PL B1. Układ zabezpieczenia od zwarć doziemnych wysokooporowych w sieciach średniego napięcia. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. H02H 7/26 ( ) H02H 3/16 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Układ zabezpieczenia od zwarć doziemnych wysokooporowych w sieciach średniego napięcia (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 05/10 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 04/12 (72) Twórca(y) wynalazku: WITOLD DZIERŻANOWSKI, Wrocław, PL BOGDAN MIEDZIŃSKI, Wrocław, PL ANDRZEJ SZYMAŃSKI, Wrocław, PL HENRYK BELKA, Wrocław, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Regina Kozłowska PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest układ zabezpieczenia od zwarć doziemnych wysokooporowych w sieciach średniego napięcia pracujących z nieskutecznie uziemionym punktem neutralnym. Układ zabezpieczenia ziemnozwarciowego znany z polskiego opisu patentowego nr , zawiera ferromagnetyczny rdzeń ze szczeliną, obejmujący kabel oraz przetwornik Italia. Pierwszy obwód przetwornika Halla, który jest usytuowany w szczelinie powietrznej ferromagnetycznej rdzenia, jest przyłączony do źródła napięcia kolejności zerowej przez przesuwnik fazowy, zaś drugi obwód przetwornika Halla jest przyłączony do układu pomiarowo-wykonawczego. Z polskiego opisu patentowego nr znany jest sposób i układ zabezpieczenia ziemnozwarciowego sieci średnich napięć. W sposobie tym przetwarza się przebieg składowej zerowej prądu w układzie noszącym cechy układu całkującego i uzyskuje się sygnał zbliżony kształtem do przebiegu składowej zerowej napięcia. Wyznacza się całkę iloczynu przebiegów składowej zerowej napięcia i całki składowej zerowej prądu, w określonym czasie T, a następnie porównuje się wynik z nastawioną wartością rozruchową zabezpieczenia. Informację o częstotliwości przebiegu składowej zerowej napięcia wykorzystuje się do blokowania zabezpieczenia w wypadku pojawienia się ferrorezonansu, objawiającego się pojawieniem składowej zerowej napięcia o częstotliwości poniżej wartości 50 Hz. Układ zawiera dwa komparatory, energii i częstotliwości, dwa układy całkujące oraz układ mnożący. Jedno z wejść układu mnożącego jest połączone z wyjściem bloku wejściowego napięciowego, a drugie wejście jest połączone z wyjściem układu całkującego, którego wejście jest połączone z wyjściem bloku wejściowego prądowego. Równocześnie wyjście układu mnożącego jest doprowadzone do wejścia układu całkującego, którego wyjście jest połączone z wejściem komparatora energii. Wyjście komparatora energii jest połączone z wejściem członu wykonawczego. Dwa wejścia blokujące człon wykonawczy są połączone z wyjściami komparatotów napięcia i częstotliwości, których wejścia są połączone z wyjściem bloku wejściowego napięciowego. Układ wybiorczego zabezpieczenia ziemnozwarciowego elementów sieci średniego napięcia znany z polskiego opisu patentowego nr , charakteryzuje się tym, że między punkt gwiazdowy uzwojenia pierwotnego transformatora uziemiającego dołączonego do szyn zbiorczych stacji średniego napięcia a ziemię, szeregowo z dławikiem włączony jest kondensator izolujący, do którego okładek przyłączone jest poprzez rezystor ograniczający prąd źródło napięcia stałego, a w liniach odpływowych oraz ich odgałęzieniach są załączone filtry składowej zerowej prądu przenoszące składową stałą, na których wyjścia są załączone nadprądowo-zwłoczne przekaźniki prądu stałego. Ponadto między punkt gwiazdowy przekładników napięciowych i ziemię jest włączony drugi kondensator izolujący. Znany jest też z polskiego zgłoszenia patentowego nr sposób i układ do pomiaru parametrów doziemnych oraz wyznaczania nastaw zabezpieczeń ziemnozwarciowych linii w sieci średniego napięcia pracujących z nieskutecznie uziemionym punktem neutralnym. Sposób polega na tym, że podczas rzeczywistych zwarć jednofazowych z ziemią, po pojawieniu się wiarygodnej składowej zerowej napięcia, o odpowiedniej wartości i wystarczająco długim czasie trwania, mierzy się i rejestruje w odrębnych zbiorach składową zerową napięcia oraz wartości charakterystyczne wielkości konduktancji, susceptancji i składowej zerowej napięcia, tworząc bazy parametrów wyjściowych do obliczania innych charakterystycznych parametrów doziemnych sieci, takich jak prąd zwarcia doziemnego, pojemnościowe prądy i admitancje linii, susceptancje i konduktancje obwodu uziemiającego punkt neutralny, stopień zestrojenia dławika w sieciach skompensowanych, współczynnik skuteczności działania automatyki wymuszania składowej czynnej oraz prawidłowość doboru nastaw zabezpieczeń ziemnozwarciowych w polach liniowych. Układ ma pola liniowe wraz z polem transformatora uziemiającego rozdzielni, dodatkowo wyposażone w mikroprocesorowe urządzenia pomiarowo-rejestrujące wartości charakterystyczne wielkości konduktancji, susceptancji i składowej zerowej napięcia. Ponadto rozdzielnia jest wyposażona w odrębne pole z urządzeniem pomiarowo-rejestrującym do pomiaru składowej zerowej napięcia, przy czym wyjścia urządzeń pomiarowo-rejestrujących są przyłączone do wejścia centralnego urządzenia przetwarzającego i rejestrującego. Istota układu zabezpieczenia według wynalazku polega na tym, że komparator amplitudowofazowy z filtrami i członem wykonawczym, połączony jest ze źródłem wybranej harmonicznej parzystej oraz z układem przetworników prądowo-napięciowych, przy czym układy przetworników prądowonapięciowych osadzone są na liniach średniego napięcia wyposażonych w wyłączniki i podłączone są do komparatora amplitudowo-fazowego.

