Способ защиты распределительной сети от тока утечки и устройство для его осуществления

 

1, Способ защиты распределительной сети от тока утечки, при котором определяют поврежденную фазу на шинах , минимизируют напряжение этой фазы относительно земли, а также контролируют токи утечки в присоединениях , сравнивают их значение с зталонной величиной, отключают поврежденное присоединение при превьшении измеряемой величины над эталонной величиной, отличающийся тем, что, с целью сокращения перерывов в электроснабжении путем обеспечения работы защиты при повторных повреждениях,сигнализируют о появлении опнофазной утечки в том присоединении , в котором при осуществлении минимизации контролируемый ток стал меньше второй эталонной величины, и осуществляют указанные операции по отключению при повторном контроле ,тока утечки в присоединениях. 2. Устройство для защиты распределительной сети от тока утечки, содержащее общрсетевой автоматический минимизатор напряжения поврежденной фазы, подключенный к сети, и блоки контроля тока утечки в присоединениях , отличающееся тем, что каждый распределительный пункт сети снабжен блоком контроля минимизации , выполненным в виде последовательно соединенных реле напряжения и элемента задержки с блоком сигнализации , выполненным в виде последовасл тельно соединенных запоминающего элемента и индикатора, блоком управления , вьтолненным в виде последовательно включенных одновибратора и первого элемента И, выход которого является вторым выходом блока управления , а входы одновибратора и второго элемента И объединены и являют4 4 ся первым входом блока управления, при этом выход второго элемента И является первым выходом этого блока, О) а вторые входы первого и второго элеto ментов И объединены и являются вторым входом указанного блока управления, причем вторые входы блоков управления каждого присоединения объединены и подключены через блок контроля минимизации к введенному датчику напряжения нулевой последовательности, а первые выходы каждого блока управления подключены к выключателю своего присоединения, при этом первые входы каждого блока управления подсоединены к блоку контроля тока

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4 (51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ДТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3585478/24-07 (22) 27.04.83 (46) 07.03.85. Бюл. У 9 (72) В.К.Обабков, Е.В.Сергин, К.А.Гринь и А.В.Сапилов (71) Донецкий ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт и Институт прикладной математики .и механики АН Украинской CCP (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 542287, кл. Н 02 Н 3/16, 1971.

2. Бухтояров В.ф. Новые устройства для защиты от замыканий на землю в электрических сетях разрядов. Обзор.

ЦНИЭИУголь. M., 1976, с. 17-18. (54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ

СЕТИ ОТ ТОКА УТЕЧКИ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ защиты распределительной сети от тока утечки, при котором определяют поврежденную фазу на шинах, минимизируют напряжение этой фазы относительно земли, а также контролируют токи утечки в.присоединениях, сравнивают их значение с эталонной величиной, отключают поврежденное присоединение при превышении измеряемой величины над эталонной величиной, отличающийся тем, что, с целью сокращения перерывов в электроснабжении путем обеспечения работы защиты при повторных повреждениях,сигнализируют о появлении опнофазной утечки в том присоединении, в котором при осуществлении минимизации контролируемый ток стал меньше второй эталонной величины, и осуществляют указанные операции по

„„Я0 „„1144162 отключению при повторном контроле ,тока утечки в присоединениях.

2. Устройство для защиты распределительной сети от тока утечки, содержащее общесетевой автоматический минимизатор напряжения поврежденной фазы, подключенный к сети, и блоки контроля тока утечки в присоединениях, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что каждый распределительный пункт сети снабжен блоком контроля минимизации, выполненным в виде последовательно соединенных реле напряжения и элемента задержки с блоком сигнализации, выполненным в виде последовательно соединенных запоминающего элемента и индикатора, блоком у равления, выполненным в виде последовательно включенных одновибратора и первого элемента И, выход которого является вторым выходом блока управления, а входы одновибратора и второго элемента И объединены и являются первым входом блока управления, .при этом выход второго элемента И является первым выходом этого блока, а вторые входы первого и второго элементов И объединены и являются вторым входом указанного блока управления, причем вторые входы блоков управления каждого присоединения объединены и подключены через блок контроля минимизации к введенному датчику напряжения нулевой последовательности, а первые выходы каждого блока управления подключены к выключателю своего присоединения, при этом первые входы каждого блока управления подсоединены к блошку контроля тока

1144162 утечки своего присоединения, а вторые выходы каждого указанного блока

Изобретение относится к области защиты от поражения электрическим током и может быть использовано в распределительных сетях трехфазного напряжения крупных предприятий.

