RU2481687C1 - Устройство для защиты от замыкания на землю в сети с компенсированной нейтралью - Google Patents

Устройство для защиты от замыкания на землю в сети с компенсированной нейтралью Download PDF

Info

Publication number
RU2481687C1
RU2481687C1 RU2012114667A RU2012114667A RU2481687C1 RU 2481687 C1 RU2481687 C1 RU 2481687C1 RU 2012114667 A RU2012114667 A RU 2012114667A RU 2012114667 A RU2012114667 A RU 2012114667A RU 2481687 C1 RU2481687 C1 RU 2481687C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
input
zero
network
transformer
Prior art date
Application number
RU2012114667A
Other languages
English (en)
Inventor
Станислав Иванович Головко
Original Assignee
Станислав Иванович Головко
Filing date
Publication date
Application filed by Станислав Иванович Головко filed Critical Станислав Иванович Головко
Application granted granted Critical
Publication of RU2481687C1 publication Critical patent/RU2481687C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к области релейной защиты и может быть использовано для защиты от замыканий на землю линий, подключенных к сетям с компенсированной нейтралью. Технический результат - обеспечение наложения оперативного тока через вторичные обмотки трансформатора напряжения и селективной работы защиты при перемежающихся дуговых замыканиях на землю. Для этого заявленное устройство содержит источник оперативного тока 25 Гц, фильтры тока нулевой последовательности, установленные на каждой линии сети, и избирательные органы, подключенные к фильтрам тока нулевой последовательности, причем источник оперативного тока 25 Гц подключен через последовательно соединенные конденсатор и дроссель к разомкнутому треугольнику 1-го трансформатора напряжения нулевой последовательности или к вторичным обмоткам однофазного ТН или группы из нескольких однофазных ТН, высоковольтные обмотки которых подключены между нейтральной точкой сети и землей, причем вторичные обмотки ТН могут быть соединены как последовательно, так и параллельно, а каждый избирательный орган включает рабочий канал, вход которого подключен к фильтру тока нулевой последовательности, и тормозной канал, вход которого подключен к разомкнутому треугольнику 2-го трансформатора напряжения нулевой последовательности, причем выходы рабочего и тормозного каналов подключены к входам сумматора, выход которого подключен к выходному органу. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к области релейной защиты и может быть использовано для защиты от замыканий на землю линий, подключенных к сетям с компенсированной нейтралью. Возможно его использование для защиты генераторов, подключенных к сетям с изолированной и компенсированной нейтралью.
Известно устройство для защиты от замыканий на землю компенсированных сетей УСЗ-2/2, реагирующее на абсолютное значение естественных высших гармоник тока нулевой последовательности [Чернобровов Н.В. Релейная защита. - М.: Энергия. 1974, 347 с.].
Недостатком этого устройства является возможность отказов или ложной работы. Это обусловлено тем, что абсолютное значение естественных высших гармоник - крайне нестабильная величина, которая сильно зависит от суммарного емкостного тока сети и от вида потребителей - источников высших гармоник. Поэтому в разных сетях абсолютное значение высших гармоник может сильно отличаться. Даже в одной сети высшие гармоники могут быть различными в разное время суток.
Известно устройство для защиты от замыкания на землю в сети с компенсированной нейтралью [А.с. СССР №1145401, Н02Н 3/17, БИ №10, 1985], выбранное в качестве прототипа. Это устройство основано на наложении оперативного тока 25 Гц. Оно содержит электромагнитный делитель частоты с дополнительной катушкой индуктивности в цепи контурной обмотки, выход которого подключен к дугогасящему реактору, и частотно-избирательные органы, подключенные к трансформаторам тока нулевой последовательности защищаемых присоединений, к выходам которых подключены реагирующие органы.
Недостатки этого устройства состоят в следующем.
- Источник оперативного тока включается последовательно с силовой обмоткой дугогасящего реактора, т.е. в главную схему сети, что снижает надежность сети.
- Источник оперативного тока должен быть рассчитан на длительное протекание по нему тока силовой обмотки дугогасящего реактора, из-за чего увеличивается его вес, габариты, стоимость.
