Способ защиты электрической сети от тока короткого замыкания

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22О978 (21) 2666979/24-07. (51)hA.

Союз Советских

Социалистических

Республик

-e с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

Н 02 Н 3/08

Государствеииый комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 3(112,80 Бюллетень йо 48

Дата опубликования описания 30.12.80 (5Ç) ПЖ 621. 316. .925(088.8) (72) Автор изобретения

Л.Н. Карпиловский (71) Заявитель

»2Ю»а аа -.а Ф (54 ) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ОТ ТОК . ф»»

КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ 1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вопросам защи- ты электрических сетей переменного тока с изолированной нейтралью и сетей постоянного тока от токов короткого замыкания в условиях предварительного замыкания на землю (корпус) одной фазы (полюса) сети.

Известен способ защиты электрических сетей от токов короткого замыкания, основанный также на сравнении двух электрических величин, но заключающийся в выделении информации о скорости изменения тока в электрической сети и сравнении величины сигна- 15 ла, характеризующего скорость этого изменения, с величиной максимально допустимой скорости изменения тока в сети, задаваемого уставкой производной P1) . 20

Этому способу свойственен недостаток, заключающийся в низкой помехоустойчивости и надежности защиты изэа принципиальной невозможности от.— личить возрастание скорости измене- 25 ния тока в сети, вызванное пусковыми токами двигателей, от возрастания тока в сети, обусловленного режимом короткого замыкания. А это ведет к по- нижению помехоустойчивости и надеж- 30 ности работы защиты, выражающейся в ложных отключениях сети, что нарушает бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией и снижает моторесурс расцепителей,.либо (при блокировке защиты на время присутствия пусковых токов) может привести к пропуску начала режима короткого замыкания.

Известен также способ защиты электрических сетей от токов короткого замыкания, основанный на сравнении двух электрических величин и заключающийся в том, что выделяют информацию о величине тока в защищаемой сети и сравнивают полученную величину с допустимой величиной тока в сети, задаваемой уставкой (21.

Этому способу свойственен недостаток, заключающийся в низкой помехоустойчивости и надежности защиты.

Это объясняется тем, что при возникновении в сети пусковых токов (при подключении двигателей), уровень которых значительно превышает допустимую величину, задаваемую уставкой, могут происходить ложные отключения сети при отсутствии режима короткого замыкания. Во избежание этого иногда блокируют систему защиты на время присутствия пусковых токов, однако

792412

4 это понижает надежность с точки зрения введения временных ограничений на действие защиты.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и надежности защиты путем различения пускового режима и режима короткого замыкания в условиях наличия однофазного или однополюсного замыкания на землю.

Указанная цель достигается тем, что в способе защиты электрической сети от тока короткого замыкания, при котором измеряют параметр тока в сети, сравнивают измеренный параметр с эталонной величиной и формируют отключающий сигнал в случае превышения измеренным-параметром эталон- 1$ ной величины, дополнительно непрерывно измеряют напряжейие всех фаз или полюсов относительно земли, при наличии изменения этих напряжений во времени в каждой фазе или полюсе оп- ;щ ределяют направления этих изменений, сравнивают эти направления между собой и при несовпадении направлений изменения напряжений разных фаз или полюсов разрешают формирование отключающего сигнала .

Необходимость достижения цели обусловлена тем, что при наличии в сети однофазного или однополюсного замыкания на землю, которое по ряду соображений сразу устранить не представляется возможным или целесообразным, возрастание тока в сети (либо фидере) может быть вызвано как начинающимся режимом короткого замыкания (т.е. другая фаза или полюс начинают замыкаться на землю), так и пусковым током, вызванным подключением к сети двигателя, например, асинхронного.

В первом случае необходимо срочно 40 отключить сеть (фидер)., а во втором случае эта необходимость отсутствует, так как сам факт однофазного или однополюсного замыкания на землю в сети переменного тока с изолированной ней- тралью либо в двухпроводной сети постоянного тока еще не вызывает появления токов короткого замыкания.

Достижение поставленной цели обусловлено. тем, что при начале в электрической сети с однофазным или однополюсным квазикоротким замыканием на землю режима короткого замыкания происходит перераспределение величин напряжения фаз или полюсов сети относительно земли, причем направления изИ менения величин напряжения на фазах или полюсах сети по отношению к земле относительно предварительно существовавших будут различны: величина напряжения на фазе или полюсе, находив- gQ шимся под меньшим потенциалом, нач.— нет возрастать, а величина. напряжения на фазе.или полюсе, находившимся под большим потенциалом, начнет уменьшаться. 65

В случае же появления пусковых токов направления изменения напряжения на разноименных фазах или полюсах сети будут иметь одно направление (один знак производной), например уменьшаться на обеих фазах либо (при очень мощном источнике).останутся почти неизменными.

