Способ направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока и устройство для его осуществления

Способ направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к защите электрических линий от аварий, а именно к защите, реагирующей на ток замыкания на землю, и может быть использовано для селективной защиты при однофазном замыкании на землю в распределительных электрических сетях с любым способом подключения нейтрали.

Проведенный патентный поиск в отношении заявленного способа направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока показал следующее.

Известен способ направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока, который реализован в устройстве для направленной защиты нулевой последовательности от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью (СССР, авторское свидетельство №792421, Н02Н 3/16, 1980). В соответствии со способом измеряют разность фаз между сигналами тока и напряжения нулевой последовательности на рабочей частоте сети, сравнивают результаты измерений с заданным интервалом углов сдвига фаз, одновременно выделяют сигнал высокочастотной составляющей тока нулевой последовательности и сравнивают его амплитуду с эталонным значением, при одновременном наличии превышения эталонного значения амплитудой высокочастотной составляющей тока нулевой последовательности и нахождении сдвига фаз в заданном интервале формируют аварийный сигнал.

Недостаток известного способа состоит в том, что в нем для выявления однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) анализируют низкочастотные составляющие тока и напряжения нулевой последовательности, а именно контролируют сдвиг фаз между низкочастотными составляющими тока и напряжения нулевой последовательности. Это не отражает достоверного состояния линии при однофазном замыкании на землю, так как во время однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) существенную роль играет возникающий при этомвысокочастотный переходный процесс. Наличие в способе операции выделения сигнала высокочастотной составляющей тока нулевой последовательности и контроль превышения ее амплитудой эталонного значения не гарантирует, что зафиксированное превышение вызвано сигналом помехи, так как в способе отсутствует операция идентификациивыделенной высокочастотнойсоставляющей.В результате снижается надежность способа, снижается селективность по отношению к сигналу помехи и повышается вероятность ложных срабатываний. Кроме того, в способе отсутствует контроль амплитуды напряжения нулевой последовательности во время ОЗЗ, что снижает достоверность способа, а следовательно, увеличивает вероятность ложных срабатываний.

Наиболее близким к предлагаемому является способ направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока (РФ, патент №2097893, Н02Н 3/16, 27.11.97). Способ включает выделение при ОЗЗ из сигнала напряжения нулевой последовательности низкочастотной составляющей, соответствующей рабочей частоте, выделение высокочастотных составляющих из сигналов тока и напряжения нулевой последовательности, измерение амплитуд их первых полуволн, сравнение результатов измерений с соответствующими эталонными значениями и, при наличии одновременного превышения над эталонными значениями, фиксацию фазового соотношения между сигналами высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока высокой частоты, одновременно измеряют амплитуду выделенного низкочастотного сигнала напряжения нулевой последовательности, сравнивают полученное значение с эталонным, результат фиксируют, затем сопоставляют полученные результаты и, при нахождении угла сдвига фаз в заданном интервале и наличии превышения максимального значения амплитудой напряжения нулевой последовательности, контролируют сохранение полученных результатов измерений в течение заданного интервала времени, при сохранении результатов измерения по истечении заданного интервала времени формируют аварийный сигнал, при этом продолжительность заданного интервала времени задают с учетом продолжительности времени существования высокочастотных переходных процессов при однофазном замыкании на землю или увеличивают его на интервал времени, необходимый для компенсации емкостных токов при однофазном замыкании на землю.

Недостаток известного способа состоит, прежде всего, в снижении селективности к сигналу помехи из-за отсутствия возможности обеспечения при определении ОЗЗ четкой привязки зафиксированного фазового соотношения между сигналами высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока высокой частоты к измеренной амплитуде низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности. Это объясняется тем, что процесс выявления признаков ОЗЗ на высокой и низкой частотах идет независимо, без привязки к друг другу по времени: фиксируют сдвиг фаз, фиксируют амплитуду НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности, сравнивают с эталонными значениями, при нахождении угла в заданных пределах и наличии превышения амплитуды максимально допустимого значения через заданный интервал времени формируют сигнал о наличии ОЗЗ. В этом случае как результат контроля сдвига фаз, так и результат контроля превышения амплитуды НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности могут быть следствием сигнала помехи. Отсутствие возможности контроля одновременности появления обоих признаков ОЗЗ может привести к ложному срабатыванию устройства по сигналу помехи, источником которого, как уже было сказано, может в данном случае быть как низкочастотный, так и высокочастотные каналы.