- Данная защита работает селективно только при устойчивом замыкании на землю. При перемежающемся дуговом замыкании (п.д.з.) она работает неселективно. Это объясняется тем, что эта защита реагирует на абсолютное значение составляющей с частотой 25 Гц в токе нулевой последовательности защищаемого присоединения. При устойчивом замыкании на землю ток с частотой 25 Гц, обусловленный источником оперативного тока, протекает только по поврежденному присоединению. Поэтому защита срабатывает только на поврежденном присоединении. При п.д.з. токи нулевой последовательности всех присоединений, в том числе неповрежденных, имеют резко выраженную несинусоидальную форму, т.е. содержат гармоники с частотами от единиц до тысяч Гц, в том числе гармонику с частотой 25 Гц. Амплитуда последней может значительно превышать ток срабатывания защиты на частоте 25 Гц, что приводит к ложной работе защит на неповрежденных присоединениях [Вайнштейн Р.А., Головко С.И. О гармоническом составе токов нулевой последовательности в сетях с компенсацией емкостных токов при замыканиях на землю через перемежающуюся дугу // Изв. вузов. Сер. Энергетика. 1978, №12, с.14].
Задачи изобретения состоят в том, чтобы обеспечить наложение оперативного тока через вторичные обмотки трансформаторов напряжения и обеспечить селективность защиты при перемежающихся дуговых замыканиях.
Решение поставленных задач достигается тем, что в устройстве для защиты от замыкания на землю в сети с компенсированной нейтралью, основанном на наложении оперативного тока с частотой 25 Гц, содержащем источник оперативного тока 25 Гц, фильтры тока нулевой последовательности, установленные на каждой линии сети, и избирательные органы, подключенные к фильтрам тока нулевой последовательности, источник оперативного тока 25 Гц подключен через последовательно соединенные конденсатор и дроссель к разомкнутому треугольнику 1-го трансформатора напряжения нулевой последовательности или к вторичным обмоткам однофазного ТН или группы из нескольких однофазных ТН, высоковольтные обмотки которых подключены между нейтральной точкой сети и землей, причем вторичные обмотки ТН могут быть соединены как последовательно, так и параллельно, а каждый избирательный орган включает рабочий канал, вход которого подключен к фильтру тока нулевой последовательности, и тормозной канал, вход которого подключен к разомкнутому треугольнику 2-го трансформатора напряжения нулевой последовательности, причем выходы рабочего и тормозного каналов подключены к входам сумматора, выход которого подключен к выходному органу. Рабочий канал включает 1-ый входной трансформатор, первичная обмотка которого подключена к фильтру тока нулевой последовательности, а вторичная обмотка - к входу 1-го частотно-избирательного усилителя, к выходу которого подключен вход 1-го выпрямителя. Тормозной канал включает 2-ой входной трансформатор, первичная обмотка которого подключена к разомкнутому треугольнику 2-го трансформатора напряжения нулевой последовательности, а вторичная обмотка - к дифференцирующей C-R цепи, к выходу которой подключен вход 2-го частотно-избирательного усилителя, к выходу которого подключен вход 2-го выпрямителя.
Заявленное выполнение устройства обеспечивает наложение оперативного тока без вмешательства в главную схему сети. Это достигнуто благодаря подключению источника оперативного тока через последовательно-соединенные конденсатор и дроссель к разомкнутому треугольнику 1-го трансформатора напряжения нулевой последовательности или к вторичным обмоткам однофазного ТН или группы из нескольких однофазных ТН, высоковольтные обмотки которых подключены между нейтральной точкой сети и землей, причем вторичные обмотки ТН могут быть соединены как последовательно, так и параллельно. Заявленное выполнение устройства обеспечивает также правильную работу защиты при перемежающихся дуговых замыканиях на землю. Это достигнуто благодаря тому, что избирательный орган включает рабочий канал, вход которого подключен к фильтру тока нулевой последовательности, и тормозной канал, вход которого подключен к разомкнутому треугольнику 2-го трансформатора напряжения нулевой последовательности, причем выходы рабочего и тормозного каналов подключены к входам сумматора, выход которого подключен к выходному органу. Благодаря использованию тормозного канала обеспечивается селективная работа избирательного органа при п.д.з.
