2].
Сущность устройства 1 поясняется на фиг.1, сущность устройства 2 - на фиг.2.
Устройство 1
Известно устройство АОП-1 определения удаленности места повреждения изоляции одной фазы трехфазной линии электропередачи, подключенной к питающему трансформатору и снабженной измерительными трансформаторами тока и напряжения, содержащее однофазный коммутационный аппарат, первый вывод которого подключен к земле, а второй - к нулевой точке питающего трансформатора, и измерительный модуль, включающий делитель, подключенный к измерительным трансформаторам тока и напряжения [1, с.121 и 122]. В момент замыкания однофазного коммутационного аппарата измерительный модуль подключают к трансформатору тока поврежденной фазы, этот модуль фиксирует фазовые напряжения U1 и ток I1 провода (фазы) с поврежденной изоляцией, а делитель осуществляет операцию
где Zn-з - сопротивление единицы длины контура провод-земля;
lk - расстояние от питающего конца линии электропередачи до места повреждения.
Известно устройство для определения удаленности места повреждения изоляции одной фазы трехфазной линии электропередачи, подключенной к питающему трансформатору и снабженной измерительными трансформаторами тока и напряжения, содержащее два однофазных коммутационных аппарата, одни выводы которых присоединены к земле, а другие - к разным фазам линии электропередачи на ее питающем конце, избиратель неповрежденной фазы и измерительный модуль, включающий делитель, подключаемые к измерительным трансформаторам тока и напряжения [2, 3]. При замыкании одной фазы трехфазной линии электропередачи на землю избиратель неповрежденной фазы включает один из однофазных коммутационных аппаратов, который замыкает неповрежденную фазу на землю, создавая режим двухфазного короткого замыкания на землю. Измерительный блок фиксирует линейное напряжение U12 между фазой с поврежденной изоляцией и неповрежденной фазой, искусственно замкнутой на землю, а также ток I1 фазы с поврежденной изоляцией. При этом делитель осуществляет операцию
Недостатком этих устройств является крайне низкая точность. Соответствие между значением lk и расстоянием до места повреждения имеет место только в том случае, когда отсутствуют все пять особенностей, характерных для трехфазных линий электропередачи для электроснабжения автоблокировки и перечисленных выше. Особенно большую погрешность вызывают такие особенности, как несимметричная загрузка фаз, большое переходное сопротивление и электромагнитное влияние контактной сети железных дорог, электрифицированных по системе однофазного переменного тока. Погрешность становится настолько большой, что «не обеспечивает требуемой точности и надежности измерений» [1, с.123].
Известно устройство для определения удаленности однофазного замыкания в трехфазной линии электропередачи, подключенной через трехфазный коммутационный аппарат к источнику питания упомянутой линии, содержащее первый однофазный коммутационный аппарат, соединяющий нулевую точку или одну из неповрежденных фаз источника питания с землей, второй, третий и четвертый однофазные коммутационные аппараты с индивидуальными приводами, три перемычки и измерительный модуль, включающий сумматор, образованный двумя согласующими трансформаторами, и делитель [4], принятое в качестве прототипа.
При замыкании одной фазы линии электропередачи на землю определяют поврежденную фазу, затем отключают трехфазный коммутационный аппарат, устанавливают одну перемычку на питающем конце линии электропередач и две перемычки на противоположном ее конце, отключают второй, третий или четвертый однофазный коммутационный аппарат, измерительный модуль подключают к измерительным трансформаторам тока и напряжения соответствующих фаз, после чего включают первый однофазный коммутационный аппарат, а затем и трехфазный коммутационный аппарат. При этом измерительный модуль фиксирует комплексные значения линейного напряжения 
12 и токов 
1 и 2 в подключенных к источнику питания двух фазах линии электропередачи и осуществляет операцию
где L - длина линии электропередачи,
В этом устройстве исключено (при симметричной загрузке фаз) влияние переходного сопротивления на погрешность определения удаленности места повреждения и снижено влияние всех остальных особенностей (дестабилизирующих факторов). Устройство [4] имеет следующие недостатки:
- для работы устройства необходимо предварительно определить фазу с поврежденной изоляцией. Это осуществляется, например, с помощью трех вольтметров, измеряющих фазовое напряжение каждого из проводов линии электропередачи относительно земли [1, с.105]. Напряжение фазы с поврежденной изоляцией в пределе снижается до нуля, а напряжение двух других фаз в пределе возрастает в 
раз по сравнению с нормальным режимом. Однако при замыкании одной фазы на землю через большое переходное сопротивление фазовые напряжения поврежденной и неповрежденной фаз, как известно, могут различаться настолько незначительно, что определить фазу с поврежденной изоляцией становится невозможным [5]. В этом случае возможно неверное подключение измерительного модуля, что вызывает регистрацию неверного значения lk;
- измерительный модуль осуществляет операции с комплексными числами, т.е. с фиксацией фазовых углов между величинами U12, I1, I2 и аргумента Z. При больших переходных сопротивлениях фазовые углы становятся незначительными, а если эти углы измеряются неточно, то возникает большая погрешность при определении значения lk.
