RU2779398C1

RU2779398C1 - Способ автоматической компенсации переходных токов однофазного замыкания на землю в сети с дугогасящим реактором в нейтрали

Info

Publication number: RU2779398C1
Application number: RU2022106342A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Шуин; Юрий Дмитриевич Кутумов; Татьяна Юрьевна Шадрикова
Filing date: 2022-03-09
Publication date: 2022-09-06

Abstract

Использование: в области электротехники и электроэнергетики. Технический результат - повышение эффективности работы сетей с резонансным заземлением нейтрали через дугогасящий реактор, в т.ч. при расстройках компенсации, повышение надежности электроснабжения потребителей. В способе автоматической компенсации переходных токов однофазного замыкания на землю, заключающемся в создании на нейтрали искусственного потенциала, согласно изобретению в качестве параметра контура нулевой последовательности используют суммарную емкость фаз сети на землю. По скорости изменения напряжения нейтрали сети определяют моменты возникновения первоначального и всех последующих пробоев изоляции в месте повреждения, и в момент возникновения замыкания на землю определяют поврежденную фазу. При каждом повторном пробое изоляции сети фиксируют мгновенное значение напряжения на поврежденной фазе и формируют управляющий сигнал на вход источника тока. Источник при каждом повторном пробое изоляции сети формирует выходной сигнал в соответствии с определенным выражением. 4 ил.

Description

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для компенсации составляющих переходного процесса (зарядных и разрядных составляющих) в токе однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) в электрических сетях 6-35 кВ, работающих с заземлением нейтрали через дугогасящий реактор (ДГР).

В настоящее время в России примерно 20% кабельных сетей 6-10 кВ работают с резонансным заземлением нейтрали через ДГР (Емельянов Н.И., Ширковец А.И. Актуальные вопросы применения резистивного и комбинированного заземления нейтрали в электрических сетях 6-35 кВ // Энергоэксперт.- 2010. - №2. - С. 44-50). Большинство специалистов в рассматриваемой области знаний рассматривает резонансное заземление нейтрали через ДГР как наиболее эффективный и перспективный метод борьбы с негативными последствиями замыканий на землю (Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов / Ф.А. Лихачев. - М.: Энергия. - 1971. - 152 с; Сирота, И.М. Режимы нейтрали электрических сетей / И.М. Сирота, С.Н. Кисленко, A.M. Михайлов. - Киев: Наукова Думка, 1985. - 264 с; Евдокунин, Г.А. Выбор способа заземления нейтрали в сетях 6-10 кВ / Г.А. Евдокунин, С.В. Гладилин, А.А. Корепанов // Электричество. - 1998. - №12. - С. 8-22.; Ильиных М.В., Сарин Л.И., Ширковец А.И. Компенсированная и комбинированная нейтраль // Новости электротехники, 2016, №5(101) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.news.elteh.ru/arh/2007/44/08.php.). Так, применение данного режима заземления нейтрали позволяет не только уменьшить величину остаточного тока в месте ОЗЗ, но и предотвратить развитие опасных для всей электрически связанной сети дуговых перемежающихся замыканий на землю (далее - ДПОЗЗ) (Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов / Ф.А. Лихачев. - М.: Энергия. - 1971. - 152 с).

Таким образом, применение резонансного заземления нейтрали позволяет подавить заземляющую дугу в месте пробоя. Однако стоит отметить, что в кабельных сетях 6-10кВ в токах ОЗЗ присутствуют компоненты, которые не могут быть скомпенсированы только путем применения ДГР, а именно:

- остаточный емкостный ток основной частоты (50 Гц) I_{C ост}, обусловленный неточностью настройки индуктивности ДГР;

- активная составляющая тока ОЗЗ основной частоты I_aΣ, обусловленная активными потерями в оболочках кабелей и в обмотках ДГР;

- высшие гармонические составляющие в токе ОЗЗ I_ВГΣ, обусловленные нелинейностью вольт-амперных характеристик потребителей в системах электроснабжения;

- высшие гармонические составляющие, обусловленные переходными процессами при зажигании заземляющей дуги I_{ВГперех} (а именно разрядом емкости поврежденной фазы и дозарядом емкостей неповрежденных фаз).

