Способ защиты от замыканий на землю проводов электрической сети переменного тока и устройство для его осуществления
1, Способ защиты от замыканий на землю проводов электрической сети переменного тока, основанный на выделении моментов прохождения тока провода через нулевые значения, измерении и сравнении между собой величин , характеризующих предшествующую и текущую полуволны тока, и формировании отключающего сигнала при неравенстве этих величин, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности защиты при соизмеримости тока нагрузки и тока замыкания, на землю, в качестве измеряемых величин используют длительность указанных полуволн. 2. Устройство защиты от замыканий . на землю проводов электрической сети переменного тока, содержащее последовательно соединенные датчик тока в проводе и формирователь, два работающих в противофазе блока сравнения, первые входы которых соединены, с выходами соответствующих узлов счМтывания, выходы с входом реагирующего органа, а также блок выработки сигнала сброса, отличающеес я тем, что, с целью повышения надекности защиты при coиз epимocти тока нагрузки и тока замыкания на землю, блоки сравнения выполнены на основе двоично-десятичных реверсивных счетчиков, а формирователь выполнен в виде формирователя прямоугольного импульса, и в устройство введены управляемый распределитель сигнала сброса, а также генератор тактоБъск импульсов, подключенный к первым входам вновь введенных первогс. и второго логических элементов 2И-НЕу вторые входы которых соединены соот ветственно с прямым и инверсным выходами формирователя, а также с соответствующими входами управляемо1о распределителя сиг1-;ала сброса и вхо дами узлов считывания второго и первого блоков сравнения, выход первого элемента 2И--НЕ подключен к второму входу первого и третьему входу второго блоков сравнения, выход второго элемента - к третьему входу . первого и второму входу второго блоков сравнения, при этом первый и, второй входы блока выработки сигнала сброса соединены с выходами узлов считьгеання соответствующих блоков сравнения, а выход - с третьим входом
СО(Оа СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) А
З(5П Н02Н3 16
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:
Н ABTGPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2l) 3499152/24-07 (22) 16.07.82 (46) 07.05.84. Бюл. ¹17 (72) Б.И.Косарев, А.В.Симаков, С.П.Власов и Г.Н.Косолапов (7!) Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров железнодорожного транспорта. (53) 621.316.925 (088.8) (56) 1. Фигурнов Е.П. Релейная защита устройств электроснабжения железных дорог. М., "Транспорт", 1981, с. 215.
2. Фигурнов Е.П. Защита электротяговых сетей переменного тока от коротких замыканий. N., "Транспорт", 1979, с. 160.
3. Авторское свидетельство СССР
¹ 333377887766, кл. Н 02 Н 3/10, 1969. (54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАН1Й IA
ЗЕМНО ПРОВОДОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ
ЕГО ОСУ111ЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ защиты от замыканий на землю проводов электрической сети переменного тока, основанный на выделении моментов прохождения тока провода через нулевые значения, измерении и сравнении между собой величин, характеризующих предшествующую и текущую полуволны тока, и формировании отключающего сигнала при неравенстве этих величин, о т л и ч а ю шийся тем, чта, с целью повышения надежности защиты при соизмеримости тока нагрузки и тока замыкания на земл»о, в качестве измеряемь»х величин используют длительность указанных полуволн.
