SU1246237A1 - Device for compensating potential of faulted phase with respect to ground - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области защиты электрических сетей от Замыкани  на землю и может быть использовано дл  .компенсации токов замыкани  на землю и потенциала поврежденной фазы относительно земли в шахтных электрических кабельных сет х. Целью изобретени   вл етс  повышение надежности работы сети и снижение установленной мощности устройства. Компенсаци  осуществл етс  за счет ввода основной ЭДС компенсации о. а также ввода дополнительной компенсирующей ЭДС ic через компенсирующий СЛ с В АThe invention relates to the field of protection of electrical networks against earth locking and can be used to compensate for earth fault currents and the potential of the damaged phase relative to the earth in mine electrical cable networks. The aim of the invention is to improve the reliability of the network and reduce the installed capacity of the device. Compensation is carried out by inputting the main emf of compensation o. and also input of additional compensating EMF ic through compensating SL with VA

Description

трансформатор 6. Величина этой дополнительной ЭДС устанавливаетс  при ПОМО1ЦИ регулируемого трансформатора 10 заранее, и периодически мен етс  .при планируемом изменении емкости. Компенсирующие ЭДС трансформируютс  через компенси рзтощий трансформатор 6 в сеть в противофазе с потенциалом поврежденной фазы относительно земли за счет встречного включени  первич , transformer 6. The magnitude of this additional emf is set at POMOTSI of the regulated transformer 10 in advance, and periodically varies with the planned capacity change. The compensating EMFs are transformed through the compensating transformer transformer 6 into a network in antiphase with the potential of the damaged phase relative to the ground due to the counter-switching of the primary,

Изобретение относитс  к области защит электрических сетей от замыканий на землю, в частности к конструкции устройств компенсации токов замыкани  на землю, и может быть ис- пользовано, в первую очередь, дл  компенсации токов замыкани  на земле и потенциала поврежденной фазы относительно земли в шахтных электрических кабельных сет х, специфика эксп- луатации которых требует повышенной надежности и безопасности работы.The invention relates to the field of protection of electrical networks against earth faults, in particular, to the design of devices for compensating earth fault currents, and can be used primarily to compensate for earth fault currents and the potential of the damaged phase relative to earth in mine electrical cable sets of x, the specificity of which operation requires increased reliability and safety of operation.

Кроме того, изобретение может найти широкое применение как в промыш- ленности, так и в городких или сельс ких сет х, а также может быть использовано в высоковольтных и низковольтных сет х.In addition, the invention can be widely used both in industry and in urban or rural networks, and can also be used in high-voltage and low-voltage networks.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности работы сети и сни- жение установленной мощности устройства .The aim of the invention is to improve the reliability of the network and reduce the installed capacity of the device.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства компенсации по- тенциала поврежденной фазы относительно землиJ на фиг. 2 - векторна  диаграмма напр жений} на фиг. 3 - схема блока выбора поврежденной фазы и цепей управлени  выключател ми. FIG. 1 is a diagram of the proposed device for compensating the potential of the damaged phase relative to earth in FIG. 2 is a voltage vector diagram} in FIG. 3 is a diagram of a block for selecting a faulty phase and switch control circuits.

Изобретение состоит из трехфазног присоединительного трансформатора 1 с первичной 2 и вторичной 3 обмотками . Первична  обмотка 2, выполненна  по схеме звезда с нулевой точкой, трем  фазами подключена к трехфазной защищаемой сети 4, а нулева  точка первичной обмотки 2 присоединительно I o трансформатора соединена с одним концом первичной обмотки 5 однофазной и вторичной обмоток компенсирующего трансформатора 6, а дл  того, чтобы Ccj, совпадало по фазе с фазой, опережающей поврежденную фазу, в цепь заземлени  обмотки коьшенсирую- щего трансформатора включают конденсатор 7, Назначением блока выбора поврежденной фазы  вл етс  определение поврежденной фазы и включение соответствующих выключателей. 3 ил.The invention consists of a three-phase connecting transformer 1 with primary 2 and secondary 3 windings. The primary winding 2 is a star with a zero point, three phases connected to a three-phase protected network 4, and the zero point of the primary winding 2 connects I o of the transformer connected to one end of the primary winding 5 of the compensating transformer 6, and so that Ccj coincides in phase with the phase ahead of the faulty phase, the capacitor 7 is connected to the ground circuit of the winding of the transformer; phase and the inclusion of appropriate switches. 3 il.

