6 Разработка схем устройства контроля неполнофазных режимов в
электрической сети напряжением 0,38 кВ
Для повышения надежности электроснабжения и уровня электробезопасности в низковольтных электрических сетях контроль неполнофазного режима осуществляется по напряжению обратной последовательности, контролируемого за местом возникновения повреждения [38,41].
Особенности условий работы воздушных линий сельскохозяйственного назначения позволяют нам разработать следующие технические требования к защитным устройствам.
уставка срабатывания защиты определяется характером и режимом
работы присоединенной к сети нагрузки;
конструкция должна предусматривать возможность регулировки
уставки срабатывания;
уставка срабатывания должна иметь зависимую характеристику от
напряжения обратной последовательности, с регулировкой времени
срабатывания;
обладать высокой аппаратной надежностью;
защита должна изготавливаться в климатическом исполнении «У»,
температура окружающей среды –40 оС, +50оС, высота над уровнем моря не более 2000 м, верхнее значение относительной влажности воздуха 98 % при температуре +25оС, исполнение герметичное;
- иметь небольшую стоимость.
6.1 Разработка схемы реагирующего и исполнительного органа
устройства контроля неполнофазных режимов
Работа схемы устройства основана на контроле напряжения обратной последовательности в электрической сети и создания в ней искусственного короткого замыкания при возникновении неполнофазного режима [39].
Устройство состоит из реагирующего и исполнительного блоков, схемы которых приведены на рисунках 6.1.1 и 6.1.2 соответственно.
Реагирующий орган устройства выполнен в виде датчика несимметрии С1, R1-R5 на основе активно-емкостного фильтра напряжения обратной последовательности [24] и реагирующего элемента тиратронаL, реле К1, и заряднойR-CцепочкиR8,R9,C4.
Устройство работает следующим образом. При возникновении в контролируемой сети неполнофазного режима, на выходе датчика несимметрии С1, R1-R5 появляется напряжение, превышающее уставку срабатывания устройства [39].
Данное напряжение поступает в схему удвоения С2,С3. При этом конденсатор С4 заряжается до напряжения, при котором наступает пробой тиратрона Lи происходит разряд емкости С4 на обмотку электромагнитного
Рисунок 6.1.1 - Принципиальная электрическая схема реагирующего органа
устройства контроля неполнофазных режимов
Рисунок 6.1.2 - Принципиальная электрическая схема исполнительного
органа устройств контроля неполнофазных режимов
реле К1. Время заряда конденсатора С4и время срабатывания устройства определяется регулировкой потенциометра R9.
Контакты реле К1 заведены в цепь управления исполнительным блоком устройства.
Исполнительный орган устройства, схема которого представлена на рисунке 6.1.2 , содержит трехфазный выпрямительный блок VD1-VD3 и короткозамыкательQKс двумя рабочими обмотками. Первая основная обмотка К2Uпо напряжению и вторая дополнительная К2Iпо току.
Контакт реле К1- К1.1 замыкается при возникновении неполнофазного режима. При этом подается питание на обмотку К2U короткозамыкателяQK,
который включается и своими рабочими контактами создает искусственное двухфазное короткое замыкание, отключаемое головным автоматическим выключателем поврежденной линии электропередачи.
В виду того, что автоматические выключатели имеют разброс по току срабатывания электромагнитного расцепителя, а также тот факт, что при создании искусственного короткого замыкания в электрической сети происходит снижение напряжения до уровня, недостаточного для дальнейшего удерживания короткозамыкателя во включенном состоянии, в исполнительном блоке устройства применена дополнительная токовая обмотка К2I. Данная обмотка удерживает короткозамыкательQKво включенном состоянии током двухфазного короткого замыкания до момента срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя поврежденной воздушной линии.
Конструктивно дополнительная обмотка расположена поверх основной обмотки короткозамыкателя QKи выполнена проводом сеченияS.
Cхема устройства позволяет отстраиваться от любых кратковременных несимметричных режимов ( естественной несимметрии сети), путем регулирования времени заряда емкости С4 схемы рисунка 6.1.1.
