ГЕНЕРАТОР ТОКА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

ГЕНЕРАТОР ТОКА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ


RU (11) 2314619 (13) C2

(51) МПК
H02H 7/26 (2006.01)
H02H 3/16 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.03.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2005135005/09 
(22) Дата подачи заявки: 2005.11.11 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.11.11 
(43) Дата публикации заявки: 2007.05.27 
(45) Опубликовано: 2008.01.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2157038 C1, 27.09.2000. RU 2244992 C1, 20.01.2005. SU 1129689 A1, 15.12.1984. GB 1058181 A, 08.02.1967. 
(72) Автор(ы): Горелов Вячеслав Николаевич (RU); Чалый Алексей Михайлович (RU); Инячин Александр Николаевич (UA) 
(73) Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Промышленная Группа ТЭЛ Таврида Электрик" (RU) 
Адрес для переписки: 107078, Москва, а/я 265, пат.пов. А.Ю.Прозоровскому 

(54) ГЕНЕРАТОР ТОКА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Использование: для выявления присоединения с замыканием на землю в сети с изолированной нейтралью. Технический результат заключается в повышении быстродействия и надежности и сокращении габаритов и массы устройства. Устройство содержит фильтры токов нулевой последовательности, включенные в цепь каждого присоединения, фильтр напряжения нулевой последовательности, подключенный к сборным шинам, устройство (генератор) для создания тока нулевой последовательности, подключенное к сборным шинам через выключатель, управляемый модулем контроля и управления, осуществляющим кратковременное замыкание указанного выключателя в случае превышения порога срабатывания и подключенным к фильтру напряжения нулевой последовательности, а в модуль контроля и управления введена линия задержки. При этом генератор тока нулевой последовательности содержит реактор с трехстержневым ненасыщаемым магнитопроводом и с обмотками, соединенными в звезду с заземленной общей точкой (нейтралью). В результате упрощена конструкция, повышены быстродействие и надежность, сокращены габариты и масса, обеспечена возможность оптимальной компоновки, повышена безопасность обслуживания. 5 з.п. ф-лы, 3 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкциям устройств, обеспечивающих селективное обнаружение однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью и защиту сети от повреждений при наличии этих замыканий.

В таких сетях селективное выявление линии электропередачи, в которой произошло замыкание на землю, часто оказывается сложной задачей, особенно если в месте повреждения возникают большие переходные сопротивления, а к рассматриваемой секции сборных шин присоединено малое количество линий электропередачи. Например, при наличии двух подключенных к секции сборных шин линий разной длины и появлении замыкания на землю на длинной линии ток в ее защите может оказаться очень небольшим, недостаточным для срабатывания.

При этом защита линии от замыкания на землю не срабатывает и не выявляет поврежденное присоединение. В результате поврежденную линию выявляют путем поочередного отключения подключенных к рассматриваемой секции сборных шин линий по признаку исчезновения напряжения нулевой последовательности. Такие отключения могут задержать процесс выявления поврежденной линии на значительное время и, кроме того, вызвать значительные материальные ущербы у отключаемых потребителей.

Известно устройство для выявления присоединения с замыканием на землю в сетях с изолированной нейтралью (см. описание изобретения RU 2157038 С1), содержащее, в числе прочего, трехфазную группу высоковольтных заземляющих резисторов, кратковременно подключаемых к сборным шинам. Указанные резисторы являются источником активного тока, протекающего через точку замыкания на землю. В результате токи нулевой последовательности в неповрежденных линиях остаются емкостными, и в поврежденной линии ток нулевой последовательности содержит значительную активную составляющую. Измеряя угол тока нулевой последовательности по отношению к напряжению нулевой последовательности в различных присоединениях, определяют поврежденную линию, после чего трехфазную группу заземляющих резисторов отключают.

К недостатком данного решения следует отнести наличие мощных заземляющих резисторов, требующих специального устройства защиты от повреждения, а также сложный алгоритм сопоставительной обработки сигналов от трансформаторов тока различных присоединений.

Другим близким по архитектуре первичных цепей и идеологии своей работы является комплектное устройство для частичного заземления нейтрали разработки и производства АО «Московский завод Электрощит».

