HU215607B - Mérési elrendezés fáziszárlati/üzemi fázisáramok és földzárlati áramok abszolútértékének érzékelésére, háromfázisú, közép- és nagyfeszültségű rendszerekben - fixen telepített kivitelben - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya mérési elrendezés fáziszárlati és földzárlatiáramők érzékelésére hárőmfázisú, közép- és nagyfeszültségűrendszerekben, mely az áramvezetőkön (L1, L2, L3) átfőlyó áram ált lkeltett mágneses tér zárlatérzékelő tekercsekkel (4, 5, 6) történőérzékelésén alapűl. Jellemzője, hőgy a fáziszárlat-érzékelő tekercsek (4, 5) és aföldzárlat-érzékelő tekercs (6) egyenként a kötötten elhelyezkedőáramvezetőknek (L1, L2, L3) a szabványők által előírt me közelítésitávőlságőn kívüli környezetében őlyan ideális helyen és irányítássalvannak elhelyezve, hőgy a kiválasztőtt áramvezető(k) (L1, L2, L3)áramára és az érzékelni kívánt fáziszárlatra legje lemzőbb mágneseserővőnalakkal (7, 15) és a földzárlatra jellemző mágneseserővőnalakkal (10, 14, 18) jellemezhető mágneses térösszetevőtérzékelik, űgyanakkőr az azőnős helyen fellépő, a kiválasz őttáramvezető(k) (L1, L2, L3) áramára, vagy az érzékelni nem kívántzárlatfajtára jellemző mágneses erővőnalakkal (9, 12, 17) jellemezhetőmágneses térösszetevőt nem érzékelik. A zárlatérzékelő tekercsek (4,5, 6) alapharmőnikűsú sáváteresztő szűrők bemeneteire csatlakőznak,melyek kimenetei kiértékelő egység(ek) bemeneteire csatlakőznak. ŕ

Description

A találmány tárgya mérési elrendezés fáziszárlati/üzemi fázisáramok és földzárlati áramok abszolút értékének érzékelésére háromfázisú, közép- és nagyfeszültségű rendszerekben - fixen telepített kivitelben.

A közép- és nagyfeszültségű rendszerekben keletkező fázis- és földzárlati áramok érzékelésére ismeretes egyik megoldás nagyfeszültségű áramváltókat alkalmaz, amelyek segítségével könnyen előállítható és továbbítható a jel - az előírt távolságon (koordinációs szinten) kívülre, az ott elhelyezkedő személy vagy kiértékelő készülék számára. E módszerrel a fáziszárlat-érzékelés könnyen megoldható az áramváltó szekunder áramának mérésével és egy megfelelő határértékkel való összehasonlítás útján.

A földzárlat-érzékelés ugyancsak ezen áramváltók felhasználásával történik, annak az elvnek az alkalmazásával, amely szerint földzárlat esetén megbomlik az áramvezetők áramainak vektoriális szimmetriája, és már csak ennek a szimmetriának a megbomlását kell érzékelni az áramváltók szekunder körében.

Ezt a módszert alkalmazzák Magyarországon a 20 kV-os elektromos hálózatok alállomási védelmeiben.

A fenti módszer előnye, hogy pontosan és megbízhatóan érzékelhető vele úgy a fáziszárlati, mint a földzárlati áram.

Hátránya, hogy a nagyfeszültségű áramváltók alkalmazása költségessé teszi ezt a megoldást, ami gátolja nagy számban való elterjedését.

Egy másik megoldás szerint „... az árammal átjárt vezető(kö)n átfolyó áram adott határértékének elérését, illetve annak meghaladását a vezetők környezetében, adott mágneses térerősségérték esetén, elektromos impulzust szolgáltató impulzus-huzalszenzor elhelyezésével és az impulzus-huzalszenzor által keltett impulzus kiértékelésével...” érzékelik. (P 92 01153 számú 1992. 04. 06-án kelt szabadalmi bejelentés).

Ezt a módszert alkalmazza készülékében az ELKOM Elektronikai és Kereskedelmi Kft.

A készülék az impulzus-huzalszenzor által keltett elektromos impulzust fényimpulzussá alakítja és fénykábelen keresztül juttatja az előírt távolságon kívüli térbe.

Hátránya, hogy a földzárlati áram megkülönböztetésére nem alkalmas, tekintve, hogy a földzárlati áram a közép- és nagyfeszültségű rendszerekben általában egy nagyságrenddel kisebb, mint a fáziszárlati, vagy akár az üzemi áram.

Másik hátránya még a fénykábeles jelátvitel költségvonzata.

Egy másik megoldás a GB 1 360469 lajstromszámú angol szabadalmi leírásban tárgyalt készülék „mágneses tér érzékelő” néven.

A találmány elektronikusan kivitelezett készüléket ír le, mely a mágneses teret tekercs révén érzékeli például a háromfázisú felsővezetéki hálózaton vagy az egyfázisú leágazáson, oly módon, hogy a készülék a föld felszíne közelében működhessen.

A készülék hordozható, áthelyezhető, forgatható. Az elektronikus áramkör a mágneses tér változását érzékeli és potenciométerrel beállítható, hogy mekkora legyen az a változás, amire már jelzést ad.