6.2 Разработка схемы реагирующего органа повышенной
чувствительности устройства контроля неполнофзных режимов
Для повышения чувствительности реагирующего органа устройства предлагается схема, выполненная на базе операционного усилителя общепромышленного применения серии К553УД1А .
Электрическая схема исполнительного органа такого устройства приведена на рисунке 6.2.1.
В устройстве в качестве датчика неполнофазного режима применен фильтр напряжения обратной последовательности, на выходе которого напряжение обратной последовательности появляется при возникновении в
контролируемой сети неполнофазного режима. Изменение уровня этого напряжения описан в разделе 5.1.
В основу реагирующего органа положен компаратор А1, выполненный на операционном усилителе общего назначения, который позволяет добиться
высокой чувствительности устройства при его использовании в
Рисунок 6.2.1 - Принципиальная электрическая схема реагирующего органа
устройства контроля неполнофазных режимов в
электрической сети напряжением 0,38 кВ на базе
операционного усилителя общепромышленного
применения серии К553УД1А
электрических сетях с различным характером нагрузки, в том числе и в случае преобладания в ней электродвигательной [35 ].
К инвертирующему входу компаратора А1, рисунок 6.2.1, подключена цепочка R4, С2, определяющая выдержку времени срабатывания компаратора. СтабилитронVD5 ограничивает входное напряжение компаратора. СтабилитронVD6 предназначен для создания опорного напряжения при установке срабатывания компаратора, которое подается на неинвертирующий вход операционного усилителя. Величина уставки срабатывания устройства задается резисторомR7. Конденсатор С3 предназначен для замедления срабатывания компаратора А1 при наличии различных помех, поступающих из сети на вход реагирующего органа. Емкость С4 схемы - корректирующая емкость.
На выходе операционного усилителя через сопротивление нагрузки R8, диод VD7 и транзистор VT1 включено электромагнитное реле К, выполняющее роль входного реле исполнительного органа устройства.VD8 – защитный диод схемы реле К.
Питание реагирующего органа устройства осуществляется блоком из трансформаторов Т, выпрямителя VD11-VD16, сглаживающих фильтров С8, С5,С7,R10 иC6,R11, а также параметрических стабилитроновVD9 иVD10. Работа схемы обеспечивается напряжением±15 В при отклонении питающего напряжения сети 220 В±10%.
Работа схемы осуществляется в следующем порядке. При возникновении
в сети неполнофазного режима на выходе фильтра напряжения обратной последовательности R1,R2,R3,C1 появляется сигнал, определяемый состоянием нагрузки в сети. Сигнал через выпрямительный мостVD1-VD4 и цепочку замедленияR4, С2 поступает на инвертирующий вход компаратора А1. В случае превышения напряжения на инвертирующем входе компаратора уровня напряжения на неинвертирующем входе происходит его
срабатывание, в результате чего на выходе компаратора изменяется
полярность выходного напряжения, что в свою очередь приводит к открытию транзистора VT1 и срабатыванию реле К. Нормально разомкнутый контакт этого реле К1.1 включен в цепь питания основной катушки короткозамыкателя К2U(см.рисунок 6.1.2).
Дальнейшая работа устройства аналогична представленной выше.
С учетом предложенных схем реагирующих блоков устройства контроля неполнофазных режимов в электрической сети напряжением 0,38 кВ нами разработаны два варианта исполнения этих плат. Платы печатного монтажа устройства выполнены на одностороннем фольгированном гетинаксе, позволяющему выполнить сборку схемы на достаточно высоком технологическом уровне.
Схемы этих плат приведены на рисунках 6.2.2 и 6.2.3 соответственно.