ного компенсирующего трансформатора 6, а другой конец обмотки 5-заземлен через конденсатор 7. Вторична  обмотка 3 присоединительного трансформатораof the compensating transformer 6, and the other end of the winding is 5-grounded through the capacitor 7. The secondary winding 3 of the connecting transformer

вьшолненна  по схеме звез15performed according to the scheme 15

5 five

;20;20

25 зо25 so

о , „ - about , " -

да с нулевой точкой, нулевой точкой соединена с одним концом вторичной обмотки 8 основного однофазного компенсирующего трансформатора 6, а другой конец обмотки 8 соединен с одним концом вторичной обмотки 9 регулируемого трансформатора 10, Вторична  обмотка 3 присоединительного трансформатора 1 соединена с основной 11 и дополнительной 12 триадами выключателей , которые соединены по схеме звезда с нулевой точкой. Нулева  точка основной триады выключателей 11 соединена с одним концом первичной обмотки 13 регулируемого однофазного трансформатора 10, а другой конец обмотки 13 соединен с нулевой точкой вторичной обмотки присоединительного трансформатора 1. К сети подключен трехфазный транс(|)орматор 14 напр жени , выход которого подсоединен к блоку 15 выбора поврежденной фазы, а один выход блока 15 подсоединен к цеп м травлени  основной триады выключателей 11, другой выход блока 15 подсоединен к цеп м управлени  дополнительной триады 12 выключателей. Замыкание на землю в сети 4 осуществл етс  в точке 16.yes with a zero point, a zero point connected to one end of the secondary winding 8 of the main single-phase compensating transformer 6, and the other end of the winding 8 is connected to one end of the secondary winding 9 of an adjustable transformer 10, the secondary winding 3 of the connecting transformer 1 is connected to the main 11 and an additional 12 triads switches that are connected according to the star with zero point. The zero point of the main triad of switches 11 is connected to one end of the primary winding 13 of the adjustable single-phase transformer 10, and the other end of the winding 13 is connected to the zero point of the secondary winding of the connecting transformer 1. A three-phase voltage transformer (|) is connected to the network the block 15 for selecting the faulty phase, and one output of the block 15 is connected to the etch circuits of the main triad of switches 11, the other output of the block 15 is connected to the control circuits of the additional triad 12 of switches. A closure to earth in network 4 occurs at point 16.

Принцип работы устройства заключаетс  в создании электродвижущей силы,, котора  может компенсировать напр жение., возникающее между поврежденной фазой и землей. Как показали The principle of operation of the device is to create an electromotive force, which can compensate for the voltage that occurs between the damaged phase and the ground. As shown

исследовани , полна  комленсирующа  ЭДС должна быть равна (фиг. 2):study, full komlensiruyuschy EMF must be equal (Fig. 2):

0 + 0 +

(1)(one)

основна  комп енсирзтоща  ЭДС дополнительна  компенсирующа  эдс;the main component of the voltage emf is an additional compensating emf;

снимаетс  с фазы вторичной обмотки 3 трансформатора 1. показать , чтоremoved from the secondary phase 3 of transformer 1. show that

(2.)(2.)

0 IB 0 IB

Физический смысл формулы (2) заключаетс  в том, что при условии полной компенсации весь ток замыкани  на землю 1д проходит по цепи нулевой последовательности,The physical meaning of formula (2) is that, under the condition of full compensation, the entire ground fault current 1e passes through the zero-sequence circuit,

лению Zj , иzj, and

т.е. по сопротиЬ- со здает на нем падение напр жени  д,,, которому и должна быть равна дополнительна  ЭДС/. Эта |„ сдвинутаthose. According to this, it causes a drop in the voltage d ,, on it, to which the additional emf must also be equal. This | „shifted

фазе, аphase as well

относительно Е поregarding E to

величина ее пропорциональна емкости сети. Угол сдвига Ч фазы вектора какits size is proportional to the network capacity. The shift angle of the H phase of the vector as

to, относительно о определ етс to, relative to is determined

arctgarctg

1.5Rr.1.5Rr.

ElEl

+ 1,+ 1,

(1,5R + -1,5Хт (1,5R + -1,5Хт

гдеWhere

R,X,R, X,

S. r , S. r,

активное и индуктивное сопротивление компенсирущего и присоединительног трансформаторов.(они прин ты одинаковыми по мощности ) ;active and inductive resistance of the compensating and connecting transformers (they are assumed to be of the same power);

относительные потери в изол ции сети;relative loss in network isolation;

сопротивление в месте за Jresistance in place for j

землени  первичной обмот 5 компенсирующего трансформатора 1.Primary winding 5 compensating transformer 1.