Ugyanezen potenciométerrel beállíthatóan szűrhető ki a mágneses tér változások bizonyos tranziens tartalma.

A találmány hiányossága, hogy se nem kifejezetten a földzárlat-érzékelést, se nem kifejezetten a fáziszárlatérzékelést szolgálja, hanem csak a mágneses tér változásait jelzi.

A fázis- vagy földzárlat felismerésben való alkalmazás ily módon beállítási méréseket tesz szükségessé a mérési hely, illetve az érzékenység beállítására. Ezeket a méréseket célszerű már hibamentes esetben elvégezni. Ha viszont a hibajelenség már fennáll az adott tápvezetéken, illetve feltételezhető, hogy fennáll, és előzőleg nem végezték el a beállító méréseket, a mérés erősen szubjektív lehet. Ilyen esetben nehéz elbírálni, hogy az adott mérési bejelzés a mérési hely megválasztása, a valós hibaáram, vagy a potenciométer nem megfelelő állása miatt következett-e be.

Ugyanakkor, mivel a készülék beállítása nem a valós áramérték ismeretén alapul, a beállító mérésekkel történő beállítás is lehet téves, hiszen a tápvezetéken az üzemi mértékű áram nagysága is gyakran változik.

További hátránya a készüléknek, hogy alkalmazásához képzett szakember szükséges, aki képes elbírálni a többváltozós mérési eredményeket, és akinek a készülékkel együtt ki kell szállnia az összes feltételezhetően megmérendő helyre, amely meglehetősen nagy munkaóraszámot köthet le, kedvezőtlen esetben csak órák alatt sikerülhet a hibahely behatárolása, vagy egyszerre több szakember kell a behatárolás gyorsításához.

Egy másik megoldás a HU 177949 lajstromszámú magyar szabadalom által ismertetett eljárás, amely erősáramú villamos hálózat, főként sugaras rendszerű, kompenzált, középfeszültségű szabadvezetékes távvezetékhálózat földzárlatos hibahelyének meghatározását célozza, oly módon, hogy a hálózat áramának meghatározott felharmonikusa által keltett gerjesztést vizsgálja és minden esetben az ugrásszerű változás helyén tár fel kiváltó okot.

A szabadalom hátrányaként említhető, hogy elvárhatóan csak a kompenzált földzárlat esetén alkalmazható, hiszen éppen ekkor nő meg a hálózat felharmonikus tartalma.

Másik hiányossága, hogy csak a folyamatosan fenntartott földzárlatos üzem közben lehet alkalmazni, hiszen sok egymásutáni mérést kell alkalmazása során elvégezni.

További hátránya, hogy a pontos mérési hely eldöntése itt is beállítási méréseket igényel.

Hátránya még az eljárásnak az időigényessége, mivel egy vagy több szakembernek az összes szóba jöhető hálózati szakaszt be kell járnia, illetve az elágazásoknál eldönteni, hogy merre haladjon tovább.

A bemutatott megoldásokkal szemben elmondható, hogy a középfeszültségű hálózatok üzemvitelében egyre uralkodóbb igény a távadatgyűjtés megvalósítása.

Ehhez olyan, fázis-, illetve földzárlati áramokat érzékelő készülékekre van szükség, melyek kezelő személyzet nélkül, önálló automatizmussal, helyváltoztatás nélkül képesek felismerni és azonnal elbírálni a fázis-,

HU 215 607 Β illetve földzárlati áram fellépését, ráadásul megbízhatóan, csak objektív mérési eredményekre támaszkodva.

A mérési elrendezésnek a feszültség alatti vezetők megközelíthetősége miatt figyelembe kell vennie a szabványokban előírt távolságokat (koordinációs szinteket).

Fontos, hogy a megoldás költségtakarékos legyen a nagyszámú alkalmazhatóság érdekében.

A fentiekben felsorolt, a technika állásának megfelelő zárlatérzékelő készülékek közül legjobban az elsőként említett (a nagyfeszültségű áramváltókat alkalmazó) mérési módszer felel meg a távadatgyűjtés helyi egysége műszaki kritériumainak, költségessége miatt azonban gazdaságosabb megoldást kellett keresni a műszaki képességek megfelelő szintű fenntartása mellett, mivel az utóbb említett két mérési módszer telepített, automatikus megoldásokhoz egyáltalán nem alkalmazható.

A találmány fáziszárlati/üzemi fázisáramok abszolút értékének érzékelésére vonatkozó része azon a felismerésen alapul, hogy háromfázisú rendszerekben, kedvező vezetőelrendezés esetén tekerccsel történő mágnesestér-érzékelés módszerével elérhető pusztán a tekercs megfelelő helyének és irányának megválasztásával, hogy az érzékelni kívánt fázis áramának abszolút értékével arányos kimenőjelet kapjunk, ha az érzékelni nem kívánt fázisokból eredő áthallást kellő mértékben kiküszöböljük.

