Устройство для резистивного заземления нейтрали высоковольтной сети (варианты)

Устройство для резистивного заземления нейтрали высоковольтной сети (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в высоковольтных сетях 3-6-10-35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью как средство для регулирования режима нейтрали и защиты от внутренних перенапряжений при однофазных замыканиях на землю в этих сетях.

Известно устройство для резистивного заземления нейтрали высоковольтной сети, содержащее заземляющий трансформатор, обеспечивающий доступ к нейтрали сети, первичные обмотки которого подключены к контролируемой высоковольтной сети и соединены между собой по схеме звезда с заземленной нейтралью. Вторичные обмотки соединены между собой по схеме разомкнутый треугольник и подключены к секционированному заземляющему резистору («Ограничение перенапряжений и режимы заземления нейтрали сетей 6-35 кВ». Труды второй Всероссийской научно-технической конференции, г.Новосибирск, 15-17 октября 2002 г., стр.13-22). Устройство обеспечивает режим резистивного заземления нейтрали сети и возможность изменения тока однофазного замыкания на землю. При этом достигается эффективное ограничение внутренних перенапряжений, связанных с дуговыми замыканиями на землю, а также повышение чувствительности релейной защиты от замыканий на землю.

Недостаток известного устройства заключается в низкой термической стойкости заземляющего резистора при неотключаемых однофазных замыканиях на землю, а также при естественной несимметрии емкостных токов высоковольтной сети. Режим сети с неотключаемым однофазным замыканием на землю возникает в случае отказа устройств релейной защиты, а также когда однофазные замыкания на землю специально не отключаются из соображений обеспечения надежности электроснабжения потребителей, или для осуществления поиска места замыкания.

Задачей данного изобретения является повышение термической стойкости заземляющего резистора в режиме неотключаемых замыканий на землю в контролируемой высоковольтной сети.

Поставленная задача решается благодаря тому, что устройство для резистивного заземления нейтрали высоковольтной сети, содержащее заземляющий трансформатор, первичные обмотки которого подключены к контролируемой высоковольтной сети и соединены между собой по схеме звезда с заземленной нейтралью, а вторичные обмотки соединены между собой по схеме разомкнутый треугольник и подключены к заземляющему резистору, содержит также коммутатор и блок управления коммутатором, заземляющий резистор выполнен в виде грунтовой резисторной ячейки, состоящей из трех металлических цилиндрических электродов, размещенных в вертикальной скважине коаксиально ее оси, при этом первый и третий электроды, изготовленные из металлической сетки, размещены ниже глубины сезонного промерзания и оттаивания грунта, причем первый электрод размещен у стенки скважины, второй электрод размещен по оси скважины на всю ее глубину, выведен над поверхностью грунта и снабжен наружным электроизоляционным покрытием от своего верхнего конца до верхнего уровня первого и третьего электродов, первый и второй электроды подключены к выводам вторичных обмоток заземляющего трансформатора, а коммутатор подключен между первым и третьим электродами, причем ко всем электродам присоединены токоподводы, выполненные из изолированного провода для второго и третьего электродов и неизолированного провода для первого электрода, а пространство между электродами заполнено токопроводящей средой.

Кроме того, коммутатор выполнен в виде однополюсного контактора, замыкающиеся контакты которого подключены к первому и третьему электродам грунтовой резисторной ячейки, а блок управления коммутатора содержит трансформатор тока, реле минимального тока, электромагнит привода контактора и выпрямитель, при этом входы выпрямителя подключены к выводам вторичных обмоток заземляющего трансформатора, а выходы подключены к электромагниту привода контактора через размыкающиеся контакты реле минимального тока, обмотка которого подключена к вторичной обмотке трансформатора тока, при этом первичная обмотка трансформатора тока включена последовательно в цепи первого и второго электродов.

