Устройство для защиты от замыкания фазы на землю в сети переменного тока с изолированной нейтралью

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалнстических

Республик

<о985876 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 230681 (21) 3306257/24-07 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Опубликовано 30.1232„Бюллетень М 48

Р М Кд з

Н 02 Н 3/16

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (33) УДК 621. 316. .925(088.8) Дата опубликования описания 30-12.82 (72) Авторы изобретения

>Ъ к ° >

Восточный научно-исследовательский инстит т " :-- - ."А по безопасности работ в горной промышленности -==-, f

В.О. Жидков, tO.H. Ильин, Л.A. Плащанския и A.Â. Полозков (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ЗАЦИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЯ ФАЗЫ

НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

С ИЗОЛИРОВАННОИ НЕИТРАЛЬЮ

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты от замыканий на землю и поражения. электротоком в трехфаэных электрических сетях с изолированной нейтралью.

Известно устройство для определения замкнувшейся на землю фазы в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, в котором поврежденную фазу выявляют по результату сравнения напряжений фаэ сети относйтельно земли с напряжениями, пропорциональными линейным напряжениям этой же сети. Этим обеспечивают изменяемую в зависимости от> напряжения сети пороговую величину срабатывания, что позволяет в принципе резко повысить чувствительность определения поврежденной фазы (1).

Недостатками известного устройства являются невысокое быстродействие, обусловленное необходимостью выпрямления с последующим оглаживанием сравниваемых напряжений (фаэных с линейными), сдвинутых между собой по фазе; а также низкая чувствительность, связанная с использованием в качестве сравниваемой величины естественных значений фаэных напряжений сети.

- Наиболее близким к изобретению является устройство для защиты от заьыкания на землю, содержащее фильтр напряжения нулевой последовательности, блок формирования дополнительного напряжения, пропорционального по модулю напряжению нулевой последовательности и развернутого относительно него на определенный угол, блок суммирования дополнительного напряженияс напряжениями фаз сети относительно земли, по числу фаз пороговые элементы сравнения суммарных напряжений с уставкой срабатывания, эа которую принято напряжение, превьааающее амплитуду номинального фазного напряжения в 1,5-1,7 раза, логический блок и исполнительные элементы. устройство имеет зону чувствительности по величине переходного сопротивления в месте заьыкания до 3000 Ом и быстродействие не вьые 15-25 мс (2g..

Однако это устройство характеризуется значительным временем срабатывания, обусловленным использованием в блоках формирования дополнительного напряжения и суммированием его с фаэными напряжениями элементов с большими постоянными времени (магнитные системы, цепочки R-С с большими

985876

65 ние равно нулю. емкостями и т.д.), а также временем нарастания результирующего напряжения до амплитудного значения, на котором идет сравнение с уставной срабатывания, и,.кроме того, изменением зоны чувствительности при колебании напряжения сети от номинального значения, что обусловлено неизменным напряженнем срабатывания пороговых

Элементов сравнения. Описанные выше недостатки затрудняют эффективное ис. полйэование устройства в схемах защиты от поражения током методом защитного шунтирования.

Цель изобретения — повышение чувствительности и быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты от заМыкания фазы на землю в сети переменного тока с изолированной нейтралью, содержащее фильтр напряжения нулевой последовательности, подключенный выходом к входу блока формирования дополнительного напряжения, а также для,каждой фазы последовательно соединенные измерительный датчик фазного напряжения, сумматор, блок сравнения и выходной пороговый элемент, причем выходы всех выходных пороговых элементов подключены к входам логического блока, выходы которого подключены к фазным исполнительным органам, а вторые входы всех сумматоров подключены к выходу указанного блока формирования дополнительного напряжения, введены разделительные диоды и по числу фаз двухполупериодные ограничители длительности . сравнения, подключенные через разделительные диоды между выходами соответствующих измерительных датчиков фазного напряжения и,блокирующими входами блоков сравнения, выполнейных также двухполупериодными, причем вторые входы блоков сравнения подключены к входам соответствующих двухполупериодных ограничителей длительности сравнения, а логический блок реализует логические операции в соответствии с выражениями вида

Лд Х4Х х w =x„ 8> э

\ где УА,УВ,Ус — выходные фазные сигналы логического блока, X,Х,X — входные фазные сигналы логического блока.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 диаграммы1напряжений, поясняющие его работу.