A találmány földzárlati áramok abszolút értékének érzékelésére vonatkozó része azon a felismerésen alapul, hogy háromfázisú rendszerekben, kedvező vezetőelrendezés esetén tekerccsel történő mágnesestér-érzékelés módszerével, ha az érzékelőtekercs olyan helyen és olyan irányítással helyezkedik el, hogy megközelítően azonos mértékben érzékelje egyenként mindhárom áramvezető mágneses terét, akkor pusztán azáltal, hogy a kötötten elhelyezkedő áramvezetőkhöz képest megkötjük az érzékelőtekercs helyét és irányát, és ehhez hozzárendeljük a nullsorrendű áram abszolút értékének és a kimenő jelnek megfelelő dimenzióval ellátott viszonyszámát, bármely időpontban megfelelő információt nyerhetünk a földzárlati áram abszolút értékének nagyságáról, anélkül hogy szükségünk lenne kiegészítő információra más időpontból vagy a háromfázisú rendszert környező más térbeli pontból.

A találmány tárgya tehát egyrészt mérési elrendezés fáziszárlati/üzemi fázisáramok abszolút értékének érzékelésére közép- és nagyfeszültségű háromfázisú rendszerekben fixen telepített kivitelben, mely elrendezés a vezetőkön átfolyó áram által keltett mágneses tér tekercsekkel történő érzékelésén alapul, mely tekercsek vasmag nélküliek, vagy nyitott vasmagúak és aluláteresztő szűrők bemenetelre csatlakoznak, mely szűrők kimenetei kiértékelő egység(ek) bemenetére csatlakoznak.

A találmányt az jellemzi, hogy a fáziszárlat-érzékelő tekercsek egyenként a kötötten elhelyezkedő áramvezetőktől a szabványok által előírt minimális megközelítési távolságban, vagy azon kívüli környezetükben olyan helyen és olyan irányítással vannak kötötten elhelyezve, hogy tengelyeik megközelítően párhuzamosak az áramvezetők közül kiválasztott egynek az áramára legjellemzőbb mágneses erővonalakkal, ugyanakkor tengelyeik megközelítően merőlegesek a fáziszárlat-érzékelő tekercsek helyén fellépő, érzékelni nem kívánt mágneses térösszetevők mágneses erővonalaira.

A találmány tárgya másrészt mérési elrendezés földzárlati áramok abszolút értékének érzékelésére közép- és nagyfeszültségű háromfázisú rendszerekben, fixen telepített kivitelben, mely elrendezés a vezetőkön átfolyó áram által keltett mágneses tér tekerccsel történő érzékelésén alapul, ahol mindhárom áramvezetőtől megközelítően egyforma távolságra érzékelőtekercs helyezkedik el a szabványok által előírt megközelítési távolságon kívüli környezetben olyan helyen és olyan irányítással, hogy megközelítően azonos mértékben érzékelje mindhárom áramvezető mágneses terét, a nevezett tekercs vasmag nélküli vagy nyitott vasmagú és aluláteresztő szűrőre csatlakozik, mely szűrő kimenete kiértékelő egység bemenetére csatlakozik.

A találmány földzárlati áramokra vonatkozó részét az jellemzi, hogy a földzárlat-érzékelő tekercs a kötötten elhelyezkedő áramvezetők környezetében kötötten helyezkedik el, tengelye az áramvezetők hossztengelyére merőleges síkon fekszik a földfelszínnel párhuzamosan, a földfelszíntől olyan távolságban, hogy a három áramvezető köré rajzolható, a földzárlat-érzékelő tekercsen átmenő mágneses erővonalaknak a földzárlat-érzékelő tekercsen átmenő érintői megközelítőleg egybeesnek a földzárlat-érzékelő tekercs tengelyével.

A fázisáramokra vonatkozó mérési elrendezés előnyös megvalósításában két fáziszárlat-érzékelő tekercset alkalmazunk, olyan módon, hogy az egyik szélső áramvezetőhöz rendeljük az egyik fáziszárlat-érzékelő tekercset és a másik szélső áramvezetőhöz rendeljük a másik fáziszárlat-érzékelő tekercset. Két fázis áramának érzékelése elegendő mindenféle fáziszárlat jelzéséhez és kielégíti a felhasználói igényeket.

A kötötten elhelyezkedő fáziszárlat-érzékelő tekercsek a hozzájuk tartozó áramvezetők közelében (amelyek a középső áramvezetővel egy síkban, egymáshoz képest párhuzamosan, egymástól hozzávetőleg azonos távolságra helyezkednek el), a minimális megközelítési távolsággal, mint sugárral kijelölt mágneses erővonalak kerületén helyezkednek el, tengelyük pedig a mágneses erővonalak síkjában a nem hozzájuk tartozó áramvezetők között merőlegesen állított szakaszok felezője irányába mutat és egyben érintője a hozzájuk tartozó mágneses erővonalaknak.

A foldzárlati áramokra vonatkozó mérési elrendezés előnyös megvalósításában egy földzárlat-érzékelő tekercset alkalmazunk.

A fázisáramokra vonatkozó mérési elrendezésben a kiértékelő egységek) bemenetelt csúcs-egyenirányító egységek, vagy effektív értékkel arányos egyenfeszültséget előállító egységek képezik, amelyeknek kimenetei összehasonlító egységek egyik bemenetére csatlakoznak, amely összehasonlító egységek másik bemenetére alapjelet előállító egység csatlakozik.

A földzárlati áramokra vonatkozó mérési elrendezésben a kiértékelő egység bemenetét csúcs-egyenirányító egység vagy effektív értékkel arányos egyenfe3

HU 215 607 Β szültséget előállító egység képezi, amelynek kimenete összehasonlító egység egyik bemenetére csatlakozik, amely összehasonlító egység másik bemenetére alapjelet előállító egység csatlakozik.

A fázisáramokra vonatkozó mérési elrendezés további előnyös megvalósításában a kiértékelő egységek) bemenetelt csúcs-egyenirányító egységek, vagy effektív értékkel arányos egyenfeszültséget előállító egységek képezik, amelyeknek kimenetei analóg/digitális jelátalakító egységek bementeire csatlakoznak.

A földzárlati áramokra vonatkozó mérési elrendezés másik konkrét megvalósításában a kiértékelő egység bemenetét csúcs-egyenirányító egység, vagy effektív értékkel arányos egyenfeszültséget előállító egység képezi, amelynek kimenete analóg/digitális jelátalakító egység bemenetére csatlakozik.

A fázisáramokra és a földzárlati áramokra vonatkozó mérési elrendezések előnyös megvalósításában a háromfázisú hálózat egy adott pontjához rendelt fázis- és földzárlat-érzékelő mérési elrendezések egy készülékbe vannak összeépítve.

A találmány előnyös kivitele a mellékelt rajzok segítségével ismerhető meg:

Az 1. ábrán a 4, 5 fáziszárlat-érzékelő tekercsek és a 6 földzárlat-érzékelő tekercs térbeli elhelyezése és a 7-18 mágneses erővonalak képe látható.

A 2. ábrán a 4 fáziszárlat-érzékelő tekercs térbeli elhelyezése és ideális irányítottsága látható.

A 3. ábrán a fáziszárlat és a földzárlat érzékelés blokkséma rajza látható.

A 4. ábrán a 4, 5 fáziszárlat-érzékelő tekercsek elhelyezkedése és a tekercsek által érzékelt 7, 15 mágneses erővonalak és a nem érzékelt 11 mágneses erővonal képe látható egy adott fáziszárlat esetén.

Az 1. ábra szerint Ll, L2, L3 áramvezetők egy síkban, egymáshoz képest párhuzamosan és körülbelül egyenlő távolságokra helyezkednek el, ami a 20 kV-os hálózatok esetén körülbelül 1,2-2 m, megközelítőleg párhuzamosan a 19 földfelszínnel. A gyakorlati kialakításban az Ll, L2, L3 áramvezetők egymáshoz képesti távolsága körülbelül 10%-a a 19 földfelszíntől mért távolságnak, amely a 20 kV-os hálózatok esetén körülbelül 10-15 m lehet.

Az ábrán látható, hogy a 4 és 5 fáziszárlat-érzékelő tekercsek előnyösen az Ll, L2, L3 áramvezetők alatt, hozzájuk közel helyezkednek el (20 kV esetén célszerűen körülbelül 30-40 cm-re).

A 4 fáziszárlat-érzékelő tekercs elhelyezése pontosabban megmutatható a nagyobb méretarányban megrajzolt 2. ábrán, melyen az elhelyezésen túlmenően ideális irányítottsága is látható.

Az ábra szerint a 4 fáziszárlat-érzékelő tekercs az Ll áramvezető körül R minimális megközelítési távolsággal, mint sugárral kiválasztott 7 mágneses erővonalon helyezkedik el, 20 tengelye az L2 és L3 áramvezetők között, azokra merőlegesen állított SZ 2 szakasz F2 felezőpontja irányába mutat és egyben érintője a hozzá tartozó 7 mágneses erővonalnak.

A 6 földzárlat-érzékelő tekercs térbeli elhelyezését és irányítottságát ismét az 1. ábrán tekinthetjük meg.

A 6 földzárlat-érzékelő tekercs az Ll, L2, L3 áramvezetők 35 szimmetria tengelyén (a 19 földfelszínre merőlegesen állított egyenesen) található, hozzávetőleg az Ll, L2, L3 áramvezetők és a 19 földfelszín közötti távolság középső harmadában. A 6 földzárlat-érzékelő tekercs 22 tengelye az Ll, L2, L3 áramvezetők hossztengelyére merőleges síkon, a 19 földfelszínnel párhuzamosan helyezkedik el.

A 3. ábrán láthatóan, a 4, 5 fázis-, illetve 6 földzárlat-érzékelő tekercsek a 23, 24, 25 aluláteresztő szűrők bemenetelre csatlakoznak, melyek kimenetei a 26, 27, 28 csúcs-egyenirányító egységek bemenetelre csatlakoznak. A 26, 27, 28 csúcs-egyenirányító egységek kimenetei a 29, 30, 31 összehasonlító egységek egyik bemenetére csatlakoznak, amely 29,30,31 összehasonlító egységek másik bemenetére a 32 és 33 alapjelet előállító egységek csatlakoznak.

A továbbiakban ismertetjük a fáziszárlat-érzékelés működését.

A mérési elrendezések az Ll, L2, L3 áramvezetők árama által keltett mágneses térnek célszerűen kiválasztott azon komponenseit érzékelik, melyek arányosak az őket létrehozó megfelelő zárlati áramok abszolút értékeivel.

Ennek megfelelően az 1. ábrán látható jellemző kivitelnél a 4 fáziszárlat-érzékelő tekercs az Ll áramvezető árama által keltett mágneses teret érzékeli, melyet az ábrán a 7 mágneses erővonallal jelképesen jelzünk.

Ugyanakkor a 4 fáziszárlat-érzékelő tekerccsel nem kívánjuk érzékelni az L2 és L3 áramvezetőkben folyó áramok által keltett mágneses térnek a 4 fáziszárlat-érzékelő tekercs térbeli helyén megjelenő komponenseit, melyet a 12 és 17 mágneses erővonalakkal jelképezünk.

Továbbá a 4 fáziszárlat-érzékelő tekerccsel nem kívánjuk érzékelni a mágneses tér azon komponenseit, melyek 8-11, 13-16, 18 mágneses erővonalakkal jelképezhetők, melyeket csak szemléltetésül tüntettünk fel.

A 2. ábrán láthatóan a kívánt mágneses térkomponens kiválasztását oly módon oldjuk meg, hogy a 4 fáziszárlat-érzékelő tekercset annyira közel helyezzük el az Ll áramvezető környezetében, amennyire csak lehetséges, azért, hogy minél nagyobb legyen az Ll áramvezető áramának mágneses hatása a 4 fáziszárlat-érzékelő tekercsre. Ez a minimális távolság a szabványok által előírt R minimális megközelítési távolság, amellyel, mint sugárral Ll áramvezető körül kijelölt 7 mágneses erővonalon helyeztük el a 4 fáziszárlat-érzékelő tekercs középpontját. A gyakorlati 20 kV-os kivitel esetén R körülbelül 30 cm-re adódott. Ezen a 7 mágneses erővonalon az elhelyezkedési pontot és a tekercs 20 tengelyének irányítását olyan módon választottuk meg, hogy az L2 és L3 áramvezetőkön folyó áramok által keltett mágneses térnek minél kisebb hatása legyen a 4 fáziszárlat-érzékelőre.

Mivel egy adott mágneses térkomponensnek annál kisebb hatása van egy teret érzékelő tekercsre, minél merőlegesebb a tekercs tengelye a mágneses térerőt jelképező erővonalakra, a találmány tárgyát képező mérési elrendezésben úgy helyeztük el a 4 fáziszárlat-érzékelő tekercset, hogy a 20 tengelyét az L2 és L3 áramvezetők

HU 215 607 Β árama által keltett mágneses térerőt jelképező 12 és 17 mágneses erővonalak megközelítően merőlegesen metsszék.

Ez a kívánatos helyzet a 2. ábrán láthatóan akkor áll elő, ha a 4 fáziszárlat-érzékelő tekercs a 7 mágneses erővonalon úgy helyezkedik el, hogy a 20 tekercs tengelye érinti a 7 mágneses erővonalat és hozzávetőleg az L2 és L3 áramvezetőkre merőlegesen állított SZ 2 szakasz F 2 felezőpontja irányába mutat.

Az 5 fáziszárlat-érzékelő tekercs elhelyezése és 21 tengelyének irányítása a 4 fáziszárlat-érzékelő tekercs elhelyezésének megfelelően történik azzal a kiindulással, hogy az 5 fáziszárlat-érzékelő tekercsnek az L3 áramvezetőn folyó áram által keltett mágneses teret kell érzékelnie és nem kívánjuk érzékelni vele az LI és L2 áramvezetőkön folyó áram által keltett mágneses teret.

A 4. ábrán a 4, 5 fáziszárlat-érzékelő tekercsek a hozzájuk tartozó Ll, L3 áramvezetők áramával arányos mágneses teret érzékelnek. Jelen esetben csak az Ll és L2 áramvezetőkön folyik zárlati áram, az L3 áramvezetőn csak üzemi áram folyik. Ezt szimbolizálják az ábrán az Ll és L2 áramvezetők körül nagyobb sűrűséggel rajzolt 7 és 11 mágneses erővonalak, illetve az L3 áramvezető körül kisebb sűrűséggel rajzolt 15 mágneses erővonal.

Ebben az esetben az Ll áramvezetőhöz tartozó 4 fáziszárlat-érzékelő tekercs a fáziszárlati áramnak megfelelő jelszintet érzékel, az L3 áramvezetőhöz tartozó 5 fáziszárlat-érzékelő tekercs pedig üzemi áramot érzékel. Láthatjuk azonban, hogy bármelyik kettő, vagy akár mindhárom Ll, L2, L3 áramvezető között jön is létre a fáziszárlati áram, a két 4, 5 fáziszárlat-érzékelő tekercs közül az egyiken mindenképpen megjelenik a fáziszárlati áramnak megfelelő jelszint.

Tehát a fáziszárlat érzékeléséhez elegendő a két 4,5 fáziszárlat-érzékelő tekercs, ez is javítja a megoldás költségtakarékos kivitelét.

A földzárlat-érzékelésnél azt a törvényszerűséget használjuk fel, miszerint a háromfázisú hálózatban földzárlat esetén a földzárlati áram abszolút értéke megegyezik a három fázis áramai vektoriális aszimmetriát okozó komponensével. Ezért, ha a három Ll, L2, L3 áramvezető áramai által keltett, megfelelő mágneses tereket összegezni tudjuk, akkor a vektoriális aszimmetriát okozó áramkomponensre jellemző mágneses teret nyerünk.

Ha tehát olyan elhelyezést tudunk találni a 6 földzárlat-érzékelő tekercsnek, amelynél az Ll, L2, L3 áramvezetők által keltett megfelelő mágneses térrészek hozzávetőleg egyenlő arányban összegződnek, akkor a 6 földzárlat-érzékelő tekercs révén hozzávetőleg a földzárlati árammal arányos mágneses teret érzékelhetünk.

Az 1. ábrán láthatóan a 6 földzárlat-érzékelő tekercs az Ll, L2, L3 áramvezetők síkja alatt, a 35 szimmetriatengelyükön (a földfelszínre merőlegesen állított egyenesen) helyezkedik el olyan magasságban, hogy az Ll, L2, L3 áramvezetők tengelyére merőleges síkban, a 19 földfelszínnel párhuzamosan fekvő 22 tekercs tengelye hozzávetőleg egybeessen az Ll, L2, L3 áramvezetők körül kijelölt, a 6 földzárlat-érzékelő tekercsen átmenő 10, 14, 18 mágneses erővonalaknak a 6 földzárlat-érzékelő tekercs középpontjában húzott érintőivel.

A 20 kV-os hálózaton történő gyakorlati megvalósításnál a 6 földzárlat-érzékelő tekercs jellemzően az Ll, L2, L3 áramvezetők és a 19 földfelszín közötti távolság (kb. 10-15 m) középső harmadában helyezkedik el.

Ebben az esetben hozzávetőleg egyforma arányban összegeződnek a 6 földzárlat-érzékelő tekercs térbeli helyén a 10,14, 18 mágneses erővonalakkal jelképezett mágneses térerőkomponensek. így a 6 földzárlat-érzékelő tekercs kapcsain megjelenik az eredő földzárlati áram abszolút értékével arányos jel. A mérés érzékenységet kedvezően befolyásolja, ha a 6 földzárlat-érzékelő tekercs belsejében nyitott vasmagot alkalmazunk, tekintve, hogy a vas mágneses permeabilitása jóval nagyobb a levegőénél, ezáltal mintegy begyűjti azokat a 10,14,18 mágneses térerővonalakat, melyek egyébként a környező közeli térrészben, a 6 földzárlat-érzékelő tekercsen kívül haladtak volna. Vagyis sokkal nagyobb mértékű összegzést lehet megvalósítani földzárlat-érzékelés céljából a három fázis mágneses terének egyidejű érzékelésénél, mintha csak légmagos tekercs lenne az érzékelő.

Hasonlóan javítja a mérési eredményt a 6 földzárlatérzékelő tekercs hosszának növelése, hiszen így is nő az érzékelésbe bevont térrész mérete, de célszerűen nem érdemes a mérés távolságával, mint sugárral leírható kör kerületének 1/20 részénél hosszabb tekercset alkalmazni.

A találmány szerinti megoldás alapvető részét képezik az adott Ll, L2, L3 áramvezető elrendezési geometriához konkrétan kiválasztott 4, 5 fázis-, illetve 6 földzárlat-érzékelő tekercs elhelyezési geometriák.

Ezek a rögzített geometriák teszik lehetővé, hogy a 23, 24, 25 aluláteresztő szűrők kimenetén megjelenő jelek a 34 kiértékelő egység számára feldolgozhatok legyenek, hiszen ekkor már ezeket a jeleket össze lehet mérni valamilyen alkalmasan megválasztott referenciajelekkel.

Egy előnyös kiviteli változat szerint a 23, 24, 25 aluláteresztő szűrők kimenetén megjelenő jeleket a 34 kiértékelő egység bemenetelt képező 26, 27, 28 csúcs-egyenirányító egységek vagy effektív értékkel arányos egyenfeszültséget előállító egységek bemenetelre vezetjük, melyeknek kimenetei 29, 30, 31 összehasonlító egységek egyik bemenetére csatlakoznak.

A csúcs-egyenirányító egységek alkalmazását az teszi indokolttá, hogy a szinuszjelek amplitúdója 1,41szorosa effektív értéküknek, így hát a csúcs-egyenirányítók kimenetén jó közelítéssel az érzékelt árammal arányos jelet kapunk.

A fent nevezett 29, 30, 31 összehasonlító egységek másik bemenetel 32, 33 alapjelet előállító egységekre csatlakoznak.

32, 33 alapjelet előállító egységek a minimálisan érzékelni kívánt zárlati áramküszöbszintre jellemző nagyságú U_b U₂ referenciajeleket szolgáltatnak így a készülék könnyen elbírálhatja, hogy a mérési elrendezés által

HU 215 607 Β vizsgált rendszerben fellépett-e a megadott határértéknél nagyobb értékű zárlati áram.

A fázisáramok vagy zérussorrendű áramok zárlati mértékű megnövekedésének elbírálását lehetővé tevő áramküszöbszintet célszerű az alállomási védelemben beállított küszöbszinttel azonos vagy közel azonos értékre állítani.

Ilyen esetekben az érzékelő legkésőbb az alállomási védelem működésbe lépése idején érzékelni fogja a zárlati jelenséget.

A kompenzált hálózatokban előfordulhat az a jelenség, hogy a kompenzált földzárlati áramot nem érzékeli a készülék a kompenzálás idején. Ugyanakkor ezeken a hálózatokon is érzékelheti a földzárlati áram fellépését két esetben.

Az egyik a földzárlat bekövetkezése utáni 40-70 msec, ugyanis ennyi idő minimálisan kell ahhoz, hogy a mechanikus alkatrészeket is tartalmazó kompenzáló tekercs működésbe lépjen és kiegyenlítse a földzárlati áram hatását. Ilyen gyorsaságú érzékelés egy elektronikus készülék számára nem jelent problémát.

Ugyanakkor a nem kompenzált hálózatoknál célszerű beépíteni egy kismérvű (kb. 40 msec) késleltetést a zárlatjelzésbe, hogy a rövid idejű, gyorsan megszűnő zárlati események bejelzését elkerüljük.

A másik érzékelési lehetőség a földzárlati áramnövelő ellenállásnak a kompenzált hálózatra való rákapcsolódása. Ez olyan mértékben megnöveli a földzárlati áram ohmos összetevőjét, hogy az alállomási védelem működésbe léphessen. Ekkor viszont a jelen szabadalom szerinti készülék is érzékelni fogja a földzárlatot, és ez az ohmos összetevő tényleg csak a zárlatos szakaszon folyik át.

Az összes többi esetekben, amennyiben a beállított áramküszöb-szintnek megfelelő fáziszárlati vagy földzárlati áram átfolyik a hálózaton, a készülék a megfelelő érzékelőtekercsek által és a szabadalom szerinti, a technika állásának megfelelően kivitelezett elektronikus áramkörökön keresztül érzékelni fogja a fáziszárlati vagy a földzárlati áramérték fellépését a figyelt hálózatszakaszon.

A mérési elrendezés egy másik kivitele esetén a 29, 30, 31 összehasonlító egységeket analóg jelből digitális jelet előállító egységek helyettesítik, melyek az érzékelt áram nagyságára jellemző analóg jelet digitális jelekké alakítják, azután a zárlati áram érzékelésének elbírálása digitális módszerrel történhet.

A találmány szerinti mérési elrendezés előnye, hogy viszonylag kis költséggel oldható meg vele a fáziszárlati és földzárlati áramok érzékelése a középés nagyfeszültségű rendszerekben, ezáltal nagyobb mennyiségű telepítés válik lehetővé jelen megoldású készülékekből, ami által könnyebbé válik a hibahelybehatárolás.

Másik előnye, hogy fixen telepített, automatizált, távadatgyűjtő rendszerekben is alkalmazható.

A mérési elrendezés hátrányos tulajdonsága, hogy az esetleges mechanikai pontatlanságok az érzékelési küszöbszint tűrésének megnövelését teszik szükségessé.

Ugyanakkor a szabadalom szerint kivitelezett készülékek ezzel együtt is kiválóan megfelelnek az üzemeltetői elvárásoknak.

A gyakorlatban a körülbelül 10%-os érzékelési pontosság elegendően alkalmas a zárlati események felismerésére, tekintve, hogy az áramszolgáltatói gyakorlatban a zárlati szintű fázisáram minimum 150%-a az üzemi szintű maximális fázisáramnak, a földzárlati áramérzékelési küszöbszint pedig az alállomási védelmekben beállítottnál akár 20%-al kisebbre is állítható a biztonságos bejelzés érdekében.

Ugyanakkor a megvalósított készülék érzékelni képes az üzemi fázisáramot is, ami az adott pontosság mellett nagyon jól láthatóvá teszi az adott hálózatszakasz terhelésének időbeli alakulását (nem elszámolási, de hosszú távú tervezési célra alkalmas módon).

A találmány új eszközt ad a hálózatok üzemeltetői kezébe a zárlati áramok (és egyben az üzemi áramok) érzékelésére, mérésére, illetve annak elbírálására, hogy az adott szakaszon átfolyt-e zárlati áram vagy sem.

Claims (9)

1. Mérési elrendezés fáziszárlati/üzemi fázisáramok abszolút értékének érzékelésére közép- és nagyfeszültségű háromfázisú rendszerekben fixen telepített kivitelben, mely elrendezés a vezetőkön átfolyó áram által keltett mágneses tér tekercsekkel történő érzékelésén alapul, mely tekercsek vasmag nélküliek vagy nyitott vasmagúak és aluláteresztő szűrők bemenetelre csatlakoznak, mely szűrők kimenetei kiértékelő egység(ek) bemenetére csatlakoznak, azzal jellemezve, hogy

- a fáziszárlat-érzékelő tekercsek (4, 5) egyenként a kötötten elhelyezkedő áramvezetőktől (Ll, L2, L3) a szabványok által előírt minimális megközelítési távolságban (R) vagy azon kívüli környezetükben olyan helyen és olyan irányítással vannak kötötten elhelyezve, hogy tengelyeik (20,21) megközelítően párhuzamosak az áramvezetők (Ll, L2, L3) közül kiválasztott egynek az áramára legjellemzőbb mágneses erővonalával (7,15), ugyanakkor tengelyeik (20, 21) megközelítően merőlegesek a fáziszárlat-érzékelő tekercsek (4, 5) helyén fellépő, érzékelni nem kívánt mágneses térösszetevők mágneses erővonalaira (9, 12,17).

