RU2726344C1 - Neutral grounding method - Google Patents
Neutral grounding method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2726344C1 RU2726344C1 RU2019141890A RU2019141890A RU2726344C1 RU 2726344 C1 RU2726344 C1 RU 2726344C1 RU 2019141890 A RU2019141890 A RU 2019141890A RU 2019141890 A RU2019141890 A RU 2019141890A RU 2726344 C1 RU2726344 C1 RU 2726344C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capacitors
- phase
- reactor
- current
- neutral
- Prior art date
Links
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
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для снижения тока однофазного замыкания и уровня перенапряжений в электросетях, в том числе, оснащенных приборами контроля сопротивления изоляции по постоянному току, например, в судовых электросетях, электросетях предприятий горной, нефтедобывающей, сталеплавильной и химической промышленности.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to reduce the current of a single-phase circuit and the level of overvoltages in power grids, including those equipped with DC insulation resistance monitoring devices, for example, in ship power grids, power grids of mining, oil-producing, steel-making and chemical industries.
Известен способ, реализованный в устройстве для защиты от перенапряжений в сетях 6-35 кВ с компенсацией емкостных токов замыкания на землю (Авт. Свид. СССР №1427469, МПК Н02Н 9/08, опубл. 30.09.88 г.). В способе предложено заземлять нейтраль электросети через дугогасящую катушку, параллельно которой подключена цепь, состоящая из последовательно соединенных резистора и коммутатора. Способ предусматривает автоматическое включение резистора параллельно дугогасящей катушке в тех случаях, когда в сети возникают однофазные замыкания на землю. Резистор, включаемый коммутатором, снижает напряжение, образовавшееся на нейтрали после гашения заземляющей дуги, до нуля, а напряжения на фазах сети становятся равными фазным. В этом случае не образуются условия для возникновения максимальных перенапряжений.The known method is implemented in a device for overvoltage protection in 6-35 kV networks with compensation of capacitive earth fault currents (Auth. Certificate of the USSR No. 1427469, IPC
Недостатком способа является то, что он не обеспечивает надежности и безопасности функционирования электросистемы. Известно, что в режиме однофазного замыкания за один период промышленной частоты происходит до 10-15 и более циклов зажигания и гашения дуги. Автоматическое присоединение резистора при этом может оказаться невозможным из-за инертности коммутатора и блоков управления. Недостатки также связаны с тем, что подключение резистора приведет не менее чем к двукратному увеличению общего тока однофазного замыкания на землю. Кроме того, реализующие способ устройства несовместимы со средствами контроля изоляции, основанными на измерении ее сопротивления постоянному току.The disadvantage of this method is that it does not provide the reliability and safety of the electrical system. It is known that in the single-phase circuit mode, up to 10-15 or more cycles of ignition and extinction of the arc occur in one period of industrial frequency. In this case, automatic connection of the resistor may not be possible due to the inertia of the commutator and control units. The disadvantages are also related to the fact that connecting a resistor will lead to at least a two-fold increase in the total single-phase earth fault current. In addition, the devices that implement the method are incompatible with insulation monitoring tools based on measuring its resistance to direct current.
