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

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты от замыкания на землю. Цель изобретения - повышение функциональной надежности защиты и точности определения поврежденного присоединения. При замыкании на землю напряжения неповрежденных фаз возрастают, в результате чего возрастают токи через соответствующие синхронизирующие трансформаторы 3-5 опорного тока и геометрическая разность искусственно созданных токов будет также увеличиваться, что вызовет срабатывание соответствующего порогового элемента 32,33 или 34. Сигнал с порогового элемента через ключ 17,18 или 19, один из которых предварительно открыт управляющим сигналом с избирателя 22 поврежденной фазы, поступает на вход блока 16 сравнения импульсов, куда поступает также сигнал с преобразователя 12 тока нулевой последовательности. Сигнал на выходе блока 16 появляется лишь в случае появления сначала импульса с преобразователя 12 и наличия общей временной зоны этого импульса и импульса с преобразователя 13,14 или 15 тока в цепях искусственно созданных проводимостей. Отключающий сигнал на выходе исполнительного органа 20 появляется при условии поступления на вход сумматора 21 трех импульсов, что исключает возможность ложных срабатываний защиты при действии помех и возникновении кратковременных самоустраняющихся однофазных замыканий на землю. 2 з.п.ф-лы, 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (ц 4. Н 02 H 3/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А ВТОРСКОМ ./ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

l1O ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4287952/24-07 (22) 21.07.87 (46) 30.05.89. Бюл. № 20 (75) В.Ф. Бухтояров (53) 621.316.925 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 961024, кл. Н 02 Н 3/16, 1981.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1136243, кл . Н 02 Н 3/15, 1982.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИ П)1 ОТ ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ

С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты от замыкания на земле. Цель изобретения — повьнпение функциональной надежности защиты и точности определения поврежденного присоединеА

1483542

2 токи через проводимости фаз сети относительно земли

?Я, I, I в нормальном режиме; токи через искус- ственно созданные проводимости фаз сети относительно яи > f su > I cu земли в нормальном режиме; токи через проводимости неповрежденных фаз В и С относительно земли при замыкании фазы

А на землю; токи через искусственно созданные проводимости Фаз сети относительно (ЯЙ ви сИ земли при замыкании фазы А на землю; геометрическая разность (сумма) токов через искусственно созданные емкостные (активные) проводимости неповрежденных фаз В и С отно1 сви сительно земли при замыкании фазы А на землю; ли при замыкании фазы А на землю; ния. При замыкании на землю напряжения неповрежденных фаэ возрастают, в результате чего возрастают токи через соответствующие синхронизирующие трансформаторы 3-5 опорного тока и геометрическая разность искусственно созданных токов будет также увеличиваться, что вызовет срабатывание соответствующего порогового элемента 32, 33 или 34. Сигнал с порогового элемента через ключ 17, 18 или 19, один из которых предварительно открыт управляющим сигналом с избирателя 22 поврежденной фазы,поступает на вход блока 16 сравнения импульсов, куда поступает также сигнал с преобразователя 12 тока нуле1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для защиты от однофаэного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью. 5

Целью изобретения является повышение функциональной надежности защиты б и точности определения поврежденного присоединения.

На фиг.1 приведена функциональная 10 схема устройства для зашиты от замыкания на землю; на фиг.2 - избиратель поврежденной фазьц на фиг.3— искусственно созданная проводимость сети относительно земли с помощью ре- 15 зисторов; на фиг.4 и 5 — синхронизирующие датчики тока с двумя вторичными обмотками; на фиг. 6 и 7 — векторные диаграммы токов и напряжений в нормальном (а) и аварийном (б) режимах сети при выполнении проводимостей при помощи конденсаторов и резисторов соответственно; на фиг.8— диаграммы входных и выходных сигналов устройства.

На фиг. 6 и 7 обозначена:

U>,U>,I3д вЂ,напряжения фаэ сети относительно земли в нормальном режиме;

U>,0 — напряжения неповрежденных фаз В и

С относительно земвой последовательности. Сигнал на выходе блока !6 появляется лишь в случае появления сначала импульса с преобразователя 12 и наличия общей временной зоны этого импульса и импульса с преобразователя 13, 14 или 15 тока в цепях искусственно созданных проводимостей. Отключающий сигнал на выходе исполнительного органа 20 появляется при условии поступления на вход сумматора 21 трех импульсов, что исключает возможность ложных срабатываний защиты при действии помех и возникновении кратковременных самоустраняющихся однофазных замыканий на землю. 2 s.ï,ô-лы, 8 ил.

