высоковольтная электрическая сеть с малыми токами замыкания на землю

Формула изобретения

1. ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СЕТЬ С МАЛЫМИ ТОКАМИ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ, содержащая нелинейные ограничители перенапряжений, электродвигатели, подключенные к сборным шинам через коммутационные аппараты, имеющие пофазный разброс при размыкании дугогасительных контактов, и устройства релейной защиты от замыкания на землю, обеспечивающие отключение однофазного замыкания за время, достаточное для срабатывания защит и выключателей, отличающаяся тем, что коммутационные аппараты выполнены в виде трехфазных вакуумных выключателей параллельно по крайней мере одной из фаз которых включен высоконелинейный резистор, например, нелинейный ограничитель перенапряжений (ОПН), допускающий воздействие линейного напряжения сети в течение времени, достаточного для отключения однофазного замыкания.

2. Сеть по п.1, отличающаяся тем, что ОПН установлен параллельно фазе выключателя, которая отключается первой.

3. Сеть по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что установлены два дополнительных ограничителя напряжений с защитным уровнем 1,7 1,8 от максимального значения линейного напряжения сети, которые подключены со стороны электродвигателя между фазой выключателя, зашунтированной высоконелинейным резистором, и фазами выключателя, не шунтированными резисторами.

4. Сеть по п. 1, отличающаяся тем, что фазы вакуумных выключателей, шунтированные высоконелинейными резисторами, подключены к одной и той же фазе сборных шин.

5. Сеть по пп. 1 3, отличающаяся тем, что ограничители смонтированы вместе с вакуумным выключателем на выкатной части ячейки комплектного распределительного устройства, причем ОПН, шунтирующий выключатель, установлен в средней фазе, а дополнительные ОПН установлены между средней и крайними фазами выключателя со стороны нагрузки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, может быть использовано в электрических сетях напряжением 3-35 кВ.

Известно устройство в сети с изолированной нейтралью, содержащее трехфазный выключатель, параллельно одной фазе которого установлено линейное сопротивление, и устройство автоматики, осуществляющее пофазную работу выключателя [1]

Недостатками указанного устройства являются длительная работа сети в режиме однофазного замыкания на землю при замыкании в фазе, шунтированной линейным резистором, и значительные потери энергии в резисторе в этом режиме.

Известна электрическая сеть с заземленной нейтралью, в которой выключатели в трех фазах шунтированы разрядниками [2]

Недостатком такого технического решения является необходимость использования дополнительных выключателей, шунтирующих часть рабочего сопротивления разрядников при отключении выключателя в режиме асинхронного хода.

Наиболее близкой к изобретению является электрическая сеть с малым током замыкания на землю, содержащая нелинейные ограничители перенапряжений, электродвигатели, подключенные к сборным шинам через коммутационные аппараты, и устройства релейной защиты от замыкания на землю, действующие на отключение поврежденного присоединения [3]

Недостатком такого технического решения является высокий уровень перенапряжений при коммутации индуктивных токов, особенно при использовании вакуумных выключателей, и, как следствие, низкая надежность работы сети.

Целью изобретения является повышение надежности работы сети за счет снижения перенапряжений при работе вакуумных выключателей.

Цель достигается тем, что в высоковольтной сети с малыми токами замыкания на землю, содержащей нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН), электродвигатели, подключенные к сборным шинам через коммутационные аппараты, имеющие пофазный разброс при размыкании дугогасительных контактов, и устройства релейной защиты от замыкания на землю, обеспечивающие отключение однофазного замыкания за время, достаточное для срабатывания защит и выключателей, коммутационные аппараты сети выполнены в виде трехфазных вакуумных выключателей, параллельно по крайней мере одной из фаз которых включен высоконелинейный резистор, например ОПН, допускающий воздействие линейного напряжения сети в течение времени, достаточного для отключения однофазного замыкания.

ОПН может быть установлен параллельно фазе выключателя, которая отключается первой, а также могут быть установлены два дополнительных ОПН, которые подключены со стороны электродвигателя между фазами выключателя, не шунтированными резисторами, и шунтированной фазой с защитным уровнем 1,7-1,8 от максимального значения линейного напряжения сети.

