RU2640033C2 - Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети - Google Patents
Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети Download PDFInfo
- Publication number
- RU2640033C2 RU2640033C2 RU2015155475A RU2015155475A RU2640033C2 RU 2640033 C2 RU2640033 C2 RU 2640033C2 RU 2015155475 A RU2015155475 A RU 2015155475A RU 2015155475 A RU2015155475 A RU 2015155475A RU 2640033 C2 RU2640033 C2 RU 2640033C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- conditional
- ground
- resistor
- neutral
- Prior art date
Links
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 title claims abstract description 37
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/20—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Использование: в области электроэнергетики. Технический результат заключается в глубоком снижении дуговых перенапряжений на оборудовании всей сети, снижении потерь в заземляющем устройстве и мощности заземляющего резистора. Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети состоит из заземляющего резистора, включенного между нейтралью сети и условным анодом резисторного симистора, условный катод которого подключен к земле. Между нейтралью трехфазной электрической сети и землей включен емкостный делитель напряжения, состоящий из двух конденсаторов. Параллельно конденсатору, включенному между средней точкой емкостного делителя и землей, подключены выводы первичной обмотки запускающего трансформатора. Первый вывод вторичной обмотки запускающего трансформатора подключен к управляющему электроду резисторного симистора, а второй - к земле. К условным аноду и катоду резисторного симистора подключен защитный нелинейный ограничитель перенапряжений. К трем фазным выводам питающего трансформатора электрической сети подключены фазные нелинейные ограничители перенапряжений, вторые выводы которых подключены к соответствующим условным анодам фазных симисторов, а их условные катоды подключены к земле. Первый вывод вторичной обмотки запускающего трансформатора подключен к трем управляющим электродам фазных симисторов. Параллельно фазным симисторам к их условным анодам и катодам подключены защитные нелинейные ограничители перенапряжений. 2 ил.
Description
Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для ограничения дуговых перенапряжений в распределительных сетях с резистивно заземленной нейтралью.
Известно устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети с малым емкостным током замыкания на землю (ЕТ33), состоящее из постоянного заземляющего/нейтрального резистора (RN), включенного между нейтралью сети и контуром заземления станции/подстанции [Н.Н. Беляков. Перенапряжения от заземляющих дуг в сетях с активным сопротивлением в нейтрали. Труды ВНИИЭ, 1961, вып.11, с. 84-101]. Заземляющий резистор RN выбирается из условия приблизительного равенства ЕТ33 Iс активному току замыкания на землю IR=Uф/RN≅IC=3ωCфUф (где Сф, Uф - фазная емкость и напряжение сети, ω - круговая промышленная частота), обусловленному включением RN в нейтраль электрической сети. Однако установка заземляющего резистора в нейтраль сети приводит к увеличению полного установившегося тока замыкания на землю в режиме устойчивого замыкания, когда повторные замыкания на землю отсутствуют, и в нейтрали сети устанавливается напряжение, близкое по форме к синусоидальному. При типичном выборе резистора из условия IR≅IC (резистивный коэффициент компенсации Kr=IR/IC≅1) увеличение тока замыкания на землю I3 составляет раз .
Повышенный ток замыкания на землю снижает электробезопасность сети, приводит к усиленному разрушающему воздействию дуги и снижению вероятности ее самопогасания.
Известно также устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети [Патент РФ №2454769 от 19.05.2011, МПК Н02Н 9/00. Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети// Качесов В.Е./ БИ №18, 2012], принятое в качестве прототипа, в котором для снижения установившегося тока замыкания предложено использовать импульсно-резистивное заземление нейрали сети. Заземляющий резистор RN подключен к нейтрали питающего трансформатора, образующему нейтраль электрической сети, и условному аноду симистора, условный катод которого подключен к «земле» (контуру заземления станции/подстанции). Между нейтралью питающего трансформатора и землей включен емкостный делитель напряжения. Параллельно его нижнему плечу, т.е. выводам конденсатора, подключенного к земле, подключена первичная обмотка запускающего трансформатора, а выводы вторичной обмотки трансформатора подключены к управляющему электроду симистора и земле. Параллельно симистору включен ограничитель перенапряжений нелинейный (ОПН), защищающий симистор от возможных перенапряжений.