1483542

3I — ток нулевой последовательности (замыкания на землю) через поврежденное присое-, 5 ди не ни е.

Устройство для защиты от замыкания на землю содержит датчик тока нулевой последовательности ДТНП1,установленный на защищаемом присоеди- 1О нении 2, синхронизирующие датчики опорного тока ДТЗ-5 и вспомогательные датчики тока ДТ6-8, установленные в цепях искусственно созданных емкостных проводимостей 9-11 сети l5 относительно земли, преобразователь тока нулевой последовательности ПТНП

12, выход которого подключен к выходу ДТНП1, преобразователи тока ПТ

13-15, подключенные к выходам ДТ 3-5, 20 блок сравнения импульсов БСИ 16, первый вход которого подключен к. выходу

ПТНП 12, а второй вход через замыкающие ключи 17-19 соединен с выходами ПТ 13-15, исполнительный орган 20, 25 вход которого через сумматор 21 подсоединен к выходу БСИ 16, избиратель поврежденной фазы ИПФ 22.

В качестве ДТ 3-8 использованы трансформаторы тока нулевой последо- 30 вательности.

Датчик тока 3 (4,5) выполнен с двумя первичными обмотками, включенными на разность токов (комплексов) двух фаз.

При использовании в качестве проводимости сети относительно земли резисторов (фиг. 3) первичные обмотки

ДТ включаются на сумму токов (комплексов) двух фаз. При таком вклю- 40 чении обмоток вектор тока нулевой последовательности на поврежденном присоединении (сигнал на выходе

ДТНП1) опережает приблизительно на

90 вектор разности (суммы) токов через искусственно созданные проводимости неповрежденных фаз (сигнал на выходе соответствующего ДТ 3-5) а на неповрежденном присоединении отстает (см.фиг. 6 б, 7 б, 8).

Преобразователи тока 12-15 преообразуют изменяющиеся по времени выходные сигналы ДТНП1 и ДТЗ-5 в прямоугольные импульсы положительной полярности (длительность импульсов

55 приблизительно равна половине периода). Они состоят из согласующего трансформатора с ограничителем выходного сигнала 23 (24 — 26), активно.

ro фильтра 27 (28-30), порогового элемента 31(32-34) с детектором на входе.

БСИ 16 представляет собой фаэо чувствительный орган, реагирующий на сдвиг фаз между входными сигналами, и предназначен для выделения первоначального сигнала, поступающего от

ДТ 1 и 3-5.

Сумматор (интегратор, счетчик) 21 суммирует входные импульсы, чем исключается возможность ложного срабатывания устройства при появлении на его входе одного — двух случайных импульсов.

ИПФ 22 состоит из согласующих трансформаторов 35-37, масштабных усилителей 38-40, формирователей

41-43 сигналов модуля, пороговых элементов (компараторов) 44-46 и 4 7-49, элементов HE 50-52 и совпадения

53-55.

На фиг.8 обозначено:

U - выходные сигналы преобразователя тока 12;

U< - выходные сигналы ДТ 3 (4,5), U3 — выходные сигналы 16 БСИ;

U — выходной сигнал сумматора21, U выходнои сигнал исполнительного органа.

Устройство работает следующим об- разом.

В нормальном режиме сети сигнал на выходе пороговых элементов 31-34, 47-49 отсутствует. Пороговые элементы 44-46 находятся в сработавшем состоянии. Ключи 17-19 разомкнуты.Через датчики тока 3-8 протекают приблизительно одинаковые токи.

При появлении на защищаемом присоединении 2, например, на фазе А замыкания на землю нарушается равенство токов через ДТ 3-8, так как напряжение поврежденной фазы А уменьшается (в пределах до нуля), а напряжения неповрежденных фаз В и С возрастают в ГЗ (при металлическом замыкании). Соответственно уменьшается ток, проходящий через ДТ 3, 6, и возрастают токи, проходящие через

ДТ 4, 5 и 7,8. В результате этого пороговый элемент 44 переключается в исходное состояние, а пороговые элементы 48 и 49 иэ исходного состояния переключаются в рабочее состояние (т.е. срабатывают), если величина входных сигналов достаточна

1483542 6. 5

15

55 для их срабатывания, ключ 18 замыкается.

При замыкании ключа 18 на один из входов (верхний) БСИ 16 подается сиг нал ДТ 4 (ток Iqgq, фиг.6).

Сигнал ДТ 4 появляется спустя приблизительно четверть периода после появления сигнала ДТ 1 (ток замыкания на землю 3 I ),поступающего на другой (нижний) вход блока 16.