Известен способ селективного отключения участка с пониженным сопротивлением изоляции в разветвленных электрических сетях низкого напряжения переменного тока с изолированной нейтралью, заключающийся в последовательном наложении на сеть оперативного тока различных непромышленных частот, определении величины наложенного тока в каждом из ответвлений на собственной частоте, сравнении этой величины с. уставкой и отключении от сети ответвления в случае превышения уставки Г1).

Согласно способу осуществляется контроль суммарного активного сопротивления фаз участков сети относительно земли. Поэтому отключение участков происходит независимо от характера повреждения в них. При возникновении однофазной утечки величина оперативного тока непромышленной частоты в соответствующем ответвлении может превышать уставку. В результате происходит отключение ответвления 30 с однофазной утечкой даже в том случае, когда полный ток утечки (включая составляющую промышленной частоты) не превышает безопасной величины. В этой связи возникают неоправданные простои электрооборудования.

Устройство для осуществления этого способа содержит генератор регулируемой непромышленной частоты, подключенный между сетью и землей через щ

:трансформатор напряжения и трансформатор тока, вторичная обмотка которого связана с управляющим входом генератора. через последовательно соединенные узкопопосный фильтр, порогов ...< 45 элемент и блок, управления частотой, и установленный в каждом ответвлении трансформатор тока, вторичная обмотподключены к блоку сигнализации своего присоединения. ка которого связана с автоматическим выключателем соответствующего ответвления через узкополосный фильтр и пороговый .элемент, причем каждый узкополосный фильтр в ответвлениях настроен на собственную частоту 1).

Однако данное устройство не обладает избирательностью по отношению к виду утечек. Кроме того, перестройка частоты генератора вносит задержку во времени на выявление поврежденных участков, расположенных вблизи источника питания сети. В этой связи устройство не применимо для обеспечения условий электробезопасности.

Наиболее близким к изобретению является способ защиты от замыканий на землю и поражения электрическим током, основанный на определении в сети фазы, в которой возникла утечка, выборе поврежденного присоединения (при помощи контроля токов утечек в присоединениях, сравнении их с порогом защиты и определении поврежденного присоединения по превышению контролируемого тока в соответствующем присоединении над порогом защиты, как обязательных операций}, общесетевом шунтировании на землю поврежденной фазы (минимизации напряжения поврежденной фазы относительно земли), отключении поврежденного присоединения с одновременным шунтированием в нем на землю выбранной фазы и снятии общесетевого шунтирования, снятии шунтирования в отключенном присоединении через выдержку времени, контроле состояния изоляции в нем, а также повторном включении присоединения при исправной изоляции или запрещении повторного включения при неисправной изоляции С2 7.

В соответствии с данным способом при возникновении в сети однофазных утечек происходит селективное отключение присоединений. Это сопровождается, как минимум, кратковременными остановами электрооборудования в от1144162 ключаемых присоединениях при самоустраняющихся утечках. При длительных утечках электроснабжение поврежденного присоединения не возобновляется вообще, в то время как величины токов через эти утечки не превышают безопасных значений за счет миними-, зации напр.яжения на поврежденной фазе. Преждевременные откпючения сети при длительных однофазных утечках вызваны отсутствием контроля двухфазных утечек (когда возникают утечки в соседних фазах сети по отношению к первоначально поврежденной), при которых условия электробезопасности мо-15 гут быть обеспечены лишь с помощью защитного отключения.

Этот способ реализован в устройстве, содержащем общесетевой автоматический минимизатор напряжения по- щ врежденной фазы, состоящий из подключенных к сети устройства выбора поврежденной фазы и блоков шунтирования фаз на землю, управляющие входы которых соединены с выходами устройстваг5 выбора поврежденной фазы, а также расположенные в каждом присоединении блок повторного (дополнительного) шунтирования поврежденной фазы, у которого первый вход соединен с бло- ЗО ком выбора поврежденной фазы, а шунтирующая цепь подключена к земле через размыкающий контакт реле времени, контрольно-блокировочный элемент, выход которого подключен параллельно указанному контакту реле времени, блок контроля тока утечки, выход которого подключен к второму входу блока повторного шунтирования и к управляющему входу автоматического выключа- 40 теля защищаемого присоединения, блок, контакт которого связан с устройством выбора поврежденной фазы и блоком контроля тока утечки через блок сброса информации, блок селективной защи- 4> ты присоединений конструктивно объединены в блок выбора поврежденной линии C27.