Недостатками этого устройства являются большие потери электрической энергии, большая мощность заземляющего резистора, а также невозможность глубокого ограничения кратковременных дуговых перенапряжений на неповрежденных фазах электрической сети в момент горения заземляющей дуги (при прохождении током замыкания i3(t) вблизи нулевого значения). При первичном пробое изоляции в момент абсолютного максимума фазного напряжения (фаза пробоя ϕ=±90°), изменяющегося по синусоидальному закону (u(t)=Uф,мsin(ωt), Uф.м - фазное амплитудное/максимальное напряжение), напряжение на неповрежденных фазах сети ничем не ограничивается, его амплитуда (Umax) на фазе, опережающей по отношению к поврежденной, приближенно определяется как [Качесов В.Е., Квривишвили Л.В. Распознавание однофазных замыканий в распределительных сетях. - Электричество, 2010, №12, с. 8-18]
В зависимости от параметров сети кратковременные дуговые перенапряжения в момент гашения заземляющей дуги в соответствии с (1) могут достигать значений Umax≅2,2…2,3 Uф.м. Их более глубокое ограничение невозможно посредством только резистивного (высокоомного) заземления нейтрали сети.
Задачей (техническим результатом) является снижение потерь электроэнергии в устройстве, снижение мощности заземляющего резистора, а также глубокое снижение дуговых перенапряжений в электрической сети.
Эта задача достигается тем, что в известном устройстве импульсно-резистивного заземления нейтрали трехфазной электрической сети, которое состоит из заземляющего резистора, включенного между нейтралью сети и условным анодом резисторного симистора, условный катод которого подключен к земле, и емкостного делителя напряжения, включенного между нейтралью трехфазной электрической сети и землей, а также запускающего трансформатора, первичная обмотка которого подключена параллельно конденсатору нижнего плеча емкостного делителя напряжения, первый вывод вторичной обмотки подключен к управляющему электроду резисторного симистора, а второй - к земле, введены цепи ограничения дуговых перенапряжений непосредственно на фазных выводах источника. Первый вывод вторичной обмотки запускающего трансформатора подключен к управляющим электродам трех фазных симисторов, условные катоды которых соединены с землей, а аноды подключены к фазным нелинейным ограничителям перенапряжений. Вторые выводы фазных ОПН подключены к соответствующим фазам питающего электрическую сеть трансформатора. Параллельно фазным симисторам - между их условными анодами и катодами - включены защитные ОПН.
На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства заземления трехфазной электрической сети, а на фиг. 2 - расчетные осциллограммы токов и напряжений в устройстве и сети при неустойчивых дуговых замыканиях на землю.
Устройство заземления (фиг. 1) содержит заземляющий резистор RN (1) и фазные ОПН (2), которые импульсно подключаются к земле и всем выводам питающего трансформатора (3) при неустойчивых замыканиях на землю. К нейтрали сетевой обмотки питающего трансформатора (3) (или к специальному устройству выделения нейтрали) подключен заземляющий резистор RN (1). Последовательно с ним включен резисторный симистор (4), условный анод которого подключен к заземляющему резистору RN, а условный катод соединен с землей. Между нейтралью сети и землей включен емкостный делитель напряжения, образованный конденсаторами С1 (5) и С2 (6). Параллельно нижнему плечу емкостного делителя напряжения (т.е. конденсатору С2 (6)) включена первичная обмотка запускающего трансформатора Т (7). Первый вывод вторичной обмотки запускающего трансформатора подключен к управляющим электродам резисторного (4) и фазных (8) симисторов (на фиг. 1 пронумерованы элементы только одной фазы «А»). Второй вывод вторичной обмотки запускающего трансформатора соединен с землей. Между условными анодами фазных симисторов (8) и фазными выводами питающего трансформатора включены фазные ОПН (2). Параллельно всем симисторам (между условными анодами и катодами) включены защитные ОПН (9).
На фиг. 2 приведены расчетные осциллограммы, поясняющие работу устройства, полученные моделированием переходного процесса, возникающего при многократном однофазном дуговом замыкании на землю в трехфазной распределительной сети, оснащенной предлагаемым устройством заземления.
Предлагаемое устройство работает следующим образом при ограничении дуговых перенапряжений до уровня Uопр=1,8 Uфм. Сопротивление заземляющего резистора RN выбирают из условия снижения напряжения на нейтрали сети, возникающего после погасания заземляющей дуги, до уровня, при котором максимальное фазное напряжение промышленной частоты (U~огр.mах) на неповрежденных фазах будет на 15% меньше остающегося напряжения на фазных ОПН при токе 100 А Uост.ф.ОПН.100=Uогр=1,8 Uфм и коэффициенте нелинейности варисторов ОПН в области ограничения коммутационных перенапряжений, равном α=(log(U2)-log(U1))/(log(I2)-log(I1))≅0,04, где U2,U1,I2,I1 - соответствующие пары остающихся напряжений и токов на вольт-амперной характеристике ОПН (U2>U1, I2>I1).