Сигналы ДТ 1 и 4 (3, 5) следуют с частотой тока замыкания на землю.

Сигнал на выходе БСИ 16 (U ) появляется только в случае первоначального появления и исчезновения сигнала ДТ 1 и наличия общей временной зоны этого сигнала и сигнала ДТ 4. При всех других состояниях входов выдача выходного (ложного) импульса исключена.

Сигнал на выходе исполнительного органа 20 (U ) появляется при условии поступления на вход сумматора 21 трех импульсов (U ), что исключает возможность ложных срабатываний защиты при действии помех и при возникновении в сети кратковременных самоустраняющихся (неустойчивых) однофазных замыканий на землю.

Отказы в срабатывании защиты при нахождении в работе только одного защищаемого присоединения исключаются благодаря наложению на поврежденное присоединение тока искусственно созданных проводимостей сети относительно земли.

Устройство в состоянии правильно определять поврежденное присоединение в условиях воздействия на него как переходного тока, так и установившегося, поскольку в переходном и установившемся режимах угол между векторами первичного тока нулевой последовательности в поврежденном присоединении и вектором разности (суммы) двух первичных токов в цепях искусственно созданных проводимостей неповрежденных фаз приблизительно один и тот же.

Устройство может быть выполнено на основе интегральных элементов (операционных усилителей, цифровых элементов и др.), оно технологично в изготовлении. Для построения устройства не требуются трансформаторы напряжения нулевой последовательности,, обладающие рядом существенных недостатков (источники феррорезонансных перенапряжений, генераторы реактивного тока и т.д.), Его применение позволит значительно повысить надежность функционирования защиты от однофазного замыкания на землю, уменьшить аварийность в сетях от феррорезонансных перенапряжений, уменьшить ущерб от простоев оборудования и будет способствовать предупреждению электротравматизма при эксплуатации электроустановок.

Формула и з обретения

f". Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее блок сравнения импульсов с двумя входами, один из которых подключен к выходу преобразователя тока нуле-, вой последовательности, подсоединенного своим входом к датчику тока нулевой последовательности защишаемого присоединения, сумматор, вход которого соединен с выходом блока сравнения импульсов, а выход — с входом исполнительного органа, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения функциональной надежности защиты и точности определения поврежденного присоединения, оно снабжено по числу фаз сети дополнительными преобразователями тока,входы которых подключены к вновь введен" ным синхронизирующим датчикам опорного тока, установленным во вновь введенных цепях искусственно созданных проводимостей фаз сети относительно земли, замыкающими ключами, входы которых подключены к выходам дополнительных преобразователей тока, а. выходы объединены и подсоединены к второму входу блока сравнения импульсов, избирателем поврежденной фазы, выходы которого подключены к управляющим входам замыкающих ключей, а входы — к выходам вновь введенных вспомогательных датчиков тока, включенных последовательно с синхронизирующими датчиками опорного тока, при этом каждый синхрони.зирующий датчик опорного тока включен на разность токов двух цепей искусственно созданных проводимостей соседних фаз относительно земли.

2. Устройство по и.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что синхронизирующие датчики опорного тока выполнет1483542

К ключОУФ 17" 19

Фиг, Г

5п ны в виде трансформаторов тока нулевой последовательности, в качестве первичных обмоток которых использованы цепи искусственно созданных прово5 димостей двух соседних фаз сети относительно эемпи, пропущенных через окно трансформатора во встречном направлении.

3. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что избиратель повремденной фазы выполнен по числу фаз на пороговых элементах максималь15 ного и минимального сигналов, своими входами подключенных к соответствующим вспомогательным датчикам тока через последовательно соединенные формирователи модуля сигналов, масштабные усилители и согласующие трансформаторы, выходы пороговых элементов максимального сигнала подключены к входам элементов совпадения других фаз, а выходы пороговых элементов минимального сигнала подключены к другим входам элементов совпадения через элементы НЕ.

1483542

1483542

°

UA

° и, с 1с а — д нсрмаланои релинг

Ув

Ю- пои замыкании сразы Я

ЬЧУ ЗРИМАЯ

Фиг.8

1483542 и, 6- Внермалвнен ревиие

uc.

Сос тавит ель Л. Васькова

Техред А.Кравчук Корректор C. Шекмар

Редактор М, Циткина

Заказ 2843/51

Подписное

Тираж 607

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

6- при Замыкании ерш А на д&Рию pug p а-при 3акьуании

6 зене Оеист0ия

6-лри 0нешнеи аанв|кании

Фи9. Ф