Однако это устройство характеризуется возможностью длительного про- 50 стоя электрооборудования в отключенном присоединении при возникновении неустраняющихся однофазных повреждений.

Цель изобретения — сокращение пе- 55 рерывов в электроснабжении путем обеспечения работы защиты при повторных повреждениях.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу защиты распреде— лительной сети от тока утечки, при котором определяют поврежденную фазу на шинах, минимизируют напряжение этой фазы относительно земли, а также контролируют токи утечки в присоединениях, сравнивают их значение с эталонной величиной, отключакт повоежпенное присоединение при превышении измеряемой величины над эталонной величиной, сигнализируют о появлении однофазной утечки в том присоедине,нии, в котором при осуществлении минимизации контролируемый ток стал меньше второй эталонной величины, и осуществляют указанные операции по отключению при повторном контроле тока утечки в присоединениях.

В устройстве для осуществления способа, содержащем общесетевой автоматический минимизатор напряжения поврежденной фазы, подключенный к сети, и блоки контроля тока утечки в присоединениях, каждый распределительный пункт сети снабжен блоком контроля минимизации, выполненным в виде последовательно соединенных реле напряжения и элемента задержки с блоком сигнализации, выполненным в виде последовательно соединенных запоминающего элемента и индикатора, блоком управления, выполненным в виде последовательно включенных одновибратора и первого элемента И, выход которого является вторым выходом блока управления, а входы одновибратора и второго элемента И объединены и являются первым входом блока управления, при этом выход второго элемента И является первым выходом этого блока, а вторые входы первого и второго элементов И объединены и являются вторым входом указанного блока управления, причем вторые входы блоков управления каждого присоединения объединены и подключены через блок контроля минимизации к введенному датчику напряжения нулевой последовательности, а первые выходы каждого блока управления подключены к выключателю своего присоединения, при этом первые входы каждого блока управления подсоединены к блоку контроля утечки своего присоединения, а вторые выходы каждого указанного блока подключены к блоку сигнализации своего присоединения.

11441б2

Иа фиг.1 представлена схема устройства; на фпг.2 — временная диаг-, рамма, поясняющая работу устройства; на фиг,3 — пример выполнения общесетевого автоматического минимизатора 5 напряжения поврежденной фазы, Устройство (фиг. 1) содержит распределительную сеть с присоединениями

1 и 2, источник 3 питания сети, общесетевой автоматический минимизатор

4 напряжения поврежденной фазы, подключенный к сети относительно земли, датчик 5 напряжения нулевой последовательности, подключенный к шинам распределительного пункта сети, блок б контроля ми)п)мизации, состоящий из последовательно соединенных реле 7 напряжения и элемента 8 задержки, автоматический выключатель 9, в каждом присоединении блок контроля то в 2)1 ка утечки, состоящий из датчика тока утечки и порогового элемента 10, блок 11 управления, состоящий из пер— вого и второго элементов И 12, 13 и формирователя 14 одиночного импульса (одновибратор), а также блок 15 сигнализации, включающий в себя последовательно соединенные запоминающий элемент 16 и индикатор 17. Вход рене

7 напряжения подключен к выходу дат-. 30 чика 5, а выход — через элеме IT 8 задержки к вторым входам блоков 11 управления в присоединениях. В каждом присоединении выход устройства 10 селективной защиты соединен с первым З5 входом блока 11 управления, у которого первый выход подключен к блоку

15 сигнализации, а второй выход — к автоматическому выключателю 9. В блоке 1 l управления первый вход соеди- 40 нен первым входом первого элемента И 12 через формирователь 1.4 (одновибратор) и с первым входом второго элемента И 13, второй вход — с вторыми входами элементов 12 и 13, первый 45 вход — с выходом первого элемента И 12, а второй выход — с выходом второго элемента И 13.

