RU2653510C1 - Способ компенсации тока однофазного замыкания - Google Patents
Способ компенсации тока однофазного замыкания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2653510C1 RU2653510C1 RU2016151532A RU2016151532A RU2653510C1 RU 2653510 C1 RU2653510 C1 RU 2653510C1 RU 2016151532 A RU2016151532 A RU 2016151532A RU 2016151532 A RU2016151532 A RU 2016151532A RU 2653510 C1 RU2653510 C1 RU 2653510C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- capacitor
- reactors
- reactor
- grounded
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 23
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 6
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective 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
- H02H9/08—Limitation or suppression of earth fault currents, e.g. Petersen coil
-
- 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
- H02H3/16—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 fault current to earth, frame or mass
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электросетях с несимметричными значениями фазной емкости. Технический результат - повышение безопасности за счет снижения токов однофазного замыкания и токов в контуре нулевой последовательности в нормальном режиме, повышение надежности электросети за счет снижения максимальных величин дуговых перенапряжений в условиях несимметрии фазных емкостей электросети. Способ компенсации тока однофазного замыкания заключается в том, что фазы электросети заземляются через соединенные вместе реакторы и конденсаторы. Параметры элементов выбирают из условия резонансной настройки суммарного сопротивления реактора и конденсатора с фазной емкостью электросети. При этом возможно заземление каждой фазы через последовательно включенные реактор и конденсатор либо подключение к электросети реакторов по схеме звезда с нейтралью, заземленной через конденсатор. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для одновременного снижения тока однофазного замыкания, уровня перенапряжений, а также тока в контуре нулевой последовательности в нормальном режиме в электросетях с несимметричными значениями фазной емкости.
Известен способ компенсации тока однофазного замыкания, реализованный в устройстве для компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью (RU 2549974, МПК H02H 3/00, опубл. 10.04.15), согласно которому к фазам сети подключаются реакторы, соединенные по схеме «зигзаг», а их нейтральная точка заземляется через еще один реактор и резистор. При этом все реакторы располагаются на одном четырехстержневом магнитопроводе.
Известен способ компенсации тока однофазного замыкания [Брунав Я.П. Судовые электрические сети / Я.П. Брунав, Ю.Г. Татьянченко. - Л., «Судостроение». - 1982. - 231 с., с. 138, рис. 4.1], который заключается в заземлении нейтрали через реактор, с использованием конденсаторов.
Способы основаны на том, что при однофазных замыканиях создается индуктивный ток, протекающий через реактор. Индуктивный ток реактора компенсирует емкостной ток в месте замыкания фазы на землю, обусловленный фазной емкостью сети. В результате этого ток замыкания снижается до безопасного значения.
Недостаток вышеописанных решений заключается в том, что эффект достигается только при симметричных значениях фазных емкостей электросети. Известно, что для получения защитного эффекта индуктивность реактора должна быть настроена в резонанс с фазными емкостями электросети. При этом считается, что емкости симметричны. В реальных электросетях это условие обычно не выполняется. Поэтому точная настройка индуктивности в резонанс с фазной емкостью не осуществима без дополнительных мероприятий по симметрированию фазных емкостей. Недостатки также связаны с тем, что при несимметрии фазных емкостей образуется контур нулевой последовательности, в котором возникает резонанс напряжений. Это приводит к увеличению тока, протекающего в этом контуре через заземленные корпусы оборудования и землю, что сказывается на интенсивности износа металлических конструкций, имеющих отношение к электросети, а также на электробезопасности.
Помимо этого из-за несимметрии фазных емкостей возникает напряжение смещения нейтрали по переменному потенциалу, что приводит к увеличению дуговых перенапряжений, которые, в свою очередь, могут стать причиной возникновения опасных феррорезонансных процессов.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ заземления нейтрали (RU 2516437, МПК H02H 3/20, H02H 9/04, опубл. 20.05.2014). Согласно этому способу нейтраль сети заземляется при помощи конденсаторов и реактора, активное сопротивление которого выбрано с учетом его нелинейности таким образом, что исключается возможность возникновения феррорезонансных процессов.
Недостатком такого способа является то, что в случае несимметрии фазных емкостей электросети часть тока однофазного замыкания останется нескомпенсированным. Помимо этого при несимметрии фазных емкостей в контуре нулевой последовательности появится ток, протекающий через металлические заземленные корпуса оборудования, а дуговые перенапряжения будут увеличены из-за возникновения напряжения смещения нейтрали по переменному потенциалу.