Источниками неточного измерения фазовых углов является, как известно, так называемая угловая погрешность трансформаторов тока и согласующих трансформаторов [6, с.118], используемых в устройстве [4];
- в устройстве [4] снижено электромагнитное влияние контактной сети, однако оно не исключено полностью, что вызывает значительную погрешность при определении lk;
- применение устройства [4] требует большого числа операций в высоковольтной линии электропередачи (определение фазы с поврежденной изоляцией, переключение многих коммутационных аппаратов, установка перемычек).
Перечисленные недостатки усложняют устройство и снижают его точность. Техническим результатом предложенного решения является упрощение и повышение точности определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в трехфазной линии электропередачи.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройство, содержащее коммутационный аппарат, первый вывод которого соединен с землей, и измерительный модуль, включающий первый сумматор и делитель, дополнительно включены первый и второй трехфазные коммутационные аппараты, первый, второй и третий датчики тока, испытательный источник питания, а в измерительном модуле - второй сумматор, максиселектор, задатчик постоянной величины, умножитель и масштабирующий элемент, при этом одна из фаз или нулевой вывод испытательного источника питания подключены ко второму выводу коммутационного аппарата, а другая фаза упомянутого испытательного источника питания подключена к общей точке первого, второго и третьего датчиков тока, включенных в звезду, лучи которой присоединены к первым выводам первого трехфазного коммутационного аппарата, вторые выводы которого подключены к соответствующим фазам трехфазной линии электропередачи в ее начале на питающем конце, на противоположном конце которой к тем же фазам упомянутой линии присоединены вторые выводы второго трехфазного коммутационного аппарата, первые выводы которого замкнуты между собой накоротко, в измерительном модуле первые, вторые и третьи выводы первого сумматора и максиселектора присоединены к выходам соответственно первого, второго и третьего датчиков тока, выход первого сумматора подключен к первому входу делителя и первому входу второго сумматора, ко второму входу которого присоединен выход максиселектора, а выход подключен ко второму входу делителя, выход которого присоединен к первому входу умножителя, ко второму входу которого подключен датчик постоянной величины, а к выходу - масштабирующий элемент, причем коэффициенты передачи первого сумматора и максиселектора выполняются одинаковыми, и коэффициент передачи масштабирующего элемента равен или пропорционален обратной величине произведения коэффициентов передачи второго сумматора, делителя, умножителя и задатчика постоянной величины.
Кроме того, в качестве испытательного источника питания может использоваться источник питания трехфазной линии электропередачи, а в качестве первого и второго трехфазных коммутационных аппаратов - съемные перемычки.
Сущность изобретения поясняется схемой, приведенной на фиг.1, где приняты следующие обозначения:
1, 2, 3 - провода (фазы) трехфазной линии электропередачи;
4 - источник питания трехфазной линии электропередачи;
5 - отключающий элемент (выключатель, разъединитель);
6, 7, 8 - трансформаторы тока;
9 - коммутационный аппарат;
10 - испытательный источник питания;
11 - первый трехфазный коммутационный аппарат;
12, 13, 14 - первый, второй и третий датчики тока;
15 - второй трехфазный коммутационный аппарат;
16 - первый сумматор;
17 - максиселектор;
18 - второй сумматор;
19 - делитель;
20 - задатчик постоянной величины;
21 - умножитель;
22 - масштабирующий элемент;
23 - измерительный модуль;
К - место однофазного замыкания на линии электропередачи;
L - длина линии электропередачи;
lk - расстояние до места однофазного замыкания.
Элементы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 известны и относятся не к самому предмету изобретения, а являются обычными атрибутами того объекта, для которого предназначено рассматриваемое устройство [1, с.29, рис.14].
Остальные элементы схемы, приведенные на фиг.1, относятся к предмету изобретения. Элементы 9, 16, 19 известны из прототипа и аналогов. Элементы 10, 11, 12, 13, 14, 15, 17, 18, 20, 21 и связи между ними являются новыми.
Трехфазная линия электропередачи с проводами (фазами) 1, 2, 3 подключена к источнику питания 4 через отключающий элемент 5. В начале линии электропередачи на ее питающем конце к проводам 1, 2, 3 соответствующими выводами присоединен первый трехфазный коммутационный аппарат 11. К выводам противоположной стороны трехфазного коммутационного аппарата 11 присоединены по одному в каждую фазу датчики тока 12, 13, 14, соединенные в звезду. Общая точка звезды подключена к одной из фаз испытательного источника питания 10. Другая фаза испытательного источника питания 10 или его нулевой вывод присоединены ко второму выводу коммутационного аппарата 9, первый вывод которого соединен с землей. На противоположном конце линии электропередачи к ее проводам 1, 2, 3 подключен второй трехфазный коммутационный аппарат 15, выводы другой стороны которого замкнуты между собой накоротко.