На фиг.1 представлена упрощенная схема компенсированной сети, блок-схема заявляемого устройства и его подключение к сети для случая, когда источник оперативного тока подключен к разомкнутому треугольнику 1-го трансформатора напряжения нулевой последовательности. Схема компенсированной сети включает сборные шины 1, трансформатор 2, к нейтрали которого подключен дугогасящий реактор 3. В качестве примера показана одна отходящая линия 4. К фильтру тока нулевой последовательности 5 защищаемой линии подключен рабочий канал 6, входящий в состав избирательного органа 7.
Наложение на сеть оперативного тока с частотой 25 Гц делается через 1-ый трансформатор напряжения нулевой последовательности 8. Источник оперативного тока 25 Гц 9 подключен к разомкнутому треугольнику 8 через конденсатор 10 и дроссель 11, которые настроены в резонанс на частоте 25 Гц. В качестве 9 может использоваться электромагнитный параметрический делитель частоты.
При настройке конденсатора 10 и дросселя 11 в резонанс на частоте 25 Гц
Figure 00000001
где
Figure 00000002
- модуль емкостного сопротивления конденсатора на частоте 25 Гц;
Figure 00000003
- модуль индуктивного сопротивления дросселя на частоте 25 Гц. Поскольку сопротивление конденсатора - емкостное, а сопротивление дросселя - индуктивное, они уничтожают друг друга. При этом сопротивление фильтра, составленного из 10 и 11, является активным. Его величина зависит от активных потерь в 10 и 11, т.е. от добротности фильтра D
Figure 00000004
. Значения вторичного тока 25 Гц
Figure 00000005
и первичного тока
Figure 00000006
накладываемого на сеть, зависят от напряжения 25 Гц U25 на выходе 9 и от сопротивления цепи наложения на частоте 25 Гц
Figure 00000007
где
Figure 00000008
- продольное сопротивление 8 на частоте 25 Гц. Величиной
Figure 00000009
ввиду ее малости можно пренебречь. Тогда
Figure 00000010
На частоте 50 Гц напротив можно пренебречь активными потерями в 10 и 11. Тогда
Figure 00000011
В последней формуле учтено, что с ростом частоты сопротивление дросселя 11 увеличивается, а сопротивление конденсатора 10 уменьшается. Как правило, D=15÷20. Таким образом, благодаря резонансной настройке 10 и 11 на частоте 25 Гц
Figure 00000012
много меньше, чем
Figure 00000013
Благодаря этому минимизируется мощность источника оперативного тока 9 и эффективно уменьшается ток 50 Гц, протекающий по цепи 11-10-9 при замыкании на землю, когда на выходе разомкнутого треугольника появляется напряжение 100 В, 50 Гц.
Максимальное значение
Figure 00000014
которое можно наложить на сеть, определяется максимально допустимым током высоковольтной обмотки I1доп одного однофазного трансформатора напряжения (ТН) и числом ТН. Следовательно, через трансформатор напряжения нулевой последовательности, состоящий из 3-х однофазных ТН, можно наложить предельное значение
Figure 00000015
.
Если в сети имеется доступ к нейтрали, то оперативный ток можно накладывать через один или несколько однофазных ТН, высоковольтные обмотки которых подключены между нейтралью сети и землей. Число n однофазных ТН зависит от требуемого значения
Figure 00000016
и от I1доп и определяется выражением
Figure 00000017
.
На фиг.2 источник оперативного тока 9 подключен через один однофазный трансформатор напряжения 12, высоковольтная обмотка которого подключена между нейтральной точкой сети и землей. Для подключения 9 может быть использована основная или дополнительная вторичные обмотки или обе обмотки. На фиг.2 приведен случай, когда источник тока 9 подключен к обеим последовательно-соединенным вторичным обмоткам. Для одного ТН
Figure 00000018
.