Это устройство содержит дополнительный заземляющий трансформатор типа ТСНЗ, подключаемый к сборным шинам секции через комплектное распределительное устройство серии К-104М (информационный листок АО «Московский завод Электрощит»). Мощность заземляющего трансформатора 63 кВА, обмотка высокого напряжения собрана в звезду с выведенной нейтралью, в обмотка низкого напряжения - в треугольник. Нейтраль обмотки высокого напряжения заземляется через блок резисторов с активным сопротивлением 100 Ом (для сети 6 кВ) или 150 Ом (для сети 10 кВ).

Неоптимальные конструкция и режим работы заземляющего трансформатора приводят к увеличению его массогабаритных показателей, а необходимость заземления нейтрали через активное сопротивление требует использования блока резисторов большой мощности. Кроме того, дополнительный трансформатор подключается к сборным шинам с помощью коммутационного аппарата, устанавливаемого в отдельном шкафу серии К-104М, то есть фактически для решения задачи обнаружения поврежденного присоединения применяется два шкафа, что предполагает значительные габаритные размеры и стоимость устройства в целом, а также снижает его надежность за счет применения кабельной вставки для сопряжения шкафа заземления нейтрали и шкафа К-104М.

Известен генератор тока нулевой последовательности, включенный между выводом нейтрали силового питающего трансформатора и землей, фильтры тока нулевой последовательности, включенные в цепь каждого присоединения, которые через цепочку из последовательно соединенных гармонических фильтров частотой 25 герц, пороговых органов, элементов выдержки времени и элементов сигнализации присоединены ко входам соответствующих исполнительных элементов, выходы которых служат выходами сигналов на отключение соответствующего присоединения. [См. Бухтояров В.Ф., Маврицын А.М. «Защита от замыканий на землю электроустановок карьеров». - М.: Недра, 1986. стр.68].

При появлении в сети замыкания на землю с помощью генератора тока нулевой последовательности в нейтраль силового трансформатора вводят наложенный ток нулевой последовательности частотой 25 герц, измеряют эту гармоническую составляющую в токе нулевой последовательности каждой линии и сравнивают ее с током срабатывания, равным току небаланса, умноженному на коэффициент отстройки, причем поврежденной линией считают такую, в которой измеренная величина гармонической составляющей 25 герц в токе нулевой последовательности превышает ток срабатывания защиты.

Недостатками описанного устройства является необходимость включения специального высоковольтного источника тока частотой 25 герц в нейтраль трансформатора, которая в сетях напряжением 6...10 киловольт может быть не выведена, а также то, что такой способ защиты не исключает появления в месте замыкания на землю перемежающейся дуги, что может значительно усложнить работу защиты и послужить причиной ее неправильных действий.

С конструктивной точки зрения генератор тока нулевой последовательности выполнен в архитектуре комплектного распределительного устройства «ETALON» (патент РФ №2217851) и является его логическим продолжением.

Технической задачей изобретения является создание эффективного генератора тока нулевой последовательности, а также расширение арсенала генераторов тока нулевой последовательности.

Технический результат изобретения состоит в упрощении конструкции, повышении быстродействия и надежности, сокращении габаритов и массы, обеспечении оптимальной компоновки, повышении безопасности обслуживания.

Сущность изобретения состоит в том, что устройство для выявления присоединения с замыканием на землю в сети с изолированной нейтралью содержит фильтры токов нулевой последовательности, включенные в цепь каждого присоединения, фильтр напряжения нулевой последовательности, подключенный к сборным шинам, устройство (генератор) для создания тока нулевой последовательности, подключенное к сборным шинам через нормально разомкнутый трехфазный выключатель, управляемый модулем контроля и управления, подключенным к фильтру напряжения нулевой последовательности, который осуществляет кратковременное замыкание указанного выключателя в случае превышения порога срабатывания устройства управления, а в блок (модуль контроля и) управления введена линия задержки, а устройство (генератор) тока нулевой последовательности реализовано в виде трехстержневого трехфазного ненасыщаемого реактора с соединением обмоток в звезду с заземленной нейтралью.

Предпочтительно к упомянутым фильтрам тока и напряжения нулевой последовательности подсоединены устройства релейной защиты, реагирующие на уровень активной мощности нулевой последовательности.

