Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока

 

I. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА по авт. св. № 1056343, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и помехоустойчивости , в негр введены последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения в логический сигнал с уставкой по напряжению подключенный к обмотке нулевой последовательности трансформатора напряжения сети, третий блок Бремени и блок определения замыкания, причем второй вход третьего блока времени подключен к второму выходу второго блока времени, три входа блока определения замыкания подключены к вторичной обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения сети, а выход блока определения замыкания - к третьим .входам первого и второго логических элементов И.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

gyes Н 02 Н 3/16 и

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1056343 (21) 3559740/24-07 (22) 02.03.83 (46) 07.04.85. Бюл. № 13 (72) О. А. Петров и В. 3. Арендт (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 621.316.925 (088.8) . (56) 1. Авторское свидетельство СССР № !056343, кл. Н 02 Н 3/16, 1981. (54) (57) I. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ

ОТ ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА

ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА по авт. св. № 1056343, отличающееся тем, что, с целью

„„SU„„1149340 А повышения надежности и помехоустойчивости, в него введены последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения в логический сигнал с уставкой по напряжению подключенный к обмотке нулевой последовательности трансформатора напряжения сети, третий блок времени и блок определения замыкания, причем второй вход третьего блока времени подключен к второму выходу второго блока времени, три входа блока определения замыкания подключены к вторичной обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения сети, а выход блока определения замыкания — к третьим. входам первого и второго логических элементов И.

1149340

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок определения замыкания содержит подключенные к каждому входу, подключенному к трансформатору напряжения сети, последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения в логический сигнал с уставкой по напряжению и логический элемент И, выходы последних соединены с соответствующими входами логического элемента ИЛИ, а его выход — с выходом блока, вторые прямые выходы каждого преобразователя соединены с вторыми и третьими входами логических элементов

И соответственно опережающей и отстающей фаз, четвертые входы логических элементов И соединены с входом блока, соеИзобретение относится к электротехнике, в частности к области защиты электрических сетей, и предназначено для работы в электрических сетях с изолированной и компенсированной нейтралью.

По основному авт. св. Хо 1056343, известно устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока, содержащее последовательно соединенные преобразователь сигналов, подключенный к трансформатору напряжения нулевой последовательности, и первый ограничитель сигналов, выход которого соединен с первыми входами первого и второго пороговых органов, подключенный к трансформатору тока нулевой последовательности второй ограничитель сигналов, выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого пороговых органов, два логических элемента И каждый с двумя входами, выходы которых подключены к соответствующим входам логического элемента ИЛИ, соединенного чере=релейный усилитель с исполнительным органом, пятый пороговый орган, подключенный к выходу первого ограничителя сигналов и первый блок времени, выход которого соединен с вторыми входами первых четырех пороговых органов, блок формирования короткого импульса, второй блок времени четы. ре RS-триггера и четыре логических элемента

И вЂ” НЕ, причем выходы первого и второго пороговых органов соединены соответственно с первыми входами первого и второго логических элементов И вЂ” НЕ, а выходы третьего и четвертого пороговых органов — соответственно с первыми входами третьего и четвертого логических элементов И вЂ” НЕ, выходы логических элементов И вЂ” НЕ соединены с S-входами соответствующих RS-триг5

35 диненным с выходом третьего блока времени.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что третий блок времени содержит последовательно соединенные первый логический элемент И, счетчик импульсов и второй логический элемент И, второй (установочный) вход счетчика импульсов и второй вход второго логического элемента И подключены к первому входу блока, прямой выход счетчика импульсов подключен к второму входу первого логического элемента И, вход которого соединен с вторым входом блока, выход второго логического элемента И подключен к выходу блока. геров, инверсные выходы первого и второго

RS-триггеров соединены соответственно с первыми входами первого и второго логических элементов И, а инверсные выходы третьего и четвертого RS-триггеров — соответственно с вторыми входами первого и второго логических элементов И, прямые выходы первого и второго RS-триггеров соединены соответственно с вторыми входами второго и первого логических элментов И—

НЕ, а прямые выходы третьего и четвертого RS-триггеров —. с вторыми входами четвертого и третьего логических элементов

И вЂ” НЕ, выход пятого порогового органа через блок формирования короткого импульса подключен к первым входам первого и второго блоков времени, первый выход второго блока времени подключен к R-входам RS-триггеров, а второй выход блока— к второму входу первого блока времени (I).

Недостаток известного устройства заключается в возможности ложных срабатываний при ненормальных режимах работы сети (например, при неполнофазных режимах).Кроме того, устройство имеет пониженную помехоустойчивость из-за отсутствия отстройки от коммутационных помех.

