Устройство для обнаружения замыкания на землю

 

338004

О П И С А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАтЕНтУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимый от патента №

М. Кл. Н 02h 3/16

Заявлено 12 1Х.1967,(№ 1183725/24-7)

Приоритет 12.1Х.196C, № 75972, Франция

Опубликовано 05.Ч.1972. Бюллетень № 15

Дата опубликования описания 5.Ч11.1972

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.316.925.45 (088.8) Автор изобретения

Иностранец

Мишель Энри Пьер Суйард (Франция) Иностранная фирма

«Компани де Комтер» (Франция) I

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛК7

И ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТДЕЛЬНЫХ УЧАСТКОВ ЛИНИЙ

ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ

Извес.т ны устройства для об наруже ни.я замьпка ния |на землю и за|щиты участко в линии определенной длины в трехфазной сети с заземленной IHeHTp BJlblo.

Цель изобретения — повышение надежности у стройства.

Это достигается тем., что оно,снабжено тремя промежуточными т ра нсфор мато рами,:первичные обмотки которых .включены встречно

ol6IM0TK3IM тра нсформаторсв тока, а вторичные обмотки соединены последо|вательно с вторичными о бмоткам и трансформаторов напряже ния и с первичной обмоткой трансформатора тока нулевой,последовательности и подкл юче ны через аналого-логические усилители- преобразователи, логические элементы

«И», «НŠ— И» и .време и ной .запоминающий блок к исполнительную органу, На фиг. 1 представлена;принципиальная схема устройства; на фиг. 2 — диаграммы векторо в на|пряжений при нормальном режиме и IB случае замыкания между фазами и землей на участке, контролируемой или защищаемой линии; на фиг. 3 — графически показа на ра!бота устройства во время замыкания между одной фазой и землей; на фиг. 4 — характери стика y.cTip ойства, которая показывает влияние замы ка ния на землю;;на Фиг. 5— схема, иллюстрирующая дополнительную характеристику; на фиг. 6 — схема устройства в другом испол ионин, У строй ство содержит трансформаторы 1, 2 и 8 тока, первичные обмотки которых соединены соответственно с фазовыми проводам:и

А, В, С. N — заземленная нейтраль. Один из

KoIHQoiB вторичных о 6 моток трансфщимато роB

1, 2 и 8 соедиHBH соответственно с KoHIIlом

10 пер вич ной обмотки промежуточного т ра нсформато ра 4, 5 и б, индуктивности которых идентичны, а их значение — Z — представляет собой полное сопротивление участка закцищаемой или контролируемой линии. Это IIQJI15 ное со проти вление Z имеет то же значение, BIO и полное со противление прямой последователыно|сти |по фазе Zd линии.

|Втор ич ные обмотки трансформаторов 1, 2 и 8 связа1ны между собой своим други м кон20 цом. Такое же соединение выполнено для другого конца первичных обмоток промежуточных трансформаторов 4, 5 и б. gIBe общие точки трансформаторов 1, 2, и 8 с одной .стоpîIíû и промежуточных трансформатороBi 4, 25 5 и б с другой, стороны соединены при помощи illpoIBQIloIB 7, 7 Ic первичной обмоткой трансфо р матора 8 тока нулевой»последовательности со значением KZ, где К вЂ” коэффи338004 цие нт пол ных сопротивлений земли, определяемый известным сооTtHQIIIIeHHем

Zd — Z0 зж

U,= U, — Z(I,+КI,)

U ь = Un — Z (1ь+К1т)

U,= U, — Z(1,+К1,). (1) (2) (3) 60

Что бы. луч ше понять работу устройства, tBbIIIoJIlHeHtHoE согласно изобретению, рассматри м, на при мер, случай, когда прои|сходит замыкание между фазой А и землей. 65 где Zo — уни|полярное полное со|противление ли нии. Пер вич ные о бмотки трансформаторов 9, 10 и 11 соотвеп ствен1но соединены с одной из фаз и нейтралью, одив из концов вторичных обмоток — с общей точечкой 12, а она в свою очередь — с од ной из клемм вторичной обмотки взаимной индуктивно сти.