2. Устройство защиты от замыканий на землю проводав э »ектрической сети переменного тока, содержащее последовательно соединенные датчик тока в проводе и формирователь, два работающих в противофазе блока сравнения, первые входы которых соединены1с вы-. ходами соответствующих узлов счт»ть вания, выходы — с входом реагирующего органа, а также блок выработки сигнала сброса, а т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности защиты при соизмеримости тока нагрузки и тока замыкания на земл1о, блоки сравнения выполнены на основе двоична-десятичных реверсивпых счетчиков, а формирователь выполнен в виде формирователя прямоугольного импульса, и в устройство введены управляемый распределитель сиг-="à»»à сброса, а -.акже генератор тактогых импульсов, подк»тю-»енный к первым входам внсвь введенных первого и второго логических элементов 2И-НГ,, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выхо" дами формирователя, а также с соответствующими входами управляемого распределителя сигнала сброса н входами узлов считывания втсрого и первого блоков сравнения, выход первого элемента 2И-НЕ подключен к второму входу первого и третьему входу второго блоков сравнения, выход второго
I элемента 2H-HE — к третьему входу, первого и второму входу второго блоков сравнения, при этом первый и . второй входы блока выработки сигнала сброса соединены с выходами узлов считывания соответствующих блоков сравнения, а выход — с третьим входОм
1ОЗ1271 словленного эамыка1ьнсм на землю право да системы IIIP, приводит к тому, что перестают бь1ть равными амплитудь1 следующих друг за другом полупериодов тока ° Известное устройство сравнивает амплигуды предшествующего и текущего полупериодов периодически изменяющейся величины, Однако явление разницы амплитуд полуволн тока системы ДПР также не- 10 возможно использовать для защитного отключения в условиях соизмеримых по величине токов нагрузки и замыкания провода на землю. Кроме того, при постоянной времени свободной составля- 15 ющей тока менее одной третьей времени иолупериода принужденной составляющей амплитудные значения тока предшествующего и текущего полупериодов будут практически равны друг другу. При этом устройство, реагирующее на скорость изменения амплитуд периодического сигнала, IIe сработает.
Цель изобретения — повьш1ение надежности защиты при соизмеримости р5 тока замыкания на землю и тока нагруз ки.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу защиты от замыканий на землю проводов электрической сет11 переменного тока, основанному на выделении моментов прохождения тока провода через нулевые значения,измерении и сравнении между собой величин,характеризующих предшествующую и текущую 35 полуволны тока, и формировании отключающегo сигнала при неравенстве этих величин, в качестве измеряемых величин использую г длительность указанных полуволн.
Поставленная цель достигается так же тем, что в устройстве защиты от замыканий на землю проводов электрической сети переменного тока, содержащем последовательно соединенные датчик тока в проводе и формирователь,. два работающих в противофазе блока сравнения, первые входы которых соединены с выходами соответствующих узлов считывания, выходы — с входом
5Î реагирующего органа, а также блок выработки сигнала сброса, блоки сравнения выполнены íà oñíîâå двоичнодесятичных реверсивных счетчиков, а формирователь выполнен в виде формирователя прямоугольных импульсов, и в устройство введены управляемый распределитель сигнала сброса, а так. же генератор тактовых импульсов
ПОДКЛЮЧЕННЫЙ К ПЕРВЬ1М ВХОД,IM ВНОВЬ
ВВЕД HHIIX IILI>IIÎÃО 11 ВТОРОГО ЛОГ11с1ЕС ких элементов -11-IIL, вторые вход11 которых соединены соответственно с прямым и инверсным Выходами формироВ.1теля, а также с соответствующими
Входами управляемого распределителя сигнала сброса и входами узлов считывания второго и первого блоков сравнения, выход первого элемента
2И-НЕ подключен к второму входу первого и третьему входу второго блоков сравнения, выход второго элемента
2И-НŠ— к третьему входу первого и второму входу второго блоков сравне" ния, при этом первый и второй входы блока выработки сигнала сброса соеди" пены с выходами узлов считывания соответствующих бгоков сравнения, а выход — с третьим Входом управляемого распределителя сигнала сброса, перВый и второй выходы которого подключе11ы к четвертым входам соответствующих блоков сравнения.
На фиг.l приведена схема предлагаемого устройства защиты; на фиг.2— осциллограмма зафиксированного датчиком тока переходного процесса, выэванного искусственным замыканием провода
ЛПР на землю, на фиг.3 — времеьп1ые диаграммь1, поясняющие работу устройства.
В состав устройства входят датчик
1 тока в проводе, формирователь 2 прямоугольных импульсов из синусоидаль11ого сиг11ала, первьп1 3 и второй
4 блоки срав11е11ия с соответс гвующим11 узлами 5 и 6 считыва1111я блoê 7 выработки сигнала сброса, упраплчемь111 распределитель 8 сигlla. а сброс а, а также генераTclр 9 Tëêтовых импульсc)» г два логическ1ьх элемента 2!i — 1!L 1О и
11 и р агир ло1ций орган 12.
