Фильтр тока нулевой последовательности на герконах для электроустановки с горизонтально расположенными токопроводами

(51) 02 3/08 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Предлагаемый фильтр тока нулевой последовательности на герконах для электроустановки с горизонтально расположенными токопроводами, отличается тем, что в его устройство дополнительно введены первая, вторая обмотки, намотанные на первый, второй герконы соответственно,регулировочный резистор,подключенный к первой обмотке, усилитель,подключенный ко второй обмотке, фазоповоротная схема, входами подключенная к выходам усилителя,а выходами, через регулировочный резистор - к первой обмотке, причем первый и второй герконы с первой, второй обмотками закреплены так, что центр тяжести первого совпадает с точкой с координатами , 1 (2/(3 и 1/2, а второго - с точкой с координатами , 2(2/(3, 23/2. При построении защит нулевой последовательности на основе предлагаемого фильтра технико-экономическая эффективность заключается в уменьшении материальных затрат,связанных с ремонтом электроустановки, за счет ее отключения на более раннем этапе развития повреждения, благодаря высокой чувствительности фильтра. (1 ил.)(72) Майшев Павел НиколаевичКлецель Марк ЯковлевичГорюнов Владимир НиколаевичТокомбаев Мират Тулегенович(73) Республиканское государственное казенное предприятие Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова Министерства образования и науки Республики Казахстан(56) Клецель М.Я., Мусин В.В., Выбор тока срабатывания максимальной токовой защиты без трансформаторов тока на герконах// Промышленная энергетика.,1990 г., 4, с. 32-36(54) ФИЛЬТР ТОКА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ НА ГЕРКОНАХ ДЛЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ С ГОРИЗОНТАЛЬНО РАСПОЛОЖЕННЫМИ ТОКОПРОВОДАМИ(57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты. Технический результат изобретения - повышение чувствительности фильтра тока нулевой последовательности при коротких замыканиях на землю в сетях с заземленной нейтралью. 20854 Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты. Известен фильтр тока нулевой последовательности, содержащий реле тока,подключенное к трансформаторам тока электроустановки,логическую часть,подключенную к реле тока, и исполнительный орган, подключенный к логической части (Федосеев А.М., Релейная защита электрических систем. - М. Энергия, 1976. - 560 с). Однако этот фильтр имеет существенный недостаток, так как он не может работать без трансформаторов тока и в ряде случаев не обладает достаточной чувствительностью к коротким замыканиям на землю. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство токовой защиты электроустановок на герконах, содержащее первый,второй геркон, логическую часть, подключенную к контактам первого геркона, исполнительный орган,подключенный к выходу логической части (Клецель М.Я., Мусин В.В. Выбор тока срабатывания максимальной токовой защиты без трансформаторов тока на герконах // Промышленная энергетика. 1990. -4. - . 32 - 36). Недостатком этого устройства является малая чувствительность к коротким замыканиям на землю в сетях с заземленной нейтралью. Технический результат изобретения - повышение чувствительности фильтра тока нулевой последовательности при коротких замыканиях на землю в сетях с заземленной нейтралью. Технический результат изобретения достигается тем, что в фильтр тока нулевой последовательности,содержащий первый, второй геркон, логическую часть, подключенную к контактам первого геркона,исполнительный орган, подключенный к выходу логической части, отличающийся тем, что в него дополнительно введены первая, вторая обмотки,намотанные на первый,второй герконы соответственно,регулировочный резистор,подключенный к первой обмотке, усилитель,подключенный ко второй обмотке, фазоповоротная схема, входами подключенная к выходам усилителя,а выходами, через регулировочный резистор - к первой обмотке, причем первый и второй герконы с первой, второй обмотками закреплены так, что центр тяжести первого совпадает с точкой с координатами , 1 (2/(3 и 1/2, а второго - с точкой с координатами , 2(2/(3, 23/2, где- расстояние в вертикальной плоскости от горизонтальной