Известен способ ограничения перенапряжений в электросетях (Патент RU 2342756 С1, МПК Н02Н 9/00, опубл. 27.12.08 .г). Согласно патенту к сети подключаются конденсаторы, которые соединяются с землей через параллельно включенные резистор и реактор.There is a known method for limiting overvoltages in power grids (Patent RU 2342756 C1, IPC
Недостатком способа является то, что его использование может привести к появлению феррорезонансных процессов, которые накладываются на дуговые перенапряжения и создают дуговые феррорезонансные перенапряжения. Их возникновение обусловлено тем, что после однофазного замыкания образуется контур с последовательно соединенными конденсаторами и реактором. При определенном сочетании вольтамперных характеристик реактора, конденсаторов и активного сопротивления ветви обмотки реактора в нем возможно возникновение феррорезонанса напряжений, который, как правило, сопровождается повышенными значениями токов однофазного замыкания, что снижает электро- и пожаробезопасность сети. Перенапряжения, обусловленные феррорезонансными процессами, имеют особенно большие кратности и способны вызывать выходы из строя изоляции электрооборудования, что существенно снижает надежность электросистемы в целом. Устранение дуговых феррорезонансных перенапряжений на основе лишь изменения вольт-амперных характеристик реактора, конденсаторов и активного сопротивления ветви обмотки реактора, построенных для основной частоты сети может привести к увеличению активной составляющей тока реактора, а, следовательно, к снижению эффективности компенсации тока однофазного замыкания.The disadvantage of this method is that its use can lead to the appearance of ferroresonant processes, which are superimposed on arc overvoltages and create arc ferroresonant overvoltages. Their occurrence is due to the fact that after a single-phase closure, a circuit is formed with series-connected capacitors and a reactor. With a certain combination of current-voltage characteristics of the reactor, capacitors and active resistance of the reactor winding branch, voltage ferroresonance may occur in it, which, as a rule, is accompanied by increased values of single-phase currents, which reduces the electrical and fire safety of the network. Overvoltages caused by ferroresonant processes have especially large multipliers and can cause failures in the insulation of electrical equipment, which significantly reduces the reliability of the electrical system as a whole. Elimination of arc ferroresonant overvoltages based only on changes in the current-voltage characteristics of the reactor, capacitors and active resistance of the reactor winding branch, built for the main frequency of the network, can lead to an increase in the active component of the reactor current, and, consequently, to a decrease in the efficiency of compensation of the single-phase fault current.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ заземления нейтрали (Патент RU 2516437 C2, МПК Н02Н 3/20, Н02Н 9/04, опубл. 20.05.2014 г.), в котором предлагается к фазам электросети подключать конденсаторы по схеме звезда, нейтральная точка которой заземляется через реактор с последовательно включенным активным сопротивлением. Активное сопротивление ветви реактора выбирается из условия исключения феррорезонанса.The closest to the proposed method is the neutral grounding method (Patent RU 2516437 C2,
Недостатком способа является то, что такое заземление нейтрали приводит к увеличению тока однофазного замыкания, в сравнении с ее заземлением через реактор без активного сопротивления. В результате может оказаться невозможным обеспечение безопасной величины тока замыкания.The disadvantage of this method is that such neutral grounding leads to an increase in the single-phase current, in comparison with its grounding through a reactor without active resistance. As a result, it may not be possible to provide a safe fault current.
Задача изобретения заключается в повышении надежности и безопасности электросети за счет одновременного снижения токов однофазных замыканий и наибольших кратностей дуговых перенапряжений.The objective of the invention is to improve the reliability and safety of the electrical network by simultaneously reducing the currents of single-phase short circuits and the highest multiplicity of arc overvoltage.
Для получения необходимого технического результата в способе заземления нейтрали, включающем использование конденсаторов, заземленных через реактор, индуктивное сопротивление которого выбирают по условию компенсации тока однофазного замыкания, а активное сопротивление реактора, выбирают по условию исключения феррорезонанса, предлагается на время замыкания к поврежденной и отстающей фазам конденсаторов подключать дополнительные емкости, величину которых определять из следующих выражений: и где CA - емкость конденсаторов, подключаемых к поврежденной фазе; CB - емкость конденсаторов, подключаемых к отстающей фазе; I - ток однофазного замыкания в электроустановке без заземления нейтрали; R - активное сопротивление ветви реактора; C - суммарная емкость конденсаторов с учетом подключаемых; U - фазное напряжение электросети.To obtain the necessary technical result in the method of neutral grounding, including the use of capacitors grounded through a reactor, the inductive resistance of which is selected according to the condition of compensation of the single-phase short circuit current, and the active resistance of the reactor is selected according to the condition of excluding ferroresonance, it is proposed for the time of closure to the damaged and lagging phases of capacitors connect additional containers, the value of which is determined from the following expressions: and where C A is the capacity of the capacitors connected to the damaged phase; C B - capacitance of capacitors connected to the lagging phase; I - single-phase current in an electrical installation without neutral grounding; R is the active resistance of the reactor branch; C is the total capacitance of the capacitors, taking into account the connected ones; U is the phase voltage of the mains.
