Устройство для защиты от однофазных замыканий на землю

 

Изобретение относится к элёктро- , технике, а именно к устройствам релейной защиты. Цель изобретения - повышение удобства эксплуатации.. При появлении утечки на землю на выходе порогового элемента 14 формируется сигнал, поступающий на один из входов схемы И 24. При появлении на со- : ответствующем вьшоде счетчика-распределителя 23 логического О послед- НИИ преобразуется в логическую 1 , которая подается на другой вход схемы И 24. Поскольку на первом ее вхо- ;

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Q9) (Ш (д) Н 02 Н 3/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ юь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2)) 4173903/24-07 (22) 04.01 ° 87 (46) 28.02.89. Вюл. Ф 8 (7l) Научно-производственное объединение "Таджикнииоргстром" и Душанбинское проектно-конструкторское и технологическое бюро "СпецавтоматиK8. (72) А.И.Федоров, А.II.Ëóêüÿí÷óê, А.Н.Веткин, В.lO.Èçâìñêèé и К.Н.Потапов (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1061211, кл. Н 02 Н 3/16, 1983 °

Авторское свидетельство СССР

У 736249, кл. Н 02 H 3/16, 1980 ° (54) YCTPOACTBO ДЛЯ ЗАЩИты от ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ (57) Изобретение относится к электро, технике, а именно к устройствам ре;лейной защиты. Цель изобретения— повышение удобства эксплуатации.. При появлении утечки на землю на выходе порогового элемента 14 формируется сигнал, поступающий на один из входов схемы И 24. При появлении на со-,, ответствующем выводе счетчика-распре делителя 23 логического "0" последtl It ний преобразуется в логическую 1 которая подается на другой вход схемы И 24. Поскольку на нервом ее вхо1462445!

Изобретение относится к устройствам для централизованной индикации или защиты от однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью.

Целью изобретения является повышение удобства эксплуатации.

На фиг.I изображена. функциональная схема предлагаемого устройства; на 10 фиг.2 — трансформатор тока нулевой последовательности; на фиг.3 — принципиальная схема преобразователя токнапряжение.

-.1 5

Предлагаемое устройство для защиты от однофазных замыканий на землю содержит по числу присоединенийтрансформаторы 1 тока нулевой после;

20 довательности, каждый из которых содержит в своем окне трубу 2 из ферромагнетика, снабженную сплошным короткозамкнутым витком из высокоэлектропроводящего материала, например меди, охватывающим трубу 2, сквозь которую пропущены фазные проводники А, В, С, образующие первичную обмотку. Каждый трансформатор 1 имеет две вторичные обмотки 3, 4 с равным числом витков (фиг.2). Выход каждого трансформатора 1 функционально связан с преобразователем 5 ток— напряжение (фиг.З), который содержит измерительный резистор 6", конденсаторы 7 и 8, резисторы 9 и 10, резистор

I1 отрицательной обратной связи, при 35 этом средний вывод измерительного резистора 6 является выходом преобразователя 5, его первый вывод соединен с общей шиной, а второй подключен к первому выводу вторичной обмот-40 ки 4 и через резистор 9 к неинверти- . рующему входу операционного усилителя 12. Параллельно этой же обмотке

4 подключены конденсатор 8 и резистор

10. Первый вывод вторичной обмотки 3 соединен с общей шиной, а ее второй вывод через конденсатор 7 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 12, выход которого соединен с входом двухтактного эмиттерного повторителя 13, а выход повторителя

13 связан с вторым выводом обмотки

4 и через резистор 11 отрицательной обратной связи — с инвертирующим входом операционного усилителя 12. Выход преобразователя 5 каждого присоединения подключен к входу своего порогового элемента 14, выход которого функционально связан с блоком формирования сигнала повреждения, который, в свою оче.редь, линией связи соединен с блоком уп,равления. Линия связи выполнена магистральной из двух проводников 15 и

