УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В СЕТЯХ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ЕМКОСТНОГО ТОКА

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В СЕТЯХ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ЕМКОСТНОГО ТОКА


RU (11) 2268524 (13) C1

(51) МПК
H02H 3/16 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2008 - действует 

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

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2004125260/09 
(22) Дата подачи заявки: 2004.08.17 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.08.17 
(45) Опубликовано: 2006.01.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 177958 A1, 01.01.1966. RU 2160953 С2, 20.12.2000. RU 2157038 C1, 27.09.2000. SU 843081 A1, 30.06.1981. GB 1058181 А, 08.02.1967. 
(72) Автор(ы): Вайнштейн Роберт Александрович (RU); Шестакова Вера Васильевна (RU); Юдин Святослав Михайлович (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет (RU) 
Адрес для переписки: 634050, г.Томск, пр. Ленина, 30, Томский политехнический университет, отдел интеллектуальной и промышленной собственности 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В СЕТЯХ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ЕМКОСТНОГО ТОКА

Использование: для защиты от замыканий на землю. Технический результат заключается в устранении зоны нечувствительности в работе защиты. Устройство, основанное на принципе наложения на сеть оперативного тока с частотой 25 Гц, содержит источник оперативного тока, включенный последовательно с дугогасящим реактором, фильтры токов нулевой последовательности, установленные на каждой линии сети, и реагирующие органы, подключенные к фильтрам токов нулевой последовательности, причем в качестве источника оперативного тока с частотой 25 Гц применен параметрический делитель частоты, содержащий выходную обмотку, расположенную на совмещенных стержнях двух магнитопроводов, включенную последовательно с дугогасящим реактором, первую обмотку возбуждения, расположенную на внешнем стержне первого магнитопровода, включенную последовательно со второй обмоткой возбуждения, расположенной на внешнем стержне второго магнитопровода, причем обмотки возбуждения подключены через диод к сети собственных нужд переменного тока, а обмотка колебательного контура, расположенная на совмещенных стержнях первого и второго магнитопроводов, замкнута на последовательно соединенные конденсатор и линейный дроссель. 2 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области релейной защиты и может быть использовано для защиты от замыканий на землю в сетях с компенсацией емкостного тока.

Известно устройство для защиты от замыканий на землю [Сирота И.М. Трансформаторы и фильтры напряжения и тока нулевой последовательности.. - Киев: Наукова думка, 1983, 89 с.], содержащее источник оперативного тока частотой 20 Гц, фильтр напряжения нулевой последовательности, подключенный к энергоблоку, два частотных фильтра и два выпрямительных моста, присоединенных к вторичной цепи нулевых обмоток фильтра напряжения нулевой последовательности. 

Данное устройство может создать в первичной цепи только относительно малый оперативный ток, при котором трудно обеспечить надежную работу частотно-избирательных исполнительных органов. 

Также известно устройство для защиты от замыканий на землю в сетях с компенсацией емкостного тока [Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем - М: Энергия. 1976, 360 с.], содержащее блок создания оперативного тока с частотой 100 Гц, включающий в себя расположенную на сердечнике дугогасящего реактора дополнительную обмотку, которая включается через контактор и выпрямитель на резистор.

Данное устройство имеет недостаток, который заключается в том, что оперативный ток с частотой 100 Гц вырабатывается только при протекании по дугогасящему реактору тока с частотой 50 Гц. При замыкании в нейтральных точках генераторов или двигателей ток с частотой 50 Гц по дугогасящему реактору не протекает, это исключает возможность выполнения защиты электрических машин без зоны нечувствительности.

Известно устройство для защиты от замыкания на землю в сетях с компенсированной нейтралью [А.с. СССР №177958, МПК 2 Н 02 Н 3/16, БИ №2, 1966], выбранное в качестве прототипа, содержащее источник оперативного тока с частотой 25 Гц, представляющий собой катушку, индуктивность которой периодически изменяется, включенный последовательно с дугогасящим реактором, реагирующие органы, подключенные к фильтрам токов нулевой последовательности, которые установлены на каждой линии сети.

