Спосіб компенсації струму однофазного витоку в мережах з ізольованою нейтраллю

Корисна модель відноситься до електротехніки та призначена для підвищення електробезпеки експлуатації електричних мереж з ізольованою нейтраллю трансформатора, за рахунок компенсації струму однофазного витоку крізь людину, і може бути використана в шахтних електричних мережах з напругою до 1140В. Відомий спосіб компенсації струму витоку, що передбачає статичну компенсацію однофазних ємнісних струмів витоку, які викликані напругою мережі (до захисного відключення) та електрорушійною силою обертання електродвигунів, що виникає після захисного відключення мережі [Забезпечення безпеки та ефективності шахтних електроустановок. Є.О. Вареник, C.I. Випанасенко, B.C. Дзюбан, Н.А. Шидловська, Ф.П. Шкрабець. - Д.: Національний гірничий університет, 2004. - 334с]. Для цього між штучною нейтраллю мережі, що утворена обмотками симетричного трифазного трансформатора, який додатково приєднується до мережі, або іншим чином, і заземлювачем встановлений компенсуючий дросель. Значення індуктивності компенсуючого дроселя не змінюється. Компенсація ємнісних струмів дозволяє знизити величину струму крізь тіло людини. Недоліки даного способу: - компенсація струму однофазного витоку можлива тільки при незмінній ємності мережі з ізольованою нейтраллю, якщо у мережі є резонанс (індуктивна провідність компенсуючого дроселя дорівнює ємнісній провідності мережі); при не виконанні цієї умови струм однофазного витоку може бути більшим ніж був до компенсації; - компенсація не можлива у мережі із змінною частотою (мережі з перетворювачами частоти). Найбільш близьким аналогом за технічною суттю до корисної моделі, що заявляється, є спосіб компенсації ємнісних струмів витоку в трифазній електричній мережі з ізольованою нейтраллю [А.с. СРСР №649081 МПК 4 Н02Н3/16, опубл. Бюл. №7, 25.02.1979р.]. Спосіб включає автоматичну компенсацію ємнісних струмів витоку в трифазній електричній мережі з ізольованою нейтраллю шляхом безперервного виміру ємності мережі, що змінюється, і автоматичне регулювання еквівалентної індуктивної провідності дроселя в резонанс з вказаною ємністю, для чого вимірюють напругу на дроселі, синхронно з вказаною напругою формують керуючі імпульси, зсувають імпульси за фазою на кут, пропорційний ємності мережі і подають на регулювання еквівалентної індуктивній провідності дроселя. Ознаки найближчого аналога, що збігаються з суттєвими ознаками запропонованого способу: автоматичне регулювання еквівалентної індуктивної провідності дроселя. Недоліки даного способу: - неможливість використання в мережах із змінною частотою (мережі з перетворювачами частоти), тому що індуктивність компенсуючого дроселя повинна визначатися відповідно частоті, яка змінюється, а цей спосіб не передбачає виміру частоти; - розімкнена система керування компенсацією ємнісної складової струму однофазного витоку, що знижує ефективність компенсації; - неможливість використання додаткового оперативного джерела постійного струму, для виявлення двофазних та трифазних струмів витоку. В основу запропонованої корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності компенсації однофазного струму витоку в мережах з ізольованою нейтраллю постійної частоти, та компенсацію основної гармоніки струму однофазного витоку в мережах змінної частоти, за рахунок використання швидкодіючого регульованого джерела струму, що керується замкненою системою, яка контролює фактичні параметри мережі. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у способі компенсації струму однофазного витоку в мережах з ізольованою нейтраллю, що включає автоматичне регулювання еквівалентної індуктивної провідності дроселя, згідно винаходу автоматичне регулювання здійснюють за рахунок виміру напруги кожної фази відносно землі, після чого знаходять фазу з мінімальною напругою, формують напругу зсуву нейтралі, що повторює напругу даної фази. Введення швидкодіючого регульованого джерела струму, що працює в замкненій за напругою системі дозволяє забезпечити високу швидкодію і повну компенсацію струму однофазного витоку крізь тіло людини при частоті живлення мережі від 0 до 150Гц. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями: - Фіг.1 - структурна схема мережі з ізольованою нейтраллю з пристроєм реалізації способу; - Фіг.2 - схема регульованого джерела струму; - Фіг.3 - часові діаграми процесів у мережі при компенсації струму однофазного витоку. На Фіг.1 представлені: симетричний трифазний трансформатор 1, вимірювач напруги зсуву нейтралі відносно землі 2, регульоване джерело струму (автономний інвертор напруги в режимі джерела струму) 3, релейний регулятор 4, пристрій визначення фази з мінімальною напругою (у якій має місце виток струму) 5, кабельна лінія з активними 6 та ємнісними 7 опорами ізоляції, людина з активним опором 8. На Фіг.2 представлені: автономний інвертор напруги 3 та дросель 9. На Фіг.3 представлені часові діаграми процесів мережі при компенсації струму однофазного витоку: напруги пошкодженої фази uФ , струму однофазного витоку крізь тіло людини іУТ, напруги зсунення нейтралі uN. Реалізація способу компенсації струму однофазного витоку в мережах з ізольованою нейтраллю вказаним пристроєм пояснюється наступним - при доторканні людини 8 до струмопровідної частини однієї з фаз кабельної лінії, з активними 6 та ємнісними 7 опорами ізоляції, що знаходиться під напругою мережі, спрацьовує пристрій знаходження пошкодженої фази 5, який знаходить пошкоджену фазу і надає значення напруги пошкодженої фази UФ системі керування з релейним регулятором 4, яка керує автономним інвертором напруги в режимі джерела струму 3 разом з дроселем 9, який приєднаний до штучної нейтралі мережі, що утворена обмотками симетричного трифазного трансформатора 1, підтягуючи напругу зсунення нейтралі UN (значення якої надходить з вимірювача напруги зсунення нейтралі 2) до напруги фази до якої доторкнулася людина, тобто виконує умову UФ ≈UN, при цьому струм витоку UФ - UN RB і дорівнює нулю. Вказане регульоване джерело струму також використовується як оперативне джерело постійної напруги для виявлення двофазних та трифазних струмів витоку. Використання наведеного способу забезпечує підвищення ефективності компенсації однофазного струму витоку в мережах з ізольованою нейтраллю постійної частоти, та компенсацію основної гармоніки струму однофазного витоку в мережах змінної частоти, за рахунок використання швидкодіючого регульованого джерела струму, що керується замкненою системою, яка контролює фактичні параметри мережі. IB =