Наличие вышеупомянутых составляющих в токе ОЗЗ снижает эффективность применения резонансного заземления нейтрали (Сирота, И.М. Режимы нейтрали электрических сетей / И.М. Сирота; Шуин, В.А. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6-10 кВ /В.А. Шуин, А.В. Гусенков. - М.: НТФ «Энергопрогресс», «Энергетик», 2001), повышая вероятность развития опасных для сети дуговых перемежающихся ОЗЗ. При увеличении относительного уровня вышеуказанных составляющих возникает необходимость их компенсации, которая позволит повысить эффективность заземления нейтрали через ДГР.

Так, например, согласно (Сирота, И.М. Режимы нейтрали электрических сетей / И.М. Сирота, С.Н. Кисленко, A.M. Михайлов. - Киев: Наукова Думка, 1985. - 264 с), активные потери I_aΣ составляют в среднем 5-7% от суммарного емкостного тока сети I_cΣ и при больших значениях последнего могут создавать в месте повреждения остаточный ток порядка 10-20 А, что способствует длительному горению заземляющих дуг и увеличению вероятности перехода ОЗЗ в междуфазное короткое замыкание. В современных распределительных кабельных сетях 6-10 кВ также значителен и относительный уровень высших гармонических составляющих, обусловленный нелинейностью вольт-амперных характеристик потребителей электрической энергии I_ВГΣ; по оценкам, полученным на основе измерений в действующих сетях и на математических моделях, даже при соблюдении требований к качеству напряжения в сети по коэффициенту гармонических искажения напряжения THD ≤ 5% общей уровень I_ВГΣ может достигать значений до 40-50% от I_cΣ, а средний уровень высших гармоник (ВГ) в остаточном токе ОЗЗ составляет ~23% от I_cΣ (Вайнштейн, В.Л. Исследование высших гармоник тока замыкания на землю / В.Л. Вайнштейн // Промышленная энергетика. - №1. - 1986. - С. 39 - 40; Винокурова Т.Ю. Применение имитационного моделирования для оценки уровня нестабильности высших гармоник в токе однофазного замыкания на землю в компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ / Т.Ю. Винокурова, В.А. Шуин, Е.С. Шагурина // Вестник ИГЭУ. Вып.6. - Иваново: Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина. - 2014. - С. 31-38).

Известен способ компенсации токов однофазного замыкания в трехфазной сети с дугогасящим реактором в нейтрали, (авторское свидетельство СССР №1264263 Способ компенсации токов однофазного замыкания в трехфазной сети с дугогасящим реактором в нейтрали, МПК Н02Н 9/08, 1986 г.) заключающийся в том, что выявляют режим однофазного замыкания на землю в сети, формируют сигнал управления индуктивностью дугогасящего реактора в нейтрали и вводят последовательно с дугогасящим реактором ЭДС с регулируемой амплитудой, синфазную с током дугогасящего реактора. Измеряют напряжение смещения нейтрали или напряжение на дугогасящем реакторе, формируют сигнал, синфазный или находящийся в противофазе с напряжением смещения нейтрали или напряжением на дугогасящем реакторе с амплитудой, пропорциональной сигналу управления индуктивностью дугогасящего реактора в нейтрали, и вводят последовательно с дугогасящим реактором дополнительную ЭДС, пропорциональную сформированному сигналу.

В описанном способе система компенсации отдает в контур нулевой последовательности сети активную мощность, компенсирующую активные потери в изоляции фаз сети на землю и ДГР. Введение в контур нулевой последовательности тока, противоположного по фазе активному току в ДГР (и напряжению смещения нейтрали), эквивалентно положительной обратной связи, за счет которой достигается повышение добротности указанного контура. При резонансной настройке ДГР повышение добротности контур нулевой последовательности обеспечивает незатухающие колебания в контуре с частотой сети и полную компенсацию потенциала поврежденной фазы и, соответственно, полного тока основной частоты ОЗЗ.