Кроме того, коммутатор выполнен в виде двух параллельно соединенных и встречно включенных тиристоров, подключенных между первым и третьим электродами грунтовой резисторной ячейки, при этом выход блока управления коммутатора соединен с управляющим входом коммутатора, а блок управления коммутатора содержит модуль управляющего напряжения, трансформатор тока, трансреактор и релейный нуль-орган, при этом выход модуля управляющего напряжения является выходом блока управления и подключен к управляющему входу коммутатора, а рабочий вход релейного нуль-органа через трансреактор подключен к вторичной обмотке трансформатора тока, при этом первичная обмотка трансформатора тока включена последовательно в цепь первого и второго электродов и является токовым входом блока управления коммутатора, а тормозной вход релейного нуль-органа подключен параллельно выводам вторичных обмоток заземляющего трансформатора и является входом напряжения блока управления коммутатором, причем модуль управляющего напряжения содержит первый и второй развязывающие диоды и замыкающиеся контакты релейного нуль-органа, подключенные между управляющими электродами тиристоров коммутатора, при этом управляющий электрод каждого из тиристоров соединен также с катодом соответствующего развязывающего диода, а аноды развязывающих диодов подключены к катодам одноименных тиристоров, при этом релейный нуль-орган содержит первый, второй и шунтирующий резисторы, реле, диод, первый и второй конденсаторы, стабилитрон, рабочий и тормозной выпрямители, соединенные между собой по выходу по схеме на равновесие напряжений, причем положительные выводы тормозного и рабочего выпрямителей соединены между собой через первый резистор, диод, обмотку реле и второй резистор, отрицательные выводы обоих выпрямителей соединены между собой и с анодом стабилитрона, а первый и второй конденсаторы подключены соответственно к выходу тормозного и рабочего выпрямителей, при этом катод стабилитрона соединен с общей точкой первого резистора и анода диода, а шунтирующий резистор подключен к отрицательным выводам обоих выпрямителей и к общей точке второго резистора и обмотке реле, при этом вход рабочего выпрямителя является рабочим входом релейного нуль-органа и подключен к вторичной обмотке трансреактора, первичная обмотка которого подключена к вторичной обмотке трансформатора тока, а вход тормозного выпрямителя соединен с выводами вторичных обмоток заземляющего трансформатора.

Поставленная задача решается также благодаря тому, что устройство для резистивного заземления нейтрали высоковольтной сети, содержащее заземляющий трансформатор, первичные обмотки которого подключены к контролируемой высоковольтной сети и соединены между собой по схеме звезда с заземленной нейтралью, а вторичные обмотки соединены между собой по схеме разомкнутый треугольник и подключены к заземляющему резистору, снабжено двумя коммутаторами - первым и вторым и блоком управления коммутаторов, заземляющий резистор выполнен в виде грунтовой резисторной ячейки, состоящей из трех металлических цилиндрических электродов, размещенных в вертикальной скважине коаксиально ее оси, при этом первый электрод, изготовленный из металлической сетки, размещен ниже глубины сезонного промерзания и оттаивания грунта у стенки скважины, второй и третий электроды выведены над поверхностью грунта, при этом второй электрод размещен по оси скважины на всю ее глубину, а третий электрод, электрически изолированный от второго электрода по всей своей длине, размещен на глубине, меньшей глубины размещения первого и второго электродов, при этом первый и второй электроды подключены к выводам вторичной обмотки заземляющего трансформатора, первый коммутатор подключен между первым и третьим электродами, второй коммутатор подключен между третьим и вторым электродами, причем каждый коммутатор выполнен в виде двух параллельно соединенных и встречно включенных тиристоров, управляющие электроды которых подключены к выходу блока управления коммутаторов, при этом ко второму и третьему электродам присоединены токоподводы, выполненные изолированным проводом, а токоподвод к первому электроду выполнен неизолированным проводом, причем пространство между электродами заполнено токопроводящей средой.