Задача изобретения заключается в повышении безопасности электросетей с несимметричными величинами фазных емкостей за счет снижения токов однофазных замыканий при одновременном снижении тока в контуре нулевой последовательности, а также в повышении надежности электросети за счет снижения дуговых перенапряжений.
Для получения необходимого технического результата в способе компенсации тока однофазного замыкания, включающем соединение электросети с землей через реакторы и конденсаторы, предлагается заземлять каждую фазу электросети через соединенные вместе реактор и конденсатор, причем суммарное сопротивление реактора и конденсатора предлагается настраивать в резонанс с емкостью заземляемой фазы.
При осуществлении способа реактор и конденсатор в каждой фазе могут быть соединены последовательно. Кроме этого, реакторы могут быть подключены к фазам электросети по схеме «звезда» с заземленной через конденсатор нейтральной точкой.
На прилагаемых к заявке чертежах изображено:
на фиг. 1 - схема электросети, к которой подключено устройство, реализующее предлагаемый способ с последовательно соединенными реакторами и конденсаторами;
на фиг. 2 - схема электросети, к которой подключено устройство, реализующее предлагаемый способ с реакторами, соединенными по схеме «звезда» с заземленной через конденсатор нейтралью;
на фиг. 3 - векторная диаграмма, поясняющая принцип компенсации тока однофазного замыкания при помощи предлагаемого способа.
На прилагаемых чертежах приняты следующие обозначения: 1 - источник электроэнергии; 2 - конденсаторы; 3 - реакторы; 4 - фазная емкость электросети; А, В, С - фазы электросети; - ЭДС поврежденной фазы, в качестве которой выбрана фаза А; , - ЭДС неповрежденных фаз, фаз В и С; , - междуфазные ЭДС; , - токи, протекающие через емкости неповрежденных фаз; , - токи, протекающие через реакторы неповрежденных фаз; , - индуктивная и емкостная составляющие тока однофазного замыкания.
Принцип снижения тока однофазного замыкания в условиях несимметрии фазных емкостей пояснен при помощи векторной диаграммы, построенной на фиг. 3. При замыкании фазы А на землю емкости между фазами В, С и землей оказываются под линейным напряжением, которое характеризуется векторами и соответственно. В результате действия этих напряжений на фазные емкости электросети возникают токи и , сумма которых равна . Ток протекает в месте замыкания фазы на землю. Одновременно с этим реакторы 3 также оказываются под напряжением, близким к линейному, в результате чего появляются индуктивные токи и . Их сумма соответствует вектору. Ток также протекает в месте замыкания фазы на землю. При резонансной настройке реакторов 3 и фазных емкостей 4 с учетом емкостей конденсаторов 2 векторы и равны друг другу по модулю и противоположны по направлению, а их сумма равна нулю. Тем самым обеспечивается компенсация тока однофазного замыкания при несимметричных значениях фазных емкостей сети, за счет чего повышается безопасность электросети.
Ограничение дуговых перенапряжений происходит в результате снижения величины напряжения смещения нейтрали по переменному потенциалу. Как известно, величина дуговых перенапряжений определяется следующим выражением:
где - мгновенное значение междуфазной ЭДС в момент замыкания; - мгновенное значение ЭДС поврежденной фазы в момент замыкания; - мгновенное значение напряжения смещения нейтрали по переменному потенциалу в момент замыкания; - напряжение смещения нейтрали по постоянному потенциалу; (1-k) - коэффициент, учитывающий наличие междуфазной емкости; (1-d) - коэффициент, учитывающий затухание амплитуды свободной составляющей напряжения.
Амплитуда напряжения смещения нейтрали по переменному потенциалу определяется по выражению:
где , , - векторы фазных ЭДС; , , - комплексные проводимости между фазами и землей; - комплексная проводимость между нейтральной точкой электросистемы и землей.
При изолированной нейтрали в случае несимметрии справедливы неравенства , а также равенство . В результате этого , что справедливо и при любом способе заземления нейтрали, в случае несимметрии фазных емкостей.
При использовании в сети предлагаемого способа проводимость ветвей реакторов 3 и конденсаторов 2 состоит из активной и реактивной составляющих. Для обеспечения результата реактивные составляющие проводимости должны быть равными по модулю проводимости фазных емкостей и иметь индуктивный характер. В этом случае числитель выражения (2) становится равным нулю, а знаменатель из-за наличия активной проводимости отличается от нулевого значения. В результате чего напряжение смещения нейтрали по переменному потенциалу становится равным нулю, тем самым достигается снижение дуговых перенапряжений при несимметрии. За счет этого повышается надежность электросети, т.к. уменьшается воздействие перенапряжений на изоляцию электрооборудования.