Устройство содержит измерительные датчики фазных напряжений VA,U,0с (на фиг. 1 показаны только их выхо.ды}, блок 1 формирования дополнительного напряжения Up, включающего в себя дифференцирующую цепочку (конденсатор 2 и резистор 3) и операционный усилитель-ограничитель 4.Блок

1 подключен входом к фильтру 5 напряжения нулевой последовательности, а выходом - к входам сумматоров 6-8, формирующих результирующие напряжения U> посредством суммирования дополнительного напряжения U с напря3 жениями фаз сети относительно земли.

Выходы сумматоров 6-8 подключены к входам двухполунериодных блоков 9-11

15 сравнения. Каждый из блоков 9-11 сравнения включает два однополярных сравнивающих сумматора 12 и 13 мгновенных значений напряжений, сравнивающих по модулю результирующие напряжения Ug с фазными и разделительные диоды 14-17. К блокирующим входам блоков 9-11 сравнения подключены ограничители длительности 18-20 сравнения накладывающих запрет на сравнение сумматорами 12 и 13 сигналов в зоне наибольших возможных угловых погрешностей, возникающих в результате искусственного формирования напряжения

Uy, а также при малых значениях ос30 таточного напряжения (на поврежденной фазе) при переходных сопротивлениях замыкания, близких к нулю. Выходы сумматоров 12 и 13 подключены к выходным пороговым элементам 21-23, обеспечивающим отстройку устройства от напряжения естественного -смещения нейтрали. Ограничители 18-20 длительности сравнения подключены к измерительным датчикам фаэного напряжения через разделительные диоды 24-29.

Выходы сравнивающих сумматоров 12 и 13 через диоды 16 и 17 подключены к соответствующим входам выходного порогового элемента 21, выход которого присоединен к входу логического

45 блока 30, а выходы последнего подключены к входам фазных исполнительных элементов 31-33, соответствующих фазам А,В,С. Для Однозначного выбора поврежденной фазы по двум неповрежденным логический блок 30 реализует операции

Х Х Х;. 98= 5АХ Х ; с=)(Д" Э "с, где Х,ХВ,Х - входные фазные сигналы логического блока, .

У,УВ,У вЂ” выходные фазные сигналы логического блока.

В исходном состоянии (сеть не повреждена) на входе блока 1 формирова-ния напряжение нулевой последователь"ности отсутствует, следовательно, и на его выходе дополнительное напряже985876

К входам сумматоров 6-8 оказываются приложенными только фазные напряжения сети, поэтому результирующие напряжения на их выходах равны по модулю напряжениям фаз сети. При этом потенциа иа инвертиру щих входах 5 сравнивающих сумматоров 12 и 13 будут равны нулю, следовательно, токи на из выходах отсутствуют, выходной пороговый элемент 21 закрыт, управляющие сигналы на входы логического блока 30 не поступают, и исполнительные элементы 31-33 не возбуждены.

При возникновении замыкания на .землю (например при повреждении фазы A) в сети появляется напряжение 35 нулевой последовательности, которое через фильтр 5 напряжения нулевой последовательности оказывается приложенным к входу блока 1.,учитывая,что ток замыкания на землю опережает на

90 напряжение нулевой последователь ности, ток, проходящий через дифферен. цирующую цепочку, вследствие подбора определенных значений емкости конден-.сатора 2 и сопротивления резистора 3 25 опережает напряжение на угол, близкий к

90 и,таким образом, оказывается совпадающим но фазе с током замыкания на зем)тю. Поэтому напряжение на входе усилителя-ограничителя 4 будет совпадать по Фазе, с током замыкания на землю.