Из формулы (3) видно, что направление вектора fc не зависит от емкости сети Из этого следует, что полную компенсацию можно обеспечить регулированием только по,величине дополнительного вектора in,From the formula (3) it can be seen that the direction of the vector fc does not depend on the network capacity. From this it follows that full compensation can be provided by regulation only by, the value of the additional vector in,

В качестве ИСТОЧНИКЕ рл. может быть вз та ЭДС фазы вторичной обмотки 9, опережающей поврежденную фазу как видно из векторной диаграммы на фиг. 2, но в противогазе (фиг. 2).As SOURCE p. The secondary voltage 9 of the phase electromotive force can be taken ahead of the damaged phase as can be seen from the vector diagram in FIG. 2, but in a gas mask (Fig. 2).

Как указывалось, f JoZ As stated, f JoZ

- .-.

гдеWhere

X. X.

X,X,

Ч RO H ro

RVRV

о about

++

Чтобы f, совпадало по фазе с фазой , опережающей поврежденную фазу.To f, coincided in phase with the phase ahead of the damaged phase.

можно увеличить RQ, но это также уве личит и величину ta Гораздо эффективнее уменьшить Хд, включив конденсатор , соответствующей величины Хр в цепь заземлени  обмотки компенсирующего трансформатора (фиг, 1). ВеIt is possible to increase RQ, but this will also increase the value of ta. It is much more effective to reduce XD by switching on a capacitor corresponding to the value of Xp in the earthing circuit of the winding of the compensating transformer (Fig. 1). Be

1515

20 20

2525

3535

4040

Q Q

личина Хгmask Xg

X, Х„ определ етс  оX, X is determined by

из услови of condition

R,R,

(4)(four)

10ten

f.f.

otg 30 .otg 30

При соблюдении услови  (4) Vo- совпадает по фазе ЭДС опережающей фазы. Если теперь введем в цепь компенса- ции Р, то мы достигнем полной крм- пенсации потенциала поврежденной фа- чы и Тока в месте замыкани ,на зеМлю.Subject to the conditions (4), Vo- coincides in the phase of the EMF of the advanced phase. If we now introduce P into the compensation circuit, then we will achieve full compression of the potential of the damaged phase and the Current at the location of the circuit, on the ground.

II

Регулированием величины снимаемой с вторичной обмотки 9 регулируемого трансформатора 10, можно добитьс  минимума остаточного напр жени  между поврежденной фазой и землей и тока в месте замыкани  на землю при любом значении емкости сети.By adjusting the magnitude of the adjustable transformer 10 removed from the secondary winding 9, it is possible to achieve a minimum of residual voltage between the damaged phase and earth and the current at the location of the earth fault for any value of the network capacity.

. Устройство работает следующим образом.. The device works as follows.

При возникновении замыкани  на земпю в одной из фаз сети срабатьша- ет блок 15 выбора поврежденной фазы и замыкает выключатели в той же фазе в основной триаде 11 выключателей, и в опережающей фазе в дополнительной триаде 12 выключателей (включенные тиристорные выключатели на фиг. 1 заштрихованы). Согласно описанному принципу работы, компенсаци  осуществл етс  за счет ввода основной ЭДС компенсации t, а также ввода до- полнительной компенсирующей ЭДС fa через компенсирующий трансформатор 6, Величина этой дополнительной ЭДС устанавливаетс  при помощи регулируемого трансформатора 10 заранее и периодически мен етс  при планируемом изменении емкости сети. Возможна под- регулировка i и ъ режиме замыкани  на земпю до достижени  минимального уровн  остаточного напр жени  на поврежденной фазе.If a ground fault occurs in one of the network phases, the faulty phase selection unit 15 triggers and closes the switches in the same phase in the main triad 11 switches, and in the advanced phase in the additional triad 12 switches (the switched on thyristor switches in Fig. 1 are hatched) . According to the described operation principle, compensation is performed by inputting the main emf of compensation t, as well as input of additional compensating emf fa through a compensating transformer 6, the value of this additional emf is set using an adjustable transformer 10 in advance and periodically changes with a planned change in network capacity . It is possible to adjust i and ъ to the ground circuit until the minimum level of residual voltage on the damaged phase is reached.