Вторичные обмотки трансформаторов 9, 10 и 11 на пряжения соеди не ны. последовательно с вт орич ными обмотка м и пр омежут очных тра нсфо рматîpotB 4, 5 и б таки м образом, чтобы образовать три tcxeMbI, замыкаю щие ся соответственно на входных клем мах усилителей- преобразователей 18, 14 и 15.,Каждая из этих схем включает в себя вторичную обмотку одного из трансформаторов напряжения, вторичную обмотку од ной из взаимных индукти вностей и втори ч ную обмотку взаимной индуктивности.

Цепь усилителей-преобразователей 18, 14 и

15 BbIIIIQJIIHPIHB HBtBecTtHbIм образом с таким расчетом, чтобы эти усилители действо вали как аналого-логические преобразователи, преобразующие свое входное напряжение в З0 логиче с кие сигналы с gBytMя положениями («О» и «1»);,фазы сипнало в соблюдения от носительно фаз входного напряже!ния.

Выходы усилителей.преобразователей 13, 14 и 15 соединены с логической схемой «И» З5

1б и с логической схемой «НŠ— И» 17, Выходы этих логичеоких схем связанны с логическ ой схемой «ИЛИ» 1о, а выход последней— со,схе мой запоминаю щего устрой стра 19 изВееТНого вида. Выход времан ной запоминаю- 40 шей схемы соединен с любым выключающим устрой1ством 20, например трех фазвым выкл ючателем, один из ко нцов сбмотки которого связан с выходо м времеHHQI за поми нающего устройства 19, а другой — с и1сточ нико м 45 дополнительной эне|ргии.

Если представить I„ lb, I„ I, как токи, пр оходя щие соответственно,по трем фаза м А, В, С и нейтр аль tBO,BtpelMH замыкания между одной или двумя фазами и землей, U, UI„U 50 как напряжения между |каждой фазой, и землей, и U „U ь, U, ка;к на.пряже.ния, 1кото рые возникают tHB входных клеммах усилителейарео бразователей 13, 14 и 15 соответственно, то эти три на пряжения U „V ь, U, соот вет- 55 ствуют следующим отношениям

Из вестно, что в 3Totì случае .напряжение U выражается следующим отношением, U = Zd. 1, + 1, . з (4) Если |в опно ше нии (1) заменить U, его значеlHHeM, выраженным в отношении (4), то после упрощения получим

U,= (Zd — Z) (1,+Kl„).

IB случае, когда з наче ние Zd (IIIQJIíое сопротивле ние прямой направленности фазы, представляющее замыкание на землю) не,много меньше значения полного эталонного сопроти вле н ия Z (пол ное сопроти вле ние участка защищаемой линии), полярность напряже ния U, постоян но переключается на проти во полож ный з нак относительно полярности напряжеыия U,.

Это я|вление наблюдается тогда, когда замыкание происходит на более близ кой относителыно расположения защитного устройства, чем длина защищаемай линии.

Диаграммы напряжений U, U ь, U, на фиг. 2 иллюстрируют то, о чем только что говорилось. Диаграмма на фиг. 2а показывает векторы трех напряжений V „U ь, U, при нормальном режиме. Эти три вектора смещены относительно друг друга на 120 . В действительности, когда I„равно нулю, то можно заметить по отношениям (1), (2), (3), что напряжения U „U ü, U, соответственно равны напряжения И„Иь, U, (минус падения напряжений Z=I„Z=lq, Z=-l,). Они имеют тот же принцип и то же значение.