Один из вариантов функциональной схемы устройства защиты, реализующего предлагаемый способ, изображен на чертеже.

B целях более ясного понимания сути предложения изображена функциональная схема устройства защиты сетей постоянного тока и однофазных сетей, хотя изображенные типы можно рассматривать и как две фазы трехфазной сети переменного тока с изолированной нейтралью.

Устройство содержит датчики напряжения 1 и 2, дифференцирующие блоки

3 и 4, пороговые элементы 5 и 6, логическую схему И-HE 7, две логические схемы И 8 и 9, переключатель 10, блок уставки тока или производной 11, датчик тока или производной тока 12 и блок отключения 13. Блоки 11, 12 и 13, обведенные пунктиром, представляют собой условное изображение известных устройств защиты, например максимально токовой, и изображены только с целью пояснения, что они выполняют свои функции во всех случаях (например, при междуфазном замыкании), кроме случая, когда уже имеет место предварительно определенное однофазное или однополюсное квазикороткое замыкание на землю.

Входы датчиков напряжения 1 и 2 подключены к разноименным фазам или полюсам и к земле, а выходы их через дифференцирующие блоки 3 и 4, последовательно с ними соединенные пороговые элементы 5 и 6 соответственно подсоединены к первому и второму входам логической схемы И-НЕ 7. Выход схемы И-НЕ 7 через логическую схему

И 9 подключен к управляемому входу блока отключения 13. Одновременно выходы датчиков напряжения 1 и 2 подключены к соответствующим входам логической схемы И 8, выход которой подсоединен к управляемому входу переключателя 10, потенциальный вход которого через блок уставки 11 соединен с выходом датчика тока или производной 12, а выход — к упомянутому входу блока отключения 13.

Работа происходит следующим образом.

При отсутствии в сети короткого замыкания фазы или полюса на земпю работа происходит как обычно в мак-. симальной токовой защите: при превышении сигналом с выхода датчика 12 уровня, задаваемого уставкой 11, сигнал с выхода уставки (например, порогового устройства) 11 пройдет че792412 рез переключатель 10 и поступит на управляемый вход блока отключения 13, вызывая отключение сети. В этом случае все происходит как в обычных устройствах защиты.

В случае же, если произошло короткое (квазикороткое) замыкание фазы или полюса сети на землю, т.е. если сопротивления изоляции йх или R>y стали пренебрежимо малыми по сравнению с их величиной, обусловленной нормальной эксплуатацией сети (а по каким-либо причинам поиск и устранение этого замыкания не представляется возможным или целесообразным в данный момент), сигнал с выхода датчика 1 (или 2) исчезнет, что приведет к исчезновению сигнала с выхода логической схемы И 8. Это приведет в свою очередь к переключению переключателя

10, который теперь подсоединит выход блока уставки 11 к входу блока отключения 13 не непосредственно(как было до этого),,а через логическую схему

И 9. Однако сигнал с выхода блока уставки 11 пройдет через логическую схему И 9 на вход блока отключения

13 только в том случае, если на второй ее вход поступит сигнал с выхода логической схемы И-HE 7.

Теперь рассмотрим, в каком же случае на выходе схемы И-HE 7 появится сигнал.

При включении двигателя в электрическую сеть и начале режима пускового тока происходит некоторая подсадка напряжения полюсов сети по отношению к земле, фиксируемая датчиками 1 и 2, однако в связи с тем, что это изменение напряжения происходит в одном направлении, то сигналы на выходе блоков 3 и 4 будут иметь один и тот же знак, пороговые элементы 5 и 6, рассчитанные на срабатывание от напряжения одного знака, сработают (или не сработают) одновременно, и на входы схемы И-НЕ 7 поступят (или не поступят) сигналы. На выходе схемы И-НЕ 7 сигнала не будет, и поэтому, если даже сигнал с датчика тока или производной тока 12 превысит уровень, задаваемый уставкой 11, то .на выходе схемы И 9 сигнала не будет и отключение сети не произойдет.

Если подсадки напряжения сети при пуске двигателей даже не происходит, то алгоритм работы остается тем же.

В случае же начала режима короткого замыкания датчики 1 и 2 отметят изменение напряжения на фазах или полюсах, а на выходе блоков 3 и 4 появятся сигналы разных знаков. Это объясняется тем, что при перераспределении напряжения между полюсами относительно корпуса на том полюсе, сопротивление изоляции которого станет меньше, чем было до начала режима короткого замыкания, будет .происходить уменьшение напряжения относительно

65 корпуса, причем это уменьшение иэ-эд) наличия емкости полюса относительно корпуса будет происходить конечно во времени. Напряжение же на другом полюсе сети по сравнению с существовавшим до этого будет возрастать.

