Устройство для защиты линии с изолированной нейтралью

 

Изобретение может использоваться для селективного отключения двойных замыканий на землю, однофазных замыканий на землю и всех видов междуфазных коротких замыканий. Технический результат заключается в том, что изобретение позволяет в радиальных сетях обеспечить селективность отключения двойных замыканий на землю с сохранением способности селективного отключения прочих видов замыканий. Устройство содержит блок защиты от междуфазных замыканий, подключаемые к защищаемой линии датчики тока нулевой последовательности и напряжения нулевой последовательности, реле направления мощности нулевой последовательности, реле времени, логический элемент ИЛИ, выходной элемент. В него дополнительно введены два формирователя импульсов, инвертор, пороговый элемент, логический элемент И, одновибратор и логический элемент ЗАПРЕТ. При этом вход первого формирователя импульсов соединен с входом реле направления мощности, а выход - с входом инвертора, выход которого присоединен к первому входу логического элемента И, вход порогового элемента соединен с выходом датчика напряжения нулевой последовательности, а выход - с входом второго формирователя импульсов, выход которого подключен ко второму входу логического элемента И, выход которого соединен с входом одновибратора, прямой вход логического элемента ЗАПРЕТ присоединен к выходу логического элемента ИЛИ, инверсный вход - к выходу одновибратора, а вход - к входу выходного элемента. 2 ил.

Предлагаемое устройство относится к релейным защитам линий с изолированной нейтралью радиальных сетей 6-35 кВ, в частности для селективного отключения двойных замыканий на землю, однофазных замыканий на землю и всех видов междуфазных коротких замыканий.

Известно устройство направленной защиты от замыканий на землю линий с изолированной нейтралью [1]. Устройство содержит датчик тока нулевой последовательности, датчик напряжения нулевой последовательности, реле направления мощности нулевой последовательности и выходной элемент. Выходы датчиков тока и напряжения нулевой последовательности присоединены к соответствующим входами реле направления мощности нулевой последовательности, выход которого соединен с входом выходного элемента.

Известное устройство обеспечивает селективную работу при однофазных замыканиях на землю в радиальных сетях с изолированной нейтралью без перекомпенсации. Это обусловлено тем, что направления тока и мощности на поврежденной и неповрежденной линиях противоположны, и по знаку мощности направленное реле может определить поврежденную линию.

Недостатком устройства данного типа является неселективная работа при развитии однофазного замыкания на землю в двухфазное замыкание на землю. В связи с повышением фазных напряжений на неповрежденных фазах после однофазного замыкания на землю на одной из фаз вероятен пробой изоляции или разрядника, что приводит к переходу однофазного замыкания на землю в двухфазное замыкание на землю, как правило, в разных точках сети. Отключение любого присоединения приводит к ликвидации двухфазного замыкания на землю. Но отключение того присоединения, где первоначально произошло однофазное замыкание на землю, приведет к ликвидации обеих точек замыкания на землю в случае, если изоляция не была разрушена. Установленное в радиальной сети известное устройство при развитии однофазного замыкания на землю в двухфазное замыкание на землю отключит все замкнувшиеся на землю присоединения.

Кроме того, известное устройство не обеспечивает отключение металлических междуфазных замыканий, поскольку контролирует только ток и напряжение нулевой последовательности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство защиты линии с изолированной нейтралью, которое содержит блок защиты от межфазных коротких замыканий, датчик тока нулевой последовательности, датчик напряжения нулевой последовательности, реле направления мощности нулевой последовательности, реле времени, логический элемент ИЛИ и выходной элемент [2]. Выходы датчиков тока и напряжения нулевой последовательности соединены с соответствующими входами реле направления мощности нулевой последовательности. С выходом реле направления мощности нулевой последовательности соединен вход реле времени. Выходы блока защиты от междуфазных замыканий и реле времени соединены с соответствующими входами логического элемента ИЛИ. Выход логического элемента ИЛИ соединен с входом выходного элемента.

В отличие от аналога устройство позволяет контролировать величины фазных токов за счет установки на фазах линии датчиков тока. Контроль величин фазных токов и направления мощности нулевой последовательности (за счет датчиков тока и напряжения нулевой последовательности, реле направления мощности нулевой последовательности) обеспечивает селективное отключение двух- и трехфазных металлических коротких замыканий, однофазных замыканий на землю, двух- и трехфазных замыканий на землю.

