SU847424A1 - Device for shunting single-phase earthing location in electric network with insulated neutral wire - Google Patents

Description

1one

Изобретение относитс  к защите электрических сетей от однофазных замыканий на землю и защиты людей от поражени  электротоком при однофазном прикосновении и может быть использовано в трехфазных электрических сет х, работающих с изолированной нейтралью.The invention relates to the protection of electrical networks against single-phase earth faults and the protection of people against electric shock when mono-phase touched and can be used in three-phase electrical networks operating with insulated neutral.

Известны устройства шунтировани  места однофазного замыкани , содержащие определитель поврелсденной фазы и три шунтирующих выключател  с пофазным управлением, замыкающих поврежденную фазу на землю. Устройства позвол ют снизить напр жение , остающеес  на замкнувшейс  на землю фазе до значени , меньшего восстанавливающейс  электрической прочности изол ций или допустимого по услови м элекгробезопасности в случае прикосновени  человека к фазе электрической сети Г| Т и Г2 .A device for shunting a single-phase closure is known, containing a determinant of the alleviated phase and three shunt switches with phase control, closing the faulty phase to earth. The devices allow to reduce the voltage remaining on the phase that is shorted to ground to a value that is less than the dielectric strength of the insulation, or that is acceptable under electrical safety conditions if the person touches the electrical network phase. T and G2.

Недостатком указанных устройств  вл етс  низка  чувствительность иThe disadvantage of these devices is low sensitivity and

недостаточна  надежность контрол  величины остаточного (после осуществлени  шунтировани ) тока, протекающего через место замыкани . J Это обусловлено тем, чтс контроль осуществл етс  косвенно, посредством изменени  анализатором результирующего тока, протекающего через шунт.insufficient reliability of control of the residual (after shunting) current flowing through the circuit. J This is due to the fact that the monitoring is carried out indirectly, by means of a change in the analyzer of the resulting current flowing through the shunt.

Наиболее близким по технической The closest technical

to сути к предлагаемому  вл етс  устройство дл  шунтировани  места однофазного замыкани  на землю, содержащее подключенный к фазам сети источник посто нного опе1 ативного тока, In essence, a device for shunting a single-phase earth fault location, containing a source of direct operative current connected to the mains phases,

ts выполненный по схеме ЗВ, обща  точка которого соедин етс  через стабилитрон и диод шунтируклцими выключател ми , а через анализатор тока - с 20 зекпей, шунтирукнцие выключатели включенные между фазами сети и землей через разделительный конденсатор, параллельно которому присоединен диод, определитель поврежденной фазы, подключенный к управл ющим входам шунтирующих выключателей з 7.ts is made according to the CW scheme, the common point of which is connected through a Zener diode and shunt switches, and through a current analyzer with 20 counters; to the control inputs of the bypass switches 3.

Однако это устройство обладает недостаточной надежностью в св зи с тем, что в сет х с измен ющейс  емкостью фаз относительно земли возникает необходимость подстройки верхнего уровн  контролирующего напр жени .However, this device has insufficient reliability due to the fact that in networks with varying phase capacitances relative to the ground, it becomes necessary to adjust the upper level of the control voltage.

