Устройство для направленной защитынулевой последовательности ot замы-кания ha землю b сети c изолирован-ной нейтралью

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К .АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнн

Социалистических реснублнк ()))817840 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 05.01.79 (21) 2707960/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл 3

Н02Н 3/16 тееудерстеенный кемнтет

СССР ее делан наебретеннй н еткрытнй (53) УДК 621.316. .925 (088.8) Опубликовано 30.03.81. Бюллетень № 12

Дата опубликования описания 10.04.81

Ф. А. Айдаров, В. Н. Савицкий и В. М. Кис чи

"- l (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ НУЛЕВОЙ

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ

С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛ ЬЮ

Изобретение относится к горной электротехнике и в частности, к одному из ее разделов — защите направленного действия при однофазных замыканиях на землю.

Особенностью электроснабжения потребителей горнодобывающих предприятий является их большая разветвленность и большое количество ответственных потребителей первой категории, остановка которых ведет либо к большим материальным потерям, либо к возникновению аварий (например, за-, топлению выработок водой или загазовыванию). Это предъявляет высокие требования к надежности электроснабжения, которая во многом зависит от релейной защиты.

Поэтому защиты при замыканиях на землю в сетях горнодобывающих предприятий дол- 1у жны в первую очередь обладать высокой устойчивостью.

Известны устройства защиты при однофазных замыканиях на землю, например устройство с импульсным реле направления мощности. Оно содержит датчики тока и напряжения нулевой последовательности и исполнительный орган. Благодаря наличию двух триггеров один из которых управляет исполнительным органом, а другой блокирует первый, подключенных к выходу фазосравнивающего элемента на диодах, собранного по кольцевой схеме, устройство четко различает направление первых импульсов тока и напряжения нулевой последовательности от последующих и довольно точно определяет поврежденный участок в сложных схемах электроснабжения с компенсированной нейтралью (11.

Однако в связи с тем, что в его основу положено сравнение параметров, имеющих место только в начальный период переходного процесса первого импульса, недостатком его является невысокая помехозащищенность при коммутациях нагрузок, грозовых разрядах, и т. п. Поэтому в таких режимах защита выдает ложную информацию, в связи с чем применяется, в основном как устройство сигнализации при замыканиях фазы сети на землю и не находит повсеместного распространения.

Известно другое устройство селективной защиты при замыканиях на землю, которое содержит фазочувствительный усилитель

817840

25 нико-экономические показатели отрасли.

Происходит это потому, что после устранения однофазного повреждения оставшаяся заряженной емкость сети начинает разряжаться через установленные в сети трансформаторы напряжения нулевой последователь- зо ности, в результате чего на их вторичных обмотках индуктируется напряжение, которое имеет колебательный характер со снижающейся частотой. В токовом канале устройства защиты имеется высокодобротный резонансный фильтр, который после снятия входного сигнала продолжает вырабатывать затухающие колебания частотой 50 Гц.

Ч аким образом, после устранения однофазного повреждения в сети фазочувствительными усилителями, установленными в не-4

55 на транзисторах, вход которого подключен к, трансформатору тока нулевой последовательности и исполнительный орган, подключенный одним своим выводом к конденсатору и одновременно к средней точке обмотки автотрансформатора, соединенного с трансформатором напряжения нулевой последовательности.

Благодаря тому, что в основу работы этого устройства положено сравнение направлений токов и напряжений нулевой последовательности в установившемся режиме, оно более устойчиво при грозовых и коммутационных переходных процессах, происходящих в сетях и селективно обнаруживает глухие замыкания фазы сети на землю и замыкания через переходные сопротивления

-при достаточно высоком быстродействии.

Поэтому устройство нашло более широкое распространение в сетях с изолированной нейтралью напряжением 6 — 10 кВ (2) .

Однако при самоустранении однофазных повреждений, либо их устранения посредством выключателя, на который воздействует защита, устройство защиты работают неусточиво, в результате чего наблюдаются слу-. чаи массового неоправданного отключения нескольких потребителей, что снижает техповрежденных ответвлениях, сравниаются сигналы сначала 50 Гц, а затем все более разных частот. Разумеется, наступает такой момент, когда направление одного из полупериодов напряжения нулевой последовательности, частота которого находится в диапазоне 50 — 10 Гц, может совпасть с направлением сигнала, вырабатываемого продолжающим колебаться резонансным фильтром. Этого оказывается достаточно для того, чтобы после правильного обнаружения и устранения повреждения произошло ложное срабатывание защит, установленных в соседних ответвлениях.