Компенсирующие ЭДС трансформируютс  через компенсирующий трансформатор 6 в сеть в противофазе с потенциалом поврежденной фазы относитель- но земли за счет встречного включени  первичной и вторичной обмоток основного компенсирующего трансформатора 6.The compensating EMFs are transformed through the compensating transformer 6 into the network in antiphase with the potential of the damaged phase relative to the ground due to the counter-switching of the primary and secondary windings of the main compensating transformer 6.

Назначением блока 15 выбора поврежденной фазы  вл ютс  определениеThe purpose of the damaged phase selection unit 15 is to determine

00

5five

поврежденной фазы и включение соот- . ветствующих выключателей. Принципиальна  схема блока приведена на фиг. 3, Реле 17-19 напр жени  под- ключены на разные.напр жени  к трансформатору 14 напр жени . Контакты . 20-22 этих реле включены в цепи питани  выключателей 11 и 12, Цепи Пита- 1ШЯ выключателей 11 и 12. Цепи пита- ни  выключателей соединены попарно так, чтобы один выключатель из основной триады (например, 23) был соединен с выключателем из дополнительной триады (например, 24), включенным в фазе, опережающей фазу, в которой включен соответствующий выключатель из основной триады (например, 23),. Питание дл  выключателей 23-28 подаетс  через контакты 29.damaged phase and the inclusion of the corresponding. relevant switches. A schematic block diagram is shown in FIG. 3, Relays 17-19 voltages are connected to different voltages of voltage transformer 14. Contacts . 20-22 of these relays are included in the power supply circuits of switches 11 and 12, Pit-1 circuit of switches 11 and 12. The circuit of power supply of switches is connected in pairs so that one switch from the main triad (for example, 23) is connected to the switch from the additional triad (for example, 24), included in the phase leading the phase in which the corresponding switch from the main triad (for example, 23) is turned on. The power for the switches 23-28 is supplied through the contacts 29.

Блок 15 выбора поврежденной фазы работает следуюисим образом.The damaged phase selection unit 15 operates as follows.

В нормальном режиме при отсутст- ВИИ замыкани  на землю реле 17-19 . напр жени  наход тс  под напр жением а их контакты 20-22 разомкнуты И соответственно все выключател:й не включены .In normal mode, when there is no ground fault, the relay is 17-19. the voltages are under voltage and their contacts are 20-22 open And, accordingly, all switches: d are not turned on.

При возникновении замыкани  на землю, например , в фазе А,фазное нап- р жение этой фазы падает, реле 17 замыкает свой контакт 20 и выключатели 23 (поврежденной фазы) и 28 (опережающей фазы) включаютс .When an earth fault occurs, for example, in phase A, the phase voltage of this phase drops, relay 17 closes its contact 20 and switches 23 (faulty phase) and 28 (advanced phase) turns on.

Аналогично схема работает при за мыкани х на других фазах.Similarly, the circuit operates during the winding on other phases.

В изобретении уменьшаетс  мощност регулируемого трансформатора, а также улучшаетс  режим работы устройства компенсации за счет использовани  емкостного сопротивлени  вместо активного .In the invention, the power of the regulated transformer is reduced, and the operation mode of the compensation device is improved by using capacitance instead of the active one.

Это обь сн етс  тем, что отношеThis is due to the fact that

ние активного R и индуктивного УО j сопротивлений нулевой последовательности контура компенсации примерно равно 1:4 (фиг. 2). Чтобы добитьс  угла сС 30 необходимо либо увеличить RO , либо уменьшить Х,,-. Отношение Хд и RJJ должно быть равноThe effect of active R and inductive LUX j of zero-sequence compensation of the compensation circuit is approximately 1: 4 (Fig. 2). In order to achieve the cC 30 angle, it is necessary either to increase RO, or to decrease X ,, -. The ratio of xd and rjj should be equal

tg 30 tg 30

0,58 0.58

(5)(five)

Если yвeличитьRc,,тo R ,1 - ГIf you increase Rc ,, to R, 1 - G

ZZ

о 1Ц + R2 6,99.about 1C + R2 6.99.

Если уменьшить Х, то Х;, 0,58If you decrease X, then X ;, 0.58

zl . 1,16.zl. 1.16.