В измерительном модуле 23 первый, второй и третий входы сумматора 16 и максиселектора 17 присоединены к выходам соответственно первого, второго и третьего датчиков тока 12, 13, 14. Выход первого сумматора 16 подключен к первому входу делителя 19 и первому входу второго сумматора 18, ко второму входу которого присоединен выход максиселектора 17. К выходу максиселектора 18 подключен второй вход делителя 19, выход которого присоединен к первому входу умножителя 21. Ко второму входу умножителя 21 подключен датчик постоянной величины 20.
В качестве испытательного источника питания 10 может быть использован однофазный или многофазный генератор или трансформатор с напряжением как совпадающим, так и не совпадающим по величине с напряжением источника питания 4 линии электропередачи. При более высоком напряжении испытательного источника питания 10 устройство можно использовать для дополнительной функции - выявления мест в линии электропередачи со слабой изоляцией. При более низком напряжении испытательного источника питания 10 улучшаются условия электробезопасности при обслуживании устройства. В качестве испытательного источника питания 10 может использоваться также и источник питания 4. Соответствующие подключения при этом показаны пунктиром.
В качестве первого и второго трехфазных коммутационных аппаратов 11 и 15 могут быть использованы типовые выключатели, контакторы или разъединители, а также съемные перемычки.
В качестве датчиков тока 12, 13, 14 могут быть использованы типовые измерительные трансформаторы тока.
Все элементы измерительного модуля 23 могут быть выполнены с помощью типовых блоков аналоговой, цифровой или микропроцессорной техники.
При разомкнутом отключающем элементе 5 и включенных коммутационных аппаратах 9, 11 и 15 на выходе датчиков тока 12, 13 и 14 сигналы равны соответственно:
где I1, I2, I3 - токи в проводах соответственно 1, 2, 3 линии электропередачи на ее питающем конце;
KT - коэффициент передачи датчиков тока.
На выходе первого сумматора 16 сигнал равен:
где IC=I1+I2+I3 - сумма токов трех фаз линии электропередачи на ее питающем конце;
с16 - коэффициент передачи первого сумматора 16. На выходе максиселектора 17 сигнал равен:
где IФ,max - наибольшее из значений токов I1, I2, I3;
с17 - коэффициент передачи максиселектора 17. На выходе второго сумматора 18 сигнал равен:
где с18 - коэффициент передачи второго сумматора 18. На выходе делителя 19 сигнал равен:
где с19 - коэффициент передачи делителя 19.
На выходе задатчика постоянной величины 20 сигнал равен:
A20=c20·1,5·L,
где L - длина линии электропередачи;
c20 - коэффициент передачи задатчика 20. На выходе умножителя 21 сигнал равен:
где с21 - коэффициент передачи умножителя 21.
На выходе масштабирующего элемента 22 сигнал равен:
А22=с22·А21,
где с22 - коэффициент передачи элемента 22.
Первый сумматор 16 и максиселектор 17 выполняются с одинаковыми коэффициентами передачи с16=с17. Масштабирующий элемент 22 выполняется с коэффициентом передачи, равным или пропорциональным обратной величине произведения коэффициентов передачи второго сумматора 18, делителя 19, умножителя 21, задатчика постоянной величины 20:
где n - коэффициент пропорциональности.
При этом сигнал на выходе масштабирующего элемента 22 равен:
где lk - расстояние до места замыкания линии электропередачи на землю.
Если n=1, то единицы измерения значений L и lk одинаковы. В том случае, если необходимо измерять L и lk в разных единицах, например L в км, а lk в метрах, то коэффициент пропорциональности n принимают равным отношению используемых единиц измерения расстояний.
Устройство работает следующим образом, при замыкании на землю любого из проводов 1, 2, 3 линии электропередачи отключают отключающий элемент 5 и включают первый и второй коммутационные аппараты 11 и 15, а затем - коммутационный аппарат 9 и фиксируют показание lk масштабирующего элемента 22 измерительного модуля 23. Это показание пропорционально расстоянию от источника питания до места замыкания на землю любого из проводов линии электропередачи.
Технический результат в виде упрощения и повышения точности определяется следующими факторами:
- не требуется предварительное определение той фазы, которая замкнулась на землю;
- не требуется изменять схему подключения устройства к датчикам тока в зависимости от того, какая из фаз линии электропередачи замкнулась на землю;
- не требуется подключение устройства к измерительному трансформатору напряжения;
- отсутствует влияние на показания устройства такого дестабилизирующего фактора, как индуктивное влияние контактной сети электрических железных дорог однофазного переменного тока (по принципу действия), поскольку наведенные в каждом из проводов 1, 2, 3 линии электропередачи ЭДС в предложенной схеме измерения взаимно компенсируются;
- отсутствует зависимость показаний устройства от угловых погрешностей датчиков тока, поскольку для вычисления lk используются модули токов, а не их комплексные значения;
- снижено влияние распределенных однофазных нагрузок и токов поперечной емкостной проводимости линии электропередачи, поскольку трехфазные коммутационные аппараты 11 и 15 замыкают накоротко все три фазы 1, 2, 3 линии электропередачи как на питающем, так и на ее противоположном концах.
Кроме того, устройство не реагирует по принципу действия на величину сопротивления дуги или переходного сопротивления в месте замыкания на землю.