Цель изобретения — повышение надежности функционирования защиты направленного действия.

Эта цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем последователь5

1О

15 но соединенные трансформатор тока нулевой последовательности, фазочувствительный усилитель, выполненный на транзисторах, автотрансформатор и трансформатор напряжения нулевоей последовательности, исполнительный орган, соединенный своим первым выводом с конденсатором и со средней точкой автотрансформатора, введен дополнительно треугольник сопротивлений, а фазочувствительный усилитель на транзисторах выполнен в виде фазочувствительного усилителя-выпрямителя, причем первое плечо упомянутого треугольника сопротивлений выполнено в виде резистора, включенного между вторым выводом исполнительного органа и. коденсатором, зашунтированным диодом, второе плечо треугольника сопротивлений выполнено в виде второго диода, включенного согласно с указанным шунтирующим диодом и подсоединенного между выходом фазочувствительного усилия — выпрямителя и вторым выводом. исполнительного органа, третье плечо треугольника сопротивлений выполнено в виде параллельно соединенных вновь введенного конденсатора и третьего диода, включенного между выходом. фазочувствительного усилителя— выпрямителя и шунтирующим диодом, встречно с последним.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого устройства защиты при однофазных замыканиях на землю.

Устройство содержит трансформатор 1 тока нулевой последовательности (ТТНП), фазочувствительный усилитель на транзисторах 2 и 3, автотрансформатор 4, трансформатор 5 напряжения нулевой последовательности (ТННП), треугольник сопротивлений, одно из плеч которого составлено из конденсатора 6 и диода 7, другое— из диода 8, третье — из резистора 9. Кроме того, устройство содержит конденсатор

10, зашунтированный третьим диодом 11 и исполнительный орган 12.

Из схемы видно, что фазочувствительный усилитель (ФЧУ) на транзисторах 2 и 3 выполнен по одной из известных схем с выходом так называемого двуполярного действия, т. е. его выходное напряжение может действовать в одном из двух направлений: положительном или отрицательном, в зависимости от того, совпадают или сдвинуты на 180 сравниваемые сигналы и через усилитель переменного тока подключен к

ТТНП вЂ” 1. Кроме того, фазочувствительный усилитель с выходом двуполярного действия нагружен треугольником сопротивлений, первое плечо которого состоящее из резистора 9, включено между исполнительным органом 12 и конденсатором 10, зашунтированным диодом 11, второе плечо, состоящее из диода 8, направленного согласно с диодом 11, подключено между выходом фазочувствительного усилителя и исполнитель817840 ным органом 12, а третье плечо, образованное из конденсатора 6, зашунтированного диодом, направленным встречно обоим указанным диодам 8 и 11, автоматически оказывается подключенным между фазочувствительным усилителем и конденсатором 10, который зашунтирован диодом 11.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии в сети однофазных повреждений на выходе ТТНП вЂ” 1 -и ТННП-5 сигналы отсутствуют, в результате чего сигнал на выходе фазочувствительного усилителя ФЧУ отсутствует, а исполнительный орган 12 находится в обесточенном состоянии.

При возникновении в сети однофазного замыкания на землю глухое замыкание, либо замыкание переходное сопротивление с выхода. ТТНП вЂ” 1 и ТННП вЂ” 5 поступают синусоидальные сигналы, пропорциональные току и напряжению нулевой последовательности. В устройстве защиты, установленном в поврежденном ответвлении сети, преобразованный усилителем переменого тока сигнал с ТТНП вЂ” 1 совпадает по фазе с сигналом, ггоступающим с ТННП вЂ” 5, а в устройствах защиты, установленных в неповрежденных ответвлениях сети, находится в противофазе (при условно принятых

25 направляниях). В первом случае ток проходит по двум цепям: одна из них — средняя точка автотрансформатора 4, исполнительный орган 12, другая — средняя точка автотрансформатора 4, диод ll, резистор 9. Да- зо лее эти токи сливаются в один и по пути диод 8, верхний или нижний двуполупериодный выпрямитель ФЧУ в зависимости от того, какой транзистор, 2 или 3, оказывается открытым в этот момент, возвращаются к верхней (нижней) точке автотрансформатора 4. В следующий полупериод открывается другой транзистор 3(2), а ток возвращает ся к верхней (нижней) точке автотрансформатора 4. Выбрав сопротивление резисторы

9 на порядок больше сопротивления обмотки исполнительного органа 12, добиваются

40 того, что практически весь: ток замыкается через исполнительный орган 12 и только незначительная его доля через резистор 9.