Таким образом, мощность регулируемого трансформатора в случае применени  емрсостного сопротивлени  в цеII Z oThus, the power of the regulated transformer in the case of the application of the impedance impedance in centII Z o

пи заземлени  в п Чpi ground in n ch

ZoZo

6 раз 6 times

5 , Ш 1.5 205, W 1.5 20

25 25

30 thirty

Q Q

3535

4545

5050

5555

меньше, чем в случае применени  ак- тивног о сопротивлени .less than in the case of active resistance.

Использование емкостного сопротивлени  в цепи заземлени  трансформатора компенсации в шесть раз уменьшает мод;ность регулируемого трансформатора и соответственно в шесть раз уменьшаетс  величина падени  напр жени  на сопротивлени  нулевой после- I . довательности регулируемого трансформатора . А это улучшает режим работы предлагаемого устройства компенсации „The use of capacitance in the ground circuit of the compensation transformer reduces the mode sixfold; the capacity of the regulated transformer and, accordingly, the voltage drop across the resistance to zero after-I decreases six times. Adjustable transformer. And this improves the operation mode of the proposed compensation device „

Claims (1)

Формула изоб ретени Formula isobteni Устройство компенсации потенциала поврезвдениой фазы относительно земли, содержащее трехфазный присоединительный трансформатор, компенсируюш й и регулируемый однофазные трансформаторы , основную и дополнительную триады выключателей, трансформатор напр жени , блок выбора поврежденной фазы , элемент сопротивлени , причем первична  и вторична  обмотки компенсирующего трансформатора включены в противофа.зе, первична  обмотка присоединительного трансформатора., соединенна  по схеме звезда, своими трем  концами присоединена к трем фазам-защищаемой сети, а нулевой точкой соединена с одним концом первичной обмотки компенсирующего трансформатора , вторична  обмотка присоединительного трансформатора, соединенна  по схеме звезда, нулевой точкой соединена с одним концом вторичной обмотки компенсирующего транс- Форматора и с одним концом первичной обмотки регулируемого трансформатора, другой конец вторичной обмотки компенсирующего трансформатора соединен с одним концом вторичной обмотки регулируемого трансформатора, а выключатели основной и дополнительной триад, соединенные кажда  по схеме звезда, подключены кажда  своими трем  выводами к вторичной обмотке присоединительного трансформатора, нулева  точка основной триады выклтачателей соединена с другим концом вторичной обмотки регулируемого трансформатора , нулева  точка дополнительной триады выключателей соединена с другим концом первичной обмотки регулируемого трансформатора, трансформатор напр жени  своими входами подключен к защищаемой сети,а выходами - к блоку выбора поврежденной фазы, выходы которого подключены к цеп мA device for compensating the potential for cutting the phase relative to the ground, containing a three-phase connecting transformer, a compensating and adjustable single-phase transformers, a main and additional triad of switches, a voltage transformer, a damaged phase selection unit, a resistive element, the primary and secondary windings of the compensating transformer are included in the counter-current. , the primary winding of the connecting transformer., connected according to the star, with its three ends attached to three f to a basic network protected by a zero point connected to one end of the primary winding of a compensating transformer, the secondary winding of a connecting transformer, connected according to a star, zero point connected to one end of the secondary winding of a compensating transformer and to one end of the primary winding of an adjustable transformer, the other end the secondary winding of the compensating transformer is connected to one end of the secondary winding of the adjustable transformer, and the main and auxiliary switches hell, each star connected, each connected to the secondary winding of a connecting transformer with its three leads, the zero point of the main triad of circuit breakers is connected to the other end of the secondary winding of an adjustable transformer, the zero point of the additional triad of switches is connected to the other end of the primary winding of an adjustable transformer, a voltage transformer its inputs are connected to the protected network, and the outputs are connected to the block for selecting the faulty phase, whose outputs are connected to the circuits управлени  выключателей основной и дополнительной триад, элемент сопротивлени  включен между другим концом первичной обмотки компенсирующего трансформатора и землей, отличающеес  тем, что, с целью повьшени  надежности работы сети и снижени  установленной мощности устройства , в качестве элемента сопротивлени  использован конденсатор.controlling the main and additional triad breakers, the resistance element is connected between the other end of the primary winding of the compensating transformer and the ground, characterized in that, in order to increase the network reliability and reduce the installed power of the device, a capacitor is used as the resistance element. ffff .2.2 // f5f5 ВНИИПИ Заказ 4014/49- Тираж 612ПодписноеVNIIPI Order 4014 / 49- Circulation 612 Subscription Произв.-полигр, пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4Production polygr, pr-tie, Uzhgorod, st. Project, 4 Фиг.ЗFig.Z