Устройство для защиты электроустановки от неправильного чередования фаз и асимметрии фазных напряжений

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ОТ НЕПРАВИЛЬНОГО ЧЕРЕДОВАНИЯ ФАЗ И АСИММЕТРИИ ФАЗНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ , содержащее фильтр, подклк че| ный к фазам электрической сети и установленный в фазе измерительный преобразователь сетевого параметра, связанные через элемент сравнения с исполнительным органом, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности защиты от асиглметрии напряжений, в него дололнительно введен анализатор знака, включенный между элементом сравнения и исполнительным элементом , а измерительный преобразователь сетевого napaMetpa выполнен в виде преобразователя трехфазного напряжения в ток, состоящего из катодной группы диодов, фильтр выполнен в виде комбинированного фильтра нулевой и обратной последовательностей фаз из трех одинаковых е--цепей , состоящих из последовательно соединенных конденсатора,первого и второго резисторов с отнесением сопротивлений в цепи Л : 1 : 2 и соединенных в треугольник, при этом (Л вершины треугольника служат входами фильтра, а к точкам соединения i резисторов каждой цепи присоединены катоды анодной группы диодов, аноды которых служат выходом фильтра, элемент сравнения выполнен на конденсаторе , соединенном с нулевой шиной . а г о ел a

1 (1Ю (11) COIO3 С08ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3159 Н 02 Н 7 09 Н 02 Н 3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ; ( (Н АВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3249697/24-07 (22) 19.02.81 (46) 23.01.84. Вюл. 9 3 (72) В.Г.Петько (71) Оренбургский ордена Трудового

Красного Знамени сельскохозяйственный институт (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 668951, кл. Н 02 Н 7/09, 30.09.79.

2. Федосеев A.М. Релейная защита электрических систем. М., "Энергия", 1976, с. 277.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 890514, кл.. Н 02 Н 3/24, 15.12.81 (прототип).. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ OT НЕПРАВИЛЬНОГО ЧЕРЕДОВАНИЯ ФАЗ И АСИММЕТРИИ ФАЗНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ, содержащее фильтр, подключенный к фазам электрической сети и установленный в фазе измерительный преобразователь сетевого параметра, связанные через элемент сравнения с исполнительным органом, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности защиты от асимметрии напряжений, в него дополнительно введен анализатор знака, включенный между элементом сравнения и исполнительным элементом, а измерительный преобразователь сетевого параметра выполнен в виде преобразователя трехфазного напряжения в ток, состоящего из катодной группы диодов, фильтр выполнен в виде комбинированного фильтра нулевой и обратной последовательностей фаз из трех одинаковых Ф&-цепей, состоящих из последовательно соединенных конденсатора, первого и второго резисторов с отношением сопротивлений в цепи 13 : 1 : 2 и соединенных в треугольник, при этом вершины треугольника служат входами фильтра, а к точкам соединения резисторов каждой цепи присоединены катоды анодной группы диодов, аноды которых служат выходом фильтра, Ъ. элемент сравнения выполнен на конденсаторе, соединенном с нулевой шиной.

1069056

Изобретение отнссится к электротехнике, в частности к устройствам защиты, и может быть использовано для защиты различных трехфазных электроустановок от неправильного чередования фаз и асимметрии фазных напряжений.

Известны устройства для защиты трехфаэных электроустановок от неправильного чередования фаз и асимметрии фаэных напряжений, выполненные в виде комбинированного %С-фильтра напряжений прямой, нулевой и обратной последовательностей фаэ с электромагнитным реле на выходе 1) .

Однако эти устройства имеют низкув чувствительность и надежность защиты, .так как на выходе фильтра даже при отсутствии асимметрии имеется остаточное напряжение, пропорциональное ивпряжению прямой последовательностн и являющееся в данном случае помехой для выходного сигнала. Кроме того, напряжение на выходе фильтра пропорционально векторной сумме составляющих напряжения прямой, нулевой и обратной последовательностей фаз, а поэтому для одной и той же степени аеимметрии напряжения сети оно может изменяться от нуля до суммы модулей векторов напряжений прямой, нулевой и обрат. ной последовательностей в зависимости от их линейного и фазового сосоотношений.

Известно также устройство защиты в виде фильтра напряжений обратной последовательности фаэ, к выходу которого подключено реле 523, Недостатками устройства являются низкая чувствительность к асимметрии,напряжений, вызванной, например, обрывом фазы у работающего электродвигателя, и нулевая чуствительность к асимметричным режимам электрической сети, вызванным смещением нейтрали источника питания и потреби-, 45 теля или обрывом двух фаз, так как в этих случаях асимметрия создается за счет составляющей напряжения нулевой последовательности, на которую устройство не реагирует. 50

Общим недостатком названных устройств ° является также и то, что в качестве порогового и исполнительного органа этих устройств применяется электромагнитное реле — элемент 55 с большим разбросом порогов срабатывания и низкой надежностью, снижающими чувствительность и надежность защиты в целом.