Цель изобретени  - повышение надежности шунтировани .The purpose of the invention is to increase the reliability of shunting.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  шунтировани  места однофазного замыкани  на землю в электрической сети с изолиро . ванной нейтралью, содержащем- подключенные между фазами сети и землей через разделительный конденсатор шунтируюцие выключатели с пофазным управлением, по входам которых под- ключен определитель поврежденной фазы, присоединенный к фазам сети Источник посто нного оперативного тока, выполненный по схеме ЗВ и присоединенный общей точкой через последовательно соединенные стабилитрон и диод к шунтирующим выключател м , а через анализатор тока с землей, и диод, параллельно разделительному конденсатору через цепочку RC и стабилитроны присоединена первична  обмотка корректирующего трансформатора, а вторична  обмотка присоединена к диагонали выпр мительного моста, включенного последовательно в первичную цепь анализатора тока, а диод включ между анодом и управл ющим электродом тиристора, шунтирующего разделительный конденсатор.This goal is achieved by the fact that in a device for shunting a single-phase ground to ground in an electrical network with an insulator. a neutral bath containing - connected between the phases of the network and the ground through a disconnecting capacitor shunting switches with phase control, the inputs of which have a damaged phase identifier connected to the phases of the network A source of a constant operating current, made according to the CW circuit and connected by a common point through sequentially the Zener diode and the diode to the shunt switches, and through the current analyzer to the ground, and the diode, parallel to the separation capacitor through the RC chain and the zener diodes the primary winding of the corrective transformer is united, and the secondary winding is connected to the diagonal of the rectifying bridge connected in series to the primary circuit of the current analyzer, and the diode is connected between the anode and the control electrode of the thyristor shunting the separation capacitor.

Устройство нар ду с обеспечением эффективной защиты от поражени  позвол ет исключить перерывы электро снабжени  при самоустран ющихс  замыкани х , а участки сети с погашенным вследствие шунтировани  дуговым замыканием в ослабленной или поврежденной изол ции отключает селективно с вьдержкой времени по сту пен м.The device, along with the provision of effective protection against damage, eliminates interruptions in the power supply during self-closing circuits, and disconnects the network sections with the arc short-circuited due to shunting in a weakened or damaged insulation disconnects selectively with a time delay on the stage.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства при его использовании в защите электрических сете с изолированной нейтралью; на фиг.2векторна  диаграмма токов и напр жений , иллюстрирующа  сближение потенциалов; на фиг.З - расчетна Figure 1 shows the scheme of the proposed device when it is used in the protection of an electrical network with an isolated neutral; Figure 2 is a vector diagram of currents and voltages, illustrating the convergence of potentials; on fig.Z - calculated

схема формировани  и введени  контролирующего напр жени .a circuit for the formation and introduction of a control voltage.

Устройство подключаетс  к шинам понизительной подстанции и содержит шунтирующий выключатель I с пофазным управлением, осуществл емым определителем 2 поврежденной фазы и анализатором 3 тока. Заземление шунтирующег выключател  I выполнено через раздел тельный конднесатор 4. Источником контролирующего напр жени  служит выпр митель 5, выполненный по схеме ЗВ и подключенный.входами к фазам сети, а выходом через контактор 6, стабилитрон 7, диоды 8 и 9, выпр мительный мост 10 и трансформатор II к конденсатору 4. Параллельно этому же конденсатору подключен, тиристор 12, цепь управлени  которого через диод 13 подключена к аноду, иThe device is connected to the down substation busbars and contains a shunt switch I with phase control implemented by the determinant 2 of the faulty phase and the analyzer 3 of the current. The shunt switch I is grounded through a split condenser 4. The source of control voltage is a rectifier 5, made according to the CW scheme and connected to the mains phases, and output through the contactor 6, Zener diode 7, diodes 8 and 9, rectifier bridge 10 and a transformer II to the capacitor 4. In parallel with the same capacitor, a thyristor 12 is connected, the control circuit of which through diode 13 is connected to the anode, and

:цепочка RC с регулируемым сопротивлением 14, от которого через двухсторонний пороговый ограничитель стабилитроны 15 питаетс  первична  обмотка корректирующего трансформатора 16, а вторична  обмотка присоединена к вьшр мительному мосту 10. На приводы масл ных выключателей 17, установленных на подстанции, воздействует определитель 8 поврежденной линии, а установленньк на распредпунктах, питающихс  от подстанции , - селективные защиты 19 от замыканий на землю. К выключател м 17, установленным на подстанции,присоединены блоки 20 повторного щуитировани , управл емые блоками 2 и 18 : RC chain with adjustable resistance 14, from which the primary winding of the correction transformer 16 is fed through the double-sided threshold limiter Zener diodes 15, and the secondary winding is connected to the external bridge 10. The drives of the oil switches 17 installed at the substation affect the damaged line identifier 8, and installed at distribution points powered by the substation, are selective protection 19 against earth faults. The switches 17, installed at the substation, are connected to the re-looping unit 20, controlled by blocks 2 and 18