3 PL B1 3 Korzystnie źródło wybranej harmonicznej parzystej ma rezystor ograniczający prąd włączony pomiędzy punkt neutralny sieci a ziemię, połączony szeregowo z diodą włączoną zaporowo. Korzystnie zaciski diody stanowią wyjście źródła wybranej harmonicznej parzystej. Korzystnym jest również to, że na przewodzie łączącym rezystor ograniczający prąd z diodą umieszczony jest przetwornik prądowo napięciowy stanowiący wyjście źródła wybranej harmonicznej parzystej. Korzystnie, układ przetworników prądowo-napięciowych stanowi układ cewek Rogowskiego połączonych szeregowo. Zaletą zabezpieczenia według wynalazku jest duża czułość i selektywność działania. Znane są i stosowane są dotychczas zabezpieczenia od zwarć doziemnych, które wprowadzają dodatkowe źródło prądu do sieci, żadne jednak z nich nie porównuje w pomiarowym komparatorze amplitudowofazowym dwóch wielkości związanych z układem wymuszania dodatkowej wybranej wyższej harmonicznej. W chwili wystąpienia zwarcia doziemnego w dowolnym miejscu sieci na zaciskach komparatora pojawią się dwa napięcia proporcjonalne do wymuszanego prądu wybranej wyższej harmonicznej i do prądu wyższej harmonicznej linii doziemionej. Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest objaśniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy układu zabezpieczenia, fig. 2 - schemat ideowy układu zabezpieczenia z zaciskami diody stanowiącymi wyjście źródła wybranej harmonicznej parzystej, a fig. 3 - schemat ideowy układu zabezpieczenia z przetwornikiem prądowo napięciowym stanowiącym wyjście źródła wybranej harmonicznej parzystej. P r z y k ł a d 1 Układ zabezpieczenia od zwarć doziemnych wysokooporowych w sieciach średniego napięcia ma komparator amplitudowo-fazowy 1 z filtrami i członem wykonawczym, połączony ze źródłem wybranej harmonicznej parzystej 2 oraz z układem przetworników prądowo-napięciowych 3. Układy przetworników prądowo-napięciowych 3 osadzone są na liniach średniego napięcia wyposażonych w wyłączniki 4 za transformatorem zasilającym T. Wyłączniki 4 podłączone są do komparatora amplitudowo-fazowego 1. Komparator amplitudowo-fazowy 1 porównuje przesunięcia fazowe pomiędzy obydwoma sygnałami napięciowymi doprowadzonymi do niego. To przesunięcie fazowe stanowi kryterium wystąpienia zwarcia doziemnego w uszkodzonej linii. P r z y k ł a d 2 Układ zabezpieczenia od zwarć doziemnych wysokooporowych w sieciach średniego napięcia wykonany jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że ma dwa wyłączniki 4 wyłączające dwie linie średniego napięcia L1 i L2, przy czym układ przetworników prądowo-napięciowych 3 jest umieszczony na pierwszej linii średniego napięcia L1. Ponadto źródło wybranej harmonicznej parzystej 2 ma rezystor ograniczający prąd Rz włączony pomiędzy punkt neutralny sieci a ziemię, połączony szeregowo z diodą D włączoną zaporowo. Zaciski diody D stanowią wyjście źródła wybranej harmonicznej parzystej 2. P r z y k ł a d 3 Układ zabezpieczenia od zwarć doziemnych wysokooporowych w sieciach średniego napięcia wykonany jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że ma dwa wyłączniki 4 wyłączające dwie linie średniego napięcia L1 i L2, przy czym układ przetworników prądowo-napięciowych 3 jest umieszczony na pierwszej linii średniego napięcia L1. Ponadto źródło wybranej harmonicznej parzystej 2 ma rezystor ograniczający prąd R z włączony pomiędzy punkt neutralny sieci a ziemię, połączony szeregowo z diodą D włączoną zaporowo, a na przewodzie łączącym rezystor ograniczający prąd R z z diodą D umieszczony jest przetwornik prądowo napięciowy PPN w postaci cewki Rogowskiego, stanowiący wyjście źródła wybranej harmonicznej parzystej 2. P r z y k ł a d 4 Układ zabezpieczenia od zwarć doziemnych wysokooporowych w sieciach średniego napięcia wykonany jak w przykładzie pierwszym albo drugim albo trzecim z tą różnicą, że układ przetworników prądowo-napięciowych 3 stanowi układ cewek Rogowskiego połączonych szeregowo zainstalowanych we wszystkich fazach linii. W chwili wystąpienia wysokooporowego zwarcia doziemnego i pojawieniu się prądu zwarcia I z wymuszany jest przez źródło 2 prąd źródła wybranej harmonicznej l o. Na zaciskach diody D (rys. 2) lub zaciskach przetwornika prądowo napięciowego PPN (rys. 3) pojawia się wówczas napięcie źródła wybranej harmonicznej Uo podawane do zacisków komparatora amplitudowo fazowego 1. Równocześnie na zaciskach układu przetworników prądowo-napięciowych 3 zainstalowanych na linii średniego napięcia L1 z doziemieniem pojawia się napięcie z układu przetworników prądowo napięciowych U 0 '