При резонансной настройке ДГР устройство на основе описанного способа способно не только уменьшать значение тока в месте ОЗЗ до величин, при которых создаются условия для гашения заземляющей дуги, но и предотвращать повторные пробои изоляции путем генерации автоколебаний в нейтрали сети. Наличие автоколебаний позволяет поддерживать значение напряжения поврежденной фазы на минимальном уровне; частота автоколебаний соответствует резонансной частоте колебательного контура нулевой последовательности сети. Недостаток данной системы состоит в том, что она не может эффективно функционировать, если имеются значительные расстройки компенсации, так как автоколебания, генерируемые в нейтрали дополнительным источником ЭДС, накладываются на колебания восстанавливающего напряжения поврежденной фазы, вызывая его биения и повышая, а не снижая тем самым вероятность повторного пробоя.

Также вышеописанный способы по принципу действия не позволяют компенсировать высшие гармонические составляющие в токах устойчивого ОЗЗ, обусловленные нелинейностью вольт-амперных характеристик потребителей и переходными процессами при возникновении ОЗЗ.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ автоматической компенсации тока однофазного замыкания на землю в сети с дугогасящим реактором в нейтрали (Патент RU №2655670, МПК H02J 3/26, Н02Н 3/16, Н02Н 9/08, 2018 г.), принятый за прототип, который заключается в том, что создают на нейтрали искусственный потенциал путем введения тока источника в контур нулевой последовательности сети, измеряют параметры контура сети и осуществляют настройку дугогасящего реактора. После этого определяют остаточный ток в месте замыкания на землю, сравнивают с пороговым уровнем, управляют источником и регулируют его ток до полной компенсации тока ОЗЗ. Величина остаточного тока в месте ОЗЗ вычисляется путем суммирования составляющих тока, возникающих в месте замыкания на землю в сети с резонансно-заземленной нейтралью; на основе данной величины производится вычисление входного сигнала для управляемого источника компенсирующего тока.

Предполагается реализация данного способа путем применения быстродействующего источника тока на основе ШИМ-инвертора, который включается в нейтральную точку сети параллельно с дугогасящим реактором. Заявленный способ обеспечивает компенсацию остаточного тока в месте замыкания на землю, действующую согласованно с компенсацией составляющей емкостной проводимости КНП сети на частоте сети (резонансной компенсацией). В этих условиях ток и напряжение в месте повреждения снижаются до уровней, при которых прекращаются горение электрической дуги и дуговые пробои.

Основным недостатком способа-прототипа является его недостаточная эффективность при компенсации составляющих тока ОЗЗ, обусловленных переходными процессами при зажигании заземляющей дуги (зарядных и разрядных составляющих).

Согласно (Приказ Минэнерго РФ от 19 июня 2003 г. №229 "Об утверждении Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации" [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://sudact.ru/law/prikaz-minenergo-rf-ot-19062003-n-229/ [Дата обращения 15.12.2021]), допустимая степень расстройки компенсации не должна превышать 5-10%; согласно (Халилов Ф.Х., Евдокунин Г.А., Поляков B.C. и др. Под ред. Халилова Ф.Х., Евдокунина Г.А., Таджибаева А.И. - СПб.: Петербургский энергетический институт повышения квалификации Министерства энергетики Российской Федерации, 2001. - 216 с: ил.) в реальных электрических сетях 6-10 кВ степень расстройки компенсации может достигать 25%. В подобных сетях частота единичных пробоев изоляции увеличивается, что приводит к увеличению среднеквадратичного значения тока ОЗЗ из-за наличия составляющих переходного процесса в токе каждого единичного пробоя и к созданию условий для поддержания устойчивого горения заземляющей дуги/развития ДПОЗЗ.

Ни одно из вышеупомянутых технических решений, в том числе прототип, не обеспечивают компенсацию составляющих переходного процесса в токе ОЗЗ. К тому же, подача на вход источника компенсирующего тока величины, пропорциональной составляющим переходного процесса тока ОЗЗ (которая в числе прочего предполагается в устройстве-прототипе), принципиально нарушает устойчивость процесса компенсации в силу того, что частота тока источника становится равной частоте собственных колебаний контура нулевой последовательности сети. В результате, в контуре нулевой последовательности сети возникают явления, подобные резонансным, что может способствовать снижению эффективности компенсации тока ОЗЗ и последующего подавления дуговых перемежающихся ОЗЗ.

Из изложенного выше можно сделать вывод, что существующие способы компенсации различных составляющих тока ОЗЗ недостаточно эффективны при компенсации составляющих переходных процессов при ОЗЗ, что может приводить к снижению эффективности резонансного заземления нейтрали через ДГР, способствуя появлению условий для устойчивого горения заземляющей дуги и развития дуговых перемежающихся ОЗЗ.