Недостатком этого устройства является неселективная работа при развитии однофазного замыкания на землю в двухфазное замыкание на землю. Поскольку после однофазного замыкания на землю напряжения неповрежденных фаз возрастают до линейных, в сети вероятен пробой изоляции или разрядника, что приводит к появлению второй точки замыкания на землю на другом присоединении. Устройство осуществляет неселективное отключение одного или обоих присоединений. Это объясняется тем, что по току и напряжению нулевой последовательности реле направления мощности нулевой последовательности комплектов защиты поврежденных присоединений регистрируют только наличие замыкания на землю, игнорируя очередность возникновения замыканий на землю.

Задача, стоящая перед изобретателями, заключалась в создании устройства для защиты линий с изолированной нейтралью, позволяющего в радиальных сетях обеспечить селективность отключения двойных замыканий на землю с сохранением способности селективного отключения прочих видов замыканий за счет контроля очередности возникновения точек замыкания на землю по совпадению моментов появления напряжения нулевой последовательности и направления протекания мощности нулевой последовательности в линию, а также за счет введения соответствующей блокировки защиты от междуфазных замыканий для присоединения, где произошло вторичное замыкание на землю.

Для решения поставленной задачи в известное устройство защиты линий с изолированной нейтралью, содержащее блок защиты от междуфазных замыканий, подключаемые к защищаемой линии датчики тока нулевой последовательности и напряжения нулевой последовательности, реле направления мощности нулевой последовательности, реле времени, логический элемент ИЛИ, выходной элемент, причем выходы датчиков тока и напряжения нулевой последовательности соединены с соответствующими входами реле направления мощности, выход которого соединен со входом реле времени, входы логического элемента ИЛИ соединены с выходами блока защиты от междуфазных замыканий и реле времени, дополнительно введены два формирователя импульсов, инвертор, пороговый элемент, логический элемент И, одновибратор и логический элемент ЗАПРЕТ, при этом вход первого формирователя импульсов соединен со выходом реле направления мощности нулевой последовательности, а выход - с входом инвертора, выход которого присоединен к первому входу логического элемента И, вход порогового элемента соединен с выходом датчика напряжения нулевой последовательности, а выход - с входом второго формирователя импульсов, выход которого подключен ко второму входу логического элемента И, выход которого соединен со входом одновибратора, прямой вход логического элемента ЗАПРЕТ присоединен к выходу логического элемента ИЛИ, инверсный вход - к выходу одновибратора, а выход - к входу выходного элемента.

Введение в устройство для защиты дополнительно двух формирователей импульсов, инвертора, порогового элемента, логического элемента И, одновибратора, логического элемента ЗАПРЕТ обеспечивает селективное отключение присоединения, на котором произошло однофазное замыкание на землю, при развитии его в двухфазное замыкание на землю. Это обусловлено тем, что защита фиксирует первоначальное однофазное замыкание на землю по совпадению моментов появления напряжения нулевой последовательности и направлению протекания мощности нулевой последовательности в линию. Второе замыкание фиксируется по появлению сигнала от реле направления мощности нулевой последовательности при уже имеющимся сигнале от датчика напряжения нулевой последовательности.

Таким образом, благодаря совокупности отличительных признаков и их взаимосвязи, устройство для защиты линий с изолированной нейтралью обеспечивает селективность отключения всех видов коротких замыканий, включая случай развития однофазного замыкания на землю в двухфазное замыкание на землю. В последнем случае отключается только первично поврежденное присоединение, чем ликвидируется двухфазное замыкание, а также, в случае, если не была разрушена изоляция, то и однофазное замыкание на землю. Это обеспечивает бесперебойное электроснабжение потребителей других присоединений.

На фиг. 1 представлена схема устройства защиты линии с изолированной нейтралью. На фиг. 2 изображена схема радиальной сети с изолированной нейтралью с установленными устройствами защиты.

