Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью (его варианты)

 

1. Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированнной нейтралью, содержащее установленный на каждом присоединении трансформатор тока нулевой последовательности с включенными на входе последовательно соединенными преобразователем ток - выпрямленное напряжение.и запоминающей ячейкой, блок установки запоминающей ячейки в исходное состояние, подключенный своим входом к выходу запоминающей ячейки, управляющий вход которого соединен с первым выходом общего на все присоединения блока управления , входы которого соединены с выходом элемента фиксации срабатывания исполнительных органов и выходом пускового органа, подсоединенного своим входом к трансформатору напряжения нулевой последовательности , элемент автоматического регулирования уставки срабатывания на включенных параллельно через разделительный диод регулируемом резисторе и конденсаторе, один вход которого связан с выходом запоминающей ячейки, другой вход соединен с источником питания через общий размыкающий ключ, управляющий вход которого подключен к второму выходу упомянутого блока управления, а выход элемента автоматического регули рования уставки срабатывания соединен с управляющим электродом тиристора , включенного последовательно с исполнительным органом, запитаниым от источника питания через элемент фиксации срабатывания исполнительных органов и замыкающий ключ, управляющий вход которого соединен с выходом пускового органа, отличающееся тем, что, с цельюS S повышения надежности функционирования , элемент автоматического регулирования уставки срабатывания снабжен двухвходовым пороговым элементом, выполненным на транзисторе и на импульсном трансформаторе с тремя обмотками , выходная обмотка которого l9Nak подключена к управляющему электроду ГчЭ тиристора, первичная обмотка включена в коллекторную цепь транзистора, в цепь базы - обмотка обратной связи , а цепь эмиттера соединена с выро ходом упомянутого регулируемого ре00 зистора. 2.Устройство по п.1, отличающееся тем, что запоминающие ячейки выпо;;нень: по симметрич ной схеме суммирования напряжения на общем накопительном и двух дозирующих включенных параллельно через диоды конденсаторах. 3.Устройство по п.1, отличающее ся тем, что элемент фиксации срабатывания исполнительных органов выполнен в виде диодной сбор

COOS СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3563232/24-07 (22) 14.03.83 (46) 15.12.84. Бюл.№ 46 (72) В.Ф.Бухтояров и В.Е.Поляков (53) 621.316,9?5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N - 834816, кл. Н 02 Н 3/16, 1979.

2 . Авторское свидетельство СССР

¹ 1032510, кл. Н 02 Н 3/16, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕИ11Ю В СЕТИ

-С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЫО (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57)1, Устройство для защиты от однофаэного замыкания на землю в сети с изолированнной нейтралью, содержащее установленный на каждом присоединении трансформатор тока нулевой последовательности с включенными на входе последовательно соединенными преобразователем ток — выпрямленное напряжение и запоминающей ячейкой, блок установки запоминающей ячейки в исходное состояние, поцключенный своим входом к выходу запоминающей ячейки, управляющий вход которого соединен с первым выходом общего на все присоединения блока управления, входы которого соединены с выходом элемента фиксации срабатывания исполнительных органов и выходом пускового органа, подсоединенного своим входом к трансформатору напряжения нулевой последовательности, элемент автоматического регулирования уставки срабатывания на включенных параллельно через разделительный диод регулируемом резисторе и конденсаторе, один вход которого связан с выходом запоминаю„„SU„„3 129688 А щей ячейки, другой вход соединен с источником питания через общий размыкающий ключ, управляющий вход которого подключен к второму выходу упомянутого блока управления, а выход элемента автоматического регулирования уставки срабатывания соединен с управляющим электродом тиристора, включенного последовательно с исполнительным органом, эапитанным от источника питания через элемент фиксации срабатывания исполнительных органов и замыкающий ключ, управляющий вход которого соединен с выходом пускового органа, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюф повышения надежности функционирования, элемент автоматического регулирования уставки срабатывания снабжен двухвходовым пороговым элементом, выполненным на транзисторе и на импульсном трансформаторе с тремя обмотками, выходная обмотка которого подключена к управляющему электроду тиристора, первичная обмотка включена в коллекторнув цепь транзистора, в цепь базы — обмотка обратной связи, а цепь эмиттера соединена с выходом упомянутого регулируемого резистора.

