Устройство для определения расстояния до места повреждения в электрических сетях с изолированной нейтралью

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения расстояния до места повреждения в электрических сетях с изолированной нейтралью. Цель изобретения - повышение точности определения расстояния до места повреждения. При возникновении короткого замыкания срабатывает избиратель 24 поврежденной фазы и подключает входы блока 25 измерения к выходам первого 18 и четвертого 21 фильтроразвязывающих узлов. Блок 25 измерения формирует при этом два напряжения, одно из которых пропорционально току замыкания, а второе - реактивной составляющей тока первого генератора 1. Результаты измерения поступают в блок 26 вычисления, где определяется расстояние до места повреждения. С выхода блока 26 вычисления информационный сигнал поступает на блок 27 индикации. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 R 31 08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4673472/21 (22) 21,01.89 (46) 30.07,91. Бюл. 3Ф 28 (71) Псковский филиал Ленинградского политехнического института им. М.И.Калинина (72) А.А.Иванов (53) 621.317 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

hL 1224750, кл. G 01 R 31/08, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N. 1242861, кл. G 01 R 31/08, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ

В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для определения расстояния до

„„53J „„1666988 А1 места повреждения в электрических сетях с изолированной нейтралью. Цель иэобрегения — повышение точности определения расстояния до места повреждения. При возникновении короткого замыкания срабатывает избиратель 24 поврежденной фазы и подключает входы блока 25 измерения к выходам первого 18 и четвертого 21 фильтрораэвязывающих узлов. Блок 25 измерения формирует при этом два напряжения, одно из которых пропорционально току замыкания, а второе — реактивной составляющей тока первого генератора 1. Результаты измерений поступают в блок 26 вычисления, где определяется расстояние до места пав жниявыхлк2вчлня ре де . С ода б о а 6 ы ис е и информационный сигнал поступает на блок

27 индикации. 1 ил, 1666988

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для определения расстояния до места повреждения в электрических сетях с изолированной нейтралью.

Цель изобретения — повышение точности определения расстояния до места повреждения, На чертеже представлена функциональная схема устройства, Устройство содержит первый 1, второй

2 и третий 3 генераторы синусоидального тока (звуковой частоты). блок 4 присоединения, первый 5, второй 6 и третий 7 тиристорные ключи, первый 8, второй 9 и третий 10 дроссели переменного тока, первый 11, второй 12 и третий 13 блоки управления тиристорными ключами, датчик 14 напряжения нулевой последовательности, первый 15, второй 16 и третий 17 датчики тока, первый

18, второй 19, третий 20, четвертый 21, пя гый 22 и шестой?3 фильтро-развязывающие узлы, избиратель 24 поврежденной фазы, блок 25 измерения, блок 26 вычисления и блок 27 индикации, датчик 28 напряжения обратной связи, генератор 29 пилообразного напряжения, нелинейный элемент 30, регулируемый 31 и постоянный 32 резисторы, быстродействующий аналоговый ключ 33 с нормально замкнутым 34 и нормально разомкнутым 35 контактами, амплитудный детектор 36, нуль-орган 37, формирователь 38 импульсов управления, контролируемая сеть 39 и клеммы 40 для подключения обьекта контроля, причем первый, второй итретий входы блока 4 соединены с соответствующими клеммами 40, первые выходы каждого из генераторов 1-3 соединены с общей шиной, второй выход генератора 1 индуктивно связан с датчиком 15 и соединен с первым выходом блока 4, второй выход генератора 2 индуктивно связан с датчиком 16 и соединен со вторым выходом блока 4, второй выход генератора 3 индуктивно связан с датчиком 17 и соединен с третьим выходом блока 4, первые выводы первого 15, второго 16 и третьего 17 датчиков соединены с общей шиной, выход блока

25 соединен с входом блока 26, выход которого соединен с входом блока 27, первые выводы первого 8, второго 9 и третьего 10 дросселей соединены с общей шиной, второй вывод дросселя 8 соединен через ключ