Снижение тока в контуре нулевой последовательности обеспечивается за счет того, что уменьшается , а также увеличивается сопротивление контура нулевой последовательности, т.к. фазная емкость оказывается включенной параллельно с индуктивной ветвью. Снижение тока в контуре нулевой последовательности повышает безопасность электросети, т.к. он протекает через металлические элементы оборудования, не предназначенные для этого, а следовательно, не защищенные от прикосновения человека.
Пример осуществления способа
Для проверки действия способа на токи однофазного замыкания, на величину дуговых перенапряжений и на величину тока в контуре нулевой последовательности при помощи компьютерного моделирования в программе Workbench были реализованы схемы, изображенные на фиг. 1-2. При этом электросистема была воспроизведена с фазным напряжением 220 B, с несимметрией фазных емкостей. Емкости между фазами и землей составили следующие значения: между фазой А и землей - 10 мкФ, фазой В и землей - 8 мкФ, фазой С и землей - 6 мкФ.
В схеме моделировались как устойчивые, так и неустойчивые однофазные замыкания, при этом регистрировались следующие величины: установившиеся токи однофазных замыканий при помощи амперметра, включенного между поврежденной фазой и землей; максимальные значения дуговых перенапряжений между неповрежденной фазой и землей в переходном процессе при помощи осциллографа; установившийся ток в контуре нулевой последовательности при помощи амперметра, включенного между нейтральной точкой емкостей, моделирующих фазную емкость электросети, и точкой подключения к земле устройства, реализующего способ. Результаты регистрации указанных величин при различных способах защиты, включая предлагаемый, приведены в таблицах 1-3.
Как видно из таблиц 1-3, при предлагаемом способе в случае несимметрии действительно снижается величина установившегося тока однофазного замыкания, величина максимальных дуговых перенапряжений, а также значительно снижается величина тока в контуре нулевой последовательности по сравнению с заземлением нейтрали, описанным в ближайшем аналоге. Тем самым обеспечивается повышение безопасности и надежности электросети. Предлагаемые конкретные варианты заземления фаз приводят к решению поставленной задачи.
Claims (3)
1. Способ компенсации тока однофазного замыкания, включающий соединение электросети с землей через реакторы и конденсаторы, отличающийся тем, что заземляют каждую фазу электросети через соединенные вместе реактор и конденсатор, причем суммарное сопротивление реактора и конденсатора настраивают в резонанс с емкостью заземляемой фазы.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реактор и конденсатор в каждой фазе соединяют последовательно друг с другом.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реакторы подключают к фазам электросети по схеме «звезда» с заземленной через конденсатор нейтральной точкой.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016151532A RU2653510C1 (ru) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | Способ компенсации тока однофазного замыкания |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016151532A RU2653510C1 (ru) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | Способ компенсации тока однофазного замыкания |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2653510C1 true RU2653510C1 (ru) | 2018-05-10 |
Family
ID=62105531
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016151532A RU2653510C1 (ru) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | Способ компенсации тока однофазного замыкания |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2653510C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112165079A (zh) * | 2020-09-24 | 2021-01-01 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种接地故障全补偿系统的限流电抗器设计方法及装置 |
RU2742825C1 (ru) * | 2020-01-13 | 2021-02-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" | Способ компенсации тока однофазного замыкания в условиях неконтролируемой несимметрии фазных емкостей изоляции по отношению к корпусу |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6927954B2 (en) * | 2002-03-13 | 2005-08-09 | Adtran, Inc. | Method and apparatus for limiting ground fault current |
RU2516437C2 (ru) * | 2012-07-24 | 2014-05-20 | Владимир Анатольевич Благинин | Способ заземления нейтрали |
US8842401B2 (en) * | 2011-02-07 | 2014-09-23 | Rolls-Royce Plc | Protection system for an electrical power network |
RU2549974C2 (ru) * | 2013-10-02 | 2015-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НПП Бреслер" | Устройство для компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью |
RU2582571C1 (ru) * | 2015-04-16 | 2016-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет" | Способ компенсации полного тока однофазного замыкания |