линии,проходящей через центры тяжести герконов до токопроводов, 1 (2) - угол между горизонтальной линией и продольной осью первого (второго) геркона, 1 (х 2) - расстояние от центра тяжести первого (второго) геркона до вертикальной линии,проходящей через центр токопровода фазы , расстояние между проводниками соседних фаз. На фиг. представлена схема фильтра тока нулевой последовательности. Фильтр содержит герконы 1 и 2 с нормально разомкнутыми контактами и обмотками 3 и 4,усилитель 5,фазоповоротную схему 6,регулировочный резистор 7, логическую часть 8,исполнительный орган 9. Усилитель 5 входами подключен к обмотке 4 геркона 2, а выходами - к входам фазоповоротной схемы 6, которая выходами,через регулировочный резистор 7, подключена к обмотке 3 геркона 1. Предлагаемый фильтр тока на герконах предназначен для решения задачи построения устройств релейных защит нулевой последовательности,которые в качестве измерительных преобразователей тока использует герконы. Для этого герконы 1 и 2 располагают в магнитном поле токопроводов 10, 11 и 12 фаз А, В и С соответственно. Их положение определяется расстояниемв вертикальной плоскости от горизонтальной линии 13, проходящей через центры тяжести герконов 1 и 2, до токопроводов 10, 11, 12 расстоянием х 1 (х 2) от центра тяжести геркона 1 (2) до вертикальной линии 14,проходящей через центр токопровода фазы А углом 1 (2) в вертикальной плоскости между линией 13 и продольной осью геркона 1 (2). Расстояние 1 (х 2) и угол 1 (2) выбираются так,чтобы на геркон 1 (2) действовало магнитное поле,созданное токами фаз А и В (В и С). Для реализации этого рассмотрим известное выражение индукции поля, действующего вдоль продольной оси геркона (Клецель М. Я., Мусин В. В. О построении на герконах защит высоковольтных установок без трансформаторов тока ПРВ 1230 / 2 ,где ВА, В и В- индукции магнитных полей в точке установки центра тяжести геркона 1,созданных токами фаз , В и С соответственно 1,2, 3 - углы между продольной осью геркона 1 и ВА,В и В соответственно 0 - магнитная проницаемость воздуха ,и- коэффициенты,полученные с помощью элементарной геометрии и закона Био-Савара-Лапласа для определения индукции магнитного поля, находятся по формулам Для того, чтобы геркон 1 выполнял функции реагирующего элемента фильтра токов нулевой последовательности вдоль его продольной оси должно действовать магнитное поле с индукцией 2 то для выполнения (3) необходимо чтобы поля, созданного токомвых в обмотке 3,полученным на выходе усилителя 5 при наличии фазоповоротной схемы 6 и регулировочного резистора 7, необходимых для регулированиявых Формула (5) получается из (1) при одновременном выполнении следующих условий 0,5 А действующего вдоль продольной оси геркона 1,созданного поля, действующего вдоль продольной оси геркона фазе должна быть равна индукции В Формула (8) получена из (1) при одновременном выполнении следующих условий 0,5 С Для того,чтобы значения индукций,определяемые по формулам (6) и (8), были равны,необходимо, чтобы выполнялось равенство Г Г С 2 А 1 Для нахождения координат геркона 1 будем рассматривать (7) как совместные уравнения с неизвестными Аналогично для геркона 2 решая (9) изА 0 по (2) получаем 2 -2 2 Ш 4/4(Ш 4 - внешний диаметр обмотки 4) поперечного сечения обмотки 4 геркона 2, то есть е 44 обмотке 4 геркона 2 электродвижущую силу взаимоиндукции, мгновенное значение которой определяется по формуле 4 ПР (90 ) , взятой из (Буртаев Ю. В.,Овсянников П.Н. Теоретические основы электротехники. - М. Энергоатомиздат, 1984. - 552 с Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. - М. Высш. школа, 1973. - 752 с),где - частота промышленного тока, 4 - количество витков обмотки 4 геркона 2. Ее действующее значение определится как Г 2 где- сопротивление выходной цепи усилителя 5, состоит из сопротивлений ОБМ 3 обмотки 3 геркона 1, ПРОВ - соединительных проводов, и 7 - регулировочного резистора 7. При этом токвых, фаза которого может регулироваться параметрами фазоповоротной схемы 6, а амплитуда - изменением сопротивления резистора 7 (плавно) и - коэффициентом Ку усиления усилителя 5 (грубо), должен создать магнитное поле в центре на оси обмотки 3 с индукцией В ОБМ , определяемой по формуле (6) ПР(Зайчик М. Ю. Сборник задач и упражнений по теоретической электротехнике. - М Энергия, 1973. 