Задачей изобретения является подавление дуговых прерывистых и дуговых перемежающихся замыканий на землю путем уменьшения среднеквадратичного значения тока в месте повреждения в переходных режимах ОЗЗ в сетях с резонансным заземлением нейтрали до величины, при которой поддержание устойчивого горения заземляющей дуги при ОЗЗ станет маловероятным.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является повышение эффективности работы сетей с резонансным заземлением нейтрали через ДГР, в т.ч. при расстройках компенсации, и, как следствие, повышение надежности электроснабжения потребителей.

Технический результат достигается тем, что в способе автоматической компенсации переходных токов однофазного замыкания на землю в сети с дугогасящим реактором в нейтрали и регулятором его автоматической настройки, заключающемся в создании на нейтрали искусственного потенциала путем введения тока источника в контур нулевой последовательности сети, вычисление параметра контура нулевой последовательности, в качестве параметра контура нулевой последовательности используют суммарную емкость фаз сети на землю 3С₀, по скорости изменения напряжения нейтрали сети определяют моменты возникновения первоначального t_з.1 и всех последующих t_з.2, t_з.3, … t_з.n пробоев изоляции в месте повреждения, в момент возникновения замыкания на землю t_з.1 определяют поврежденную фазу, при каждом k-том повторном пробое изоляции сети фиксируют мгновенное значение напряжения на поврежденной фазе u_п.ф(t_з.k) в момент пробоя и формируют кратковременный прямоугольный управляющий сигнал u_имп(t) с длительностью Δt, не превышающей полупериода максимальной частоты переходного тока Δt=1/2ƒ_макс, который при наличии в сети замыкания на землю, контролируемого по напряжению на нейтрали, подают на вход источника тока, формирующего при каждом повторном пробое изоляции сети выходной сигнал в соответствии с выражением

j(t) = -u_имп(t)⋅3С₀⋅u_п.ф(t_з.k) / Δt

Сущность изобретения поясняют графические материалы.

На фиг. 1 приведена упрощенная схема замещения кабельной сети среднего напряжения, работающей с заземлением нейтрали через дугогасящий реактор, а также схема способа автоматической компенсации переходных токов однофазного замыкания на землю в сети с дугогасящим реактором, на фиг. 2 приведена двухчастотная схема замещения электрической сети среднего напряжения, работающей с заземлением нейтрали через дугогасящий реактор, на фиг. 3 приведены осциллограммы тока в месте ОЗЗ в сети при наличии компенсирующего источника j(t) и в сети без компенсации, на фиг. 4.а приведены осциллограммы тока в месте ОЗЗ в сети без компенсации и при наличии автоматической компенсации по предлагаемому в патенте способу в сети с дугогасящим реактором в нейтрали с расстройкой компенсации, на фиг. 4.б приведены осциллограммы напряжения на поврежденной фазе u_п.ф(t) и зафиксированного в момент пробоя мгновенного значения напряжения на поврежденной фазе u_п.ф(t_з.k), на фиг. 4.в приведена осциллограмма тока компенсирующего источника тока j(t), на фиг. 4.г приведена осциллограмма среднеквадратичного значения тока в месте ОЗЗ i_{ОЗЗ_RMS}(t) в сети при наличии компенсирующего источника j(t) и без компенсации. Осциллограммы на фиг. 3 и 4 построены при единичном пробое с гашением по теории W.Petersen’a.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения:

С1 - примыкающая эквивалентная энергосистема;

TV1 - трансформатор напряжения;

u_A, u_B, u_C - фазные напряжения, информация о величинах которых получена с помощью трансформатора напряжения TV1;

3u₀ - утроенное напряжение нулевой последовательности;

Т1 - силовой трансформатор, в нейтраль которого включен ДГР.