Общий вид устройства контроля неполнофазных режимов в электрической сети напряжением 0,38 кВ представлен на рисунке 6.2.3
Рисунок 6.2.2 - Схема платы печатного монтажа реагирующего органа
устройства контроля неполнофазных режимов в
электрической сети напряжением 0,38 кВ (по рисунку 6.1.1)
Рисунок 6.2.3 - Схема платы печатного монтажа реагирующего органа
устройства контроля неполнофазных режимов в
электрической сети напряжением 0,38 кВ на базе
операционного усилителя общепромышленного применения
серии К553УД1А (по рисунку 6.2.1)
Рисунок 6.2.3 – Общий вид устройства контроля неполнофазных режимов в
электрической сети напряжением 0,38 кВ
Разработка схемы устройства контроля неполнофазных режимов
трансформаторной подстанции 10/0,4кВ
1
линия 0,38 кВ
1
линия 0,38 кВ
1
линия 0,38 кВ
2 3 4 4 4
Рисунок 6.3.1- Блок-схема устройства контроля неполнофазных режимов
трансформаторной подстанции напряжение 10/0,4 кВ
1- автоматический выключатель линии 0,38 кВ
2-реагирующий орган устройства
3-преобразовательный блок устройства
4-исполнительные элементы устройства
Работа схемы устройства основана на контроле напряжения обратной последовательности на шинах напряжения 0,4 кВ трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ при возникновении неполнофазного режима в точках а-всо стороны высокого напряжения 10 кВ.
Реагирующий орган устройства 1 [ 40 ] фиксирует появление напряжения обратной последовательности при неполнофазном режиме в точке а-в и запускает преобразовательный блок устройства. Преобразовательный блок устройства в соответствии с уставкой срабатывания, определяемой состоянием обобщенного узла нагрузки сельскохозяйственного объекта, и выдержкой времени приводит в действие исполнительные элементы 4 устройства, которые отключают автоматические выключатели линий напряжением 0,38 кВ.
Количество исполнительных элементов 4 устройство варьирует в зависимости от конкретных условий схемы ТП. При отключении линии устройством предусматривается индикация повреждения, позволяющая персоналу определить причину отключения автоматического выключателя.
В соответствии с предложенной блок-схемой устройство (рисунок 6.3.1) разработана принципиальная схема устройства контроля неполнофазных режимов трансформаторных подстанций напряжением 10/0,4 кВ, представленная на рисунке 6.3.2.
Работа устройства осуществляется в следующем порядке. При отсутствии контролируемого режима на выходе датчика R1,R2,R3,C1 присутствует сиг-
нал определяемый естественной несимметрией сети и параметрами датчика. Этот сигнал недостаточен для срабатывания операционного усилителя, поскольку этот сигнал не превышает уставки срабатывания блока (см. раздел 5.2).
При возникновении в контролируемой сети неполнофазного режима сигнал с датчика R1,R2,R3,C1 превышает уставку срабатывания устройства в результате чего на выходе 10 усилителя появляется напряжение достаточное для открытия транзистораVT, приводящее к срабатыванию реле К1. Контакт этого реле К1.1 включен в цепь управления реле отключения автоматических выключателей отходящих от подстанций линий электропередач напряжением 0,38 кВ. Реле отключения воздействует на механизм свободного расцепления автоматического выключателя, в результате чего происходит выключение последнего.
Питание схемы устройства осуществляется блоком питания С6-С8, R10-R12,VD8-VD19. Трансформатор Т1 обеспечивает согласование сигнала с датчикаR1,R2,R3,C1 и входом схемы усилителя.
Назначение и работа остальных элементов схемы представлена в разделе 6.2.
С учетом предложенной схемы устройства контроля неполнофазных режимов трансформаторной подстанции напряжением 10/0,4 кВ разработана схема платы печатного монтажа устройства. Плата печатного монтажа устройства выполнены на одностороннем фольгированном гетинаксе, позволяющему выполнить сборку схемы на достаточно высоком технологическом уровне. Общий вид устройства контроля неполнофазных режимов трансформаторной подстанции напряжением 10/0,4 кВ представлен на рисунке 6.3.3.
Рисунок 6.3.2 – Принципиальная электрическая схема устройства контроля