При этом генератор тока нулевой последовательности в трехфазной сети с изолированной нейтралью содержит реактор с трехстержневым ненасыщаемым магнитопроводом и с обмотками, соединенными в звезду с заземленной общей точкой (нейтралью), а также нормально разомкнутый модуль высоковольтный, снабженный приводом, подключенным к модулю контроля и управления, и выполненный в виде последовательно соединенных селектора и вакуумного коммутационного модуля с тремя вакуумными выключателями, причем селектор выполнен с тремя подвижными контактами, с тремя изолированными неподвижными контактами, с тремя заземленными выводами и с тремя выводами, соединенными с шинами, а коммутационный модуль выполнен с тремя выводами, соединенными с подвижными контактами селектора и с тремя выводами, соединенными с обмотками реактора, при этом модуль контроля и управления выполнен с возможностью идентификации однофазного замыкания цепи на землю по напряжению нулевой последовательности.

Устройство снабжено единым корпусом в виде шкафа с отсеком сборных шин и с расположенными последовательно сверху вниз низковольтным отсеком, высоковольтным отсеком и отсеком реактора, при этом в отсеке сборных шин, расположенном за высоковольтным отсеком, размещены элементы опорной изоляции, токопроводы и соединители сборных шин, в низковольтном отсеке размещены модуль контроля и управления, а также дополнительно установленные органы сигнализации и индикации, в высоковольтном отсеке размещены коммутационный модуль и сблокированный с ним селектор, а в отсеке реактора - реактор и соединительные проводники, причем каждый отсек снабжен клапаном сброса избыточного давления, а высоковольтный отсек выполнен с окном из высокопрочного прозрачного поликарбоната и снабжен действующей механической мнемосхемой, размещенной с возможностью наблюдения за ней через окно.

На фиг.1 изображена схема главных цепей генератора тока нулевой последовательности заявленного устройства, на фиг.2 - компоновка отсеков генератора тока нулевой последовательности (вид сбоку), на фиг.3 - вид справа по фиг.1.

Устройство состоит из отсека 1 модуля высоковольтного, отсека 2 сборных шин, отсека 3 реактора, которые являются силовыми отсеками генератора, а также низковольтного отсека 4.

В отсеке 1 модуля высоковольтного расположен модуль 5 высоковольтный, включая коммутационный аппарат (модуль), селектор 6 и механический привод 7 селектора, а также верхнюю часть проходных изоляторов 8 и верхние выводы центральных токопроводов 9. Модуль 5 высоковольтный включает коммутационный модуль и трехпозиционный селектор 6 (фиг.1).

В трансформаторном отсеке расположены нижняя часть проходных изоляторов 10, нижние выводы центральных токопроводов 11, соединительные проводники 12 и трехфазный (трехстержневой ненасыщаемый) реактор 13. Последний закрепляется на горизонтальных направляющих, установленных на основании отсека 3 реактора 13.

В отсеке 2 сборных шин размещены опорная изоляция магистралей 14 и соединители сборных шин в изоляции.

Все силовые отсеки 1-3 снабжены клапанами сброса избыточного давления, расположенными в необслуживаемой зоне и обеспечивающими требуемую локализационную прочность конструкции устройства.

В низковольтном отсеке монтируется модуль 15 контроля и управления, а также клеммные колодки, обеспечивающие сопряжение модуля 15 с устройствами релейной защиты и автоматики других присоединений секции и с системой оперативного питания.

Со стороны фасада отсек 1 модуля 5 высоковольтного отгорожен съемной передней панелью, имеющей прямоугольный вырез. Вырез закрыт листом высокопрочного прозрачного поликарбоната, что позволяет наблюдать за элементами и действующей механической мнемосхемы. Последняя отображает состояние главных контактов модуля 5 и положение подвижных контактов селектора 6. На переднюю панель отсека 1 выведена рукоятка «Отключено и заблокировано» 16, назначение которой - предотвратить ошибочные действия оператора при работе с селектором 6 и модулем 5.

Устройство и генератор тока нулевой последовательности работает следующим образом.