Кроме того, блок управления коммутаторов содержит первый и второй модули управляющего напряжения, выходы которых являются соответствующими выходами блока управления коммутаторов, пусковой релейный орган, первое и второе токовые реле, трансформатор тока и трансреактор, при этом вход пускового релейного органа подключен к выводам вторичных обмоток заземляющего трансформатора и является первым входом - входом напряжения блока управления коммутаторов, а первое и второе токовые реле через трансреактор подключены к вторичной обмотке трансформатора тока, первичная обмотка которого включена последовательно в цепи первого и второго электродов и является вторым - токовым входом блока управления, первый модуль управляющего напряжения содержит первый и второй развязывающие диоды и электрическую цепь из последовательно соединенных замыкающихся контактов второго токового реле, размыкающихся контактов первого токового реле и первых замыкающихся контактов пускового релейного органа, подключенную между управляющими электродами первого и второго тиристоров первого коммутатора, при этом к управляющим электродам первого и второго тиристоров первого коммутатора подключены катоды соответственно первого и второго развязывающих диодов, аноды которых соединены с катодами одноименных тиристоров, второй модуль управляющего напряжения содержит электрическую цепь из последовательно соединенных размыкающихся контактов второго токового реле и вторых замыкающихся контактов пускового релейного органа, которая подключена между управляющими электродами третьего и четвертого тиристоров, образующих второй коммутатор, а также содержит третий и четвертый развязывающие диоды, катоды которых подключены к управляющим электродам соответственно третьего и четвертого тиристоров, а аноды соединены с катодами одноименных тиристоров, при этом первое токовое реле содержит первый выпрямитель, вход которого подключен к вторичной обмотке трансреактора, а выход соединен с обмоткой этого реле, второе токовое реле содержит второй выпрямитель, вход которого подключен к вторичной обмотке трансреактора, а выход соединен с обмоткой этого реле, первичная обмотка трансреактора подключена к вторичной обмотке трансформатора тока, при этом пусковой релейный орган содержит баластный резистор, конденсатор, обмотку пускового релейного органа, выпрямитель, вход которого подключен к выводам вторичных обмоток заземляющего трансформатора, а выход через баластный резистор подключен к обмотке пускового релейного органа, которая зашунтирована конденсатором.

Поставленная задача решается также благодаря тому, что устройство для резистивного заземления нейтрали высоковольтной сети, содержащее заземляющий трансформатор, первичные обмотки которого подключены к контролируемой высоковольтной сети и соединены между собой по схеме звезда с заземленной нейтралью, а вторичные обмотки соединены между собой по схеме разомкнутый треугольник и подключены к заземляющему резистору, снабжено согласующим трансформатором, амперметром, вольтметром, переключателем, двумя коммутаторами, каждый из которых выполнен с ручным приводом, заземляющий резистор выполнен в виде грунтовой резисторной ячейки, в которой на глубине ниже глубины промерзания и оттаивания грунта размещены три горизонтально установленных и параллельно расположенных между собой, основных электрода - верхний, средний и нижний, а также три измерительных электрода - верхний, средний и нижний, каждый из которых установлен в грунтовой ячейке в одной плоскости с соответствующим основным электродом и на одинаковом расстоянии до него, все электроды выполнены из металлической сетки, причем верхний и средний основные электроды подключены к вторичным обмоткам заземляющего трансформатора, первый коммутатор подключен между нижним и средним основными электродами, второй коммутатор подключен между средним и верхним основными электродами, при этом измерительные электроды подключены к согласующему трансформатору через переключатель, амперметр и вольтметр, причем токоподводы ко всем электродам выполнены изолированным проводом, а пространство между электродами заполнено токопроводящей средой.

Кроме того, токопроводящая среда представляет собой грунт естественной влажности или смесь грунта с мелкодисперсным токопроводящим порошком, например, или графитовой пылью, или коксовой пылью, или окисью цинка.

На фиг.1 приведена схема устройства с коммутацией одной секции грунтовой резисторной ячейки с помощью однополюсного контактора.

На фиг.2 приведена схема устройства с коммутацией одной секции грунтовой резисторной ячейки с помощью тиристорного коммутатора.

На фиг.3 приведена схема устройства с коммутацией двух секций грунтовой резисторной ячейки.

На фиг.4 приведена схема устройства с ручной коммутацией секций грунтовой резисторной ячейки.