На прилагаемых к описанию графических материалах изображено:The graphic materials attached to the description show:
на фиг. 1 - схема устройства, реализующего предлагаемый способ заземления нейтрали; на фиг. 2 - векторная диаграмма токов в устройстве, реализующем предлагаемый способ; на фиг. 3 - схема модели электросети с подключенным к ней устройством, реализующим предлагаемый способ.in fig. 1 is a diagram of a device that implements the proposed method of neutral grounding; in fig. 2 is a vector diagram of currents in a device that implements the proposed method; in fig. 3 is a diagram of a power grid model with a device connected to it that implements the proposed method.
На прилагаемых схемах приняты следующие обозначения: 1 - конденсаторы; 2 - индуктивность реактора; 3 - активное сопротивление ветви обмотки реактора; 4 - вектор емкостной составляющей тока однофазного замыкания; 5 - вектор напряжения на нейтрали при однофазном замыкании; 6 - вектор ЭДС, создаваемой подключением дополнительной емкости к конденсаторам в отстающую фазу; 7 - вектор дополнительной ЭДС, создаваемой подключением дополнительной емкости к конденсаторам в поврежденную фазу; 8 - вектор эквивалентной ЭДС в контуре заземления; 9 - вектор тока в ветви заземления при симметрии конденсаторов; 10 - вектор тока в ветви заземления после подключения дополнительных конденсаторов; 11 - часть конденсаторов, постоянно подключенных к электросети; 12 - часть конденсаторов, подключаемых к электросети на время существования однофазного замыкания; 13 - контакты для подключения дополнительных конденсаторов; 14 - контакт для замыкания фазы на землю; 15 - амперметр; 16 - фазная емкость электросети; 17 - осциллограф; А, В, С - фазы электросети.On the attached diagrams the following designations are adopted: 1 - capacitors; 2 - reactor inductance; 3 - active resistance of the reactor winding branch; 4 - vector of the capacitive component of the single-phase fault current; 5 - voltage vector at neutral for single-phase short circuit; 6 - EMF vector created by connecting additional capacitance to capacitors in the lagging phase; 7 - vector of additional EMF created by connecting additional capacitance to capacitors in the damaged phase; 8 - vector of equivalent EMF in the ground loop; 9 - the current vector in the grounding branch with the symmetry of the capacitors; 10 - current vector in the grounding branch after connecting additional capacitors; 11 - part of the capacitors permanently connected to the mains; 12 - part of the capacitors connected to the mains for the duration of the single-phase circuit; 13 - contacts for connecting additional capacitors; 14 - contact for closing a phase to ground; 15 - ammeter; 16 - phase capacity of the power grid; 17 - oscilloscope; A, B, C - phases of the mains.