Конкретное выполне11ие формирователя 2 непринципиально, в данном устройстве он собран на транзисторе, диоде, двух резисторах и логи:;еском элементе 2И-НЕ. Б состав лажзого из блоков 3 и сравнения входят дво11чно-десятичный реверсивны11 счетч1111 и схема 13 и гн 14 одре.",елеш1я состояния счет 1ика. Узль1 5 и б считыван11я представляют : обой типовые одпов;1Граторы. Блок 1 выработки сигнала сброса — также типоьой одновибратор, но с двумя логическими элементами
2И-НЕ на входе и выходе. Управляе..1ы11 распределитель 8 сигнала сброса собран на двух логически:с элементах!
С««l > I
2И. I effepaTnp 9 вьп>ол»ен п<> т>!Псвс И схеме. Б состав реагируюягегQ «р> «н > ! 2 входит логический эле>>с>>т< 211-Н!., промежуточный усилитель > ксммута5 ц?!О>>нь»! аппарат.
Устройство работает следующим образом.
Дат IHV. ПОдаЕт На фь рМнрОВатЕЛЬ
2 сигнал, соответствующий току в воздушном проводе системь>. Формирователь 2 преобразует непрерывный синусоидальный сигнал в последовательность дискретньгх прямоугольных ?Iuпульсон, сквагжнîcòb последовательности определяется маме><тами перехода тока через нулевые значения. С
»рямогО и получаемОГО с пОмОщью входящего в состав формирователя логйческого элемента 2И-1!Е инверсного вь>хода формирователя сигналы посту- 20 пают на вторые входы логических элементов ?И-HE 10 и 11. На первые входы этих элементов поступает сигнал от генератора 9 тактовь>х импульсов. С выходов элементов 2И-FiE 10 и !1 сигналы поступают на входы "+1" и "-1" входящих B состав GJIGKQH 3 H << ично-десятичных счетчиков., задавая им режим работы « Таким образом рет?! рабаты счетчиков определяется тем, 3вастся в рассматриваемьп! Мам< .нт на датчике. Поэтому кажць>?1 счетчик повторяет в своей рабатс процедуру
«> << суммирование — вычитание, Причем сигналы на входы "+1" и "-1" счетчикoI! пода>втся так, что счетчики рабата><>т в Г;рОтивафазе (если Один кз них нахОдитс.я в режиме суммирования, .та
Па другой вход счетчиков пастоян?>о завецен потенциал логической единицы, Узлы 6 и 5 считывания! запускаясь задним фронтом сигналов соответственьо з пряь>ага >> инверсного вьгхадов фор>>ирователяр вырабатывают короткие импульcbi, сдвинутые Один Относительно дp
1>а <> > <>OРос;-> фОP>I>fP е > c>I < иг>1;> > р заГ>уска>ОЩ?>>! Оцнавибратор этого <«. I<>><3.
Сигнал с выхода однонибра тора после инвертирования ?>ьгходнъ>м эл< ментом
2И-НЕ бпока 7 поступает на первый вход управляемога распределителя сигнала сброса. Функцией распределителя 8 является пропуск выработаннога блоком 7 сигнала на тот из счетчиков, состояние которого определялось в предыдущий момент. Это достигается тем, что поступающий на первый вход распределителя 8 сигнал на логических элементах 2И собирается с сигналами с инверсного и прямого выходов формирователя. Полученные таким образом сигнаг>ь> с первого и второго вы«
Б.-входь. <>>o?«1?fo-десятичных счетчиков саот>зетствуюших блоков сравнения, Сигналы на Е-входе счетчика появляются в моменты времени, следующие сразу па окончании процедуры определения его сос-ояния. Эти импульсы устанавливают счетчик в нулевое состояние, подготавливая его тем самь>м к следующему циклу работы. Периодическая установка счетчиков в "0 " позволяет избежать интегрированного накапливания Ошибки счета. Еаждый счетчик работает в режимах 1-!У: установка в 0" (режим !У) — суммирование (режим
1) — вычитание (режим l1) — определе
Н>IЕ СОСТОЯНИЯ (РЕЖИ >!!) .