Устройство для резистивного заземления нейтрали высоковольтной сети (фиг.1) содержит заземляющий трансформатор 1, имеющий пятистержневую конструкцию магнитопровода и обеспечивающий доступ к нейтрали высоковольтной сети 3-6-10-35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью. Первичные обмотки заземляющего трансформатора соединены между собой по схеме звезда с заземленной нейтралью и подключены к сети 3-6-10-35 кВ, а вторичные обмотки соединены по схеме разомкнутого треугольника. К вторичным обмоткам заземляющего трансформатора 1 подключена грунтовая резисторная ячейка, выполняющая функции заземляющего резистора. Грунтовая резисторная ячейка выполнена в виде вертикальной скважины 2, в которой размещены три электрода. Два из них - первый 3 и третий 5 - размещены на глубине ниже глубины промерзания и оттаивания грунта (т.е. деятельного слоя, на фиг.1-2 - Н_о) и каждый выполнен из металлической нержавеющей сетки в виде полого цилиндра. Оба электрода размещены коаксиально оси скважины и друг другу, при этом первый электрод 3 размещен около стенки скважины, а третий электрод 5 размещен между первым 3 и вторым 4 электродами. Второй электрод 4 размещен по оси скважины 2 на всю ее глубину и выполнен, например, из металлической трубы или из металлического стержня. Второй электрод 4 выведен над поверхностью грунта, его наружная поверхность снабжена электроизоляционным покрытием от верхнего конца электрода до верхнего уровня размещения первого и третьего электродов. Пространство между электродами заполнено токопроводящей средой, представляющей собой грунт естественной влажности или смесь грунта с мелкодисперсным токопроводящим порошком, например графитовой или коксовой пылью или окисью цинка. Между первым 3 и третьим 5 электродами подключены замыкающиеся контакты 6 однополюсного контактора, снабженного блоком управления 7. Блок управления 7 контактора содержит трансформатор тока 8, первичная обмотка которого включена последовательно в цепи первого электрода 3, вторичной обмотки заземляющего трансформатора 1 и второго электрода 4. К вторичной обмотке трансформатора тока 8 подключена обмотка реле минимального тока 9, размыкающиеся контакты 10 которого включены последовательно с выпрямителем 11 и электромагнитом 12 привода контактора. Вход выпрямителя 11 подключен к выводам вторичных обмоток заземляющего трансформатора 1. Токоподводы для второго 4 и третьего 5 электродов выполнены из изолированного провода, а токоподвод для первого электрода 3 выполнен из неизолированного провода.

В устройстве для резистивного заземления нейтрали высоковольтной сети (фиг.2) между первым 3 и третьим 5 электродами подключен коммутатор 13, снабженный блоком управления 7 коммутатором. Коммутатор 13 содержит два тиристора - первый 14 и второй 15, которые соединены между собой параллельно-встречно. Вывод блока управления 7 коммутатора соединен с управляющим входом коммутатора 13. Блок управления 7 коммутатора содержит модуль управляющего напряжения 16, трансформатор тока 8, трансреактор 17 и релейный нуль-орган 18. Рабочий вход релейного нуль-органа 18 через трансреактор 17 подключен к вторичной обмотке трансформатора тока 8. Первичная обмотка трансформатора тока 8 включена последовательно в цепь первого 3 и второго 4 электродов и является токовым входом блока управления 7 коммутатором. Тормозной вход релейного нуль-органа 18 подключен параллельно выводам вторичных обмоток заземляющего трансформатора 1 и является входом напряжения блока управления 7 коммутатора. Модуль управляющего напряжения 16 содержит первый 19 и второй 20 развязывающие диоды и замыкающиеся контакты 21 релейного нуль-органа 18, подключеные между управляющими электродами первого 14 и второго 15 тиристоров коммутатора 13. Кроме того, управляющий электрод первого тиристора 14 соединен с катодом первого развязывающего диода 19, а управляющий электрод второго тиристора 15 соединен с катодом второго развязывающего диода 20. Аноды развязывающих диодов 19 и 20 подключены к катодам одноименных тиристоров. Релейный нуль-орган 18 содержит рабочий 22 и тормозной 23 выпрямители, соединенные между собой по выходу по схеме на равновесие напряжений, первый 24, второй 25 резисторы, шунтирующий резистор 26, обмотку реле 27, диод 28, первый 29 и второй 30 конденсаторы и стабилитрон 31. Положительные выводы рабочего 22 и тормозного 23 выпрямителей соединены между собой через первый резистор 24, диод 28, обмотку реле 27 и второй резистор 25. Отрицательные выводы обоих выпрямителей соединены между собой и с анодом стабилитрона 31. Первый конденсатор 29 подключен к выходу тормозного выпрямителя 23, второй конденсатор 30 подключен к выходу рабочего выпрямителя 22. Катод стабилитрона 31 соединен с общей точкой первого резистора 24 и анода диода 28. Шунтирующий резистор 26 подключен к отрицательным выводам обоих выпрямителей и общей точке второго резистора 25 и обмотки реле 27. Вход рабочего выпрямителя 22 является рабочим входом релейного нуль-органа 18 и подключен к вторичной обмотке трансреактора 17, первичная обмотка которого подключена к вторичной обмотке трансформатора тока 8. Вход тормозного выпрямителя 23 соединен с выводами вторичных обмоток заземляющего трансформатора 1.