Под действием проходящего тока исполнительный орган срабатывает и выдает сигнал 45 на отключение высоковольтного выключателя. Конденсатор 6 служит для сглаживания сигнала, проходящего через исполнительный орган 12, путем разряда через конденсатор 10, исполнительный орган 12 и .диод

8 — один путь, а другой путь через резистор 5О

9 и диод 8. Так как величина резистора 9 гораздо больше сопротивления исполнительного органа 12, а емкость конденсатора 10 больше емкости конденсатора 6, то разрядный ток конденсатора 6 в основном проходит через исполнительный орган 12.

В устройствах защиты, установленных в неповрежденных ответвлениях, сигнал проходит в обратном направлении по цепи верхняя (нижняя) точка автотрансформатора 4, верхний (нижний) выпрямитель ФЧУ, открытый транзистор (2(3), диод 7, резистор

9, исполнительный орган 12, средняя точка автотрансформатора 4. При этом через исполнительный орган протекает ток, недостаточный для его срабатывания, так как он ограничен последовательно включенным резистором 9, на порядок большим сопротивления обмотки. Конденсатор 10 заряжается до максимальной величины выходного сигнала ФЧУ и остается заряженным на протяжении существования в сети однофазного повреждения.

После обнаружения и устранения аварий посредством технических средств и автоматического выключателя, либо самоустранении повреждения, конденсатор 10 начинает разряжаться по цели резистор 9, исполнительный орган 12. Ложный сигнал с фазочувствительного усилителя, который появляется спустя некоторое время в момент совпадения по направлению разрядного колебательного напряжения сети и напряжения колебаний резонансного фильтра усилителя, не проходит через исполнительный орган и не может вызвать его срабатывание так, как диод 8 оказывается закрыт разрядным блокирующим напряжением конденсатора 10 обратной ®лярности, приложенным, в основном, к резистору 9. Величина блокирующего напряжения всегда больше ложного напряжения, поступающего с фазочувствительного усилителя при устранении однофазного повреждения, так как разрядное напряжение резко снижается по амплитуде в первый же после отключения аварии полупериод, а следовательно, и величина ложного сигнала меньше блокирующего напряжения.

Время разряда блокирующей цепи конденсатор 10 — резистор 9, выбрано в несколько сот миллисекунд, что превышает длительность переходного процесса при устраннении однофазного повреждения в сети.

Устройство позволяет повысить устойчивость защит при однофазных замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью

Формула изобретения

Устройство для направленной защиты нулевой последовательности от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее последовательно соединенные трансформатор тока нулевой последовательности, фазочувствительный усилитель, выполненный на транзисторах, автотрансформатор и трансформатор напряжения нулевой последовательности, исполнительный орган, соединенный своим первым выводом с конденсатором и со средней точкой автотран817840

Составитель О. Лисицын

Редактор А. Власенко Техред А. Бойкас Корректор Л. Иван

Заказ 1442/71 Тираж 675 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб.; д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 сформатора, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности функционирования, введен дополнительно треугольник сопротивлений, а фазочувствительный усилитель на транзисторах выполнен в виде фазочувствительного усилителя-выпрямителя, причем s первое плечо упомянутого треугольника сопротивлений выполнено в виде резистора, включенного между вторым выводом исполнительного органа и конденсатором, зашунтированным диодом, второе плечо треугольника сопротивлений выполнено в виде второго диода, включенного согласно с указанным шунтирующим диодом и подсоединенного между выходом фазочувствительного усилителя-выпрямителя и вторым выводом исполнительного органа, третье плечо труеугольника сопротивлений выполнено в виде параллельно соединенных вновь введенного конденсатора и третьего диода, включенного между выходом фазочувствительного усилителя-выпрямителя и шунтирующим диодом, встречно с последним.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 213150, кл. Н 02 Н 3/16, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР № 172898, кл. Н 02 Н 3/16, 1965.