Схема предлагаемого способа также приведена на фиг. 1; ее компоненты имеют следующие обозначения:

1 - пусковой орган по производной напряжения нулевой последовательности, фиксирующий факт возникновения первоначального t_з.1 и всех последующих t_з.2, t_з.3, … t_з.n пробоев изоляции в месте повреждения;

2 - пусковой орган, фиксирующий факт возникновения первого пробоя изоляции t_з.1 в кабельной сети;

3 - элемент логического отрицания («НЕ»);

4 - определитель поврежденной фазы;

5 - блок фиксации напряжения поврежденной фазы в момент, предшествующий пробою u_п.ф(t_з.k);

6 - элемент логической конъюнкции («И»);

7 - блок формирования импульсного сигнала единичной амплитуды u_имп(t) с шириной импульса Δt;

8 - система автоматической настройки дугогасящего реактора;

9 - блок алгебраического умножения;

10 - быстродействующий источник компенсирующего тока.

Сущность предполагаемого способа заключается в следующем.

В большинстве случаев переходные процессы в кабельных сетях 6-10 кВ могут быть описаны с применением так называемой двухчастотной схемы замещения (Шуин В.А., Гусенков А.В. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6-10 кВ. - М: НТФ «Энергопрогресс», «Энергетик». - 2001), которая изображена на фиг. 2 и содержит в себе следующие компоненты: L_и - индуктивность источника питания, L_л, R_л - индуктивность и активное сопротивление прямой последовательности кабельной ЛЭП; С₁, C₀ - суммарная емкость прямой и нулевой последовательности внешней сети; L_дгр - индуктивность ДГР; L_з, R_з - индуктивность и активное сопротивление «земли»; Е_ф - источник фазной ЭДС; J - источник компенсирующего тока.

Мгновенное значение основной гармонической составляющей ЭДС поврежденной фазы Е_ф может быть рассчитано по выражению:

где U_m - амплитуда фазного напряжения; ϕ - начальная фаза источника фазной ЭДС, которая определяет мгновенную величину фазной ЭДС в момент возникновения ОЗЗ.

Из схемы замещения на фиг. 2 нетрудно определить значение тока ОЗЗ в операторной форме:

Заменим многочлены в выражении (2), используя следующие обозначения:

- характеристический многочлен, приравнивание которого к нулю и последующее решение характеристического уравнения даст информацию о характере исследуемой величины:

- многочлен при фазной ЭДС:

- многочлен при источнике компенсирующего тока:

В таком случае выражение для тока ОЗЗ в операторной форме примет вид:

Ток ОЗЗ I_ОЗЗ(р) будет равен нулю, если выполняется соотношение:

Фазная ЭДС в выражении (1) может быть разложена на ортогональные составляющие (синусную и косинусную), в каждой из которых начальная фаза будет равна нулю:

Изображение функции фазной ЭДС в таком случае будет иметь вид:

Если воспользоваться изображением функции фазной ЭДС (9), то получим следующее выражение для тока компенсирующего источника:

Оригинал изображения (10) выглядит следующим образом:

где δ(t) - дельта-функция.

Если учесть, что источник фазной ЭДС в общем случае может содержать не только ЭДС основной (50 Гц) частоты, но и высших гармонических составляющих, то в таком случае ток компенсирующего источника может быть рассчитан в соответствии с выражением:

где N обозначает принадлежность к множеству натуральных чисел; k -порядок гармонической составляющей; М - число существующих в фазном напряжении гармонических составляющих.

Первая и вторая составляющие в выражении (12) предназначены для компенсации составляющих переходного процесса в токе ОЗЗ. Отметим, что вторая составляющая, представляющая собой постоянный во времени сигнал, предназначена для компенсации апериодической составляющей тока ОЗЗ, которая замыкается по «внешнему» контуру схемы замещения на фиг. 2 и присутствует в токе ОЗЗ, если начальная фаза ЭДС k-той гармоники ϕ_k≠90°. Третья составляющая в выражении (12) отражает величину остаточного емкостного тока основной частоты, которая не компенсируется ДГР. Четвертая составляющая в выражении (12) предназначена для компенсации тока, обусловленного потерями в оболочках кабельной ЛЭП и протекающего через проводимость G₀.

