Устройство определения обрыва изолированных проводов воздушных линий напряжением свыше 1000в при их расположении на опорах контактной сети переменного тока в зонах сближения с высоковольтными лэп

Авторы патента:

Полезная модель «Устройство определения обрыва изолированных проводов воздушных линий напряжением свыше 1000 В при их расположении на опорах контактной сети переменного тока в зонах сближения с высоковольтными ЛЭП».

Сущность полезной модели заключается в следующем.

К известному устройству, содержащему фильтр напряжения нулевой последовательности, в начале ВЛ напряжением свыше 1000 В дополнительно параллельно в конце линии включены пороговые элементы напряжения и времени, выходные зажимы которых включены в цепь управления коммутационного аппарата измерительного трансформатора. В начале линии также устанавливается пороговый элемент напряжения и соединенный с ним логический блок, выдающий сигнал на отключение линии напряжением свыше 1000 В.

Назначение пороговых элементов: отстроиться от напряжений нулевой последовательности, имеющих место в ВЛ при электромагнитном влиянии системы тягового электроснабжения и ЛЭП как при их нормальном и вынужденном режимах, так и при возникновении короткого замыкания в тяговой сети и ЛЭП.

Предлагаемое устройство повышает надежность работы устройств определения обрыва изолированных проводов ВЛ напряжением свыше 1000 В при учете электромагнитного влияния тяговых сетей переменного тока напряжением 25 кВ и сближении линии с ЛЭП.

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к системе электроснабжения нетяговых потребителей электрифицированных железных дорог, и может быть использована при определении обрыва воздушных линий напряжением свыше, 1000 В с изолированной нейтралью, нашедших применение для питания нетяговых потребителей, в том числе устройств связи, в случае обрыва воздушного изолированного провода.

Известны технические решения по определению обрыва воздушного провода в сетях напряжением свыше 1000 В с изолированной нейтралью, принцип работы которых построен на возникновении напряжения (Л-1, Л-2) или напряжения и тока (Л-3) нулевых последовательностей.

В Л-1 предложено устройство защиты ВЛ от однофазных замыканий на землю высоковольтных линий напряжением свыше 1000 В для питания нетяговых потребителей. Оно принято за прототип.

Прототип состоит из питающего трансформатора, коммутационного аппарата, воздушных проводов высоковольтной линии, измерительных трансформаторов типа ТМ либо ТС, активно-емкостных фильтров, порогового элемента напряжения с заданной уставкой по напряжению нулевой последовательности, порогового элемента времени с заданной уставкой по времени наличия напряжения нулевой последовательности определенной величины, логического элемента «И», искусственных заземлителей. Устройство-прототип работает следующим образом.

При обрыве изолированного воздушного провода ВЛ, расположенного в зоне электромагнитного влияния, за счет рабочего напряжения питающего трансформатора и установки в начале и конце линии двух активно-емкостных фильтров, включенных в цепь заземления нулевой точки первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка которого соединяется в треугольник, через искусственный заземлитель и фильтр протекает ток нулевой последовательности. Срабатывает пороговый элемент, фиксирующий уровень напряжения нулевой последовательности, и подает сигнал на логический блок.

Спустя заданное значение времени, превышающее время отключения режима короткого замыкания в тяговой сети, пороговый элемент времени замыкает выходной контакт и также подает сигнал на логический блок. Таким образом, на входе логического элемента «И» появляются два сигнала - от пороговых элементов напряжения и времени. Далее подается сигнал на отключение ВЛ коммутационным аппаратом.

В том случае, если напряжение нулевой последовательности превышает уставку порогового элемента за счет магнитного влияния токов в тяговой сети при коротких замыканиях, срабатывает лишь пороговый элемент напряжения. Пороговый же элемент времени запускается от сигнала порогового элемента напряжения, но не успевает выдать сигнал на своем выходе из-за кратковременности данного режима (его длительность меньше заданной уставки времени). Сигнал на отключение ВЛ не поступит.

Однако известное устройство не может быть использовано в тех случаях, если воздушная линия, в частности ВЛ 10 кВ, располагается вблизи от высоковольтных (330 и более кВ) ЛЭП, то есть в зонах значительного электромагнитного влияния. При таких условиях устройство определения обрыва воздушных линий, работа которого основана на появлении напряжения нулевой последовательности у источника энергии, не фиксирует возникновения аварийного режима. Обрыв провода вдали от питающей подстанции также может привести к ненадежной работе устройства.