Диаграммы на фиг. 2б, в, г показывают соответственно векторы этих напряжений в случае замыкания одной из фаз А, В или С на землю внутри участка защищаемой линии, диаграммы на фиг. 2д, е, ж — соответственно векторы напряжений U „U ü, U, при замыкании двух фаз на землю внутри участка защищаемой линии. Во всех случаях замыкания на землю (однофазного или двухфазного) при условии, что полное сопротивление прямой направленности замыкаемой линии меньше эталонного полного сопротивления Z, максимальный сдвиг IIQ фазе между напряжениями

U „U ь, U „âçÿòûìи поп" ðíî, составляет

180 . На этих диаграммах видно, что три вектора U, U I„U находятся в одной и той же полуплоскости. Итак, необходим интервал, в течение которого цри напряжения будут иметь одновременно одинаковую полярность, положительную или отрицательную (фиг. Зб).

Логические схемы получающие постоянно логические сигналы, исходящие от усилителей, обнаруживают совпадение мгновенных полярностей трех напряжений U „U ü, Схема «И» 1б посылает сигнал, равный 1, в период интервала, когда эти три напряжения одновременно положительные, а схема

«НŠ— И» 17 подает сигнал, равный 1, в период интервала, когда напряжения одновременно отрицательные.

3«38004

З5

Схема «ИЛИ» 18 посылает сигнал, равный

1, если один или другой из ее входов имеют значение 1. Схема временного запоминающего устройства преобразует последовательный ряд этих сигналов небольшой продолжительности в постоянный сигнал (фиг. 3, е), который позволяет вызвать возбуждение в выключающем устройстве 20, соединенном с выходом схемы запоминающего устройства. На фиг, 3 показана работа устройства в момент, когда происходит замыкание между фазой А и землей на участке контролируемой или защищаемой линии. Кривые фиг. 3, а представляют три напряжения U „U q, U, при нормальном режиме в зависимости от времени t,; кривые фиг. 3, б — три размера, когда происходит замыкание между фазой А и землей внутри участка контролируемой или защищаемой линии. Напряжение (представленное пунктиром) инверсируется и тогда можно видеть, что в зонах Х вЂ” У три напряжения одновременно становятся положительными, а в зонах Х вЂ”,Г отрицательными. Из этого следует, что на выход схемы «И» подается сигнал (Si фиг. 3, в), соответствующий зонам Х вЂ” Y, тогда как на выход схемы «НŠ— И» сигнал (S ь фиг, З,г), соответствующий зонам Х вЂ”

Y . Эти сигналы принимаются последовательно в схеме «ИЛИ», которая посылает сигналы (фиг. 3, д). Последние направляются в схему временного запоминающего устройства, где они преобразуются в постоянный сигнал (фиг. 3, е).

Можно использовать только одну логическую схему «И» или «НŠ— И». Однако более эффективно использовать логические схемы

«И», «НŠ— И» и «ИЛИ», так как при этом достигается наибольшая быстрота выдачи ответного сигнала в случае замыкания на землю. Такая реакция, как это видно на фиг. 3, е, всегда имеет место в интервале времени, который составляет меньше одной трети периода, тогда как при одной логической схеме «И» или «HE — И» эта реакция достигается почти за целый период, Изобретение представлено со ссылкой на случай глухого замыкания на землю без сопротивления. В случае, когда замыкание представляет собой сопротивление, обнаружение этого замыкания может быть ошибочным, т. е. замыкание может быть обнару>кено в то время, когда оно происходит за пределами участка защищаемой линии. В действительности, в плане сопротивления — реактивного сопротивления, согласно координатам R — X (фиг. 4), характеристикой реле, соответствующего устройству фиг. 1, является кривая С и может случиться, что замыкание на линии за пределами защищенной зоны, но представляющее сопротивление, будет обнаружено, как находящееся внутри защитной зоны ZC>.