Кроме того, в способе предусмотрено только одно эталонное значение амплитуды НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности, в то время как в соответствии с Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации (ПТЭ) при работе сети напряжение на нейтрали равно нулю только при полной симметрии проводимостей фаз относительно земли. В нормальном режиме естественная несимметрия обусловлена различным расположением проводов на опорах, неравномерным распределением по фазам конденсаторов для защиты вращающихся машин, конденсаторов связи и прочей работой технологического оборудования. Кроме того, потребитель сам для обеспечения работоспособности сети в некоторых ситуациях вносит искусственное смещение нейтрали. При наличии несимметрии возникает смещение нейтрали. В результате распределительные электрические сети имеют такие параметры, как допустимый для данной сети максимальный кратковременный уровень смещения нейтрали (до двух часов) и допустимый длительный максимальный уровень смещения нейтрали, который меньше в два раза допустимого кратковременного максимального уровня (Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации / Министерство топлива и энергетики РФ, РАО «ЕЭС России», М.: СПО ОГРЭС, 1996, с.с.280-287, далее ПТЭ). Таким образом, при смещениях нейтрали допускается на ограниченное время превышение амплитудой напряжения нулевой последовательности значения, соответствующего рабочему режиму сети. При этом, как следует из ПТЭ, эти максимальные значения для распределительной сети известны. В известном способе отсутствуют средства, позволяющие контролировать два уровня напряжения низкочастотного сигнала. Это не позволяет учесть возможность допустимого по ПТЭ смещения нейтрали, а следовательно, не позволяет исключить неоправданное отключение присоединения сети, т.е. снижает надежность способа и повышает вероятность ложного срабатывания защиты.

Допустимый длительный максимальный уровень смещения нейтрали меньше в два раза допустимого кратковременного максимального уровня. Однако в распределительных электрических сетях со смещением нейтрали, в которых на нейтрали установилось напряжение, соответствующее допустимому длительному максимальному уровню смещения нейтрали, фиксация превышения нижнего уровня может также являться признаком ОЗЗ или сигнала помехи. Отсутствие в способе возможности контроля изменения во времени допустимого длительного максимального уровня смещения нейтрали снижает надежность защиты от ОЗЗ, а следовательно, снижает надежность способа. Кроме того, при ОЗЗ в начале и при завершении развития напряжения на нейтрали (в начале и в завершении огибающей переходного процесса) могут образовываться помеховые шумы. Отсутствие возможности отслеживания при ОЗЗ изменения амплитуды НЧ сигнала, начиная с нижнего уровня, учитывающего наличие шумов, не позволяет отстроиться от помеховых шумов в начале и в завершении огибающей, что снижает надежность, селективность способа по отношению к сигналу помехи, что повышает вероятность ложных срабатываний. Отсутствие возможности контроля превышения амплитуды НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности с применением двух пороговых значений амплитуды, не позволяет перекрыть все возможные причины смещения нейтрали, а также индивидуальность электрических параметров сети, что лишает известный способ универсальности.

Кроме того, в известном способе при принятии решения о выдаче сигнала наличия ОЗЗ не учитывается возможность влияния сигналов помех. В результате снижается селективность по отношению к сигналу помехи, а следовательно, повышается вероятность ложных срабатываний.

Таким образом, выявленные в результате патентного поиска аналог и прототип заявленного способа направленной защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока, при осуществлении не позволяют достичь технического результата, заключающегося в повышении надежности способа, в повышении селективности по отношению к сигналу помехи и в снижении вероятности ложных срабатываний.

Результаты патентного поиска, проведенные в отношении устройства для осуществления заявленного способа, показали следующее.