2. Устройство по п.l о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что запоминающие ячейки выполнены по симметричной схеме суммирования напряжения на:общем накопительном и двух дозирующих включенных параллельно через диоды конденсаторах, 3. Устройство по и.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что элемент фиксации срабатывания исполнительных органов выполнен в виде диодной сбор1129688 ки на диадах по числу исполнительных органов и регулируемом резисторе, к регулируемому выводу которого подключены соединенные последовательно стабилитрон и резистор, другие выводы обоих резисторов соединены с землей.

4,устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с иэолированнной нейтралью, содержащее установленный на каждом присоединении трансформатор тока нулевой последовательности с включенными на выходе последовательно соединенными преобразователем ток - выпрямленное напряжение и запоминающей ячейкой ;, блок установки запоминающей ячейки в исходное состояние, подключенный своим входом к выходу запоминающей ячейки, управляющий вход которого соединен с первым выходом общего на все присоединения блока управления, входы которого соединены с выходом элемента фиксации срабатывания исполнительных органов и выходом пускового органа, подсоединенного своим входом к трансформатору напряжения нулевой последовательности, элемент автоматического регулирования уставки срабатывания на регулируемом оезисторЕ и раэ.в исходное состояние, элемент автома тического регулирования уставки срабатывания (ЭАРУС ), исполнительный орган (И01, включенный последовательно с тиристором, общие на все присоединения блок управления (БУ), элемент фиксации срабатывания исполнительных органов (ЭФСИО), пусковой орган (ПО) (23, 10

Наиболее близким к изобретению по технической сути является устройство для защиты, содержащее на каждом присоединении трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП), последовательно соединенные преобразователь ток — выпрямленное напряжение (ПТВН ) и запоминающую ячейку (ЗЯ ) блок установки запоминающей ячейки

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для защиты от замыкания на землю в сетях с изолированнной неитралью.

Известно устройство для защиты от замыкания на землю и сетях с изолированнной и компенсированнной нейтралью, однако оно имеет сложную схему что снижает надежность работы известного устройства (1). делительном диоде, один вход которого связан с выходом запоминающей ячейки, другой вход соединен с источником питания через общий размыкающий ключ, управляющий вход которого подключен к второму выходу упомянутого блока управления, а выход данного элемента соединен с управляющим электродом тиристора, вклю,ченного последовательно с исполнительным органом, эапитанным от источника питания через элемент фиксации срабатывания исполнительных органов и замыкающий ключ, управляющий вход которого соединен с выходом пускового органа, о т л и ч а ю— щ е е с,я тем, что, с целью повышения надежности:.функционирования, элемент автоматическЬго регулирования уставки срабатывания выполнен в виде последовательно соединенных операционного усилителя, повторителя сигналов на транзисторе и порогового элемента на стабилитроне, при этом инвертирующий вход операционного усилителя через резисторный делитель напряжения и диод подключены к выходу общего на все присоединения генератора уменьшающегося напряжения, а неинвертирующий вход с выходу запоминающей ячейки.

Существенными недостатками известного устройства являются возможность неселективного срабатывания, ограниченная типом применяемого тиристора чувствительность, и возможность реагирования на кратковременные броски токов нулевой последовательности, Целью изобретения является повышение надежности функционирования

20 устройства.