448 с), то есть где 3 - длина каркаса обмотки 3 геркона 1 СР.3 средний диаметр обмотки 3 3 -количество витков обмотки 3 геркона 1. Обмотки 3 и 4 можно намотать непосредственно на герконы 1 и 2, либо использовать обмотки круглого сечения от стандартных реле. В последнем случае внутренний диаметр обмоток 3 и 4 должен быть немного больше диаметра баллонов герконов 1 и 2, чтобы можно КУпр большего стандартного коэффициента Ку усиления по напряжению. Из формулы (16) следует, что Ку усилителя 5 зависит только от параметров обмоток 3 и 4. Выбрав усилитель по Ку, необходимо найти значение активного сопротивления вых выходной цепи усилителя 5 с учетом сопротивления 7 регулировочного резистора 7 с помощью найденного по (15) значения ВЫХ. Это можно сделать по формуле вых Е 4 Ку/вых разницу по фазеВЫХ иВЬ 1 Х, рассчитанных по формулам (14) при отсутствии фазоповоротной схемы и (15), то есть ФПС Если расчет выполнен правильно, то в (20) Кпр должен быть равен единице. Тогда индукция ВПР магнитного поля, действующего вдоль продольной оси геркона 1,будет равняться 4 было закрепить герконы внутри обмоток, а 13 и 4 обмоток примерно равны длинам баллонов герконов 1 и 2. Из приведенных равенств (13), (14), (15), при условии отсутствия регулировочного резистора 7,следует, что предварительно коэффициент Ку усиления можно вычислить по формуле сам геркон станет выполнять функции реагирующего элемента фильтра нулевой последовательности. Фильтр работает следующим образом. В нормальном режиме работы электроустановки токи нулевой последовательности отсутствуют, и на геркон 1 действует магнитное поле с индукцией ВНБ(напряженностью ННБ) небаланса,которое обусловлено неточностью установки герконов 1 и 2 в рассчитанные координаты и допустимой несимметрией системы токов А, В и С,протекающих по токопроводам. Чтобы геркон 1 не срабатывал в нормальном режиме,его Г 1 напряженность Н СР срабатывания должна быть Г 1 больше напряженности небаланса, то естьСР КОТСННБ, где КОТС - коэффициент отстройки КОТС 1,2. При коротком замыкании на землю по токопроводам электроустановки протекают токи нулевой последовательности. При этом напряженность срабатывания геркона 1 оказывается меньше напряженности воздействующего на него магнитного поля, созданного токами нулевой последовательности, и геркон срабатывает замыкая контакты и подавая сигнал через логическую часть 8 на исполнительный орган 9. Таким образом, сигнал на выходе предлагаемого фильтра появится только при повреждениях электроустановки,сопровождающихся токами нулевой последовательности. При построении защит нулевой последовательности на основе предлагаемого 20854 фильтра технико-экономическая эффективность заключается в уменьшении материальных затрат,связанных с ремонтом электроустановки, за счет ее отключения на более раннем этапе развития повреждения, благодаря высокой чувствительности фильтра. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Фильтр тока нулевой последовательности,содержащий первый, второй геркон, логическую часть, подключенную к контактам первого геркона,исполнительный орган, подключенный к выходу логической части, отличающийся тем, что в его устройство дополнительно введены первая, вторая обмотки, намотанные на первый, второй герконы соответственно,регулировочный резистор,подключенный к первой обмотке, усилитель, под ключенный ко второй обмотке, фазоповоротная схема, входами подключенная к выходам усилителя,а выходами, через регулировочный резистор - к обмотке первого геркона, причем первый и второй герконы с первой, второй обмотками закреплены так, что центр тяжести первого совпадает с точкой с координатами , 1(2/(3 и 1/2, а второго - с точкой с координатами , 2(2/(3, 23/2, где- расстояние в вертикальной плоскости от горизонтальной линии,проходящей через центры тяжести герконов до токопроводов, 1 (2) - угол между горизонтальной линией и продольной осью первого (второго) геркона, х 1(х 2) - расстояние от центра тяжести первого (второго) геркона до вертикальной линии,проходящей через центр токопровода фазы , расстояние между проводниками соседних фаз.