Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью (его варианты)
Оп ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
CoIo3 Советскнк
Соцнапнстнческни республнн
Н02Н У16 9куаврстввввыв квмвтет CCCP аа девам N304twelNtt в еткрытвй (23) Прнорнтет Опублнковано 15.07.82. Бюллетень М26 Дата опублнковання опнсання 15.07.82 (33) УДК621. 316. .925(088.8) (72) Авторы нэобретення В.ф.Бухтояров и И.В.Бухтояров (7lj Заявнтель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЦИТЫ ОТ ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ (ЕГО ВАРИАНТЫ) 1о Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для защиты от замыкания на землю в сети,нейтраль которой не заземлена .. Известно устройство для защиты от замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, содержащее трансформатор напряжения нулевой последовательности (ТННП), к вторичной обмотке которого подключен пусковой орган (ПО), трансформаторы тока нулевой последовательности (ТТНП), установленные на присоединениях и подключенные через преобразователи переменного тока в пропорциональное ему выпрямленное напряжение (ПТН) с запоминающими конденсаторами к входам индикатора наибольшего напряжения (ИБН), выходы которого подключены к исполнительным органам (ИО) присоединений 1 ). Известное устройство может неселективно срабатывать от сигналов помех. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для защиты от замыкания на землю, содержащее уста" новленные на каждом присоединении ТТНП, преобразователь ток-выпрямленное напряжение с запоминающим конденсатором, подключенные к ИБН, ссединенному с ИО, ПО, связанный с ТННП своим входом, а выходом — с блоком управления двумя общими на все присоединения ключами (2). Недоста?ок известного устройства состоит, в том, что оно может неправильно работать при появлении на лабом из присоединений или на любом иэ входов устройства сигналов поме.хи, обусловленных, например, током, небаланса (иэ-за неодновременности щ замыкания контактов выключателя I присоединения и др.). 8 этом случае устройство реагирует на сигнал (при достаточной его величине), который не характеризует сумм4 ный 943960 ток замыкания на землю и фактически не является током повреждения. Целью изобретения согласно первому варианту является повышение селективности работы. Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее установленные на каждом присоединении последовательно соединенные трансформатор тока нулевой последовательности, преобразователь ток - выпрямленное напряжение с запоминающим конденсатором, подключенные ко входам индикатора наибольшего напряжения, соединенного своими выходами через элементы совпадения с соответствующими исполнительными органами, пусковой орган, вход которого подключен к трансформатору напряжения нулевой последовательности, а выход - к блоку управления двумя общими на все присоединения ключами, один из которых выполнен размыкающим, а другой - замыкающим, при этом упомянутый блок управления содержит элемент выдержки времени, снабжено одними общими на все присоединения сумматором сигналов, делителем напряжения "на два", элементом сравнения и элементом НЕ, причем своими входами сумматор сигналов подключен к выходам упомянутых преобразователе ток - выпрямленное напряжение, а выходом через упомянутый делитель напряжения - к одному из входов элемента сравнения, другой вход которого подключен к общему выходу индикатора наибольшего напряжения, выход элемента сравнения через элемент НЕ подключен к одним из входов упомянутых элементов совпадения всех присоединений. Кроме того блок управления ключами дополнен элементами ЗАПРЕТ и ИЛИ, входы которого подключены к выходам исполнительных органов, а выходк управляющему входу элемента ЗАПРЕТ, включенного между управляющими входами упомянутых ключей и выходом элемента выдержки времени, 5 1О t5 го Z5 Й 4е На фиг. 1 приведен первый вариант устройства для защиты от однофазного замыкания на землю. Устройство содержит установленные на защищаемых присоединениях и 2 ТТНП 3 и 4, ПТН 5 и 6, к выходам которого подключены ИБН 7 и суммагор 8 сигналов, элемент 9 сравнения, один вход которого подключен к общему выходу ИБН 7, а другой через делитель 10 напряжения "на два" - к выходу сумматора 8, элементы 11 и 12 совпадения, одни входы которых подключены к выходам ИБН 7, а другие входы объединены вместе и через элемент НЕ 13 подключены к выходу элемента 9 сравнения, ИО 14 и 15 с элементами ПАМЯТЬ, подключенные. к выходам элементов 11 и 12 совпадения, ПО 16, связанный с ТННП 17 своим входом, а выходом - с блоком 18 управления двумя общими на все присоединения ключами: размыкающим 19 и замыкающим 20. Преобразователи 5 и 6 ток - выпрямленное напряжение состоят из трансреакторов, выпрямителей с. запоминающими конденсаторами