В компенсированных сетях 6-10 кВ обычно выполняется условие L_и<<L_дгр, при котором выражение (12) примет вид:

Как уже было отмечено выше, недостатком устройства-прототипа является принципиальная невозможность компенсации с его помощью составляющих переходного процесса при ОЗЗ. За компенсацию составляющих переходного процесса в токе ОЗЗ отвечают первое и второе слагаемое в выражении (13). Принимая во внимание, что наиболее вероятно возникновение пробоя на максимуме напряжения поврежденной фазы (или в его окрестности), можно принять, что ϕ_k ≈ 90°; в таком случае, вторая составляющая в выражении (13) становится практически равной нулю; в иных случаях целесообразно будет отметить, что упомянутая выше апериодическая составляющая, для компенсации которой предназначено второе слагаемое, не оказывает существенного влияния на процесс гашения заземляющей дуги, а потому не является объектом нашего интереса.

Таким образом, ток компенсирующего источника, необходимый для компенсации составляющих переходного процесса при единичном пробое изоляции (зарядной и разрядной составляющей), может быть записан в следующем виде (с учетом того, что необходимо скомпенсировать не ток нулевой последовательности, а его утроенное значение):

Величина с достаточной точностью может быть охарактеризована как напряжение поврежденной фазы в момент пробоя изоляциии u_п.ф(t_з); поэтому для единичного пробоя ток компенсирующего источника будет иметь форму:

Дельта-функция может быть представлена эквивалентным импульсом, имеющим ширину Δt, не превышающую полупериода максимальной частоты переходного тока Δt=1/2ƒ_макс, и амплитуду, равную С₀⋅u_п.ф(t_з.k) / Δt. В таком случае, ток компенсирующего источника для k-го пробоя изоляции равен

где u_имп(t) - импульсный управляющий сигнал с длительностью импульса, равной ΔAt.

Принципиальным отличием предложенного способа компенсации переходных составляющих в токе ОЗЗ от прототипа является, таким образом, то, что форма сигнала, который поступает в ветвь схемы замещения, соответствующую месту ОЗЗ (см. фиг. 2), определяется не формой сигнала компенсирующего источника, а частотными свойствами самой кабельной сети и поврежденной кабельной ЛЭП.

Способ осуществляется следующим образом.

При возникновении в сети ОЗЗ пусковой орган по производной напряжения нулевой последовательности 1 определяет моменты возникновения первоначального t_з.1 и всех последующих t_з.2, t_з.3, … t_з.n пробоев изоляции в месте повреждения, формируя на выходе соответствующую последовательность импульсов. Пусковой орган, фиксирующий факт возникновения первого пробоя изоляции t_з.1 в кабельной сети 2, предназначен для отстройки способа от коммутационных помех. Таким образом, рассматриваемый способ подразумевает нечувствительность к первому пробою изоляции в ходе дуговых перемежающихся ОЗЗ, так как отстроен от него по времени. Отметим, что первый бросок переходного тока опасности не представляет, так как характеризуется относительно невысоким среднеквадратичным значением тока.

Определитель поврежденной фазы 4 на основе анализа мгновенных значений фазных напряжений определяет поврежденную фазу (на основе максиселектора); пуск определителя поврежденной фазы 4 происходит по факту возникновения пробоя изоляции, а возврат - по факту появления единичного сигнала на выходе блока элемента логического отрицания («НЕ») 3, который свидетельствует о том, что интегральное значение напряжения нулевой последовательности уменьшилось до установленного значения и пусковой орган, фиксирующий факт возникновения первого пробоя изоляции t_з.1 в кабельной сети 2, вернулся в исходное состояние.

Время возврата определяется постоянной времени восстановления напряжения на поврежденной фазе после последнего пробоя изоляции. На выходе определителя поврежденной фазы 4 присутствует напряжение поврежденной фазы u_п.ф(t), которого блок фиксации напряжения поврежденной фазы в момент, предшествующий пробою u_п.ф(t_з.k) 5 на основе устройства выборки и хранения запоминает значения напряжения поврежденной фазы в момент пробоев изоляции u_п.ф(t_з.k). Элемент логической конъюнкции («И») 6 исключает импульс(-ы) с выхода пускового органа по производной напряжения нулевой последовательности 1, которые имеют место до срабатывания пускового органа, фиксирующего факт возникновения первого пробоя изоляции t_з.1 в кабельной сети 2. Блок формирования импульсного сигнала единичной амплитуды u_имп(t) с шириной импульса Δt 7 ограничивает длину данных импульсов величиной Δt, не превышающей полупериода максимальной частоты переходного тока Δt=1/2ƒ_макс; при этом передние фронты импульсов на выходе блока формирования импульсного сигнала единичной амплитуды u_имп(t) с шириной импульса Δt 7 и на выходе элемента логической конъюнкции («И») 6 совпадают. Отметим, что эффективность функционирования предлагаемого способа напрямую зависит от длительности управляющего импульса Δt; чем она меньше, тем эффективнее происходит компенсация составляющих переходного процесса в токе ОЗЗ.

