UA15186U

UA15186U - Method for protecting mains against short-circuit currents to earth

Info

Publication number: UA15186U
Application number: UAU200512497U
Authority: UA
Inventors: Vitalii Fedorovy Syvokobylenko; Viktor Kostiantynovyc Lebediev
Original assignee: Univ Donetsk Nat Technical
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2006-06-15

Abstract

The proposed method for protecting mains against short-circuit currents to earth consists in measuring phase voltages and zero-phase-sequence voltages, detecting the phase circuit with an abnormality by comparing the zero-phase-sequence voltages with the reference voltage, and determining the location of the abnormality. To trace the abnormality, the mains lines are alternately disconnected for a short time interval, and the phase currents of the remaining lines are measured after the disconnection.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до електротехніки, а саме до трифазних електричних мереж з ізольованою 2 нейтралью і може бути використана для підвищення надійності і безпеки їх функціонування під час усунення глухих і дугових замикань фази на землю.The useful model refers to electrical engineering, namely to three-phase electrical networks with an isolated 2nd neutral and can be used to increase the reliability and safety of their operation during the elimination of blind and arcing phases to the ground.

Відомий спосіб усунення однофазних замикань на землю |Правила устройства злектроустановок/ МинзнергоA known method of eliminating single-phase short-circuits to the ground |Rules for the installation of electric installations/ Ministry of Energy

СССР. - б-е изд., перераб. и доп. - М.: Знергоатомиздат, 1985. - 640 сі), згідно якому усунення однофазних замикань на землю здійснюється селективним релейним захистом, діючим на відключення ушкодженого приєднання або за допомогою пристрою контролю ізоляції при цьому пошук ушкодженого елементу здійснюється почерговим відключенням приєднань.USSR - 2nd ed., revised. and additional - M.: Znergoatomizdat, 1985. - 640 si), according to which the elimination of single-phase short circuits to the ground is carried out by selective relay protection acting to disconnect the damaged connection or with the help of an insulation control device, while the search for the damaged element is carried out by successive disconnection of connections.

Недоліком цього способу є те, що існуючий релейний захист від замикань на землю, виконаний, наприклад, на реле струму типів РТЗ3З-51, РТЗ3-50, РТ-40/02 не забезпечує надійного спрацьовування при однофазних замиканнях на землю у разі нестійкого переміжного характеру горіння дуги в місці замикання і є причиною 12 тривалого існування в мережі дугового замикання на землю. При використовуванні пристрою контролю ізоляції, з пошуком ушкодженого елементу шляхом почергового відключення приєднань, в мережі теж може тривалий час існувати дугове замикання з великими перенапругами, які є причиною ушкодження електроустаткування і переходу однофазних замикань на землю в міжфазні короткі замикання, відключення яких приводить до порушення електропостачання.The disadvantage of this method is that the existing relay protection against earth faults, performed, for example, on current relays of the RTZ3Z-51, RTZ3-50, RT-40/02 types does not provide reliable operation in case of single-phase earth faults in the case of unstable intermittent nature burning of the arc at the place of the short circuit is the reason for the long existence of the arc fault in the network. When using an insulation control device, with the search for a damaged element by alternately disconnecting connections, there may also be an arc circuit with large overvoltages in the network for a long time, which are the cause of damage to electrical equipment and the transition of single-phase circuits to the ground into interphase short circuits, the disconnection of which leads to a disruption of the power supply .

Найближчим по технічній суті до способу, що заявляється, є спосіб усунення дугових замикань на землю за допомогою пристрою автоматичного шунтування ушкодженої фази (Ильенко О.С., Цвях В.М., Ленчук И.Т. и др. ОО целесообразности автоматического шунтирования поврежденной фазьї в воздушньїх сетях 10кВ. - Знергетика и злектрификация, 1977, Мо4. С.25-28.), в якому за даними вимірів фазних напруг і напруги нульової послідовності визначають ушкоджену фазу і, при перевищенні напругою нульової послідовності заданого порогу, здійснюють 29 з'єднання з боку джерела живлення ушкодженої фази із землею через низькоомний шунт і починають пошук -о ушкодженого приєднання шляхом почергового короткочасного відключення приєднань, що живляться від мережі, з попереднім відключенням шунта.The closest in technical essence to the proposed method is the method of eliminating arc circuits to the ground using a device for automatic shunting of the damaged phase (O.S. Ilyenko, V.M. Tsvyakh, I.T. Lenchuk et al. phases in 10kV overhead networks - Energy and electrification, 1977, Mo4. P.25-28.), in which, based on the measurements of phase voltages and zero-sequence voltage, the damaged phase is determined and, if the zero-sequence voltage exceeds a given threshold, 29 of connection from the power supply side of the damaged phase to the ground through a low-resistance shunt and begin the search for the damaged connection by alternating short-term disconnection of the connections fed from the network with a preliminary disconnection of the shunt.

