RU2715909C1 - Устройство интеллектуальной токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю - Google Patents

Устройство интеллектуальной токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю Download PDF

Info

Publication number
RU2715909C1
RU2715909C1 RU2019103474A RU2019103474A RU2715909C1 RU 2715909 C1 RU2715909 C1 RU 2715909C1 RU 2019103474 A RU2019103474 A RU 2019103474A RU 2019103474 A RU2019103474 A RU 2019103474A RU 2715909 C1 RU2715909 C1 RU 2715909C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
line
current
protection
output
microcontroller
Prior art date
Application number
RU2019103474A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Николаевич Шилин
Алексей Александрович Шилин
Павел Владимирович Дикарев
Ольга Олеговна Ахмедова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ)
Priority to RU2019103474A priority Critical patent/RU2715909C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2715909C1 publication Critical patent/RU2715909C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/11—Locating faults in cables, transmission lines, or networks using pulse reflection methods
    • 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

Abstract

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для релейной защиты в электрических сетях напряжением 6-35 кВ, работающих с изолированной или резистивно-заземленной нейтралью при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ) через переходные сопротивления. Технический результат: повышение точности и скорости срабатывания защиты при коротком замыкании, уменьшение количества произвольных срабатываний защиты. Сущность: к модулю автоматической адаптивной коррекции тока уставки подключено устройство автоматической коррекции тока уставки, содержащее набор датчиков контроля параметров внешней среды, подключенных к первому микроконтроллеру, определяющему первичные параметры длинной линии и фазовую скорость распространения импульса по линии. Выход первого микроконтроллера соединен с рефлектометром, определяющим расстояние до места аварии. Выход рефлектометра соединен со вторым микроконтроллером, на вход которого поступают значения первичных параметров линии. Выход второго микроконтроллера соединен с модулем для автоматической адаптивной коррекции величины тока уставки. 1 ил.