Система автоматической настройки дугогасящего реактора 8 позволяет получить информацию о величине емкости нулевой последовательности сети; после этого в блоке алгебраического умножения 9 происходит умножение (масштабирование) последовательности импульсов: u_имп(t)⋅С₀⋅u_п.ф(t_з.k). Сигнал с выхода блока алгебраического умножения 9 подается на вход быстродействующего источника компенсирующего тока 10, формирующего при каждом повторном пробое изоляции сети выходной сигнал в соответствии с выражением (16).

Отметим, что в выражении (16) принято, что коэффициент трансформации трансформатора напряжения TV принят равным 1.

На осциллограмме на фиг. 3 приведен ток в месте ОЗЗ в сети без компенсирующего источника j(t) и значение тока в месте ОЗЗ, обусловленное функционированием только источника j(t), при единичном пробое с гашением по теории W. Petersen’a.

Расчетные осциллограммы, приведенные на фиг. 4.а, 4.б, 4.в, 4.г, иллюстрируют работу способа автоматической компенсации переходных токов однофазного замыкания на землю в сети с дугогасящим реактором в нейтрали при ОЗЗ в сети с резонансно-заземленной нейтралью с расстройкой компенсации. Отметим, что на фиг. 4.а, 4.б, 4.в, 4.г, приведены осциллограммы, иллюстрирующие уменьшение среднеквадратичного значения i_{ОЗЗ_RMS}(t), обусловленное функционированием устройства полной компенсации, до величины, при которой становится невозможным развитие ДПОЗЗ. Наличие остаточного тока в месте ОЗЗ может быть обусловлено наличием волновой составляющей (обусловленной распространением электромагнитной волны вдоль ЛЭП), которая указанным способом скомпенсирована быть не может (расчетные выражения 14-16 были получены для цепи с сосредоточенными параметрами).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить универсальное решение в части полной компенсации тока ОЗЗ в сети с резонансно-заземленной нейтралью через ДГР (в компенсированной сети), обеспечить условия для устойчивого гашения заземляющей дуги, уменьшить среднеквадратичное значение тока в месте ОЗЗ и предотвратить тем самым развитие дуговых перемежающихся ОЗЗ, обеспечить повышение эффективности работы сетей с резонансным заземлением нейтрали через ДГР, в т.ч. при расстройках компенсации, и, как следствие, повысить надежности электроснабжения потребителей.

Claims

Способ автоматической компенсации переходных токов однофазного замыкания на землю в сети с дугогасящим реактором в нейтрали и регулятором его автоматической настройки, заключающийся в создании на нейтрали искусственного потенциала путем введения тока источника в контур нулевой последовательности сети, вычислении параметра контура нулевой последовательности, отличающийся тем, что в качестве параметра контура нулевой последовательности используют суммарную емкость фаз сети на землю 3C₀, по скорости изменения напряжения нейтрали сети определяют моменты возникновения первоначального t_з.1 и всех последующих t_з.2, t_з.3, … t_з.п пробоев изоляции в месте повреждения, в момент возникновения замыкания на землю t_з.1 определяют поврежденную фазу, при каждом k-м повторном пробое изоляции сети фиксируют мгновенное значение напряжения на поврежденной фазе u_п.ф(t_з.k) в момент пробоя и формируют кратковременный прямоугольный управляющий сигнал u_имп(t) с длительностью Δt, не превышающей полупериода максимальной частоты переходного тока Δt=1/2ƒ_макс, который при наличии в сети замыкания на землю, контролируемого по напряжению на нейтрали, подают на вход источника тока, формирующего при каждом повторном пробое изоляции сети выходной сигнал в соответствии с выражением
j(t)=-u_имп(t)⋅3С₀⋅u_п.ф(t_з.k)/Δt.