При иормальном режиме работы электрической сети на выходах определител  2 поврежденной фазы и определител  18 поврежденной линии командные сигналы отсутствуют, вследствие чего приводы шунтирующего выключател  I наход тс  в положении Выключено, а приводы выключателей 17 - в положении Включено. В выключенном состо нии находитс  и контактор 6. При этом контакты выключател  I и цепь контролирующего тока от источника 5 оказываютс  разомкнутыми .Under normal operation of the electrical network, the outputs of the determinant 2 of the damaged phase and the determinant 18 of the damaged line have no command signals, as a result of which the drives of the shunt switch I are in the Off position, and the actuators of the switches 17 are in the On position. The contactor 6 is also in the off state. In this case, the contacts of the switch I and the control current circuit from the source 5 are open.

Claims (3)

По вление замыкани  на землю на одиой из фаз сети, например, в точке К, приводит к по влению на выходе определителей 2 поврежденной фазы и лииии 18 командных сигналов. При этом на 1пунтирующем выключателе включаетс  один из контактов, а 5 именно подключенный к фазе, на которой произошло замыкание, в результате чего поврежденна  фаза оказываетс  искусственно замкнутой на землю через конденсатор 4 во второй точке сети Сточке О J. Последнее приводит к тому, что потенциал поврежденной фазы относительно земли снижаетс . Причем, весь процесс от момента по  ллни  замыкани  до осуществлени  шунтировани , протекает за врем  пор дка 20 мс, что достигаетс  примене нием быстродействующих определителей 2 поврежденной фазы и линии 18/ а также шунтирующего выключател  1. Поэтому небыстродействующие защиты 1 от замыканий на землю, установленные на распределительных пунктах и выполн ющие роль защит первой ступени, срабатывать не успевают. Ток замыкани  на землю Зщ , проте кающий через конденсатор 4 и выключа тель 1, опережает напр жение поврежденной фазы на угол от 45 до 9СР в зависимости от уровн  активного сопротивлени  изол ции сети. В соответствии с этим падение напр жени  на конденсаторе cf и шЗщ ;с1и ° Фазе совпадает с напр жением Ос лрбо отстает от него на угол до 45. Пйдение же напр жени  в линии(ГицЗц7орт тока нагрузки 3ц между точками О и К отстает по фазе от напр жени  0 на угол 30 - 45° в зависимости от потребителей. Поэтому разность потенциалов между землей (точкой О и точкой К снижаетс  с cf Оц (вектор ОК) до (fU ;-crU,, (вектор Ок; , в результате чего повьш1аетс  эффектив- .; ность шунтировани , заключающа с  в улучшении условий гашени  дуги в мес те замыкани  и защиты человека. Одновременно с включением шунтирующего выключател  1 срабатывает контактор 6 и своим контактом вводит контролирующее напр жение от источника 5 в сеть через выключатель 1 и разделительный конденсатор 4. В зависимости от сопротивлени  в месте замыкани  измен етс  величина контро лируквдего тока, по которой и определ етс  характер произошедшего з.амы- кани . Физическа  основа такой возможности заключаетс  в значительном различии сопротивлени  тела человека (600-1000 Ом) и сопротивлени  канала погашенной дуги в поврежденной или ослабленной изол ции, состав л ющего 100-300 кОм. 4 Формирование величины контролирующего напр жени  производитс  в зависимости от емкости сети следующим образом. Под действием фазньпс ЭДС 2, 1, 1 создаетс  пульсирующее напр жение UCT на стабилитроне 7. От источника ЭДС fj, ( вольтдобавочный корректирующий трансформатоо 16 напр жение ивд , пропорциональное емкости сети, вводитс  в схему через мост 10. При этом ко нт рол ир ующе е напр жение, воздействугацее на изол цию, определитс  как сумма U, U « Ug. Напр жеиие Uвы вл етс  функцией тока, протекаюшего через шунт, а следовательно, и емкости сети. Быстродействие контрол  обеспечиваетс  подзар дкой разделительного конденсатора 4 током, проход пщм через шунтиру1 1Ц1Й выключатель I, за один полупериод, за счет включенного параллельно конденсатору 4 тиристора 12, а также обеспечением равенства уровн  