На фиг.3 источник оперативного тока подключен через 2 однофазных трансформатора напряжения 13 и 14. При использовании 2-х и более ТН у каждого ТН также может быть использована основная или дополнительная вторичные обмотки или обе обмотки. При этом между собой вторичные обмотки разных ТН могут быть соединены как последовательно, так и параллельно. На фиг.3 приведен случай, когда у 13 и 14 используются основная и дополнительная обмотки, при этом вторичные обмотки 13 и 14 соединены параллельно. Для 2-х TH
Figure 00000019
.
Увеличением числа ТН можно обеспечить любое значение оперативного тока.
Рабочий канал 6 включает: 1-ый входной трансформатор 15, 1-ыи частотно-избирательный усилитель 16, 1-ый выпрямитель 17. На вход 16 подается сигнал UP, пропорциональный току нулевой последовательности защищаемой линии I0 UP=K1 I0, где K1 - коэффициент пропорциональности, величина которого определяется сопротивлением шунта 18, коэффициентами трансформации 5 и 15.
Тормозной канал 19 включает: 2-ой входной трансформатор 20, дифференцирующую цепь, образованную конденсатором 21 и резистором 22, 2-ой частотно-избирательный усилитель 23, 2-ой выпрямитель 24. Тормозной сигнал UT на входе 23 имеет форму емкостного тока. Это обусловлено тем, что UT получен посредством дифференцирования напряжения нулевой последовательности, снимаемого со 2-го трансформатора напряжения нулевой последовательности 25. При этом параметры 21 и 22 выбираются так, чтобы тормозной сигнал UT был равен рабочему сигналу UP, который имеет место при внешнем замыкании на землю, когда ток нулевой последовательности равен собственному емкостному току защищаемой линии IC UT=UP=K1 IC.
Частотно-избирательные усилители 16 и 23 выделяют составляющую с частотой 25 Гц. Они идентичны, т.е. имеют одинаковый коэффициент передачи на частоте 25 Гц K25. Напряжение на выходе 17 имеет положительный знак, а напряжение на выходе 24 - отрицательный. С учетом этого
Figure 00000020
и
Figure 00000021
где
Figure 00000022
- составляющая с частотой 25 Гц в токе нулевой последовательности защищаемой линии,
Figure 00000023
- составляющая с частотой 25 Гц в собственном емкостном токе защищаемой линии. Тогда напряжение на выходе сумматора 26
Figure 00000024
где K2=K25 K1 - коэффициент пропорциональности.
Напряжение UΣ подается на вход выходного органа 27, в котором формируется сигнал на отключение линии.
Из (1) следует, что избирательный орган реагирует на разность между гармоникой 25 Гц в токе нулевой последовательности защищаемой линии
Figure 00000025
и гармоникой 25 Гц в собственном емкостном токе этой линии
Figure 00000026
. При этом величина
Figure 00000027
формируется из напряжения нулевой последовательности, поэтому она не зависит от того, внешним или внутренним является замыкание на землю по отношению к рассматриваемой линии. Величина
Figure 00000028
формируется из тока нулевой последовательности, поэтому она зависит от того, внешним или внутренним является замыкание на землю. При внешнем замыкании
Figure 00000029
, поэтому UΣ=0, чему соответствует несрабатывание защиты. При внутреннем замыкании
Figure 00000030
, поэтому защита срабатывает.
Работу защиты при металлическом и перемежающемся дуговом замыкании рассмотрим с помощью фиг.4 и фиг.5 соответственно, на которых: 28 - емкость поврежденной линии, 29 - емкость выделенной неповрежденной линии, 30 - эквивалентная емкость всех остальных неповрежденных линий. Рассмотрение сделаем для случая, когда оперативный ток накладывается через трансформатор напряжения нулевой последовательности 8. При наложении оперативного тока по фиг.2 или фиг.3 защита работает аналогично.
Металлическое замыкание
При металлическом замыкании ток
Figure 00000031
, вырабатываемый 9, протекает через место замыкания, т.е. только по поврежденной линии, поэтому в этой линии
Figure 00000032
. Для определенности примем, что номинальное напряжение сети составляет 10 кВ. У отечественных заземляемых ТН-10 кВ I1доп=0,1 А, следовательно, через ТННП, состоящий из 3-х однофазных ТН, можно наложить
Figure 00000033
. Таким образом, в рассматриваемом случае в поврежденной линии
Figure 00000034
.