Устройство 2
Известно устройство АОП-1 определения удаленности места повреждения изоляции одной фазы трехфазной линии электропередачи, подключенной к питающему трансформатору и снабженной измерительными трансформаторами тока и напряжения, содержащее однофазный коммутационный аппарат, первый вывод которого подключен к земле, а второй - к нулевой точке питающего трансформатора, и измерительный модуль, включающий делитель, подключенный к измерительным трансформаторам тока и напряжения [1, с.121 и 122]. В момент замыкания однофазного коммутационного аппарата измерительный модуль подключают к трансформатору тока поврежденной фазы, этот модуль фиксирует фазовые напряжения U1 и ток I1 провода (фазы) с поврежденной изоляцией, а делитель осуществляет операцию
где Zn-з - сопротивление единицы длины контура провод-земля;
lk - расстояние от питающего конца линии электропередачи до места повреждения.
Известно устройство для определения удаленности места повреждения изоляции одной фазы трехфазной линии электропередачи, подключенной к питающему трансформатору и снабженной измерительными трансформаторами тока и напряжения, содержащее два однофазных коммутационных аппарата, одни выводы которых присоединены к земле, а другие - к разным фазам линии электропередачи на ее питающем конце, избиратель неповрежденной фазы и измерительный модуль, включающий делитель, подключаемые к измерительным трансформаторам тока и напряжения [2, 3]. При замыкании одной фазы трехфазной линии электропередачи на землю избиратель неповрежденной фазы включает один из однофазных коммутационных аппаратов, который замыкает неповрежденную фазу на землю, создавая режим двухфазного короткого замыкания на землю. Измерительный блок фиксирует линейное напряжение U12 между фазой с поврежденной изоляцией и неповрежденной фазой, искусственно замкнутой на землю, а также ток I1 фазы с поврежденной изоляцией. При этом делитель осуществляет операцию
Недостатком этих устройств является крайне низкая точность. Соответствие между значением lk и расстоянием до места повреждения имеет место только в том случае, когда отсутствуют все пять особенностей, характерных для трехфазных линий электропередачи для электроснабжения автоблокировки и перечисленных выше. Особенно большую погрешность вызывают такие особенности, как несимметричная загрузка фаз, большое переходное сопротивление и электромагнитное влияние контактной сети железных дорог, электрифицированных по системе однофазного переменного тока. Погрешность становится настолько большой, что «не обеспечивает требуемой точности и надежности измерений» [1, с. 123].
Известно устройство для определения удаленности однофазного замыкания в трехфазной линии электропередачи, подключенной через трехфазный коммутационный аппарат к источнику питания упомянутой линии, содержащее первый однофазный коммутационный аппарат, соединяющий нулевую точку или одну из неповрежденных фаз источника питания с землей, второй, третий и четвертый однофазные коммутационные аппараты с индивидуальными приводами, три перемычки и измерительный модуль, включающий сумматор, образованный двумя согласующими трансформаторами, и делитель [4], принятое в качестве прототипа.
При замыкании одной фазы линии электропередачи на землю определяют поврежденную фазу, затем отключают трехфазный коммутационный аппарат, устанавливают одну перемычку на питающем конце линии электропередач и две перемычки на противоположном ее конце, отключают второй, третий или четвертый однофазный коммутационный аппарат, измерительный модуль подключают к измерительным трансформаторам тока и напряжения соответствующих фаз, после чего включают первый однофазный коммутационный аппарат, а затем и трехфазный коммутационный аппарат. При этом измерительный модуль фиксирует комплексные значения линейного напряжения 
12 и токов 
1 и 2 в подключенных к источнику питания двух фазах линии электропередачи и осуществляет операцию
где L - длина линии электропередачи,
В этом устройстве исключено (при симметричной загрузке фаз) влияние переходного сопротивления на погрешность определения удаленности места повреждения и снижено влияние всех остальных особенностей (дестабилизирующих факторов). Устройство [4] имеет следующие недостатки:
- для работы устройства необходимо предварительно определить фазу с поврежденной изоляцией. Это осуществляется, например, с помощью трех вольтметров, измеряющих фазовое напряжение каждого из проводов линии электропередачи относительно земли [1, с.105]. Напряжение фазы с поврежденной изоляцией в пределе снижается до нуля, а напряжение двух других фаз в пределе возрастает в 
раз по сравнению с нормальным режимом. Однако при замыкании одной фазы на землю через большое переходное сопротивление фазовые напряжения поврежденной и неповрежденной фаз, как известно, могут различаться настолько незначительно, что определить фазу с поврежденной изоляцией становится невозможным [5]. В этом случае возможно неверное подключение измерительного модуля, что вызывает регистрацию неверного значения lk;
- измерительный модуль осуществляет операции с комплексными числами, т.е. с фиксацией фазовых углов между величинами U12, I1, I2 и аргумента Z. При больших переходных сопротивлениях фазовые углы становятся незначительными, а если эти углы измеряются неточно, то возникает большая погрешность при определении значения lk.