Максимальное напряжение промышленной частоты на неповрежденных фазах при первичном пробое фазной изоляции определяется как
где UN0 - напряжение на нейтрали сети после гашения заземляющей дуги, ограниченное ОПН.
Исходя из требования снижения максимального напряжения промышленной частоты до уровня 0,85⋅1,8 UфМ рассчитывается сопротивление заземляющего резистора RN с учетом времени достижения максимума напряжения (промышленной частоты), составляющего для опережающей по отношению к поврежденной фазе tз=π/(3ω):
Для уровня ограничения дуговых перенапряжений Uогр=1,8 Uфм в соответствии с (2) принимается сопротивление заземляющего резистора , при этом . Для уровня .
После гашения заземляющей дуги в момент перехода тока замыкания через нуль на нейтрали сети быстро нарастает напряжение (uN) (фиг. 2). Под действием крутого фронта напряжения на нейтрали сети (uN) в контуре, образованном емкостным делителем C1 (5) - С2 (6) и трансформатором Т (7) (фиг. 1), возникает переходный процесс. Напряжение (uзап), появляющееся на выводах вторичной обмотки трансформатора и прикладываемое между управляющими электродами и условными катодами всех симисторов, достаточно для их отпирания (фиг. 2). Открытие фазных симисторов (8) приводит к подключению к выводам питающего трансформатора сети фазных ОПН (2). Через фазные ОПН неповрежденных фаз (на фиг. 2 это фазы "А" и "В") в силу больших фазных напряжений кратковременно протекают токи (iОПНА и iОПНВ), снижающие дуговые перенапряжения. Открытие резисторного симистора (4) приводит к заземлению резистора RN и снижению напряжения на нейтрали сети (uN). Защитные ОПН (9), установленные параллельно симисторам (фиг. 1), предохраняют их от возможных перенапряжений в сети.
Таким образом, при однофазных замыканиях на землю дуговые перенапряжения в электрической сети эффективно подавляются импульсно подключаемыми фазными ОПН (2) и заземляющим резистором RN (1) (фиг. 1). По сравнению с прототипом, где применяется только резистивное заземление нейтрали сети, уровень ограничения дуговых перенапряжений снижается на ~22% при Kr=0,78.
При многократных дуговых замыканиях на землю в силу ухудшения диэлектрических свойств участка сети с дефектной изоляцией процесс замыкания на землю со временем часто приближается по характеру к устойчивому замыканию. В силу плавного (близкого к синусоидальному) изменения напряжения на нейтрали сети, его малой производной и недостаточного напряжения uзап симисторы находятся в закрытом состоянии, исключая разогрев заземляющего резистора RN (1) и фазных ОПН (2).
В высоковольтных сетях в некоторых случаях может потребоваться последовательное включение нескольких симисторов в силу возможной ограниченности их рабочего напряжения. В этом случае количество изолированных друг от друга вторичных обмоток запускающего трансформатора Т соответствует количеству последовательно включенных симисторов, защищенных ограничителями перенапряжений нелинейными [прототип].
Таким образом, предлагаемое устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети автоматически - посредством фазных симисторов - подключает фазные ОПН к выводам питающего трансформатора при дуговых (неустойчивых) замыканиях на землю, глубоко снижая дуговые перенапряжения на неповрежденных фазах. Заземляющий (нейтральный) резистор может выполняться с большим сопротивлением, а требуемый коэффициент резистивной компенсации Kr соответственно становится меньшим, что снижает потери энергии в заземляющем устройстве при неустойчивых дуговых замыканиях. Ввиду большего сопротивления заземляющего резистора снижается его рассеиваемая мощность.
