Устройство для направленной защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью

 

Использование: в области релейной защиты , в частности в устройствах направленной защиты от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью. Сущность изобретения: для повышения селективности и помехоустойчивости введены выпрямители 5, 6, селектор 8 длительности, расширитель 23 импульсов и.транзисторы 15, 16, 17, резисторы 26, 27, 28, которые входят в фазочувствительный блок 7, к входу которого подключены датчики напряжения 1 и тока 2 нулевой последовательности через соответствующие резонансные фильтр 3 и фильтр 4 низкой частоты, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 Н 3/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ с

Яф,Щ

1 (21) 4865476/07 (22) 27,06.90 (46) 07.02.93. Бюл, N. 5 (75) И.К. Сурвило и B,Н.Аронсон

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (56) 1, Авторское свидетельство СССР

N 1136243, кл, Н 02 Н 3/16, 1982.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 541232, кл. Н 02 Н 3/16, 1973.

{54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОЙ

ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ 3AMblKAНИЙ НА ЗЕМЛЮ В СЕТЯХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

5U Ä 1793507 А1 (57) Использование: в области релейной защиты, в частности в устройствах направленной защиты от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, Сущность изобретения: для повышения селективности и помехоустойчивости введены выпрямители

5, 6, селектор 8 длительности, расширитель

23 импульсов и транзисторы 15, 16, 17, резисторы 26, 27, 28, которые входят в фазочувствительный блок 7, к входу которого подключены датчики напряжения 1 и тока 2 нулевой последовательности через соответствующие резонансные фильтр 3 и фильтр 4 низкой частоты, 1 ил, 1793507

Изобретение относится к области релейной защиты, в частности к устройствам для направленной защиты от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью.

Известно большое число защит от однофаэных замыканий на землю s сетях с изолированной нейтралью, содержащих фазочувствитеьный бок. Один из них не содержат фильтры ни в канале тока ни в канале напряжения. Они подвержены влиянию высших гармоник в токе и напряжения, что приводит к неселективному срабатыванию.

Известны такие защиты; которые не содержат фильтров первой гармоники в канале напряжения и в канале тока и не имеют порогов ни по напряжению нулевой последовательности ни по току нулевой последовательности. Такие защиты даже в отсутствии искажений напряжения и тока нулевой последовательности могут срабатывать неправильно из-эа небаланса в цепях напряжения и тока нулевой последовательности, Известны непомерно сложные защиты, которые трудоемки в изготовлении и наладке, требуют много времени при ремонте, Наиболее близким по построению к предлагаемому решению является устройство для направленной защиты от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью. Оно содержит фильтр напряжения и фильтр тока, пропускающие первую гармонику сигнала в цепях напряжения и тока нулевой последовательности. Входы указанных фильтров присоединены к выхо дам датчика напряжения и датчика тока нулевой последовательности, а выходы — к фазочувствительному блоку, выполненному на трех транзисторах, подключенному на вход исполнительного органа.

Это решение имеет существенные недостатки. Отсутствует .заданный порог срабатывания по напряжению и току. И при наличии фильтра в цепи тока отсутствие четкого порога срабатывания по току может приводить к ложному срабатыванию, так как возможен ток небаланса и, кроме того, при малых токах трансформаторы тока нулевой последовательности могут иметь большую угловую погрешность, Отсутствует заданный порог по нап ряжению. Это может приводить к ложному срабатыванию из-за напряжения небаланса в цепи нулевой последовательности. Кроме того. при отсутствии определенных порогов по напряжению и току фазочувствительный блок будет работать при недопустимо малых значениях входных сигналов и при этом будет иметь большие угловые погрешности.

Фазочувствительный блок построен по принципу наложения кратковременного импульса, формируемого из напряжения нулевой последовательности на импульс, 5 формируемый из полупериода тока нуле-. вой последовательности, а результирующий кратковременный импульс(если таковой появляется) поступает на управляющий электрод тиристора. незащищенного от крат"0 ковременных помех по входу. Это делает защиту уязвимой к импульсным помехам, Целью изобретения является повышение селективности и помехоустойчивости устройства для направленной защиты от од15 нофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью. Это уменьшает число ложных срабатываний и повышает надежность правильных срабатываний.