Рабата устройства защиты основана на там> что каждый реверсивный счет"-;ик >о окончании работы по циклу установка в О< — суммирование — вычитание должен находиться в одном из вполне определенных состояний, которое опредепяется уровнем срабатывания формирователя, длительностью процесса обнуления счетчика и процесса определения его состояния, частотой вырабатываемых генератором
>г!Пульсов. Однако из-за отсутствия синхронизации момента прихода первого
?;пульса на суммирование от генератора с момс появления разрешающего суммирование импульса на входе счетчика состояние рассматриваемс>го сЧетчик.-; при его определении мажет оказаться отличным От ожидаемого на. еди,"->ицу. Назовем режим работы счетчика при Отсутстви:! замыканий проводов на землю >1 Гри »Оэмож>>ь>х
> со стоян?>я счетчика в мс мсн т ?fx of>pe. деления норма«11,1><«1"<1 . 11< по f 3 f>э >ие (3.
1091271 составе устройства защиты двух двоично-десятичных счетчиков приведет к тому, что в любой момент возникновения нарушения (замыкания на землю) в эащииремой системе один из счетчи- 5 ков обязательно будет находиться в режиме вычитания. Длительность этого режима по сравнению с длительностью предшествующего ему режима суммирования из-эа возникновения переходного процесса существенно изменится. Таким образом, счетчик в момент определения состояния окажется в новом "необычном" для него состоянии. Этот факт зафиксируется схемой определе- 15 ния состояния данного счетчика, что приведет к срабатыванию защитного отключения, которое произойдет уже после первого полупериода тока переходного процесса. Применение двух 20 счетчиков в устройстве ведет не только к увеличению быстродействия защитного отключения, но увеличивает и его надежность, так как счетчики фактически дублируют друг друга. 25
Так, если в защищаемой системе возникло замь|кание на землю, а один из, блоков сравнения не сработал, сигнал на отключение аварийного режима будет подан вторым с задержкой всего на половину периода тока переходного процесса.
Каждую схему определения состояния счетчика (13 или 14) собирают иэ логических инверторов, элементов
4 HJIH и 4 И и запоминающего факт замыкания триггера. Сигналы на входы схемы 4 И подаются с выходом счетчика, причем если в момент определения состояния данный выход счетчика дол- 4О жен иметь состояние логического нуля, сигналы на элемент 4 И подаются через инверторы. Всего в схеме определения состояния счетчика используют три схемы 4И (по количеству допустимых нормальных состояний) ° Сигналы с выходов элементов 4И и выхода соответствующего узла считывания подаются на входы элемента 4 ИЛИ. Наличие единичного уровня на его выходе свидетельствует об отсутствии в защищаемой системе повреждений типа "замыкание провода на землю . Появление нулевого уровня на выходе элемента
4 ИЛИ приведет к перебросу триггера и срабатыванию защиты.
При создании устройства, контролирующего не, отдельные провода, а: всю систему ДПР или всю трехфазную систему электроснабжения в целом, данные устройства защиты должны использоваться совместно. При этом датчики тока включают в каждый из проводов, а выходы устройств (после входящих в состав реагирующих органов элементов 2И-НЕ) объединяют по ИЛИ, а уже после этого логического элемента включают усилитель и коммутационный аппарат, производящий отключение всей системы в случае замыкания одного из ее проводов на землю.
Применение предлагаемого устройства позволит существенно повысить электробезопасность обслуживания сетей переменного тока, исключив случаи возможного электротравматизма при прикосновении персонала к лежащему на земле и находящемуся под набуря" жением проводу, случаи попадания людей под шаговое напряжение, (>n
1091271
Фиг. 2
109127!
Яатжк1 . Ф в иро
Инбереныи
Рыка þðuppdunrcт2
lсмраюорЯ иена М
Яюгюю Л
Уге Ф
У Х
Ино&Рравф
Aaron 7
УыкоР дюж
Ввсрси ФыюР рююреРе,ад ю8
Первый 5ью3
РагпрИслгтегя 8
Режимы сщт ина
Ажю У !!!
Режимы
Q9 /17Ж//(М У
Составитель Л.Васькова
Редактор А.Лежнина Техред Л Мартяшова КорректорА.Дзятко
Заказ 3094 51 Тираж 614 Подписное
ВНИИПИ Г осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий !
13035, Москва, R-35, Раушсхая наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная,