и разрядными резисторами. Блок 18 управления содержит weменты выдержки времени 21, ЗАПРЕТ 22 и ИЛИ 23. Входы элемента ИЛИ 23 подключены к выходам исполнительных органов 14 и 15, а выходы — к управляющему входу элемента ЗАПРЕТ 22, включенного между выходом элемента 21 выдержки времени и управляющими входами ключей 19 и 20. Устройство работает следующим образом. При отсутствии в сети однофазного замыкания на землю ключ 19 замкнут, ключ 20 разомкнут. ПО 16, ИО 14 и 15, элемент 21 выдержки времени находятся в исходном состоянии. При возникновении в сети однофазного замыкания на землю, например, на присоединении 1, на выходе вторичной обмотки ТННП 17 появляется напряжение нулевой последовательности и происходит срабатывание ПО 16, подающего сигнал на вход элемента 21 выдержки времени. ! Одновременно с этим на выходах ТТНП 3 и 4 и соответственно на запоминающих конденсаторах ПТН"5 и 6 появЛяются сигналы, по величине пропорциональные токам нулевой последовательности защищаемых присоединений. Спустя расчетную выдержку времени, достаточную для заряда конденсаторов до напряжений, соответствующих максимальным (амплитудным) значениям токов переходного процесса, элемент 21 выдержки времени срабаты943960 вает и через элемент 22 ЗАПРЕТ подается сигнал на размыкание ключа 19 и замыкание ключа 20, осуществляющих отключение запоминающих конденсаторов от выпрямителей ПТН 5 и 6 и подключение их к входам ИБН 7 и сумматора 8 сигналов. ИБН 7 и сумматор 8 сигналов могут быть выполнены на транзисторах, диодах, операционных усилителях и др. ИБН 7 выполняет две функции: выделяет наибольшее напряжение и указывает номер присоединения с наибольшим напряжением. В рассматриваемом случае таким является первое 15 присоединение, и на левом выходе ИБН 7 появляется сигнал, поступающий на один из входов элемента 11 совпадения. Сумматор 8 производит суммирование напряжений конденсато- 20 ров всех присоединений. Так как ток нулевой последовательности, протекающий через поврежденное присоединение при однофазном замыкании на землю, практически равен сумме токов нулевой последовательности всех неповрежденных при1 соединений, то на выходе сумматора 8 появляется напряжение, равное по величине удвоенному значению 30 напряжения на конденсаторе ПТН поврежденного присоединения. В то же самое время напряжение делителя 10 напряжения "на два" рав- 35 но напряжению на конденсаторе поврежденного присоединения 1 и напряжению на общем выходе ИБН 7. Сигнал на выходе элемента 9 сравнения при этом отсутствует. Вследствие этого 40 происходит срабатывание ИО 14 и отключение выключателя присоединения 1. После отключения поврежденного присоединения ПО 16 ИО 14 и элемент 21 выдержки времени возвращаются в исходное положение. Одновременно со срабатыванием ИО 14 появляется сигнал на управляю- 45 щем входе элемента ЗАПРЕТ 22 и происходит замыкание ключа 19 и размыкание ключа 20. Таким путем исключается возможность неправильного функционирования защиты в последующие моменты из-за неодинаковой скорости разряда конденсатора на поврежденном, присоединении и конденсаторов на неповрежденных присоединениях. Аналогично устройство работает при коротком замыкании на присоединении 2. При появлении на одном из присоединений сигнала помехи сколь угодно большой величины устройство в действие не приходит, так как на выходе делителя 10 напряжения присутствует \ напряжение, по величине вдвое меньшее напряжения на общем выходе ИБН В результате этого, происходит появление сигнала на выходе элемента 9 сравнения и исчезновение сигнала на выходе элемента НЕ 13. Введение в устройство сумматора напряжений всех присоединений, делителя напряжения "на два" и элемента сравнения позволяет создать помехоустойчивую и селективную защиту с высокой чувствительностью, что позволяет повысить надежность электроснабжения потребителей и безогас" ность при эксплуатации электроустановок. Схемная реализация устройства может быть осуществлена на базе типовых элементов и узлов (интегральных микросхем, герконов и т.д.). Устройство защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, выполненное согласно второму варианту, обеспечивает повышение чувствительности и селективности работы и содержит установленные на каждом присоединении последовательно соединенные трансформатор тока нулевой последовательности, преобразователь ток - выпрямленное напряжение с запоминающей ячейкой, блок сравнения, одни входы которого подключены к выходам соответствующих преобразователей ток выпрямленное напряжение, пусковой орган, подключенный своим входом к трансформатору напряжения нулевой последовательности, а выходом — ко входу блока управления, выход которого соединен с управляющим входом размыкающего ключа, связанного с упомянутыми преобразователями, исполнительные