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для релейной защиты в электрических сетях напряжением 6-35 кВ, работающих с изолированной или резистивно-заземленной нейтралью при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ) через переходные сопротивления.
Известно устройство токовой защиты от ОЗЗ электрических сетей с изолированной или резистивно-заземленной нейтралью, содержащее на каждой линии датчик тока нулевой последовательности и связанный с ним по входу релейный орган блока защиты с задаваемой уставкой на срабатывание. Токовая защита основана на увеличении тока замыкания на землю путем искусственного заземления нейтрали через резистор [Евдокунин Г.А. и др. Выбор способа заземления нейтрали в сетях 6-10 кВ. - Ж. «Электричество», №12, 1998]. Ток замыкания возрастает за счет активной составляющей тока резистора. Величину сопротивления резистора RЗ предлагается подбирать по условиям одновременного снижения перенапряжений в сети при ОЗЗ и улучшения работоспособности токовой защиты.
Устройство содержит на каждой линии датчик тока нулевой последовательности и связанный с ним по входу релейный орган блока защиты с задаваемой уставкой на срабатывание, снабжено функциональным модулем вычисления показателя неполноты замыкания на землю, первый и второй входы которого подключены к измерительному трансформатору напряжения, а в блок защиты каждой линии дополнительно введен модуль автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты, на первый вход которого поступает сигнал о токе уставки, второй его вход соединен с выходом функционального модуля вычисления показателя неполноты замыкания на землю, выход модуля автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты соединен со вторым входом релейного органа блока защиты.
К причинам, препятствующим достижению технического результата, относится снижение чувствительности и даже полная неработоспособность при неполных замыканиях на землю (через переходное сопротивление RП>0 в точке ОЗЗ), вследствие того, что величины емкостных токов линий и тока через резистор, как одинаково зависящие от напряжения нулевой последовательности, будут меньшими, чем их величины, используемые в расчете и выборе уставок защит. Кроме того, известное устройство имеет ограниченную область применения - в основном только в режимах глухого «металлического» замыкания на землю.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство токовой защиты электрических сетей, и это устройство - прототип [Патент на изобретение РФ 2422964, устройство токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю, МПК G01R 31/08, 27.06.2011].
Устройство содержит на каждой линии датчик тока нулевой последовательности и релейный орган блока защиты с задаваемой уставкой на срабатывание, кроме того, снабжено функциональным модулем вычисления показателя неполноты замыкания на землю, первый и второй входы которого подключены к измерительному трансформатору напряжения, в блок защиты каждой линии дополнительно введен модуль автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты, на первый вход которого поступает сигнал о токе уставки, второй его вход соединен с выходом функционального модуля вычисления показателя неполноты замыкания на землю, а выход модуля автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты соединен со вторым входом релейного органа блока защиты, первый вход которого связан с датчиком тока нулевой последовательности.
Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является недостаточная достоверность срабатывания устройств релейной защиты при аварийных режимах, ввиду того, что не учитывается влияние различных внешних факторов, таких как влажность земли и атмосферы, температура внешней среды, состояние почвы, рельеф местности и т.д.
Техническим результатом заявленного устройства интеллектуальной токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю является повышение точности срабатывания защиты при коротком замыкании, а также уменьшение количества произвольных срабатываний защиты за счет более обоснованного выбора значения тока уставки.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство интеллектуальной токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю, содержащее на каждой линии датчик тока нулевой последовательности и связанный с ним по входу релейный орган блока защиты с задаваемой уставкой на срабатывание, функциональный модуль вычисления показателя неполноты замыкания на землю, первый и второй входы которого подключены к измерительному трансформатору напряжения, а в блок защиты каждой линии дополнительно введен модуль автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты, на первый вход которого поступает сигнал о токе уставки, второй его вход соединен с выходом функционального модуля вычисления показателя неполноты замыкания на землю, а выход модуля автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты соединен со вторым входом релейного органа блока защиты, причем к модулю автоматической адаптивной коррекции тока уставки подключен блок автоматической коррекции тока уставки, содержащий набор датчиков контроля параметров внешней среды, подключенных к первому микроконтроллеру, определяющему первичные параметры длинной линии и фазовую скорость распространения импульса по линии, выход которого соединен с рефлектометром, определяющим расстояние до места аварии, выход которого соединен со вторым микроконтроллером, на вход которого поступают также значения первичных параметров линии, а выход второго микроконтроллера соединен с модулем для автоматической адаптивной коррекции величины тока уставки.
Указанное отличие позволяет осуществлять коррекцию тока уставки. Коррекция выполняется автоматически по функциональным зависимостям параметров длинной линии, которые входят в выражение тока уставки, от внешних климатических факторов. Климатические факторы измеряются датчиками температуры провода, температуры воздуха, диэлектрической проницаемости воздуха и удельной проводимости земли. Функциональные зависимости получены аналитически или экспериментально на основе обработки статистической информации. Управление скоростью импульса рефлектометра осуществляется через блок задания коэффициента укорочения рефлектометра. Техническим результатом этого устройства является более точное определение тока уставки и соответственно срабатывания защиты при коротком замыкании.
На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.
Защищаемая электрическая сеть содержит секцию шин 1 с группой присоединенных линий 2. Устройство токовой защиты электрических цепей от ОЗЗ содержит на каждой линии 2 датчик тока 3 нулевой последовательности в виде трансформатора или фильтра тока нулевой последовательности, блок защиты 4, включающий релейный орган 5 с двумя входами и с выходом, действующим на отключение поврежденной линии или «на сигнал». В блок защиты 4 каждой линии 2 дополнительно введен модуль 6 для автоматической адаптивной коррекции величины тока уставки. Модуль 7 вычисления показателя неполноты замыкания на землю реализует операцию деления величины напряжения U0 на величину фазного напряжения, на первый вход модуля 7 вычисления показателя неполноты замыкания на землю с измерительного трансформатора 8 напряжения подается напряжение смещения нейтрали в сети U0, а на второй его вход - линейное напряжение UЛ. Выход модуля 7 вычисления показателя неполноты замыкания на землю связан со вторыми входами всех модулей 6 автоматической адаптивной коррекции тока уставки в блоках защиты 4 линий 2. Блок 9 автоматической коррекции тока уставки, которое вычисляет значение сопротивления цепи короткого замыкания линии 2, содержит первый микроконтроллер (МК)10, который осуществляет обработку информации, поступающей через аналоговые входы от датчиков температуры провода 11, температуры воздуха 12, диэлектрической проницаемости воздуха 13 и удельной проводимости земли 14. Выход первого МК 10 соединен с входом рефлектометра 15, определяющим расстоянии линии 2 до места аварии, выход которого соединен со вторым МК 16, на вход которого поступают значения первичных параметров линии 2 с первого МК 10, а выход второго МК 16 соединен с входом модуля 6 автоматической адаптивной коррекции тока уставки.
Устройство работает следующим образом.
На вход первого МК 10 блока 9 автоматической коррекции тока уставки поступают сигналы с датчиков температуры провода 11, температуры воздуха 12, диэлектрической проницаемости воздуха 13 и удельной проводимости земли 14 и с помощью функциональных зависимостей вычисляются первичные параметры линии R0, L0, С0, G0, фазовая скорость Vф и коэффициент укорочения Kук. Сигналы с первого МК 10 поступают на рефлектометр 15 и вводят автоматическую коррекцию на измеренное расстояние до места аварии от влияния внешних факторов. Информационный сигнал о расстоянии до аварии с рефлектометра 15 поступает на второй МК 16, на вход которого поступают информационные сигналы о первичных параметрах линии. Второй МК 16 вычисляет значение сопротивление цепи короткого замыкания линии и по этой величине корректирует ток уставки. А коррекция на ток уставки с учетом влияния внешних факторов и расстояния до места аварии поступает на модуль 6 автоматической адаптивной коррекции тока уставки.
Фазовая скорость определяется соответственно с помощью выражения:
Figure 00000001
где ω - угловая частота, рад/с; β - коэффициент фазы длинной линии, рад/м, который определяется по формуле:
Figure 00000002
где С0 - поперечная емкость между прямыми и обратными проводами; Ф; L0 - индуктивность петли, образованной прямыми обратным проводами, Гн; R0 - продольное активное сопротивление прямого и обратного проводов, Ом; G0 - поперечная активная проводимость утечки изоляции между прямым и обратным проводами, См [Патент на изобретение РФ 2017129315, Устройство для измерения расстояния до места повреждения линий электропередачи, МПК G01R 31/11, 23.05.2018].
Отклонения параметров линии R0, L0, С0, G0, обусловленные влиянием климатических факторов, вызывают отклонение коэффициента фазы и соответственно фазовой скорости
Зависимость активного сопротивления от температуры провода определяется [Марголин Н.Ф. Сопротивление воздушных линий передачи / Н.Ф. Марголин - М.: Мособлполиграф, 1937. - 61 с.]:
Figure 00000003
где R020 - табличное значение удельного сопротивления при температуре провода 20°С, Ом⋅м; α - температурный коэффициент электрического сопротивления, 1/град; tпр - температура провода, °С.
Полное сопротивление провода определяется выражениями [Марголин Н.Ф. Сопротивление воздушных линий передачи / Н.Ф. Марголин - М.: Мособлполиграф, 1937. - 61 с.]:
Figure 00000004
Figure 00000005
Figure 00000006
где Rпр - активное сопротивление линии, Ом; XL - реактивное сопротивление линии, Ом; ƒ - частота сети, Гц; rпр - радиус провода, м; γ - удельная проводимость земли, См/м.
Величина относительной диэлектрической проницаемости газов ε зависит от температуры при постоянном давлении. Для сухого воздуха ε в интервале температур от -60 до +60°С можно считать постоянным и приблизительно равным - 2⋅10-6 С-1. Однако дождь и снег оказывают значительное влияние удельную емкость линии. Кроме того, влажность и температура воздуха оказывают влияние на токи утечки.
Первый МК 10 вычисляет сложные операции, которым нужно больше времени для выполнения и обработки по сравнению с операциями второго МК 16, от работы которого зависит быстродействие всей системы. Поэтому использование двух микроконтроллеров позволяет повысить скорость срабатывания токовой защиты.
Таким образом, конструкция заявленного устройства позволяет значительно повысить точность срабатывания токовой защиты за счет автоматической коррекции величины тока уставки, зависящей от внешних факторов, по измеренным с помощью соответствующих датчиков величинам внешних факторов и вычисленными с помощью микроконтроллеров сигналами коррекции.