Указанная цель достигается тем, что в

20 устройство для направленной защиты от од.нофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, содержащее датчики напряжения и тока нулевой последовательности, выходы которых соединены

25 соответствейно с резонансным фильтрам и фильтром низкой частоты, фазочувствительный блок, выполненный на первом, втором, третьем транзисторах, блок питания, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шес30 той, седьмой, восьмой резисторы, диод, конденсатор, а также исполнительный орган, дополнительно введены первый. второй выпрямители, селектор длительности, расширитель импульсов, четвертый, пятый, 35 шестой транзисторы, девятый, десятый, одиннадцатый резисторы. Введенные элементы и их взаимное соединение. обеспечивают заданный порог срабатывания по напряжению и току нулевой последователь40 ности, определенную, порядка нескольких миллисекунд, длительность импульса, при котором срабатывает устройство, и предотвращают ложное срабатывание при подаче питания на устройство.

45 На чертеже представлена электрическая схема устройства. . Устройство содержит датчик напряжения нулевой последовательности 1 и тока нулевой последовательности 2, выходы ко50 торых соединены соответственно с резонансным фильтром 3 и фильтром низкой частоты 4, выходы которых в свою очередь соединены соответственно с выпрямителями 5 и 6, фазочувствительный блок 7, выход

55 которого через селектор длительности 8 и расширитель импульсов 9 соединен с исполнительным органом 10, блок питания 11 с положительным "+" и отрицательным 1™полюсами, общей точкой "ОТ", а также положительным полюсом фильтрованного на1793507

25

35

50 пряжения "+Ф". Фазочувствительный блок содержит первый 12, второй 13, третий 14, четвертый 15 транзисторы, коллекторы которых соединены со стоком пятого 16 и эмиттером шестого 17 транзисторов и с общей точкой "ОТ" блока питания 11. Эмиттеры первого 12, второго 13, третьего 14, четвертого 15 транзисторов соединены с истоком пятого 16 и базой шестого 17 транзисторов. Коллектор шестого транзистора 17 является выходом фазочувствительного блока 7, Базы первого 12, второго 13, третьего 14, четвертого 15 транзисторов соединены соответственно через первый 18, второй

19, третий 20, четвертый 21 резисторы с выходом первого выпрямителя 6, с выходом фильтра низкой частоты 4, с выходом резонансного фильтра 3, с выходом второго выпрямителя 5. Отрицательный полюс "-" блока питания 11 соединен соответственно через пятый 22, шестой 23 резисторы с базой первого 12 с базой четвертого 15 транзисторов, Положительный полюс "+" блока питания 11 соединен соответственно через седьмой 24, восьмой 25 резисторы с коллектором и базой шестого 17 транзистора. Затвор пятого транзистора 16 соединен со средней точкой делителя напряжения, образованного девятым 26 и десятым 27 резисторами, который подключен между отрицательным "-" и через одиннадцатый резистор 28 положительным полюсом фильтрованного напряжения "+Ф" блока питания 11. Общая точка десятого 27 и одиннадцатого 28 резисторов подключена через конденсатор 29 к общей точке "ОТ" блока питания 11 и через анод-катод диода

30 — к положительному полюсу фильтрованного напряжения "+Ф" блока питания 11.

Устройство работает следующим образом.

При однофазном замыкании на землю появляется напря>кение и ток нулевой последовательности, С выхода датчика 1 напряжения сигнал 3 Uo подается на резонансный фильтр 3, который ослабляет все гармоники и субгармоники кроме основной.

С выхода фильтра 3 напряжение U< промышленной частоты нулевой последовательности через резистор 20 поступает на базу третьего транзистора 14, С выхода датчика тока 2 ток нулевой последовательности . 3! > поступает на фильтр низкой частоты 4, который на выходе дает напряжение Uz, пропорциональное входному току, ослабляет высшие гармоники не менее, чем в 0,7 и раз, где и — номер гармоники, а также поворачивает фазу выходного напряжения Uy относительно входного тока 3 lo на 60 — 80 . С выхода фильтра 4 напряжение через реэистор 19 поступает на базу второго транзистора 13. Шестой транзистор 17 будет открыт только в том случае, если все транзисторы 12...16 будут заперты. Если будет открыт хотя бы один из них, то он замкнет на себя ток резистора 25 и шестой транзистор 17 будет заперт. Следовательно, при условии, что транзисторы 12; 15; 16 заперты, транзистор 17 будет открыт пока оба транзистора 13; 14 заперты. Запертое состояние одновременно транзисторов 13; 14 будет в течение времени, пока напряжения

Ui u Uz будут одновременно положительны.