контролирующего напр жени  потере напр жени  на конденсаторе 4 от тока замыкани  при переходных сопротивлени х в замыкани , превьвпак цих уровень чувствительности анализатора 3 тока. Уровень изол ции определ етс  величиной контрольного тока, протекающего через трансформатор 1I. Если срабатывание блоков I и 2 вызываетс  кратковременным самоустран ющимс  замыканием, частота возникновени  которых в 4-5 раз превышает устойчивые замыкани , то сопротивление изол ции замкнутой на землю фазы высокое , так как заьшкание после шунти-f ровани  самоустран етс  и ток протекающий через трансформатор I1, оказьшаетс  меньше уставки срабатывани  анализатора 3 тока. Поэтому оно выает команду только на дешунтирование места бывшего повреждени  без тключени  линии. Таким образом, саоустран ющнес  замыкани  не приво т к отключению потребителей и. следовательно, к их просто м При .устойчивых замыкани х на зем) лю, в том числе и в случае однофазно- го прикосновени  человека (электротравма ) сопротивление изол ции замкнутой на землю фазы оказываетс  не высоким (не более 3 кОм) и контролирующий ток, протекающий через место замыкани  и через трансформатор II, оказываетс  достаточным дл  срабатывани  анализатора 3 тока , вследствие чего он подает команду на включение блоков 20 повторного шунтировани  и на отключение поврежденной линии, а уже затем на отключение шунтирующего выключател  1, т.е. осуществл етс  депгунтирование . При замыкании через ослабленную или поврежденную изол цию вследствие снижени  напр жени  на фазе, обусловленном выполнением шунтировани  выключателем I, остаточна  электрическа  прочность изол ции в месте повреждени  оказываетс  вьше остаточного напр жени  (эффективное шунтирование О. Сопротивление изол ции при этом.также высокое,поэтому контролирующий ток оказываетс  недостаточным дл  срабатывани  анализатора 3 тока. В результате этого с небольшой вьщержкой времени примерно 0,5 с шунтирующий выключатель 1 отключаетс  и тем самым восстанавливаетс  номинальное фазное напр жение на поврежденной фазе. При этом происходит повторный пробой изол ции в ране поврежденном месте, однако шунтирующий выключатель I повторно не ерабать1вает , а отключение поврежденно-. го участка с соответствующими выдержками времени осуществл етс  в зависимости от его места селективной защитой 19 или определителем 18 поврежденного фидера и выключател ми 17 Таким образом, введение в устройство дл  шунтироваии  корректирующе го трансформатора, включенного своей первичной обмоткой параллельно разде лительному конденсатору через RC-цепочку и стабилитроны, а вторичной обмоткой - к диагонали вьшр мительно го моста, включенного последователь в первичную цепь анализатора тока позвол ет его использовать в защите сетей с измен ющейс  емкостью фаз относительно земли без подстройки верхнего уровн  контролирующего нап жени , что повьш1ает надежность шунт . ровани . 8 Формула изобретени  Устройство дл  шунтировани  места однофазного замыкани  на землю в электрической сети с изолированной нейтралью , содержащее подключенные между фазами сети и землей через разделительный конденсатор шунтирующие выключаетли с пофазным управлением, ко входам которых подключен определитель поврежденной фазы, присоединенный к фазам сети источник посто нного оперативного тока, выполненный по схеме ЗВ и присоединенный общей точкой через последовательно соединенные стабилитрон и диод к шунтирующим выключател м, а через анализатор тока - с землей, и диод, о тличающеес  тем,что,с целью повышени  надежности шунтироваии , параллельно разделительному конденсатору через цепочку R-C и стабилитроны присоединена первична  обмот ка корректирующего трансформатора, а вторична  обмотка присоединена к диагонали моста, включенного последовательно в первичную цепь анализатора тока,, а диод включен между анодом и управл ющим электродом тиристора , шунтирующего разделительный конденсатор . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Микрюков В.И. , Ягудаев Б.