Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в трехфазной сети

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

< 11792436

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свкд-ву (22) Заявлено 10.0778 (21) 2641875/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 301230, Бюллетень ¹ 48

Дата опубликования описания 30 ° 12 ° 80 (51)М. Кл.

Н 02 Н 3/16

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

{53} УДК 621. 316.

925(098.8) (72) А ят ор изобретения

Д.Ялкапов

В: 4 (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗМ11ИТЫ ОТ ОДНОФАЗНОГО

ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ

Изобретение относится к области релейной защиты энергосистем и предназначено для защиты от однофазных замыканий на землю в трехфазных сетях.

Известны устройства для защиты от однофазных замыканий на землю в трехфазных сетях, которые содержат охватывающий защищаемое присоединение магнитопровод с зазором. В зазоре установлен магнитный датчик (магнитодиод) входного сигнала, который соединен с реагирующим органом, соединенным с автоматическим выключателем защищаемого присоединения 1 .

Но эти устройства не обладают селективностью, помехоустойчивостью, необходимой чувствительностью и надежностью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, являющееся фазочувствительным и содержащее магнитный датчик входного сигнала (датчик Холла), токовые электроды которого соединены через фазовращатель с трансформатором напряжения нулевой последовательности. Выходные электроцы магнитного датчика входного сигнала соединены с реагирующим органом, выполненным в виде усилителя с релейным выходом. Выход реагирующего органа включен в цепь питания отключающей катушки автоматического выключателя защищаемого присоединения (2J., Однако такое устройство обладает

10 рядом недостатков, заключающихся в низком быстродействии (время действия равно 15-20 мс), чувствительность ограничивается напряжением неэквипотенциальности датчика Хол15 ла, отсутствует самоконтроль исправности.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства путем обеспечения контроля исправности, увеличение чувствительности и быстродействия. сПоставленная цель достигается тем, что предлагаемое устройство, содержащее охватывающий защищаемое

25 присоединение магнитопровод с магнитным датчиком входного сигнала, связанным через фазовращатель с трансформатором напряжения нулевой последовательности и подключенным к реагирующему органу, выход кото792436 рого включен в цепь питания отключающей катушки, дополнено генератором высокочастотного сигнала с высокочастотным фильтром, цепью самоконтроля исправности устройства, светодиодом и дополнительным высокочастотным фильтром, а магнитный датчик входного сигнала выполнен в виде магнитодиода, установленного в зазоре дополнительного постоянного магнита, и соединен с первым выводом Фаэовращателя через выходной светодиод, при этом реагирующий орган выполнен в виде оптронной пары, светодиод которой включен согласно с упомянутым магнитодиодом и зашунтирован дополнительно введенным ниэ- 15 кочастотным фильтром и через переменный резистор соединен со вторым выводом упомянутого фаэовращателя„ причем фотодиод оптронной пары вклю20 чен в цепь питания отключающей катушки автоматического выключателя защищаемого присоединения, а вновь введенная цепь контроля исправности устройства установлена в окне упомянутого магнитопровода и соединена с указанным генератором через высокочастотный фильтр.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — блок-схема, поясняющая принцип работы предлагаемого устройства; на фиг. 3(а, б) и 4 — варианты выполнения установки магнитопровода в зазоре постоянного магнита и в зазоре магнитопровода, охватывающего проводники защищаемого присоединения. З5

Устройство содержит трехфазную сеть 1, выключатель 2, фотодиод 3, оптронную пару 4, светодиод 5, резистор 6, переменный резистор 7, фильтра 9, магнитопровод 10, переменные резисторы 11, 12, выходной светодиод 13, фазовращатель 14, высокочастотный фильтр генератора

15, трансформатор напряжения ну45 левой последовательности 16, генератор 17, магнитопровод 18, дополнительный постоянный магнит 19, зазор магнитопровода 20, дополнительный магнитопровод 21, катушку 22, магнитный экран 23, блок-контакт выключателя 24, катушку отключения

25, диодный мост 26 и цепь контроля

27.

