Спосіб визначення однофазного замикання на землю в багатокабельних лініях електричної мережі змінної напруги з ізольованою нейтраллю

Спосіб визначення однофазного замикання на землю в багатокабельних лініях електричної мережі змінної напруги з ізольованою нейтраллю, що включає вимірювання струмів нульової послідовності кабелів лінії і видачу сигналу про однофазне замикання на землю, що сталося, який відрізняється тим, що порівнюють струми нульової послідовності кожного кабелю багатокабельної лінії і за тим струмом, який найбільше відрізняється від інших струмів, визначають як пошкоджений кабель, на якому сталося однофазне замикання на землю, так і пошкоджену лінію в цілому. (19) (21) 20041210625 (22) 23.12.2004 (24) 17.07.2006 (46) 17.07.2006, Бюл. № 7, 2006 р. (72) Кашкалов Володимир Іванович (73) ВІДКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "МАРІУПОЛЬСЬКИЙ МЕТАЛУРГІЙНИЙ КОМБІНАТ ІМ. ІЛЛІЧА" (56) US 5272440, G01R31/08, 21.12.1993 US 5729144, G01R31/08, 17.03.1998 DE 19640821, H02H7/26, G01R31/02, 09.04.1998 RU 2260812, G01R31/08, 20.09.2005 3 76360 4 за допомогою багатокабельних ліній зв'язку від як пошкоджений кабель, на якому сталося однодвох або більше підстанцій, кожна з яких має влафазне замикання на землю, так і пошкоджену лісне джерело живлення - трансформатор (напринію в цілому. клад, 110/6кВ) або генератор. В цьому випадку Сутність способу, що заявляється, пояснюєтьОЗЗ на будь якій лінії, що відходить від шин 6-10кВ ся кресленням, де на Фіг. зображена трифазна згадуваних підстанцій, об'єднаних лініями зв'язку, схема заміщення електричної мережі 6кВ з ізольопризводить до появи хибного сигналу про ОЗЗ на ваною нейтраллю згідно способу, що заявляється. одній, двох або навіть на всіх лініях зв'язку між На Фіг. зображені шини 1 6кВ головної підстапідстанціями. нції (ГП) з фазами А, В, С та такі ж шини 2 підста3. Ненадійна робота, тобто недостатній рівень нції нижчого рівня (ПНР). Шини 1 ГП живляться від сигналу при ОЗЗ на багатокабельній лінії, що живторинної обмотки 3 трансформатора значної повить кінцевий струмоприймач, у разі великої довтужності (наприклад, 31 MBА, 110/6кВ). Від шин 1 жини лінії (0,5...0,7км). ГП відходять кабельні лінії 4.1, 4.2,..., 4.n, а від 4. Низький-нижчий за необхідний-рівень сигшин 2 ПНР відходять кабельні лінії 5.1, 5.2,..., 5.n. налу про ОЗЗ при його появі у самому кінці багатоКожна фаза А, В, С ліній 4 та 5 має ємність С відкабельної лінії, що живить потужний струмоприйносно землі 6. Ця ємність існує фізично, але не мач. матеріально. Відходящі лінії 4 шин 1 ГП в основОтже, за прототип обираємо вищенаведений ному живлять підстанції нижчого рівня, а частково спосіб захисту від однофазного замикання на зем- власні струмоприймачі. Відходящі лінії 5 шин 2 лю багатокабельної лінії в електричній мережі ПНР живлять здебільшого струмоприймачі і лише змінної напруги з ізольованою нейтраллю, при частково - підстанції ще нижчого рівня та розподіякому вимірюють струми нульової послідовності льчі пункти (ці струмоприймачі та шини згаданих кабелів лінії, яку захищають, і видають сигнал про підстанцій і пунктів на Фіг. не зображені). ОЗЗ, що сталося, тільки при перевищенні цим Лінії, які живлять підстанції, є як правило