Источниками неточного измерения фазовых углов является, как известно, так называемая угловая погрешность трансформаторов тока и согласующих трансформаторов [6, с.118], используемых в устройстве [4];
- в устройстве [4] снижено электромагнитное влияние контактной сети, однако оно не исключено полностью, что вызывает значительную погрешность при определении lk;
- применение устройства [4] требует большого числа операций в высоковольтной линии электропередачи (определение фазы с поврежденной изоляцией, переключение многих коммутационных аппаратов, установка перемычек).
Перечисленные недостатки усложняют устройство и снижают его точность.
Техническим результатом предложенного решения является упрощение и повышение точности определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в трехфазной линии электропередачи.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройство, содержащее коммутационный аппарат, первый вывод которого соединен с землей, и измерительный модуль, включающий сумматор и делитель, дополнительно включены первый и второй трехфазные коммутационные аппараты, первый, второй, третий и четвертый датчики тока, испытательный источник питания, а в измерительном модуле - максиселектор, задатчик постоянной величины, умножитель и масштабирующий элемент, при этом одна из фаз или нулевой вывод испытательного источника питания подключены ко второму выводу коммутационного аппарата, а другая фаза упомянутого источника питания подключена через четвертый датчик тока к общей точке первого, второго и третьего датчиков тока, включенных в звезду, лучи которой присоединены к первым выводам первого трехфазного коммутационного аппарата, вторые выводы которого подключены к соответствующим фазам трехфазной линии электропередачи в ее начале на питающем конце, на противоположном конце которой к тем же фазам упомянутой линии электропередачи присоединены вторые выводы второго трехфазного коммутационного аппарата, первые выводы которого замкнуты между собой накоротко, в измерительном модуле первый, второй и третий входы максиселектора присоединены к выводам соответственно первого, второго и третьего датчиков тока, выход максиселектора подключен ко второму входу сумматора, к первому входу которого и первому входу делителя присоединен выход четвертого датчика тока, выход сумматора соединен со вторым входом делителя, выход которого присоединен к первому входу умножителя, ко второму входу которого подключен задатчик постоянной величины, а к выходу - масштабирующий элемент, причем коэффициент передачи максиселектора принимают равным отношению коэффициента передачи четвертого датчика тока и коэффициента передачи первого, второго и третьего датчиков тока, а коэффициент передачи масштабирующего элемента равен или пропорционален обратной величине произведения коэффициентов передачи сумматора, делителя, умножителя и задатчика постоянной величины.
Кроме того, в качестве испытательного источника питания может использоваться источник питания трехфазной линии электропередачи, а в качестве первого и второго трехфазных коммутационных аппаратов - съемные перемычки.
Сущность изобретения поясняется схемой, приведенной на фиг.2, где приняты следующие обозначения:
1, 2, 3 - провода (фазы) трехфазной линии электропередачи;
4 - источник питания трехфазной линии электропередачи;
5 - отключающий элемент (выключатель, разъединитель);
6, 7, 8 - трансформаторы тока;
9 - коммутационный аппарат;
10 - испытательный источник питания;
11 - первый трехфазный коммутационный аппарат;
12, 13, 14, 16 - первый, второй, третий и четвертый датчики тока;
15 - второй трехфазный коммутационный аппарат;
17 - максиселектор;
18 - сумматор;
19 - делитель;
20 - задатчик постоянной величины;
21 - умножитель;
22 - масштабирующий элемент;
23 - измерительный модуль;
К - место однофазного замыкания линии электропередачи;
L - длина линии электропередачи;
lk - расстояние до места однофазного замыкания.
Элементы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 известны и относятся не к самому изобретению, а являются обычными атрибутами того объекта, для которого предназначено рассматриваемое устройство [1, с.29, рис. 14]. Остальные элементы схемы, приведенные на фиг.2, относятся к предмету изобретения. Элементы 9, 18 и 19 известны из прототипа и аналогов. Элементы 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 20, 21, 22 и связи между ними являются новыми.
Трехфазная линия электропередачи с проводами (фазами) 1, 2, 3 подключена к источнику питания 4 через отключающий элемент 5. В начале линии электропередачи на ее питающем конце к проводам 1, 2, 3 соответствующими выводами присоединен первый трехфазный коммутационный аппарат 11. К выводам противоположной стороны трехфазного коммутационного аппарата 11 присоединены по одному в каждую фазу первый 12, второй 13 и третий 14 датчики тока, соединенные в звезду. Общая точка звезды через четвертый датчик тока 16 подключена к одной из фаз испытательного источника питания 10. Другая фаза испытательного источника питания 10 или его нулевой вывод присоединены ко второму выводу коммутационного аппарата 9, первый вывод которого соединен с землей. На противоположном конце линии электропередачи к ее проводам 1, 2, 3 подключен второй трехфазный коммутационный аппарат 15, выводы другой стороны которого замкнуты между собой накоротко.