1.6, каждое из N электрических присоединений имеет свой номер, а их блоки формирования сигнала повреждения подключены к линии связи параллельно друг другу. Блок управления состоит из генератора 17 тактовых имт: пульсов, а его вывод соединен через нормально открытый ключ 18 с проводником 15 линии связи и со счетным входом N+1-разрядного распределителя 19 импульсов, N+1 вывод которого соединен с управляющим входом ключа 18, а остальные N выводов — с синхронизирующими входами D-триггеров 20, выходы каждого из которых подключены через усилитель 21 к своему исполнительному органу 22, например лампе накаливания. Блок формирования сигнала

° повреждения каждого присоединения вы1 полнея в виде N-разрядного счетчикараспределителя 23, вывод по номеру присоединения которого подключен к де присутствует логическая "1" с элемента 14, на выходе схемы И 24 сформируется логический "0", который подается по проводнику 16 линии связи на D-входы всех триггеров 20.

Этот сигнал запишется на неинвертирующем выходе D-триггера 20 только поврежденного присоединения, поскольку в момент счета происходит запись импульса с дешифратора распределителя 19 на этот триггер. Таким образом, изобретение повышает уровень

,электробезопасности при обслуживании электроустановок. 3 ил.

146244 одному из входов схемы И 24 с открытым коллекторои, второй вход схемы

24 связан с выходом порогового эле- . мента 14, а ее выход — с проводни- ком 16 линии связи, соединенными с информационными входами D-триггеров

l20 блока управления, при этом проводник 15 тактовых импульсов линии связи соединен в каждом блоке формирования сигнала повреждения со счетным входом счетчика;..распределителя

23, входом формирователя 25 временных интервалов и с одним из входов другой схемы И 26, второй вход кото- 15 рой подключен к выходу формирователя

25 временных интервалов,.а выход— к входу "Сброс" счетчика-распределз теля 23.

Распределитель 19 импульсов блока 2р управления и счетчик-распределитель

23 блока формирования сигнала поврел дения состоят из счетчика и дешифратора.

Ключ 18 представляет собой логи- 25 ческую схему 2И-НЕ, один вход которой связан с генератором 17 тактовых импульсов, s второй — с 0+1 выводом распределителя 19. Формирователь 25 временных интервалов блока формирова- 3р ния сигнала повреждения состоит из последовательно соединенных инверто. ров, одновибратора и дифференцирующей цепочки. В предлагаемом схемном решении блока управления для сокраще-.. ния .. элементной базы и повышения надежности и селективности использован принцип записи с информационного входа каждого из D-триггеров 20 задним фронтом предыдущего трактиру 4р щего импульса с дешифратора распределителя 19 переводом 0 в.1. Для обеспечения этого в дешифраторе распределителя 19 импульсов задействован нулевой разряд, в то время как в 4б счетчике: распределителе 23 этот pas- ряд не задействован.

Предлагаемое устройство для защиты от однофазных замыканий на земле работает следующим образом.

При отсутствии утечки на землю в каком-либо из присоединений из-sa повреждения изоляции генератор 17 тактактовых импульсов формирует иа своем выходе последовательность импульсов со скажностью, равной единице., Последовательность этих импульсов подается на счетный вход распределите5

4 ля 19 и в проводник 15 линии связи, поскольку на входах клича 18 (схема

2И-НЕ) присутствуют две "1", а на выходе — "0", что соответствует открытому состоянии ключа 18, причем на выходе клича 18 последовательность импульсов идет в инвертированном вид де. Последовательность импульсов с проводника 15 линии связи подается на счетные входы счетчиков-распределителей 23 каждого присоединения, где происходит счет импульсов йри переходе из состояния "1" в "0", а на выводах дешифраторов при этом последовательно появляются сигналы счета, соответствующие состоянию "0". При отсутствии замыкания на землю с выхода схемы И 24 с открытым коллекто- . ром каждого присоединения по проводнику 16 на информационные входы всех

D-триггеров 20 постоянно подается состояние "1" и при переходе предыдущего импульса с дешифратора распределителя 19 блока управления с нуля в единицу на синхронизирующий вход, на неинвертирующем выходе каждого

D-триггера 20 записывается состояние

"1", в то время как на инвертирующих выходах, являющихся выходами D-триггеров 20, всегда будет присутствовать состояние "0". Следовательно, при отсутствии замыкания управляющий сигнал с каждого D-триггера 20 на исполнительные органы 22 отсутствует.