багаструмом заздалегідь визначеного порогу (уставки). токабельними, тобто складаються з двох і більше Основним недоліком відомого способукабелів, включених паралельно. Одна така лінія прототипу - є те, що він базується на вимірюванні 4.m зображена на Фіг. Це лінія зв'язку, вона склавеличини струму нульової послідовності, який тече дається з чотирьох кабелів 4.m.1, 4.m.2, 4.m.3, по кабелю лінії, яку захищають від ОЗЗ. Але, як 4.m.4, включених паралельно через шини 1 і 2 ГП можна бачити з наведених вище недоліків 1, 2, та ПНР. Для спрощення ємності фаз кабелів 4.т струм нульової послідовності підвищеної величини відносно землі 6 на Фіг. не показані. тече по кабелях багатокабельної лінії і в тому разі, Кожна фаза кабелів 4.m характеризується коли жоден з її кабелів не пошкоджений, а ОЗЗ електричним опором 7 - 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 для кабемає місце взагалі за межею цієї лінії. лів 4.m.1,..., 4.m.4. Цей опір має активноТакож відомо, що сумарний ємнісний струм індуктивний характер. На кожен кабель відходящої (нульової послідовності) району електропостачанлінії - однокабельної чи багатокабельної - "одягненя (однієї секції шин 6-10кВ підстанції або групи но" трансформатор струму нульової послідовності підстанцій) може коливатися від найменшого до ТСНП 8. На Фіг. такі ТСНП 8.1 ... 8.4 показані лише найбільшого в діапазоні приблизно 1:4. Це ознана лінії зв'язку 4.m, на інших лініях вони для спрочає, що під час ОЗЗ в режимі найменшого струму щення не показані (нестача місця на Фіг.). Транснульової послідовності рівень сигналу вторинних форматори 8 з позначкою "в" ("верхній") встановобмоток ТСНП може бути меншим за визначений лені на кабелях, що відходять від шин 1 верхнього (за уставку) і система захисту не спрацює. рівня, а з позначкою "н" (" нижній") - на кабелях, Що ж стосується недоліків 3,4, то тут дуже чащо відходять від шин 2 нижчого рівня. До вторинсто не задовольняється вимога до величини коеної обмотки кожного ТСНП підключений резисфіцієнту чутливості релейного захисту Кч, який має тор 9. Сигнал 10 про появу струму нульової послідобути Кч 1,25. Це означає ненадійність , а іноді навності, що свідчить про появу ОЗЗ в мережі 6кВ, віть неспроможність відомого способу захисту казнімають з частини опору резисторів 9 і подають белів від ОЗЗ. на вхід блоків порівняння 11 шин 1 та 12 шин 2 Отже головний недолік відомого способу захиДля шин 1 ГП це сигнали 10.1.в, 10.2.в, 10.3.в. сту від ОЗЗ - вимір величини струму нульової пос10.4.в, що беруться з резисторів відповідно 9.1.в. лідовності багатокабельної лінії - не забезпечує 9.2.в, 9.3.в, 9.4.в і подаються на блок порівняння надійної та правильної його роботи по захисту 11. Для шин 2 ПНР це сигнали 10.і.н,..., 10.4.н. що кабелів від ОЗЗ. беруться з резисторів 9.1.Н,..., 9.4.н і подаються на В основу винаходу покладена задача підвиm блок 12. Вихідний сигнал 13 блоку 11 та вихідщення надійності захисту багатокабельних ліній ний сигнал 14 блоку 12 з'являються у разі виниквід ОЗЗ шляхом отримання вірогідної інформації нення ОЗЗ в одному з кабелів саме цієї лінії, тобто про ОЗЗ на одному з кабелів багатокабельної лінії. в одному з кабелів 4.m.1...4.m.4. Поставлена задача вирішується тим, що в способі Розглянемо два варіанти ОЗЗ: 15 на кабелі лізахисту від ОЗЗ багатокабельної лінії, що базуєтьнії 5.n шин 2 та 16 на кабелі 4.