Устройство для резистивного заземления нейтрали высоковольтной сети (фиг.3) содержит заземляющий трансформатор 1, имеющий пятистержневую конструкцию магнитопровода и обеспечивающий доступ к нейтрали высоковольтной сети 3-6-10-35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью. Первичные обмотки заземляющего трансформатора соединены между собой по схеме звезда с заземленной нейтралью и подключены к сети 3-6-10-35 кВ, а вторичные обмотки соединены по схеме разомкнутого треугольника. К вторичным обмоткам заземляющего трансформатора 1 подключена грунтовая резисторная ячейка, выполняющая функции заземляющего резистора. Грунтовая резисторная ячейка выполнена в виде вертикальной скважины 2, в которой коаксиально ее оси размещены три электрода. Первый электрод 3 выполнен в виде полого цилиндра из металлической нержавеющей сетки и размещен около стенки скважины на глубине ниже глубины промерзания и оттаивания грунта (т.е. деятельного слоя, на фиг.3 - Н₀). Второй электрод 4 размещен по оси скважины 2 на всю ее глубину и выполнен или из металлической трубы, или из металлического стержня. Третий электрод 5 выполнен из металлической трубы и установлен между первым 3 и вторым 4 электродами. По всей своей длине третий электрод 5 электрически изолирован от второго электрода 4 и размещен на глубине, меньшей глубины размещения первого 3 и второго 4 электродов. Второй 4 и третий 5 электроды выведены над поверхностью грунта и к ним присоединены токоподводы, выполненные изолированным проводом. К первому электроду 3 присоединен токоподвод, выполненный неизолированным проводом. Пространство между электродами заполнено токопроводящей средой. Устройство для резистивного заземления нейтрали высоковольтной сети снабжено двумя коммутаторами - первым 34, подключенным между первым 3 и третьим 5 электродами, и вторым 35, подключенным между третьим 5 и вторым 4 электродами. Каждый из коммутаторов 34 и 35 выполнен в виде двух параллельно соединенных и встречно включенных тиристоров. Первый коммутатор 34 содержит первый 36 и второй 37 тиристоры, а второй коммутатор 35 содержит третий 38 и четвертый 39 тиристоры. Оба коммутатора снабжены общим для них блоком управления 7, содержащим первый 40 и второй 41 модули управляющего напряжения, выходы которых являются соответствующими выходами блока управления. Блок управления 7 содержит также пусковой релейный орган 42, первое 43 и второе 44 токовые реле, трансформатор тока 8 и трансреактор 17. Вход пускового релейного органа 42 подключен к выводам вторичных обмоток заземляющего трансформатора 1 и к первому 3 и второму 4 электродам и является первым входом - входом напряжения блока управления 7. Первое 43 и второе 44 токовые реле через трансреактор 18 подключены к вторичной обмотке трансформатора тока 8, первичная обмотка которого включена последовательно в цепи первого 3 и второго 4 электродов и является вторым - токовым входом блока управления 7. Пусковой релейный орган 42 содержит выпрямитель 45, вход которого подключен к выводам вторичных обмоток заземляющего трансформатора 1, а выход - через баластный резистор 46 подключен к обмотке 47 пускового релейного органа 42, которая зашунтирована конденсатором 48. Первый модуль управляющего напряжения 40 содержит электрическую цепь из последовательно соединенных замыкающихся контактов 49 второго токового реле 44, размыкающихся контактов 50 первого токового реле 43 и первых замыкающихся контактов 51 пускового релейного органа 42, которая подключена между управляющими электродами первого 36 и второго 37 тиристоров, образующих первый коммутатор 34. Кроме того, первый модуль управляющего напряжения 40 содержит первый 52 и второй 53 развязывающие диоды. К управляющему электроду первого тиристора 36 подключен катод первого развязывающего диода 52, а к управляющему электроду второго тиристора 37 подключен катод второго развязывающего диода 53, аноды первого 52 и второго 53 развязывающих диодов соединены с катодами одноименных тиристоров. Второй модуль управляющего напряжения 41 содержит электрическую цепь из последовательно соединенных размыкающихся контактов 54 второго токового реле 44 и вторых замыкающихся контактов 55 пускового релейного органа 42, которая подключена к управляющим электродам третьего 38 и четвертого 39 тиристоров, образующих второй коммутатор 35. Кроме того, второй модуль управляющего напряжения 41 содержит третий 56 и четвертый 57 развязывающие диоды, катоды которых подключены к управляющим электродам соответственно третьего 38 и четвертого 39 тиристоров, а аноды соединены с катодами одноименных тиристоров. Первое токовое реле 43 содержит первый выпрямитель 58, вход которого подключен к вторичной обмотке трансреактора 17, а выход соединен с обмоткой 59 этого реле. Второе токовое реле 44 содержит второй выпрямитель 60, вход которого подключен к вторичной обмотке трансреактора 17, а выход соединен с обмоткой 61 этого реле.