В таком случае полученное полное сопротивление соответствует полному сопротивлению внутри защиащемой зоны. Чтобы улучшить качество измерения, необходимо между логической схемой «ИЛИ» 18 и временным запоминающим устройством 19 включить схему

21 задержки времени (фиг. 5), которая не пропускает импульсы, посылаемые схемой

«ИЛИ» 18, если их продолжительность превышает установленное значение. Выбранная, продолжительность задержки имеет цель изменить характеристику реле, характеристику, которая становится заметно эллиптической (кривая С> фиг. 4), и, следовательно, сократить удлинение защитной зоны, вызванное сопротивление на месте замыкания. В этом случае замыкание полного сопротивления

ZCj вне защитной зоны не обнаруживается. Другой вариант изобретения показан на фиг. 6. Этот вариант применим тогда, когда замыкание на землю представляет собой сопротивление. На фиг. 6 показан случай замыкания между фазой А и землей, представляющей сопротивление Rz.

Напряжение U, выражено отношением

1-1а 7г11а+ 1г + +f з где Uf — напряжение на клеммах с повреждением.

Так как практически полные сопротивления нулевой последовательности с обеих сторон на месте замыкания имеют один и тот же принцип, то напряжение Uf совпадает по фазе с остаточным током и пропорционально сопротивлению на месте замыкания. Если а является действительным коэффициентом, то

Ц=а Rg 1„.

Тогда напряжение выражается

U а= (Zd Z) (1а+К1г) +n Rg I

Замыкание на землю, происходящее в пределах контролируемой зоны, характеризуется:

Zd=Z, т. е. U =õ.R< 1,.

Замыкание в точке равновесия Zd=Z характеризуется тем фактом, что компенсированное напряжение замкнутой фазы, появляющееся на входной клемме усилителя, совпадает по фазе с остаточным током. Схема на фиг. 6 отличается от схемы на фиг. 1 тем, что остаточный ток 1„поступает в усилитель 22 через разделительный трансформатор 23, первичная обмотка которого соединена с клеммами шунта 24, по которому проходит этот ток.

Сигнал на выходе усилителя 22 подается через схему «НЕ» 25, на вход логических схем

«И» 1б и «НŠ— И» 17.

Схема «И» 1б и схема «НŠ— И» 17 принимают также логические сигналы от усилителей-преобразователей 18, 14 и 15. Логическая схема «НŠ— И» 17 подает сигнал уровня во время интервала, когда три напряжения измерения отрицательные и остаточный ток положительный, в то время как логическая схема

«И» 1б посылает сигнал уровня во время интервала, когда три напряжения измерения являются положительными, а остаточный ток отрицательным.

338004

Схема «ИЛИ» 18, соединенная с выходом схемы «И» 1б и схемы «НŠ— И» 17, посылает сигнал уровня 1, если тот или другой из ее входов находится на уровне 1. Схема временного запоминающего устройства 19 преобразует последовательный ряд этих сигналов незначительной продолжительности в постоянный сигнал, который используется для приведения в действие выключающего устройства 20.

Предмет изобретения

1. Устройство для обнаружения замыкания на землю и для защиты отдельных участков линий трехфазной сети с заземленной нейтралью, содержащее на каждую фазу сети трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, трансформатор тока нулевой последовательности и исполнительный орган, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено тремя промежуточными трансформаторами, первичные обмотки которых включены встречно обмоткам указанных трансформаторов тока, а вторичные обмотки соединены последовательно с вторичными обмотками трансформаторов напряжения и с первичной обмоткой трансформатора тока нулевой последовательности и подключены через аналого-логические усилители-преобразователи к логическим элемен10 там «И», «НŠ— И», выходы которых связаны с логическим элементом «ИЛИ», подсоединенным к исполнительному органу.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным аналого15 логическим усилителем - преобразователем, вход которого через разделительный трансформатор и шунт соединен с вторичной обмоткой трансформатора тока нулевой последовательности, а выход через логический эле20 мент «НЕ» подключен к вхсдам указанных логических элементов «И» и «HE — И».

338004

Составитель М. Лазарева

Техред Л. Богданова

Корректор С. Сатагулова

Редактор И. Грузова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2013, 17 Изд. 1 и 853 Тираж 448 Подписное

ЦЕИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, К 35, Раушская наб., д. 4/5