Устройство для автоматической настройки компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока

Патент 748620

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистических

Реслублнк

Н 02 Н 1/02

Н 02 Н 3/16 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет (28) Приоритет по делам изобретений н открытий

Опубликовано 15.07.80. Бюллетень № 26 (53) УД К621.316...925 (088.8) I

Дата опубликования описания 15.07.80 (72) Авторы изобретения

В. К. Обабков, Ю, Н. Целуевский и Е, В. Сергии

Донецкий ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (?1) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ

КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНОГО ТОКА ОДНОФАЗНОГО

ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

1 2

Изобретение относится к системам автоматической компенсации емкостных токов однофазных замыканий на землю в трехфазных электрических сетях и предназначено для работы как в нормальном режиме эксплуатации сети, так и в режиме устойчивого (глухого) однофазного замыкания.

Известно устройство для автоматической настройки дугогасящей. катушки в кабельных сетях, содержащее конденсатор, подключенный

10 к одной из фаз сети, фазовращающии мост, на вход которого подано напряжение смещения нейтрали, а выход подключен ко входу фазо.чувствительного усилителя, причем на второй вход фазочувствительного усилителя подано

15 фазное напряжение той фазы, к которой присоединен конденсатор, а выход подключен к схеме управления приводом дугогасящего реактора f1).

Однако это устройство обладает низкой точностью и неприменимо в воздушных сетях из-за чувствительности к изменениям степени несимметрии сети.

Известно устройство для автоматической настройки катушки индуктивностн с подмагничиванием в резонанс с емкостью, основанное на использовании для настройки экстремального характера зависимости напряжения смещения нейтрали от индуктивности дугогасяшего реактора. Оно содержит последовательно включенные выпрямитель, фильтр низкой частоты, усилитель переменного тока, множительный блок, интегрирующий усилитель и усилитель мощности. причем на вход выпрямителя подано напряжение смещения нейтрали, а выход усилителя мощности подключен к обмотке подмагничивания дугогасящего реактора. В устройство входит также генератор прямоугольных колебаний, выход которого связан со входом усилителя мощности, и фазосдвигающий блок, один вход которого подключен к генератору прямоугольных колебаний, а другой вЂ” к интегрирующему усилителю, а выход подан на второй вход множительного блока (2) .

Однако такое устройство обладает низкой чувствительностью к поисковым колебаниям

8620

}О

25 при возйикновении сколько-нибудь значитель. ных расстроек компенсации. Кроме того, в нем не предусмотрена работа .в режиме устойчивого замыкания. .Известно также устройство для экстремальной компенсации емкостных токов утечки с периодической модуляцией индуктивности, состоящее иэ последовательно соединенных амплитудного детектора, полосового фильтра, настроенного на частоту поиска 1,5 вЂ” 0,5 Гц в нормальном режиме и на 6,25 вЂ” 0,5 Гц в режиме однофазного замыкания на землю, релейного . усилителя, множительного звена, инерционного звена с зоной нечувствительности, и нелинейного астатического привода дугогасящего реактора 13).

Имея значительно более высокую чувствительность к сигналам поисковой модуляции при больших расстройках и будучи принципиально работоспособным в режиме устойчивого замыкания на землю, оно, однако, обладает недостатком, связанным со значительным диапазоном изменення сигналов во входных цепях регулятора (амплитудный детекторполосовой фильтр) при изменении параметров сети. Это особенно сильно проявляется в режиме устойчивого однофазного замь кания и связано с широким диапазоном изменени." сопротивления места замыкания. Сказанное обуславливает повышенные требования к технической реализации входных цепей и снижению надежности функционирования устройства.

Кроме того, резкие изменения напряжений йа входе устройства вызывают переходные процессы во входных цепях, приводящие к задержке в отработке возникающих рассгроек.