органы, s него введен также общий на все присоединения сумматор сигналов, подключенный своими входами к выходу преобразователей ток " выпрямленное напряжение, по числу присоединений, элементы ЗАПРЕТ и пороговые элементы, а блок сравнения выполнен на двухвходовых 943960 8 элементах сравнения, общее количество которых равно числу присоединений, первые входы которых объединены и через вновь введенный делитель напряжения "на дван подключены к выходу упомянутого сумматора сигналов, а вторые входы подключены к выходам соответствующих преобразователей ток - выпрямленное напряжение, выходы элементов сравнения подключены к управляющим входам упомянутых элементов ЗАПРЕТ, включенных между входами исполнительных органов и выходами пороговых элементов, входы которых обьединены с выходами преобразователей ток - выпрямленное напряжение, при этом размыкающий ключ через вновь введенный элемент ИЛИ соединен с упомянутыми преобразователями, запоминающие ячейки которых выполнены по схеме с закрытым входом, На фиг. 2 приведен второй вариант устройства для защиты от однофазного замыкания на землю. Устройство для защиты от замыкания на землю содержит llO 24 подключенный своим входом к вторичной обмотке ТННП 25, установленнь;е на присоединениях 26 и 27 последовательно соединенные ТТНП 28 и 29, ПТН 30 и 31, к выходам которых подключены входы пороговых элементов 32 и 33, сумматора 34 сигналов и одни входы блока 35 сравнения, другие входы которого через делитель 36 напряжения "на два" подключены к выходу сумматора 34, выходы блока ,35 сравнения подключены к управляю— щим входам соответствующих элементов ЗАПРЕТ 37 и 38, подключенным своими входами к выходам пороговь x элементов 32 и 33, ИО 39 и 40 с элементами памяти, подключенные к выходам элементов ЗАПРЕТ 37 и 38, блок 41 управления, вход которого подключен к выходу ПО 24, а выход - управляющему входу ключа 42, подсоединенного через элемент ИЛИ 43 к выходам выпрямителей ПТН 30 и 31. ПТН 30 и 31 включают в себя трансреакторы, выпрямители и запоминающие ячейки, выполненные по схеме с закрытым входом и состоящие из запоминающих конденсаторов, диодов и разрядных резисторов. Блок 35 сравнения выполнен на двухходовых элементах 44 и 45 срав5 55 нения. Блок 41 управления состоит из элементов выдержки времени 46 и ЗАПРЕТ 47, Устройство работает следующим образом, При отсутствии в сети однофазного замыкания на землю ПО 24, пороговые элементы 32 и 33 и ИО 39 и 40 находятся в исходном состоянии., ключ 42 замкнут. При возникновении в сети однофазного замыкания на землю, например на присоединении 26, на выходе ТННП 25 появляется напряжение нулевой последовательности, под действием которого срабатывает ПО 24, при помощи которого производится пуск элемента 46 выдержки времени и размыкание ключа 42, дешунтирующего выходы выпрямителей ПТН 30 и 31. После этого начинается процесс зарядки запоминающих конденсаторов спустя расчетную выдержку времени, достаточную для зарядки конденсаторов до напряжений, соответствующих максимальным (амплитудным) значениям токов нулевой последовательности присоединения, срабатывает элемент 46 выдержки времени и подает сигнал на управляющий вход элемента ЗАПРЕТ 47. Ключ 47 замыкается и на выходах IlTH 30 и 3 1 появляются напряжения, которые подаются одновременно на входы пороговых элементов 32 и 33, сумматор 34 сигналов, и элементы 44 и 45 сравнения. Поскольку сигналы на выходе flTH 30 и делителя 36 напряжения примерно равны, то на выходе элемента 44 сравнения и на управляющем входе элемента ЗАПРЕТ 37 сигнал не появляется, В этом случае при условии срабатывания порогового элемента 32 происходит срабатывание ИО 39 и отключение выключателя присоединения 26. Срабатывания ИО 40 не происходит даже при условии, если выходной сигнал ПТН 31 достаточен по величине для работы порогового элемента 33. Это обьясняется тем, что на входы элемента 45 сравнения подаются два не одинаковых по величине сигнала: сигнал поврежденного присоединения, являющийся наибольшим, и сигнал неповрежденного присоединения, т.е. присоединения 27, 8 результате этого, на выходе элемента 45 сравнения и соответственно на управляющем вхо943960 10 55 де элемента ЗАПРЕТ 38 появляется сигнал и ИО 40 блокируется. Таким образом, обеспечивается селективная работа устройства от бросков собственных емкостных токов. При появлении на одном из присоединений сигнала помехи, величина которой может быть сколь угодно большой, исполнительные органы устройства в действие не приходят, так как выходной сигнал делителя 36 напряжения и, следовательно, сигналы на одном из входов элементов 44 и .45 сравнения примерно в два раза меньше сигнала на каком-либо другом входе этих элементов сравнения ° При этом на всех управляющих входах элементов ЗАПРЕТ 37 и 