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

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМШ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее трансформаторы тока нулевой последовательности на каждом присоединении, измерительные органы тока, выполненные в виде зарядной RC-цепи с размыкающим ключом, соединенным параллельно с конденсатором, и усилителя постоянного тока, выхойом связанного с исполнительным реле, подключенные к соответствующему трансформатору тока нулевой последовательности через выпрямитель и промежуточный трансформатор , источник напряжения нулевой последовательности, к выходу которого подключено реле напряжения с выдержкой времени, a также элементы блокировки, отличающееся тем, что, с целью повьшения селективности и обеспечения работы при дуговых перемежанщихся замыканиях, в него введены для каждого присоединения диодно-резисторный блок, состоящий из последовательно включенных резистора и двух встречно-параллельных диодов и включенный параллельно выходу каждого трансформатора тока нулевой последовательности, a элементы блокировки выполнены в виде блокировочного и промежуточного реле на каждом присоединении и реле напряжения с вьщержкойвремени, причем к выходу измерительного органа тока подключена обмотка промежуточного реле, один из замыкающих контактов которого включен последовательно с параллельно включенными обмотками блокировочного и исполнительного реле, один из замыкакнцих контактов последнего вклюI чен параллельно замыкающему контакту промежуточного реле, a размыкакнций w ключ вьшолнен в виде контакта промежуточного реле, обмотка которого соответственно для каждого из присоединений соединена с вторым замыкакяцим контактом промежуточного реле и через вновь введенный развязывающий диод с последоват ельно соединенными размыка;ющими контактами блокировочных реле со всех присоединений и замыкакяцим с вы00 00 держкой времени контактом реле напряжения . 2. Устройство по п.1, отлиHt; чающееся тем, что, с целью обеспечения непрерьшного контроля за сопротивлением изоляции присоединений , в него введены по числу присоединений операционные усилители, каждый из которых подключен к выходу промежуточного трансформатора, и элементы сигнализа1щи, включенные к соответствующим выходам операционных усилителей.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (1% (11) 4(51) Н 02 Н 3/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГП4Й

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3629867/24-07 (22) 29 ° 07.83 (46) 07.02.85. Бюл. У 5 (72) Б.И.Ягудаев, В.В.Hàçàðîâ и В.В.Поляков (71) Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени институт горного дела им.А.А.Скочинского (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Патент США У 3505566, кл. 317-18, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР

У 896170„ кл. Н 02 Н 3/16, 1980. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ

ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕИПЮ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее трансформаторы тока нулевой последовательности на каждом присоединении, измерительные органы тока, выполненные в виде зарядной RC-цепи с размыкающим ключом, соединенным параллельно с конденсатором, и усилителя постоянного тока, выходом связанного с исполнительным реле, подключенные к соответствующему трансформатору тока нулевой последовательности через выпрямитель и промежуточный трансформатор, источник напряжения нулевой последовательности, к выходу которого подключено реле напряжения с выдержкой времени, а также элементы блокировки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения селективности и обеспечения работы при дуговых перемежающихся замыканиях, в него введены для каждого присоединения диодно-резисторный блок, состоящий из последовательно включенных резистора и двух встречно-параллельных диодов и включенный параллельно выходу каждого трансформатора тока нулевой последовательности, а элементы блокировки выполнены в виде блокировочного и промежуточного реле на каждом присоединении и реле напряжения с выдержкой времени, причем к выходу измерительного органа тока подключена обмотка промежуточного реле, один из замыкающих контактов которого включен последовательно с параллель" но включенными обмотками блокировочного и исполнительного реле, один из замыкающих контактов последнего включен параллельно замыкающему контакту

Я промежуточного реле, а размыкающий ключ выполнен в виде контакта промежуточного реле, обмотка которого соответственно для каждого из присоединений соединена с вторым замыкакнцим контактом промежуточного реле и через вновь введенный развязывающий диод с последовательно соединенными размыка- фиий, ющими контактами блокировочных реле ® всех присоединений и замыкающим с вы- фф держкой времени контактом реле напря- Q© жения. - 00 Ч

2, Устройство по п .1, о т л и - ф ч ающе ес я тем, что, с целью обеспечения непрерывного контроля за сопротивлением изоляции присоединений, в него введены по числу присоединений операционные усилители, каждый из которых подключен к выходу промежуточного трансформатора, и элементы сигнализации, включенные к соответствующим выходам операционных усилителей.

