Устройство для направленной защиты от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее первый и второй фильтры низких частот, в.ходы которых подключены к датчикам напряжения и тока нулевой последовательности соответствено, а выход первого фильтра через последовательно соединенные первый конденсатор, первый пороговый формирователь прямоугольных импульсов, первый формирователь стандартного логического уровня и дифференцирующую цепочку подключен к первог му входу блока совпадения, при этом выход второго фильтра через последовательно соединенные второй конденсатор, второй пороговый формирователь прямоугольных импульсов и второй формирователь стапдартного логического уровня подключен к второму входу блока совпадения, выход которого соединен с исполнительным органом, отличающееся тем, что, с целью повьинепия надежности срабатывания устройства при изменении температуры окружающе среды, каждый из пороговых формирователей прямоугольных импульсов выполнен в виде резистивного делителя, образоваиного нервым и вторым резисторами, третьего конденсатора , третьего резистора и транзистора, причем входом указанного формирователя служит точка соединения эмиттерного входа транзистора средней точки резистивного делителя и первого вывода третьего конденсатора, второй вывод которого заземлен вместе с вторым выводом резистивиого делителя, а базовый вывод указанного транзистора через третий резистор соединен с первым выводом резнстивного делителя и является входом питания по постоянному току, при этом ко,1,текторный вход транзистора является выходом формирователя.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1101951

3 (51) /

).1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMI4TET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3436852/24-07 (22) 13.05.82 (46) 07.07.84. Бюл. ¹ 25 (72) С. И. Корищ и Т. Г. Киреева (71) Уральский филиал Всесоюзного научноисследовательского и конструкторского института «Цветмета втоматика» (53) 621.316.925 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 658640, кл. Н 02 Н 3/16; Н 02 Н 338, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР № 738032, кл. Н 02 Н 3/!6; Н 02 Н 3/38, 1975. (54) (57) УСТРОИСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОИ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА

ЗЕМЛЮ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЛ

НЕИТРАЛЬЮ, содержащее первый и второй фильтры низких частот, входы которых подключены к датчикам напряжения и тока нулевой последовательности соответствено, а выход первого фильтра через последовательно соединенные первый конденсатор, первый пороговый формирователь прямоугольных импульсов, первый формирователь стандартного логического уровня и дифференцирующую цепочку подключен к первому вхолу блока совпадения, при этом выход второго фильтра через последовательно соединенные второй конденсатор, второй пороговый формирователь прямоугольных импульсов и второй формирователь стандартного логического уровня lloдключсн к второму входу блока совпадения, выход которого соединен с исполнительным op13IIoxl, от.шча1ошеес» тем, что, с целью повыгпсния надежности срабатыв»ния устройства при изменении температуры окружающей срсл11, к»жлыи из порогОВых фОрх!ирОВ»те1си пряМОМГО»ЬНblк ИМИ\,1ЬСОВ Вhl!и!00 ЛIIЕН В ВИДЕ РСзистивног0 делителя, 00p»3013»IIIIol первым и вторым резисторами, третьего конденсатора, третьего резистора и транзистор», причем входом указанного формирователя служит точка соединения эмиттерног0 вхо- ® да транзистора средней точки резистивного делителя и первого вывола третьего Mф конденсатора, второй вывод которого заземлен вместе с вторым выводом резистивногo делителя, а базовый вывод указанного транзистора через третий резистор сослlIII!.II c первым выводом рсзистивного делителя и > является входом питания по постоянному току, при этом коллскторный вход транзистора является выхолом формирователя.

Мваб! 10! 95!

Изобретение Относится к электротехнике, а именно к устройствам направленной (1lo мощности нулевой последовательHîстп) зашиты трехфазных сетей от замыканий фаз на землю, и может использоваться в сетях с изолированной нейтралью.

Известно устройство для направленной зашиты от замыканий на землю B сети с изолированной нейтралью, содержащее фильтры в каналах напряжения и тока нулевой последовательности, фазочувствительный орган, дифференцирующую цепь и исполнительный орган (1).

Недостаток устройства — низкая надежность селективного срабатывания при изменении температуры окружающей среды, вследствие независимых фазовых искажений сигналов в каналах напряжения и тока нулевОй последовательности. Указанный недостаток обусловлен следующими причинами. Фазочувствительная схема выполнена на двух транзисторах различного типа проводимости: п-р -n транзистор в канале тока нулевой последовательности является коллекторной нагрузкой р-и-р транзистора в канале напряжения нулевой последовательности. Эквивалентное сопротивление этой нагрузки зависит не только от мгновенного значения сигнала в канале тока нуевой последовательности, но также и от температуры окружающей среды. Поэтому фаза сигнала в канале ТоКН нулевой последовате1bHocTH, при которой обеспечивается коэффициент усиления для короткого (продифферепцированного) импульса в канале напряжения нулевой последовательности, изменяется с изменением темперагуры.