38 присутствуют сигналы, блокирующие работу исполнительных органов. Аналогично устройство работает при замыкании на землю и при действии помехи на присоединение 27. Устройство в состоянии реагировать как на переходные, так и на установившиеся токи замыкания на землю, Оно не требует отстройки от бросков собственных токов замыкания на землю, Введение в устройство сумматора сигналов, делителя напряжения, пороговых элементов и элементов ЗАПРЕТ . по числу присоединений позволяет создать высокоселективную и чувствительную защиту от замыкания на землю, что способствует повышению надежности электроснабжения и электробеэопасности при эксплуатации электроустановок. Схемная реализация устройства может быть осуществлена на типовых элементах и узлах, выпускаемых серийно промышленностью (интегральных микросхемах, транзисторах, диодах, тиристорах, герконах и т.д.). Формула изобретения 1. Устройство для защиты от одно фазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее установленные на каждом присоединении последовательно соединенные трансформатор тока нулевой последовательности,преобразователь токвыпрямленное напряжение с запоминающим конденсатором, подключенные ко входам индикатора наибольшего напряже1S i0 ния, соединенного своими выходами через. элементы совпадения с соответствующими исполнительными органами, пусковой орган, вход которого подключен к трансформатору напряжения нулевой последовательности, а выход - к блоку управления двумя общими на все присоединения ключами, один из которых выполнен размыкающим, а другой - замыкающим, при этом упомянутый блок управления содержит элемент выдержки времени, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения селективности работы, оно снабжено одними общими на все присоединения сумматором сигналов, делителем напряжения "на два", элементом сравнения и элементом НЕ, причем своими входами сумматор сигналов подключен к выходам упомянутых преобразователей ток - выпрямленное напряжение, а выходом через упомянутый делитель напряжения — к одному из входов элемента сравнения, другой вход которого подключен к общему выходу индикатора наибольшего напряжения, выход элемента сравнения через упомянутый элемент НЕ подключен к одним из входов упомянутых элементов совпадения всех присоединений. 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления ключами дополнен элементами ЗАПРЕТ и ИЛИ, входы которого подключены к выходам исполнительных органов, а выход — к управляющему входу элемента ЗАПРЕТ, включенного между управляющими входами упомянутых ключей и выходом элемента выдержка времени. 3. Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее установленные на каждом присоединении последовательно соединенные трансформатор тока нулевой последовательности, преобразователь ток выпрямленное напряжение с запоминающей ячейкой, блок сравнения, одни входы которого подключены к выходам соответствующих преобразователей ток — выпрямленное напряжение, пусковой орган, подключенный своим входом к трансформатору напряжения нулевой последовательности, а выходом ко входу блока управления, выход которого соединен с управляющим вхо11 943960 12 дом размыкающего ключа, связанного телей ток - выпрямленное напряжение с упомянутыми преобразователями, выходы элементов сравнения подключеисполнительные органы, о т л и- ны к управляющим входам упомянутых ч а ю щ е е с я тем, что, с целью элементов ЗАПРЕТ, включенных между повышения чувствительности и селек- S входами исполнительных органов и тивности работы, в него введен общий выходами пороговых элементов, входы на все присоединения сумматор сиг- которых объединены с выходами преобналов, подключенный своими входами разователей ток - выпрямленное нак выходу упомянутых преобразовате- пряжение, при этом размыкающий ключ лей ток - выпрямленное напряжение, >о через вновь введенный элемент ИЛИ по числу присоединений, элементы соединен с упомянутыми преобразоваЗАПРЕТ и пороговые элементы, а блок телями, запоминающие ячейки которых сравнения выполнен на двухвходовых выполнены по схеме с закрытым вхоэлементах сравнения, общее количест- дом. во которых равно числу присоединений, И первые входы которых объединены Источники информации, и через вновь введенный делитель принятые во внимание при экспертизе напряжения "на два" подключены к 1 ° Авторское свидетельство СССР выходу упомянутого сумматора сигна- N 319990 кл. M 02 H 3/16, 1966. лов, а вторые входы подключены к 20 2. "Промышленная энергетика", выходам соответствующих преобразова- Ю 11, 1976, с. 38-40. Составитель Л.Васькова Редактор Л.Алексеенко Техред K. Ьцьо Корректор И. Коста Заказ 5141/68 Тираж 669 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изооретений и открытий 113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