Действительно, за счет электрического влияния напряжения и магнитного влияния токов в проводах ЛЭП в воздушных проводах ВЛ возникают напряжения нулевой последовательности, существенно превышающие уровни напряжений нулевой последовательности, возникающих в линии при обрыве провода. Устройство (Л-1) обладает способностью отстраиваться от кратковременного электромагнитного влияния, обусловленного короткими замыканиями в тяговой сети, но постоянное электромагнитное влияние ЛЭП приводит к наведению напряжения нулевой последовательности, превышающего уставку как по величине, так и по времени действия, что приводит к сбоям в работе устройства.

Устранить вышеназванные недостатки позволяет измерение напряжения нулевой последовательности в конце защищаемой линии и отключение фильтра напряжения нулевой последовательности на известное заданное время. Затем производится сравнение времени, в период которого произошел резкий рост измеряемой на фильтре в начале линии величины напряжения. При совпадении времени с уставкой опасный режим отключается.

Техническим результатом полезной модели является повышение надежности работы устройства определения обрыва изолированных проводов воздушных линий напряжением свыше 1000 В при их расположении на опорах контактной сети переменного тока в зонах электромагнитного влияния высоковольтных ЛЭП.

К известному устройству для определения обрыва изолированных проводов воздушных линий напряжением свыше 1000 В, состоящему из питающего трансформатора, проводов воздушной линии, установленных в начале и конце двух трансформаторов, вторичная обмотка которых включена в треугольник, а первичная в звезду, нулевая точка которой через активно-емкостный фильтр соединена с искусственным заземлителем, параллельно емкостному фильтру, включенному в конце линии, подключен пороговый элемент напряжения, к выходным зажимам которого подключаются входные зажимы порогового элемента времени, выходные зажимы которого объединяются с входными зажимами второго порогового элемента времени. Выходные зажимы пороговых элементов времени включены в цепь управления коммутационного аппарата измерительного трансформатора. В начале линии параллельно фильтру напряжения нулевой последовательности подключается пороговый элемент напряжения, выходные зажимы которого соединяются с входными зажимами логического блока, выходные зажимы которого включены в цепь управления коммутационного аппарата, отключающего питающий трансформатор.

Заявленная полезная модель иллюстрируется фиг.1.

На фиг.1 обозначены:

1 - питающий трансформатор;

2 - коммутационный аппарат ВЛ (высоковольтный выключатель, вакуумный выключатель и т.д.);

3 - воздушные провода высоковольтной линии;

4 - первичная высоковольтная обмотка трансформатора типа ТМ либо ТС, установленного в начале защищаемой линии;

5 - вторичная низковольтная обмотка трансформатора, установленного в начале защищаемой линии;

6 - активно-емкостной фильтр, установленный в начале защищаемой линии;

7 - активно-емкостной фильтр, установленный в конце защищаемой линии;

8 - первичная высоковольтная обмотка трансформатора типа ТМ либо ТС, установленного в конце защищаемой линии;

9 - вторичная низковольтная обмотка трансформатора,

установленного в конце защищаемой линии;

10 - искусственный заземлитель в начале линии;

11 - искусственный заземлитель в конце линии;

12 - пороговый элемент напряжения на фильтре в конце линии с заданной уставкой по напряжению нулевой последовательности;

13 - пороговый элемент времени с заданной уставкой по времени наличия напряжения нулевой последовательности определенной величины на фильтре в конце линии;

14 - коммутационный аппарат измерительного трансформатора в конце линии;

15 - пороговый элемент времени с заданной уставкой по времени отключения фильтра напряжения нулевой последовательности в конце линии;

16 - пороговый элемент напряжения на фильтре в начале линии с заданной уставкой по напряжению нулевой последовательности;

17 - логический блок

При обрыве изолированного воздушного провода (3) ВЛ, расположенного в зоне электромагнитного влияния, за счет рабочего напряжения питающего трансформатора (1) и установки в начале и конце линии двух активно-емкостных фильтров (6, 7), включенных в цепь заземления нулевой точки первичной обмотки (4, 8) трансформатора, вторичная обмотка (5, 9) которого соединяется в треугольник, через искусственный заземлитель (10, 11) и фильтр (6, 7) протекает ток нулевой последовательности.