В измерительном модуле 23 первый, второй и третий входы максиселектора 17 присоединены к выходам соответственно первого, второго и третьего датчиков тока 12, 13, 14. Выход максиселектора 17 подключен ко второму входу сумматора 18, первый вход которого и первый вход делителя 19 соединены с выводом четвертого датчика тока 16. Выход сумматора 18 присоединен ко второму входу делителя 19, выход которого соединен с первым входом умножителя 21. Ко второму входу этого умножителя присоединен выход задатчика постоянной величины 20, а выход умножителя 21 соединен со входом масштабирующего элемента 22.
В качестве испытательного источника питания 10 может быть использован однофазный или многофазный генератор или трансформатор с напряжением как совпадающим, так и не совпадающим по величине с напряжением источника питания 4 линии электропередачи. При более высоком напряжении испытательного источника питания 10 устройство можно использовать для дополнительной функции - выявления мест в линии электропередачи со слабой изоляцией. При более низком напряжении испытательного источника питания 10 улучшаются условия электробезопасности при обслуживании устройства. В качестве испытательного источника питания 10 может использоваться также и источник питания 4. Соответствующие подключения при этом показаны пунктиром.
В качестве первого и второго трехфазных коммутационных аппаратов 11 и 15 могут быть использованы типовые выключатели, контакторы или разъединители, а также съемные перемычки.
В качестве датчиков тока 12, 13, 14, 16 могут быть использованы типовые измерительные трансформаторы тока.
Все элементы измерительного модуля 23 могут быть выполнены с помощью типовых блоков аналоговой, цифровой или микропроцессорной техники.
При разомкнутом отключающем элементе 5 и включенных коммутационных аппаратах 9, 11 и 15 на выходе датчиков тока 12, 13, 14 и 16 сигналы равны соответственно:
где I1, I2, I3 - токи в проводах соответственно 1, 2, 3 линии электропередачи на ее питающем конце;
IC - сумма токов I1, I2, I3;
КT - коэффициент передачи датчиков тока 12, 13, 14;
На выходе максиселектора 17 сигнал равен:
где IФ,max - наибольшее из значений токов I1, I2, I3;
c17 - коэффициент передачи максиселектора 17.
На выходе сумматора 18 сигнал равен:
где c18 - коэффициент передачи сумматора 18. На выходе делителя 19 сигнал равен:
На выходе задатчика постоянной величины 20 сигнал равен:
A20=c20·1,5·L,
где L - длина линии;
c20 - коэффициент передачи задатчика 20.
На выходе умножителя 21 сигнал равен:
где c21 - коэффициент передачи умножителя 21.
На выходе масштабирующего элемента 22 сигнал равен:
А22=с22·А21,
где c22 - коэффициент передачи масштабирующего элемента 22.
Коэффициент передачи с17 максиселектора 17 выполняется равным отношению коэффициента передачи 
четвертого датчика тока 16 к коэффициенту передачи KT первого 12, второго 13 и третьего 14 датчиков тока:
Коэффициент передачи с22 масштабирующего элемента 22 выполняется равным или пропорциональным обратной величине произведения коэффициентов передачи сумматора 18, делителя 19, задатчика постоянной величины 20 и делителя 21:
где n - коэффициент пропорциональности.
При этом сигнал на выходе масштабирующего элемента 22 равен:
где lk - расстояние до места замыкания линии электропередачи на землю.
Если n=1, то единицы измерения значений L и lk одинаковы. В том случае, если необходимо измерять L и lk в разных единицах, например L в км, а lk в метрах, то коэффициент пропорциональности n принимают равным отношению используемых единиц измерения расстояний.
Устройство работает следующим образом, при замыкании на землю любого из проводов 1, 2, 3 линии электропередачи отключают отключающий элемент 5 и включают первый и второй коммутационные аппараты 11 и 15, а затем - коммутационный аппарат 9 и фиксируют показание lk масштабирующего элемента 22 измерительного модуля 23. Это показание пропорционально расстоянию от источника питания до места замыкания на землю любого из проводов линии электропередачи.
Технический результат в виде упрощения и повышения точности определяется следующими факторами:
- не требуется предварительное определение той фазы, которая замкнулась на землю;
- не требуется изменять схему подключения устройства к датчикам тока в зависимости от того, какая из фаз линии электропередачи замкнулась на землю;
- не требуется подключение устройства к измерительному трансформатору напряжения;
- отсутствует влияние на показания устройства такого дестабилизирующего фактора, как индуктивное влияние контактной сети электрических железных дорог однофазного переменного тока (по принципу действия), поскольку наведенные в каждом из проводов 1, 2, 3 линии электропередачи ЭДС в предложенной схеме измерения взаимно компенсируются;
- отсутствует зависимость показаний устройства от угловых погрешностей датчиков тока, поскольку для вычисления lk используются модули токов, а не их комплексные значения;
- снижено влияние распределенных однофазных нагрузок и токов поперечной емкостной проводимости линии электропередачи, поскольку трехфазные коммутационные аппараты 11 и 15 замыкают накоротко все три фазы 1, 2, 3 линии электропередачи как на питающем, так и на ее противоположном концах.
Кроме того, устройство не реагирует по принципу действия на величину сопротивления дуги или переходного сопротивления в месте замыкания на землю.
