Устройство для защиты от замыканий на землю

 

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для осуществления защиты от замыканий на землю в сетях с нейтралью, заземленной через высокоомный резистор, а также для осуществления направленной защиты от однофазных замыканий на землю се-- тей с изолированной нейтралью. Целью изобретения является повышение чувствительности и селективности. УЬтройство содержит фазочувствительный усилитель (ФЧУ) 2, фильтр 3, испол

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) SU (sg 4 Н 02 Н 3/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Г21).4082693/24-07, 4082694/24-07 (22) 1).05.86 (46) 23.02.88. Бюл.¹ 7 (» ) Томский политехнический институт (72) P.À.Âàéíøòåéí, А.Ф.Карбышев и И.П.Фальк (53) 62).316.925(088.8) (56) Кискачи В.М. Селективная чувствительная защита от замыканий на зем лю в сетях с малыми емкостными токами типа ЗЗП-1. — Электрические станции, 1966, № 3.

Авторское свидетельство СССР

¹ 172898, кл. Н 02 Н 3/16, 1963. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ 3AMbEAНИЙ HA ЗЕМЛИ (57) Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для осуществления защиты от замыканий на землю в сетях с нейтралью, заземленной через высокоомный резистор, а также для осуществления направленной защиты от однофазных замыканий на землю се тей с изолированной нейтралью. Целью изобретения является повышение чувствительности и селективности. Устройство содержит фазочувствительный усилитель (ФЧУ) 2, фильтр 3, испол"

1376170 нительный орган 4, датчик тока нулевой последовательности (ДТ) 5 и датчик напряжения нулевой последовательности (ДН) 6. Цель изобретения. достигается тем, что в устройство введен компаратор 1, вход которого соединен с выходом ДН 6, выход компаратора 1 соединен с первым управляющим входом

ФЧУ 2, второй вход которого соединен с выходом ДТ 5. Выход ФЧУ 2 соединен через фильтр низких частот 3 с входом исполнительного органа 4, реагирующего на модуль входного сигнала. Для обеспечения работы защиты в сети с изолированной нейтралью в устройство тей неповрежденных фаз; I — ток разряда повреди<денной фазы; I — ток восстановления заряда неповрежденных фаз неповрежденного присоединения;

I4 — ток восстановления заряда неповрежденных фаз поврежденного присоединения; I — ток восстановления

5 заряда поврежденной фазы поврежденно10 го присоединения.

Устройство (фиг.1) содержит компаратор 1, подключенный к фазочувствительному усилителю 2, выход которого через фильтр 3 низких частот подклю15 чен к двухпороговому реагирующему органу 4. Второй вход фазочувствительного усилителя 2 подключен к выходу датчика 5 тока нулевой последовательности. Вход компаратора соединен с .

2р выходом датчика 6 напряжения нулевой последовательности.

Устройство защиты работает следующим образом.

При металлическом замыкании на

25 землю на входе защиты появляется напряжение 3U,, при этом на выходе компаратора 1 формируется логический сигнал х„, причем х„= 1 при 3!J, > 0; х„= 0 при 3JJ, с О.

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для осуществления защиты от Однофазных замыканий на землю сетей с нейтралью, заземленной через высокоомный резистор, а также для осуществления направленной защиты от однофазных замыканий на землю сетей с изолированной нейтралью.

Целью изобретения является повышение чувствительности и селективности защиты, !

На фиг.1 приведена схема устройства защиты; на фиг.2 — схема реализации двухпорогового реагирующего ор" гана на базе сдвоенного компаратора и характеристика его срабатывания; на фиг.3 — схема реализации формирователя управляющих импульсов и эпюры, поясняющие его работу; на фиг.4— схема замещения сети; на фиг.5— векторная диаграмма величин нулевой последовательности; на фиг.6 — эпюры сигналов, поясняющие работу защиты на поврежденном и неповрежденном присоединениях; на фиг.7 — схемы замещения сети при горении дуги и после ее погасания (без учета индуктивностей элементов сети; на фиг.8 — эпюры сигналов для случая дугового замыкания, когда пробой происходит при максимуме фазного напряжения °

На фиг.7 использованы следующие обозначения: 7., — ток доэаряда емкосвводится формирователь управляющих импульсов между выходом компаратора ! и управляющим выходом ФЧУ 2. При замыкании на землю на выходе фильтра

3 формируется сигнал, пропорциональный интегралу тока нулевой последовательности, который при внутреннем: замыкании равен суммарному изменению заряда емкости всей сети и имеет значительную величину, а при внешнем замыкании близок к нулю. Наличие исполнительного органа, реагирующего на модуль входного сигнала, позволяет упростить эксплуатацию защиты.

2 з.п. ф-лы, 8 ил, Сигнал х„ с выхода компаратора 1 поступает на первый вход фазочувствительного усилителя для управления

35 знаком его коэффициента усиления.