Устройство для резистивного заземления нейтрали высоковольтной сети (фиг.4) содержит заземляющий трансформатор 1, первичные обмотки которого соединены между собой по схеме звезда с заземленной нейтралью и подключены к контролируемой сети 3-6-10-35 кВ, а вторичные обмотки соединены между собой по схеме разомкнутый треугольник и подключены к заземляющему резистору, выполненному в виде грунтовой резисторной ячейки. На глубине ниже глубины промерзания и оттаивания грунта (т.е. деятельного слоя, на фиг.4 - Н_о) размещены три горизонтально установленных и параллельно расположенных между собой, основных электрода - верхний 62, средний 63 и нижний 64 и три измерительных электрода - верхний 65, средний 66 и нижний 67. Каждый измерительный электрод установлен в грунтовой ячейке в одной плоскости с соответствующим основным электродом и на одинаковом расстоянии до него. Все электроды выполнены из металлической сетки. Верхний 62 и средний 63 основные электроды подключены к вторичным обмоткам заземляющего трансформатора 1. Измерительные электроды через переключатель 68, амперметр 69, вольтметр 70 подключены к согласующему трансформатору 71. Между средним 63 и нижним 64 основными электродами подключен первый коммутатор 72 с ручным приводом, а между средним 63 и верхним 62 основными электродами подключен второй коммутатор 73 с ручным приводом. Токоподводы ко всем электродам выполнены изолированным проводом. Пространство между электродами заполнено токопроводящей средой. Токопроводящая среда представляет собой грунт естественной влажности или смесь грунта с мелкодисперсным токопроводящим порошком, например, или графитовой пылью, или коксовой пылью, или окисью цинка.

Устройство работает следующим образом. Включение заземляющего резистора в разомкнутый треугольник вторичных обмоток заземляющего трансформатора с пятистержневой конструкцией магнитопровода и с включением первичных обмоток по схеме звезда с заземленной нейтралью позволяет изменить режим сети 3-6-10-35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью на режим резистивного заземления нейтрали. При резистивном заземлении нейтрали сети 3-6-10-35 кВ с включением в нейтраль заземляющего трансформатора активного сопротивления изменяется характер переходного процесса при однофазных дуговых замыканиях на землю в сети и происходит ограничение импульсных перенапряжений до безопасного для изоляции сети и электрооборудования уровня. При однофазном замыкании на землю в сети 3-6-10-35 кВ на разомкнутом треугольнике вторичных обмоток заземляющего трансформатора 1 появляется напряжение нулевой последовательности (величина определяется коэффициентом трансформации заземляющего трансформатора, а также полнотой замыкания на землю) и через грунтовую резисторную ячейку протекает ток. Величина этого тока определяется как степенью полноты замыкания на землю в сети, так и активным сопротивлением грунта между электродами грунтовой резисторной ячейки. Активное сопротивление грунтовой резисторной ячейки определяется множеством факторов, важнейшими из которых являются:

- структура и состав грунта (глина, песок, горная порода и др.);

- влажность грунта;

- значение рН (водородный показатель) почвенного электролита;

- концентрация солей в почвенном электролите;

- сезонные изменения влажности грунта;

- величина площади поверхности контакта электродов с грунтом;

- расстояние между электродами.