1 11388

Изобретение относится к устройст- вам защиты от однофазных замыканий на землю в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью,преимущественно в распределительных сетях напряжением 6-35 кВ.

Известно устройство для защиты от замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, содержащее на каждом присоединении измерительные 1О органы в виде RC-цепи, конденсатор которого заряжается от тока нулевой последовательности с временем, обратно пропорциональным этому току. Поскольку в поврежденном присоединении ток нулевой последовательности по значению наибольший, то до уровня (уставки) срабатывания заряжается конденсатор измерительного органа устройства, установленного на данном щ присоединении, которое должно отключиться раньше, чем зарядятся до уровня уставки конденсаторы RC-цепей на неповрежденных присоединениях 51 ).

Однако это устройство может се- 25 лективно работать лишь при достаточно больших разницах между значениями токов присоединений, что имеет место при большом числе (3-ч и более) защищаемых присоединений в сети, так Зр как время заряда емкости RC-цепи на неповрежденном присоединении должно быть всегда больше времени отключения поврежденного присоединения. Кроме того, оно не может обеспечить селективности при дуговых перемежающихся

35 замыканиях и при бросках тока нулевой последовательности в начальный момент металлического замыкания на землю..

Известно также устройство защиты от замыкания на землю, содержащее на каждом присоединении измерительные органы тока, выполненные в виде зарядной RC-цепи с размыкающим ключом, соединенным параллельно с конденсато45 ром для управления работой RC-цепи с целью отстройки от бросков тока в начальный момент замыкания и блокировки (запрета) неселективного срабатывания исполнительных органов устройств на неповрежденных присоединен ниях. Это .расширяет область селективной работы устройств на. данном принципе 23.

Недостатком известного устройства является возможность неселективных срабатываний при минимальной разности сравниваемых амплитуд токов присоединений иэ-за несовершенства алго7/ 2 ритма работы и схемы формирования сигнала на срабатывание размыкающего ключа, сигнал на блокировку (запрет) зарядных емкостей присоединений формируется лишь после достижения токов всех присоединений своих амплитудных значений и ноступления сигнала на исполнительный орган. Наложение такого запрета (блокировка) может запоздать относительно времени формирова- . ния ложного сигнала на неповрежденном присоединении, т.е. момента достижения напряжения заряда er o RC-цепи своего амплитудного значения. При этом невозможна селективная работа при дуговых перемежающихся замыканиях на землю ввиду того, что не предусмотрена возможность сохранения зависимости амплитуды сигналов, поступающих от трансформатора тока, от первичных токов перемежающего замыкания, имеющих различный спектр амплитуд и частот.

Цель изобретения — повышение селективности при замыканиях на землю и обеспечение работы при дуговых перемежающихся замыканиях на землю.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее трансформаторы тока нулевой последователь" ности на каждом присоединении, измерительные органы тока, выполненные в виде зарядной RC-цепи с размыкающим ключом, соединенным параллельно с конденсатором, и усилителя постоянного тока, выходом связанного с исполнительным реле, подключенные к соответствующему трансформатору тока нулевой последовательности через выпрямитель и промежуточный трансформатор, источник напряжения нулевой последовательности, к выходу которого подключено реле напряжения с выдержкой времени, а также элементы блокировки, введены для каждого присоединения диодно-резисторный блок, состоящий из последовательно включенных резистора и двух встречно-параллельных диодов и включенный параллельно выходу каждого трансформатора тока нулевой последовательности, а элементы блокировки выполнены в виде блокировочного и промежуточного

I реле на каждом прис оединении и реле напряжения с выдержкой времени, причем к выходу измерительного органа тока подключена обмотка проме1138874 4 жуточного реле, один из замыкающих контактов которого включен последовательно с параллельно включенными обмотками блокировочного и исполнительного реле, один из замыкающих контактов последнего включей"параллельно замыкающему контакту промежуточного реле, а размыкающий ключ выполнен в виде контакта промежуточного реле, обмотка которого соответст- 10 венно для каждого из присоединений. соединена с вторым замыкающим контактом промежуточного реле и через вновь введенный развязывающий диод с последовательно соединенными размыкающими контактами блокировочных реле всех присоединений и замыкающим с выдержкой времени контактом реле напряжения.

При этом с целью обеспечения не- щ прерывного контроля за сопротивлением изоляции присоединений введены по числу присоединений операционные усилители, каждый из которых подключен к выходу промежуточного трансформатора,-и элементы сигнализации, включенные к соответствующим выходам операционных усилителей.