Известно устройство для направленной защиты нулевой последовательности от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее каналы тока и напряжения нулевой последовательности и высокочастотной составляющей тока нулевой последовательности. Выходы каналов тока и напряжения нулевой последовательности подключены к фазочувствительному элементу, который через пороговый элемент подключен к одному из входов схемы формирования выходного сигнала, второй вход которой подключен к выходу канала высокочастотной составляющей тока нулевой последовательности, а выход схемы является выходом устройства. Кроме того, канал высокочастотной составляющей тока нулевой последовательности содержит последовательно соединенные фильтр высоких частот, вход которого является входом канала, и пороговый элемент, выход которого является выходом канала (СССР, авторское свидетельство №792421, Н02Н 3/16, 1980). Устройство формирует аварийный сигнал при нахождении угла сдвига фаз тока и напряжения нулевой последовательности в заданном интервале на рабочей частоте сети и при наличии в высокочастотной составляющей тока нулевой последовательности гармоник рабочей частоты с амплитудой, превышающей допустимую.

Недостаток известного устройства защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока состоит в низкой помехозащищенности во время переходного режима восстановления симметрии фазных напряжений сети после ликвидации однофазного замыкания на землю и в повышении вследствие этого вероятности ложных срабатываний. Это объясняется тем, что при однофазном замыкании на землю частота свободно затухающих колебаний определяется эквивалентной индуктивностью измерительных трансформаторов напряжения нулевой последовательности и суммарной емкостью относительно земли. Нелинейность индуктивности трансформаторов напряжения способствует образованию высокочастотных составляющих в токе и напряжении нулевой последовательности. При этом некоторые из них оказываются в полосе срабатывания канала нулевой последовательности, что приводит к ложному срабатыванию защиты.

Необходимость в надежном выделении низкочастотных сигналов напряжения и тока нулевой последовательности, то есть отстройка от высокочастотных сигналов (ВЧС) напряжения и тока нулевой последовательности при срабатывании порогового элемента, имеющих гораздо большую амплитуду, чем установившийся ток однофазного замыкания на землю на рабочей частоте, порождает другие проблемы. Обычно с этой целью улучшают фильтрующую способность фильтров низкой частоты (ФНЧ). Однако ужесточение фильтрации увеличивает инерционность ФНЧ, что может привести к ложному срабатыванию фазочувствительного элемента, т.е. привести к ложному срабатыванию устройства. Кроме того, известно, что установление переходных процессов в ФНЧ или время правильной реакции порогового элемента (ПЭ) на сигнал от ФНЧ может длиться Т_Ф=(3-5)ω^-1, где ω - рабочая частота. В режиме дугового ОЗЗ ударные воздействия ВЧС напряжения и тока нулевой последовательности большой амплитуды возбуждают собственные колебания ФНЧ. Сложение собственных колебаний ФНЧ от очередных пробоев ОЗЗ в зависимости от интервала их следования может привести как к срабатыванию ПЭ, так и к несрабатыванию. В случае срабатывания ПЭ на выходе связки входных блоков ФНЧ+ПЭ возникнет значительный дополнительный фазовый сдвиг из-за широтно-импульсного модулирования суммарным сигналом ПЭ. Это также может привести к ложному срабатыванию фазочувствительного элемента, анализирующего выходы ПЭ, что приводит к ложному срабатыванию устройства.

Поскольку известное устройство для выявления ОЗЗ позволяет проанализировать только низкочастотные составляющие (НЧС) тока и напряжения нулевой последовательности, а именно контролирует сдвиг фаз между низкочастотными составляющими, это не отражает достоверного состояния присоединения сети при однофазном замыкании на землю, так как во время ОЗЗ существенную роль играет возникающий при этом высокочастотный переходный процесс. Возможность контроля устройством сигнала высокочастотной составляющей тока нулевой последовательности и контроль превышения ее амплитудой эталонного значения не гарантирует, что зафиксированное превышение не вызвано сигналом помехи, так как в устройстве отсутствует возможность идентификации выделенной высокочастотной составляющей. В результате снижается достоверность контроля наличия ОЗЗ, а следовательно, снижается надежность устройства, ухудшается селективность по отношению к сигналу помехи и повышается вероятность ложных срабатываний. Канал высокочастотной составляющей тока нулевой последовательности отслеживает лишь наличие максимально допустимого уровня высокочастотных гармоник в сигнале тока нулевой последовательности на промышленной частоте. При этом в устройстве отсутствуют средства, позволяющие удостовериться в том, что превышение порогового значения не вызвано сигналом помехи. Кроме того, в устройстве отсутствует возможность контроля амплитуды НЧС напряжения нулевой последовательности во время ОЗЗ, что также снижает достоверность результатов контроля, поскольку наличие превышения амплитуды НЧС напряжения нулевой последовательности в этом случае является одним из достоверных признаков ОЗЗ. В результате снижается надежность работы устройства и увеличивается вероятность ложных срабатываний.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для направленной защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока (РФ, патент №2097893, Н02Н 3/16, 27.11.97). Устройство содержит высокочастотные каналы тока и напряжения нулевой последовательности, входы которых являются соответственно входами сигналов тока и напряжения нулевой последовательности, низкочастотный канал напряжения нулевой последовательности, вход которого соединен с входом сигнала напряжения нулевой последовательности, схему формирования результата сравнения фаз высокочастотных сигналов, подключенную к выходам высокочастотных каналов, регулируемую схему задержки, подключенную к выходам схемы формирования результата сравнения фаз высокочастотных сигналов и к выходу низкочастотного канала, и к входу схемы формирования аварийного сигнала, выход которой является выходом устройства.