Цель изобретения — повышение надежности и помехоустойчивости.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока введены последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения в логический сигнал с уставкой по напряжению; подключенный к обмотке нулевой последовательности трансформатора напряжения сети, третий блок времени и блок определения замыкания, причем второй вход третьего блока времени

1149340

3 подключен к второму выходу второго блока времени, три входа блока определения замыкания подключены к вторичной обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения сети, а выход блока определения замыкания — к третьим входам первого и второго логических элементов И.

Причем блок определения замыкания содержит подключенные к каждому входу, подключенному к трансформатору напряжения сети, последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения в логический сигнал с уставкой по напряжению и логический элемент И, выходы последних соединены с соответствующими входами логического элемента ИЛИ а его выход— с выходом блока, вторые прямые выходы каждого преобразователя соединены с вторырыми и третьими входами логических элементов И соответственно опережающей и отстающей фаз, четвертые входы логических элементов И соединены с входом блока, соединенным с выходом третьего блока времени.

При этом третий блок времени содержит последовательно соединенные первый логический элемент И, счетчик импульсов и второй логический элемент И, второй (установочный) вход счетчика импульсов и второй вход второго логического элемента И подключены к первому входу блока, прямой выход счетчика импульсов подключен к второму входу первого логического элемента

И, вход которого соединен с вторым входом блока, выход второго логического элемента И подключен к выходу блока.

Преобразователь переменного напряжения в логический сигнал с уставкой по напряжению необходим для преобразования переменного напряжения трансформатора напряжения сети в логический сигнал, на который реагирует третий блок времени, а также для задания уставки по напряжению с целью отстройки от напряжений естественной несимметрии. Преобразователь сигналов выполнен в виде емкостно-активной цепочки, подключенной к обмотке нулевой последовательности трансфЬрматора напряжения сети, а выходной сигнал снимается с активного сопротивления.

Блок определения замыкания предназна-, чен для выделения режима однофазного замыкания на землю из всех режимов работы сети.

Первый и второй блоки времени формируют прямоугольные импульсы длительности At< и М соответственно. Прямоугольный импульс At разрешает работу первых четырех пороговых органов на время прохождения первой полуволны высокочастотных сигналов тока и напряжения нулевой последовательности. Это необходимо с целью повышения быстродействия устройства защиты и его помехоустойчивости. Прямоугольный импульс At поступает íà R-входы

RS-триггеров, разрешая работу последних, 4

М вЂ” Ata — время, необходимое для срабатывания исполнительного органа.

Третий блок времении предназначен для создания задержки выходного сигнала на время действия коммутационных помех.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства защиты; на фиг. 2 — блок определения замыкания; на фиг. 3 — третий блок времени; на фиг. 4 — первый блок времени; на фиг. 5 — второй блок времени.

К трансформатору 1 напряжения нулевой последовательности (фиг. 1) подключены последовательно соединенные преобразователь 2 сигналов и первый ограничитель 3 сигналов. Выход последнего соединен с первыми входами первого 4 и второго 5 пороговых органов, выходы которых подключены соответственно к первым входам первого 6 и второго 7 логических элементов И вЂ” НЕ, выходы их соединены с S — входами соответственно первого 8 и второго 9

RS-триггеров. Прямые выходы первого и второго RS-триггеров соединены соответственно с вторыми входами второго 7 и первого 6 логических элементов И вЂ” НЕ.

К трансформатору 10 тока нулевой последовательности подключен второй ограничитель 11 сигналов, выход которого соединен с первыми входами третьего 12 и четвертого 13 пороговых органов, выходы последних подключены соответственно к первым входам третьего 14 и четвертого 15 логических элементов И вЂ” НЕ, выходы которых соединены с S-входами соответственно третьего 16 и четвертого 17 RS-триггеров.

Прямые выходы третьего 16 и четвертого 17 RS-триггеров соединены соответственно с вторыми входами четвертого 15 и третьего

14 логических элементов И вЂ” НЕ. Инверсные выходы первого 8 и второго 9 RS-триггеров подключены к первым входам соответственно первого 18 и второго 19 логических элементов И, а инверсные выходы третьего 16 и четвертого 17 КЬтриггеров — к вторым входам соответственно первого 18 и второго 19 логических элементов И. Выходы этих элементов соединены с соответствующими входами логического элемента ИЛИ 20, выход которого через релейный усилитель

21 соединен с исполнительным органом 22.

К выходу первого ограничителя 3 сигналов подключены последовательно соединенные пятый 23 пороговый орган и блок 24 формирования короткого импульса, выход последнего соединен с входами первого 25 и второго 26 блоков времени. Выход первого блока

25 времени подключен к вторым входам первых четырех пороговых органов. Первый выход второго блока 26 времени подключен к второму входу первого блока 25 времени, а второй — к R-входам RS-триггеров 8, 9, 16 и 17. Преобразователь 27 переменного напряжения в логический сигнал с уставкой

1149340

55 по напряжению, подключенный к обмотке нулевой последовательности трансформатора напряжения сети, последовательно соединен с третьим блоком 28 времени, второй вход последнего подключен к первому выходу второго блока времени, а выход — к первому входу блока 29 определения замыкания, другие три входа которого подключены к вторичной обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения сети, а выход — к третьим входам первого 18 и второго 19 логических элементов И.