ГП.4 лінії зв'язку 4.m ся на вимірюванні струмів нульової послідовності між підстанціями (шинами) 1 і 2. кабелів лінії, яку захищають, і видачі сигналу про У разі виникнення ОЗЗ 15 на фазі С кабеля 5.n ОЗЗ, що сталося, згідно з винаходом порівнюють підстанції (шин) 2 струми нульової послідовності струми нульової послідовності кожного кабеля протікають через ємності жил фаз А і В всіх кабебагатокабельної лінії і по тому струму, який найбільних ліній 5.1...5.n. Ємнісний струм сумується на льше відрізняється від інших струмів, визначають 5 76360 6 шинах 2 6кВ і по жилах фаз А і В лінії зв'язку 4.m тече до землі 6 через місце ОЗЗ 16. Сигнал втотече до вторинної обмотки 3 трансформатора шин ринних обмоток ТСНП 8 буде прямо пропорційним 1 (фази А і В). Далі по фазі С (на якій виникло ОЗЗ результативному струму нульової послідовності в мережі) цієї обмотки і по жилах фази С лінії 4.m його первинної обмотки. Складові цього струму струм ОЗЗ тече до фази С шин 2, потім до жили через отвори ТСНП 8 течуть у різних напрямках. фази С пошкодженої лінії 5.n і нарешті в місце Розглянемо цей аспект докладніше. замикання - в точку ОЗЗ 15. Частина ємнісного Ємнісні струми по непошкоджених фазах А і В струму від місця ОЗЗ 15 тече по ємностях жил фаз течуть від шин 2 знизу вверх на Фіг. у якусь вибраА і В ліній 4.1...4.n, що живляться від шин 1, до ну мить часу. У цьому ж напрямку течуть і власні обмотки трансформатора 3, потім по фазі С обмоємнісні струми кабелів 4.m.1....4.m.4 по фазах А ,В. тки 3 і лінії зв'язку 4.m до фази С лінії 5.n і до місця Результативний струм ОЗЗ пошкодженої фази С ОЗЗ 15. Цими ж шляхами тече і власний ємнісний від шин 1 тече через "верхні" ТСНП 8 зверху вниз струм лінії 4.m. (на Фіг.). Як сказано вище, частина результативноЗауважимо, що переважна більшість багатого струму фази С тече через частину опору 7.4 кабельних ліній складається з кабелів, що мають кабелю 4.m.4 (фаза С) прямо до землі 6. Інша його однаковий перетин жил, скажімо, з кабелів перечастина рівномірно розподіляється між опорами фази С кабелів 4.m.1, 4.m.2, 4.m.3 і також тече тином 3 150кв.мм. Довжина всіх кабелів однієї зверху вниз (на Фіг.) до шини С шин 2, де ці струлінії однакова, тому і опір 7 однієї жили одноіменми знову сумуються і течуть знизу вверх через ної фази кожного кабелю лінії між шинами 1 і 2 ТСНП 8.4.н і "нижню" частину опору 7.4 пошкооднаковий. З цієї причини і ємнісний струм нульодженої фази С кабелю 4.m.4 до землі 6 через місвої послідовності (струм ОЗЗ) розподіляється рівце пошкодження 16. номірно по жилах одноіменної фази кабелів 4.m.1, З цього розгляду видно, що результативні 4.m.2, 4.m.3, 4.m.4. Якщо, наприклад, сумарний струми нульової послідовності через ТСНП 8.1.в, струм ОЗЗ однієї фази на шинах 2 має значення 8.2.в ,8.3.в однакові. Вони також однакові і для 40А, то по кожній жилі фази А кабелів 4.m.1...4.m.4 ТСНП 8.1.н, 8.2.н 8.3.н, хоч і мають дещо іншу ветече струм 10А. Струм фази С (пошкодженої) буде личину. Результативний струм нульової послідовбільшим за40А, бо до нього додається струм ОЗЗ ності через ТСНП 8.4.