Принцип работы устройства заключается в использовании высокочастотного сигнала перезаряда фазных емкостей сети, возникающих в самом начале однофазного замыкания на землю. Устройство обеспечивает выделение и анализ первых амплитуд сигналов высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности, возникающих в результате переходных процессов при перемежающемся дуговом замыкании на землю; фиксирует превышение выделенных амплитуд выше порогового значения для сигналов отрицательной и положительной полярности; фиксирует между первыми однополярными сигналами сдвиг фаз, фиксирует превышение порогового значения амплитудой напряжения нулевой последовательности и формирует аварийный сигнал при одновременном наличии в течение заданного интервала времени сдвига фаз равного или близкого к 90° и превышения максимально допустимого значения амплитудой напряжения нулевой последовательности. Схема задержки позволяет изменять длительность заданного интервала времени, что позволяет учесть длительность переходных процессов при ОЗЗ или, увеличив его, учесть время, необходимое для компенсации емкостных токов при однофазном замыкании на землю.

Недостаток известного устройства состоит, прежде всего, в снижении селективности к сигналу помехи из-за отсутствия средств, обеспечивающих четкую привязку при ОЗЗ зафиксированного фазового соотношения между сигналами высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока высокой частоты к измеренной амплитуде низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности. Это объясняется тем, что оба сигнала поступают на вход линии задержки в произвольный момент времени без привязки по времени друг к другу. Момент времени их поступления не фиксируется, т.е. устройство не учитывает время их появления одно относительно другого. Отсутствие контроля одновременности их появления может привести к ложному срабатыванию устройства по сигналу помехи, источником которого может в данном случае быть как низкочастотный, так и высокочастотные каналы.

Кроме того, в соответствии с Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации при работе сети напряжение на нейтрали равно нулю только при полной симметрии проводимостей фаз относительно земли. В нормальном режиме естественная несимметрия обусловлена различным расположением проводов на опорах, неравномерным распределением по фазам конденсаторов для защиты вращающихся машин, конденсаторов связи и прочей работой технологического оборудования. Кроме того, потребитель сам для обеспечения работоспособности сети в некоторых ситуациях вносит искусственное смещение нейтрали. При наличии несимметрии возникает смещение нейтрали. В результате распределительные электрические сети имеют такие параметры, как допустимый для данной сети максимальный кратковременный уровень смещения нейтрали (до двух часов) и допустимый длительный максимальный уровень смещения нейтрали, который меньше в два раза допустимого кратковременного максимального уровня (Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации / Министерство топлива и энергетики РФ, РАО «ЕЭС России», М.: СПО ОГРЭС, 1996, с.с.280-287, далее ПТЭ). Таким образом, при смещениях нейтрали допускается на ограниченное время превышение амплитудой напряжения нулевой последовательности значения, соответствующего рабочему режиму сети. При этом, как следует из ПТЭ, эти максимальные значения для распределительной сети известны. В низкочастотном канале известного устройства отсутствуют средства, позволяющие контролировать два уровня допустимого напряжения низкочастотного сигнала. Возможность контроля только одного значения амплитуды напряжения нулевой последовательности не позволяет учесть наличия возможного смещения нейтрали, а следовательно, не позволяет исключить неоправданное отключение присоединения сети. Кроме того, в случае, если смещение нейтрали естественное, возможность этого факта в известном устройстве вообще не учитывается. При этом длительность переходных процессов после ОЗЗ зависит от амплитуды превышения НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности максимально допустимого значения: если, предположим, установить в качестве эталонного нижний порог - допустимый для распределительной сети максимальный кратковременный уровень смещения нейтрали (до двух часов), то переходный процесс после ОЗЗ закончится раньше, по сравнению с верхним эталонным порогом - допустимый длительный максимальный уровень смещения нейтрали. Отсюда следует, что известное устройство, при наличии смещения нейтрали, не чувствует правильный момент времени окончания переходного процесса, что приводит к выдачи сигнала о наличии ОЗЗ или с запаздыванием, или преждевременно, что приводит к снижению надежности работы устройства, к неоправданному отключению присоединения сети. Отсутствие средств, позволяющих контролировать два уровня напряжения низкочастотного сигнала, не позволяет учитывать возможность наличия допустимого по ПТЭ смещения нейтрали, а следовательно, не позволяет исключить неоправданное отключение присоединения сети, т.е. снижает надежность работы известного устройства и повышает вероятность ложного срабатывания защиты, а также лишает устройство универсальности.