Поставленная цель достигается те что в устройстве для защиты от замы кания на землю, содержащем установленный на каждом присоединении тран форматор тока нулевой послецователь (ности с включенными на выходе после довательно соединенными преобразова телем ток-выпрямленное напряжение и запоминающей ячейкой, блок установки запоминающей ячейки в исходное состояние, подключенный своим входом к выходу запоминающей ячейки, управ-, ляющий вход котрого соединен с первым выходом общего на все присоединения блока управления, входы которого соединены с выходом элемента фиксации срабатывания исполнительных органов и выходом пускового органа, подсоединенного своим входом к трансформатору напряжения нулевой последовательности, элемент. автоматического регулирования уставки срабатывания на включенных параллельно через разделительный диод регулируемом резисторе и конденсаторе, один вход которого связан с выходом запоминающей ячейки, другой вход соединен с источником питания через общий размыкающий ключ, управляющий вход которого подключен к второму выходу упомя3 нутого блока управления, а выход элемента автоматического регулирования уставки срабатывания соединен с управляющим электродом тиристора, включенного последовательно с исполнительным органом, запитанным от источника питания через элемент фиксации срабатывания исполнительных органов и замыкающий ключ, управпяющий вход которого соединен с выходом пускового органа, элемент автоматичесао кого регулирования уставки срабатывания снабжен двухвходовым пороговым элементом, выполненным на транзисторе и импульсном трансформаторе с тремя обмотками, выходная обмотка которого под45 ключена к управляющему электроду тиристора, первичная обмотка включена в коллекторную цепь транзистора в э цепь базы — обмотка обратной связи

50 а цепь эмиттера соединена с выходом упомянутого регулируемого резистора.

По второму варианту поставленная цель достигается тем, что в устрой.стве дпя защиты от замыкания на зем лю,содержащем установленный на каждом присоединении трансформатор тока нуле, вой последовательности с включенными на входе последовательно соединенными преобразователем ток-выпрямленное напряжение и запоминающей ячейкой, блок установки запоминающей ячейки в исходное состояние, подключенный своим -входом к выходу запоминающей ячейки, управляющий вход которого соединен с первым выходом общего на все присоединения блока управления, входы которого соединены с выходом элемента фиксации срабатывания исполнительных органов и выходом пускового органа, подсоединенного своим входом к трансформатору напряжечия

0 нулевой последовательности, элемент автоматического регулирования уставки срабатывания на регулируемом резисторе и разделительном диоде, один вход которого связан с выходом запоминающей ячейки, другой вход соедине с источником питания через общий раэ мыкающий ключ, у-правляющий вход которого подключен к второму выходу упомянутого блока управления, а выход данного элемента соединен с управляющим электродом тиристора, включеиного последовательно с исполн тельным органом, запитанным от источника питания через элемент фиксации срабатывания исполнительных органов и замыкающий ключ, управляющий вход которого соединен с выходом пускового органа, элмент автоматического регулирования уставки срабатывания выполнен в виде последовательно соединенных операционного усилителя, повторителя сигналов на транзисторе и порогового элемента на стабилитроне, при этом инвертирующий вход операционного усилителя через резисторный делитель напряжения и диод подключены к выходу общего на все присоединения генератора уменьшающегося г

При этом запоминающие ячейки выполнены по симметричной схеме сумми- рования напряжения с последовательно 55 включенными на общем накопительном и двух дозирующих включенных парал— лельно через диоды конденсаторах.

l129688 4 м, Кроме того, элемент срабатывания исполнительных органов выполнен в виде диодной сборки на диодах по числу исполнительных органов и регулируемом резисторе, к регулируемому выводу которого подключены соединенные последовательно стабилитрон и резистор, другие выводы обоих резисторов соединены с землей, t0

1129688 напряжения, а неинвертирующий вход— к выходам запоминающей ячейки.

На фиг.l приведена принципиальная схема устройства для защиты от однофазного замыкания на землю по перво- 5 му варианту; на фиг.2 - то же, по второму варианту.

Устройство фиг,l для защиты содержит установленные на присоединениях 1, 2 последовательно соединен- 10 ные трансформаторы тока нулевой последовательности 3, 4, преобразователи ток — выпрямленные напряжения 5, 6 и запоминающие ячейки 7,8 подключенные своими выходами к первым входам 15 элементов автоматического регулирования уставки срабатывания 9, 10, вторые входы которых подсоединены через размыкающий ключ 11 к источнику.

t питания 12; блок установки запоминаю-2{) щих ячеек в исходное состояние 13, выполненный на диодах и размыкающем ключе; блок управления 14, первый вход которого соединен с выходом пускового органа 15, подключенного своими входом к трансформатору напряжения нулевой последовательности 16, первый выход БУ 14 соединен с управляющим входом ключа блока установки ЗЯ

7, 8 в исходное состояние, второй вы- О ход - с управляющим входом ключа Il. источник питания 17; замыкающий Ключ

18, включенный в цепь питания исполнительных органов 19, 20 и подсоединенный своим управляющим входом

35 к выходу ПО 15; реагирующие элементы (РЭ) 21, 22 и ЭФСИО 23, выход которого подключен к второму входу БУ 14.