в відрізняється від інших ліній 4.1...4.n шин 1, скажімо, 20А. Таким чином, по "верхніх" ТСНП - він менший ніж у ТСНП фазі С лінії 4.m протікатиме струм 1,73*60А до 8.1.в...8.3.в. Ще більшою є ця різниця для ТСНП місця ОЗЗ 15, а через кожну жилу фази С кабелів 8.4.н, бо тут струми нульової послідовності фаз як 4.m.1...4.m.4 протікатиме струм 1,73*15А. А, В, так і С течуть у одному напрямку (знизу Через отвір трансформаторів ТСНП 8.1...8.4 вверх), у той час як для інших ТСНП струми нукабелів лінії 4.m тече різниця струмів фаз А, В льової послідовності фаз А, В з одного боку і фази один напрямок - і фази С - протилежний напрямок С з іншого протікають у протилежних напрямках і - в кожну мить часу. Відповідно до наведених тому результативний струм нульової послідовності цифр 40 і 20А результативний струм нульової пов них значно менший, ніж у ТСНП 8.4.н. Отже, сигслідовності через кожен ТСНП 8.1...8.4 має велинал 10.4.в на резисторі 9.4.в (пошкоджений кабель чину 1,73*20:4=8,65А. 4.m.4) буде меншим , ніж сигнали 10.1.в...10.3.в на Оскільки результативний струм нульової посрезисторах 9.1.в...9.3.в (непошкоджені кабелі), а лідовності через кожен ТСНП лінії зв'язку однакосигнал 10.4.н на резисторі 9.4.н буде суттєво бівий, то однаковими будуть і сигнали на опорах льшим від однакових сигналів 10.1.н...10.3.н на 9.1...9.4, а також однаковими будуть і сигнали резисторах 9.1.н...9.3.н. Ця різниця фіксується на 10.1...10.4 на входах блоків порівняння 11,12. Сигблоках порівняння 11 і 12, після чого на їх виходах нали 13, 14 на виході блоків 11, 12 дорівнювати13 і 14 з'являється інформація про ОЗЗ саме на муть нулю, що свідчить про відсутність ОЗЗ на кабелі 4.m.4 лінії зв'язку 4.m. кабелях 4.m. 1...4.m.4 лінії зв'язку. Наявність ОЗЗ Відзначимо, що вказана різниця збільшується на лінії 5.n має зафіксувати система захисту від у тому разі, якщо і шини 2 мають також своє власОЗЗ саме цієї лінії за допомогою сигналу вторинне джерело живлення: генератор або вторинну ної обмотки ТСНП кабелю (кабелів) лінії 5.n. обмотку потужного трансформатора (110/6кВ, Розглянемо тепер випадок ОЗЗ 16 на кабелі 220/6кВ тощо). 4.m.4 чотирьохкабельної лінії 4.m. Ємнісні струми Зазначимо також, що неоднаковість опорів від точки ОЗЗ 16 - земля 6 течуть по ємностях фаз жил різних кабелів багатокабельної лінії можна А і В всіх ліній як розглянуто вище, а потім сумулегко компенсувати масштабуванням вихідних ються на шині С підстанції (шинах) 1. Від цієї шини сигналів 10, які знімаються з резисторів 9, підклюС більша частина струму замикання на землю течених до вторинних обмоток ТСНП 8. че через частину опору 7.4 ("верхню" на Фіг.) фази Експериментальне випробування на реальноС лінії 4.m безпосередньо в землю 6 через місце му електрообладнанні описаного способу захисту ОЗЗ 16, а друга його частина через паралельно повністю підтвердило позитивний ефект, що досяз'єднані опори 7.1, 7.2, 7.3 фази С кабелів 4.m.1, гається за рахунок способу, що заявляється. 4.m.2, 4.m.3 цієї ж лінії зв'язку 4.m тече до шини С шин 2, а потім через другу частину ("нижню" на Фіг.) опору 7.4 фази С пошкодженого кабелю 4.m.4 7 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 76360 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601