Устройство для защиты от однофазных замыканий на землю

 

Использование: изобретение относится к области направленной релейной защиты от однофазных коротких замыканий в электрических сетях с изолированной нейтралью. Особо оно целесообразно к применению при малых токах замыкания на землю. Сущность изобретения: заключается в том, что с целью обеспечения защитоспособности земляной защиты при отсутствии либо малого емкостного тока внешней сети по сравнению с емкостным током защищаемого присоединения оно содержит трансформаторы тока 1 и напряжения 2 нулевой последовательности, у которых один из выходных выводов соединен непосредственно между собой, а второй через конденсатор-фазовращатель 3, а параллельно выходным выводам трансформатора тока 1 и трансформатора напряжения 2 нулевой последовательности включен исполнительный орган защиты 4. 1 ил.

Изобретение относится к области направленной релейной защиты при однофазных коротких замыканиях в сети с изолированной нейтралью.

Известна защита от однофазного замыкания на землю, включающая трансформатор тока нулевой последовательности с выходом, соединенным с пороговым чувствительным элементом, выход которого соединен с отключающим поврежденное присоединение выключателем [1] Данному устройству присущи недостатки: неселективность работы защиты отключение неповрежденных присоединений при малых токах замыканий на землю, особенно в случаях когда емкостные составляющие токов нулевой последовательности неповрежденной части соизмеримы с токами замыкания на землю поврежденной части. Кроме того, отстройка защиты затруднена возможностью подключения разного числа потребителей электроэнергии, что изменяет ток замыкания на землю. Наиболее близким к предлагаемому авторами решению является устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в трехфазной электрической сети [2] содержащее трансформаторы тока (ТТНП) и напряжения (ТННП) нулевой последовательности, фазовращатель, транзисторный фазосравнивающий блок, усилитель низкой частоты, выход которого подключен к первому блоку сравнения фаз и исполнительный орган, причем, на выход ТТНП подключен треугольник сопротивлений, одно плечо которого, состоящее из встречно-параллельно включенных диодов, подключено параллельно входу усилителя низкой частоты, а два других плеча состоят из резисторов, один из которых включен параллельно выходу трансформатора тока нулевой последовательности, причем, фазовращатель включен между выходом трансформатора напряжения нулевой последовательности ТННП и вторым входом блока сравнения фаз и состоит из последовательно соединенных выходного резистора и двух конденсаторов зашунтированных резисторами, при этом исполнительный орган включен между общей точкой конденсаторов и средним полюсом второго входа блока сравнения фаз.

Данному устройству присущи недостатки: неработоспособность в случае отсутствия емкости внешней сети, например, при наличии только единичного присоединения, так как нет токовой составляющей с ТТНП и дисбаланса для срабатывания исполнительного органа не будет. Недостаточная надежность работы защиты вследствие наличия усилителя низкой частоты, фазовращающего транзисторного блока и диодов параллельно включенных ТТНП. Эксплуатационная ненадежность этих элементов особо проявляется при возникновении трудно предсказуемых режимов системы электроснабжения так и по причине временного и температурного дрейфа характеристик элементов. При поверке и настройке защиты необходимо предварительно убедиться в исправности электронных элементов со снятием их характеристик, по крайней мере в пределах расчетных режимов работы данной электроустановки и присоединения, провести собственно настройку усилителя, двухвходового электронного блока сравнения фаз и только затем исполнительного органа. Это связано со значительными затратами времени на настройку и поверку. Стоимость электронных элементов схемы относительно велика.

Целью изобретения является обеспечение защитоспособности земляной защиты в случаях отсутствия либо малого емкостного тока внешней сети по сравнению с емкостным током защищаемого присоединения, а также повышение надежности работы защиты (устройства), снижение затрат времени на настройку его и снижение стоимости оборудования.

Предлагаемое устройство включает в себя: трансформаторы тока и нулевой последовательности, фазовращатель и исполнительный орган, причем, одни из выводов этих трансформаторов соединены между собой, а вторые через конденсатор, т.е. фазовращатель на 90^o, а параллельно выходным выводам трансформатора тока нулевой последовательности включен исполнительный орган (реле).

Применение в качестве фазовращателя на 90^o конденсатора, включенного на выход ТННП последовательно с исполнительным органом параллельно которому включен ТТНП, обеспечивает защитоспособность в случаях отсутствия (единичное присоединение) либо малого емкостного тока внешней сети, так как в этом случае защита работает по появлению сигнала с ТННП. Отсутствие в устройстве элементов электроники, усилителя, диодов и электронного фазовращателя существенно повышает надежность работы устройства.

Поверка и настройка устройства включает в себя: проведение одного опыта однофазного короткого замыкания для всех присоединений данного трансформатора, возможное одно переключение двух выводов от вторичной обмотки у ТТНП либо ТННП и подборки емкости конденсатора, что по времени несравненно меньше поверки исправности, точности, снятие характеристик, а также настройка элементов электроники: усилителя, двухвходового фазовращателя и диодов прототипа.

Стоимость конденсатора несравненно ниже стоимости усилителя, двухвходового фазовращателя и диодов.

Указанная выше совокупность признаков и простота устройства не выявлена в литературе. Следовательно, решение соответствует критерию новизны и имеет изобретательский уровень.

Реализация устройства изображена на фигуре 1 чертежа, где 1 ТТНП, 2 - ТННП, 3 конденсатор на рабочее напряжение не ниже максимального напряжения вторичной обмотки ТННП-2. 4 исполнительный орган (реле). Настройка устройства соединяет общим проводом любые два выхода вторичных обмоток ТТНП-1 и ТННР-2. К свободному выводу вторичной обмотки ТННП-2 подключают конденсатор 3. Делают металлическое искусственное короткое замыкание в одной фазе во внешней, по отношению к данному присоединению, точке сети, питаемой от данного трансформатора. Производят фазировку, добиваясь встречного направления векторов напряжений, снимаемых между общим проводом и конденсатором 3 и общим проводом и свободным выводом ТТНП 1. Подключаем к общей точке один вывод исполнительного органа 4 (реле) на второй вывод которого подключены свободные выводы идущие с конденсатора 3 и ТТНП 1. Подбором емкости конденсатора 3 добиваются минимального значения тока, идущего через исполнительный орган 4 (реле) и выставляют его уставку по току срабатывания. На этом заканчивается настройка устройства данного присоединения. По маркировкам данного ТТНП могут быть без проведения опыта короткого замыкания на землю настроены другие присоединения.

Устройство работает следующим образом.

При однофазном замыкании на землю в данном присоединении ток от ТТНП 1 опрокидывает свою фазу и возрастает. Напряжение на ТННП 2 также возрастает, но фазы их совпадают, что вызывает срабатывание исполнительного органа 4 и, следовательно, отключение присоединения. При отсутствии емкостного тока или его малости исполнительный орган 4 срабатывает от появления напряжения на выходе ТННП.

Источники информации: 1. Федосеев А. М. Релейная защита электрических систем. "Энергия", Москва, 1976 г. с. 362 364.

2. Авторское свидетельство N 902135, H 02 H 3/16. Заявлено 21.04.80. Опубликовано 30.01.82 г.

Формула изобретения

Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю, включающее трансформатор тока и напряжения нулевой последовательности, фазовращатель и исполнительный орган, отличающееся тем, что один из выходных выводов трансформатора тока и напряжения нулевой последовательности соединены непосредственно между собой, а вторые через конденсатор-фазовращатель на 90^oС, а параллельно выходным выводам трансформатора тока нулевой последовательности включен исполнительный орган.

РИСУНКИ

Рисунок 1