WO2016193529A1 (en) * | 2015-06-03 | 2016-12-08 | Jyväskylän Energia Oy | Method for earth fault protection for a three-phase electrical network |
-
2016
- 2016-12-26 RU RU2016151532A patent/RU2653510C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6927954B2 (en) * | 2002-03-13 | 2005-08-09 | Adtran, Inc. | Method and apparatus for limiting ground fault current |
US8842401B2 (en) * | 2011-02-07 | 2014-09-23 | Rolls-Royce Plc | Protection system for an electrical power network |
RU2516437C2 (ru) * | 2012-07-24 | 2014-05-20 | Владимир Анатольевич Благинин | Способ заземления нейтрали |
RU2549974C2 (ru) * | 2013-10-02 | 2015-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НПП Бреслер" | Устройство для компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью |
RU2582571C1 (ru) * | 2015-04-16 | 2016-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет" | Способ компенсации полного тока однофазного замыкания |
WO2016193529A1 (en) * | 2015-06-03 | 2016-12-08 | Jyväskylän Energia Oy | Method for earth fault protection for a three-phase electrical network |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2742825C1 (ru) * | 2020-01-13 | 2021-02-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" | Способ компенсации тока однофазного замыкания в условиях неконтролируемой несимметрии фазных емкостей изоляции по отношению к корпусу |
CN112165079A (zh) * | 2020-09-24 | 2021-01-01 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种接地故障全补偿系统的限流电抗器设计方法及装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Le Blond et al. | Design of protection schemes for multi-terminal HVDC systems | |
El-Zonkoly et al. | Wavelet entropy based algorithm for fault detection and classification in FACTS compensated transmission line | |
Tripathy et al. | A new cross-differential protection scheme for parallel transmission lines including UPFC | |
Hussein et al. | Suppression of geomagnetic induced current using controlled ground resistance of transformer | |
RU2653510C1 (ru) | Способ компенсации тока однофазного замыкания | |
RU2516437C2 (ru) | Способ заземления нейтрали | |
Sanaye-Pasand et al. | Comparison of performance of various ferroresonance suppressing methods in inductive and capacitive voltage transformers | |
Soldatov et al. | Information Bases of Algorithms for Protecting a Generator Operating on Busbars from Single-Phase-to-Ground Faults. 1 Part III. Investigation of the Information Bases of Algorithms Controlling Higher Current Harmonics | |
Parikh et al. | Decision tree based fault classification scheme for protection of series compensated transmission lines | |
RU2726344C1 (ru) | Способ заземления нейтрали | |
Zheng et al. | Improved time-domain distance protection for asymmetrical faults based on adaptive control of MMC in offshore AC network | |
RU2742825C1 (ru) | Способ компенсации тока однофазного замыкания в условиях неконтролируемой несимметрии фазных емкостей изоляции по отношению к корпусу | |
Varetsky | Overvoltages in MV industrial grid under ground faults | |
RU2506675C1 (ru) | Способ устранения перенапряжений | |
Ning et al. | Detection and classification of MMC-HVDC transmission line faults based on one-terminal transient current signal | |
Hussein et al. | Mitigation of adverse effects of gics on transformers using look-up table controlled ground resistance | |
Bernardić et al. | NEUTRAL POINT CONNECTIONS IN MV POWER NETWORKS WITH GROUNDING ZIGZAG TRANSFORMERS–ANALYSIS AND SIMULATIONS | |
Dubey et al. | Performance analysis of PSO based hybrid active filter for harmonic and reactive power compensation under non-ideal mains | |
Jan et al. | Fault detection and identification in MVDC Radial and Ring Distribution System by Wavelet decomposition | |
Volkov et al. | The Effect of Current-Limiting Reactors on the Tripping of Short Circuits in High-Voltage Electrical Equipment | |
Ke et al. | Sixth harmonic-based distance protection for VSC-DC distribution lines | |
Soldatov et al. | Information Bases of Protection Algorithms Against Single-Phase Ground Faults of a Generator Operating on Busbars Part II. Study of Information Bases of Algorithms in Which Null-Sequence Components Are Used | |
Varetsky et al. | Modeling transients in compensated electrical grids during line faults | |
He et al. | Fault component integrated impedance-based pilot protection scheme for EHV/UHV transmission line with thyristor controlled series capacitor (TCSC) and controllable shunt reactor (CSR) | |
Xemard et al. | Risk of voltage escalation due to a single-phase fault on the ungrounded MV network of an industrial plant |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191227 |