Устройство дифференциальной токовой фазовойзащиты шин

 

О Л И С А Н И Е I822I7

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 20.Х!.1964 (№ 929986/24-7) Кл. 21с, 68/50 с присоединением заявки №

Приоритет

МПК Н 02d

УДК 621.316.925.2:621. .316.35 (088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Сосете Мннистрое

СССР

Опубликовано 25Х.1966. Бюллетень № 11

Дата опубликования описания 28.XII.19áá

УСТРОЙСТВО ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ФАЗОВОЙ

ЗАЩИТЫ ШИН

Известны устройства дифференциальной токовой фазовой защиты шин, состоящие из трансформаторных сумматоров, включенных во вторичные цепи трансформаторов тока, однофазного блока сравнения фаз, пускового блока напряжения, вентилей, включенных во вторичные цепи трансформаторных сумматоров, и исполнительного реле.

Предлагаемое устройство отличается тем, что, с целью отстройки защиты от нагрузочных токов неповрежденных фаз при малых токах короткого замыкания, блок сравнения фаз выполнен на четырех транзисторах, причем один.из транзисторов включен по схеме инверсного каскада, второй по схеме совпадения, а третий и четвертый по схеме составного транзистора, и содержит интегрирующую

RC-цепочку, состоящую из регулируемого активного сопротивления и емкости.

На входе блока сравнения фаз включено регулируемое сопротивление.

С целью контроля исправности упомянутых диодов, во входной цепи блока сравнения фаз включено сериесное реле.

С целью повышения температурной стабильности работы устройства в цепи заряда указанной емкости интегрирующей цепочки

RC установлены кремниевый диод и транзистор.

С целью повышения помехоустойчивости устройства коллектор указанного транзистора, включенного по схеме инверсного каскада, соединен с базовой цепью транзистора, вклю5 ченного по схеме совпадения посредством конденсатора.

На фиг. 1 приведена структурная схема дифференциальной токовой фазовой защиты шин 110 †2 кв, выполненная с использова10 нием пуско-блокирующего устройства (ПБУ).

Защита для упрощения схемы выполнена в односистемном исполнении. В ней применены трансформаторные сумматоры TC„TC2 ...

15 ТС„представляющие собой трансреакторы тока с тремя первичными и двумя вторичными обмотками Wi, Wq.

Первичные токовые обмотки трансформа20 торных сумматоров ТСь TC> ... ТС„с указанной на фиг. 1 полярностью подключены к вторичным цепям измерительных трансформаторов тока Т,, Т.. Т„присоединений системы шин.

25 Одну из вторичных обмоток (W<) каждого из сумматоров используют для образования дифференциального контура, включенного на баланс напряжений, для чего указанные обмотки во всех сумматорах соединяют последо30 вательно.

182217

На выходе этого контура включен орган максимального напряжения И, который является нормальным пусковым органом дифференциальной токовой защиты шин.

Дополнительные вторичные обмотки W> трансформаторных сумматоров соединяют параллельно в общий контур через разделительные и выпрямительные диоды Д, Д .

Д„. На выходе этого контура подключают фазный блокирующий орган М данной защиты. Этот орган реагирует на мгновенное направление векторов тока короткого замыкания во всех присоединениях системы шин, т. е. осуществляют фазную блокировку через схему H пускового органа напряжения Н, включенного на выходе нормального дифференциального контура защиты.

При одновременном срабатывании органов

H и М (при коротком замыкании в зоне защиты) отключаются. выключатели В>, B>,..., В„, Орган напряжения на выходе дифференциального контура I работает принципиально порти; так же, как обычные релейные устройства того же назначения.

Достоит ство данной схемы состоит лишь в том что в ней использован принцип суммировайия э.д.с., а не токов, при котором обрыв любой цепи вторичных обмоток сумматоров ведет к отказу, а не неселективному действию защиты.

Работа фазного органа М данной защиты основана на фиксации изменения формы кривой напряжения на выходе контура П. Ход этих кривых при сквозных коротких замыканиях и при коротких замыканиях в зоне действия защиты существенно различен.

Упрощенные эскизы осциллограммы формы этого напряжения при указанных режимах приведены на фиг. 2.

Орган М однозначно реагирует на длительность паузы полуволн выпрямленного напряжения, пропорциональных результирующим первичным ампервиткам трансформаторных сумматоров, которые появляются лишь при коротких замыканиях в зоне действия защиты. Т аким образом, фактически данный орган реагирует на взаимное расположение векторов тока короткого замыкания во всех контролируемых присоединениях, Как показывает анализ работы защиты, выполняемой по структурной схеме, приведенной на фиг. 1, желательная рабочая зона фазного органа М должна иметь вид, приведенный на фиг. 3.