В этих устройствах защиты порог 60 .срабатывания ввиду конструктивных оссФеиностей задается по абсолютной величине асимметричных составляющих, в то время как допустимое значение асимметрии задается по от- 65 носительной ее величине к уровню контролируемого напряжения. Это сни-. жает чувствительность и надежность защиты в условиях колебания уровня напряжения и не позволяет испольэовать одно и то же устройство для защиты потребителей в сетях с различным номинальным значением напряжения без перестройки.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для защиты электроустановки, содержащее включенный в одну из фаз измерительный преобразователь сетевого параметра, связанный через интегратор и элемент сравнения с исполнительным органом, с которым через этот же элемент сравнения соединен фильтр напряжения обратной последовательности фаз, подключенный к фазам электрической се., ти 33.

Известное устройство за счет совместного действия сигналов Фильтра и преобразователя тока имеет более высокую чувствительность к асимметричному режиму электрической сети за исключением случая, когда асимметрия вызвана обрывом той фазы, на ток которой подключен измерительный преобразователь тока,. Кроме того, устройство совершенно не реагирует на асимметрию напряжений,„ вызванную появчением составляющей напряжения нулевой последовательности фаз и не приводящую к повышению тока. в фазе, связанной с преобразователем тока.

Такая асимметрия возможна при смещении нейтралей источника питания и потребителя или при обрыве двух фаз, одной из которых является Фаза, связанная с измерительным преобразователем тока. Не обеспечивает устройство и отключение нагрузки по допустимому относительному уровню асимметрии контролируемого фазного напряжения.

Целью изобретения является повышение чувствительности и надежности защиты от асимметрии напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее фильтр, подключенный к фазам электрической сети, н установленный в фазе измерительный преобразователь сетевого параметра, связанные через элемент сравнения с исполнительным органом, дополнительно введен анализатор знака, включенный между элементом сравнения и исполнительным элементом, а измерительный преобразователь сетево-о параметра выполнен в виде преобразователя трехфазного напряжения в ток, состоящего из катодной группы диодов, Фильтр выполнен в виде комбинированного фильтра нулевой и обратной последо1069056 нательностей фаз из трех одинаковых С-цепей, состоящих из последовательно соединенных конденсатора, первого и в=орого резисторов с отношением сопротивлении в цепи (3 : 1 : 2 и соединенных в треугольник, при этом нершины треугольника служат входами фильтра, а к точкам соединения резисторов каждой цепи присоединены катоды анодной группы диодов, аноды, которых служат выходом фильтра, элемент сравнения выполнен на конденсаторе, соединенном с нулевой шиной.

На чертеже изображена схема устройства для защиты электроустановки 15 от неправильного чередования фаз и асимметрии фазных .напряжений, Устройство содержит фильтр 1 напряжений нулевой и обратной последовательностей фаз и измерительный gQ преобразователь 2 фазных напряжений в ток, подключенные входами к фазам электрической сети, а выходами — к входу сумматора 3, соединенного с входом анализатора 4 знака, связанного с управляющим входом исполнительного органа 5.

При этом фильтр 1 напряжений ну,левой и обратной последовательностей фаз состоит иэ трех одинаковых КС-це-ЗО пей 6-8 и трехфазного выпрямителя 9, прецставленного анодной группой диодов 10-12, соединенных анодами с выходом фильтра. Каждая RC-цепь, например цепь б, состоит из последователь >5 но соединенных конденсатора 13, резистора 14 и резистора 15, причем, если

Я ., =1, то Х = ГЗР, а Я =29. Цепи присоединены по схеме "треугольник" к входам фильтра, а точки соединения резисторов каждой цепи связаны с катодами диодов 10-12.

Измерительный преобразователь 2 фазных напряжений в ток выполнен на катодной группе диодов 16-18 трехфазного выпрямителя, соединенных анодами через резисторы 19-21 с входами преобразователя, а катодами через резистор 22. с выходом.

Элемент 3 сравнения выполнен на конденсаторе 23, присоединенном одним выводом к нулевой шине, при этом другой вывод конденсатора является входом элемента сравнения.

Анализатором знака при конкретном 55 выполнении устройства может служить, например, транзисторный усилитель 24 постоянного тока с инверсным выходом и с диодом 25 для разгрузки входа от сигнала обратной полярности, обес-Qp печивающий достаточное усиление входного сигнала для срабатывания исполнительного органа — реле, контактора, магнитного или тиристорного пускателя. 65

Для разгрузки диодов от обратных напряжений группы диодов Фильтра 1 и преобразователя 2 могут быть дополнены группами диодов протинопопожной полярности с присоединением общих выводов дополнительных групп к нулевой шине.

Указанное выполнение фильтра напряжений и всего устройства н целом позволяет получить на выходе фильтра сигнал в виде тока, пропорционального модулям составляющих напряжения, как нулевой, так и обратной последовательностей фаз, заведомо больший по величине сигнала, который возникает на выходе фильтра только от одной иэ составляющих, и произвести сравнение полученного тока с током, пропорциональным сумме модулей фазных напряжений.