Недостатком данного устройства является то, что оперативный ток с частотой 25 Гц вырабатывается только при протекании по дугогасящему реактору тока с частотой 50 Гц. При замыкании в нейтральных точках генераторов или двигателей ток с частотой 50 Гц по дугогасящему реактору не протекает, это исключает возможность работы защиты при замыкании в нейтральных точках генераторов или двигателей, то есть имеет место зона нечувствительности.

Задачей изобретения является устранение зоны нечувствительности в работе защиты.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для защиты от замыкания на землю в сетях с компенсацией емкостного тока, основанном на принципе наложения на сеть оперативного тока с частотой 25 Гц, содержащем источник оперативного тока, включенный последовательно с дугогасящим реактором, фильтры токов нулевой последовательности, установленные на каждой линии сети, и реагирующие органы, подключенные к фильтрам токов нулевой последовательности, согласно изобретению в качестве источника оперативного тока с частотой 25 Гц применен параметрический делитель частоты, содержащий выходную обмотку, расположенную на совмещенных стержнях двух магнитопроводов, включенную последовательно с дугогасящим реактором, первую обмотку возбуждения, расположенную на внешнем стержне первого магнитопровода, включенную последовательно со второй обмоткой возбуждения, расположенной на внешнем стержне второго магнитопровода, причем обмотки возбуждения подключены через диод к сети собственных нужд переменного тока, а обмотка колебательного контура, расположенная на совмещенных стержнях первого и второго магнитопроводов, замкнута на последовательно соединенные конденсатор и линейный дроссель.

Именно заявленное выполнение устройства обеспечивает устранение зоны нечувствительности за счет введения параметрического делителя частоты, включенного последовательно с дугогасящим реактором, причем в цепь колебательного контура параметрического делителя частоты введены последовательно соединенные емкость и линейный дроссель, так как при этом оперативный ток с частотой 25 Гц вырабатывается как при протекании тока дугогасящего реактора с частотой 50 Гц, так и при отсутствии этого тока, то есть как в нормальном режиме, так и при замыкании в нейтральных точках генераторов или двигателей, тем самым выполняется задача изобретения.

Предлагаемое устройство, по сравнению с известным прототипом, позволяет выполнить защиту от замыкания на землю без зоны нечувствительности. Данный технический эффект достигается за счет включения в цепь дугогасящего реактора вместо катушки, индуктивность которой периодически изменяется, параметрического делителя частоты, в обмотку колебательного контура которого введены последовательно соединенные конденсатор и линейный дроссель, причем емкость конденсатора и индуктивность линейного дросселя подобраны таким образом, что обеспечивается условие деления частоты на два, а на частоте 50 Гц емкостное сопротивление конденсатора и индуктивное сопротивление дросселя равны между собой, то есть имеет место условие резонанса напряжений.

На фиг.1 представлена принципиальная схема сети с элементами устройства для защиты от замыкания на землю в сетях с компенсацией емкостного тока, а на фиг.2 - схема источника оперативного тока с частотой 25 Гц.

Устройство содержит (фиг.1) источник оперативного тока с частотой 25 Гц 1, включенный последовательно с дугогасящим реактором 2, первый реагирующий орган 3, второй реагирующий орган 4, N-й реагирующий орган 5, которые подключены соответственно к первому фильтру тока нулевой последовательности 6, второму фильтру тока нулевой последовательности 7 и N-му фильтру тока нулевой последовательности 8, установленным на каждой линии сети с собственными емкостями 9, 10, 11, где N - число линий сети. 

Источник оперативного тока с частотой 25 Гц 1 (фиг.2) выполнен следующим образом. Выходная обмотка 12, расположенная на совмещенных стержнях первого и второго магнитопроводов 13, 14, включена последовательно с дугогасящим реактором 2. Первая обмотка возбуждения 15, расположенная на внешнем стержне первого магнитопровода 13, включена последовательно согласно со второй обмоткой возбуждения 16, расположенной на внешнем стержне второго магнитопровода 14, и подключена через диод 17 к сети собственных нужд переменного тока 18 (частота 50 Гц). Обмотка колебательного контура 19, расположенная на совмещенных стержнях первого и второго магнитопроводов 13, 14, замкнута на последовательно соединенные конденсатор 20 и линейный дроссель 21.