Наличие на выходе блоков 3 и 4 сигналов разных знаков приведет к тому, что сработает только один из пороговых элементов 5 (или 6). В результате этого только на один из входов схемы И-НЕ 7 поступит сигнал, что вызовет появление сигнала на ее выходе.

При поступлении с датчика тока или производной тока 12 через уставку 11 на вход схемы И 9 сигнала о превышении производной тока (или током) э сети заданного уровня и при присутствии на другом входе схемы

И 9 сигнала с выхода схемы И-НЕ 7, несущего инф рмацию о том, что это превышение вызвано уменьшением сопротивления изоляции полюса сети относительно корпуса, сигнал с выхода схемы И 9 через блок отключения 13 отключает сеть (или фидер).

В качестве примечания следует заметить, что при использовании предлагаемого способа в сетях переменного тока на выходах блоков 1 и 2 включены выпрямители (на чертеже не показаны, чтобы не загружать изображение).

При использовании в части устройства защиты, реализующей известные способы, временной задержки, равной ориентировочному времени присутствия в сети пусковых токов двигателей, реализуемой, например, в виде линии задержки 14, расположенной между одним из выходов переключателя 10 и управляющим входом блока отключения 13, в устройство вводится линия задержки

15, исключающая возможность возврата переключателя 10 в положение, характеризуемое отсутЧтвием однофазного замыкания на землю, до прохода через этот переключатель 10 сигнала с выхода схемы И-НЕ 7 на отключение блока 13.

Эта линия задержки 15 включается между выходом схемы И 8 и управляемым входом переключателя 10. Она выполняет страховочные функции на случай, если в режиме короткого замыкания (при имеющем месте предварительном замыкании на землю) напряжения на фазах или полюсах сети перераспределяются таким образом, что на входах схемы И 8 вновь появятся оба сигнала, что поведет к появлению сигнала также и на выходе схемы И 8.

На быстродействие устройства защиты при отключении сети эта линия задержки 15 никакого влияния не оказывает (в связи с тем, что указанные линии задержки вводятся только в оговоренном выше случае, на чертеже они изображены пунктиром).

792412

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 9591/56 Тираж 783 Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Достоверность достижения укаэанной цели подтверждается как теоретически, так и испытаниями на лабораторном макете.

Технико-экономический эффект достигается за счет повышения помехоустойчивости работы защиты, позволяющей быстро отличать режим пусковых токов от режима короткого замыкания и исключающей ложные отключения в наиболее критических ситуациях, когда исключена возможность немедленного поиска и устранения однофазного или однополюсного замыкания на землю.

В то же время обеспечивается более высокое быстродействие при необходимости отключения сети (фидера) из-за действительно наступившего режима короткого замыкания в ситуации уже имевшего место предварительного замыкания на землю из-за отсутствия игры на временных соотношениях, обусловленных временем существования пусковых токов.

Одновременно выбор уровня уставки в режиме однофазного или однополюсного замыкания на землю не связан с величиной пускового тока, т.е. Уровень уставки может быть сделан автоматически регулируемым и при наступлении режима однофазного замыкания на земпю может быть автоматически понижен (на чертеже не показано), что обеспечит более быстрое отключение при действительно начавшемся режиме короткого замыкания.

Таким образом, за счет повышения помехоустойчивости возрастает надежность защиты, а также долговечность из-за сохранения моторесурса расцепителей (отсутствие ложных срабатываний), уменьшается изучение помех в окружающее пространство, а за счет повышения быстродействия повышается пожаробезопасность.

Способ защиты электрической сети от тока короткого замыкания, при котором измеряют параметр тока в сети, сравнивают измеренный параметр с эталонной величиной и формируют отключающий сигнал в случае превышения измеренным параметром эталонной величины, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустой15 чивости и надежности защиты путем различения пускового режима и режима короткого замыкания в условиях наличия однофазного или однополюсного замыкания на землю, дополнительно щ непрерывно измеряют напряжение всех фаэ или полюсов относительно земли, при наличии изменения этих напряжений во времени в каждой фазе или полюсе определяют направления этих изменений, сравнивают эти направления между собой и при несовпадении направлений изменения напряжений разных фаз или полюсов разрешают формирование отключающего сигнала.

30 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Комплект быстродействующей защиты полупроводниковой типа АБЗ-01 для выключателей АБЭ, ТУ 16, 536.

35 372-73.

2. Кузнецов Р.С. Аппараты распределительных устройств низкого напряжения. И.-Л., Госэнергоиздат, 1962, с. 138-145.