К трехфазной сети 1 (фазы А, В, С) подключено трехфаэное присоединение через автоматический выключатель 2. Проводники этого присоединения (фиг. 3) пропущены через окно магнитопровода 18. Магнитопровод 18 имеет зазор 20, в котором

60 установлен магнитодиод 10. Фотодиод

3 оптронной пары 4, выполняющей функцию реагирующего органа, включен в цепь питания отключающей катушки автоматического выключателя 2 защиб5 диод 8, конденсатор низкочастотного 40 щаемого присоединения (И .„ — источник оперативного тока, который может быть постоянным или переменным).

Глок-контакт 24 (контроль состояния автомата) позволяет обеспечить термическую стойкость катушки отключения

25. Диодный мост 26 позволяет использовать в качестве источника оперативного тока как переменный, так и постоянный ток. Магнитодиод

10 соединен через светодиод 13 с первым выводом фаэовращателя 14. Ñâåтодиод 5 оптронной пары 4 включен согласно с магнитодиодом 10 и зашунтирован высокочастотным фильтром, выполненным на конденсаторе 9, и соединен через переменный резистор

7 со вторым выводом фаэовращателя

14. Фазовращатель 14 подключен к выходу трансформатора напряжения нулевой последовательности 16, соединенного с трехфазной сетью 1. Высокочастотный генератор 17 подключен через высокочастотный фильтр 15 к входу фаэовращателя 14. Цепь контроля 27 исправности устройства установлена в окне магнитопровода 18 (пропущено через окно) и соединена с высокочастотным генератором 17 через высокочастотный фильтр 15. Магнитодиод 10, установленный в зазоре магнитопровода 18, установлен дополнительно в зазоре постоянного магнита 19 (фиг. 3). При этом зазор 20 магнитопровода 18 служит также зазором магнита 19 между его полюсами и и S. Функцию постоянного магнита может выполнить дополнительный магнитопровод 21 с катушкой 22, возбуждаемой от источника постоянного Тока. Магнитопровод 18 и магнитопровод

21 могут быть отделены друг от дРуга воздушным зазором. Магнитопровод

18 может состоять иэ частей с несколькими зазорами, а в каждом зазоре могут быть установлены магнитодиоды, соединенные последовательно или параллельно. Между магнитопроводом 18 и проводниками защищаемого присоединения может быть установлен магнитный экран 23 (фиг. 4), например, из пермаллоя. Это позволяет симметрировать магнитные потоки, создаваемые апериодическими составляющими тока. устройство работает следующим образом.

При замыкании одной из фаз электрической сети 1 (фиг. 1) на землю в ней возникают токи 3 и напряжение U нулевых последовательностей.

Токи поврежденного присоединения и неповрежденных присоединений находятся в противофазе, а относительно напряжения U нулевой последовательности меняются по фазе в зависимости от времени существования замыкания на землю. В начальный мо792436

60

65 мент замыкания на землю-ток нулевой последовательности поврежденного присоединения > „„ совпадает по фазе с напряжением U нулевой последовательности. Токи нулевых последовательностей,„ неповрежденных присоединений сдвинуты относительно напряжения нулевой 0 последовательо о ности на 180. В установившемся режиме ток поврежденного присоединения

3 „ отстает от напряжения нулевой последовательности О,> на 90, а ток нулевой последовательности неповрежденных присоединений 3„„опережает по фазе на 90 напряжение нулевой последовательности 0 . Возникшее в системе напряжение нулевой последовательности U трансформируется трансформатором напряжения 16 (фиг.2) и прикладывается к входу фазовращателя 14. На выходе фазовращателя

14 получается напряжение U, сдвинутое на угол g по отношению к напряжению U . Для того, чтобы отличить поврежденное присоединение от неповрежденных присоединений, угол Ч достаточно выбрать в пределах 270360. При этом устройство обладает повторностью действия, т.е. работает как на явлениях переходных процессов, так и в установившихся режимах. При помощи переменного резистора 7 в цепи светодиода 5 устанавливается необходимый ток и регулируется чувствительность устройства.