Засобами найближчого аналога не можна досягти технічного результату з наступних причин. При пошуку ушкодженого елементу шляхом почергового відключення приєднань необхідно також, хоча б короткочасно, о відключати і шунтуючий вимикач. Це знову може приводити до запалення дуги в місці замикання і, як наслідок, с виникненню великих перенапруг, що приводять до переходу однофазних замикань на землю в міжфазні короткі замикання з тривалими перервами електропостачання споживачів, можливістю виникнення пожеж. Багатократні -- комутації при відключенні шунтуючого вимикача теж можуть стати причиною великих перенапруг, а також ферорезонансних процесів, що приводять до ушкодження трансформаторів напруги, підключених до збірних 39 шин мережі. --The technical result cannot be achieved by means of the closest analogue for the following reasons. When searching for a damaged element by alternately disconnecting connections, it is also necessary, at least for a short time, to disconnect the shunt switch. This can again lead to ignition of the arc at the place of the circuit and, as a result, with the occurrence of large overvoltages, which lead to the transition of single-phase circuits to the ground into interphase short circuits with long interruptions in the power supply of consumers, the possibility of fires. Multiple commutations when the shunt switch is turned off can also cause large overvoltages, as well as ferroresonance processes, which lead to damage of voltage transformers connected to the collective 39 busbars of the network. --

Загальними ознаками найближчого аналога, з ознаками технічного рішення способу усунення замикань на землю в електричних мережах, що заявляється, є: вимірювання фазних напруг і напруги нульової послідовності, визначення ушкодженої фази і, при перевищенні напругою нульової послідовності заданого порогу, з'єднання з « боку джерела живлення ушкодженої фази із землею через низькоомний шунт, пошук ушкодженого приєднання З шляхом почергового короткочасного відключення приєднань, що живляться від мережі. с У основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу усунення замикань на землю в з» електричних мережах, в якому за рахунок введення нових операцій забезпечується суттєве зменшення часу горіння дуги на землю і усунення комутаційних перенапруг під час пошуку замикання на землю, а, отже, і тривалість дії дугових перенапруг на ізоляцію, що дозволяє істотно підвищити надійність функціонування електроустаткувань, особливо з ослабленою ізоляцією, знизити ушкодження електрообладнання, а також - зменшити вірогідність виникнення ферорезонансних процесів і вірогідність переходу однофазних замикань на 4! землю в міжфазні короткі замикання або багатомісні пробої ізоляції.The general features of the nearest analogue, with the features of the technical solution for the method of eliminating short-circuits to the ground in electrical networks, which is claimed, are: measurement of phase voltages and zero-sequence voltage, determination of the damaged phase and, when the zero-sequence voltage exceeds a given threshold, connection from the " side power sources of the damaged phase with the ground through a low-resistance shunt, finding the damaged connection C by alternating short-term disconnection of the connections fed from the network. c The basis of the useful model is the task of improving the method of eliminating short-circuits to the ground in electrical networks, in which, due to the introduction of new operations, a significant reduction in the time of arc burning to the ground and the elimination of switching overvoltages during the search for a short-circuit to the ground is ensured, and, therefore, and the duration of the action of arc surges on the insulation, which allows you to significantly increase the reliability of the functioning of electrical equipment, especially with weakened insulation, reduce damage to electrical equipment, and also - reduce the probability of the occurrence of ferroresonance processes and the probability of transition of single-phase circuits to 4! ground in phase-to-phase short circuits or multiple insulation breakdowns.