Claims (1)

  1. Устройство интеллектуальной токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю, содержащее на каждой линии датчик тока нулевой последовательности и связанный с ним по входу релейный орган блока защиты с задаваемой уставкой на срабатывание, функциональный модуль вычисления показателя неполноты замыкания на землю, первый и второй входы которого подключены к измерительному трансформатору напряжения, а в блок защиты каждой линии дополнительно введен модуль автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты, на первый вход которого поступает сигнал о токе уставки, второй его вход соединен с выходом функционального модуля вычисления показателя неполноты замыкания на землю, а выход модуля автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты соединен со вторым входом релейного органа блока защиты, отличающееся тем, что к модулю автоматической адаптивной коррекции тока уставки подключен блок автоматической коррекции тока уставки, содержащий набор датчиков контроля параметров внешней среды, подключенных к первому микроконтроллеру, определяющему первичные параметры длинной линии и фазовую скорость распространения импульса по линии, выход которого соединен с рефлектометром, определяющим расстояние до места аварии, выход которого соединен со вторым микроконтроллером, на вход которого поступают также значения первичных параметров линии, а выход второго микроконтроллера соединен с модулем для автоматической адаптивной коррекции величины тока уставки.
RU2019103474A 2019-02-07 2019-02-07 Устройство интеллектуальной токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю RU2715909C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019103474A RU2715909C1 (ru) 2019-02-07 2019-02-07 Устройство интеллектуальной токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019103474A RU2715909C1 (ru) 2019-02-07 2019-02-07 Устройство интеллектуальной токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2715909C1 true RU2715909C1 (ru) 2020-03-04