Допустимый длительный максимальный уровень смещения нейтрали меньше в два раза допустимого кратковременного максимального уровня. Однако в распределительных электрических сетях со смещением нейтрали, в которых на нейтрали установилось напряжение, соответствующее допустимому длительному максимально уровню смещения нейтрали, фиксация превышения нижнего уровня может также являться признаком ОЗЗ. Отсутствие в устройстве возможности контроля изменения во времени допустимого длительного максимального уровня смещения нейтрали снижает надежность защиты от ОЗЗ, а следовательно, снижает надежность устройства. Кроме того, при ОЗЗ в начале и при завершении развития напряжения на нейтрали (в начале и в завершении огибающей переходного процесса) могут образовываться помеховые шумы. Отсутствие возможности отслеживания при ОЗЗ изменения амплитуды НЧС, начиная с нижнего уровня, учитывающего наличие шумов, не позволяет отстроиться от помеховых шумов в начале и в завершении огибающей, что снижает надежность работы устройства, селективность устройства по отношению к сигналу помехи и повышает вероятность ложных срабатываний.

Кроме того, в известном устройстве продолжительность интервала времени контроля наличия ОЗЗ задается дискретно посредством перестройки линии задержки для конкретной сети, что лишает устройство универсальности. При этом в устройстве отсутствуют средства, позволяющие учитывать влияние на принятие решения о выдаче сигнала наличия ОЗЗ самоустраняющихся кратковременных однофазных замыканий на землю, существование которых не оказывает отрицательного воздействия на электрическую сеть, а также перемежающихся ОЗЗ и сигналов помех, вызываемых включением мощных нагрузок потребителей, либо пуском высоковольтных двигательных установок. В результате снижается селективность по отношению к сигналу помехи, а следовательно, повышается вероятность ложных срабатываний.

Таким образом, выявленные в результате патентного поиска аналог и прототип заявленного устройства, реализующего способ направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока, при осуществлении не позволяют достичь технического результата, заключающегося в повышении надежности работы устройства, в повышении селективности по отношению к сигналу помехи, в снижении вероятности ложных срабатываний, в обеспечении универсальности устройства.

Предлагаемый способ направленной защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока решает задачу создания соответствующего способа, осуществление которого позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении надежности способа, в повышении селективности по отношению к сигналу помехи и в снижении вероятности ложных срабатываний, в обеспечении универсальности.