На временной диаграмме (фиг.2) отражены следующие величины: х", х) - 50 информационные сигналы на выходах блоков 10 контроля тока утечки в присоединениях 1 и 2; ьх)" - сигнал на выходе формирователя 14 одиночного импульса в присоединении 1; z — - логи-55 ческий сигнал на выходе реле 7 напряжения; zq - сигнал контроля минимизации на выходе элемента 8 задержки;

81") — сигнал управления сигнализацией на первом выходе блока 11 управления в присоединении 1;у,у )- сигналы

1) управления защитным отключением на вторых выходах блоков 11 управления в присоединениях " и 2, t () p tp7p(f( ср(х) ото(Х) времена срабатывания и отпускания блока 10 контроля тока утечки; Ь „ длительность одиночного импульса

Ьх ; Лаз,4t — длительности сигналов (1). управления сигнализацией и защитным отключением на первом и втором выходах блока 11 ; „() время срабатывания минимизатора 4, t (z) — время задержки элемента 8; момент возникновения первой во времени однофазной утечки в присоединении 1; ф,t — моменты возникновения второй во времени утечки в одной из соседних фаз по отношению к первоначально поврежденной фазе в присоединениях 1 и 2; t — текущее время °

На фиг.3 приведена схема автоматического минимизатора 4, который содержит подключенные к фазам сети относительно земли блок 18 определения поврежденной фазы и блоки 19 шунтирования фаз на землю, управляющие входы которых соединены с выходами устройства 18.

Способ осуществляется следующим образом.

При возникновении в сети однофазной утечки определяется поврежденная фаза н включается минимизация напряжения этой фазы относительно земли, в результате чего ток утечки снижается до безопасной величины. Одновременно с возникновением повреждения контролируемый ток утечки в соответствующем присоединении превышает порог защиты. Однако с включением минимизации контролируемый ток становится меньше порога защиты.

Снижение контролируемого тока под воздействием минимизации является условием включения сигнализации о появлении однофазной утечки в присоединении. Таким образом, защита от однофазных токов утечек (как кратковременных, так и длительных) происходит без отключения сети. Отключения же в сети, диктуемые опасностью возникновения двухфазных утечек, осуществляются Е3 виде селективных отключений тех присоединений, в которых возникает вторая во времени утечка, т,е. утечка в одной .из соседних фаз сети

7 1144 по отношению к первоначально поврежденной. Выявление указанных утечек обеспечивается с помощью контроля токов утечек во всех присоединениях не только до включения минимизации, но и после включения. Условием селективного,отключения присоединения является превышение контролируемого тока над порогом защиты при включенной минимизации, что соответствует 1О возникновению второй во времени (двухфазной) утечки.

Способ допускает использование различных методов минимизации напряжения поврежденной фазы относительно.15 земли. К наиболее приемлемым и распространенным методам относятся шунтирование поврежденной фазы на земпю, противовключение между нейтралью и землей ЭДС источника питания повреж- о денной фазы, а также автокомпенсация токов утечки. Указанные методы минимизации являются практически равноценными и выбор конкретного из них определяется простотой реализации.

Рассмотрим устройство (фиг.1), в котором все сигналы представлены в логической форме (т.е. могут приник tr в в1 мать только два значения О и 1 ) и в исходном состоянии (когда сеть

30 работает в нормальном режиме) равны нулю.

Пусть в момент времени t," â присоединении 1 сети возникла однофазная утечка. При превышении током утечки порога срабатывания на выходе З блока 10 контроля тока утечки, стоящего в поврежденном присоединении 1, через время срабатывания,р „1(10.30 мс) информационный сигнал х " принимает значение "1". Автоматический минимизатор 4 через собственное время срабатывания 1 „< (50-100 мс) осуществляет минимизацию напряжения поврежденной фазы сети относительно земли, ограничивая ток утечки до без45 опасной величины и обеспечивая возможность дальнейшей эксплуатации сети без прерывания электроснабжения.

Включение минимизации сопровожда5О ется увеличением напряжения нулевои последовательности сети до значения, практически равного фазному напряжению источника 3 питания. При этом реле 7 напряжения вырабатывает единичный сигнал z, порождающий на выходе элемента 8 через время задержки (z) (20-30 мс) единичный сигнал

Ь контроля минимизации zq, 163 8, Кроме этого, при включении мини-, мизации ток утечки становится ниже порога защиты, что приводит к обнуле(11 нию информационного сигнала х на выходе соответствующего устройства

10 через время опускания „„ (х) (5-10 мс). При соблюдении условия (х) (t (z) обнуление сигнала х " атп Ъ происходит раньше появления единичного сигнала контроля минимизации z, в результате чего на выходе второго элемента И 13 блока 11 сигнал управления защитным отключением у " остается нулевым, что исключает преждевременное отключение присоединения.