Family

ID=69768302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019103474A RU2715909C1 (ru) 2019-02-07 2019-02-07 Устройство интеллектуальной токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2715909C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2741063C1 (ru) * 2020-09-07 2021-01-22 Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ САУТ" (ООО "НПО САУТ") Устройство токовой защиты с функцией математического анализа
RU2810563C1 (ru) * 2023-05-17 2023-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ) Устройство интеллектуальной токовой защиты кабельных линий от однофазных замыканий на землю

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2422964C1 (ru) * 2010-03-17 2011-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" Устройство токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю (варианты)
CN103730882A (zh) * 2013-12-24 2014-04-16 西安交通大学 一种自适应分散式电源接入的电流保护系统及方法
US8990036B1 (en) * 2013-09-16 2015-03-24 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Power line parameter adjustment and fault location using traveling waves
RU2578123C1 (ru) * 2015-02-09 2016-03-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Устройство защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю
RU2629375C1 (ru) * 2016-08-17 2017-08-29 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" Устройство адаптивной защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2422964C1 (ru) * 2010-03-17 2011-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" Устройство токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю (варианты)
US8990036B1 (en) * 2013-09-16 2015-03-24 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Power line parameter adjustment and fault location using traveling waves
CN103730882A (zh) * 2013-12-24 2014-04-16 西安交通大学 一种自适应分散式电源接入的电流保护系统及方法
RU2578123C1 (ru) * 2015-02-09 2016-03-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Устройство защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю
RU2629375C1 (ru) * 2016-08-17 2017-08-29 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" Устройство адаптивной защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2741063C1 (ru) * 2020-09-07 2021-01-22 Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ САУТ" (ООО "НПО САУТ") Устройство токовой защиты с функцией математического анализа
RU2810563C1 (ru) * 2023-05-17 2023-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ) Устройство интеллектуальной токовой защиты кабельных линий от однофазных замыканий на землю

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2422964C1 (ru) Устройство токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю (варианты)
JP6767478B2 (ja) 直流距離保護コントローラの改善またはこれに関連する改善
CN107735690B (zh) 三相电气网络的接地故障保护的方法
EP2963429B1 (en) Method for detecting insulation impedance of power grid connected with photovoltaic inverter against ground
RU2629375C1 (ru) Устройство адаптивной защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов
Idris et al. Adaptive Mho type distance relaying scheme with fault resistance compensation
WO2019130126A1 (en) Parameter free identification of fault location in multi- terminal power transmission lines
RU2715909C1 (ru) Устройство интеллектуальной токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю
KR101056535B1 (ko) 저압배선계통의 접지 시뮬레이션 회로 및 장치
CN104198889A (zh) 基于相继动作的高压线路瞬时性接地故障单端测距方法
CZ24466U1 (cs) Kontrolní zarízení pro izolovane vybudovanou sít fotovoltaického zarízení
RU2771222C1 (ru) Способ определения поврежденного фидера при однофазном замыкании на землю в распределительной электрической сети
RU2305292C1 (ru) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ НАПРЯЖЕНИЯ 6( 10 ) - 35 кВ С ИЗОЛИРОВАННОЙ ИЛИ КОМПЕНСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ
RU168498U1 (ru) Устройство защиты электрических сетей среднего класса напряжения от однофазных замыканий на землю
RU2377581C1 (ru) Способ измерения и контроля сопротивления изоляции изолированных от земли (корпуса) силовых электрических сетей переменного тока под рабочим напряжением и устройство для его реализации
RU2578123C1 (ru) Устройство защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю
JP3586266B2 (ja) 送電線の故障点標定方法およびそれを用いた故障点標定システム
JP3884667B2 (ja) 送電線故障アーク挙動測定装置及び送電線故障原因判別装置
RU2810563C1 (ru) Устройство интеллектуальной токовой защиты кабельных линий от однофазных замыканий на землю
RU2609277C1 (ru) Способ контроля сопротивления изоляции разветвленных сетей постоянного тока
Naidu et al. An accurate fault location method for radial distribution system using one terminal data
EP1139539B1 (en) Method for determining the electrical insulation state of the sending end of an electric network
Kletsel et al. The device for determining the distance to single phase fault on the power line
RU2782962C1 (ru) Способ определения места повреждения кабельной электрической линии
Sun et al. Fault location analysis of ungrounded distribution system based on residual voltage distribution

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210208