В неповрежденной линии
Figure 00000035
.
В напряжении U0 составляющая 25 Гц равна нулю, т.к. напряжение 25 Гц U25, вырабатываемое 9, полностью выделяется на сопротивлении цепи наложения. Поэтому величина
Figure 00000036
, формируемая из U0 в тормозном канале 19, равна нулю как в поврежденной, так и в неповрежденной линиях. Согласно (1) на поврежденной линии UΣ=K2×0,3 А, на неповрежденной UΣ=0. Уставка выходного органа 27 составляет UCP=K2×0,1 А, из чего следует, что на поврежденной линии выходной орган сработает, а на неповрежденной нет.
Перемежающееся дуговое замыкание
При п.д.з. гармонический состав всех электрических величин и амплитуды гармоник зависят от пробивного напряжения, длительности токовой паузы и расстройки компенсации, которая была в сети в момент возникновения п.д.з., при этом гармоника с частотой 25 Гц в напряжении нулевой последовательности находится в пределах
Figure 00000037
, где UФ - фазное напряжение сети [Головко С.И., Вайнштейн Р.А., Албул В.Н. Условия селективной работы защит с наложением контрольного тока при перемежающихся дуговых замыканиях // Изв. вузов. Сер. Энергетика. 1988, №7, с.22].
Рассматриваемое устройство реагирует на составляющую 25 Гц входных сигналов, поэтому на фиг.5 в место возникновения дуги включен источник
Figure 00000038
, а не источник полного напряжения нулевой последовательности U0. Напряжение
Figure 00000039
обусловливает во всех линиях и дугогасящем реакторе 3 токи 25 Гц, показанные стрелочными линиями. Оперативный ток 25 Гц, обусловленный 9, при этом рассмотрении не учитывается, т.к. он мал по сравнению с гармоникой 25 Гц, источником которой является п.д.з.
Как и при металлическом замыкании, поведение выходного органа защиты при п.д.з. определяется величиной напряжения на выходе сумматора
Figure 00000040
Согласно фиг.5 на поврежденной линии
Figure 00000041
Величина
Figure 00000042
формируется из напряжения нулевой последовательности и для всех линий, в том числе для поврежденной, эта величина равна составляющей 25 Гц, соответствующей собственному емкостному току, т.е.
Figure 00000043
. Из фиг.5 с помощью несложных преобразований можно найти, что
Figure 00000044
,
где ICΣ - суммарный емкостный ток сети на промышленной частоте.
Из последнего выражения следует, что
Figure 00000045
тем меньше, чем меньше
Figure 00000046
и ICΣ. Чтобы утяжелить условия для срабатывания защиты, примем минимальные значения
Figure 00000047
и
Figure 00000048
и ICΣ=20 A (20 А - минимальное значение ICΣ, при котором в сетях 6-10кВ делается компенсация). После подстановки в (2) получим UΣ=K2×0,9 А, что в 9 раз превышает напряжение срабатывания выходного органа UCP=102×0,1 А. Таким образом, даже при самой неблагоприятной дуге защита на поврежденной линии надежно сработает.
На неповрежденной линии согласно фиг.5
Figure 00000049
Величина
Figure 00000050
имеет такое же значение
Figure 00000051
, поэтому в соответствии с (2) UΣ=0, что означает несрабатывание защиты.