5 со вторым выходом генератора 1 и первым выходом блока 4, второй вывод дросселя 9 соединен через ключ 6 со вторым выходом генератора 2 и со вторым выходом блока 4, второй выход третьего дросселя 10 соединен через третий ключ 7 со вторым выходом генератора 3 и с третьим выходом блока 4, 10

55 вторые выводы первого 15, второго 16 и третьего 17 датчиков соединены с входами первого 18, второго 19 и третьего 20 узлов, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих блоков 11, 12 и 13, и соответственно с первым, вторым и третьим входами избирателя 24, входы четвертого

21, пятого 22 и шестого 23 узлов соединены со аторыми выходами соответственно первого 1, второго 2 и третьего 3 генераторов, а выходы этих узлов — co вторыми входами соответствующих блоков 11, 12 и 13 и соответственно, с четвертым, пятым и шестым входами избирателя 24, третьи входы блоков 11, 12 и 13 соединены с соответствующими выходами датчика 14 напряжения нулевой последовательности, а выходы блоков 11, 12 и 13 подключены к управляющим входам соответствующих ключей 5, 6 и 7, при этом первый и второй выходы избирателя 24 соединены соответственно с первым и вторым входами блока 25.

Первый вход датчика 28 напряжения обратной связи соединен с первым входом блока 11 управления, а второй вход — со вторым входом блока 11 управления и с входом генератора 29 пилообразного напряжения. Выход датчика 28 напряжения обратной связи соединен с входом нелинейного элемента 30 и с регулируемым резистором 31, Устройство работает следующим образом, В нормальном режиме работы электрической сети при открытых тиристорных ключах 5-7 ток каждого из трех генераторов

1 — 3 замыкается по двум параллельным цепям: одна часть тока l i протекает через собственную емкость Ci соответствующей фазы относительно земли, а другая часть этого тока Iu — через соответствующие тиристорный ключ 5, 6 или 7 и дроссель переменного тока 8, 9 или 10.

Токи!с и lu создают в магнитопроводах датчиков 15 — 17 тока соответствующие магнитные потоки, причем вследствие того, что эти токи находятся в противофазе друг с другом, магнитный поток, создаваемый током Ic>, компенсируется магнитным потоком, создаваемым током !ц. Во время настройки устройства, изменяя эквивалентное индуктивное сопротивление каждого дросселя путем регулировки углов управления тиристорными ключами 5 — 7, с помощью блоков управления 11-13 добиваются, чтобы индуктивные токи дросселей полностью компенсировали соответствующие емкостные токи, В процессе эксплуатации при возможных изменениях токов !сь вызванных изме1666988 нениями собственных емкостей проводов вследствие оперативных переключений линий или других причин, регулировка токов

lLl и поддержание равенств Ici = ILi осуществляется блоками 11-13 управления автома- 5 тически.

Ввиду равенства токов Icl и!ы результирующие магнитные потоки, создаваемые при этом в магнитопроводах каждого датчика тока, равняются нулю, и, следователь- 10 но, ЭДС во вторичных обмотках датчиков в нормал ьном режиме отсутствуют.

3;1t3ncl1MocTb эквивалентного индуктивного сопр >тивления дросселей переменного тока ог угла управления тиристорными 15 клю ями 11 — 13 описывается выражением ц,, =- л IcLol/(2a; — sin 2ai), (1) где л „ — индуктивное сопротивление соответствующего дросселя 8, 9 или 10 при эакороченных тиристорных ключах; 20

kLoi = 2>ZfLi, f — частота генераторов;

Ll — индуктивность соответствующего дросселя при закороченных тиристорных ключах;

25 а — угол управления соответствующим тиристорным ключом 5. 6 или 7, При изменении угла управления а< от 0 до лб2 сопротивление к „ изменяется от

ОО ДО

Индуктивность дросселей Li выбирается исходя из условия Lol = 1 1(2Л1 С макс), (2) где С макс — максимально возможная емкость провода соответствующей фазы электрической сети относительно земли.

Значение С макс может быть определено экспериментально либо при известной н каждом конкретном случае максимальной длине IMBKc электрической сети рассчитано

40 по формуле

Сгмакс = Coi (макс, (3) где Coi — удельная емкость провода соответствующей фазы электрической сети относительно земли.