Для обеспечения сброса каждого счетчика-распределителя 23 в исходное состояние по окончании счета, равного числу присоединений, на пусковой вход одновибратора формирователя 25 через инвертор подается последовательность импульсов с проводника 15 линии связи и задним фронтом каждого импульса одновибратор переводится н неустойчивое состояние с

"1" на выходе в состояние "0". Время запуска одновибратора выбрано не менее 75% от суммы длительности и периода следования тактовых импульсов. В результате с выхода дифференцирующей цепочки формирователя 25 на один из входов схемы И 26 в период счета подается последовательность коротких импульсов с высоким уровнем напряжения, а поскольку на другом входе схемы И 26 в этот же момент времени также присутствует высокий уровень напряжения, на выходе схемы

И 26 формируется "1" и сброса счет45 ь зависимости от геометрических размеров и магнитных свойств материала сердечников трансформаторов 1 ток их первичной обмотки уравновешивается компенсируищим током, протекающим во вторичной обмотке 4. Разность этих токов наводит во вторичной обмотке 3 ЭДС рассогласования, которая усиливается операционным усилителеи 12, двухтактным эмиттерным повторителем )3 и создает компенсационный ток во вторичной обмотке 4.

Следовательно, изменение тока в первичной обмотке вызывает пропорциональное изменение тока во вторичной обмотке 4. Ток, протекающий по вторичной обмотке 4 и измерительному резистору 6, вызывает на нем падение напряжения, пропорциональное току в первичной обмотке и совпадающее с ним по фазе. Таким образом, точность преобразования обеспечивается и именно тем, что выходное напряжение снимается с измерительного резистора 6.

При прохождении через первичную обмотку больших токов требуемая величина компенсационного тока во вторичной обмотке 4 обеспечивается двухтактным эмиттерным повторителем 13.

Контроль исправности трансформатора 1 достигается следующим образом.

При обрыве или замыкании любой из обмоток трансформатора 1 нарушается отрицательная обратная связь по переменному току, образованная вторичными обмотками 3 и 4, вследствие чего глубина положительной обратной связи, образованной конденсатором 8 и резисторами 9, 10 становится достаточной для самовозбуждения операционного усилителя 12. В этом случае преобразователь 5 начинает работать в качестве генератора высокочастотных колебаний. Появление на выходе преобразователя 5 высокочастотного сигнала свидетельствует о повреждении трансформатора 1.

При появлении на пятом присоединении однофазного .замыкания на землю напряжение с измерительного резистора 6 преобразователя 5 подается на вход порогового элемента 14, и при превышении напряжения заданного значения отстройка QT естественных то—, ков утечки) íà выходе элемента 14 формируется сигнал ("1"), поступающий на один иэ входов схемы И 24 с открытым коллектором. С учетом конкретной

5 )4624 чика-распределителя 23 в период счета не происходит, (!о окончании счета, равного N присоединений, N+) импульсом распределителя 19 блока управления на один из входов клича 18 подается уровень "0", и ключ 18 .переходит в закрытое состояние, соответствующее уровню "1" на выходе, который длится время, равное сумме длительнос-)Q ти двух периодов .следования тактовых импульсов. Этот удлиненный импульс через инвертор подается на пусковой вход одновибратора формирователя ?5, который зануакается на время длитель- 15

1 ности этого импульса. Поскольку за это время перезапуска одновибратора йе происходит, на вход схемы

И 26 подается уровень "0", в то время как на другой ее вход подается 20 уровень "1". Уровнем "0" на выходе схемы И 26 происходит сброс счетчикараспределителя 23 в исхоцное состояние N+1 импульсом с дешифратора распределителя 19. Этим же импульсом 25 возвращается в исходное состояние и распределитель 19. Затем счет импульсов повторяется, как повторяются и указанные в устройстве процессы.