Все выключатели могут быть шунтированы резисторами в одной и той же фазе, и, кроме того, ОПН могут быть смонтированы вместе с вакуумным выключателем на выкатной части ячейки КРУ, причем ОПН, шунтирующий выключатель, установлен в средней фазе, а дополнительные ОПН установлены между средней и крайними фазами выключателя со стороны нагрузки.

Выявленная совокупность существенных отличительных признаков, обеспечивающих снижение перенапряжений при работе вакуумных выключателей и повышение надежности работы сети, свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию "положительный эффект".

Проведенный патентный поиск не выявил заявленную совокупность признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию "новизна".

Кроме того, анализ заявленного технического решения на соответствие критерию "существенные отличия" показал, что в патентной и научно-технической литературе указанная совокупность признаков не обнаружена, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена принципиальная схема сети с малым током замыкания на землю.

На чертеже представлены сборные шины 1 сети, устройства 2 релейной защиты от замыкания на землю, трехфазный электродвигатель 3, подключенный к сборным шинам 1 через вакуумные выключатели 4, 5, 6, установленные в каждой фазе, ОПН 7, включенный параллельно выключателю 5, а также дополнительные ОПН 8, установленные между выводами выключателя 5 и выключателей 4 и 6 со стороны двигателя 3 соответственно.

Устройство, представленное на чертеже, работает следующим образом.

При отключении двигателя 3 вакуумным выключателем 5 возникает срез тока, что приводит к возникновению перенапряжений в цепи электродвигателя и на контактах выключателя 5. Если уровень перенапряжений превышает электрическую прочность межконтактного промежутка вакуумного выключателя, то происходит повторный пробой, который вызывает появление перенапряжений, воздействующих на изоляцию двигателя 3. Уровень этих перенапряжений зависит от амплитуды напряжения на контактах выключателя в момент повторного пробоя, т.е. от защитного уровня ОПН 7. Чем ниже защитный уровень ОПН, тем лучше степень защиты. Исследования показали, что наибольшие перенапряжения возникают на первой отключаемой фазе выключателя, поэтому ОПН следует устанавливать на той фазе, которая отключается первой. Отключение тока второй фазой выключателя не приводит к высоким перенапряжениям, так как переходный электромагнитный процесс в цепи электродвигателя 3 в значительной степени демпфирован действием ОПН 7, вводимого последовательно. В нормальном режиме ОПН 7 должен длительно без повреждений выдерживать фазное напряжение сети, что позволяет выполнить ОПН 7 с уровнем защиты 1,7-1,8 U_ф, однако при возникновении однофазного замыкания на сборных шинах 1 или в сети при отключенных выключателях 4, 5 и 6 к ОПН может быть приложено линейное напряжение. Поэтому для уменьшения времени воздействия на ОПН 7 повышенного напряжения и обеспечения эффективного ограничения перенапряжений при операциях вакуумными выключателями 4, 5 и 6 релейная защита 2 выявляет и ликвидирует режим однофазного замыкания за время примерно 1-2 с, что позволяет ограничить перенапряжения фаза земля, воздействующие на электродвигатель до уровня 2,7-2,8 U_ф и до 1,8 U_ф на продольную изоляцию. Учитывая, что ОПН 7 работает в тяжелых условиях, возможен его тепловой пробой, например, в режимах отключения заторможенного двигателя при замыкании на землю в цепи. Учитывая, что в сети с изолированной нейтралью для прерывания тока в цепи достаточно отключения двух фаз выключателя, разрушение ОПН не ведет к распространению аварии. При этом поврежденный аппарат может быть легко заменен. Для уменьшения токовых воздействий на ОПН 7 и для снижения перенапряжений при включенных, между выключателем 5 и выключателями 4 и 6 установлены ОПН 8, которые работают следующим образом. При включении или повторном пробое выключателя 5 ОПН зашунтирован. При последующем включении выключателей 4 и 6 возникающие перенапряжения ограничиваются действием ОПН 8, уровень защиты которого составляет 1,7-1,8 U_л.

Таким образом, новым и существенным по сравнению с прототипом является глубокое ограничение перенапряжений при коммутации индуктивных токов, особенно при использовании вакуумных выключателей.

Предложенное техническое решение найдет применение в электрических сетях 3-35 кВ с малыми токами замыкания на землю с целью повышения надежности работы сети за счет снижения перенапряжений при работе вакуумных выключателей.