На. фиг ° 1 показана принципиальная схема устройства защиты от замыканий на землю (для двух присоединений), на фиг.2 — схема соединения промежуточных реле нулевой последовательности (для двух присоединений, штрихом показано для и-го присоединения) на

35 фиг.3 — зависимости Z, (a) и U, (б) от активного сопротивления изоляции (R ) фаз контролируемой сети, поясняющие зоны контроля за изоляцией и защитногоо отключ е ния .

Устройство на каждом присоединении содержит трансформатор 1 тока нулевой последовательности (ТНП), измерительный орган 2, выполненный в виде зарядной RC-цепи и усилителя постоян- 45 ного тока с промежуточным реле 3 на выходе, подключенный к трансформатору 1 тока через выпрямитель 4, промежуточный трансформатор 5 и диодно-резисторный узел 6, блокировочное 7 и исполнительное 8 реле, промежуточное реле 9 (фиг.2), элемент 10 сигнализации (светоиндикатор, состоящий из ряда светодиодов, настроенных на зажигание соответственно на ряд возрас- 5 тающих по значению уровней тока нулевой последовательности в пределах эоны контроля за изоляцией, например, 0,05, 0,1,..., 0,3 А), подключенный к выходу трансформатора 1 тока через операционный усилитель 11, а также общие для всех присоединений источник

12 напряжений .нулевой последовательности и включенные к выходу последнего реле 13 сигнализации и реле 14 напряжения с выдержкой временй. Кроме того, устройство имеет высокоомный резистор

15, подключенный между нейтвалью сети (например, нулевой точкой обмотки высокого напряжения трансформатора собственных нужд подстанции) и землей, создающей дополнительный, активный ток замыкания на землю, равный по значению 50-607. емкостного тока замыкания в сети.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме при отсутствии одно- или двухфазного снижения уровня изоляции относительно земли ниже допустимого (фиг.3) или отсутствии однофазного замыкания реле 13 сигнализации и реле 14 напряжения не срабатывают, а на трансформаторе ТНП 1 на каждом присоединении отсутствует сигнал, достаточный для открывания элемента 10 сравнения (светоиндикатора) .

Контакты 13.1 и 14.1 реле 13 и 14 находятся в разомкнутом состоянии, соответственно замкнут контакт 9.1 .промежуточного реле 9, конденсатор RCцепи разряжен, контакты 3.1 промежуточного реле 3 и контакты 8.1 исполнительного реле 8 разомкнуты, а контакт .7 ° 1 блокировочного реле 7 замкнут.

При одно- или двухфазном снижении сопротивления изоляции фаз относительно земли или однофазном замыкании на землю через большое сопротив-. ление (например, падение провода воздушной линии на плохо проводящие грунты, утечки на землю через тело железобетонной опоры со спекшимся грунтом у основания, падения провода

1 1 на траверсы деревянных опор и другие повреждения) на одном из присоединений в пределах зоны контроля за изоляцией (фиг.3) на источнике 12 напряжения появляется напряжение смещения нейтрали порядка 2-3 В, а на трансформаторе 1 тока всех контролируемых присоединений появляются вторичные токи НП, которые после усиления по.ступают на входы элементов 10 сигнализации (например, светоиндикаторов).

При этом реле 13 срабатывает и выдает

1138874

6 предупредительный неселективный сиг» нал, а на трансформатор тока поврежденного присоединения поступает ток, вторичное значение которого выше уставки контроля (например, 0,05А, в пределах 0 05 0 3 А), которое после усиления оказывается достаточным по уровню дЛя открывания и зажигания соответствующих светодиодов светоиндикаторного ряда на данном присоеди-, 10 нении. Поскольку на поврежденном присоединении вторичные значения тока

НН имеют наибольшее значение, то на его светоиндикаторе зажигается наибольшее число ламп, по сравнению со 15 светоиндикаторами остальных (неповрежденных) присоединений. Это дает возможность оперативному персоналу

"-:подстанции или диспетчеру достаточно просто и надежно определить присое- gp динение с ухудшенной изоляцией и развивающимся повреждением.