При возникновении однофазного замыкания на землю в нейтрали появляется ток нулевой последовательности, а в фазных проводах - его составляющие. Модуль контроля и управления (является, например, программным устройством) идентифицирует наличие повреждения по напряжению нулевой последовательности в нейтрали (по датчику напряжения нулевой последовательности), но не позволяет установить и отключить поврежденную фазу. После программируемой выдержки времени, необходимой для обеспечения возможности самогашения дуги однофазного замыкания на землю, модулем контроля и управления производится включение модуля высоковольтного. При этом замыкаются контакты вакуумных выключателей коммутационного модуля, а контакты селектора установлены его механическим приводом в положение соединения коммутационного модуля со сборными шинами. При возникновении однофазного замыкания на землю модуль контроля и управления идентифицирует это повреждение по напряжению нулевой последовательности, фильтр которого устанавливается в отдельном (трансформаторном) шкафу КРУ серии «ETALON", подключенном к данной секции сборных шин. После некоторой выдержки времени, необходимой для обеспечения возможности самогашения дуги однофазного замыкания на землю, модулем контроля и управления производится включение коммутационного модуля, и напряжение сборных шин подключается к трехфазному реактору. При этом трехфазный трехстержневой ненасыщаемый реактор попадает в несимметричный режим, и в его нейтрали формируется ток ln, зависящий от фазного напряжения сети, сопротивления в месте повреждения и индуктивного сопротивления рассеивания обмоток реактора.

Конструктивные параметры реактора выбираются таким образом, чтобы величина тока Jn составляла не более 40А, что с одной стороны, не приводит к развитию аварии в месте повреждения, а с другой - достаточно для уверенного срабатывания токовых защит нулевой последовательности. Для работы последних на каждом присоединении, подключенном к секции сборных шин, устанавливаются фильтры нулевой последовательности.

Происходит подключение напряжения сборных шин к трехфазному ненасыщаемому реактору (например, трехстержневой сердечник). Таким образом, последний попадает в несимметричный режим и в его нейтрали формируется указанный ток Jn величиной до 40А, зависящий от фазного напряжения сети и сопротивления в месте повреждения. Генератор (дополнительно к протекающему току) формирует в поврежденное соединение (поврежденную фазу) кратковременный ток нулевой последовательности, представляющий собой часть тока Jn. Его величина определяется конструктивными параметрами реактора и пропорциональна сумме сопротивления нулевой последовательности трехфазного реактора и сопротивления в месте повреждения. В трехстержневом магнитопроводе не наводится магнитный поток нулевой последовательности, следовательно, сопротивление нулевой последовательности реактора минимально, так как определяется только индуктивным сопротивлением рассеивания его обмоток, а напряжения на обмотках не превышают линейного напряжения сети, деленного на . Величина тока нулевой последовательности, формируемого в поврежденной фазе, не приводит к развитию аварии и достаточна для срабатывания токовых защит этой фазы. Спустя некоторое время, достаточное для идентификации однофазного замыкания на землю на поврежденном фидере, модуль контроля и управления отключает коммутационный модуль и отсоединяет реактор от сборных шин секции.

После срабатывая защит, спустя время, необходимое для идентификации однофазного замыкания на землю на поврежденном фидере по срабатыванию защит, модулем контроля и управления производится выключение модуля высоковольтного. При этом размыкаются контакты вакуумных выключателей коммутационного модуля, а контакты селектора устанавливаются его механическим приводом в нейтральное положение до повторного включения после устранения повреждения.

Повторное включение модуля высоковольтного блокируется до устранения повреждения и пропадания напряжения нулевой последовательности в сети, что происходит после срабатывания упомянутых защит поврежденной фазы.

Трехпозиционный селектор может находиться в одном из следующих фиксированных положений:

«Включено» - модуль коммутационный электрически соединен со сборными шинами.

«Изолировано» - модуль коммутационный изолирован.

«Заземлено» - обмотки реактора могут быть заземлены, если замкнуты главные контакты модуля коммутационного.

В нормальном режиме селектор находится в положении «Включено», главные контакты коммутационного модуля разомкнуты.

Так как магнитопровод трехфазного ненасыщаемого реактора выполнен трехстержневым, в нем не наводится магнитный поток нулевой последовательности, и сопротивление нулевой последовательности реактора определяется только индуктивным сопротивлением рассеивания его обмоток.

В случае необходимости проверки технического состояния и обслуживания оборудования, размещенного в шкафу, контакты селектора переводятся в заземленное положение. Со стороны фасада отсек модуля высоковольтного отгорожен съемной передней панелью, имеющей прямоугольное окно. Окно закрыто листом высокопрочного прозрачного поликарбоната, что позволяет наблюдать за элементами и действующей механической мнемосхемы. Последняя отображает состояние контактов коммутационного модуля и положение подвижных контактов селектора. На переднюю панель отсека выведена рукоятка «Отключено и заблокировано», назначение которой - предотвратить ошибочные действия оператора при работе с селектором и коммутационным модулем.