Целесообразность использования фазного органа с приведенной характеристикой в ПБУ может быть обоснована следующими соображениями.

Так как фазный орган защиты включен не на напряжение, пропорциональное фазным токам присоединений, а на выходные напряжения сумматоров, при однофазных и двухфазных коротких замыканиях в зоне действия защиты на работу органа М могут суще5

65 ственно влиять токи нагрузки неповрежденных фаз присоединений.

В зависимости от соотношения величин токов короткого замыкания поврежденных фаз и токов нагрузки в неповрежденных фазах, паузы между полуволнами выпрямленного напряжения на входе фазного органа М могут быть в большей или меньшей степени заполнены полуволнами выпрямленных напряжений, пропорциональных токам неповрежденных фаз (см. фиг. 2б).

Если фазный орган М обладает большой чувствительностью по напряжению, он может ложно блокировать действие защиты в указанном режиме, так как форма кривой на выходе фазного контура 11 будет подобна кривой на фиг. 2а, соответствующей режиму сквозного короткого замыкания.

В режимах с малыми значениями тока короткого замыкания, когда измерительные трансформаторы тока присоединений работают в линейной части ветвей намагничивания, при погрешностях в коэффициентах трансформации данная защита с пуско-блокирующим устройством (ПБУ) автоматически превращается в чисто токовую дифференциальную односистемную защиту шин, выполненную по схеме на балансе напряжений.

Как видно на фиг. 3, зона действия фазного органа М вЂ” 360, и орган Н в этом случае обеспечивает правильное действие защиты.

При больших кратностях тока сквозного короткого замыкания, когда орган H запускается от токов небаланса, обусловленных погрешностями измерительных трансформаторов тока, уровень напряжения на выходе фазного контура 1 становится достаточным для надежной блокировки действия защиты с

ПБУ в этом режиме.

На фиг. 4 приведена принципиальная схема пуско-блокирующего устройства дифференциальной токовой фазной защиты шин, реализующая структурную схему, приведенную на фиг. 1. Эта схема обеспечивает указанное взаимодействие органов H и М и органически сочетает их в своей структуре.

Выпрямительная группа В, состоящая из четырех диодов, включена на выходе дифференциального контура 1 на баланс напряжения. Выпрямленное и сглаженное напряжение

U>, пропорциональное переменному напряжению U, контура 1, поступает через диод Д на минусовый вывод нормально открытого диода Д .

Если напряжение U< превышает уровень опорного напряжения U e, диод Д запирается, и открывающий ток перестает протекать через базу нормально открытого транзистора

Т> по сопротивлению R<. Этот момент соответствует срабатыванию органа H от дифференциального контура I.

Потенциометром R> устанавливают требуемый ток срабатывания органа H.

После запуска схемы от дифференциального контура I (запертое состояние диода Pi) 182217 работа ПБУ целиком определяется расположением векторов токов в присоединениях защищаемой системы шин в фазной плоскости, т. е. действием фазного органа М.

От контура II на минусовый вывод диода

Д2 поступают положительные полуволны напряжения, амплитуда и фаза которых для данного вида короткого замыкания однозначно связана с амплитудой и фазой наибольших токов в присоединениях системы шин.

При сквозных коротких замыканиях, как было указано выше, на точку а непрерывно поступают полуволны выпрямленных напряжений, диод g4 все время закрыт, и через разделительный конденсатор С1 импульс на запуск остальной части схемы не подается.

Если же точка короткого замыкания окажется в зоне действия защиты, между полуволнами выпрямленного напряжения на входе а появятся определенные разрывы— скважность. Транзистор Т при появлении скважности начинает открываться и на его коллекторной цепи появляются отрицательные импульсы, длительность которых определяется скважностью в напряжении входа.

Величина скважности однозначно связана с углами относительного сдвига векторов тока короткого замыкания присоединений в фазовой плоскости.

При срабатывании входного транзистора Т, положительные импульсы с его коллекторной цепи через разделительный конденсатор С начинают переключать нормально открытый транзистор Т по цепи диода gh.

Транзистор Т, закрывается на время пауз между полуволнами напряжения на входе фазного органа (точка а).

Конденсатор C интегрирующей измерительной цепи C — R3 до момента начала переключений транзистора Т, находится в перезаряженном состоянии Уо, —— Ур„через открытый кремниевый диод Д4.

Когда транзистор Т1 закрыт, диод Д4 запирается, и конденсатор С2 по сопротивлению

Рз сначала разряжается до О, а затем заряжается напряжением обратного знака (Uc, = Up,).

Если пауза между полуволнами в управляющем напряжении оказывается достаточной для того, чтобы напряжение на конденсаторе превысило напряжение Удю, открывается кремниевый диод Д.-, и схема составного транзистора Т,— Т4 переключается, фиксируя определенную величину скважности или, что то же самое, определенную величину угла сдвига между токами короткого замыкания в присоединениях, Конденсаторы Сз и С4 создают задержки на возврате и устраняют вибрации реле П на границе зоны действия органа М.