Устройство для защиты линий с изолированной нейтралью содержит блок защиты от междуфазных коротких замыканий 1, датчик тока нулевой последовательности 2 и датчик напряжения нулевой последовательности 3, реле направления мощности нулевой последовательности 4, реле времени 5, логический элемент ИЛИ 6, выходной элемент 7, первый формирователь импульсов 8, инвертор 9, пороговый элемент 10, второй формирователь импульсов 11, логический элемент И 12, одновибратор 13 и логический элемент ЗАПРЕТ 14. Блок защиты от междуфазных замыканий 1, датчики тока нулевой последовательности 2 и напряжения нулевой последовательности 3 подключены к защищаемой линии. Выход блока защиты от междуфазных замыканий 1 соединен с первым входом логического элемента ИЛИ 6. Выходы датчиков тока нулевой последовательности 2 и напряжения нулевой последовательности 3 соответственно присоединены к входам реле направления мощности нулевой последовательности 4. Выход его соединен со входами реле времени 5 и первого формирователя импульсов 8. Выход реле времени 6 присоединен ко второму входу логического элемента ИЛИ 6. Выход первого формирователя импульсов 8 соединен с входом инвертора 9. Выход его подключен к первому входу логического элемента И 12. Вход порогового элемента 10 соединен с выходом датчика напряжения нулевой последовательности 3, а выход - с входом второго формирователя импульсов 11. Его выход присоединен ко второму входу логического элемента И 12. Его выход подключен к входу одновибратора 13. Прямой вход логического элемента ЗАПРЕТ 14 соединен с выходом логического элемента ИЛИ 6, а инверсный - с выходом одновибратора 13. Выход логического элемента ЗАПРЕТ 14 подключен к входу выходного элемента 7. Выходной элемент 7 подключен к исполнительным цепям.

Устройство реализуется путем минимальных изменений в существующих схемах защиты линий с изолированной нейтралью. При этом логическая часть устройства может быть реализована на базе логических и функциональных элементов любых типовых систем. Так, например, функции И, ИЛИ и НЕ могут быть реализованы на микросхемах К155ЛА3, К155ЛЕ3 серии К 15 5, выполненных по технологии ТТЛ [3] .

Радиальная сеть с изолированной нейтралью состоит источника питания 15, шин питания 16, присоединений 17 и 18, устройств защиты 19 и 20. Шины питания 16 подключены к источнику питания 15. Присоединения 17 и 18 соединены с шинами питания. В этих присоединениях установлены устройства защиты 19 и 20.

Возможные точки повреждений: 21, 22, 23 и 24- точки замыканий на землю; 25 и 26- точки двухфазных коротких замыканий на землю; 27 и 28-точки металлических междуфазных коротких замыканий.

На каждом присоединении, отходящем от шин питания, устанавливается по одному комплекту предлагаемой защиты. При этом число присоединений неограниченно.

Работа заявляемого устройства при различных видах повреждений защищаемой линии заключается в следующем. В каждом примере все процессы будем рассматривать для защиты 19. При этом исходное состояние элементов схемы устройства защиты линии с изолированной нейтралью следующее: на выходах блока защиты от междуфазных коротких замыканий 1, реле направления мощности нулевой последовательности 4, реле времени 5, логического элемента ИЛИ 6, формирователей импульсов 8 и 11, порогового элемента 10, логического элемента И 12, одновибратора 13, логического элемента ЗАПРЕТ 13 установлены потенциалы уровня логического нуля; на выходе инвертора 9 установлен потенциал уровня логической единицы; на выходах датчиков тока нулевой последовательности 2, напряжения нулевой последовательности 3 сигналы отсутствуют.

Пример 1. Однофазное замыкание на землю на защищаемом присоединении.

При однофазном замыкании на землю в точке 21, токи в неповрежденных фазах присоединения определяются емкостями этих фаз на землю. Следовательно, блок защиты от междуфазных замыканий 1 не работает. На первом входе логического элемента ИЛИ 6 сохраняется потенциал уровня логического нуля. Направления протекающего в землю тока нулевой последовательности и напряжения нулевой последовательности таковы, что вызывают срабатывание реле направления мощности нулевой последовательности 4. После срабатывания реле времени 5 сигнал уровня логической единицы поступает на второй вход логического элемента ИЛИ 6 и устанавливается на его выходе.

