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 5 и 6 тока в выпрямленной напряжение, запоминающие 7 и 8 и интегрирующие 11 и 12 элементы, замыкающие ключи 9 и 10, 13 и 14, пороговые элементы 15 и 16, расширители импульсов 17 и 18, исполнительные органы 19 и 20, пусковой орган 21, трансформатор 22 напряжения нулевой последовательности, блок управления 23, формирователь 24 коротких импульсов и элементы ИЛИ 25-27. Блок управления 23 включает элементы ограничение деятельности 28, выдержки времени 29 и НЕ 30. Введение в устройство для защиты расширителей импульсов и замыкающих ключей по числу защищаемых присоединений, общих на все присоединения элемента ИЛИ и формирователи коротких импульсов, а также выполнение блока управления в виде элементов ограничения длительности, выдержки времени и НЕ позволило повысить быстродействие устройства и его функциональные возможности и упростить схему. 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 защищаемых присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, к выходами которых подключены последовательно соединенные преобразователи тока в выпрямленное напряжение, запоминающие, интегрирующие и пороговые элементы и элементы памяти, к выходам которых подключены исполнительные органы, пусковой орган, подключенный своим входом к выходу трансформатора напряжения нулевой последовательности, подключенные параллельно выходам интегрирующих элементов замыкающие ключи, управляющие входы которых подсоединены к выходу блока управления, элементы НЕ и совпадения [1] Недостаток данного устройства состоит в том, что при однофазном замыкании на земли одновременно, например, на двух присоединениях, отключится только одно присоединение, на котором ток замыкания будет наибольшим.

Другим недостатком устройства является возможность его срабатывания при кратковременных однофазных замыканиях на землю, а также возможность неточного определения поврежденного присоединения из-за влияния на работу устройства сигналов небаланса, обусловленных большими токами нагрузки доаварийного режима сети.

Наиболее близким к изобретению является устройство для защиты от однофазного замыкания на землю, содержащее по числу защищаемых элементов присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, к выходами которых подключены последовательно соединенные преобразователи тока в выпрямленное напряжение, запоминающие, интегрирующие и пороговые элементы и исполнительные органы, подключенные через последовательно соединенные элементы памяти и совпадения и сумматоры импульсов к выходам пороговых элементов, два элемента ИЛИ, замыкающие и размыкающие ключи по числу присоединений, пусковой орган, подключенный своим входом к выходу трансформатора напряжения нулевой последовательности, а выходом к входам блока управления и элемента НЕ [2] Недостаток данного устройства состоит в том, что оно имеет относительно большое время срабатывания и сложную схему (наличие на каждом присоединении сумматоров импульсов, элементов совпадения и памяти).

Его недостатком является и то, что при многоместных повреждениях в сети, например, при однофазном замыкании на землю одновременно на двух присоединениях, оно отключает только одно присоединение, которое имеет наибольший ток замыкания на землю.

В отличие от известных устройств для защиты от однофазного замыкания на землю, которым присущи указанные недостатки, заявленное устройство является более быстродействующим, имеет более простую схему и позволяет расширить функциональные возможности защиты.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для защиты от однофазного замыкания на землю, содержащее по числу защищаемых присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, к выходами которых подключены последовательно соединенные преобразователи тока в выпрямленное напряжение, запоминающие, интегрирующие и пороговые элементы и первый элемент ИЛИ, входы которых функционально связаны с выходами упомянутых пороговых элементов, подключение параллельно выходам запоминающих элементов замыкающие ключи, управляющие входы которых функционально связаны с выходом второго элемента ИЛИ, пусковой орган, подключенный своим входом к выходу трансформатора напряжения нулевой последовательности, а выходом ко входу блока управления, снабжено по числу присоединений расширителями импульсов, входы которых подключены к выходам пороговых элементов, а выходы соединены с входами исполнительных органов и первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первым входам второго элемента ИЛИ и вновь введенного третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к управляющим входам вновь введенных по числу защищаемых присоединений замыкающих ключей, подсоединенных параллельно выходам интегрирующих элементов, общим на все присоединения формирователем коротких импульсов, вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, а выход к управляющим входам замыкающих ключей, при этом второй вход второго элемента ИЛИ подключен к основному выходу блока управления, а второй вход третьего элемента ИЛИ соединен с вновь введенным дополнительным выходом упомянутого блока управления, выполненного в виде элемента ограничения деятельности, выход которого подключен к основному выходу блока управления, и последовательно соединенных элемента выдержки времени и элемента НЕ, выход которого подключен к вновь введенному дополнительному выходу блока управления, при этом входы элемента ограничения длительности и выдержки времени соединены и выдержки времени соединены с входом блока управления.

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), запоминающие элементы 7 и 8 (ЗЭ) с замыкающими элементами 9 и 10 на выходах, интегрирующие элементы 11 и 12 (ИЭ) с замыкающими ключами 13 и 14 на выходах, пороговые элементы 15 и 16 (ПЭ), расширители импульсов 17 и 18 (РИ), исполнительные органы 19 и 20 (ИО), пусковой орган 21 (ПО), вход которого подключен к выходу трансформатора 22 напряжения нулевой последовательности, а выход ко входу блока 23 управления (БУ), формирователь 24 коротких импульсов (ФКИ), выход которого подключен к управляющим входам ключей 9 и 10, первый элемент ИЛИ 25, входы которого подключены к выходам РИ 17 и 18, а выход к первым входам второго элемента ИЛИ 26 и третьего элемента ИЛИ 27, вторые входы которых подключены соответственно к основному и дополнительному выходам БУ 23, выполненного в виде элемента 28 ограничения длительности и последовательно соединенных элементов выдержки времени 29 и НЕ 30. Выходы элементов ограничения длительности 28 и НЕ 30 соединены соответственно с основным и дополнительным выходами БУ 23, а входы элементов 28 и 29 с входом блока БУ 23.