М. Быстродействук цее защитное закор -. чивание на землю фазы сети 3-10 кв. Безопасность труда в промышленности , 1973, 5, с. 35-37. The appearance of a ground fault at one of the network phases, for example, at point K, results in the appearance at the output of the determinants 2 of the faulty phase and the line 18 command signals. At the same time, one of the contacts is turned on at the 1-point switch, and 5 is connected to the phase at which the circuit has occurred, as a result of which the damaged phase is artificially closed to earth through capacitor 4 at the second point of the network Ramp O. J. This leads to the potential the damaged phase relative to the earth is reduced. Moreover, the whole process from the moment of the closure to shunting takes about 20 ms, which is achieved by using fast-acting determinants 2 of the damaged phase and line 18 / as well as the shunt switch 1. Therefore, non-fast-acting earth fault protection 1 installed at distribution points and acting as first stage protection, they do not have time to work. The earth fault current Ssc, flowing through the capacitor 4 and the switch 1, is ahead of the voltage of the damaged phase by an angle of 45 to 9 CP, depending on the active resistance level of the network insulation. In accordance with this, the voltage drop across the capacitor cf and w3f; c1 and ° phase coincides with the voltage; OS lrbo lags it by an angle of up to 45. The voltage in the line does not fit (the current of the 3c load between points O and K is lagging in phase from voltage 0 at an angle of 30 - 45 ° depending on the consumers. Therefore, the potential difference between the ground (point O and point K decreases from cf Ots (vector OK) to (fU; -crU ,, (vector Ok; resulting in the effectiveness of shunting, which consists in improving the conditions for extinguishing the arc during the closure and protection of the person Simultaneously with the switching of the shunt switch 1, the contactor 6 is triggered and by its contact introduces a monitoring voltage from the source 5 into the network through the switch 1 and the separator capacitor 4. Depending on the resistance at the location of the circuit, the value of the current control varies. the physical basis of this possibility lies in the significant difference in the resistance of the human body (600-1000 ohms) and the resistance of the channel of the extinguished arc in a damaged or weakened th insulation composition L guide 100-300 ohms. 4 The formation of the control voltage value is performed depending on the network capacity as follows. Under the action of a phase voltage EMF 2, 1, 1, a pulsating voltage UCT is created on the Zener diode 7. From the source EMF fj, (additional voltage correction transformer 16 voltage iVd, proportional to the network capacity, is introduced into the circuit through bridge 10. At the same time, the rotating voltage is The voltage acting on the insulation is defined as the sum of U, U "Ug. The voltage Uy is a function of the current flowing through the shunt, and hence the network capacity. The speed of the control is provided by recharging the separation capacitor 4 with current passing through shuntyr y1 1С1Й switch I, for one half period, due to thyristor 12 connected in parallel to capacitor 4, as well as ensuring equal voltage-controlling voltage loss on capacitor 4 from the circuit current at transient resistances in the circuit, exceeding the current analyzer 3 sensitivity level. The isolation level is determined by the magnitude of the control current flowing through the transformer 1I. If the operation of blocks I and 2 is caused by a short-term self-closing short circuit, the frequency of which occurs in 4-5 times longer than stable closures, then the insulation resistance of the phase closed to the ground is high, since the closure after shunt-f self-eliminates and the current flowing through the transformer I1 turns out to be less than the current setting of the analyzer 3. Therefore, it only issues a command to desmount the place of the former damage