ЗЯ 7(8 ) выполнена на накопительном

24 и дозирующих 25 и 26 конденсаторах. Назначение конденсаторов 25 и

26 состоит в том, чтобы ограничить величину тока заряда, Благодаря этим конденсаторам зарад конденсатора 24 происходит отдельными дозами, а напряжение на его выводах изменяется приблизительно по экспоненциальному закону.

Постоянная времени цепи заряда конденсаторов ЗЯ 7,8 выбирается больше длительности помех. Вследствие этого =-a время действия сигналов помех конденсаторы могут зарядиться лишь до напряжения незначительной величины, которая составляет долю амплитуды входного сигнала.

ЗАРУС 9(10) состоит из порогового элемента, выполненного на транзисторе и импульсном трансформаторе с тремя обмотками: первичной, включенной в коллекторную цепь транзистора, выходной, подключенной к управляющему электроду тиристора 21(22 ), и обмотки обратной связи, генератора уменьшающегося напряжения на резисторе, конденсаторе и диодах.

БУ 14 содержит элементы "Запрет"

27 и "Задержка появления сигнала" 28.

ЭФСИО 23 включает в себя резисторы, стабилитрон и диод.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии в защищаемой сети однофазного замыкания на землю ключ

11 и ключ блока установки ЗЯ 7, 8 в исходное .состояние 13 замкнуты, ключ 18 разомкнут. ПО 15, ИО 19, 20, РЭ 21, 22 и элемент "Задержка появления сигналов" 28 находятся в исходном состоянии. Конедсаторы ЗЯ 7, 8 разряжены, а конденсаторы генераторов уменьшающегося напряжения заряжены до величины напряжения источ-ника питания 12. Транзисторы ЭАРУС 9, 10 заперты напряжением смещения, величина которого устанавливается пер менным резистором и принимается одинаковой для всех присоединений.

Напряжение отпирания транзисторов, равное разности выходного напряжения генератора уменьшающегося напряжения и напряжения отсечки транэистО-. ров, выбирается больше возможного наибольшего напряжения на выходе запоминающей ячейки неповрежденного присоединения. Таким образом, в частности, обеспечивается условие.несрабатывания защиты на неповрежденных присоединениях.

При вознокновении в сети однофаэного замыкания на землю, например, на присоединении 1, срабатывает ПО

15, при этом происходит размыкание ключа блока 13, замыкание ключа 18 и запуск элемента 28 °

Спустя небольшую выдержку времени, достаточную для заряда накопительных конденсаторов ЗЯ 7, 8 до величины (уровня) напряжения отсечки транзисторов, срабатывает элемент

"Задержка появления сигнала" 28, осуществляющий размыкание ключа 11, В результате этого напряжение на вы« ходах генераторов ЗАРУС 9, 10 начинает уменьшаться по экспоненциальному закону.Как только оно становится мень7 !129688 ше уровня одного иэ входных напряжений ЗЯ 7, 9 на величину напряжения отсечки транзисторов (0,1-0,4 B в зависимости от типа установленных транзисторов), один из транзисторов открывается : и на выходной обмотке соответствующего импульсного трансформатора появляется импульс, под действием которого срабатывает реагирующий элемент, вход которого подключен к данному ЭАРУС 9 или 10. В рассматри-ваемом случае первым открывается транзистор ЭАРУС 9 и первыми срабатывают

РЭ 21 и ИО 19, поскольку ток замыкания на землю через поврежденное присоединение, как правило, наибольщий. Наибольший также сигнал на выходе ЗЯ 7.

