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

 

Использование: изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью. Сущность изобретения: устройство для защиты от однофазного замыкания на землю содержит установленные на присоединениях 1 и 2 трансформаторы 3 и 4 тока нулевой последовательности, преобразователи тока в выпрямленное напряжение 5 и 6, интегрирующие 7 и 8 и пороговые 9 и 10 элементы, элементы 11 и 12 совпадения, расширители 13 и 14 импульсов, исполнительные органы 15 и 16, элементы ИЛИ-НЕ 17, НЕ 18, ИЛИ 19 и "Запрет" 20, пусковой орган 21, элемент 22 блокировки низкой частоты, трансформатор 23 напряжения нулевой последовательности, основной 24 и вспомогательный 25 источники опорного напряжения, замыкающий 26 и размыкающий 27 ключи, диодную сборку 28. Введение в устройство для защиты элементов ИЛИ, НЕ, "Запрет" и блокировки низкой частоты, диодной сборки, вспомогательного источника опорного напряжения, замыкающего и размыкающего ключей позволило существенно расширить функциональные возможности устройства и повысить точность определения поврежденного присоединения. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью.

Известно устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее по числу присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, к выходам которых подключены последовательно соединенные преобразователи тока в выпрямленное напряжение, интегрирующие и пороговые элементы совпадения, ИЛИ, НЕ и "Запрет", ключи, исполнительные органы, пусковой орган, подключенный своим входом к выходу трансформатора напряжения нулевой последовательности, и источники опорного напряжения (см. авт. свид. СССР N 1647733, кл⁵. H02H 3/16, 1988).

Недостатком данного устройства является сложность схемы и возможность отказа при многоместных повреждениях в защищаемой сети.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для защиты от однофазного замыкания на землю, содержащее по числу присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, к выходам которых подключены последовательно соединенные преобразователи тока в выпрямленное напряжение, интегрирующие и пороговые элементы, к выходам которых подключены входы общего на все присоединения элемента ИЛИ-НЕ и первые входы элементов совпадения, вторые входы которых соединены с выходом элемента ИЛИ-НЕ, исполнительные органы, подключенные через расширители импульсов к выходам элементов совпадения, пусковой орган, подключенный своим входом к выходу трансформатора напряжения нулевой последовательности, источник опорного напряжения, выход которого подключен к выходам интегрирующих элементов (см. авт. свид. СССР N 1651335, кл⁵. H02H 3/16, 1988).

Недостаток данного устройства состоит в том, что при многоместных повреждениях в сети, например при однофазных замыканиях одновременно на двух присоединениях, оно отключит только одно присоединение, которое имеет наибольший ток замыкания на землю. Другими недостатками устройства являются относительная сложность схемы (наличие на каждом присоединении ключей, формирователей импульсов, элементов "Память" и др.) и недостаточная точность определения поврежденного присоединения.

В отличие от известных устройств для защиты от однофазного замыкания на землю, которым присущи указанные недостатки, заявленное устройство имеет более простую схему, позволяет существенно расширить функциональные возможности устройства и повысить точность определения поврежденного присоединения.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для защиты от однофазного замыкания на землю, содержащее по числу присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, к выходам которых подключены последовательно соединенные преобразователи тока в выпрямленное напряжение, интегрирующие и пороговые элементы, к выходам которых подключены входы общего на все присоединения элемента ИЛИ-НЕ и первые входы элементов совпадения по числу присоединений, вторые входы которых соединены с выходом элемента ИЛИ-НЕ, исполнительные органы, подключенные через расширители импульсов к выходам упомянутых элементов совпадения, пусковой орган, подключенный своим входом к выходу трансформатора напряжения нулевой последовательности, основной источник опорного напряжения, выход которого функционально связан с выходами интегрирующих элементов, снабжено общим на все присоединения элементом ИЛИ, входы которого подключены к выходам расширителей импульсов и к выходам вновь введенных элемента НЕ и элемента блокировки низкой частоты, которые подключены соответственно к выходам элемента ИЛИ-НЕ и трансформатора напряжения нулевой последовательности, диодной сборкой, вход которой через вновь введенные размыкающий и замыкающий ключи подключен соответственно к основному и вновь введенному вспомогательному источникам опорного напряжения, а выходы соединены с выходами интегрирующих элементов, элементом "Запрет", вход которого подключен к выходу пускового органа, а выход соединен с управляющими входами замыкающего и размыкающего ключей, при этом управляющий вход элемента "Запрет" соединен с выходом элемента ИЛИ.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для защиты от однофазного замыкания на землю. Схема дана для двух присоединений, общее число которых может быть любым.

Устройство содержит установленные на защищаемых присоединениях 1 и 2 трансформаторы 3 и 4 тока нулевой последовательности, к выходам которых подключены последовательно соединенные преобразователи 5 и 6 тока в выпрямленное напряжение (ПТВН), интегрирующие элементы 7 и 8 (ИЭ) и пороговые элементы 9 и 10 (ПЭ), элементы 11 и 12 совпадения, расширители 13 и 14 импульсов (РИ), исполнительные органы (ИО) 15 и 16, элементы ИЛИ-НЕ 17, НЕ 18, ИЛИ 19 и "Запрет" 20, пусковой орган (ПО) 21 и элемент 22 блокировки низкой частоты (ЭБНЧ), подключенные к выходу трансформатора 23 напряжения нулевой последовательности (ТННП), основной 24 и вспомогательный 25 источники опорного напряжения (ИОН), замыкающий 26 и размыкающий 27 ключи, диодная сборка 28 (ДС).