Поскольку удельное сопротивление сухого грунта превышает 10³ Ом·м, а удельное сопротивление влажного грунта в среднем меньше 10 Ом·м (в зависимости от рН почвенного электролита), то проводимость грунтовой резисторной ячейки во влажных грунтах имеет природу и характер ионной проводимости. При этом для определенной влажности грунта (превышающей 25-30%) его удельное электрическое сопротивление практически не изменяется при изменении влажности. Такая характеристика имеет место на глубине ниже глубины промерзания и оттаивания грунта (для умеренной климатической зоны это глубина свыше 1-1,5 м). На этой глубине отсутствует сезонное изменение рН почвенного электролита, поэтому активное сопротивление межэлектродной среды для влажного грунта практически неизменно.

Сезонные изменения влажности (следовательно, и активного сопротивления межэлектродной токопроводящей среды) возможны в песчаных и каменистых грунтах. В этом случае между электродами создается специальная токопроводящая среда. В качестве токопроводящей среды используется смесь грунта или с графитовым или коксовым мелкодисперсным порошком. Возможны и другие составы межэлектродной токопроводящей среды. В этом случае характер проводимости грунтовой резисторной ячейки изменяется, т.к. вместе с ионной проводимостью (благодаря влажности грунта, которая не может быть равна нулю в реальном грунте на рассматриваемой глубине) возникает и электронная проводимость (благодаря токопроводящим свойствам графитового или коксового порошка). Для получения нелинейной вольт-амперной характеристики активного сопротивления грунтовой резисторной ячейки в токопроводящую среду вводится определенное количество окиси цинка. Нелинейная вольт-амперная характеристика активного сопротивления является предпочтительной при сооружении грунтовой резисторной ячейки в многолетнемерзлых грунтах.

Для обеспечения коррозионной стойкости электродов и свободной миграции почвенного электролита через межэлектродную токопроводящую среду электроды выполнены в виде сетки из нержавеющего металла или покрыты нержавеющим металлом. Тепло, выделяемое при работе устройства (при однофазном замыкании на землю в сети 3-6-10-35 кВ), отводится в слои грунта, примыкающие к грунтовой резисторной ячейке, поэтому термическая стойкость ячейки обеспечивается на любом желаемом уровне. Например, при мощности резисторной установки 30 кВт (это соответствует токам однофазного замыкания на землю в сети 10 кВ на уровне 7-10 А) за счет значительных размеров и массы нагреваемой токопроводящей среды (300-500 кг), находящейся на глубине 1,5-2,0 м, превышение температуры межэлектродной токопроводящей среды не достигает значения 15-20°С в течение 40-50 часов. В этом случае при таком превышении температуры не происходят необратимые изменения в структуре и свойствах (величина активного сопротивления) межэлектродной токопроводящей среды. Для исключения неравномерного нагрева и перегрева отдельных участков грунтовой резисторной ячейки необходимо поддерживать постоянную по площади электродов плотность тока, соответственно постоянную величину напряженности электрического поля в межэлектродном пространстве. Это обеспечивается за счет размещения в грунте электродов на одинаковом расстоянии друг от друга (в схемах фиг.1-3 размещение электродов концентрическое). Укладка электродов в грунте осуществляется по специальной технологии с применением специальной оснастки, оборудования и инструментов.

Таким образом, грунтовая резисторная ячейка обладает термической стойкостью при длительных однофазных замыканиях на землю в высоковольтных сетях. Этот режим сети возникает при устранении замыканий на землю и может использоваться также при поиске мест замыкания на землю.

В схеме (фиг.1) с коммутацией одной из двух секций грунтовой резисторной ячейки последняя содержит три электрода, а замыкающийся контакт 6 контактора может шунтировать первый 3 и второй 4 электроды. Секция грунтовой резисторной ячейки образуется токопроводящей средой между электродами 4 и 3, а также между электродами 4 и 5. На фиг.1 пунктиром обозначены эквивалентные активные сопротивления секций грунтовой резисторной ячейки.

В нормальном режиме, когда влажность грунта одинакова по высоте грунтовой резисторной ячейки, активное сопротивление, подключаемое к разомкнутому треугольнику вторичных обмоток заземляющего трансформатора 1, определяется сопротивлением грунта между 3 и 4 электродами. При возникновении в контролируемой сети 3-6-10-35 кВ однофазного замыкания на землю ток нулевой последовательности проходит через грунтовую резисторную ячейку в токопроводящей среде между электродами 3 и 4, т.е. протекание тока ограничено зоной грунтовой резисторной ячейки.