Изменение потенциала на выходе реле направления мощности нулевой последовательности 4 приводит к срабатыванию первого формирователя импульсов 8, на выход которого поступает единичный импульс уровня логической единицы. На выход инвертора 9 и, следовательно, на первый вход логического элемента И 12 поступает импульс уровня логического нуля. Срабатывание второго порогового элемента 10 и изменение потенциала на его выходе приводит к срабатыванию второго формирователя импульсов 11. Импульс уровня логической единицы с выхода формирователя импульсов 11 поступает на второй вход логического элемента И 12. В этом случае логический элемент И 12 остается в исходном состоянии. Следовательно, одновибратор 13 находится в исходном состоянии. В таком случае на инверсном входе логического элемента ЗАПРЕТ 14 сохраняется логический нуль, разрешающий прохождение сигнала с прямого входа элемента ЗАПРЕТ 14. С выхода логического элемента ИЛИ 6 сигнал уровня логической единицы поступает на прямой вход логического элемента ЗАПРЕТ 14, проходит его и поступает на вход выходного элемента 7. Таким образом, подается сигнал с выдержкой времени на отключение присоединения при однофазном замыкании на землю на защищаемом присоединении.

Пример 2. Однофазное замыкание на землю "за спиной" защиты.

При однофазном замыкании на землю в точке 22 токи в неповрежденных фазах присоединения определяются емкостями этих фаз на землю. Следовательно, блок защиты от междуфазных замыканий 1 не срабатывает, и на первом входе логического элемента ИЛИ 6 сохраняется сигнал уровня логического нуля. Направления тока нулевой последовательности и напряжения нулевой последовательности таковы, что реле направления мощности нулевой последовательности 4 не срабатывает. На его выходе сохраняется сигнал уровня логического нуля. Следовательно, логический элемент ИЛИ 6 остается в исходном состоянии. Тогда сигнал уровня логического нуля сохраняется на прямом входе логического элемента ЗАПРЕТ 14. Поскольку потенциал на выходе реле направления мощности нулевой последовательности 4 не изменяется, то формирователь импульсов 8 не срабатывает. Инвертор 9 остается в исходном состоянии соответственно на первом входе логического элемента И 12 сохраняется логическая единица. Пороговый элемент 10 срабатывает на появление напряжения нулевой последовательности, и на его выходе устанавливается потенциал уровня логической единицы. Изменение потенциала на входе приводит к срабатыванию второго формирователя импульсов 11. Импульс уровня логической единицы поступает на второй вход логического элемента И 12. Поскольку на все входы элемента И 12 поступают импульсы уровня логической единицы, то и на выход приходит импульс уровня логической единицы, который запускает одновибратор 13. На выходе одновибратора 13 некоторое время сохраняется сигнал уровня логической единицы. Этот сигнал поступает на инверсный вход логического элемента ЗАПРЕТ 14 и запрещает прохождение сигнала с прямого входа этого элемента на его выход. На входе выходного элемента 7 сохраняется сигнал уровня логического нуля.

Таким образом, при однофазном замыкании на землю за спиной устройство на время работы одновибратора запрещает отключение защищаемого присоединения защитами от любых других видов замыканий.

Пример 3. Однофазное замыкание на землю на защищаемом присоединении вызвало пробой разрядника или повреждение изоляции. Точка второго замыкания на землю находится на защищаемом присоединении.

При однофазном замыкании на землю в точке 21, токи в неповрежденных фазах присоединения определяются емкостями этих фаз на землю. Следовательно, блок защиты от междуфазных замыканий 1 не срабатывает, и на первом входе логического элемента ИЛИ 6 сохраняется сигнал уровня логического нуля. Направления тока нулевой последовательности и напряжения нулевой последовательности таковы, что вызывают срабатывание реле направления мощности нулевой последовательности 4. Через реле времени 5 сигнал уровня логической единицы поступает на второй вход логического элемента ИЛИ 6 и устанавливается на его выходе.

Изменение потенциала на выходе реле направления мощности нулевой последовательности 4 приводит к срабатыванию первого формирователя импульсов 8, на выход которого поступает импульс уровня логической единицы. На выход инвертора 9 и соответственно на первый вход логического элемента И 12 поступает сигнал уровня логического нуля. Срабатывание второго порогового элемента 10 и изменение потенциала на его выходе приводит к срабатыванию второго формирователя импульсов 11. Импульс уровня логической единицы с выхода формирователя импульсов 11 приходит на второй вход логического элемента И 12. На выходе логического элемента И 12 сохраняется потенциал уровня логического нуля. Следовательно, одновибратор находится в исходном состоянии. На инверсном входе логического элемента ЗАПРЕТ 14 сохраняется сигнал уровня логического нуля, разрешая прохождение сигнала с прямого входа этого элемента.