Блок 29 определения замыкания (фиг. 2) содержит подключенные к каждому входу последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения в логический сигнал с уставкой по напряжению и логический элемент И вЂ” соответственно 30 и 31, 32 и 33, 34 и 35. Выходы блоков 31, 33 и 35 соединены с соответствующими входами логического элемента ИЛИ 36, а его выход— с выходом блока. Прямые выходы каждого преобразователя соединены с вторыми и третьими входами логических элементов

И 31, 33 и 35 соответственно опережающей и отстающей фаз, четвертые входы логических элементов И 31, 33 и 35, соединены с четвертым входом блока.

Третий блок 28 времени (фиг. 3) содержит последовательно соединенные первый логический элемент И 37, счетчик 38 импульсов и второй логический элемент И 39, второй (установочный) вход счетчика импульсов и второй вход второго логического элемента И 39 подключены к первому входу блока, прямой выход счетчика 38 импульсов подключен к второму входу первого логического элемента И 37, вход которого соединен с вторым входом блока, выход второго логического элемента И 39 подключен к выходу блока.

Первый блок 25 времени (фиг. 4) содержит последовательно соединенные счетчик

40 импульсов и логический элемент И 41.

Установочный вход счетчика 40 импульсов подключен к первому входу блока, а выход— к выходу блока. Второй вход логического элемента И 41 подключен к второму входу блока, а выход — к счетному входу счетчика 40 импульсов.

Второй блок 26 времени (фиг. 5) содержит последовательно соединенные генератор 42 импульсов логический элемент И 43 и счетчик 44 импульсов, причем установочный вход последнего подключен к входу блока, а его выход — к первому выходу блока и к второму входу логического элемента И 43, выход генератора 42 импульсов подключен к второму выходу блока.

В нормальном режиме работы сети напряжение нулевой последовательности и ток нулевой последовательности Ip близки к нулю. На выходе преобразователя 27 переменного напряжения в логический сигнал с уставкой по напряжению блока 29

1О

50 определения замыкания, пороговых органов

4, 5, 12 и 13, на инверсных выходах RS триггеров 8, 9, 16 и 17 и на выходе логического элемента ИЛИ 20 имеются нулевые сигналы. Исполнительный орган 22 находится в исходном состоянии.

При однофазном замыкании на землю в месте замыкания протекает ток переходного процесса, который содержит высокочастотную составляющую, а в напряжении нейтрали появляется высокочастотная составляющая напряжения. Первая составляющая трансформируется через трансформатор 10 нулевой последовательности и поступает на вход второго ограничителя 11 сигналов и далее на первые входы пороговых органов 12 и 13. Высокочастотная составляющая напряжения нейтрали через трансформатор напряжения нулевой последовательности поступает на вход преобразователя 2 сигналов, в котором она дифференцируется. При этом изменяется фаза этой составляющей. С выхода преобразователя

2 через первый ограничитель 3 сигналов сигнал поступает на первые входы первого 4, второго 5 и пятого 23 пороговых органов.

При этом срабатывается пятый пороговый орган 23, реагирующий на первый полупериод (положительный или отрицательный) входного высокочастотного сигнала, а также срабатывают первый 25 и второй 26 блоки времени. На выходе первого блока 25 времени появляется прямоугольный импульс Ati, а на выходе второго блока 26 — прямоугольный импульс длительностью Atz причем Ati( (At>. Это необходимо для того, чтобы увеличить быстродействие и надежность устройства. Блоки 25 и 26 разрешают раооту соответственно пороговых органов 4, 5, 12 и 13 и RS-триггеров 8, 9, 16 и 17.

При однофазном замыкании напряжение нулевой последовательности Uo поступает на вход преобразователя 27 переменного напряжения в логический сигнал, на выходе которого появляется логическая единица, если напряжение Uo првышает уставку преобразователя 27. Этот сигнал (логическая единица) разрешает работу третьего блока

28 времени, который через время At, достаточное для защиты от коммутационных помех, изменяет свой выходной сигнал с логического нуля на логическую единицу, которая разрешает работу блока 29 определения замыкания, на другие три входы которого подаются фазные напряжения с трансформатора напряжения сети. На выходе блока определения замыкания (в случае однофазного замыкания на землю) появляется сигнал, равный логической единице, который разрешает работу логических элементов И 18 и 19.