Формирователь 14 по спаду сигнала х<" вырабатывает одиночный импульс

gx(" длительностью йС„(50-60 мс). Совпадение во времени импульса Дх 1 и сигнала z 1 порождает на выходе логического элемента И 12 сигнал управления сигнализацией S в виде единичного импульса длительностью ЬЙз= (x)+Dt„-t >(z) (25-50 мс).

Величина последней устанавливается достаточной для срабатывания запоминаФ ющего элемента l 6. Запоминание появления импульса S 1 позволяет осуществлять с помощью индикатора 17 непрерывную сигнализацию о возникновении в присоединении 1 однофазной утечки.

В таком состоянии сеть может нахо1 диться сколь угодно долго. Селективная сигнализация позволяет определить в каком присоединении возникла утечка с тем, чтобы устранить ее, например, во время йрофилактического останова в удобное для производства время.

Таким образом, информацией о появлении однофаэной утечки служит снижение контролируемого тока утечки в соответствующем присоединении ниже порога защиты при включении минимизации напряжения поврежденной фазы, поскольку до включения минимизации контролируемый ток превышал порог защиты.

Если же в одной из соседних фаз сети по отношению к первоначально поврежденной возникает вторая во време= ни (двухфазная) утечка на землю, то условия электробезопасности можно обеспечить лишь при помощи защитного отклонения. Система защиты осуществляет селективное отключение того присоединения, в котором возникла вторая во времени утечка, в том числе и присоединения .с включенной сигнализацией, поскольку в нем продол1144

9 жают контролировать ток утечки. Информацией о появлении второй во времени утечки служит превышение контролируемого тока утечки над порогом защиты при включенной минимизации.

Действительно, с появлением единичного сигнала контроля минимизации к все вторые элементы И 13 блоков

11 управления распределительного пункта сети переходят в состояние, 1ð при котором в присоединениях обеспечивается прямая связь сигналов управления защитным отключением на выходах вторых элементов 13 с информационными сигналами на выходах устройств15

10 селективной защиты. Возникновение второй во времени утечки (в присоединении 1 — момент времени t, в при(11

2,(2Ь соединении 2 - момент времени (: g сопровождается появлением через вре- 2О мя t срабатывания устройств 10 сеcp(x } лективной защиты единичных информационных сигналов х(и х и, как след(1) (f l ствие, сигналов управления защитным отключением у(" и у((на вторых выхо-р дах блоков 11 управления), приводящих к отключению соответствующих присоединений автоматическими выключателями 9. Сигналы у("1и у(имеют форму единичных импульсов длительностью у = отн (q)+t ср (AB) (55-1 10 мс), где (AB)=50-100 мс " время срабатыва- . ср ния автоматического выключателя 9.

В результате селективного отключения второй во времени утечки сущест35 вование опасных токов оказывается кратковременным, что позволяет сохранить безопасные условия эксплуатации сети в целом.

В качестве автоматического миними-40 затора 4 напряжения поврежденной фазы могут использоваться различные

162

10 устройства. На фиг.З минимизачор представлен в виде устройства автоматического шунтирования, работа которого заключается в следующем. При возникновении в сети первой во времени (однофазной) утечки на землю блок

18 определяет поврежденную фазу и вырабатывает управляющий сигнал на входе соответствующего блока 19 шунтирования фазы на землю. Включение шунтирования приводит к снижению (минимизации) напряжения поврежденной фазы (тока утечки) до безопасной величины.

Могут быть использованы и другие варианты реализации минимизатора 4.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с известным осуществляют защиту от однофазных утечек без отключения питающего напряжения сети с селективной сигнализацией поврежденного присоединения, а защиту от двухфазных утечек путем селективного отключения присоединения, в котором возникла вторая во времени утечка. Двухфазные утечки встречаются значительно реже однофазных. В этой связи количество отключений в сети по этой причине будет незначительным. Кроме того, сигнализация о появлении однофазной утечки позволяет ускорить поиск места повреждения, ликвидировать его, отключив присоединение в удобное для производства время, и предупредить внезапные отключения присоединений при возникновении второй во времени утечки.

B целом способ и устройство обеспечивают условия электробезопасности при любых несимметричных утечках и сводят к минимуму число отключений в сети. t 144162

Фиа 1

gp w(p) 1144162

Составитель Н.Чутчев

Редактор С.Патрушева Техред Ж.Кастелевич

Корректор О.Билак

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

Заказ 941/43 Тираж 620 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035,,Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5