Составной транзистор T> — Т, надежно переключается при самых кратковременных отрицательных импульсах на базе Тз.

В коллекторной цепи транзистора Т, включено двухобмоточное быстродействующее ре10

25 з

65 ле П, контакты которого заводятся в цепи отключения выключателей присоединений защищаемой системы шин, Кремниевый диод Д4 отделяет измерительную интегрирующую цепь C» — R> от температурно-нестабильного сопротивления эмиттер— коллектор закрытого транзистора Т1, благодаря чему повышаются точность действия фазного органа и технологичность изготовленияя з а щиты.

Включение конденсатора C интегрирующей цепи на перезаряд также повышает точность действия фазного органа, так как температурно-нестабильные сопротивления утечки конденсатора С по данной схеме не могут существенно влиять на изменение ширины зоны действия фазного органа ПБУ. (В режиме разряда сопротивление утечки ускоряет разряд; в режиме заряда до напряжения U»â€” замедляет и общее т данной цепи сохраняет свое значение).

Кроме того, конденсатор С в данной схеме при открывании транзистора Т> разряжается под действием принудительного коллекторного тока этого транзистора, что также способствует повышению точности данной фазочувствительной схемы.

Потенциометром R изменяют чувствительность фазного органа (смещают угловую характеристику по оси у).

Переменным сопротивлением Яз изменяют ширину зоны действия фазного органа ПБУ.

Чувствительное низкоомное реле У с замедлением на срабатывание при пробое любого из выпрямительных диодов Д1, Д Д„ контура 11 через сопротивление R оказывается под током и, срабатывая, сигнализирует о неисправности контролируемых цепей. При сквозных коротких замыканиях и замыканиях в зоне действия защиты данное реле благодаря отстройке по времени действия не срабатывает. Защита шин с ПБУ по данной схеме, несмотря на изменения коэффициента чувствительности при различных видах короткого замыкания, обусловленные односистемностью исполнения с применением трансформаторных сумматоров, обладает более высокой чувствительностью при достаточной селективности действия, так как здесь не требуется отстройка от токов небаланса при сквозных коротких замыканиях. Блокировка действия ее при этом, как было показано выше, осуществляется фазным органом ПБУ.

Минимальная установка по току срабатывания дифференциальной защиты шин с ПБУ данного типа определяется только максимальным нагрузочным режимом с учетом коэффициента запаса, обусловленного схемой включения и обмоточными данными трансформаторных сумматоров.

При контроле за целостью токовых цепей измерительных трансформаторов тока до выводов трансформаторных сумматоров, осуществляемых по обычным схемам, чувствительность защиты может быть еще выше.

182217

Предмет изобретения

1. Устройство дифференциальной токовой фазовой защиты шин, состоящее из трансформаторных сумматоров, включенных во вторичные цепи трансформаторов тока, однофазного блока сравнения фаз, пускового блока напряжения, вентилей, включенных во вторичные цепи трансформаторных сумматоров, и исполнительного реле, отличающееся тем, что, с целью отстройки защиты от нагрузочных токов неповрежденных фаз при малых токах короткого замыкания, указанный блок сравнения фаз выполнен на четырех транзисторах, причем один из транзисторов включен по схеме инверсного каскада, второй по схеме совпадения, а третий и четвертый по схеме составного транзистора, и содержит интегрирующую RC-цепочку, состоящую из регулируемого активного сопротивления и емкости, 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на входе блока сравнения фаз включено регулируемое сопротивление.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью контроля исправности упомянутых диодов, во входной цепи блока сравнения фаз включено сериесное реле.

4. Устройство по по. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения температурной стабильности работы устройства, в цепи заряда указанной емкости интегрирующей цепочки

RC установлены кремниевый диод и транзистор.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости устройства, коллектор указанного транзистора, включенного по схеме инверсного каскада, соединен с базовой цепью транзистора, включенного по схеме совп адения посредством

20 конденсатор а.

182217

Я1ЯИЯ МОКС ну3спглппепь несли

u Q

0 Ь

1 К

1-.- ч 4 ч-/дО

-юа о

Pu d

//а cue/ran:

„неаспра5наппь кантура П " Are. 4

На от/и Йип/ocamenae прггсоеаиненой

Составитель Г. Коршун

Редактор Б. Б. Федотов Техред Г. Е. Петровская Корректоры: М. П, Ромашова и Е. Д. Курдюмова

Заказ 3891/9 Тираж 1550 Формат бум. 60><90/з Объем 0 58 изд. л. Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прн Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, д, 2