CC BY
10
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМ. С. М. КИРОВА
Том 295
1976
о возможности ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНДУКТИВНОГО ПАРАМЕТРОНА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В СЕТЯХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ
А. X. МУСИН, А. В. ШМОИЛОВ
зи0
о
П-2 Н
(Представлена научным семинаром кафедры электрических станций)
В существующих в настоящее время защитах рт замыкания на землю используются трансформаторы тока пулевой последовательности (ТНП). Мощность во вторичной цепи, получаемая от ТНП, иногда оказывается недостаточной. При использовании направленных защит приходится считаться с угловой погрешностью ТНП. Для увеличения мощности во вторичной цепи применяют ТНП с подмагпичиванием. Получаемая при этом мощность зависит от величины тока нулевой последовательности и фазы подмагпичивания.
Применение индуктивного параметрона позволяет получить мощность во вторичной цепи, не зависящую от величины тока нулевой пос-л едов ател ь ности.
На рис. 1 приведено распределение полного тока нулевой последовательности при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью. На каждой линии установлен параметрон П, при помощи которого фиксируется направление этого тока и определяется поврежденная линия.
Принцип устройства параметрона показан на рис. 2. Оба кольцевых магнитопровода А и Б охватывают три фазы защищаемой электроустановки, например кабель. Обмотки подмагпичивания и оу 1 б соединены между собой последовательно встречно. Ко вторичной обмотке хюъ подключен конденсатор С, образующий с индуктивностью вторичной обмотки параметрически возбуждаемый колебательный контур, настроенный на частоту 50 Гц. В цепь питания обмоток подмагничива-ния включены управляемый контакт К и соединенное с ним параллельно сопротивление г.
Возникающее при замыкании на землю напряжение нулевой последовательности {Уо прикладывается к обмоткам подмагничивания через
31Л
X
ф
V----
7
х ¥
Рис. 1. Распределение тока нулевой последовательности при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью.
сопротивление 2 (контакт К разомкнут). Существующий при этом ток замыкания па землю /о наводит во вторичной обмотке э.д.с., зависящую от величины тока /о. Через некоторое время контакт К замыкается, например после срабатывания реле контроля изоляции, щунтируя сопротивление 2, и к обмоткам подмагничивания прикладывается полное напряжение ¿Уо. При этом в колебательном контуре всегда возникают стационарные параметрические колебания с амплитудой, не зависящей от величины тока /о. Это обстоятельство дает возможность получить выходную мощность, не зависящую от величины тока /0. Амплитуда возникших колебаний может регулироваться при неизменной величине
вом витков; w2 — вторичная обмотка; С — конденсатор; К — управляемый контакт; г — сопротивление; U0—напряжение подмагничивания; /0—ток замыкания на землю; ВУ — выходное устройство, представляющее собой орган фазовой селекции; Uon — опорное напряжение.
напряжения подмагничивания £/0 путем изменения конструктивных параметров параметрона. Причем фаза стационарных колебаний жестко скязана с фазой напряжения подмагничивания Uо и может иметь только одно из двух возможных значений: +90° илй —90°. Управление этой фазой осуществляется фазой тока замыкания на землю /0. На рис. 3 приведены характеристики управляемости фазой колебаний параметрона. Как видно из рисунка (кривая 1), теоретически в области 45°<ср< <225° возникающие параметрические колебания имеют фазу +90°; в области 225°<ф<45° —фазу —90°.
Практически (кривые 2 и 3) фазовые области однозначного возбуждения меньше 180°. Увеличение значения тока /0 приводит к приближению фазовых областей к 180°. Центры фазовых областей имеют значение ф0 =—45° и ф0= 135°. Чем больше отличается значение ф от фо, тем большее значение /0 необходимо для надежного управления фазой параметрических колебаний. Минимальное значение /0 для надежного управления получается при ф = фо . Для обеспечения этого необходимо (рис. 4) параметроны подмагничивать напряжением С/о1, повернутым относительно U0 на угол —45°. Тогда фаза полного тока замыка-
пия на землю будет отличаться от ф0 па угол 6, обусловленный наличием активной составляющей /а в токе замыкания па землю. Однако величина /а составляет не более 2—3% от полного тока замыкания на землю [1]. Поэтому величиной 6 можно пренебречь.