ПТВН 5 и 6 содержат согласующие трансформаторы, выпрямители и резисторы.

ЗЭ 7 и 8 состоят из запоминающих конденсаторов и резисторов.

Ключи 9, 10 и 13, 24 могут быть выполнены на транзисторах или тиристорах.

ИЭ 11 и 12 выполнены в виде RC-цепей с одинаковыми для всех присоединений постоянными времени зарядной цепи.

ПЭ 15 и 16 выполнены на компараторах с одинаковыми установками (порогами) срабатывания.

РИ 17 и 18 могут быть выполнены на таймерах.

Основным элементом ФКИ 24 является RC-цепь.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии в сети однофазного замыкания на землю ПЭ 15 и 16, ИО 19 и 20, ПО 21, элементы ограничения длительности 28 и выдержки времени 29 находится в исходном состоянии. Ключи 9 и 10 разомкнуты, а ключи 13 и 14 замкнуты.

При возникновении в сети однофазного замыкания на землю, например на присоединении 1, срабатывают ПО 21 и элемент 28 ограничение длительности, при этом на выходе ФКИ 24 появляется короткий импульс, под воздействием которого ключи 9 и 10 кратковременно замыкаются и запоминающие конденсаторы ЗЭ 7 и 8 разряжаются от остаточных зарядов, обусловленных сигналами небаланса доаварийного режима защищаемой сети.

Спустя небольшую выдержку времени, достаточную для заряда конденсаторов ЗЭ 7 и 8 до амплитудных значений выпрямленных преобразователями 5 и 6 напряжений, срабатывает элемент 29 выдержки времени и происходит размыкание ключей 13 и 14. В результате этого на конденсаторах ИЭ 11 и 12 появляются напряжения, изменяющиеся по экспоненциальному закону.

При достижении этими напряжениями уставок срабатывания пороговых элементов 15 и 16, которые принимаются одинаковыми для всех присоединений, происходит их срабатывание, при этом первым срабатывает ПЭ 15, поскольку он установлен в канале поврежденного присоединения 1, имеющего, как правило, наибольший ток нулевой последовательности.

При срабатывании элемента 15 на входе расширителя 17 импульсов появляется сигнал, который запоминается на ограниченное время, и происходит срабатывание исполнительного органа 19.

Одновременно с выхода данного расширителя поступает сигнал на вход ФКИ 24 и на управляющие входы ключей 13 и 14. Вследствие этого последние замыкаются и находятся в замкнутом состоянии в течение времени действия выходного импульса РИ 17, обеспечивая при этом разряд конденсаторов ИЭ 11 и 12 и невозможность срабатывания ПЭ 16 неповрежденного присоединения 2.

При появлении сигнала на выходе ФКИ 24 происходит кратковременное замыкание ключей 9 и 10 и разряд конденсаторов ЗЭ 7 и 8. Таким путем обеспечивается невозможность повторного срабатывания порогового элемента 15 при кратковременных самоустраняющихся однофазных замыканиях на землю.

При исчезновении сигнала на выходе РИ 17 ключи 13 и 14 размыкаются и при устойчивом однофазном замыкании на землю начинается повторный заряд конденсаторов интегрирующих элементов 11 и 12 до момента срабатывания порогового элемента 15 и расширителя 17 импульсов.

В таком непрерывно-повторном режиме устройство работает до момента отключения поврежденного присоединения 1.

После отключения присоединения 1 и исчезновения напряжения нулевой последовательности схема устройства автоматически возвращается в исходное состояние и оно готово к повторному действию.

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

Применение данного устройства для защиты от замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью позволит повысить надежность электроснабжения потребителей и улучшить электробезопасность при эксплуатации электроустановок.

Формула изобретения

Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее по числу защищаемых присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, к выходам которых подключены последовательно соединенные преобразователи тока в выпрямленное напряжение, запоминающие, интегрирующие и пороговые элементы, исполнительные органы и первый элемент ИЛИ, входы которых функционально связаны с выходами упомянутых пороговых элементов, подключенные параллельно выходам запоминающих элементов замыкающие ключи, управляющие входы которых функционально связаны с выходом второго элемента ИЛИ, пусковой орган, подключенный своим входом к выходу трансформатора напряжения нулевой последовательности, а выходом к входу блока управления, отличающееся тем, что снабжено по числу присоединений расширителями импульсов, входы которых подключены к выходам пороговых элементов, а выходы соединены с входами исполнительных органов и первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первым входам второго элемента ИЛИ и вновь введенного третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к управляющим входам вновь введенных по числу защищаемых присоединений замыкающих ключей, подсоединенных параллельно выходам интегрирующих элементов, общим на все присоединения формирователем коротких импульсов, вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, а выход к управляющим входам замыкающих ключей, при этом второй вход второго элемента ИЛИ подключен к основному выходу блока управления, а второй вход третьего элемента ИЛИ соединен с вновь введенным дополнительным выходом упомянутого блока управления, выполненного в виде элемента ограничения длительности, выход которого подключен к основному выходу блока управления, и последовательно соединенных элемента выдержки времени и элемента НЕ, выход которого подключен к вновь введенному дополнительному выходу блока управления, при этом входы элементов ограничения длительности и выдержки времени соединены с входом блока управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1