При появлении в электрическом при- 30 соединении, например, пятом, -утечки на землю (точка нулевой последовательности) в сердечнике трансформатора 1 создается магнитный поток и соответ ственно ЭДС во вторичных обмотках

3 и 4, пропорциональная этому току, так как суммарный ток, протевающий по фазным проводникам сети в короткозамкнутом витке из меди трубы 2, прониз,. зывающий контур магнитопровода, не 4п включает в себя небалансы, обусловленные несимметричностью фаэных провддников. Уменьшение погрешностей трансформатора 1 достигается тем, что короткоэамкнутый виток из меди обеспечивает размагничивание-ферромагнитной трубы 2, поддерживая ее высокую магнитную проницаемость (предотвращая насыщение) и экранирующие свойства. Труба 2 экранирует сердечник от полей, обусловленных несимметричностью размещения фазных проводов сети относитель:но центральной оси симметрии сердечника и неравномерностью укладки витков вторичных обмоток 3 и 4.по периметру сердечника.

Дпя обеспечения унификации блоков формирования сигнала повреждения вне

1462445 реализации блока формирования сигнала повреждения схема И 24 с открытым каллектором состоит из инвертора и схемы И"НЕ. При появлении на пятим

„5. выводе счетчика-распределителя 23 "0" последний инвертором преобразуется в "1", которая подается на другой вход схемы И-НЕ. Поскольку на первом ее входе присутствует "1" с элемента 14, на выходе схемы И 24 при пятом счете сформируется "0", который подается по проводнику 16 линии связи на D-входы всех триггеров 20.

Этот запишется на неинвертирующем 15 выходе только пятого D-триггера 20, поскольку в момент пятого счета происходит запись с заднего фронта предыдущего импульса, поступающего на синхронизирующий вход с дешифратора 20 распределителя 19, Остальные Dтриггеры 20 не осуществляют запись информации с D-входов, поскольку в этот момент времени на их С-входах отсутствует синхроимпульсы с дешиф- 25 ратора распределителя 19.

Таким образом, на неинвертирующем выходе пятого D-триггера 20 записывается "0", а на его инвертируюшем выходе, который через усилитель 21 30 связан со своим исполнительным органом 22, формируется "1". В этом случае исполнительный орган 22 пятого присоединения срабатывает, что является сигналом для контроля изоляции пятого присоединения, Исполнитель. ным органом 22 может быть лампа накаливания (индикация), обмотка возбуждения выключателя (отклонение присоединения) и блок управления при-40 водом водяного насоса (пожаротуше-, ние). В аварийном режиме сброс счетчиков-распределителей 23 и распределителя 19 в исходное состояние осуществляется так же, как описано выше. „

Формула изобретения

Устройство для защиты от однофазных замыканий на землю, содержащее по числу N присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности с включенными на их выходах преобразователями ток — напряжение, первые элементы И, усилители и исполнительные органы, общие для всех присоединений последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и ключ, распределитель импульсов, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения удобства эксплуатации, в него введены по числу N присоединений счетчики-распределители, вторые элементы И, формирователи временных ! интервалов, Э-триггеры, пороговые элементы, а также магистральная линия связи, выполненная на двух проводниках, причем выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом распределителя импульсов, N+1-й выход которого соединен с управляющим входом ключа, а остальные выходы — с синхронизирующими входами D-триггеров соответствующих присоединений, к первому проводнику линии связи подключены информационные входы D-триггеров, выходы каждого из которых подключены через соответствующие усилители к исполнительным органам, второй проводник линии связи подключен к счетному входу счетчиков-распределителей, к входу формирователей временных интервалов и первому входу первых элементов И, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих формирова телей временных интервалов, выход ,первых элементов И подключен к входам !

"Сброс счетчиков-распределителей, выходы которых подключены к первому

::входу вторых элементов И, вторые входы которых подключены к выходу пороговых элементов,. а выходы которых соединены с первым проводником линии связи, вход пороговых элементов соединен с выходом преобразователей ток — напряжение.

)462445

Составитель Ю,Зорин

Техред А.Кравчук Корректор Л.Зайцева

Редактор О.Спесивых

Заказ 733/54 Тираж 605 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101