without turning off the line. Thus, the self-closing of the closure does not lead to disconnection of consumers and. consequently, to their simpleness. With stable shorts on the ground, including in the case of a single-phase human touch (electric shock), the insulation resistance of the phase closed to the ground is not high (no more than 3 kΩ) and the control current, flowing through the closure and through the transformer II, is sufficient to trigger the current analyzer 3, as a result of which it gives the command to turn on the re-shunting units 20 and to turn off the damaged line, and then to turn off the shunt switch 1, i.e. depugging is performed. When shorted through weakened or damaged insulation due to a decrease in voltage at the phase caused by the bypass of switch I, the residual electrical strength of the insulation at the site of damage is higher than the residual voltage (effective shunting of O. The insulation resistance is also high, therefore controlling the current is insufficient to operate the current analyzer 3. As a result, with a short time delay of about 0.5 s, the shunt switch 1 is turned off and thus The nominal phase voltage at the damaged phase is restored. At the same time, the isolation in the wound of the damaged area is repeated, however, the bypass switch I does not re-operate, and shutdown of the damaged section with the appropriate time delay is performed depending on its location by selective protection 19 or the determinant 18 of the damaged feeder and the switches 17. Thus, the introduction of a correction transformer connected by its primary winding to the device for shunting is parallel to On a split capacitor through an RC-chain and zener diodes, and a secondary winding - to a diagonal of an interconnecting bridge, the follower is included in the primary circuit of the current analyzer allows it to be used in protection of networks with variable phase capacitance relative to the ground That increases the reliability of the shunt. rovani 8 Formula of the Invention A device for shunting a single-phase ground fault location in an electric network with an insulated neutral, containing shunt switches between phase and ground using a separation capacitor, shunt switches off with phase control, to the inputs of which a damaged phase identifier connected to the network phases is a permanent operational source current, made according to the scheme ZV and connected by a common point through a series-connected zener diode and a diode to shunt switches, through the current analyzer - with the ground, and a diode, which is distinguished by the fact that, in order to increase the reliability of the shunting, the primary winding of the corrective transformer is connected parallel to the separation capacitor through the RC chain and the zener diodes, and the secondary winding is connected to the diagonal of the bridge connected in series to the primary circuit a current analyzer, and a diode is connected between the anode and the control electrode of the thyristor, which shunt the separation capacitor. Sources of information taken into account in the examination 1.Mikryukov V.I. , Yagudaev B.M. Fast action safety barrier -. ground phase 3-10 square meters. Industrial Safety, 1973, 5, p. 35-37. 2.ЖИДКОВ B.C., акаров .Г. И. Комбиинрованна  сиетема-защиты от замыканий на землю и поражени  электротоком в сет х 6 KB угольных разрезов . Сб. ВостНИИ Предупреждение травматизма и аварий на угольных шахтах. Кемерово, г.25, 1975, с.101-109. 2. Liquid B.C., akarov. I. Combined sietema-protection against earth faults and electric shock in networks of 6 KB of coal mines. Sat VostNII Prevention of injuries and accidents in coal mines. Kemerovo, city 25, 1975, pp. 101-109. 3.Авторское свидетельство СССР по за вке 2669425/24-07, 1ш. Н 02 Н 3/16, 1978.3. USSR author's certificate according to the application 2669425 / 24-07, 1 pc. H 02 H 3/16, 1978. VViVVi КоTo л--1l - 1 лl ISIS uU Ifif СШu Ifif ss SU.,:L.SU.,: L. Фи.гFi.g lala AnJAnj