При однофазном замыкании на землю через сопротивления, лежащие в зоне защитного отключения (фиг.3), срабатывает реле 14 напряжения и с определенной выдержкой времени (порядка

5-10 мс) замыкается его контакт 14.1 (фиг.2). При этом срабатывают реле

9 (9„,9,...,9„при и отходящих ли- ниях) и размыкают свои контакты 9.1 (9 .1, 9>,,...9„,1). По зарядным цепям НП, которые одинаковы для всех присоединений, начинают заряжаться конденсаторы. Уставки срабатывания реле 3 (3,...,3„) на выходе усили.телей ка всех линиях одинаковы, но первым до уровня открывания транзис" тора усилителя заряжается конденса- 40 тор ковреждекной линии, т.е. где ток

НП наибольший по значению. Срабаты вает реле 3 поврежденной линии, своими контактами 3.1 и 3.2 замыкает цепь обмоток реле 7,8 и 9. Затем кон-4 такт 7..1 (реле 7) размыкает цепь пи тания обмоток реле 9, 9з, ..., 9 (цепь реле 9 замкнута койтактом 3.2).

Реле 9>, 9,...,9„ возвращаются в исходное состояние и своими контактами о мгковенно снова блокируют входы усилителей неповрежденных линий (замыкаются контакть1 9 . 1, 9 . 1, ...,9„ 1) .

Контакт 9.1 реле 9 остается разомкнутым. Срабатывает реле 8и,самоблоки- 5 руясь, замыкает свой контакт 8.2 в цепи отключения выключателя поврежденной линии.

При перемежающихся замыканиях на землю на вторичных обмотках трансформаторов 1 тока иэ-эа бросков первичного тока, достигающих 100-200 А, появляются соответственно повышенные напряжения, которые ограничиваются встречно-параллельно включенными диодами блока б для защиты входных цепей. Но благодаря наличию послецовательно включенного с диодами резистора (сопротивлением порядка О, 1 Ом), за счет падения напряжения на нем, обеспечивается сохранение зависимости напряжения на входе промежуточного трансформатора 5 от первичного тока в присоединениях при любых ее амплитудах.

Если первичные токи замыкания на землю не превышают 15-20 А, то напряжение „на входе трансформатора 5 не превышает величины напряжения открывания диодов в прямом направлении (0,3-0,5 В), т.е. эа счет того, что диоды заперты и по цепи диодно-резисторного блока б ток не течет, напряжение, поступающее на вход трансформатора 5, ограничивается только резис" тором, включенным параллельно блоку б.

Следовательно, предложенное устройство обеспечивает селективную работу и при перемежающихся дуговых замыканиях на землю.

Время срабатывания устройства

В В В ср 14 где ht - выдержка времени на срабатывание реле 14 напряжения (порядка 5-10 мс);

tg4ptg 3 ptg время срабатывания соответствующих реле 14, 9, 3, 7 и 8.

Для селективной работы реле должны соблюдаться условия ,nt+t +t +tВ+ ь t

В

"М . 1. и t +tg+t = — --- — — 1 (2)

1, 2- 1,5 где t> — время заряца емкости (меньшим током) на неповрежденных присоединениях.

Поэтому для выполнения услЬвий (1) и (2) реле 14, 9, 3 и 7 должны быть быстродействующими, например герконовымк (типа РЭС-55А и др.), имеющими время срабатывания порядка

1-2 мс, а реле 8 должно быть электромагнитным с временем срабатывания порядка 20-30 мс.

1 1 38874

Следовательно, при замыкании на землю через сопротивление в зоне защитного отключения через 40-50 мс формируется селективный сигнал на отключение поврежденного присоединения.

Экспериментальные исследования в карьерных распределительных сетях

6 кВ показали, что предложенное устройство выгодно отличается от известных повышенной селективностью при г различных видах однофазного замыкания (глухих, через переходное сопротивление и перемежающееся дуговое) независимо от числа защищаемых присоединений, а также возможностью селективного .определения участка с ухудшенной изоляцией для своевременного преду преждения развивающихся аварий в се5 тях и электрооборудовании..

Применение данного устройства, например, в распределительных сетях напряжением 6-10 кВ;карьеров и шахт позволяет получить существенный эко-.

10 номический эффект за счет сокращения простоев мощного добычного оборудования, обусловленных неселективными отключениями сети и внезапными повреждениями изоляции электрооборудований

15 и сетей.

1138874 ио2 8

Составитель Л.Васькова

Редактор И.Николайчук Техред Л.Коцюбняк Корректор C.ieêìàÐ v

Заказ 10700/41 Тираж 620 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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