В результате сравнения формируется сигнал на отключение электроустанонки по допустимой относительной величине составляющих напряжения нулевой и обратной последовательностей фаз к уровню контролируемых фазных напряжений. Все это в совокупности повьпаает чувствительность и надежность защиты электроустановки от асимметрии фазных напряжений независимо от характера ее возникновения и независимо от имеющегося на практике общего изменения уровня фазных напряжений контролируемой сети.

RC-цепи 6-8 служат для выдачи сигналов тока, пропорциональных векторной сумме составляющих напряжений нулевой и обратной последовательностей фаз. Диоды 10-12 выпрямляют эти токи и в* дают на выход фильт ра 1 суммарный ток, величина которого уже не зависит от углоного соотношения векторов напряжений нулевой и обратной последовательностей фаз и пропорциональна сумме их модулей. Измерительный преобразователь 2 служит для преобразования суммы модулей фаз ных напряжений н пропорциональный ей ток. Сумматор 3 производит суьпмирование разнонаправленных выходных токов измерительного преобразователя и фильтра, и н зависимости о их соотношения изменяет знак выходного напряжения.

Анализатор знака при изменении знака выходного напряжения сумматора. выдает сигнал на исполнительный орган, который включает или отключает электроустановку.

Устройство работает следующим образом.

На выходы фильтра 1 и преобразователя 2 подается трехфазная, в общем случае несимметричная система напряжений Uä, U,, ц,,которая,,как известно, может быть разложена на "

1069056 симмеч ричные составляющие напряже- ний прямой 4, обратной О и нулевой

0, последовательностей фаз

U<- U.„О, О,, 4 = О + с U + 0(, О -" о О + о 3а+ о, I е где а — фаэовращающий оператор, рав1,;43 ный — т

При умножении на а любого вектора сохраняется его длина, но происходит поворот против часовой стрелки на 120, откуда следует, что

QP =1, t5

В рабочем режиме потенциал входа

""умматора близок к нулю. Поэтому если бы диоды 10-12 были зашунтиро-, ваны, через шунтирующие перемычки протекали бы следующие токи 2О . 48 Од 4-а.

2 -ф 1М

0, ов <-Ы «=я -,-ак аи (u.- М4 д

Ua Ue 4а0

Ът= — i — — = — — (О -Uð)

M Ру®Р 2k

Поскольку в устройстве установлены не перемычки, а диоды, через них проходят средние значения этих ЗО токов, с умма которых, поступающая на элемент сравнения, .практически не зависит от Фазового соотношения вектороa U QZ, так как вектора

U и - g> суммируются, как следует 35

Из уравнений j2), в различной фаэовой комбинации.

С выхода преобразователя 2 через резистор 22 на вход элемента . сравнения поступает положительный ЛЯ ток, пропорциональный суммарному уровню фазных напряжений сети. Коэффициент пропорциональности, зависящий от сопротивлений резисторов

19-22, выбирается таким, чтобы при заданном допустимом значении симметричных составляющих напряжения нулевой и обратной последовательностей фаэ по отношению к суммарному уровню фаэных напряжений положительный ток преобразователя 2 был бы равен отрицательному току фильтра 1.

При этом, если уровень составляющих напряжения обратной и (или) нуле вой последовательностей фаз ниже допустимого, разность токов преобразователя и фильтра положительна, конденсатор 23 заряжен положительно,на входе анализатора 4 знака напряжение также положительно, которое не поступает через встречно включенный диод 25 на вход инверсного усилителя 24. На выходе усиЛителя в этом случае высокий уровень сигнала, под действием которого исполнительный орган 5 соединяет электроустановку с сетью.

Если уровень составляющих напряжения нулевой и Г(или) обратной последовательностей фаз станет больше допустимого„ что может произойти при смене порядка следования фаз (U больше допустимого, обрыве одной из фаз ((Ио и И больше допус:имых. значений), обрыве двух фаз . Ц больше допустимого значения ) или при неравномерной нагрузке по фазам (сумма U и U больше допусти мого значения „. отрицательный ток фильтра станет больше положительного ток- преобразователя, конденсатор 23 зарядится отрицательно по отношению к нулевой шинс и через диод

25 на вход инверсного усилителя 24 поступит сигнал, в результате чего на его выходе установится нулевой уровень сигнала и исполнительный орган произведет отключение электроустановки.

Таким образом, предлагаемое устройство защиты позволяет защитить нагруэ <у от неправильного чередования фаэ и несимметрии фазных напряжений нулевой и обратной составляющих трехфазной сети, а также позволяст управлять исполнительным органом при использовании других видов защиты, если вместо диода 2. i применять многовходовую схему ИЛИ.

Применение предлагаемого устройства защиты трехфазной нагрузки от неправильного чередования фаз и несимметрии фазных напряжений.по сравнению с известным позволяет повысить чувствительность с 0,45 до 0,.93 и надежность.

1069056

Составитель Л.Корнеева

Редактор Т.Кугрьюева Техред А.Бабинец Корректор М. Демчик

Заказ 11483/51 Тираж 618 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. /5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4