Наиболее близким к описываемому устройству является устройство компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю в электрической сети (41. Оно содержит нереключающий элемент, входы которого подключены на напряжение смещения нейтрали и На фазные напряжения, а выход подключен ко входу соединенных последовательно амплитудного детектора, логарифматора, полосового фильтра, релейного усилителя, множительного вена, фильтра низких частот и астатического исполнительного устройства, связанного с дугогасящим реактором. В описываемое устройство входит также генератор поисковых сигналоВ, выход которого подан на вход тиристорного ключа, периодически шунтирующего добавочный дроссель, включенный последовательно с дугогасящим реактором, посредством чего в индуктивность последнего вводятся поисковые колебания. Второй вход множительного звена подключен к выходу генератора поисковых ситт1алов через фазовращатель, ф причем второй вход фазовращателя соединен с переключающим элементом.

Благодаря наличию логарифматора на выходе амплитудного детектора значительно сужен диапазон изменения сигналов во входных цепях регулятора и ослаблены переходные процессы в них.

Однако при этом не полностью устраняется влияние резких изменений входного напряжения, обусловленных изменениями сопротивления места замыкания на землю, а требования к технической реализации логарифматора оказываются трудновыполнимыми. Рассматриваемое устройство чувствительно к помехам, входящим в амплитуду входного напряжения регулятора. Кроме того, оно требует громоздких устроиств для введения поисковых сигналов в индуктивность дугогасящего реактора, если в качестве последнего используется дугогасящий реактор плунжерного типа, а наличие логарифматора дополнительно усложняет регулятор.

Цель изобретения вЂ” упрощение и повышение помехоустойчивости устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее переключающий элемент„ входы которого подключены к датчику напряжения смещения нейтрали и к датчикам фазных напряжений, соединенные последовательно полозО совой фильтр, основной релейный усилитель, множительное звено, фильтр йизких частот и астатический исполнительный орган, соединенный с дут огасящим реактором, а также генератор поисковых сигналов, выход которого одновременно соединен с элементом ввода поисковых сигналов через тиристорный ключ, и через фазовращатель подключен ко второму входу множительного звена, причем второй вход фазовращателя соединен с первым выходом переключающего элемента, между вторым выходом переключающего элемента и входом полосового фильтра включены последовательно вновь введенные дополнйтельный релейный усилитель и фазовый детектор, а элемент ввода

4s поисковых сигналов выполнен в виде резистора.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства для автоматической настройки компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю в электрической сети; на фиг. 2вЂ” график зависимости фазы ч напряжения смещения нейтрали от индуктивности 1. дугогасящего реактора при двух крайних значениях добротности 14 4 и Q <, соответствующих введенному поисковому сигналу.

Блок-схема устройства содержит объект 1 управления вЂ” сеть с компенсацией емкостных токов, дугогасящий реактор 2, включенный в сеть 1, элемент ввода поисковых сигналов, 5 748620 6 выполненный в виде резистора 3, подключенный жающую аналогичную зависимость при доброт. последовательно или параллельно дугогасящему ности, равной 4,1,(Q,»)ЦД и обратно. Если реактору 2, тиристорный ключ 4, соединенный индуктивность дугогасящего реактора больше с резистором 3, генератор э поискового сигнала, выход которого подключен ко входу 5 ключа 4, переключающий элемент 6, на вход которого поданы фазные напряжения сети 1, а выход подключен ко входу соединенных последовательно дополнительного релейного усилителя 7, фазового детектора 8, полосового 10 фильтра 9, основного релейного усилителя 10, множительного звена 11, фильтра 12 низких частот и астатического исполнительного органа 13, связанного с дугогасящим реактором 2, а также фазовращатель 14, первый вход кото- 15 рого соединен с выходом генератора 5 поисковых сигналов, второй вход вЂ” с переключающим элементом 6, а выход подключен ко второму входу множительного звена 11.