ПТВН 5 и 6 состоят из согласующих трансформаторов и выпрямителей со сглаживающими конденсаторами.

ИЭ 7 и 8 выполнены на резисторах и конденсаторах и имеют одинаковые постоянные времени зарядной цепи.

ПЭ 9 и 10 выполнены на компараторах с одинаковыми уставками (порогами) срабатывания.

РИ 13 и 14 могут быть выполнены в виде генераторов прямоугольных импульсов. Длительность импульсов выбирается несколько большей времени срабатывания защиты и собственного времени отключения выключателя защищаемого присоединения.

ПО 21 выполнен с небольшой задержкой (по времени), отстроенной от кратковременных замыканий на землю.

ЭБНЧ 22 выполнен в виде реле, реагирующего на частоту субгармонических колебаний.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии в сети однофазного замыкания на землю ключ 26 разомкнут, а ключ 27 замкнут. Верхние обкладки конденсаторов ИЭ 7 и 8 имеют относительно общей точки (земли) отрицательное напряжение, обусловленное их зарядом от основного ИОН 24.

ПЭ 9 и 10, РИ 13 и 14, ИО 15 и 16, ПО 21 и ЭБНЧ 22 находятся в состоянии, при котором сигналы на их выходах отсутствуют.

При возникновении в сети замыкания на землю, например на присоединении 1, срабатывает ПО 21. В результате этого ключ 26 замыкается, а ключ 27 размыкается. При замыкании ключа 26 диоды ДС 28 закрываются, чем исключается влияние этих диодов на работу интегрирующих элементов 7 и 8 и обеспечивается повышение точности определения поврежденного присоединения.

При размыкании ключа 27 и замыкании ключа 26 начинается процесс перезаряда конденсаторов ИЭ 7 и 8. При достижении напряжениями на конденсаторах значений порога срабатывания элементов 9 и 10 на их выходах появляются импульсы, поступающие на входы элементов 11 или 12 и элемента 17 ИЛИ-НЕ. В рассматриваемом случае первым сработает пороговый элемент 9, поскольку он находится в канале защиты поврежденного присоединения, имеющего, как правило, наибольший ток замыкания. В результате появляются сигналы на входах РИ 13 и элемента ИЛИ 19. При появлении этих сигналов происходит срабатывание ИО 15, а также размыкание ключа 26 и замыкание ключа 26 и замыкание ключа 27, чем обеспечивается невозможность срабатывания порогового элемента 10 неповрежденного присоединения.

После отключения поврежденного присоединения сигнал на выходе РИ 13 исчезает, схема устройства возвращается в исходное состояние и оно готово к повторному действию при наличии в сети второго замыкания на землю.

Если замыкание было одноместным (на одном присоединении, в одной точке сети) и после его отключения в контуре нулевой последовательности возникли субгармонические колебания (токи и напряжения нулевой последовательности с частотой ниже 50 Гц), срабатывает ЭБНЧ 22 и через элемент ИЛИ 19 подается сигнал на управляющий вход элемента "Запрет" 20, чем исключается возможность срабатывания защиты в послеаварийном режиме при наличии токов и напряжения нулевой последовательности, изменяющихся с частотой ниже промышленной.

Аналогично устройство работает при однофазном замыкании на землю на присоединении 2.

Формула изобретения

Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее по числу присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, к выходам которых подключены последовательно соединенные преобразователи тока в выпрямленное напряжение, интегрирующие и пороговые элементы, к выходам которых подключены входы общего на все присоединения элемента ИЛИ НЕ и первые входы элементов совпадения по числу присоединений, вторые входы которых соединены с выходом элемента ИЛИ НЕ, исполнительные органы, подключенные через расширители импульсов к выходам упомянутых элементов совпадения, пусковой орган, подключенный своим входом к выходу трансформатора напряжения нулевой последовательности, основной источник опорного напряжения, выход которого функционально связан с выходами интегрирующих элементов, отличающееся тем, что оно снабжено общим на все присоединения элементом ИЛИ, входы которого подключены к выходам расширителей импульсов и выходам вновь введенных элемента НЕ и элемента блокировки низкой частоты, которые подключены соответственно к выходам элемента ИЛИ НЕ и трансформатора напряжения нулевой последовательности, диодной сборкой, вход которой через вновь введенные размыкающий и замыкающий ключи подключен соответственно к основному и вновь введенному вспомогательному источникам опорного напряжения, а выходы соединены с выходами интегрирующих элементов, элементом ЗАПРЕТ, вход которого подключен к выходу пускового органа, а выход соединен с управляющими входами замыкающего и размыкающего ключей, при этом управляющий вход элемента ЗАПРЕТ соединен с выходом элемента ИЛИ.

РИСУНКИ

Рисунок 1