Из-за увеличения напряжений на одной из неповрежденных фаз присоединения 17 происходит пробой изоляции или разрядника. Возникает вторая точка замыкания на землю 23. Это вызывает резкое возрастание фазных токов и срабатывание блока защиты от междуфазных замыканий 1. На первый вход логического элемента ИЛИ 6 поступает сигнал уровня логической единицы. Поскольку напряжение нулевой последовательности было ранее зафиксировано датчиком напряжения нулевой последовательности 3, то потенциал на выходе ранее сработавшего порогового элемента 10 не меняется. Следовательно, второй формирователь импульсов 11 не срабатывает. На втором входе логического элемента И 12 сохраняется потенциал уровня логического нуля, установившийся после прохождения единичного импульса. Соответственно на выходе логического элемента И 12 сохраняется логический нуль. Одновибратор 13 остается в исходном состоянии. На инверсном входе логического элемента ЗАПРЕТ 14 сохраняется логический нуль, разрешающий прохождение сигнала с прямого входа. Логическая единица с выхода логического элемента ИЛИ 6 поступает на прямой вход логического элемента ЗАПРЕТ 14. На вход выходного элемента 7 приходит потенциал уровня логической единицы. Устройство срабатывает на отключение присоединения 17, где первоначально произошло однофазное замыкание на землю.

Таким образом, при развитии однофазного замыкания на землю на защищаемом присоединении в двойное замыкание на землю со второй точкой замыкания на защищаемом присоединении, устройство срабатывает на отключение. Это приводит к локализации замыканий на землю и сохраняет нормальный режим электроснабжения потребителей других присоединений.

Пример 4. Однофазное замыкание на землю на защищаемом присоединении вызвало пробой разрядника или повреждение изоляции. Точка второго замыкания на землю находится на другом присоединении.

При однофазном замыкании на землю в точке 21, токи в неповрежденных фазах присоединения определяются емкостями этих фаз на землю. Следовательно, блок защиты от междуфазных замыканий 1 не срабатывает, и на первом входе логического элемента ИЛИ 6 сохраняется сигнал уровня логического нуля. Направления тока нулевой последовательности и напряжения нулевой последовательности таковы, что вызывают срабатывание реле направления мощности нулевой последовательности 4. Через реле времени 5 сигнал уровня логической единицы поступает на второй вход логического элемента ИЛИ 6 и установится на его выходе.

Изменение потенциала на выходе реле направления мощности нулевой последовательности 4 приводит к срабатыванию первого формирователя импульсов 8, на выходе которого появляется импульс уровня логической единицы. На выходе инвертора 9 и соответственно на первом входе логического элемента И 12 появляется импульс уровня логического нуля. Срабатывание второго порогового элемента 10 и изменение потенциала на его выходе приводит к срабатыванию второго формирователя импульсов 11. Импульс уровня логической единицы с выхода формирователя импульсов 11 приходит на второй вход логического элемента И 12. На выходе логического элемента И 12 сохраняется потенциал уровня логического нуля. Следовательно, одновибратор 13 остается в исходном состоянии. Потенциал уровня логического нуля с выхода одновибратора 13 сохраняется на инверсном входе логического элемента ЗАПРЕТ 14, разрешая прохождение сигнала с прямого входа этого элемента.

Из-за увеличения напряжений на одной из неповрежденных фаз присоединения 17 происходит пробой изоляции или разрядника. Возникает вторая точка замыкания на землю 24. Это вызывает резкое возрастание фазных токов и срабатывание блока защиты от междуфазных замыканий 1. На первый вход логического элемента ИЛИ 6 поступает сигнал уровня логической единицы. Поскольку напряжение нулевой последовательности было ранее зафиксировано датчиком напряжения нулевой последовательности 3, то потенциал на выходе ранее сработавшего порогового элемента 10 не меняется. Второй формирователь импульсов 11 не работает. На втором входе логического элемента И 12 сохраняется потенциал уровня логического нуля, установившийся после прохождения единичного импульса. Одновибратор остается в исходном положении. На инверсном входе логического элемента ЗАПРЕТ 14 сохраняется логический нуль, разрешающий прохождение сигнала с прямого входа. Логическая единица с выхода логического элемента ИЛИ 6 проходит на прямой вход логического элемента ЗАПРЕТ 14. На вход выходного элемента 7 поступает потенциал уровня логической единицы, устройство срабатывает на отключение присоединения 17, где первоначально произошло однофазное замыкание на землю.