Источники информации
1. Герман Л.А., Векслер М.И., Шелом И.А. Устройства и линии электроснабжения автоблокировки. - М.: Транспорт, 1987. - 192 с.
2. Фигурнов Е.П., Тептиков Н.Р. Определение удаленности замыкания в высоковольтных линиях автоблокировки. В кн.: Релейная защита и автоматика устройств электроснабжения железных дорог. Межвузовский сборник трудов. Ростовский институт инженеров ж.д. транспорта, вып.144. Ростов-на-Дону, РИИЖТ, 1978, с.81-86.
3. А.С. СССР №920576. Устройство для избирания неповрежденной фазы/ Я.Д.Гуральник, В.А.Манухов, Н.Р.Тептиков, Е.П.Фигурнов, В.М.Эрлих. М.Кл3 G 01 R 31/08. №2965324/24-21, заявл. 01.08.78, опубл. 15.04.82, Бюл. №14.
4. Патент RU №2186404. Способы и устройства для определения удаленности однофазного замыкания в трехфазной линии электропередачи (варианты)/ Фигурнов Е.П., Бочев А.С., Бодров П.А. 7 G 01 R 31/06, №2001109805/09, заявл. 11.04.2001, опубл. 27.07.2002, Бюл. №21.
5. Шуин В.А., Гусенков А.В. Защита от замыканий на землю в электрических сетях 6-10 кВ. - М.: НТФ «Энергопрогресс», 2001.-104 с./ Библиотека электротехника; вып. 11(35)/.
6. Электрические измерения/ В.Н.Малиновский, Р.М.Демидова-Панферова, Ю.Н.Евланов и др.; Под ред. д-ра техн. наук В.Н.Малиновского. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 416 с.
Claims (6)
1. Устройство для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в трехфазной линии электропередачи с изолированной или компенсированной нейтралью и односторонним питанием, подключенной через отключающий элемент к источнику питания, содержащее коммутационный аппарат, первый вывод которого соединен с землей, и измерительный модуль, включающий первый сумматор и делитель, отличающийся тем, что в него дополнительно включены первый и второй трехфазные коммутационные аппараты, первый, второй и третий датчики тока, испытательный источник питания, а в измерительном модуле - второй сумматор, максиселектор, задатчик постоянной величины, умножитель и масштабирующий элемент, при этом одна из фаз или нулевой вывод испытательного источника питания подключены ко второму выводу коммутационного аппарата, а другая фаза упомянутого испытательного источника питания подключена к общей точке первого, второго и третьего датчиков тока, включенных в звезду, лучи которой присоединены к первым выводам первого трехфазного коммутационного аппарата, вторые выводы которого подключены к соответствующим фазам трехфазной линии электропередачи в ее начале на питающем конце, на противоположном конце которой к тем же фазам упомянутой линии присоединены вторые выводы второго трехфазного коммутационного аппарата, первые выводы которого замкнуты между собой накоротко, в измерительном модуле первые, вторые и третьи выводы первого сумматора и максиселектора присоединены к выходам соответственно первого, второго и третьего датчиков тока, выход первого сумматора подключен к первому входу делителя и первому входу второго сумматора, ко второму входу которого присоединен выход максиселектора, а выход подключен ко второму входу делителя, выход которого присоединен к первому входу умножителя, ко второму входу которого подключен датчик постоянной величины, а к выходу масштабирующий элемент, причем коэффициенты передачи первого сумматора и максиселектора выполняются одинаковыми, и коэффициент передачи масштабирующего элемента равен или пропорционален обратной величине произведения коэффициентов передачи второго сумматора, делителя, умножителя и датчика постоянной величины.
2. Устройство по п.1, в котором в качестве испытательного источника питания используется источник питания трехфазной линии электропередачи.
3. Устройство по п.1, в котором в качестве первого и второго трехфазных коммутационных аппаратов используются съемные перемычки.
4. Устройство для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в трехфазной линии электропередачи с изолированной или компенсированной нейтралью и односторонним питанием, подключенной через отключающий элемент к источнику питания, содержащее коммутационный аппарат, первый вывод которого соединен с землей, и измерительный модуль, включающий сумматор и делитель, отличающийся тем, что в него дополнительно включены первый и второй трехфазные коммутационные аппараты, первый, второй, третий и четвертый датчики тока, испытательный источник питания, а в измерительном модуле - максиселектор, задатчик постоянной величины, умножитель и масштабирующий элемент, при этом одна из фаз или нулевой вывод испытательного источника питания подключены ко второму выводу коммутационного аппарата, а другая фаза упомянутого источника питания подключена через четвертый датчик тока к общей точке первого, второго и третьего датчиков тока, включенных в звезду, лучи которой присоединены к первым выводам первого трехфазного коммутационного аппарата, вторые выводы которого подключены к соответствующим фазам трехфазной линии электропередачи в ее начале на питающем конце, на противоположном конце которой к тем же фазам упомянутой линии электропередачи присоединены вторые выводы второго трехфазного коммутационного аппарата, первые выводы которого замкнуты между собой накоротко, в измерительном модуле первый, второй и третий входы максиселектора присоединены к выводам соответственно первого, второго и третьего датчиков тока, выход максиселектора подключен ко второму входу сумматора, к первому входу которого и первому входу делителя присоединен выход четвертого датчика тока, выход сумматора соединен со вторым входом делителя, выход которого присоединен к первому входу умножителя, ко второму входу которого подключен задатчик постоянной величины, а к выходу - масштабирующий элемент, причем коэффициент передачи максиселектора принимают равным отношению коэффициента передачи четвертого датчика тока и коэффициента передачи первого, второго и третьего датчиков тока, а коэффициент передачи масштабирующего элемента равен или пропорционален обратной величине произведения коэффициентов передачи сумматора, делителя, умножителя и задатчика постоянной величины.