При возникновении однофазного замыкания на землю через переходное сопротивление, например, первой фазы электрической сети изменяется ток первого генератора 1. При этом к существующим тока Ici u li 1 добавляется ток замыкания I,, протекающий по цепи: первый генератор 1 — блок присоединения 4 — активное и индуктивное сопротивления участка первой фазы линии до места повреждения — переходное активное сопротивление — земля — первый генератор 1.

Магнитный поток, создаваемый этим током в магнитопронпде первого 15 датчика тока. оказывается нескомг1енсированным, что приводит к появлению но вторичной обмотке этого датчика ЭДС Е. пропорциональнои току замыкания

E-к!а, (4) где к — коэффициент пропорциональности, одинаковый у всех датчиков тока и определяемый их конструктивными параметрами и материалом магнитоп роводов.

ЭДС Е отстает от напряжения генератора U

Ч =90 +а, где а- угол сдвига фаз между напряжением

U

2лП 1„ где L — удельная индуктивность провода;

Ix — расстояние до места однофазного замыкания на эе 1лю; го — удельное активное сопротивление провода;

R активное переходное сопротивление в месте однофазного замыкания на 3рМлю.

Исходя иэ изложенного, информацию о расстоянии до места однофэзного замыкания на землю при условии компенсации тока lcl током IL> дает частное от деления реактивной составляющей напряжения первого генератора (Ui l sin (Ч вЂ” 9О ) на ЭДС

Е.

В соответствии с этим при возникновении однофазного замыкания на землю срабатывает избиратель 24 поврежденной фазы и по истечении заданной выдержки времени (если повреждение устойчивое) подключает входы блока 25 измерения к выходам первого 18 и четвертого 21 фильтрораэнязывающих узлов.

Напряжения на выходах фильтрораэвяэывающих узлов 18 и 21 прямо пропорциональны соответственно ЭДС Е первого датчика тока 15 и напряжению U<1 первого генератора 1. Блок 25 измерения из указанных напряжений формирует два других напряжения, одно из которых, с учетом выражения (4), пропорционально току 1, замыкания, а второе — реактивной составляющей первого генератора 1.

Результаты измерений поступают в блок 26 вычислений, который пп ним производит расчет расстояния до места однофаэного замыкания нэ землю с учетом выражения (4) — (6) по формуле к Vrl sin (Ч вЂ” 90")

Ix = -2 Ц--.— --- — = (7) 1666988

Результат расчета передается о блок 27 индикации, который представляет его в цифровом виде на табло.

При однофазном замыкании на землю другой фазы электрической сети устройство работает аналогично.

Компенсация емкостных токов 1с; во время однофазного замыкания на землю достигается тем, что при его возникновении по первому броску напряжения на выходе датчика 14 напряжения нулевой последовательности блоки 11 — 13 управления фиксируют значения углов управления, имеющих место к данному моменту времени, и в дальнейшем, если повреждение устойчивое, зти углы остаются неизменными.

В связи с этим индуктивные токи также не будут изменяться. Но, так как они вплоть до возникновения повреждения равняются соответствующим емкостным токам (компенсируют их), то, следовательно, и при наличии однофазного замыкания на землю указанные равенства сохраняются оо всех фазах, в том числе и в поврежденной.

Работу блоков 11 — 13 управления тиристорными ключами рассмотрим на примере первого блока 11. Угол управления тиристорным ключом 5 зависит от уровня напряжения управления, которое при нормальном режиме работы электрической сети поступает на второй вход нуль-органа

37 через нормально замкнутый контакт 34 быстродействующего аналогового ключа 33 непосредственно с нелинейного элемента

30.

Во время настройки устройства уровень этого напряжения регулируют вручную путем изменения сопротивления регулируемого резистора 31 такими образом, чтобы напряжение на выходе первого 18 фильтроразвязывающего узла, а следовательно, и на выходе датчика 28 напряжения обратной связи, стало равным нулю (в этом случае ток

1с1 полностью компенсируется током у).