Поставлена задача вирішується тим, що в способі усунення замикань на землю в електричних мережах, який - включає вимірювання фазних напруг і напруги нульової послідовності, визначення ушкодженої фази і, при о 20 перевищенні напругою нульової послідовності заданого порогу, з'єднання з боку джерела живлення ушкодженої фази із землею через низькосоомний шунт, пошук ушкодженого приєднання шляхом почергового короткочасного щи відключення приєднань, що живляться від мережі і, згідно корисної моделі, при почерговому короткочасному відключенні приєднань шунт заздалегідь не відключають, а додатково вимірюють фазу струму в його ланцюзі до і після відключення приєднання і по фіксації зміни фази струму визначають ушкоджене приєднання. 29 На фігурі представлена принципова схема здійснення запропонованого способу, що містить джерело с живлення 1, до якого підключені збірні шини 6-35КВ 2. До збірних шин підключений низькоомний шунт 3, у якості якого використовується пофазно керований вимикач, в ланцюзі якого встановлений трансформатор струму 4, вторинна обмотка якого підключена до першого входу пристрою вимірювання фази струму 5, до другого входу якого підключається вимірювальний трансформатор напруги 6, вхід якого підключений до збірних шин, до яких бо підключені ємності мережі 7 і приєднання 8 і 9, що містять навантаження, наприклад, високовольтні двигуни 10 і 11. У схемі, при замиканні однієї з фаз на землю, протікає ємнісний струм 12, а при включенні шунта і ємнісний струм 13, а також частина активно-індуктивного струму навантаження 14.The problem is solved by the fact that in the method of eliminating short circuits to the ground in electrical networks, which includes the measurement of phase and zero-sequence voltages, the determination of the damaged phase and, when the zero-sequence voltage exceeds the specified threshold by 20, the connection from the power supply side of the damaged phases with the ground through a low-ohm shunt, searching for a damaged connection by alternating short-term disconnection of connections fed from the network and, according to a useful model, when alternating short-term disconnection of connections, the shunt is not disconnected in advance, but additionally measures the phase of the current in its circuit before and after disconnection of the connection and by fixing the current phase change, the damaged connection is determined. 29 The figure shows a schematic diagram of the implementation of the proposed method, which includes a power source 1, to which 6-35 kV busbars 2 are connected. A low-resistance shunt 3 is connected to the busbars, which is used as a phase-controlled switch, in the circuit of which a current transformer 4 is installed , the secondary winding of which is connected to the first input of the current phase measuring device 5, to the second input of which is connected the voltage measuring transformer 6, the input of which is connected to the busbars, to which network capacitors 7 and connections 8 and 9 containing loads are connected, for example, high-voltage motors 10 and 11. In the scheme, when one of the phases is shorted to the ground, capacitive current 12 flows, and when the shunt is turned on, capacitive current 13 flows, as well as part of the active-inductive load current 14.

Спосіб усунення замикань на землю здійснюється таким чином.The method of eliminating short circuits to the ground is carried out as follows.

При виникненні замикання однієї з фаз на землю в ланцюзі приєднання 8 і шунтування даної фази 62 низькоомним шунтом З, в первинному ланцюзі трансформатора струму 4 протікатиме частина ємнісного струму мережі 13 і активно-індуктивного струму навантаження 14, геометрична сума яких, зменшена в К раз, надходить на перший вхід пристрою вимірювання фази струму 5, на другий вхід якого надходить напруга нульової послідовності ЗОд з виходу вимірювального трансформатора напруги 6. Фіксується фаза між струмом і напругоюIn the event of a short-circuit of one of the phases to the ground in the connection circuit 8 and shunting of this phase 62 with a low-resistance shunt Z, a part of the capacitive current of the network 13 and the active-inductive current of the load 14 will flow in the primary circuit of the current transformer 4, the geometric sum of which, reduced by a factor of K, enters the first input of the current phase measurement device 5, the second input of which receives the zero-sequence voltage ЗОд from the output of the voltage measuring transformer 6. The phase between current and voltage is fixed

В цьому режимі.In this mode.

Після цього починається пошук ушкодженого приєднання шляхом їх почергового відключення. При відключенні неушкодженого приєднання 9 фаза між струмом і напругою на пристрої 5 практично не змінюється, а при відключенні ушкодженого приєднання 8 припиняється протікання через місце замикання струмів 12 і 14 відбувається різка зміна попередньо зафіксованого значення фази через припинення протікання по /о трансформатору струму 4 частини струму навантаження 14, що і є ознакою виявлення ушкодженого приєднання.After that, the search for the damaged connection begins by disconnecting them one by one. When disconnecting the undamaged connection 9, the phase between the current and the voltage on the device 5 practically does not change, and when disconnecting the damaged connection 8, the flow through the place of closure of the currents 12 and 14 stops, there is a sharp change in the pre-fixed value of the phase due to the cessation of the flow through / about the current transformer 4 of part of the current load 14, which is a sign of detecting a damaged connection.