Введение в цепь подмагничивания параметрона управляемого контакта К и сопротивления г позволяет исключить влияние остаточной намагниченности сердечников на управляемость фазой параметрических колебаний, повышая тем самым чувствительность устройства к величине тока замыкания на землю /0. Величина сопротивления 2 должна быть выбрана такой, чтобы величина напряжения, прикладываемого непосредственно к обмоткам подмагничивания при разомкнутом контакте К, была недостаточной для возбуждения параметрических колебаний.
Влияние высших гармоник в токе /0 сказывается на управляемости фазой параметрона со значений: третья гармоника — при превышении
Р
10
Рис. 3. Характеристики управляемости фазой колебаний параметрона. Р — вероятность возникновения параметрических колебаний с фазой +90°; ср — угол сдвига фаз между напряжением подмагничивания и током замыкания; 1— теоретическая кривая; 2, 3 — экспериментальные кривые соответственно ПрИ /02 > Л)3-
Рис. 4. Векторная диаграмма токов и напряжений при замыкании на землю в сети рис. 1.
тока /0 в пять раз; пятая — в восемь раз, и т. д. В существующих сетях такого уровня высших гармоник в токе замыкания на землю не встречается [2].
Возникающие в колебательном контуре параметрические колебания несут в себе информацию как о факте появления замыкания на землю, так и о фазе замыкания. Возникновение параметрических колебаний свидетельствует о наличии замыкания на землю, а фаза возникающих колебаний дает возможность судить о фазе (направлении) тока замыкания. Последнее позволяет выявить поврежденный фидер.
В качестве выходного органа'фазовой селекции может быть использован усилитель среднего значения тока с фазовым управлением, па-грузкой которого является реле РЭС-9.
Выше предполагалось питание параметронов осуществлять от дополнительной обмотки трансформатора напряжения НТМИ. В случае установки большого количества параметронов мощность НТМИ может оказаться недостаточной для питания всех параметронов. Тогда возможно осуществить питание параметронов однополярными импульсами тока с частотой 100 Гц, формируемыми от постороннего источника постоянного тока. Формирование может быть осуществлено при помощи тиристора. Подмагничивание параметрона импульсами с частотой 100 Гц позволяет -исключить влияние небаланса, обусловленного неиндентично-стью сердечника А и Б, на управляемость фазой параметров. Управля-
ющие импульсы формируются из напряжения нулевой последовательности
Результаты экспериментальной проверки параметрона как реагирующего органа защиты от замыканий на земле приведены в приложении.
Выводы
1. Показана возможность применения индуктивного параметрона как реагирующего органа, в защитах от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью.
2. Экспериментальная проверка предложенного устройства показала, что защита с параметроном является селективной и обладает чувствительностью 0,3/1 к току пулевой последовательности.
3. Выходное напряжение параметрона не зависит от тока нулевой последовательности, т. е. защита является равночувствительной. Это позволяет просто выполнить логическую часть защиты, используя малочувствительные реле.
Приложение
В лабораторных условиях был испытан индуктивный параметрон (рис. 1). Магнитопроводы А, Б набраны из трансформаторной стали Э41 типа Г—25. Толщина набора каждого магнитопровода 8 мм. Параметры обмоток WiA = 1100 витков, провод ПЭЛ0О,51; ш2— 1900 витков, провод ПЭЛ0О,41. Окно в чистоте 75X75 мм.
Величина емкости С=2 мкФ (МБГЧ—1; 2 мкФ±Ю%, i/H=250B).
В качестве сопротивления г включено сопротивление активное. Ток /о пропускался по проводнику, проходящему внутри окна параметрона. Напряжение подмагничивания равнялось 92 В (50 Гц). Величина 2 принята такой, что величина напряжения, прикладываемого непосредственно к обмоткам подмагничивания при разомкнутом контакте К> равнялась 32 В.
Напряжение U2 возникающих параметрических колебаний равнялось 180 В (50 Гц). Минимальная величина тока Iо5 надежно управляющая фазой напряжения t/2, равнялась 0,3 А.
Потребляемая цепью подмагничивания мощность 30 ВА, отбираемая от выходной цепи — 3 ВА.
В качестве выходного устройства использовалось реле напряжения РН с двумя обмотками. К одной обмотке прикладывалось опорное напряжение Uол в фазе с U0 такой величины, чтобы реле не срабатывало. Другая обмотка подключалась к выходу параметрона.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ф. А. Лихачев. Выбор, установка и эксплуатация дугогасящих катушек. М., ГЭИ, 1955.
2. А. А. Грикманис, Я. К- Розенкронс. Отыскание однофазных замыканий на землю. «Электрические станции», № 7, 1965.