Клапаны сброса избыточного давления, расположенные в необслуживаемой зоне каждого отсека шкафа, обеспечивают требуемую локализационную прочность конструкции. Областью локализации является каждый отсек в отдельности.

Параметры устройства:

Номинальное напряжение, кВ - 6 или 10

Номинальный ток сборных шин, А - 1600

Ток термической стойкости сборных шин,

действующее значение, кА - 31.5

Время протекания тока термической стойкости, с - 3

Ток электродинамической стойкости сборных шин, пик, кА - 80

Габаритные размеры, мм

высота - 2008

глубина - 762

ширина по фронту - 330

Вес, кг - 370

Таким образом создано эффективное устройство для выявления присоединения с замыканием на землю в сети с изолированной нейтралью и генератор тока нулевой последовательности, а также расширен арсенал генераторов тока нулевой последовательности.

При этом упрощена конструкция, повышены быстродействие и надежности, сокращены габариты и масса, обеспечена возможность оптимальной компоновки, повышена безопасность обслуживания.

В настоящее время проведен комплекс испытаний заявленного оборудования в испытательном центре «Таврида Электрик». Испытания конструкции шкафа на локализацию проведены в ОАО «НИЦ ВВА». Результаты испытаний подтвердили правильность выбранных технических решений.

В настоящее время ведется подготовка к серийному выпуску.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Устройство для выявления присоединения с замыканием на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее фильтры токов нулевой последовательности, включенные в цепь каждого присоединения, фильтр напряжения нулевой последовательности, подключенный к сборным шинам, устройство (генератор) для создания тока нулевой последовательности, подключенное к сборным шинам через нормально разомкнутый трехфазный выключатель, управляемый модулем контроля и управления, осуществляющим кратковременное замыкание указанного выключателя в случае превышения напряжением нулевой последовательности порога срабатывания и подключенным к фильтру напряжения нулевой последовательности, отличающееся тем, что в модуль контроля и управления введена линия задержки, а устройство (генератор) тока нулевой последовательности реализовано в виде трехстержневого трехфазного ненасыщаемого реактора с соединением обмоток в звезду с заземленной нейтралью.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к упомянутым фильтрам тока и напряжения нулевой последовательности подсоединены устройства релейной защиты, реагирующие на уровень активной мощности нулевой последовательности.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что генератор тока нулевой последовательности в трехфазной сети с изолированной нейтралью содержит реактор с трехстержневым ненасыщаемым магнитопроводом и с обмотками, соединенными в звезду с заземленной нейтралью, а также нормально разомкнутый модуль высоковольтный, снабженный приводом, подключенным к модулю контроля и управления, и выполненный в виде последовательно соединенных селектора и вакуумного коммутационного модуля с тремя вакуумными выключателями, причем селектор выполнен с тремя подвижными контактами, с тремя изолированными неподвижными контактами, с тремя заземленными выводами и с тремя выводами, соединенными с шинами, а коммутационный модуль выполнен с тремя выводами, соединенными с подвижными контактами селектора, и с тремя выводами, соединенными с обмотками реактора, при этом модуль контроля и управления выполнен с возможностью идентификации однофазного замыкания цепи на землю по напряжению нулевой последовательности.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено единым корпусом в виде шкафа с отсеком сборных шин и с расположенными последовательно сверху вниз низковольтным отсеком, высоковольтным отсеком и отсеком реактора, при этом в отсеке сборных шин, расположенном за высоковольтным отсеком, размещены элементы опорной изоляции, токопроводы и соединители сборных шин, в низковольтном отсеке размещены модуль контроля и управления, а также дополнительно установленные органы сигнализации и индикации, в высоковольтном отсеке размещены коммутационный модуль и сблокированный с ним селектор, а в отсеке реактора - реактор и соединительные проводники.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что каждый отсек снабжен клапаном сброса избыточного давления.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что высоковольтный отсек выполнен с окном из высокопрочного прозрачного поликарбоната и снабжен действующей механической мнемосхемой, размещенной с возможностью наблюдения за ней через окно.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru