RU2727727C1

RU2727727C1 - Безопасный операционный способ снижения напряжения и устранения искрения фазы замыкания на землю выключенной системы заземления

Info

Publication number: RU2727727C1
Application number: RU2019136374A
Authority: RU
Inventors: Ксянгджун ЖЕНГ
Original assignee: Чанша Юниверсити Оф Сайенс Энд Текнолоджи
Priority date: 2017-07-05
Filing date: 2018-07-04
Publication date: 2020-07-23
Also published as: EP3605773B1; AU2018295937B2; CN107276097B; EP3605773A1; AU2018295937A1; US20210126450A1; US11368017B2; WO2019007349A1; BR112019025557B1; EP3605773A4; CN107276097A; BR112019025557A2

Abstract

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - обеспечение устранения мгновенного однофазного замыкания на землю, гашение длительного тока однофазного замыкания на землю, ограничение растущей амплитуды напряжения фазы без замыкания и риска пробоя изоляции этой фазы, снижение рисков для безопасности людей и оборудования, эффективное предотвращение аварий при перебоях электроснабжения и усовершенствование надежности и безопасности электроснабжения. В настоящем изобретении раскрывается способ безопасной работы для снижения напряжения для гашения дуги фазы возникновения замыкания на землю системы неэффективного заземления для использования в целях безопасной работы с замыканием на землю нейтральной точки генератора с неэффективным заземлением или распределительной сети. При возникновении однофазного замыкания на землю со стороны системы неэффективного заземления применяется внешний источник напряжения между шиной и заземлением, между линией и заземлением, между нейтральной точкой и заземлением или между шунтирующей ступенью обмотки трансформатора со стороны системы неэффективного заземления и заземлением для снижения напряжения фазы возникновения замыкания, чтобы оно было меньше значения продолжительной электротермотренировки дуги заземления, таким образом соответствуя требованиям долгосрочной непрерывной безопасной эксплуатации. 9 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 ил.

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к области техники гашения однофазного замыкания на землю систем неэффективного заземления, в частности, к способу безопасной работы для снижения напряжения для гашения дуги фазы возникновения замыкания на землю системы неэффективного заземления.

Предшествующий уровень техники

В генераторных установках местного и зарубежного производства, а также в распределительных сетях, как правило, используются методы неэффективного заземления нейтральной точки. Системы неэффективного заземления составляют более 95% китайских электросетей с напряжением 6 кВ и выше. Около 70% перебоев в электроснабжении вызваны замыканием системы. Ежегодные потери в результате перебоев в электроснабжении достигают сотни миллиардов китайских юаней. Система неэффективного заземления отличается от системы передачи мощности, а сопротивление в месте замыкания на землю составляет десятки килоом, что сложно определить и предотвратить. Длительная эксплуатация в условиях возникновения замыканий ставит под угрозу личную безопасность и безопасность оборудования, а также приводит к серьезным социальным издержкам и экономическим потерям. При замыкании на землю существует предрасположенность поражений электрическим током, и количество смертей за год достигает тысяч случаев, находясь на втором месте после дорожных аварий. При замыканиях на землю существует предрасположенность к дуговым перенапряжениям, что приводит к прекращению работы оборудования и даже к авариям с «распространением пожара». Невозможно вовремя устранить замыкания на землю установок большого размера. Токи дугового разряда легко приводят к перегоранию железных сердечников и обмоток, в результате чего происходит распространение аварии, в том числе, с летальным исходом. Аварийное отключение, вызванное замыканием на землю, приводит к перебоям в электроснабжении, что снижает надежность электроснабжения и оказывает прямое негативное воздействие на промышленное производство и уровень жизни населения. Безопасная эксплуатация при замыкании на землю системы неэффективного заземления является критичной для защиты сети и даже национальной безопасности.

Известные режимы работы с замыканиями на землю и эксплуатации системы неэффективного заземления в основном включают гашение замыкания и его устранение.

Гашение замыкания на землю в основном реализуется в системе неэффективного заземления посредством повторного формирования или контроля режима заземления нейтральной точки первичной системы электрической сети, регулируя полное сопротивление заземления нейтральной точки и подавляя напряжение и ток точки замыкания, но только в течение 1-2 часов из-за подверженности к перенапряжению и наличия рисков для безопасности.

Устранение замыкания на землю в основном заключается в выборе линии с замыканием и отключении точки замыкания в максимально короткий срок после возникновения замыкания на землю в системе, чтобы обеспечить безопасную эксплуатацию системы. Например, от известного ручного «пробного аварийного отключения» от линии к линии до выбора линии с использованием устройства выбора линии с замыканием и индикатора замыканий, а затем к быстрой изоляции замыкания с помощью технологии автоматики питающих линий; вся технология устранения замыканий ведет к длительному времени перебоев в электроснабжении, высоким капитальным затратам и значительному снижению надежности электроснабжения системы распределения электропитания.

С этой целью, методы гашения активной дуги для тока и напряжения в точках замыкания изучались внутри страны и за ее пределами. Например, в статье «Дугогасителъная катушка с полной компенсацией. Технология и применение», опубликованной корпорацией Swedish Neutral в 2015 г, был предложен метод гашения дуги активного тока: При возникновении замыкания на землю остаточный ток заземления принимается как объект управления; ток вводится в нейтральную точку через компенсатор остаточного тока для компенсации полного тока замыкания на землю (включая остаточный ток реактивного элемента и остаточный ток активного элемента); напряжение точки замыкания одновременно снижается до нуля, тем самым достигая цели полной компенсации тока замыкания на землю. Данный метод сложно применить на практике из-за того, что остаточный ток замыкания нельзя измерить напрямую и элемент активного тока нулевой последовательности на линии трудно измерить точно.

Автор изобретения предложил способ защиты и гашения дуги замыкания на землю распределительной сети (заявка на патент №201110006701.2) в 2011 году, в котором определенный ток вводится в распределительную сеть для принудительного снижения напряжения фазы возникновения замыкания и тока замыкания на землю до нуля, тем самым получая 100% гашения дуги текущих замыканий и быструю изоляцию постоянных замыканий, а также решая технические проблемы ненадлежащего эффекта гашения дуги по текущему методу и низкой надежности известного метода защиты. Тем не менее, метод может привести к увеличению напряжения фазы без замыкания в

раза, а длительная эксплуатация представляет угрозу для электрической изоляции и приводит к пробою мест со слабой изоляцией фазы без замыкания, что в дальнейшем перерастает в межфазное короткое замыкание, оказывая негативное воздействие на надежность электроснабжения.

Кратко говоря, на предыдущем уровне техники невозможно сбалансировать надежность электроснабжения и безопасности системы неэффективного заземления.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для преодоления вышеприведенных недостатков предыдущего уровня техники по настоящему изобретению предлагается способ безопасной работы для снижения напряжения для гашения дуги фазы возникновения замыкания на землю системы неэффективного заземления.

Цель настоящего изобретения может быть реализована за счет следующего технического решения:

Способ безопасной работы для снижения напряжения для гашения дуги фазы возникновения замыкания на землю системы неэффективного заземления для использования в целях безопасной работы с замыканием на землю нейтральной точки генератора с неэффективным заземлением или распределительной сети. При возникновении однофазного замыкания на землю со стороны системы неэффективного заземления применяется внешний источник напряжения между шиной и заземлением, между линией и заземлением, между нейтральной точкой и заземлением или между шунтирующей ступенью обмотки трансформатора со стороны системы неэффективного заземления и заземлением, и выходное напряжение от источника составляет

, вследствие чего снижается напряжение фазы возникновения замыкания для обеспечения гашения дугового разряда и снижения активного напряжения замыкания на землю; где

- нормальное напряжение точки входа при отключенном источнике нормального напряжения сети, а перепад напряжения нулевой последовательности

вычисляется по формуле

или

;

- напряжение нулевой последовательности после снижения активного напряжения,

- напряжение нулевой последовательности при нормальной эксплуатации,

(ϕ=А или В, или С) - напряжение электропитания фазы возникновения замыкания на землю ϕ,

- напряжение фазы возникновения замыкания в диапазоне [0, U_ϕ0) после задействования внешнего источника напряжения, a U_ϕ0 - напряжение фазы возникновения замыкания до задействования внешнего источника напряжения.

Чтобы улучшить достижение целей по настоящему изобретению, в нем дополнительно могут применяться следующие технические средства:

При работе по снижению напряжения измеряется и вычисляется ток

, подаваемый от источника напряжения, а также регулируются величина и фаза внешнего источника напряжения

для получения формулы

для гашения дуги в точке возникновения замыкания, в которой ΣY₀ - полная проводимость нулевой последовательности по отношению к земле при нормальной эксплуатации системы неэффективного заземления.

Кроме того, в процессе снижения напряжения измеряется и рассчитывается коэффициент демпфирования

системы неэффективного заземления или линии с замыканием на землю; если коэффициент демпфирования d выше заданного значения, величина и фаза напряжения

, выдаваемого источником, регулируются так, чтобы напряжение фазы возникновения замыкания дополнительно понижалось для гашения дуги замыкания до тех пор, пока значение d не станет меньшим или равным заданному значению, то есть, определяется задувание дуги замыкания и достигается безопасность эксплуатации при понижении активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю; где g - трехфазная проводимость по отношению к земле, ω - циклическая частота системы, С - трехфазная электрическая емкость по отношению к земле, a U₀ - напряжение нулевой последовательности; I_0R - активный ток нулевой последовательности, I_0C - емкостный ток нулевой последовательности; Р₀ - активная мощность нулевой последовательности, Q₀ - реактивная мощность нулевой последовательности, а α₀ - угол полной проводимости нулевой последовательности.

Кроме того, во время снижения напряжения распределительной сети измеряется ток нулевой последовательности линии с замыканием на землю; если ток нулевой последовательности линии превышает заданное значение, величина и фаза напряжения

, выдаваемого источником, регулируются так, чтобы напряжение фазы возникновения замыкания дополнительно понижалось для гашения тока замыкания до тех пор, пока значение тока нулевой последовательности линии с замыканием на землю не станет меньше или равным заданному значению, и не будет обеспечена безопасная эксплуатация с понижением активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю. Заданное значение тока нулевой последовательности выбирается в соответствии с током замыкания, допустимым по длительной безопасной эксплуатации линии с однофазным замыканием на землю, и в целом составляет [1 А, 30 А], или выбирается в соответствии со скоростью гашения тока замыкания на землю и в целом составляет [0,001I₀, I₀), где I₀ - ток нулевой последовательности линии с замыканием на землю до задействования внешнего регулируемого источника тока.

Кроме того, после обнаружения замыкания на землю задействование внешнего источника напряжения продолжается в течение определенного промежутка времени, после чего источник напряжения отключается, и затем либо повторно обнаруживается наличие замыкания на землю, либо определяется, что мгновенное замыкание на землю было устранено, для восстановления нормальной эксплуатации; в противном случае внешний источник напряжения задействуется снова с целью продолжения работы по снижению активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю; при этом продолжительность работы внешнего источника напряжения, как правило, составляет (0,1, 60 с).

Дополнительно источник напряжения представлен источником с регулируемой амплитудой и фазой, обеспечиваемой силовыми электронными компонентами, или источником напряжения, выдаваемого внешним однофазным трансформатором.

Далее заданное значение коэффициента демпфирования d устанавливается так, чтобы быть выше коэффициента демпфирования системы или линии при нормальной эксплуатации в K₃ раз; коэффициент K₃ находится в диапазоне (1, 5).

Далее входное напряжение источника поступает со стороны вторичного напряжения трансформатора системы неэффективного заземления, и оно аналогично напряжению электропитания фазы возникновения замыкания; таким образом, при регулировке источника напряжения требуется регулировка не фазы, а только амплитуды, благодаря чему настоящий метод прост и экономичен.

Далее в цепи источника напряжения устанавливается однофазный регулятор напряжения для регулировки амплитуды напряжения.

Затем в выходной цепи источника напряжения размещается защитное устройство для предотвращения повреждения оборудования из-за сильного тока.

Также трансформатор представляет собой трансформатор заземления с обмоткой типа Z или типа Y/Δ или Y/Y/Δ, соединенный с системой неэффективного заземления.

Следует отметить, что метод обнаружения и технология выбора фазы однофазного замыкания на землю системы неэффективного заземления в настоящее время весьма развиты, и могут быть применены несколько технических средств. По настоящему изобретению более не приводится описание способа обнаружения замыкания. Как правило, если перепад напряжения нулевой последовательности системы превышает заданное значение, это определяется как возникновение замыкания на землю.

В дополнение к этому, автор изобретения первым ввел теорию работы по снижению напряжения фазы возникновения замыкания на землю системы неэффективного заземления, и на основании этой теории в настоящем изобретении впервые предлагается техническое решение, связанное с применением внешнего регулируемого источника напряжения со стороны системы неэффективного заземления между шиной и заземлением, между линией и заземлением, между нейтральной точкой и заземлением или между шунтирующей ступенью со стороны обмотки трансформатора системы неэффективного заземления и заземлением, которое значительно упрощает метод контроля гашения замыкания.

Настоящее изобретение имеет следующие положительные эффекты:

1. Рабочие средства и способ контроля просты и надежны. Напряжение фазы возникновения замыкания по настоящему изобретению используется в качестве цели контроля, и точное измерение параметров фаза-заземление системы не требуется, благодаря чему предотвращается возникновение проблемы низкого эффекта гашения по известному текущему методу гашения дуги вследствие погрешностей измерения параметров фаза-заземление системы, а также значительно, на 80%, повышается точность гашения.

2. Повышается надежность электроснабжения системы. Согласно настоящему изобретению впервые реализуется гибкий контроль напряжения фазы возникновения замыкания. После возникновения замыкания в случае обеспечения гашения дуги напряжение фазы возникновения замыкания снижается до значений [0, U_ϕ0), где U_ϕ0 - напряжение фазы возникновения замыкания до задействования внешнего источника напряжения. Снижаются возрастающая амплитуда напряжения фазы без замыкания, риск пробоя изоляции этой фазы, обеспечивается эффективное предотвращение пробоя изоляции этой фазы, а также обеспечивается возможность эффективного продления времени эксплуатации системы неэффективного заземления с однофазным замыканием на землю.

3. Себестоимость реализации невысока. Функция гашения дуги может быть реализована без введения системы дугогашения, состоящей из нескольких комплектов рабочего оборудования, и в сравнении с известным методом гашения дуги расходы на установку оборудования и устройство могут быть значительно сокращены.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На ФИГ. 1 представлена принципиальная схема способа безопасного осуществления понижения напряжения для гашения дуги фазы возникновения замыкания на землю распределительной сети с неэффективным заземлением с помощью трансформатора с обмоткой типа Y/Δ.

На ФИГ. 2 представлена эквивалентная схема нулевой последовательности системы неэффективного заземления при возникновении замыкания на землю.

На ФИГ. 3 представлена фазорная схема рабочего диапазона понижения напряжения для гашения дуги фазы возникновения замыкания на землю системы неэффективного заземления.

На ФИГ. 4 представлена принципиальная схема измерения коэффициента демпфирования неэффективной системы или линии.

На ФИГ. 5 представлена принципиальная схема способа безопасного осуществления понижения напряжения для гашения дуги фазы возникновения замыкания на землю распределительной сети с неэффективным заземлением с помощью трансформатора заземления с обмоткой типа Z.

На ФИГ. 6 представлена принципиальная схема метода безопасного осуществления понижения напряжения для гашения дуги фазы возникновения замыкания на землю генератора с неэффективным заземлением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Далее представлено дополнительное описание и толкование настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Как показано на ФИГ. 1, в распределительной сети с неэффективным заземлением

соответственно - три фазы питания для электродвижущей силы системы, С₀ - емкость системы по отношению к земле, r₀ - сопротивление утечки на землю, A_s, B_s и C_s - обмотки со стороны системы неэффективного заземления трансформатора с обмоткой типа Y/Δ, S - выключатель, K - устройство защиты (устройство защиты от перегрузки по току или предохранитель), линии вывода на соответствующих концах обмоток со стороны системы неэффективного заземления трансформатора подключаются непосредственно к фазам А, В и С системы неэффективного заземления, а обмотки со стороны системы неэффективного заземления трансформатора соединяются звездой с выводами нейтральной точки N и затем заземляются через полное сопротивление Z1; a_s, b_s и c_s - обмотки со стороны низкого напряжения, которые соединяются треугольником. При возникновении однофазного замыкания на землю сопротивление замыкания на землю составляет R_ƒ, напряжение фазы возникновения замыкания

(ϕ=A или В или С), внешний источник напряжения

применяется со стороны системы неэффективного заземления между шиной и заземлением, или между линией и заземлением, или между нейтральной точкой и заземлением, или между шунтирующей ступенью трансформатора Т₁ и заземлением, чтобы вызвать одновременное повышение или падение напряжения заземления всей распределительной системы; перепад составляет

, затем

перепад напряжения нулевой последовательности

можно также рассчитать по формуле

или

; где

- нормальное напряжения точки входа при отключенном источнике нормального напряжения сети,

- напряжение нулевой последовательности после понижения активного напряжения,

напряжение нулевой последовательности при нормальной работе,

- напряжение питания фазы возникновения замыкания на землю,

- напряжения фазы возникновения замыкания в диапазоне [0, U_ϕ0) после применения внешнего источника напряжения, и U_ϕ0 - напряжение фазы возникновения замыкания перед применением внешнего источника напряжения.

Эквивалентная схема нулевой последовательности системы неэффективного заземления по ФИГ. 1, т.е., эквивалентная схема нулевой последовательности системы неэффективного заземления при возникновении замыкания на землю, как приведено на ФИГ. 2. Согласно уравнению тока Кирхгофа, ток

, подаваемый от источника напряжения

составляет:

В уравнении (1) полная проводимость нулевой последовательности на землю распределительной сети составляет

, полная проводимость заземления нейтральной точки составляет

, трехфазная проводимость на землю составляет

, трехфазная электрическая емкость по отношению к земле составляет С=3С₀, проводимость на землю в точке замыкания составляет

и

- напряжение нулевой последовательности.

С учетом воздействия напряжения нулевой последовательности, вызванного асимметрией параметров трехфазного заземления при нормальной эксплуатации системы неэффективного заземления напряжение нулевой последовательности U₀ в уравнении (1) заменяется на перепад напряжения нулевой последовательности

; а с учетом полной проводимости заземления Y_f=0 точки замыкания после гашения дуги замыкания уравнение (1) может быть упрощено следующим образом:

Таким образом, при работе по снижению напряжения измеряется и вычисляется ток

для получения формулы

На основании вышеизложенного, после возникновения замыкания на землю внешний источник регулируемого напряжения применяется для реализации понижения активного напряжения для гашения дуги, а напряжение, выдаваемое источником, однозначно определяется по целевому значению понижения напряжения фазы возникновения замыкания, которое достигается посредством применения внешнего источника напряжения к шине со стороны системы неэффективного заземления, или к линии, или к нейтральной точке, или к шунтирующей ступени обмотки трансформатора со стороны системы неэффективного заземления.

Далее описывается диапазон действий по снижению напряжения фазы возникновения короткого замыкания при гашении дуги замыкания. Как показано на ФИГ. 3, при нормальной эксплуатации системы напряжение нейтральной точки равняется нулю, вектор напряжение фазы А составляет

, вектор напряжения фазы В -

, а вектор напряжения фазы С -

; используя замыкание на землю фазы С в качестве примера, необходимо установить максимальную амплитуду рабочего напряжения фазы возникновения замыкания, чтобы обеспечить гашение дуги фазы возникновения замыкания, равную СС'', условие гашения дуги фазы возникновения замыкания следующее: точка нулевого потенциала находится в круге, охватывающем С, и имеет радиус СС''; в дополнение к этому, для предотвращения пробоя изоляции вследствие избыточного напряжения на фазе без замыкания напряжение этой фазы должно быть ниже напряжения в линии, то есть, точка нулевого потенциала должна находиться в круге, охватывающем точку А, и иметь радиус АС, а также в круге, охватывающем точку В, и иметь радиус ВС. Таким образом, для обеспечения долгосрочной безопасной эксплуатации системы неэффективного заземления после понижения напряжения фазы возникновения замыкания, точка нулевого потенциала после понижения напряжения фазы возникновения замыкания находится на пересечении трех кругов.

Далее описывается метод оценки гашения дуги замыкания путем измерения коэффициента демпфирования. Как показано на ФИГ. 4, во время понижения напряжения для гашения дуги вычисляется коэффициент демпфирования путем измерения тока нулевой последовательности

и напряжения нулевой последовательности системы, или же вычисляется коэффициент демпфирования линии с замыканием m путем измерения тока

и напряжения нулевой последовательности линии с замыканием m. Формула расчетов коэффициента демпфирования системы неэффективного заземления или линии:

и заданное значение коэффициента демпфирования d устанавливается так, чтобы быть выше коэффициента демпфирования системы или линии при нормальной эксплуатации в K₃ раз; коэффициент K₃ находится в диапазоне (1, 5]; если коэффициент демпфирования d выше порогового значения, величина и фаза напряжения

, выдаваемого источником, регулируется так, чтобы напряжение фазы возникновения замыкания дополнительно понижалось для гашения дуги замыкания до тех пор, пока значение d не станет меньшим или равным заданному значению, то есть, определяется задувание дуги замыкания и достигается безопасность работы для понижения активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю; где

- трехфазная проводимость по отношению к земле, ω - циклическая частота системы, С=3С₀ - трехфазная электрическая емкость по отношению к земле, a U₀ - напряжение нулевой последовательности; I_0R - активный ток нулевой последовательности, I_0C - емкостный ток нулевой последовательности; Р₀ - активная мощность нулевой последовательности, Q₀ - реактивная мощность нулевой последовательности, а α₀ - угол полной проводимости нулевой последовательности.

Выше приведено подробное описание технического принципа работы настоящего изобретения, применяемого к распределительной сети с неэффективным заземлением. Этот технический принцип работы также применим в случае использования настоящего изобретения с генератором с неэффективным заземлением. Далее приводится дополнительное описание способа применения настоящего изобретения к распределительной сети и генератору с неэффективным заземлением:

Как показано на ФИГ. 5, в распределительной сети 10 кВ с неэффективным заземлением, E_A, E_B и E_C соответственно - три фазы питания для электродвижущей силы системы,

, сопротивление утечки на заземлении линии r₀ составляет 4,7 кОм, емкость линии по отношению к земле С₀ составляет 8,36 мкФ, K - защитное устройство (устройство защиты от перегрузки по току или предохранитель), заданное значение напряжения нулевой последовательности линии с замыканием на землю устанавливается как 10 А, а полное сопротивление заземления Z нейтральной точки N - j121 Ом; A₁, B₁, C₁, А₂, В₂ и С₂ обмотки со стороны системы неэффективного заземления трансформатора заземления с обмоткой типа Z, KM1, KM2 и KM3 - замыкатели, линии вывода на соответствующих концах обмоток со стороны системы неэффективного заземления трансформатора подключаются непосредственно к фазам А, В и С системы неэффективного заземления, а обмотки со стороны системы неэффективного заземления трансформатора соединяются по типу Z, нейтральная точка N выводится из других концов и затем обмотки заземляются через полное сопротивление Z; a₁, b₁ и c₁ - обмотки трансформатора заземления типа Z со стороны низкого напряжения, обмотки со стороны низкого напряжения соединяются звездой, выводные клеммы представлены как а, b, с и n, T₁ - трансформатор заземления с обмоткой типа Z, который может обеспечить нейтральную точку, Т₂ - источник напряжения, выдаваемого однофазным трансформатором, с соединением между нейтральной точкой и заземлением; входное напряжение однофазного трансформатора поступает от вторичной стороны трансформатора заземления T₁ и является аналогичным напряжению электропитания фазы возникновения замыкания; амплитуду выходного напряжения можно регулировать. При возникновении однофазного замыкания на землю в фазе С сопротивление замыкания на землю представлено как R_ƒ, R_ƒ=1 кОм;

- напряжение фазы возникновения замыкания. После возникновения замыкания перед применением внешнего источника напряжение фазы возникновения замыкания измеряется как U_C0=2,60 кВ, а критическое напряжение для выдерживания продолжительной электротермотренировки дуги заземления составляет 1,90 кВ. В этот момент внешний источник регулируемого напряжения

применяется между нейтральной точкой распределительной сети с неэффективным заземлением и заземлением; нормальное напряжение U₁ точки входа при отключенном источнике нормального напряжения сети - 0 В, затем обеспечивается следующее:

Внешний источник напряжения

регулируется для снижения напряжения фазы возникновения замыкания U_C1, чтобы она была меньше напряжения для продолжительной электротермотренировки дуги заземления, U_C1<1,90 кВ, обеспечивая, таким образом, задувание дуги замыкания на землю. В данном примере, если напряжение фазы возникновения замыкания U_C1 понижается для гашения дуги при 1,82 кВ, амплитуда напряжения, выдаваемого источником, может сначала регулироваться как U=3,95 кВ, а затем замыкатель KM2 замыкается для понижения напряжения фазы возникновения замыкания 1,82 кВ, что соответствует рабочему диапазону напряжения фазы возникновения замыкания [0, 2,60 кВ). В это время напряжения фазы без замыкания составляет 8,51 кВ, что ниже напряжение в линии, равного 10 кВ, благодаря чему реализуется гашение дуги фазы возникновения замыкания на землю. Тем временем, напряжение фазы без замыкания не повышается до напряжения в линии, тем самым обеспечивая безопасную работу по понижению напряжения для гашения дуги.

Во время снижения напряжения измеряется ток нулевой последовательности линии с замыканием на землю; если ток нулевой последовательности линии превышает заданное значение 10 А, величина и фаза напряжения, выдаваемого источником, постоянно регулируются так, чтобы напряжение фазы возникновения замыкания дополнительно понижалось для гашения тока замыкания до тех пор, пока значение тока нулевой последовательности линии с замыканием на землю не станет меньше или равным заданному значению 10 А, и не будет обеспечена безопасная работа по понижению напряжения для гашения дуги фазы возникновения замыкания на землю.

Как показано на ФИГ. 6, в генераторе с неэффективным заземлением 20 кВ три фазы питания -

соответственно, сопротивление утечки на заземление го статора генератора составляет 20 кОм, электрическая емкость по отношению к земле С₀ статора генератора составляет 1,81 мкФ, K - защитное устройство (устройство защиты от перегрузки по току или предохранитель), полное сопротивление заземления Z нейтральной точки N - j600 Ом; замыкание на землю возникает в фазе С распределительной сети и сопротивление замыкания на землю R_ƒ составляет 2 кОм. После возникновения замыкания перед применением внешнего источника измеренное напряжение фазы возникновения замыкания составляет U_C0 - 2,76 кВ, а критическое напряжение для выдерживания продолжительной электротермотренировки дуги заземления - 2,20 кВ. В этот момент внешний источник регулируемого напряжения применяется между нейтральной точкой генератора с неэффективным заземлением и заземлением; нормальное напряжение U₁ точки входа при отключенном источнике нормального напряжения генератора составляет 0 В, затем

, и внешний источник напряжения

регулируется для понижения напряжения фазы возникновения замыкания U_C1, чтобы она была меньше напряжения для продолжительной электротермотренировки дуги заземления, иными словами, U_C1<2,20 кВ, обеспечивая, таким образом, задувание дуги замыкания на землю. В данном примере, если напряжение фазы возникновения замыкания U_C1 понижается для гашения дуги при 2,13 кВ, амплитуда напряжения, выдаваемого источником, может сначала регулироваться как U=9,41 кВ, а затем замыкатель KM2 замыкается для понижения напряжения фазы возникновения замыкания 2,13, кВ, что соответствует рабочему диапазону напряжения фазы возникновения замыкания [0, 2,76 кВ). В это время напряжения фазы без замыкания составляет 18,27 кВ, что ниже напряжения линии, равного 20 кВ, благодаря чему реализуется гашение дуги фазы возникновения замыкания на землю. Тем временем, напряжение фазы без замыкания не повышается до напряжения в линии, тем самым обеспечивая безопасную работу по понижению напряжения для гашения дуги.

В качестве усовершенствования настоящего варианта осуществления, после обнаружения замыкания на землю задействование внешнего источника напряжения продолжается в течение определенного промежутка времени, после чего источник напряжения отключается, и затем либо повторно обнаруживается наличие замыкания на землю, либо определяется, что мгновенное замыкание на землю было устранено, для восстановления нормальной эксплуатации; в противном случае внешний источник напряжения задействуется снова с целью продолжения работы по снижению активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю; при этом продолжительность работы внешнего источника напряжения, как правило, составляет (0,1, 60 с).

Чтобы проверить осуществимость безопасного метода работы для снижения напряжения для гашения дуги фазы возникновения заземления системы неэффективного заземления по настоящему изобретению, метод безопасной работы для снижения напряжения для гашения дуги фазы возникновения заземления распределительной сети 10 кВ с неэффективным заземлением, показанный на ФИГ. 1, был смоделирован и проанализирован в программном обеспечении PSCAD: длительность моделирования составило 0,12 с; однофазное замыкание на землю возникло в системе на 0,04 с; выключатель сработал на 0,08 с для применения внешнего источника напряжения между нейтральной точкой и заземлением; результаты моделирования до и после однофазного замыкания на землю (сопротивление замыкания на землю 1 кОм) распределительной системы с неэффективным заземлением показаны в таблице 1.

Из комплексного анализа данных таблицы 1 видно, что после возникновения замыкания на землю и применения источника напряжения, напряжение фазы возникновения замыкания понижается для эксплуатации при 1,82 кВ в диапазоне [0, U_ϕ0), U_ϕ0=2,60 кВ - напряжение фазы возникновения замыкания перед применением внешнего источника, а напряжения фазы без замыкания в это время составляет 8,51 кВ, что ниже напряжения в линии, равного 10 кВ. Результаты моделирования показывают, что настоящее изобретение не только снижает напряжение фазы возникновения замыкания для соответствия требованиям к длительной непрерывной работе, но также снижает риск пробоя изоляции фазы без замыкания для значительного улучшения надежности и безопасности электроснабжения.

Claims

1. Способ безопасной работы для снижения напряжения для гашения дуги фазы возникновения замыкания на землю системы неэффективного заземления для использования в целях безопасной работы с замыканием на землю нейтральной точки генератора с неэффективным заземлением или распределительной сети, отличающийся тем, что при возникновении однофазного замыкания на землю со стороны системы неэффективного заземления применяется внешний источник напряжения между шиной и заземлением, между линией и заземлением, между нейтральной точкой и заземлением или между шунтирующей ступенью обмотки трансформатора со стороны системы неэффективного заземления и заземлением, и выходное напряжение от источника составляет

, вследствие чего снижается напряжение фазы возникновения замыкания для обеспечения гашения дугового разряда и снижения активного напряжения замыкания на землю, где

вычисляется по формуле

или

,

- напряжение электропитания фазы возникновения замыкания на землю,

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при работе по снижению напряжения измеряется и вычисляется ток

для получения формулы

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе снижения напряжения измеряется и рассчитывается коэффициент демпфирования

системы неэффективного заземления или линии с замыканием на землю, если коэффициент демпфирования d выше заданного значения, величина и фаза напряжения

, выдаваемого источником, регулируются так, чтобы напряжение фазы возникновения замыкания дополнительно понижалось для гашения дуги замыкания до тех пор, пока значение d не станет меньше или равным заданному значению, то есть определяется задувание дуги замыкания и достигается безопасность эксплуатации при понижении активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю, где g - трехфазная проводимость по отношению к земле, ω - циклическая частота системы, С - трехфазная электрическая емкость по отношению к земле, a U₀ - напряжение нулевой последовательности, I_0R - активный ток нулевой последовательности, I_0C - емкостный ток нулевой последовательности, Р₀ - активная мощность нулевой последовательности, Q₀ - реактивная мощность нулевой последовательности, а α₀ - угол полной проводимости нулевой последовательности.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время снижения напряжения распределительной сети измеряется ток нулевой последовательности линии с замыканием на землю, если ток нулевой последовательности линии превышает заданное значение, величина и фаза напряжения

, выдаваемого источником, регулируются так, чтобы напряжение фазы возникновения замыкания дополнительно понижалось для гашения тока замыкания до тех пор, пока значение тока нулевой последовательности линии с замыканием на землю не станет меньше или равным заданному значению, и не будет обеспечена безопасная эксплуатация с понижением активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после обнаружения замыкания на землю задействование внешнего источника напряжения продолжается в течение определенного промежутка времени, после чего источник напряжения отключается, и затем либо повторно обнаруживается наличие замыкания на землю, либо определяется, что мгновенное замыкание на землю было устранено для восстановления нормальной эксплуатации, в противном случае внешний источник напряжения задействуется снова с целью продолжения работы по снижению активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что источник напряжения представлен источником с регулируемой амплитудой и фазой, обеспечиваемой силовыми электронными компонентами, или источником напряжения, выдаваемого внешним однофазным трансформатором.

7. Способ по п. 3, отличающийся тем, что заданное значение коэффициента демпфирования d устанавливается так, чтобы быть выше коэффициента демпфирования системы или линии при нормальной эксплуатации в K₃ раз, коэффициент K₃ находится в диапазоне (1, 5).

8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что входное напряжение источника поступает со стороны вторичного напряжения трансформатора системы неэффективного заземления, и оно аналогично напряжению электропитания фазы возникновения замыкания.

9. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что в цепи источника напряжения устанавливается однофазный регулятор напряжения для регулировки амплитуды напряжения.

10. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что в выходной цепи источника напряжения размещается защитное устройство для предотвращения повреждения оборудования из-за сильного тока.