Сущность изобретения «Способ направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока» заключается в том, что при однофазном замыкании на землю из сигнала напряжения нулевой последовательности выделяют низкочастотную составляющую, соответствующую рабочей частоте, кроме того, выделяют высокочастотные составляющие из сигналов тока и напряжения нулевой последовательности, измеряют амплитуды их первых полуволн, сравнивают результаты измерений с соответствующими эталонными значениями и, при наличии одновременного превышения над эталонными значениями, измеряют фазовые соотношения между сигналами высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока высокой частоты, кроме того, измеряют амплитуду выделенной низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности, сравнивают полученное значение с эталонным, результат фиксируют, и, при нахождении угла сдвига фаз в заданных пределах и наличии превышения эталонного значения амплитудой низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности, формируют аварийный сигнал через интервал времени, который задают с учетом времени существования высокочастотных переходных процессов при однофазном замыкании на землю и с учетом времени, необходимого для компенсации емкостных токов при однофазном замыкании на землю, новым является то, что в качестве эталонного значения для амплитуды низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности принимают максимально допустимое и нижнее контролируемое значение амплитуды, при этом в качестве максимально допустимого значения амплитуды низкочастотной составляющей принимают допустимый для распределительной сети максимальный кратковременный уровень смещения нейтрали, а в качестве нижнего контролируемого значения амплитуды низкочастотной составляющей принимают допустимый для распределительной сети длительный максимальный уровень смещения нейтрали, при этом, если в результате измерения фазовых соотношений между сигналами высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока высокой частоты угол сдвига фаз находится в заданных пределах, то результат измерения угла сдвига фаз фиксируют в течение контрольного интервала времени, продолжительность которого задают соответствующим времени, в течение которого при возникновении однофазного замыкания на землю напряжение на нейтрали достигает максимально допустимого значения, после чего в течение контрольного интервала времени измеряют амплитуду выделенной низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности, для чего сначала проверяют наличие превышения амплитудой низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности нижнего контролируемого значения и, в случае фиксации превышения нижнего контролируемого значения, отслеживают в течение контрольного интервала времени наличие превышения максимально допустимого значения амплитудой низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности, если фиксируют факт превышения максимально допустимого значения, то аварийный сигнал формируют после момента фиксации через интервал времени, который задают, кроме того, с учетом времени, позволяющем отстроиться от сигналов помех и самоустраняющихся однофазных замыканий на землю.

Технический результат в заявленном способе направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока достигается следующим образом. Как известно из литературы, под влиянием атмосферных или переходных коммутационных процессов в электрических системах возникают волны напряжения, накладывающиеся на рабочее напряжение фаз. Создающийся при этом импульс перенапряжения может вызвать где-либо в системе в месте ослабленной изоляции пробой фазы на землю - однофазное замыкание на землю. В сети дуга в месте замыкания в некоторых случаях (при достаточном расстоянии между проводом и землей) горит неустойчиво, периодически погасая и вновь зажигаясь (иногда по мере разогревания места повреждения неустойчивое горение дуги переходит в устойчивое). Независимо от причины возникновения, замыкание на землю вызывает повышение фазных напряжений. Характерным для ОЗЗ является также наличие высокочастотных переходных процессов. Поскольку зарядные и разрядные цепи при ОЗЗ представляют собой эквивалентные колебательные контура, то это обуславливает сдвиг фаз между соответствующими ВЧ составляющими тока и напряжения нулевой последовательности равный или близкий 90°.

В заявленном способе вывод о наличии замыкания на землю делают путем анализа амплитуд высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности и фазовых соотношений между ними и одновременного контроля амплитуды низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности на рабочей частоте. Для этого из сигналов тока и напряжения нулевой последовательности выделяют высокочастотные составляющие. Это позволяет непосредственно оценить параметры высокочастотной составляющей переходного процесса, которая представляет наибольшую опасность для сети при ОЗЗ. Измерение первой полуволны высокочастотного сигнала позволяет учесть ее полярность, что повышает достоверность результатов анализа и повышает надежность способа.

Фиксация фазового соотношения между высокочастотными составляющими (ВЧС) тока и напряжений нулевой последовательности позволяет убедиться в наличии фазового сдвига между ними, близкого или равного 90°, что является не только одним из признаков наличия ОЗЗ, но и обеспечивает селективность заявленного способа по отношению к высокочастотному сигналу помехи, поскольку подтверждает соответствие друг другу выделенных ВЧ составляющих тока и напряжения нулевой последовательности.

Кроме того, поскольку фиксацию фазового соотношения проводят в момент прохождения через нуль тока высокой частоты, т.е. когда амплитуда сигнала высокочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности должна быть максимальной, это также обеспечивает привязку ВЧ составляющих тока и напряжения нулевой последовательности, что также повышает селективность предлагаемого способа защиты по отношению к сигналу помехи.