Claims (3)

1. Устройство для защиты от замыкания на землю в сети с компенсированной нейтралью, основанное на наложении оперативного тока с частотой 25 Гц, содержащее источник оперативного тока 25 Гц, фильтры тока нулевой последовательности, установленные на каждой линии сети, и избирательные органы, подключенные к фильтрам тока нулевой последовательности, отличающееся тем, что источник оперативного тока 25 Гц подключен через последовательно-соединенные конденсатор и дроссель к разомкнутому треугольнику 1-го трансформатора напряжения нулевой последовательности или к вторичным обмоткам однофазного ТН или группы из нескольких однофазных ТН, высоковольтные обмотки которых подключены между нейтральной точкой сети и землей, причем вторичные обмотки ТН могут быть соединены как последовательно, так и параллельно, а каждый избирательный орган включает рабочий канал, вход которого подключен к фильтру тока нулевой последовательности, и тормозной канал, вход которого подключен к разомкнутому треугольнику 2-го трансформатора напряжения нулевой последовательности, причем выходы рабочего и тормозного каналов подключены к входам сумматора, выход которого подключен к выходному органу.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочий канал включает 1-й входной трансформатор, первичная обмотка которого подключена к фильтру тока нулевой последовательности, а вторичная обмотка - к входу 1-го частотно-избирательного усилителя, к выходу которого подключен вход 1-го выпрямителя.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тормозной канал включает 2-й входной трансформатор, первичная обмотка которого подключена к разомкнутому треугольнику 2-го трансформатора напряжения нулевой последовательности, а вторичная обмотка - к дифференцирующей C-R цепи, к выходу которой подключен вход 2-го частотно-избирательного усилителя, к выходу которого подключен вход 2-го выпрямителя.
RU2012114667A 2012-04-12 Устройство для защиты от замыкания на землю в сети с компенсированной нейтралью RU2481687C1 (ru)

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011150095 Previously-Filed-Application 2011-12-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2481687C1 true RU2481687C1 (ru) 2013-05-10

Family

ID=

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104142452A (zh) * 2014-07-28 2014-11-12 国家电网公司 基于两个单相电压互感器提取配电网单相接地时的零序电压的方法
RU2764003C1 (ru) * 2021-06-11 2022-01-12 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" Способ защиты от перемежающегося дугового замыкания в электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104142452A (zh) * 2014-07-28 2014-11-12 国家电网公司 基于两个单相电压互感器提取配电网单相接地时的零序电压的方法
CN104142452B (zh) * 2014-07-28 2016-09-28 国家电网公司 基于两个单相电压互感器提取配电网单相接地时的零序电压的方法
RU2764003C1 (ru) * 2021-06-11 2022-01-12 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" Способ защиты от перемежающегося дугового замыкания в электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Baitha et al. A comparative analysis of passive filters for power quality improvement
CN103597692B (zh) 用于中压或高压应用的补偿系统
JP6516942B1 (ja) 電力変換装置
Ballal et al. Interturn faults detection of transformers by diagnosis of neutral current
EP2599180B1 (en) The apparatus compensating ground currents connected to phase conductors of a distribution system
CN110383657A (zh) 有源补偿电路和系统
EP2599179B1 (en) The apparatus compensating ground currents connected to a transformer neutral point
GB2397445A (en) Power transmission circuits
NL2019182B1 (en) Power grid and flexible current transmission system forming part thereof
JP2009273355A (ja) 電力伝送のための装置
US11056883B1 (en) System and method for implementing a zero-sequence current filter for a three-phase power system
Khan et al. Analysis of ferroresonance suppression and transient response performances for various ferroresonance suppression circuits in capacitive voltage transformers
JP5508104B2 (ja) サージ試験回路
RU2481687C1 (ru) Устройство для защиты от замыкания на землю в сети с компенсированной нейтралью
EP4087082A1 (en) Zero-sequence current balancer with a real power injector for a three-phase power system
CN104521129B (zh) 扼流器上的并联的逆变器
Tatro et al. Power line carrier interference from HVDC converter terminals
Nimkar et al. Over-flux protection of the transformer
Nandi et al. Investigation of THD on a 12-pulse HVDC transmission network and mitigation of harmonic currents using passive filters
JP2022021322A (ja) Ｄｃフィルタデバイス
RU2402130C1 (ru) Устройство для защиты от замыканий на землю в сетях с компенсацией емкостного тока
Ganesh et al. High frequency power distribution unit (HFPDU) for MRI systems
RU2335082C1 (ru) Электромагнитный компенсатор гармоник
KR20190019764A (ko) 고조파 차단 기능을 제공하는 중성점 접지 장치 및 그의 제조 방법
US20170170657A1 (en) Zero Sequence, Fifth Harmonic Filter for Five-phase Power Distribution System