1376170

20

Коэффициент усиления фазочувствительного усилителя ? равен

+k при х = 1; при х = О.

М

На выходе фазочувствительного усилителя (фиг.6) сформированы сигналы, среднее значение KQTopbIx на неповрежденном присоединении равно нулю, а на поврежденном присоединении среднее значение напряжения U пропорционально Х (или Х для случая Хц — I )..

Среднее значение выходного напряжения фазочувствительного усилителя

2 формируется на выходе фильтра 3 низких частот, который реализуется в виде пассивного фильтра первого порядка. При дуговых перемежающихся замыканиях рассмотрим работу защиты в сети с нейтралью, заземленной через резистор. При перемежающихся замыканиях имеет место последовательно сменяющие друг друга процессы горения дуги, когда одна фаза сети имеет связь с землей,и восстановления напряжений до следующего пробоя.

За время горения дуги емкость поврежденной фазы сети разряжается, а емкости неповрежденных фаз получают дополнительный заряд. После обрыва дуги имеет место процесс восстановления зарядов всех фаэ сети, соответствующих нормальному режиму, причем

1 все токи, связанные с изменением зарядов фаз сети, протекают через место установки защиты благодаря наличию в нейтрали резистора. Рассмотрим процесс изменения и восстановления зарядов емкостей фаэ сети и соответствующие токи при следующих условиях: пробой происходит при положительном максимуме фазного напряжения, переходные процессы изменения зарядов за время горения дуги и после обрыва дуги до следующего пробоя практически полностью заканчиваются. Также пренебрегаем изменением принужденного напряжения за время горения дуги, а контуры токов рассматриваем как независимые ° При этом через место замыкания протекают токи разряда емкости поврежденной фазы и токи дозаряда емкости неповрежденных фаз, причем последние могут быть определены как токи заряда неповрежденных фаз от нуля до -,1 . При принятых условиях процесса суммарное изменение

40 заряда емкостей фаэ сети за время между двумя пробоями равно нулю и, следовательно, равен нулю интеграл суммарного токя замыкания на землю.

На фиг.б представлены схемы saMeщения сети (фиг.4) при горении дуги и после ее погасания (без учета индуктивностей элементов сети!. Как видно из фиг.7 направление токов, протекающих в месте установки защиты в поврежденной линии, за время горения дуги и после ее погасания одинаково и поэтому интеграл тока нулевой последовательности эа время между пробоями р авен

+np

2, (t,) dt = -(1 — ъ) П! - — (1 — к,) CU + о 3 » 3 Р"

3 3 Р"

2 1 ум где С вЂ” суммарная емкость сети;о емкость поврежденного присоединения;

Т = 1 + t — интервал времени пр ф М между пробоями; ; — время горения дуги; 1 „ — время от момента погасания дуги до следующего пробоя; †(1- )С!1,р, = ? (iо доэ.(t) dt интеграл от токов доэаряда емкостей неповрсжденных фаз неповрежденного присоединения за время горения дуги;

1 Ф.

-(1-n!) CU = (i (t ) dt — инте3 >м а раз р. а грал тока разряда емкости поврежденной фазы неповрежденного присоединения эа время горения дуги; !. — м U>„= 2 5 i (т.)

tn

-gCU»= ). i,, (t ) dt — интеграл то о ка восстановления заряда емкости поврежденной фазы поврежденного присоединения после обрыва дуги.

На неповрежденной фазе упомянутые токи направлены встречно и поэтому

Тпр

5 эо (1)Ы вЂ” 3(1 Ы )CUn -(! Ы)CU о

+ -(1-Ы)С!3 А, + -(1 — c4)CU „ = О, 2 1где — -(1-рЬ)CU>n = 2 ) i „ (t,)dt с интеграл токов дозаряда емкостей неповрежденных фаз неповрежденного присоединения за время горения дуги;

1376170

1 — -(1- ) CU = 1 i () а — ин3 фм ) о ра р о теграл тока разряда емкости неповрежденной Аазы неповрежденного присоеди- 5

t,п нения; —.(1-()СП = 2 (i (t)6t

У (рм,) о Восст о интеграл тока восстановления зарядов неповрежденных Фаз неповрежденного присоединения после обрыва дуги;

1 ï — (1-e) eU = (i " () и — инте3 о Восст о грал тока восстановления заряда поврежденной фазы неповрежденного присоединения, Таким образом, независимо от распределения емкости между отдельными присоединениями в поврежденной линии интеграл тока нулевой последовательности равен суммарному изменению

20 заряда емкости всей .сети, а в неповрежденной линии — нулю.