Этот ток создает падение напряжения на светодиоде 5 и на магнитодиоде

10. Падение напряжения на магнитодиоде 10 регулируется напряженностью поля постоянного магнита 19. Ток, циркулирующий в цепи магнитодиода

10, находится в противофазе с током нулевой последовательности поврежденного присоединения 3, так как магнитодиод 10 включен к выходу трансформатора напряжения 16 в противофазе. В моменты прохождения тока через магнитодиод 10 падение напряжения на нем уменьшается за счет действия магнитного поля тока нулевой последовательности > „, При этом в цепи светодиода 5 проходит достаточно большой ток, чтобы он излучал световой поток. Под воздействием этого светового потока сопротивление фотоприемника резко падает, катушка отключения 25 отклЮчает автоматический выключатель

2, тем самым обеспечивается поврежденное присоединение. При замыкании фазы на землю соседнего присоединения устройство защиты данного

Присоединения не срабатывает, так как ток в цепи магнитодиода 10 находится в фазе с током нулевой последовательности данного присоеди-нения. В моменты прохождения тока через магнитодиод 10 его сопротивление возрастает под влиянием маг5

S0 нйтного поля тока нулевой последовательности этого присоединения, а ток, проходящий через светодиод 5, ие достаточен для возбуждения его.

Это устройство может быть настроено на полный ток замыкания на землю или на его отдельные гармонические составляющие. Влияние высокочастотных помех устраняет при гомощи резисторов 6, 7, 11, 12, диода 8, конденсатора 9, так как эти элементы выполняют функцию фильтра низких частот. Этими же элементами можно регулировать время совпадения тока и напряжения нулевых последовательностей, тем самым достичь достаточно высокую селективность. Выбирая частоту генератора 17 отличной от рабочей частоты самого устройства, осуществляется контроль его исправности автоматически. При этом светодиод 13, включенный в рабочую цепь устройства, непрерывно излучает световой сигнал. В случае выхода из строя одного из элементов устройства светодиод 13 перестает излучать свет, давая тем самым звуковую сигнализацию (в схеме не показаны) или воздействуя на какой-нибудь аппарат отключения. В устройстве могут быть использованы магнитодиоды типа КД301-КД301В. В качестве оптрона могут быть использованы оптроны типа АОР, АОУ или ТФ-10. Другие элементы устройства могут быть выбраны известными методами. Элементы реализации устройства обладают достаточным быстродействием, их собственное время действия находится в долях микросекунд, что позволяет делать устройство достаточно быстродействующим. Кроме того, элементами реализации устройства являются полупроводниковые приборы, резисторы и конденсаторы, которые можно выполнить на одном кристалле полупроводника при помощи микроэлектронной технологии, т.е. выполнить предлагаемое устройство в виде больших интегральных схем (БИС). Это позволит достичь в будущем идентификацию производства, заводскую наладку, централизованное обслуживание, повысить эксплуатационную надежность, снизить эксплуатационные расходы и т.п.

Таким образом, предлагаемое уст-, ройство обладает высокой селективностью, чувствительностью, быстродействием и имеет простую техническую реализацию и контроль исправности устройства и может быть использовано для защиты сетей и установок горного производства и торфоразработок, а также на других предприятиях специфического производства, где однофазные замыкания на землю представляют опасность для жизни человека.

792436

Формула изобретения

В

C устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в трехфЕзной сети, содержащее охватывающий защищаемое присоединение магнитопровод с магнитным датчиком входного сигнала, связанным через фазовращатель с трансформатором напряжения нулевой последовательности и подключенным к реагирующему органу, выход которого включен в цепь питания отключающей катушки автоматического выключателя, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы путем обеспечения контроля исправности, 15 увеличения чувствительности и быстродействия, дополнительно введен генератор высокочастотного сигнала с высокочастотным фильтром, подключенным к входу фазовращателя, а 20 магнитный датчик входного сигнала выполнен в виде магнитодиода, установленного в зазоре дополнительного постоянного магнита, и соединен с гервым выводом фаэовращателя через выходной светодиод, при этом реагирующий орган выполнен в виде оптронной пары, светодиод которой включен согласно с магнитодиодом и эашунтирован вновь введенным низкочастотным фильтром и через переменный резистор соединен со вторым выводом фазовращателя, причем фотодиод оптронной пары включен в цепь питания отключающей катушки автоматического выключателя, а вновь введенная цепь контроля исправности установлена в окне магнитопровода и соединена с указанным генератором через высокочастотный фильтр.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Швейцарии Р 532856, кл. Н 02 Н 3/08, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

9 558341, кл. Н 02 Н 3/16, 1977.

792436

Фиг. 2 а zi

Рие. Ф

Составитель Л.Васькова

Редактор З.Ходакова Техред И.Верес Корректор М.Коста

Заказ 9592/57 Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4