Для оцінки ефективності запропонованого способу пошуку ушкодженого приєднання по фіксації зміни фази струму в ланцюзі шунта було проведене математичне моделювання мережі з ізольованою нейтралью і ємнісним струмом замикання на землю рівним 52А. До мережі були підключені як пошкоджене, так і не пошкоджені приєднання. За наявності глухого замикання на землю в приєднанні асинхронного високовольтного двигуна типу 7/5 ВАЗ-32-15/109 потужністю 8000кВт фаза струму в ланцюзі включеного поблизу джерела живлення шунта була відстаючою і склала по відношенню до напруги нульової послідовності ЗОд - 13. При відключенні приєднання з ушкодженням фаза струму в ланцюзі шунта стала випереджаючою і склала по відношенню до напруги нульової послідовності ЗОд 490, оскільки цей струм обумовлений в цьому випадку тільки ємністями мережі. Таким чином зміна фази струму в ланцюзі шунта складає від -13 до 90, тобто 103, що свідчить про достатній ступінь інформативності даного параметра.To evaluate the effectiveness of the proposed method of finding a damaged connection by fixing the current phase change in the shunt circuit, a mathematical modeling of the network with an isolated neutral and a capacitive ground fault current equal to 52A was carried out. Both corrupted and uncorrupted connections were connected to the network. In the presence of a blind earth fault in the connection of a 7/5 VAZ-32-15/109 asynchronous high-voltage motor with a capacity of 8000 kW, the phase of the current in the circuit of the shunt connected near the power source was lagging and was equal to the zero-sequence voltage ЗОд - 13. When the connection was disconnected with the damage, the phase of the current in the shunt circuit became ahead of the zero-sequence voltage Зод 490, since this current is caused in this case only by network capacitances. Thus, the change in the phase of the current in the shunt circuit is from -13 to 90, i.e. 103, which indicates a sufficient degree of informativeness of this parameter.

Практична реалізація запропонованого способу усунення замикань на землю в електричних мережах усуває дію дугових перенапруг при пошуку ушкодженого елементу шляхом почергового відключення приєднань, зменшує вірогідність виникнення ферорезонансних процесів, вірогідність переходу однофазних замикань на землю в багатофазні короткі замикання або багатомісні пробої ізоляції на ушкодженій фазі, що дозволяє істотноThe practical implementation of the proposed method of eliminating short-circuits to the ground in electrical networks eliminates the effect of arc overvoltages when searching for a damaged element by alternately disconnecting connections, reduces the probability of the occurrence of ferroresonance processes, the probability of the transition of single-phase short-circuits to the ground into multi-phase short circuits or multi-location insulation breakdowns on the damaged phase, which allows significantly

Підвищити надійність роботи електроустаткування в мережах, особливо з ослабленою ізоляцією.Increase the reliability of electrical equipment in networks, especially with weakened insulation.

Запропонований спосіб усунення замикань на землю в електричних мережах з ізольованою нейтралью може о, бути також успішно поширений і на промислові мережі 6-35КВ з компенсованою або резистивно-заземленою нейтралью. (Се)The proposed method of eliminating short-circuits to the ground in electric networks with an isolated neutral can also be successfully applied to industrial networks of 6-35 kV with a compensated or resistive-grounded neutral. (Se)

Claims

The formula of the invention so. K-4. . The method of eliminating short-circuits to the ground in electrical networks, which includes the measurement of phase and zero-sequence voltages, determination of the damaged phase, and when the zero-sequence voltage exceeds a given threshold, the connection from the power supply side of the damaged phase to the ground Through "- a low-resistance shunt , searching for a damaged connection by alternating short-term disconnection of connections fed from the network, which differs in that during alternate short-term disconnection of connections, the phase of the current in its circuit is additionally measured before and after disconnection of the connection, and by fixing the change in the current phase, the damaged connection is determined. "

-

. and? - 1 - (ee) 4) 60 b5