4 4 PL B1 podawane również do komparatora 1. Napięcie U 0 ' jest przesunięte w fazie względem napięcia U 0 o kąt którego przekroczenie o zadaną, ściśle określoną wartość, powoduje zadziałanie członu wykonawczego komparatora 1 i w efekcie wyłączenie wyłącznikiem 4 linii L1 z doziemieniem. Zastrzeżenia patentowe 1. Układ zabezpieczenia od zwarć doziemnych wysokooporowych w sieciach średniego napięcia, znamienny tym, że komparator amplitudowo-fazowy (1) z filtrami i członem wykonawczym, połączony jest ze źródłem wybranej harmonicznej parzystej (2) oraz z układem przetworników prądowonapięciowych (3), przy czym układy przetworników prądowo-napięciowych (3) osadzone są na liniach średniego napięcia wyposażonych w wyłączniki (4), które podłączone są do komparatora amplitudowo-fazowego (1). 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że źródło wybranej harmonicznej parzystej (2) ma rezystor ograniczający prąd (R z ) włączony pomiędzy punkt neutralny sieci a ziemię, połączony szeregowo z diodą (D) włączoną zaporowo. 3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że zaciski diody (D) stanowią wyjście źródła wybranej harmonicznej parzystej (2). 4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że na przewodzie łączącym rezystor ograniczający prąd (R z ) z diodą (D) umieszczony jest przetwornik prądowo napięciowy (PPN) stanowiący wyjście źródła wybranej harmonicznej parzystej (2). 5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że układ przetworników prądowo-napięciowych (3) stanowi układ cewek Rogowskiego połączonych szeregowo.

5 PL B1 5 Wykaz oznaczeń na rysunku: 1 - komparator amplitudowo fazowy z filtrami i członem wykonawczym, 2 - źródło wybranej harmonicznej parzystej, 3 - układ przetworników prądowo-napięciowych, 4 - wyłącznik, D - dioda, PPN - przetwornik prądowo napięciowy, A, B, C - przewody fazowe linii, L1 - pierwsza linia średniego napięcia, L2 - druga linia średniego napięcia, T - transformator zasilający, R - rezystor, R p - rezystor odpowiadający wysokooporowej rezystancji przejścia, R z - rezystor ograniczający prąd, I z - prąd zwarcia doziemnego, l o - prąd źródła wybranej harmonicznej, U 0 - napięcie źródła wybranej harmonicznej, U 0 ' - napięcie z układu przetworników prądowo napięciowych.

6 6 PL B1 Rysunki

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)