Неси м метрия фазочувствительной схем ы относительно фильтров в каналах напряжения и тока нулевой последовательности приводит к различной нагрузке на фильтры в этих каналах и создает доно IHHTP„H;ные фазовые искажения.

I içíåñTHo также устройство, содержащее датчики тока и напряжения нулевой lloc,гедовате.:1ьности, выходы KQTopblx соответственно подключены к последовательно соединенным низкочастотному фильтру и ycu 1Hтсгпо-ограничителю в канале тока и пизKoчастотному фильтру с усилителем-orpal«HlHтелем и дифференцирующей цепочкой на выходе в канале напряжения, две IIHphl встречно включенных диодов, входы которых подключены соответственно к выходу усилителя — -ограничителя в канале тока и к дифференцирующей цепочке в канале H;IHряжения, причем их аноды подключены к инвертирующему входу сумматора, а I

Недостатком известного устройства является неидептичность формирователей прямоугольных импульсов (усилителей-orpaHHчителей) каналов напряжения н тока ну5

g5

4О

5Î

55 левой последовательности и вызванные этим искажения разности фаз сравниваемых сигналов.

Типичные уровни сигналов в каналах тока и напряжения составляют соответственно 0,05-3 В и 30-100 В, т.е. могут отличаться на 1-2 порядка. Поскольку для надежной работы устройства на входах сумматора должны быть близкие по величине сигналы, то коэффициенты усиления усилителей-ограничителей в канала тока и напряжения будут существенно отличаться. Это приведет к отличию и фазовых характеристик каналов, поскольку они относятся к устройствам минимальнофазового типа с жесткой зависимостьк) между амплитудой и фазовой характеристиками. Несимметрия усилительных цепей усугубляется несимметрией нагрузок каналов, поскольку канал напряжения нагружается на дифференцирующую цепь. Сигналы в каналах напряжения и тока не могут быть прямоугольными, а имеют форму входного сигнала (т.е. синусондальную) на участке от нулевого уровня до уровня ограничения. Протяженность этого участка существенно зависит от уровня входного сигнала, а Hçìåíåíèå выходного сопротивления усилителя-ограничителя при изменении температуры приводит к изменению ширины и временногo положения продифференцированного импульса, что эквивалентноо Tolloëíèòå lüíûì фазовым искажениям.

Цель изобретения — повышение надежности срабатывания устройства при изменении -емпературы окружающей среды.

Пост,-1вленная цель достигается тем, что з устройство для направленной защиты от замыкания на землю I3 сети с изолированной нейтралью, содержащее первый и второй фильтры низких частот, входы которых подклкиены к датчикам напряжения и тока пулевой последовательности соответственно, d выход HppBol фильтра через последовательно соединенные первый конденсатор, первый пороговый формирователь прямоуго IHHbl. < импульсов, первый формирователь стандартного логического уровня, дифференцирующую цепочку подключен к первому входу блока совпадения, прн этом выход второго фильтра через последовательно coe,lHHeHHl второй конденсатор, второй пороговый формирователь прямоугольных импульсов, второй формирователь стандартного логического уровня подключен к второму входу блока совпадения, выход которого соединен с исполнительным органом, каждый пз пороговых формирователей прямоугольны: импульсов выполнен в виде резпсторнсго делителя, ооразованногo первым н вторым резисторами. третьего конденсатора третьего резистора, и транзистора, причем Bxo,Toì указанного формирователя служит то ка соединения эмиттерногс входа

110! 951

20

35

55 транзистора, средней точки резистивного делителя и первого вывода третьего конденсатора, второй вывод которого заземлен вместе с вторым выводом резистивного делителя, а базовый вывод указанного транзистора через третий резистор соединен с первым выводом резистивного делителя и является входом питания по постоянному току, при этом коллекторный вход транзистора является выходом формирователя.

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.

2 — 6 — графики, поясняющие его работу.