Если во время эксплуатации ток Ici изменится по величине, например уменьшится по какой-либо причине, то это приводит к появлению постоянного напряжения, пропорционального геометрической сумме токов lci и 111, на выходе датчика 28 напряжения обратной связи. Причем это напряжение будет положительным, так как в данном случае суммарный ток генератора 1 отстает от его выходного напряжения на 90" вследствие того, что IL2 больше lc . Появление укаэанного положительного напряжения на выходе датчика 28 обратной связи приводит к возрастанию постоянного напряжения на входе нелинейного элемента

ЗО, что вызывает уменьшение его сопротивления. Вследствие этого снижается уровень напряжения управления и угол а управления тиристорным ключом 5 уменьшается.

При уменьшении угла управления rz в

5 соответствии с выражением (1) происходит пропорциональное увеличение эквивалентного сопротивления первого дросселя 8 переменного тока и ток IL1 снижается. В конечном итоге он становится равным но10 оому значению емкостного тока Ic 1.

Если же емкостный ток Ict по какой-либо причине увеличивается, то угол управления е также увеличивается в связи с появлением отрицательного постоянного

15 напряжения на выходе датчика 28 напряжения обратной связи. В результате, с учетом (1) ток II I увеличивается и вновь становится равным Ic1.

Таким образом в нормальном режиме

20 работы электрической сети происходит автоматическое регулирование угла управления а и за счет этого все время поддер>кивается равенство токов lci и 1д.

При возникновении однофазного замы25 кания на землю по первому броску напряжения нулевой последовательности на выходе датчика 14 напряжения нулевой последовательности появляется сигнал, по которому быстродействующий аналоговый

30 ключ 33 размыкает нормально замкнутый контакт 34 и замыкает нормально разомкнутый контакт 35. При этом амплитудный детектор 36 фиксирует значение напряжения, которое к данному моменту времени выде35 ляется на сопротивлении нелинейного элемента 30. Так как напряжение, выделяющееся на сопротивлении нелинейного зле лента 30 во время однофаэного замыкания на землю. всегда больше, чем при

40 нормальном режиме работы электрической сети (ввиду того, что ток замыкания носит индуктивный характер и по величине он,значительно превосходит су лмарный ток Ic) +

IL1 при IL1 > Icl), то с учетом принципа рабо45 ты амплитудного детектора 36, напряжение управления при однофазном замыкании остается неизменным по величине и равным зафиксированному амплитудным детекторо л напряжению. Следовательно, угол уп50 равления также осгается неизменным и равным тому значению. которое было к моменту возникновения однофаэного замыкания на землю.

При ликвидации однофазного замыка55 ния на землю быстродействующий аналоговый ключ 33 переключае|ся о исходное состояние и блок 11 управления вновь переходит в режим слежения и автоматической компенсации тока Ic>.

Второй 12 и третий 13 блоки управления тиристорными ключами 6 L17 рзбота1от аналогично.

Формула изобретения

1. Устройство для определени, paci.rn- 5 яния до места пов;>еждения в электрических сетях с изолированной нейтралью, содержащее клеммы для подключения обьектз контроля, блок присоед,,нения, первый, второй и третий генераторы синусоидально- 10 го тока, первый, второи и третий датчики тока, выполненные в виде кольцевого лагнитопровода с расположе11ной на нем BTQ ричной обмоткой с двумя вывода ли, избиратель поврежденнои фазы, блок изме- 15 рения, блок вычисления и блок индикзц.1И, первый, второй и третий входы блока присоединения соединены с сооreeòñTrlóK>ù11ми клеммами для подключения к обьекту кОНтроля, первые выходы каждого из трех гене- 20 раторов синусоидзльного тока соединены с общей шиной, второй выход первого генератора синусоидзльного 10кз индуKr».I:ío связан с первьIM дзт гиком тока и гоединен с первым выходом блока нригоединения, 25