При срабатывании РЭ 21 и ИО 19 одновременно появляется сигнал на 2 выходе ЭФСИО 23 и соответственно на управляющем входе элемента "Запрет"

27 ° В результате этого замыкаются ключ 11 и ключ 13, что приводит к разряду накопительных конденсаторов

ЗЯ 7, 9 и к возрастанию запирающего напряжения смещения на эмиттерах транзисторов. Этим способом исключается возможность срабатывания реагирующих элементов на неповрежденных присоединениях в процессе (режимеl поиска поврежденного присоединения.

Кроме того, возможность несра-! батывания реагирующих элементов на неповрежденных присоединениях обеспечивается еще и .тем, что при срабатывании реагирующего элемента поврежденного присоединения на общем резисторе ЭФСИО 23 появляется напряжение, которое по величине выбирается больше наибольшего выходного сигнала импульсного трансформатора ЗАРУС 9, 10.

При действии кратковременных помех, вызванных различными коммутациями в сети, реагирующие элементы устройства в действие не приходят потому, что уровень отпирания транзисторов ЗАРУС 9, 10 равный разности начального напряжение генератора уменьшающегося напряжения и напря(. жения отсечки транзисторов, выбирается больше возможной амплитуды помехи и постоянные времени цепей заряда конденсаторов ЗЯ 7, 8 приняты бсльше длительности сигналов помех, а также потому, что ключ li размыкается

5 не мгновенно, а спустя заданную выдержку времени.

Таким образом, выполнение элементов автоматического регулирования уставки срабатывания в виде порогоО вых элементов и генераторов уменьшающегося напряжения позволяет создать универсальную защиту от замыканий на землю, обладающую повышенной из- бирательной способностью и чувстви25 тельносгью и не требующую индивидуальной настройки параметров.

Минимальная чувствительность устройства находится в пределах 0 17

0,4 В (в зависимости от типа применяемых транзисторов ), т.е. практически равна напряжению отсечки транзис, торов.

Высокая избирательность и чувст-вительность защиты достигают эа счет выбранного алгоритма функционирования устройства,. при котором напряжение на выходе преобразователя ток-вы. рямление напряжение неповрежденного прйсоединения с максимальным емкостным током практически не влияет на устой-! чивость работы защиты.

Схема устройства возвращается в. ..исходное состояние лишь после того, как исчезнет напряжение нулевой последовательности исчезает сигнал на выходе ПО 151 и размыкается ключ 18.

Таким образом исключается возможность работы устройства в послеаварийном режиме (после отключения выключателя поврежденного присоединения ), характеризующемся дозарядом емкостей. неповрежденных присоединений и сопровождающемся бросками собственных емкостей токов, а также затуханием напряжения нулевой последовательности,с частотой ниже промышленной.

Устройство для защиты по второму варианту содержит установленные на присоединениях 1, 2 последовательно соединенные трансформаторы тока нулевой последовательности 3, 4, преобразователи ток — выпрямленное напряжение 5, 6 и запоминающие ячейки 7

Э

8, подключенные своими выходами к одним иэ входов элементов автоматического регулирования уставки срабатывания. 9, 10, вторые входы которых подключены к выходу общего на все присоединения генератора уменьшающе.ося напряжения 29, третьи входы— к источнику питания 12; блок установки запоминающих ячеек в исходное состояние l3, блок управления 14, 1129688 10 первый вход которого соединен с выходом пускового органа 15, подключенного своим входом к трансформатору напряжения нулевой последовательности 16„ а выход БУ 14 соединен с управ-5 ляющим входом размыка:ощего ключа блока установки ЗЯ в исходное состояние 13, источник питания 17, замыкающий ключ 8, включенный в цепь питания исполнительных органов 19, 20 "б и подключенный своим управляющим входом к выходу ПО 15 реагирующие элементы 21, 22 и ЗФСЫО 23, выход которого подключен ко второму входу БУ 14, 15

ПТВН 5(6 ) выполнен на резисторе и диоде и содерх<ит также конденсатор, предназначенный для отстройки от высоко.астотных составляющих.