При металлическом однофазном замыкании на землю в сети 3-6-10-35 кВ ток нулевой последовательности, проходящий через электроды 3 и 4, обеспечивает срабатывание реле минимального тока 9, контакты которого 10 блокируют срабатывание однополюсного контактора и замыкание его контактов 6. Наличие выдержки времени на замыкание контактов 6 исключает возникновение бросков тока в момент возникновения замыкания на землю в сети. Если возникшее однофазное замыкание на землю неполно (через переходное сопротивление или дугу), ток через грунтовую резисторную ячейку недостаточен для срабатывания реле минимального тока 9. В этом случае его контакты 10 замыкаются и с выдержкой времени (примерно 50-100 мс) замыкаются контакты 6 однополюсного контактора, которые замыкают между собой третий 5 и первый 3 электроды, сопротивление грунтовой резисторной ячейки в этом случае уменьшается и определяется активным сопротивлением грунта между 5 и 4 электродами. После шунтирования электродов 3 и 5 ток нулевой последовательности возрастает, но реле минимального тока 9 не срабатывает, поскольку уставка тока срабатывания этого реле отстроена от этого режима, благодаря выбору реле с низким коэффициентом возврата. Выдержка времени срабатывания однополюсного контактора (замыкание контактов 6) обеспечивается конструкцией магнитной системы контактора. Для этого в разных конструкциях контакторов применяется либо массивный медный экран, либо короткозамкнутая вспомогательная обмотка.

Аналогичным образом работает устройство при сезонных колебаниях удельного сопротивления грунта в межэлектродном пространстве, что характерно для песчаных и каменистых грунтов. Но в этом случае целесообразно заполнить межэлектродное пространство специальным токопроводящим грунтом на основе смеси грунта, например, или с графитовым, или коксовым порошком, или окисью цинка. Для резисторной ячейки с токопроводящей средой на основе смеси грунта с одним из перечисленных компонентов проводимость ячейки должна определяться электронной проводимостью, а не ионной. Это позволит стабилизировать сопротивление грунтовой резисторной ячейки независимо от возможного изменения влажности грунта.

При первоначальной наладке грунтовой резисторной ячейки измеряются фактические значения активных сопротивлений между электродами 3-4, 3-5, 4-5. Поэтому в зависимости от фактического значения активного сопротивления секций первоначальное подключение контактов 6 однополюсного контактора может быть осуществлено как между электродами 3-4 (как на фиг.1), так и между электродами 5-4. Второй электрод 4 установлен на всю глубину скважины и этим обеспечивается равномерное распределение электрического поля, а также размещение активной части резисторной ячейки (та часть, по которой протекает ток) на возможно большую глубину для создания более благоприятных условий по стабильности влажности грунта и по тепловому режиму.

В схеме устройства с коммутацией грунтовой резисторной ячейки с помощью тиристорного коммутатора (фиг.2) ступенчатое изменение активного сопротивления заземляющего резистора в цепи разомкнутого треугольника заземляющего трансформатора 1 в функции тока нулевой последовательности осуществляет релейный нуль-орган 18. При высоком значении тока через грунтовую резисторную ячейку (при металлическом замыкании на землю в высоковольтной сети) релейный нуль-орган 18 находится в равновесии (ток через обмотку реле 27 отсутствует) и контакт 21 разомкнут. Равновесие схемы обеспечивается тем, что тормозное напряжение стабилизировано стабилитроном 31, а изменяется лишь напряжение на выходе рабочего выпрямителя 23, которое пропорционально току нулевой последовательности благодаря согласованию тока в цепи грунтовой резисторной ячейки с помощью трансреактора 17 и трансформатора тока 8. При снижении тока нулевой последовательности напряжение на выходе выпрямителя 23 уменьшается и нарушается равновесие релейного нуль-органа, напряжение на стабилитроне 31 становится выше напряжения на резисторе 26, через обмотку 27 протекает ток и замыкаются контакты 21. Наличие выдержки времени замыкания контактов 21 обеспечивает отсутствие бросков тока нулевой последовательности в первый момент возникновения в сети однофазного замыкания на землю. При замыкании контактов 21 открываются тиристоры 15 и 14 коммутатора 13 и первый электрод 3 электрически соединяется с третьим электродом 5. Сопротивление грунтов