Устройство работает следующим образом. щ

Генератор 5 поискового сигнала вырабаты- вает периодический сигнал прямоугольной формы, который управляет тиристорным ключом 4, коммутирующим резистор 3, включенный последовательно или параллельно дугога- 25 сящему реактору 2. Коммутации резистора 3 вызывают появление периодической поисковой модуляции добротности контура нулевой после- . довательности сети 1;шунтирование тиристорным ключом 4 резистора 3 (если последний Зу» включен последовательно с дугогасягцим реак- жима эксплуатации сети, находятся в противотором 2) или отключение ключом 4 резистора 3 (в случае его параллельного подключения к дугогасящему реактору 2) обуславливает соответственно повышение добротности контура З5

HyJIeBoH последовательности со значения (g цо Q и наоборот. резонансной (фиг. 2, точка В), то уменьшение добротности (контура вследствие введения поисковых сигналов вызовет увеличение значения фазы g и наоборот. В резонансе (фиг. 2, точка С) введение поисковой модуляции добротности колебательного контура не вызывает колебаний фазы напряжения на дугогасящем реакторе 2. Таким образом, введение поисковых сигналов в добротность колебательного контура путем коммутации резистора 3 ключом 4 вызывает появление в фазе напряжения ejt} на дут"огасящем реакторе 2 колебаний, примерно совпадающих по фазе,с поис-. ковыми колебаниями при индуктивности дугогасящего реактора 2 меньшей резонансной, находящихся в противофазе с ними если индуктивность дугогасящего реактора больше резонансной, и равных 0 в случае резонанса в контуре йулевой последовательности. В режиме устойчивого замыкания на землю, которому соответствуют кривые 17 (при добротности Q<) и 18 (при добротности Ц >, Q,» > g э на фиг. ф коммутация резистора 3 приводит к колебаниям фазы напряжения на поврежденной фазе сети (или, что эквивалентно, фазы тока через место замыкания) которые, в противоположность рассмотренному случаю нормального ре ние фазы сигнала на выходе основного релеи

В результате в фазе напряжения e(t) на дугогасящем реакторе 2 (в нормальном режиме эксплуатации сети) или в фазе напряжения на поврежденной фазе (пропорционального току через место замыкания в режиме устойчивого однофазного замыкания) появляются колебания, несущие информацию о величине

Я5 и знаке расстройки компенсации. Действительно, пусть в нормальном режиме работы сети индуктивность дугогасяшего реактора 2 имеет значение, меньшее резонансного (фиг. 2, точка А), Тогда уменьшение добротности контура в про50 цессе введения поисковых сигналов вызовет уменьшение значения фазы напряжения Рф, а увеличение добротности вЂ” увеличение ч".

Сказанное является следствием перехода на фиг. 2 с кривой 15, представляющей собой

55 ,зависимость фазы Q напряжения Е (6) на дуго- гасящем реакторе 2 от его индуктивности при добротности контура нулевой последовательности, равной 1:,», на кривую 16, отобрафазе с поисковыми колебаниями, если индуктивность дугогасящего реактора 2 меньше резонансной, и в фазе с ними в противном случае напряжение C(t ) на дугогасящем реакторе 2 в нормальном режиме эксплуатации сети или напряжение на поврежденной фазе

О, (1 ) (1= 1,2,3» в режиме устойчивого замыкания подается посредством переключаюI щего элемента 6 на вход дополнительного релейного усилителя 7. Наличие последнего делает устройство нечувствительным к изменениям амплитуды входного сигнала. Периодические колебания с частотой поиска выделяются из фазы сигнала на выходе дополнительного релейного усилителя 7 с помощью фазового детектора 8 и полосового фильтра 9, настроенного на частоту поиска. Пройдя через основной репейный усилитель 10, они принимают вид сигнала прямоугольной формы с амплитудой, не зависящей от амплитуды сигнала на выходе полосового фильтра 9. Наличие основного релейного усилителя 10 позволяет также упростить множительное звено 11 до простеишего логического устройства и сделать выполняемое им перемножение точным.

Множительное звено 11 осуществляет сравне- . «@йЖАЗЙЫФ :. ч мь«««,, е ««!*» ". -.-«.: « «т««: вЂ”,= -., - .ф«««Фя . . ñ " +.

««Фы ««««« . В«««&- - +». ь !