Устройство содержит первый и второй

LC-фильтры 1 и 2 низких частот, разделительные первый и второй конденсаторы 3 и 4, первый и второй пороговые формирователи 5 и 6 прямоугольных импульсов, первый и второй формирователи 7 и 8 стандартного логического уровня, дифференцирующую цепочку 9, состоящую из конденсатора и резистора, блок 10 совпадения, исполнительный орган 1, состоящий из транзистора, тиристора, блок-контакта и катушки отключения высоковольтного выключателя, блок 12 питания, а каждый из пороговых формирователей 5 и 6 прямоугольных импульсов содержит резистивный делитель, образованный первым и вторым резисторами 13 и 14, третий конденсатор 15, третий резистор !6 и транзистор 17.

Статический режим формирователя задается резистивным делителем и третьим резистором, а скорость переключения определяется третьим конденсатором 15.

Устройство работает следующим образом

Сигналы напряжения и тока нулевой последовательности поступают на фильтры

1 и 2, в которых подавляются высокочастотные составляющие напряжения. С выхода фильтров через разделительные конденсаторы 3 и 4 сигналы подаются на идентичные пороговые формирователи 5 и 6 прямоугольных импульсов, работу которых рассмотрим на примере формирователя 5.

Исходный статический режим формирователя 5 задается делителем на резисторах

13 и 14 и резистором 16 с таким расчетом, чтобы при отсутствии входного сигнала эмиттерный переход формирователя 5 был снабжен в обратном направлении. При этом коллекторный переход смещен в прямом направлении (инверсный режим транзистора) и ток перехода проходит на вход формирователя 7 стандартного логического уровня.

В момент t< перехода напряжения в канале напряжения нулевой последовательности через ноль (фиг. 2) эмиттерный переход формирователя 5 смещается в прямом направлении, а коллекторный — в обратном.

При этом имеет место следующий механизм формирования прямоугольного импульса с крутым передним фронтом. При переключении эмиттерного перехода транзистора в режим прямого смещения в базу поступают носители заряда --- электроны. В результате заполнения об части пространственного заряда электронами область объемного заряда (неподв41жн44е заряды кристаллической решетки) сужается. Это приводит к резкому увеличению емкости эмиттериогo переходя. Последняя вместе с конденсатором

15 образует емкостной делитель. Бросок тока через него приводит к резкому отключению коллекторного перехода, что обеспечивает получение нмпульса с крутым фронтом.

Скачок тока на входе формирователя 8 ,loBIl 4еoKol о УРов44Я IIPHBo;414T к появлению и;4 его выходе стандартизованного llo;lx144, 444..ó 4е 44м44ульса — сип4ала лo— гической е-1144444144 (фи4. 3). После дифференцирования цепьK) 9 и блоком О образуется короткий импульс, амплитуда которого по-прежнему соответствует уровню логической единицы (фиг. 6).

В канале тока нулевой последовательности на отрицательной полуволнс сигнала прямоугольный импульс формируется аналогично (фиг. 4 и 5). Передний и задний фронты этого импульса получаются в моменты t и tq перехода переменного напряжения через нуль.

Из приведенных на фиг. 2 и 4 временных диаграмм сигналов видно, что напряжение

Uiо в канале тока опережает напряжение

Ц„в канале напряжения на угол Y (аварийная ситуация).

Короткий импульс(4д44ф.(фнг. 6) оказывается внутри интервала (tz H t ), занимаемого широким импульсом Ырд. В результате на выходе блока 10 совпадения появится импульс, который отключает выключатель.

П редл а гаемое устройство обеспечивает повышение надежности селективного срабатывания защиты при изменении питающей температуры. Благодаря идентичности Iloроговых формирователей 5 и 6 сме4цение Нх пороговых уровней под действием дестабилизируloLUHx факторов происходит в одну сторону. В резулbTBTB в одну сторону смещаются передние фронты прямоугольных импульсов (пунктпр на фиг. 3 и 5) . Поскольку предлагаемое построение пороговых формирователей прямоугольных импульсов обеспечи вает получение длительности фронтов на уровне долей микросекунды, разность фаз на входах схемы совпадения остается стабильной и равной разности фаз между сигналами напряжения и тока нулевой последовательности на входе устройства. Идентичность пороговых формирователей прямоугolbHblx импульсов обеспечивается Нх интегральным исполнением в одной микросхеме, например К158ЛАЗ.!

101951

ОФ1

Составители H. Чутиев

Техред И. Версс Корректор Гтт.шетиик

Тираж б!4 Подписное

ВНИИПИ Государственного комит та СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент». г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор P. Цицика

Заказ 4688/39