Следовательно, при всех возможных углах между напряжениями U> и Uz транзистор 17 будет открыт в течение интервала времени от О, когда напряжение U> и Uz e противофазе, до 10 мс, когда напряжение Ui u Uz совпадают по фазе (при условии, что частота

50 Гц). Селектор длительности 8 выдает на выходе импульс только в том случае, если длительность открытого состояния транзи- . стора 17 не менее заданной. В данном случае эта заданная длительность принята 5 мс, Это соответствует взаимному сдвигу по фазе между напря>кениями U> и Uz в диапазоне не более ++. 90, Расширитель импульсов 9 преобразует импульсный сигнал с выхода селектора длительности 8 в постоянный, при котором срабатывает исполнительный орган 10. Таким образом, зона срабатывания устройства находится в ripeделах, когда взаимный сдвиг между напряжениями U> и Uz менее заданного, a äàííoì случае менее +. 90, Изменяя порог по длительности селектора длительности 8, можно изменять величину зоны срабатывания по углу между напряжением и током (раствор зоны). Изменяя угол поворота в фильтре низкой частоты 4, возможно изменять расположение зоны срабатывания по yrny между напряжением и током нулевой последовательности (поворот зоны срабатывания).

Порог по току 3 I< обеспечивается первым транзистором 12. Когда положительное сглаженное напряжение на выходе выпрямителя 6 ниже порога срабатывания, транзистор 12 постоянно открыт током через резистор 22, при этом транзистор 17 открыться не может и фазочувствительный блок сработать не может. Транзистор 12 запрется тогда, когда ток через резистор 18 уравняется с током через резистор 22, а это наступит, когда напряжение на выходе выпрямителя 6 будет выше порога срабатывания, Аналогично обеспечивается порог срабатывания по 3 Uo, Таким образом, если.1793507 напряжение 3 Uo или ток 3 1 > будут недостаточной величины, транзисторы 12 или 15 будут постоянно открыты, а транзистор 17 постоянно заперт и устройство сработать не сможет.

Транзистор 16 предотвращает ложное срабатывание устройства при подаче напряжения питания. В момент подачи питания напряжение на конденсаторе 29 возрастает медленнее, чем напряжение положительного "+" и отрицательного "-" по люсов блока питания, так как он заряжается через высокоомный,реэистор 28. По этому в начальный момент транзистор 16 открыт, а транзистор 17 заперт. Транзистор 16 запирается с опозданием, когда напряжение на конденсаторе 29 достигает достаточной величины. но к этому времени все переходные процессы в схеме заканчиваются. В момент снятия напряжения питания конденсатор 29 быстро разряжается через диод 30, а при повторной подаче питания снова не сможет быстро зарядиться и предотвратит ложное срабатывание устройства.

Формула изобретения делителя напряжения, образованного девятым и десятым резисторами, который под40 ключен между отрицательным и через одиннадцатый резистор — положительным полюсом фильтрованного напряжения блока питания, при этом общая точка десятого и одиннадцатого резисторов подключены через конденсатор к общей точке блока питания и через анод, катод диода — к положительному полюсу фильтрованного напряжения блока питания.

Составитель И. Сурвило

Техред M. Моргентал Корректор H. Гунько

Редактор Л. Волкова

Заказ 508 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Устройство для направленной защиты рт однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, содержащее датчики напря>кения и тока нулевой последовательности, выходы которых соединены соответственно с резонансным фильтром и фильтром низкой частоты, фазочувствительный блок, выполненный на первом, втором, третьем транзисторах, блок питания, с первого по восьмой резисторы, диод, конденсатор, а также исполнительный орган, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения селективности и помехоустойчивости, дополнительно введены первый, второй вы-. прямители, селектор длительности, расширитель импульсов, четвертый, пятый, шестой транзисторы, девятый, десятый, одиннадцатый резисторы, причем коллекторы первого, второго, третьего, четвертого транзисторов, сток пятого транзистора и эмиттер шестого транзисторов объединены и подключены к общей точке блока питания, а эмиттеры первого, второго, третьего, четвертого транзисторов подключены к истоку пятого транзистора и базе шестого транзистора, коллектор которого является выходом фазочувствительного блока и соединен с входом селектора длительности, выход ко20

35 торого через расширитель импульсов соединен с исполнительным органом, базы первого, второго, третьего, четвертого транзисторов соединены соответственно через первый, второй, третий, четвертый резисторы с выходом первого выпрямителя, с входом первого выпрямителя, соединенного с выходом фильтра низкой частоты, с выходом резонансного фильтра, соединенного с входом второго выпрямителя, с выходом второго выпрямителя, отрицательный полюс блока питания соединен соответствен - но через пятый, шестой резисторы с базой первого транзистора, базой четвертого транзистора, положительный полюс блока питания соединен соответственно через седьмой, восьмой резисторы с коллектором и базой шестого транзистора, затвор пятого транзистора соединен со средней точкой