Таким образом, при развитии однофазного замыкания на землю на защищаемом присоединении в двойное замыкание на землю со второй точкой замыкания на землю "за спиной", устройство срабатывает на отключение. В случае, если изоляция не была разрушена, точка вторичного замыкания на землю самоликвидируется после отключения первой точки из-за снижения фазных напряжений. Сохраняется нормальный режим электроснабжения потребителей других присоединений.

Пример 5. Однофазное замыкание на землю "за спиной" защиты вызвало пробой разрядника или повреждение изоляции. Точка второго замыкания на землю находится на защищаемом присоединении.

При однофазном замыкании на землю в точке 22, токи в неповрежденных фазах определяются емкостями этих фаз на землю. Следовательно, блок защиты от междуфазных замыканий 1 не срабатывает, и на первом входе логического элемента ИЛИ 6 сохраняется сигнал уровня логического нуля. Направления тока нулевой последовательности и напряжения нулевой последовательности таковы, что реле направления мощности нулевой последовательности 4 не срабатывает. На его выходе сохраняется сигнал уровня логического нуля. На втором входе логического элемента ИЛИ 6 и соответственно на его выходе сохраняется логический нуль. Потенциал уровня логического нуля сохраняется на прямом входе логического элемента ЗАПРЕТ 14. Поскольку потенциал на выходе реле направления мощности нулевой последовательности 4 не меняется, то формирователь импульсов 8 остается в исходном состоянии. Следовательно, на первом входе логического элемента И 12 сохраняется потенциал уровня логической единицы. Пороговый элемент 10 срабатывает, и на его выходе устанавливается потенциал уровня логической единицы. Изменение потенциала на входе приводит к срабатыванию второго формирователя импульсов 11. Импульс уровня логической единицы поступает на второй вход логического элемента И 12. Поскольку в этот момент на всех входах логического элемента И 12 логические единицы, то и на выход приходит импульс уровня логической единицы, который запускает одновибратор 13. На выходе одновибратора 13 некоторое время сохраняется сигнал уровня логической единицы. Логическая единица поступает на инверсный вход логического элемента ЗАПРЕТ 14 и запрещает прохождение сигнала с прямого входа этого элемента на его выход.

Из-за увеличения напряжений на одной из неповрежденных фаз присоединения 17 происходит пробой изоляции или разрядника. Возникает вторая точка замыкания на землю 23. Это вызывает резкое возрастание фазных токов и срабатывание блока защиты от междуфазных замыканий 1. На первый вход логического элемента ИЛИ 6 поступает сигнал уровня логической единицы. Поскольку напряжение нулевой последовательности было ранее зафиксировано датчиком напряжения нулевой последовательности 3, то потенциал на выходе ранее сработавшего порогового элемента 10 не меняется. Второй формирователь импульсов 11 не срабатывает. На его выходе сохраняется логический нуль, который подается на второй вход логического элемента И 12. Соответственно, на выходе этого элемента сохраняется потенциал уровня логического нуля, установившийся после прохождения единичного импульса. На выходе ранее запущенного одновибратора 13 сохраняется сигнал уровня логической единицы. Тогда выходной элемент 7 остается в исходном состоянии. Пока на выходе одновибратора 13 сохраняется сигнал уровня логической единицы, защита работать не будет.

Таким образом, при развитии однофазного замыкания на землю "за спиной" действия защиты в двойное замыкание на землю со второй точкой замыкания на защищаемом присоединении, устройство вторую точку замыкания не отключает.

Пример 6. Однофазное замыкание на землю "за спиной" защиты вызвало пробой разрядника или повреждение изоляции. Точка второго замыкания на землю находится "за спиной" комплекта защиты.