ЗЯ 7(8 ) состоит из последователь- 211 но соединенных диода и конденсатора

\ с параллельно подключенным балластным резистором.

ЗАРУС 9 (10) включаст резисторный делитель напряжения 30, операционный усилитель 31, повторитель сигналов 32 на транзисторе и стабилитрон

33.

Генератор уменьшающегося напряжения 29 выполнен при помощи конденсатора 34, резистора 35, источника питания 36 и размыкающего ключа 37.

Блок установки запоминаюших ячеек

B исходное состояние 13 вкл1очает диоды и размыкающий ключ, БУ 14

1t 31

35 состоит из элемента Запрет 27 и элементов "Задержка появления сигналов" 28 38.

Устройство работает следуюшим образом.

40.

При отсутствии в сети однофазного замыкания на землю размыкающие ключ блока 13 li ключ 3/ замкнуты, а замыка|ощий ключ 18 разомкнут.

ПО 15, 110 19, 70., P3 21.22, элеменTh1 28 и 38 находятся B исходном состоянии. Напряжение на выходе генератора уменьшающегося напряжения 29 имеет максимальное значение, причем его величина выбирается больше возБО можного наибольшего на-,1рях .ения на выходах ЗЯ 7, 8, При возникновении в сети однофазного замыкания на землю, например на присоединии 1, срабатывает ПО 15, 0 55 в резуль вате зто го происходит замыкание ключа 18, пуск элементов 28 и 38. Спустя небольшую выдержку времени (1-2 мс ), срабатывает элемент

28 и происходит размыкание ключа блока 13. С этого момента начинается процесс заряда конденсатора ЗЯ

7, 8.

По истечении времени, достаточного для заряда этих конденсаторов до максимальных значений выходных напряжений ПТВН 5, 6, срабатывает элемент 38, осуществляющий размыкание ключа 37. Вследствие этого напряжение на выходе генератора 29 начинает уменьшаться по экспоненциальному. закону. При уменьшении этого напряжения до величины, при которой установленные в цепи инвертирующих входов операционных усилителей 31 диоды начинают отпираться, на выходе данных усилителей и соответственно на входах пороговых элементов 33 появляются увеличивающиеся по величине напр. ",ения, текущее значение которых равно разностям выходных напрях<ений ЗЯ 7, 8 выходного напрях<ения генератора 39. Как только величина этих напряжений достигает уровня напряжения пробоя стабилитронов 33, последние переходят в прововЂ:щее состояние и срабатывает соответствующий реагирующий элемент.

При этом первым срабатывает РЭ 21, поскольку сигнал на выходе ЗЯ 7 имеет наибольшее значение. При срабатывании РЭ 21 появляется сигнал на выходе ЗФСИО 23, поступающий па управляющий вход элемента 27.

Это в свою очередь приводит к замыканию ключа блока 13 и ключа 37 генератора 29, благодаря чему исключается возможность несрабатывания реагирующих элементов на неповрежденных присоединениях. В таком состоянии схема устройства находится до тех пор. пока не отключится поврежденное присоединение и не исчезнет напряжение нулевой последовательности на выходе ТННП 16, Та.ким образом обеспечивается селективное срабатывание защиты при замыканиях

/ на поврежденном присоединении и несрабатывание ее от собственных емкостных токов в аварийном и послеаварийном режимах, Помехозащищенность достигается за счет ввецения в устройство элемента 28 и конденсаторов в схему

ПТВН, 6.

) 129688!

Высоцкая чувствительность устройства достигается применением операционных усилителей. Для изготовления устройства не требуются сложные элементы и узлы. Оно может быть полностью скомплектовано иэ серийно выпускаемых элементов. устройство просто

Э в эксплуатации и тех ологично в изготовлении.

Применение данного устройства способствует повышению надежности электроснабжения и безопасности об- служивания электроустановок.

1129688

ВЕЩИИ Заказ 5:. ;)/À3 Тираж 613 Подаисиое

Филиал НБЪ "Батацт ", г. Ужгород, ул.Проектная,4