На фиг. 1 изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ заземления нейтрали. Устройство состоит из конденсаторов 1, соединенных звездой и образующих нейтральную точку сети, реактора, изображенного индуктивностью 2 и активным сопротивлением 3, включенного между нейтральной точкой конденсаторов и землей. Для снижения тока однофазного замыкания предлагается компенсировать его активную составляющую, создаваемую активным сопротивлением ветви реактора, путем изменения величины емкости конденсаторов 1. На фиг. 2 показана векторная диаграмма, поясняющая взаимосвязь величины тока однофазного замыкания с параметрами сети, реактора и конденсаторов при глухом замыкании фазы. При замыкании фазы на землю в месте повреждения появляется ток, включающий в себя емкостную составляющую 4, обусловленную емкостью электросети, и активно-индуктивную составляющую 9, обусловленную ветвью заземления нейтрали и напряжением на нейтрали 5. Из-за содержания в этой ветви активного сопротивления появляется активная составляющая тока в месте замыкания. В результате ток в месте замыкания не может быть скомпенсирован полностью. За счет изменения емкости конденсаторов появляются дополнительные ЭДС 6 и 7, из-за чего напряжение, прикладываемое к ветви заземления нейтрали, смещается на угол 11, а его вектор приобретает вид 10. В результате ток, создаваемый активно-индуктивным сопротивлением цепи заземления, также смещается на угол 11 и его вектор становится равным вектору 10, который по величине равен вектору емкостной составляющей тока однофазного замыкания и противоположен ему по направлению. Это приводит к компенсации всего тока в месте однофазного замыкания.In FIG. 1 shows a diagram of a device that implements the proposed method of neutral grounding. The device consists of
Дуговые перенапряжения снижаются за счет перераспределения зарядов, остающихся на емкостях после гашения заземляющей дуги. Перераспределение зарядов определяет напряжение смещения нейтрали по постоянному потенциалу, которое рассчитывается по следующему выражению:Arc overvoltages are reduced due to the redistribution of charges remaining on the tanks after extinguishing the grounding arc. Redistribution of charges determines the bias voltage of the neutral at a constant potential, which is calculated using the following expression:
где u(tг) - напряжение на конденсаторах в момент гашения дуги; С - емкость конденсаторов; uB(tг), uC(tг) - напряжение на неповрежденных фазах электросети в момент гашения дуги; Сф - фазная емкость электросети.where u (t g ) is the voltage across the capacitors at the moment of extinguishing the arc; C is the capacitance of the capacitors; u B (t g ), u C (t g ) is the voltage across the undamaged phases of the power grid at the moment the arc is extinguished; C f - phase capacity of the power grid.
Как видно из выражения (1) напряжение смещения нейтрали зависит от величины емкости С. С увеличением емкости С напряжение смещения нейтрали приближается к значению u(tг), которое не может превышать фазное напряжение.As can be seen from expression (1), the bias voltage of the neutral depends on the value of the capacitance C. With an increase in the capacitance C, the bias voltage of the neutral approaches the value u (t g ), which cannot exceed the phase voltage.
Пример реализации способа показан на фиг. 3, где представлена схема подключенного к электросети устройства, реализующего предлагаемый способ компенсации тока однофазного замыкания. Реализация способа заключается в том, что к сети подключаются: реактор 2 с активным сопротивлением 3, равным 4.5 Ом. Переменная емкость устройства создается постоянно подключенными к сети конденсаторами 11 и дополнительно подключаемыми на время замыкания фазы конденсаторами 12 через контакты 13. Ток однофазного замыкания по условиям эксплуатации электросети не должен превышать 0.5А. Напряжение сети 230 В, фазные емкости 16 в сети: СА=8 мкФ.An example of the implementation of the method is shown in Fig. 3, which shows a diagram of a device connected to the mains that implements the proposed method for compensating a single-phase fault current. The implementation of the method lies in the fact that the following are connected to the network:
В ходе экспериментальной проверки в электросети посредством замыкания контакта 14 создавалось однофазное замыкание и регистрировался ток однофазного замыкания при помощи амперметра 14. При неустойчивом замыкании контакта 14 посредством осциллографа 17 регистрировалось напряжение на одной из неповрежденной фаз, по которому определялись наибольшие импульсы перенапряжений.In the course of an experimental test, a single-phase short circuit was created in the electrical network by closing
Ниже, в таблице 1, приведены результаты измеренных при эксперименте величин тока однофазного замыкания и перенапряжений.Below, in table 1, the results of the values of the single-phase current and overvoltage measured during the experiment are shown.