Установлено, что при обрыве провода ВЛ напряжением свыше 1000 В падение напряжения нулевой последовательности на фильтре (7) существенно выше напряжения нулевой последовательности, обусловленного суммарным электромагнитным влиянием напряжения контактной сети и тока в проводах тяговой сети и ЛЭП.

При обрыве срабатывает пороговый элемент (12), фиксирующий уровень напряжения нулевой последовательности, и подает сигнал на пороговый элемент времени (13). Спустя заданное значение времени, превышающее время отключения режима короткого замыкания в тяговой сети, пороговый элемент времени замыкает выходной контакт и подает сигнал на отключение коммутационного аппарата измерительного трансформатора (14). Установлено, что уставка по времени порогового элемента не должна быть менее 1 с. Одновременно с подачей команды на отключение, пороговый элемент запускает второй пороговый элемент времени (15), который по истечении определенного времени выдает сигнал на включение фильтра напряжения нулевой последовательности.

Таким образом, пороговый элемент напряжения (16), измеряющий напряжение на фильтре в начале защищаемой линии, срабатывает и подает сигнал на логический блок (17) в течение времени, равного отрезку резкого возрастания величины напряжения, вызванного отключением фильтра в конце линии. При совпадении уставки и отрезка времени, в течение которого пороговый элемент (16) подает сигнал на логический блок, подается сигнал на отключение ВЛ коммутационным аппаратом (2).

В том случае, если напряжение нулевой последовательности превышает уставку порогового элемента за счет магнитного влияния токов в тяговой сети или ЛЭП при коротких замыканиях, срабатывает лишь пороговый элемент напряжения (12). Пороговый же элемент времени (13) запускается от сигнала порогового элемента напряжения, но не успевает выдать сигнал на своем выходе из-за кратковременности данных режимов (их длительность меньше заданной уставки времени). Сигнал на отключение ВЛ не поступит.

Предлагаемое устройство определения обрыва изолированных проводов воздушных линий напряжением свыше 1000 В при их расположении на опорах контактной сети переменного тока в зонах сближения с высоковольтными ЛЭП позволяет отстроиться от электромагнитного влияния как системы тягового электроснабжения, так и ЛЭП, обеспечить надежное отключение воздушных линий, провода которых изолированы.

Устройство надежно работает и при обрыве неизолированных проводов ВЛ при их падении на землю, когда переходное сопротивление провод-земля существенно выше активно-емкостного сопротивления фаз относительно земли, что имеет место в районах со скалистыми и вечномерзлыми грунтами.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания.

1. Устройство определения обрыва изолированных проводов воздушных линий напряжением свыше 1000 В при их расположении на опорах контактной сети переменного тока. Авторы: Косарев А.Б, Кузнецов Д.Г., Логинов С.В. Патент на полезную модель 2009108971/22, 30 марта 2009 г.- 2 с.(прототип)

2. Косарев А.Б., Косарев Б.И. Основы электромагнитной безопасности систем электроснабжения железнодорожного транспорта. - М.: Интекст, 2008. -480 с.

3. Серов В.И., Шуцкий В.И., Ягудаев Б.М. Методы и средства борьбы с замыканиями на землю в высоковольтных системах горных предприятий. - М.: Наука, 1985. - 136 с.

Устройство определения обрыва изолированных проводов воздушных линий напряжением свыше 1000 В при их расположении на опорах контактной сети переменного тока в зонах сближения с высоковольтными ЛЭП (линиями электропередачи), состоящее из питающего трехфазного трансформатора, вторичная высоковольтная обмотка которого через коммутационный аппарат подключена к воздушным изолированным проводам высоковольтной линии, в начале и конце которой подключены трансформаторы, вторичные обмотки которых соединены в треугольник, а первичные обмотки соединены в звезду, нулевые точки которых через активно-емкостные фильтры соединены с искусственными заземлителями, отличающееся тем, что в нем дополнительно параллельно фильтру напряжения нулевой последовательности в конце линии подключены пороговый элемент напряжения, выходные зажимы которого соединены со входными зажимами порогового элемента времени, выдающего сигнал на отключение коммутационного аппарата измерительного трансформатора и запускающего пороговый элемент времени включения фильтра; при этом в начале линии параллельно фильтру напряжения нулевой последовательности также подключен пороговый элемент напряжения, подающий сигнал на логический блок, замыкание выходных контактов которого приводит к отключению коммутационного аппарата высоковольтной линии электропередачи с изолированной нейтралью.