ВТОРОЙ выход в10РОГО гe;Iie!(ВтОР>з синУг011 дального тока индук1ивно связан с в орым датчиком тока и соединен с вторым в Ixo дом блока присоединения, BTopOL выход третьего генерзторэ синусоидального тока 30 индуктивно связан с третьим датчиком тока и соединен с третьим вь1ходом блока присоединения, первые выводы первого, егоpoio и третьего датчиков тока соединены с ОГ цей шиной. Выход блока измерения соединен с 35 входом блока еы гисления, вь1ход которого соединен с Bxopoirt блока Life))LIKGLLL1LI, о ли ч а ю щ е е с я тем, чго, с целью повышения тОчнОсти Опреде!IOHL13 p;iccloяHLlл дО места повреждения, в не1о введены три 40 дросселя rlepel e.IILIoro тока, три тиристорных ключа, три блока управления -иристорными ключзми, шесть фильтроразвязывэк щих узлов, причем первые выводы rlepeioro, вгорого и третьего 45 дросселей переменного тока соединены с общей шиной, второй вывод первого дросселя через первыи тиристорный ключ соединен с вторым выходом первого генератора синусоидальног0 тока и с первыM выxîäîì 50 блока присоединения, в1орой вывод второгО дросселя через второй тиристорный кл1ач соединен с вторым выходо л второго генератора синусоидального тока и вторым выходом блока присоединения, второй вывод 55 дросселя соединен через третий тирис1орный ключ с вторым Btixo+oM третьего генератора синусоидзльного тока и третьим выходом Г)лока присоединения, вторые выводы первого, второго и 1ретьего датчиков

lокз соединены с входами соответственно первого, второго и третьего фильтрораэвязыва)оших узлов, Выходы первого, Второго и третьern фильтроразвяэы вающих узлов соединены с первым11 входами соответствующих блоков управления тиристорными ключами и соответственно с первым, вто ь1м и третьим входами избирателя поврежден.ioй фазы, входы четвертого, пятого и шестого фильтрорззвязывающих узлов соединены с вторыми выходами соответственно первого, второго и третьего генераторов синусоидального тока, з выходы этих узлов — г. вторыми входами соответствующих блоков управления тиристорными ключами и соответственно с четвер ым, пятым и шестннл входами избирателя поврежденной фазы, ретьи входы блоков управления тиристорными ключами соединены с соответствующими выходами датчика напряжвния нулевой последовательности, а выходы блоков управления подключены к управляющим входам соответствующих тиристорlee,Ix ключей, при этом первый и второй

Выходы избирателя поврежденной фазы соединены соответственно с первым и вторым ь>.одами блока измерения.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е еc >I тем, что блок управления тиристорным ключом содержит датчик напряжения обратной связи, генератор пилообразного напряжения, регулируемыЙ и постоянный резисторы, нелг1нейный элемент, быстродействую ций аналоговый ключ с нормально ззмкнутьил и нормально разомкнутым контактами, з лплитудный детектор, нуль-орган и формирователь импульсов управления, приче л первыи вход дзгчика напряжения обратной связи соединен с первым входом блока управления. а второй вход — с вторы л входом блока управления и с входом генерз тора пилообразного напряжения, выход которого соединен с первым входом нульоргзнз, выход датчика напряжения обратной связи соединен с входом нелинейного элемента и через регулируемый резистор с положительным полюсом источника постоянного напряжения, первый выход нелинейного элемента соединен через нормально замкнутый KOHTQKT быстродействующего аналогового ключа с вторым входом нульорганз, а через нормально разомкнутый контакт — с входом амплитудного детектора, и через постоянный резистор — с положительным полюсом источника постоянного напряжения, второй выход нелинейного элемента соединен с общей шиной источника постоянного нзпряякения, управляющий вход быстродействующего аналогового ключа годключен к третьему входу блока

1666988

Составитель А.Пржебельский

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор В.Гирняк

Редактор Н.Коляда

Заказ 2520 Тираж 426 Подписное

ВНИИПИ Государственного комите а по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 управления, выход амплитудного детектора соединен с третьим входом нуль-органа, выход нуль-органа соединен с входом формирователя импульсов управления, выход которого подключен к выходу блока управления.