748620 ного усилителя 10 с фазой опорного сигнала р у(1.),в результате чего на его выходе появляется напряжение 1.1Щмедлеиная составляющая которого определяется знаком расстройки компенсации. Названная составляющая вьщеляется посредствам фильтра низких частот 12 и поступает иа вход астатического нсполнительного органа 13„ измейяющсго индуктивность дугогасящего реактора 2 в нужную сторону. 10

Опорный сигнал Сгф)множительного звена

11 формируется из поискового сигналаd g(<). с помощью фазовращателя 14, управляемого переключающим элементом 6, Фазовращатель 14 вносит в поисковый ситнал нулевой фазовый 15 сдвиг в нормальном режиме и сдвиг, равный

180 С в режиме устойчивого замыкания, что обеспечивает устойчивость системы в обеих режимах работы.

Наличие дополнительного релейного усилителя 7 после переключающего элемента 6 делает устройство нечувствительным к любым изменениям входного напряжения регулятора, что особенно важно в режиме устойчивого замыка- 2 ния, поскольку в этом режиме диапазон изменения входного напряжения (напряжения на поврежденной фазе), обусловленный главным образом изменениями сопротивления места замыкания, особенно широк. Изменения параметров объекта управления в случае, кбгда осуществляется поисковая модуляция добротности контура нулевой последовательности сети, меньше влияют на величину периодических колебаний фазы сигнала, подаваемого на

35 вход регулятора, по сравнению с влиянием аналогичных изменений на величйну периодических колебаний в амплитуде входного сигнала в том случае, когда осуществляется поисковая модуляция индуктивности дугогася- 4О щего реактора, как это имеет место в устройстве-прототипе. Это позволяет существенно ослабить требования к технической. реализации входных устройств регулятора и йовысить надежность его работы, Заявляемое устройство обладает повышенной помехоустойчивостью по отношению к помехам, входящим в амплитуду сйгнала, поступающего на вход устройства.

Резкие изменения сопротивления места замыкания не вызывает возникновения переходных процессов во входных цепях регулятора. Применение заявляемого устройства совместно

С дугогасящийи реакторами плунжерного типа позволяет также упростить н удешевить устройства введения поисковых сигналов, поскольку для них не требуется теперь тромоздких дополнительных катушек индуктивности. Из устройства исключен логарифматор, что приводит к его дополнительному упрощению.

Таким образом, применение данного устройства позволит повысить надежность и качество функционирования сисгем автоматической настройки компенсации; а также приведет к их упрощению и удешевлению, что повысит эффективность автоматической настройки ком. пенсацйи и следовательно вЂ” надежность электроснабжения.

Формула изобретения

Устройство для автоматической настройки компенсации емкостного тока однофаэйого замыкания на землю в электрической сети переменного тока, содержащее переключающий элемент, входы которого подключены к датчику напряжеиия смещения нейтрали и к дат< чикам фазных напряжений сети, соединенные последовательно полосовой фильтр, основной релейный усилитель, множительное звено, фильтр "низких частот и астатический исполнительный орган, соединенный с дугогасящим реактором, а также генератор поисковых сигналов, выход которого одновременно соединен с элементом ввода поисковых сигналов через тиристорный ключ и фазовращатель подключен ко второму входу множительного звена, причем второй вход фазовращателя соединен с первым выходом переключающего элемента, отличающееся тем,что,сцелью упрощения и повышения помехоустойчивости и чувствительности, между вторым выходом

Переключающего элемента и входом полосового фильтра включены последовательно вновь введенные дополнительный релейный усилитель и фазовый детектор, а элемент ввода поисковых сигналов выполнен в виде резистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Р 150156, кл. Н 02 J 3/18, 1955.

2, Авторское свидетельство СССР У 491180, кл. Н 02 Н 1/02, 1971.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке

И 2366758/07, кл, Н 02 Н 3/16, 01.06.76, 4. Разработка и внедрение автоматической системы управления компенсацией емкостных токов однофазных замыканий в кабельных сетях. Донецкий политехнический институт, 1977, У 77041980.

748620

Составитель JI. Васькова

Техред Ж. Кастелевич

Корректор М. К< ста

Редактор Г. Волкова

Тираж 783 Подписное

UHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,Москва,Ж вЂ” 35,Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4378/16

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная. 4