2. Mérési elrendezés földzárlati áramok abszolút értékének érzékelésére közép- és nagyfeszültségű háromfázisú rendszerekben fixen telepített kivitelben, mely elrendezés a vezetőkön átfolyó áram által keltett mágneses tér tekerccsel történő érzékelésén alapul, ahol mindhárom áramvezetőtől megközelítően egyforma távolságra érzékelő tekercs helyezkedik el a szabványok által előírt megközelítési távolságon kívüli környezetben, olyan helyen és olyan irányítással, hogy megközelítően azonos mértékben érzékelje mindhárom áramvezető mágneses terét, a nevezett tekercs vasmag nélküli vagy nyitott vasmagú és aluláteresztő szűrőre csatlakozik, mely szűrő kimenete kiértékelő egység bemenetére csatlakozik, azzal jellemezve, hogy

HU 215 607 Β

- a mérési összeállítás részét képezi a földzárlat-érzékelő tekercs (6), amely a kötötten elhelyezkedő áramvezetők (Ll, L2, L3) környezetében kötötten helyezkedik el, azoktól hozzávetőleg azonos távolságra, az áramvezetők (Ll, L2, L3) szimmetriatengelyén (35), a földfelszínre (19) merőlegesen állított egyenesen, tengelye (22) az áramvezetők (Ll, L2, L3) hossztengelyére merőleges síkon fekszik a földfelszínnel (19) párhuzamosan, a földfelszíntől (19) olyan távolságban, hogy a három áramvezető (Ll, L2, L3) köré rajzolható, a földzárlat-érzékelő tekercsen (6) átmenő mágneses erővonalaknak (10, 14, 18) a földzárlat-érzékelő tekercsen (6) átmenő érintői megközelítőleg egybeesnek a földzárlat-érzékelő tekercs (6) tengelyével (22).

3. Az 1. igénypont szerinti mérési elrendezés azzal jellemezve, hogy

- két fáziszárlat-érzékelő tekercset (4, 5) alkalmazunk, olyan módon, hogy az egyik szélső áramvezetőhöz (Ll) rendeljük az egyik fáziszárlat-érzékelő tekercset (4), és a másik szélső áramvezetőhöz (L3) rendeljük a másik fáziszárlat-érzékelő tekercset (5),

- a kötötten elhelyezkedő fáziszárlat-érzékelő tekercsek (4, 5) a hozzájuk tartozó áramvezetők (Ll, L3) [amelyek a középső áramvezetővel (L2) egy síkban, egymáshoz képest párhuzamosan, egymástól hozzávetőleg azonos távolságra helyezkednek el], a minimális megközelítési távolsággal (R), mint sugárral kijelölt mágneses erővonalak (7, 15) kerületén helyezkednek el, tengelyük (20,21) pedig a mágneses erővonalak (7,15) síkjában a nem hozzájuk tartozó áramvezetők (L2, L3), illetve (Ll, L2) között merőlegesen állított szakaszok (SZ2, SZÍ) felezője (F2, FI) irányába mutat és egyben érintője a hozzájuk tartozó mágneses erővonalaknak (7, 15).

4. A 2. igénypont szerinti mérési elrendezés azzal jellemezve, hogy

- egy földzárlat-érzékelő tekercset (6) alkalmazunk.

5. Az 1. igénypont szerinti mérési elrendezés azzal jellemezve, hogy

- a kiértékelő egység(ek) (34) bemenetelt csúcsegyenirányító egységek (26, 27), vagy effektív értékkel arányos egyenfeszültséget előállító egységek képezik, amelyeknek kimenetei összehasonlító egységek (29, 30) egyik bemenetére csatlakoznak, amely összehasonlító egységek (29, 30) másik bemenetére alapjelet előállító egység (32) csatlakozik.

6. A 2. igénypont szerinti mérési elrendezés azzal jellemezve, hogy

- a kiértékelő egység (34) bemenetét csúcs-egyenirányító egység (28) vagy effektív értékkel arányos egyenfeszültséget előállító egység képezi, amelynek kimenete összehasonlító egység (31) egyik bemenetére csatlakozik, amely összehasonlító egység (31) másik bemenetére alapjelet előállító egység (33) csatlakozik.

7. Az 1. igénypont szerinti mérési elrendezés azzal jellemezve, hogy

- a kiértékelő egység(ek) (34) bemenetelt csúcsegyenirányító egységek (26, 27), vagy effektív értékkel arányos egyenfeszültséget előállító egységek képezik, amelyeknek kimenetei analóg/digitális jelátalakító egységek bemenetelre csatlakoznak.

8. A 2. igénypont szerinti mérési elrendezés azzal jellemezve, hogy

- a kiértékelő egység (34) bemenetét csúcs-egyenirányító egység (28), vagy effektív értékkel arányos egyenfeszültséget előállító egység képezi, amelynek kimenete analóg/digitális jelátalakító egység bemenetére csatlakozik.

9. Az 1. és 2. igénypont szerinti mérési elrendezések azzal jellemezve, hogy

- a háromfázisú hálózat egy adott pontjához rendelt fázis- és földzárlat-érzékelő mérési elrendezések egy készülékbe vannak összeépítve.