Claims (1)
- Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети, состоящее из заземляющего резистора, включенного между нейтралью сети и условным анодом резисторного симистора, условный катод которого подключен к земле, между нейтралью трехфазной электрической сети и землей включен емкостный делитель напряжения, состоящий из двух конденсаторов, параллельно конденсатору, включенному между средней точкой емкостного делителя и землей, подключены выводы первичной обмотки запускающего трансформатора, первый вывод вторичной обмотки запускающего трансформатора подключен к управляющему электроду резисторного симистора, а второй - к земле, к условным аноду и катоду резисторного симистора подключен защитный нелинейный ограничитель перенапряжений, отличающееся тем, что к трем фазным выводам питающего трансформатора электрической сети дополнительно подключены фазные нелинейные ограничители перенапряжений, вторые выводы которых подключены к соответствующим условным анодам фазных симисторов, а их условные катоды подключены к земле, первый вывод вторичной обмотки запускающего трансформатора подключен к трем управляющим электродам фазных симисторов, параллельно фазным симисторам к их условным анодам и катодам подключены защитные нелинейные ограничители перенапряжений.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015155475A RU2640033C2 (ru) | 2015-12-23 | 2015-12-23 | Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015155475A RU2640033C2 (ru) | 2015-12-23 | 2015-12-23 | Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015155475A RU2015155475A (ru) | 2017-06-27 |
RU2640033C2 true RU2640033C2 (ru) | 2017-12-26 |
Family
ID=59240470
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015155475A RU2640033C2 (ru) | 2015-12-23 | 2015-12-23 | Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2640033C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU194369U1 (ru) * | 2019-06-17 | 2019-12-09 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2216086C1 (ru) * | 2002-02-19 | 2003-11-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-изыскательский институт "Теплоэлектропроект" | Устройство для ограничения токов несимметричных коротких замыканий в многофазной высоковольтной сети |
CN201345536Y (zh) * | 2009-01-22 | 2009-11-11 | 广东省电力工业局试验研究所 | 一种变压器中性点阻容混合型抑制直流装置 |
RU2454769C1 (ru) * | 2011-05-19 | 2012-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭНЕРГОКОНСАЛТ" | Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети |
RU117738U1 (ru) * | 2011-12-23 | 2012-06-27 | Ооо Научно-Производственное Предприятие "Энергоконсалт" | Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети |
-
2015
- 2015-12-23 RU RU2015155475A patent/RU2640033C2/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2216086C1 (ru) * | 2002-02-19 | 2003-11-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-изыскательский институт "Теплоэлектропроект" | Устройство для ограничения токов несимметричных коротких замыканий в многофазной высоковольтной сети |
CN201345536Y (zh) * | 2009-01-22 | 2009-11-11 | 广东省电力工业局试验研究所 | 一种变压器中性点阻容混合型抑制直流装置 |
RU2454769C1 (ru) * | 2011-05-19 | 2012-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭНЕРГОКОНСАЛТ" | Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети |
RU117738U1 (ru) * | 2011-12-23 | 2012-06-27 | Ооо Научно-Производственное Предприятие "Энергоконсалт" | Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU194369U1 (ru) * | 2019-06-17 | 2019-12-09 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015155475A (ru) | 2017-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2454769C1 (ru) | Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети | |
RU2741790C2 (ru) | Система ограничения перенапряжений для среднего и высокого напряжения | |
EP2625581B1 (en) | High voltage high current regulator circuit | |
US9520713B2 (en) | Fast switch fault current limiter | |
RU2342756C1 (ru) | Способ ограничения перенапряжений в электросетях | |
CA3000574C (en) | Mechatronic circuit-breaker device | |
CN202197100U (zh) | 变压器中性点接地保护装置 | |
RU117738U1 (ru) | Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети | |
RU2640033C2 (ru) | Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети | |
Kaiser et al. | Safety considerations for the operation of bipolar DC-grids | |
CN103269058A (zh) | 一种可控间隙及基于该可控间隙实现110kv变压器中性点的保护装置及方法 | |
Munir et al. | Application of surge arrester on vacuum circuit breaker | |
CN111313394B (zh) | 一种用于限制弧光接地过电压的方法 | |
Woodworth | Externally gapped line arresters a critical design review | |
RU194369U1 (ru) | Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети | |
JP6704539B1 (ja) | 遮断装置 | |
Seyedi et al. | Limitation of transmission line switching overvoltages | |
Lu et al. | Research on current distribution test of neutral-bus arresters multicolumn parallel connected in converter station | |
Koeppl et al. | New aspects for neutral grounding of generators considering intermittent faults | |
JP7258195B1 (ja) | 避雷器、保護システム及び電力システム | |
Halász et al. | Investigation of terrain effects on PPAG breakdown characteristics | |
Parvizi et al. | Sensitivity analysis of TRV in TCSC compensated transmission lines during fault clearing by line CB | |
Ravishankar et al. | Control of switching surges due to energization of 765kV UHV transmission line | |
Tavakoli et al. | Influence of terminal components for suppression of high-frequency transients in GIS | |
Hackl et al. | Switching overvoltages caused by shunt reactor switching and mitigation methods |