Реагирующие органы 3, 4, 5 могут представлять собой электромагнитные параметрические усилители, настроенные на частоту 25 Гц.

В качестве фильтров токов нулевой последовательности 6, 7, 8 могут быть применены кабельные трансформаторы тока нулевой последовательности.

В качестве диода 17 может быть использован, например, диод типа D242.

В качестве конденсатора 20 может быть использован, например, конденсатор типа КС-1.

Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме работы сети за счет напряжения на выходной обмотке 12 источника оперативного тока с частотой 25 Гц 1 по линиям сети протекают небольшие токи с частотой 50 Гц, определяемые собственными емкостями 9, 10, 11 линий. При замыкании на землю емкостная проводимость поврежденной линии шунтируется, и эквивалентная проводимость этой линии становится значительно больше проводимости неповрежденных линий, ток в поврежденной линии возрастает, и соответствующий реагирующий орган срабатывает и подает сигнал. Источник оперативного тока с частотой 25 Гц 1 при этом продолжает вырабатывать ток с частотой 25 Гц, так как ток дугогасящего реактора 2 с частотой 50 Гц не нарушает электромагнитный режим источника оперативного тока с частотой 25 Гц 1, потому что обмотка колебательного контура 19 замкнута на последовательно соединенные конденсатор 20 и линейный дроссель 21, настроенные в резонанс на частоте 50 Гц. Также при протекании по выходной обмотке 12 источника оперативного тока с частотой 25 Гц 1 тока с частотой 50 Гц не нарушается условие деления частоты на два. Это объясняется тем, что источник оперативного тока с частотой 25 Гц 1 относительно зажимов выходной обмотки 12 представляет собой трансформатор, роль вторичной обмотки в котором выполняет обмотка колебательного контура 19. Так как обмотка колебательного контура 19 замкнута на цепь из последовательно соединенных конденсатора 20 и линейного дросселя 21, настроенных в резонанс на частоте 50 Гц, то сопротивление этой цепи значительно меньше сопротивления ветви намагничивания этого трансформатора. Поэтому значительная доля тока дугогасящего реактора 2 с частотой 50 Гц ответвляется в цепь последовательно соединенных конденсатора 20 и линейного дросселя 21, и только малая часть этого тока попадает в ветвь намагничивания. Следовательно, электромагнитный режим источника оперативного тока с частотой 25 Гц 1 практически не изменяется, и оперативный ток с частотой 25 Гц вырабатывается как в нормальном режиме работы сети, так и при замыканиях на землю в любой точке сети, в том числе и в нейтральных точках генераторов или двигателей. 




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Устройство для защиты от замыкания на землю в сетях с компенсацией емкостного тока, основанное на принципе наложения на сеть оперативного тока с частотой 25 Гц, содержащее источник оперативного тока с частотой 25 Гц, включенный последовательно с дугогасящим реактором, фильтры токов нулевой последовательности, установленные на каждой линии сети, и реагирующие органы, подключенные к фильтрам токов нулевой последовательности, отличающееся тем, что в качестве источника оперативного тока с частотой 25 Гц применен параметрический делитель частоты, содержащий выходную обмотку, расположенную на совмещенных стержнях двух магнитопроводов, включенную последовательно с дугогасящим реактором, первую обмотку возбуждения, расположенную на внешнем стержне первого магнитопровода, включенную последовательно со второй обмоткой возбуждения, расположенной на внешнем стержне второго магнитопровода, причем обмотки возбуждения подключены через диод к сети собственных нужд переменного тока, а обмотка колебательного контура, расположенная на совмещенных стержнях первого и второго магнитопроводов, замкнута на последовательно соединенные конденсатор и линейный дроссель.