5. Устройство по п.4, в котором в качестве испытательного источника питания используется источник питания трехфазной линии электропередачи.
6. Устройство по п.4, в котором в качестве первого и второго коммутационных аппаратов используются съемные перемычки.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003129104/28A RU2261454C2 (ru) | 2003-09-29 | 2003-09-29 | Устройство для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в трехфазной линии электропередачи (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003129104/28A RU2261454C2 (ru) | 2003-09-29 | 2003-09-29 | Устройство для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в трехфазной линии электропередачи (варианты) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003129104A RU2003129104A (ru) | 2005-03-27 |
| RU2261454C2 true RU2261454C2 (ru) | 2005-09-27 |
Family
ID=35560185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003129104/28A RU2261454C2 (ru) | 2003-09-29 | 2003-09-29 | Устройство для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в трехфазной линии электропередачи (варианты) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2261454C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2510515C2 (ru) * | 2011-08-17 | 2014-03-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Способ определения расстояния до места однофазного замыкания на линии электропередачи |
-
2003
- 2003-09-29 RU RU2003129104/28A patent/RU2261454C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2510515C2 (ru) * | 2011-08-17 | 2014-03-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Способ определения расстояния до места однофазного замыкания на линии электропередачи |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003129104A (ru) | 2005-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2914042T3 (es) | Método y aparato para la puesta en servicio de sensores de voltaje y sensores de corriente de circuito de ramificación para sistemas de monitorización de circuitos de ramificación | |
| EP0833423A2 (en) | Apparatus and method for monitoring an earth-leakage state of a power distribution system | |
| EP1306682B1 (en) | Circuit tester | |
| EP3869208B1 (en) | Method and apparatus to commission voltage sensors and branch circuit current sensors for branch circuit monitoring systems | |
| RU2719278C1 (ru) | Способ определения места и расстояния до места однофазного замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью | |
| RU2261454C2 (ru) | Устройство для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в трехфазной линии электропередачи (варианты) | |
| RU2261452C2 (ru) | Определитель удаленности однофазного замыкания на землю в трехфазной линии электропередачи (варианты) | |
| RU2261453C2 (ru) | Указатель удаленности однофазного замыкания на землю в трехфазной линии электропередачи (варианты) | |
| JP3624190B2 (ja) | 直流用絶縁監視装置 | |
| RU2457593C1 (ru) | Способ построения дистанционной защиты двухконцевой линии и обнаружения места короткого замыкания на ней | |
| RU2175138C1 (ru) | Способ измерения сопротивления изоляции силовой сети электроустановок транспорта под рабочим напряжением и устройство для его реализации | |
| RU2249226C2 (ru) | Способ определения удаленности однофазного замыкания в трехфазной линии электропередачи | |
| RU2186404C1 (ru) | Способы и устройство для определения удаленности однофазного замыкания в трехфазной линии электропередачи (варианты) | |
| RU2310211C1 (ru) | Способ поиска элемента с пониженным сопротивлением изоляции в разветвленной электрической сети постоянного оперативного тока | |
| JPH04220573A (ja) | 低圧系統活線絶縁劣化監視方法 | |
| RU116243U1 (ru) | Устройство определения расстояния до места короткого замыкания на землю проводов воздушных линий напряжением свыше 1000 в, расположенных на опорах контактной сети переменного тока | |
| US1615688A (en) | Metering system | |
| RU2028634C1 (ru) | Способ измерения сопротивления изоляции электрических сетей переменного тока со статическими преобразователями и устройство для его осуществления | |
| Olszowiec | Application of network voltages to insulation monitoring in unearthed AC circuits with rectifiers | |
| RU2244941C2 (ru) | Способ определения удаленности однофазного замыкания в трехфазной линии электропередачи | |
| SU740555A1 (ru) | Устройство дл определени места повреждени т говой сети электрифицированной железной дороги | |
| US1670792A (en) | Method of and apparatus for checking the connections of watt-hour meters to the instrument transformers and to the line | |
| SU1224750A1 (ru) | Устройство дл определени рассто ни до мест однофазных замыканий на землю в электрической сети с незаземленной нейтралью | |
| JPH09304468A (ja) | 平行２回線系統の故障点標定方法 | |
| SU1765785A1 (ru) | Устройство дл измерени сопротивлени изол ции электрических сетей переменного тока |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050930 |