Укаэанная закономерность не зави-, сит от Формы и спектра переходного

25 процесса, которая определяется параметрами сети — индуктивностьв, емкостью, активным сопротивлением, и выполняется и при других условиях протекания процесса дугового замыкания. Принципиальное значение при этом имеет сопротивление резистора, так как именно от него зависит скорость восстановления зарядов. При заземлении нейтрали сети через резистор, создающий активный ток замыкания,рав — 35 ный емкостному, постоянная времени разряда емкости сети равна 3 10 с. При этом избыточный заряд стекает с емкостей сети через резистор в нейтрали за полпериода промьшытенной частоты. 40

Работу защиты при перемножающихся замыканиях поясним эпврами (фиг.8) сигналов для случая дугового замыкания, когда пробой происходит при максимуме фазного напряжения, а пога- 45 саине дуги происходит при первом прохождении через нуль тока дозаряда емкостей неповрежденных фаз ° Среднее значение сигнала на выходе фазочунствительного усилителя 2 - U

50 (фиг.8) равно нулю на неповрежденном

3 присоединении. На выходе Аильтра низких частот при подаче на его вход сложного напряжения U с периодом, равным ((, сАормируется его среднее значение, равное и = J tr (t)at = J i.(t)at = о о

CEU = 683 где U — выходное напряжение фильтра низких частот;

ЬЯ - изменение заряда °

То есть в предлагаемой защите на выходе Фильтра низких частот формиру» ется величина, пропорциональная изменению заряда всей сети при дуговом замыкании в случае внутреннего замыкания, а при внешнем замыкании сигнал на выходе фильтра 3 близок к нулю. Независимо от фазиронки входных величин нулевой последовательности на выходе фильтра 3 низких частот в случае внеинего повреждения будет сигнал, близкий к нули (значительно меньше, чем при внутреннем замыкании). При внутреннем замыкании от фазиронки входных величин зависит только знак, но не величина выходного напряжения фильтра. Применение в предлагаемой защите двухпорогового реагирующего органа 4 позволяет реагировать только на величину, но не на знак выходного напряжения Фильтра 3.

Таким образом предлагаемая защита не требует Фаэировки входных величин.

Пороги срабатывания реагирующего органа должны выбираться исходя .из фазовой погрешности датчиков нулевой последовательности, так как при этом в случае внешнего замыкания (фиг ° 6) фазовый сдвиг между сигналом с выхода комнаратора х и ЗХ на входах к о фазочувствительного усилителя не будет равен ()/2, при этом среднее значение напряжения U не равно нулю.

Работа устройства при защите от замыкания на землю в сетях с изоли-. рованной нейтральв осуществляется при введении в канал напряжения формирователя управляющих импульсов между выходом компаратора и первым входом фазочувствительного усилителя.

Согласно эпюрам, поясняющим работу формирователя управлявщих импульсов, на входе компаратора при помощи цепи задержки ВГ Формируется сигнал Uñ, . при этом на выходе компаратора формируется сигнал (логический) U,, передний фронт которого сдвинут относительно переднего фронта сигнала х„ на Тп1„ . Величина сдвига, равная Т 1 г(ч 1 обеспечивается выбором постоянной времени R C> и порога срабатывания компаратора. Цепь R С формирует ко1376170

Фх иг.2

IJïîð роткие импульсы по фронтам сигнала

Положительный импульс П запускает одновибратор на базе операционного усилителя,при этом на выходе одновибратора и соответственно на выходе формирователя 2 формируется сигнал х, Преимуществом предлагаемой защиты в сравнении с известной является ее более высокая чувствительность и 10 селективность при любых видах повреждений, особенно при дуговых перемежающихся, а также упрощение, заключающееся н устранении фазировки входных величин, что существенно упростит эксплуатацию и позволит избежать часто встречающихся ошибок при монтаже защит.

Формула и з обретения

1. Устройство для защиты от замыканий на землю, содержащее датчик напряжения нулевой последовательности, фильтр низких частот, реагирующий орган, датчик тока нулевой последовательности, выход которого подключен к первому входу фазочувствительного усилителя, о т л и ч а ющ е е с я тем, .что, с целью повышения чувствительности и селективности, фазочувствительный усилитель выполнен в виде операционного усилителя, к второму управляющему входу которого подключен выход введенного компаратора, вход которого подключен к датчику напряжения нулевой последовательности, а выход фазочувствительного усилителя соединен с входом фильтра низких частот, выход которого подключен к входу исполнительного органа.

2. Устройство по п,l, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью упрощения эксплуатации, исполнительный орган выполнен реагирующим на модуль входного сигнала.

3. Устройство по п.l, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения работы защиты в сети с изолированной нейтралью, в него введен формирователь управлявших импульсов, вход которого подключен к выходу компаратора, а выход подключен к второму управляющему входу фаэочувствительного усилителя.

1376 170

1376170

1376170

It gc 2

ФмРрем4Ьчиов ng меню дофежЖнюе

J7p4ICOCAIHFМФ6

498 7

®ваУ

Составитель О.Муратов

Редактор Л.Гратилло Техред М,яндык Корректор Н.Король

Тираж 649 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 794/52

Производственно-полиграфическое предприятие, r,Óæãoðoä, ул.Проектная,4