При однофазном замыкании на землю в точке 22, токи в фазах присоединения 17 остаются без изменения. Следовательно, блок защиты от междуфазных замыканий 1 не срабатывает, и на первом входе логического элемента ИЛИ 6 сохраняется потенциал уровня логического нуля. Направления тока нулевой последовательности и напряжения нулевой последовательности таковы, что реле направления мощности нулевой последовательности 4 не срабатывает. На его выходе сохраняется сигнал уровня логического нуля. Логический элемент ИЛИ 6 остается в исходном состоянии. Сигнал уровня логического нуля сохраняется на прямом входе логического элемента ЗАПРЕТ 14. Поскольку потенциал на выходе реле направления мощности нулевой последовательности 4 не изменяется, формирователь импульсов 8 не работает. Инвертор 9 остается в исходном состоянии. На первом входе логического элемента И 12 сохраняется логическая единица. Пороговый элемент 10 срабатывает, и на его выходе устанавливается потенциал уровня логической единицы. Изменение потенциала на входе приводит к срабатыванию второго формирователя импульсов 11. Импульс уровня логической единицы поступает на второй вход логического элемента И 12. Поскольку на всех входах этого элемента в данный момент времени присутствуют логические единицы, то и на выход приходит импульс уровня логической единицы, который запускает одновибратор 13. На выходе одновибратора 13 некоторое время сохраняется сигнал уровня логической единицы. Логическая единица поступает на инверсный вход логического элемента ЗАПРЕТ 14 и запрещает прохождение сигнала с прямого входа этого элемента на его выход.

Из-за увеличения напряжений на одной из неповрежденных фаз присоединения 18 происходит пробой изоляции или разрядника. Возникает вторая точка замыкания на землю 24. Поскольку присоединение 17 не входит в контур замыкания, то фазные токи этого присоединения остаются без изменения. Блок защиты от междуфазных замыканий остается в исходном состоянии. На первом входе логического элемента ИЛИ 6 сохраняется потенциал уровня логического нуля. Поскольку напряжение нулевой последовательности было ранее зафиксировано датчиком напряжения нулевой последовательности 3, то потенциал на выходе ранее сработавшего порогового элемента 10 не изменяется. Тогда второй формирователь импульсов 11 не срабатывает. На его выходе сохраняется логический нуль, установившийся после прохождения единичного импульса. Соответственно на выходе логического элемента И 12 сохраняется логический нуль. На выходе ранее запущенного одновибратора 13 сохраняется сигнал уровня логической единицы. Этот сигнал поступает на инверсный вход логического элемента ЗАПРЕТ 14. На входе выходного элемента 7 сохраняется потенциал уровня логического нуля. Защита работать не будет.

Таким образом, при развитии однофазного замыкания на землю "за спиной" защиты в двухфазное замыкание "за спиной" устройство не отключает защищаемое присоединение.

Пример 7. Двухфазное замыкание на землю на защищаемом присоединении.

При двухфазном замыкании на землю в точке 25 резко возрастают токи поврежденных фаз присоединения 17. Срабатывает блок защиты от междуфазных замыканий 1. На его выходе появляется сигнал уровня логической единицы. Направления тока и напряжение нулевой последовательности, появляющихся в линии, таковы, что срабатывают реле направления мощности нулевой последовательности 4 и пороговый элемент 10. На входах формирователей импульсов 8 и 11 появляются импульсы уровня логической единицы. На выход инвертора 9 поступает импульс уровня логического нуля. На выходе логического элемента И 12 сохраняется потенциал уровня логического нуля. Одновибратор 13 остается в исходном состоянии, и на инверсном входе логического элемента ЗАПРЕТ 14 сохраняется логический ноль. С выдержкой времени на выходе реле времени 5 и соответственно на выходе логического элемента ИЛИ 6 появляется сигнал уровня логической единицы. На прямой вход элемента ЗАПРЕТ 14 с выхода логического элемента ИЛИ 6 приходит логическая единица, которая устанавливается и на входе выходного элемента 7. Устройство отключает поврежденное присоединение 17.

При возникновении на защищаемом присоединении двухфазного замыкания на землю устройство отключает это присоединение.

Пример 8. Двухфазное замыкание на землю "за спиной" защиты.