Как было показано выше, в соответствии с Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации при работе сети напряжение на нейтрали равно нулю только при полной симметрии проводимостей фаз относительно земли. В нормальном режиме естественная несимметрия обусловлена различным расположением проводов на опорах, неравномерным распределением по фазам конденсаторов для защиты вращающихся машин, конденсаторов связи и прочей работой технологического оборудования. Кроме того, потребитель сам для обеспечения работоспособности сети в некоторых ситуациях вносит искусственное смещение нейтрали. При наличии несимметрии возникает смещение нейтрали. В результате распределительные электрические сети имеют такие параметры как допустимый для данной сети максимальный кратковременный уровень смещения нейтрали (до двух часов) и допустимый длительный максимальный уровень смещения нейтрали, который меньше в два раза допустимого кратковременного максимального уровня (Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации / Министерство топлива и энергетики РФ, РАО «ЕЭС России», М.: СПО ОГРЭС, 1996, с.с.280-287, далее ПТЭ). Таким образом, при смещениях нейтрали допускается на ограниченное время превышение амплитудой напряжения нулевой последовательности значения, соответствующего рабочему режиму сети. При этом, как следует из ПТЭ, эти максимальные значения для распределительной сети известны. В заявленном способе предусмотрены два эталонных значения амплитуды НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности: в качестве эталонного значения для амплитуды низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности используют максимально допустимое и нижнее контролируемое значение амплитуды, при этом в качестве максимально допустимого значения амплитуды низкочастотной составляющей принимают допустимый для данной сети максимальный кратковременный уровень смещения нейтрали, а в качестве нижнего контролируемого значения амплитуды низкочастотной составляющей принимают допустимый для данной сети длительный максимальный уровень смещения нейтрали. Поэтому заявленный способ позволяет контролировать два уровня напряжения низкочастотного сигнала. Это позволяет учесть возможность допустимого по ПТЭ смещения нейтрали, а следовательно, позволяет исключить неоправданное отключение присоединения сети, т.е. повышает надежность способа и снижает вероятность ложного срабатывания защиты. Кроме того, это позволяет не только учесть возможность смещения нейтрали, но и проконтролировать допустимую для распределительной сети по ПТЭ величину смещения нейтрали, а следовательно, также позволяет исключить неоправданное отключение присоединения сети, что повышает надежность способа и снижает вероятность ложного срабатывания защиты.

Допустимый длительный максимальный уровень смещения нейтрали меньше в два раза допустимого кратковременного максимального уровня. Однако в распределительных электрических сетях со смещением нейтрали, в которых на нейтрали установилось напряжение, соответствующее допустимому длительному максимальному уровню смещения нейтрали, фиксация превышения нижнего уровня может также являться признаком ОЗЗ. Наличие в заявленном способе возможности контроля превышения амплитудой НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности допустимого длительного максимального уровня смещения нейтрали позволяет адекватно оценить возникший переходный процесс и отреагировать на возможность появления ОЗЗ, отслеживая затем в течение контрольного интервала времени наличие превышения максимально допустимого значения амплитудой низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности. Это повышает надежность защиты от ОЗЗ, а следовательно, повышает надежность способа. Кроме того, при ОЗЗ в начале и при завершении развития напряжения на нейтрали (в начале и в завершении огибающей переходного процесса) образуются помеховые шумы. Отслеживать изменение амплитуды НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности ниже допустимого длительного максимального уровня смещения нейтрали нецелесообразно, так как этот режим допустим для работы сети. Благодаря введению нижнего контролируемого значения амплитуды НЧ сигнала заявленный способ дает возможность отследить при ОЗЗ изменения амплитуды НЧ сигнала, начиная с уровня, практически отсекающего шумы, что позволяет отстроиться от помеховых шумов в начале и в завершении огибающей формирующегося при ОЗЗ сигнала напряжения и повышает надежность, селективность способа по отношению к сигналу помехи, снижает вероятность ложных срабатываний.

При этом, несмотря на то, что контролируемые уровни низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности соответствуют сети со смещением нейтрали, заявленный способ работает и в сетях с отсутствием смещения нейтрали. Это придает способу универ