Как видно из таблицы 1, предлагаемый способ заземления нейтрали действительно позволяет одновременно снизить токи однофазного замыкания, что подтверждает возможность повышения надежности и безопасности электросети при его применении.As can be seen from Table 1, the proposed method of neutral grounding actually allows one to simultaneously reduce the single-phase fault currents, which confirms the possibility of increasing the reliability and safety of the power grid when using it.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019141890A RU2726344C1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Neutral grounding method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019141890A RU2726344C1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Neutral grounding method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2726344C1 true RU2726344C1 (en) | 2020-07-13 |
Family
ID=71616363
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019141890A RU2726344C1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Neutral grounding method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2726344C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2761296C1 (en) * | 2020-11-30 | 2021-12-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" | Neutral grounding method |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1427469A1 (en) * | 1986-12-22 | 1988-09-30 | Павлодарский Индустриальный Институт | Arrangement for overvoltage protection in network with compensated neutral |
RU2342756C1 (en) * | 2007-12-27 | 2008-12-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет" | Method for overvoltage limitation in electric networks |
US20100046125A1 (en) * | 2006-03-29 | 2010-02-25 | Husband Stephen M | Fault current limiting |
RU2526437C1 (en) * | 2013-07-09 | 2014-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Резонанс" | Control system of excavatory-transport machine |
-
2019
- 2019-12-13 RU RU2019141890A patent/RU2726344C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1427469A1 (en) * | 1986-12-22 | 1988-09-30 | Павлодарский Индустриальный Институт | Arrangement for overvoltage protection in network with compensated neutral |
US20100046125A1 (en) * | 2006-03-29 | 2010-02-25 | Husband Stephen M | Fault current limiting |
RU2342756C1 (en) * | 2007-12-27 | 2008-12-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет" | Method for overvoltage limitation in electric networks |
RU2526437C1 (en) * | 2013-07-09 | 2014-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Резонанс" | Control system of excavatory-transport machine |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2761296C1 (en) * | 2020-11-30 | 2021-12-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" | Neutral grounding method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109061372A (en) | A kind of controllable voltage source output voltage calculation method that ground fault compensates entirely | |
RU2342756C1 (en) | Method for overvoltage limitation in electric networks | |
RU2454769C1 (en) | Grounding device of three-phase electrical network neutral | |
US10530144B2 (en) | Apparatus for mitigation of adverse effects of geomagnetically induced currents on transformers | |
US10985559B2 (en) | Method and system for improved operation of power grid components in the presence of direct current (DC) | |
RU2516437C2 (en) | Neutral wire earthing method | |
RU2726344C1 (en) | Neutral grounding method | |
RU2453020C1 (en) | Neutral wire earthing method | |
Druml et al. | Advantages of the new combination: Petersen-coil and faulty-phase-earthing | |
RU2653510C1 (en) | Method for compensation of single-phase short-circuit current | |
CN107147099B (en) | Arc grounding overvoltage suppression method and system | |
Varetsky | Overvoltages in MV industrial grid under ground faults | |
RU2582571C1 (en) | Method for compensation of full current of single-phase fault | |
CN109813997B (en) | Controllable current source grounding current full-compensation output current calculation method and system | |
RU217100U1 (en) | NEUTRAL GROUNDING DEVICE | |
RU2761296C1 (en) | Neutral grounding method | |
RU2640033C2 (en) | Neutral grounding device of three-phase electrical network | |
Elkholy et al. | Assessment of Various Technologies Influence to Reduce the Impact of Single-Phase Earth Faults in Distribution Systems with an Isolated Neutral | |
RU2742825C1 (en) | Method of single-phase short-circuit current compensation in conditions of uncontrolled asymmetry of phase capacitances of insulation in relation to housing | |
RU2779137C2 (en) | Shutdown protection device for solving problem of electrical safety on ships | |
RU194369U1 (en) | THREE-PHASE ELECTRIC NETWORK EARTH EARTHING DEVICE | |
Kazhekin et al. | Hazard assessment of low-voltage insulated neutral networks with unstable single-phase fault | |
SU1379866A1 (en) | Three-phase overvoltage limiter | |
Ataullayev et al. | Principles of protection against single phase earth faults in networks with capacitive current compensation | |
Warecki et al. | Modeling transients in MV resonantly grounded industrial grid during single line to ground faults |