При двухфазном замыкании на землю в точке 26 фазные токи присоединения 17 не изменяются. На выходе блока защиты от междуфазных замыканий сохраняется сигнал уровня логического нуля. Направления возникших в линии тока и напряжения нулевой последовательности таковы, что реле направления мощности нулевой последовательности 4 не срабатывает. Формирователь импульсов 8, инвертор 9 и реле 5 остаются в исходном состоянии. Срабатывание порогового элемента 10 на появление напряжения нулевой последовательности приводит к срабатыванию второго формирователя импульсов 11. На его выход поступает импульс уровня логической единицы. На выходе логического элемента И 12 появляется импульс уровня логической единицы, которым запускается одновибратор 13. Логическая единица с выхода одновибратора, поданная на инверсный вход логического элемента ЗАПРЕТ 14, запрещает пропуск сигнала с прямого входа этого элемента. На входе выходного элемента 7 сохраняется потенциал уровня логического нуля. Защита не срабатывает.

При возникновении двухфазного замыкания на землю "за спиной" защиты, защита не работает.

Пример 9. Двух-, трехфазное металлическое замыкание на защищаемом присоединении.

При двух- или трехфазном металлическом замыкании в точке 27 резко возрастают фазные токи в присоединении 17. Это вызывает срабатывание блока защиты от междуфазных замыканий 1. Соответственно на выходе логического элемента ИЛИ 6 устанавливается потенциал уровня логической единицы. Поскольку в контуре металлического замыкания отсутствует земля, то отсутствуют ток и напряжение нулевой последовательности. Реле направления мощности нулевой последовательности 4, пороговый элемент 10, формирователи импульсов 8 и 11, логический элемент И 12 и одновибратор 13 остаются в исходном состоянии. На инверсном входе логического элемента ЗАПРЕТ 14 сохраняется логический нуль. Логическая единица с выхода логического элемента ИЛИ 6 проходит на вход выходного элемента 7. Устройство отключает поврежденное присоединение 17.

Устройство отключает металлические междуфазные короткие замыкания на защищаемом присоединении.

Пример 10. Двух-, трехфазное металлическое замыкание "за спиной" защиты.

Если двух- или трехфазное металлическое замыкание происходит в точке 28, то фазные токи присоединения 17 не меняются. Поскольку в контуре металлического замыкания отсутствует земля, то ток и напряжение нулевой последовательности отсутствуют. В таком случае не срабатывает ни блок защиты от междуфазных замыканий 1, ни датчик напряжения нулевой последовательности 3, ни реле направления мощности 4. Все элементы сохраняют исходное состояние. Защита не работает.

При металлических междуфазных коротких замыканиях "за спиной" защита не работает.

Из вышеизложенного видно, что при всех видах коротких замыканий предложенное устройство работает селективно.

Применение предлагаемого устройства обеспечивает селективность отключения двухфазного замыкания на землю, развившегося из однофазного замыкания на землю. Причем, в случае если изоляция не была разрушена, отключается лишь то присоединение, на котором произошло первоначальное однофазное замыкание на землю. Это приводит к самоликвидации второй точки замыкания на землю. При этом электроснабжение потребителей других присоединений не прерывается.

Источники информации 1. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. М.: Энергоатомиздат, 1998, с. 305-307.

2. Гельфанд Я.С. Релейная защита распределительных сетей. М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 278-280, с. 300-301.

3. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем: Справочник: В 2 т. / Под ред. Шаханова В.А. М.: Радио и связь, 1998, т. 2, с. 362.

Формула изобретения

Устройство для защиты линий с изолированной нейтралью, содержащее блок защиты от междуфазных замыканий, подключаемые к защищаемой линии датчики тока нулевой последовательности и напряжения нулевой последовательности, реле направления мощности, реле времени, логический элемент ИЛИ, выходной элемент, причем выходы датчиков тока и напряжения нулевой последовательности соответственно соединены с входами реле направления мощности, выход которого соединен со входом реле времени, входы логического элемента ИЛИ присоединены к выходам блока защиты от междуфазных замыканий и реле времени, отличающееся тем, что в него дополнительно введены два формирователя импульсов, инвертор, пороговый элемент, логический элемент И, одновибратор и логический элемент ЗАПРЕТ, при этом вход первого формирователя импульсов соединен с выходом реле направления мощности, а выход - с входом инвертора, выход которого присоединен к первому входу логического элемента И, вход порогового элемента соединен с выходом датчика напряжения нулевой последовательности, а выход - с входом второго формирователя импульсов, выход которого подключен ко второму входу логического элемента И, выход которого соединен со входом одновибратора, прямой вход логического элемента ЗАПРЕТ присоединен к выходу логического элемента ИЛИ, инверсный вход - к выходу одновибратора, а выход - к входу выходного элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2