Пусть замыкание на землю происходит вне зоны защиты, тогда высокочастотные сигналы, поступившие на входы ограничителей 3 и 11 сигналов и далее, находятся

1149340

В нормальном режиме работы сети входной и выходной сигналы блока 29 определения замыкания (фиг. 2) рвны нулю. На инверсных выходах преобразователей 30, 32 и З0

34 переменного напряжения в логический сигнал с уставкой по напряжению сигналы равны логическому нулю, а на прямых выходах — логической единице. Выходные сигналы логических элементов И 31, 33 и 35 равны нулю. При однофазном замыкании на З5 землю напряжение поврежденной фазы (например, А) становится меньше уставки

50 в противофазе. Если первый полупериод высокочастотного сигнала на первых входах блоков 4 и 5 положителен (отрицателен), то соответствующий сигнал на первых входах блоков 12 и 13 отрицателен (положителен). Пороговые органы 4 и 12 реагируют на положительную полуволну, а 5 и 13— на отрицательную. На инверсных выходах первого 8 (второго 9) и четвертого 17 (третьего 16) RS-триггеров сигналы изменяются с логических нулей на логические единицы, а на выходах логических элементов

И 18 и 19 сигналы не меняются и остаются равными логическим нулям. Исполнительный орган 22 в данном случае не работает. При замыкании на землю в зоне защиты высокочастотная составляющая тока трансформатора 10 тока совпадает по фазе с высокочастотным сигналом, появляющимся на выходе преобразователя 2.

В результате на инверсных выходах первого 8 (второго 9) и третьего 16 (четвертого

17) RS-триггеров сигналы становятся равными логической единице и через логические элементы И 18 (19), ИЛИ 20, релейный усилитель 21 сигнал поступает на исполнительный орган 22, который срабатывает и отключает поврежденное присоединение. преобразователя 30 и его выходные сигналы изменяются на противоположные. На прямом выходе сигнал становится равным логическому нулю, который блокирует работу логических элементов И 33 и 35 соответственно отстающей и опережающей фаз, а на инверсном выходе сигнал становится равным лотической единице, которая поступает на пер. вый вход логического элемента И 31. На второй и третий входы элемента 31 с преобразователей 32 и 34 поступают сигналы, равные логической единице, а на четвертом входе логического элемента И 31 сигнал становится равным логической единице через время Л4 с момента однофазного замыкания на землю, благодаря чему на выходе логического элемента И 31 на выходе блока

29 сигналы также становятся равными логической единице.

При других режимах работы сети, например, при исчезновении напряжений на двух любых фазах, изменяются выходные сигналы соответствующих преобразователей, которые блокируют работу всех логических элементов И 31, ЗЗ и 35. На выходе блока сигнал остается равным логическому нулю.

В нормальном режиме работы сети на счетный вход счетчика 38 импульсов третьего блока 28 времени (фиг. 3) поступают счетные импульсы с второго входа блока через первый логический элемент И 37. На второй (установочный) вход счетчика и на второй вход второго логического элемента И 39 поступает сигнал, равный логическому нулю.

На инверсном выходе счетчика импульсов и на выходе блока сигналы равны логическому нулю. При однофазном замыкании на землю на первом входе блока сигнал становится равным логической единице, которая разрешает работу счетчика 38 импульсов.

На выходе счетчика импульсов через время

At сигналы имезняются на противоположные. На инверсном выходе счетчика 38 импульсов и на выходе блока сигналы становятся равными логической единице, а на прямом выходе счетчика 38 импульсов сигнал становится равным нулю, который запрещает прохождение счетных импульсов через первый логический элемент И 37 на счетный вход счетчика 38 импульсов. При ликвидации замыкания сигналом, поступающим на первый вход блока, происходит подготовка блока 28 к работе. В нормальном режиме работы сети генератор 42 вырабатывает импульсы прямоугольной формы, которые поступают на первые входы логических элементов И 41 и 43. Остальные входные и выходные сигналы первого 25 и второго 26 блоков времени равны нулю. При однофазном замыкании на землю блок 24 формирования короткого импульса реагирует на серию входных импульсов и на первый бросок формирует короткий импульс прямоугольной формы, который сбрасывает счетчики 40 и 44, изменяя их выходные сигналы с логического нуля на логическую единицу. Эти сигналы разрешают прохождение счетных импульсов на счетные входы счетчиков 40 и 44 через соответствующие логические элементы И 41 и 43. Через время Ati на выходе счетчика 40 и через время At на выходе счетчика 44 сигналы становятся равными логическим нулям.

Применение предлагаемого устройства увеличит надежность работы защиты и сократит простои оборудования.

1149340

Редактор Н. Бобкова Техред И. Верес Корректор О. Билак

Заказ 1912/39 Тираж 620 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по . делам изобретений и открытий

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

Филиал Illlll <Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4