Напряжения 0>z U оказываются од новременно приложенными к входам сумматоров 6-8, вследствие чего на их входах появляются результирующие напряжения U с мгновенными значениями суммы 0 и U . Причем во всем диапазоне возможных значений сопротивлений в месте замыкания и при любом моменте замыкания мгновенные значения результирующих напряжений неповрежденных фаз, т.е. 07&,UXc превышают по модулю фазные напряжения

0 и 0 в течение большей части полупериода. Результирующее же напряже- 45 ние поврежденной фазы 01дна протяжении практически всей части полупериода имеет модуль меньший, чем у оста-точного напряжения фазы А.

Напряжение, пропорциональное U A, прикладывается через диоды 14 и 15 к инвертирующим входам сравнивающих сумматоров 12 и 13. Одновременно к ним прикладывается напряжение относительно земли этой же Фазы 0А . Так как модуль +As течение всего полупериода меньше модуля UA, то сумматоры 12 и 13 не будут реагировать на появление указанных сигналов (положительных потенциалов) на инвертирую- 60 щих входах.

На фазах В и С (неповрежденных) модулй мгновенных значений напряжений у в течение части периода превы-лл -ъС шают модули мгновенных значений на- 65 пряжений 0в и 0С . Поэтому сумматоры

12 и 13 в блоках 10 и 11 сравнения будут в эти части периода реагировать на появление на инвертирующих входах напряжений 0 и 0>, U+ и 0 .и, следовательно, выходные пороговые элементы 22 и 23 пропустят сигналы

Х> и Хо на входы логическоь блока

30. Логический блой 30, предварительно запомнив информацию, реализуеъ функцию У = Хд-X>- X, т.е. по двум входным сигналам Х и Хс определяет поврежденную фазу А и выдает команду на срабатывание исполнительного элемента 31, соответствующего поврежденной фазе.

Устройство работает аналогичным образом при заьыкании на землю Фаз

ВиС.

В случае, если замыкание происходит через малое (близкое к нулю) переходное сопротивление, результирующее напряжение на поврежденной фазе может превысить остаточное напряжение на этой фазе. Для исключения ложной работы устройства при таком режиме замыкания ограничитель 18 длительности сравнения блокирует работу сумматоров 12 и 13 на этой фазе посредством настройки порогов на величину, примерно равную дополнительному ,напряжению.

Таким образом, использование устройства позволяет повысить электробезопасность при эксплуатации установок угольных разрезов и шахт, а также горных предприятий других отраслей промьваленности.

Формула изобретения

Устройство для защиты от заьыкания фазы на землю в сети переменного тока с изолированной нейтралью, содержащее фильтр напряжения нулевой последовательности, подключенный выходом к входу блока формирования дополнительного напряжения, а также для-каждой Фазы последовательно соединенные измерительный датчик Фазного напряжения, сумматор, блок сравнения и выходной пороговый элемент, причем выходы всех выходных пороговых элементов подключены к входам логичес» кого блока, выходы которого подключены к фазным исполнительным органам,а вторые входы всех сувматоров подключены к выходу указанного блока Формирования дополнительного напряжения, о т л и ч а ю щ. е е с я тем, что, с целью повьааения чувствительности и быстродействия, введены разделительные диоды и по числу фаз двухполупериодные ограничители длительности сравнения, подключенные через разделительные диоды между выходами соответствующих измерительных датчиков

985876 фазного напряжения и блокирующими входами блоков сравнения, выполненных также двухполупериодными, причем вторые входы блоков:сравнения подключены к вйодам.соответствующих двухнолупериодных ограничителей длительности

5 сравнения, а логический блок реализует логические операции в соответствии с выражениями вида

УА-2А ХВХс, В- Л ЬХС, Ус=ХАКВКС, 10 где у,у,у - выходные фаэные сигналы логического блока;

Х,Ха,Хс — входные фазные сигналы логического блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе т.

1. Коваленко И.И. Зашита от поражения электрическим током s шахтных участконых сетях. - "Безопасность труда в промышленности", 1978, 9 12, с. 47-48.

2. Авторское свидетельство СССР 9 744819, кл. Н 02 Н 3/16, 1978.

985876

О Рая (па3режденноЯ) р Щ7.Й7 (июо8реюбеюно

ФЬж 3

Р г а/аеэ Фжю)

Составитель Ю. Барабанов

Редактор A. Огар Техред М.Тепер Корректор Н.Буряк

Заказ 1017б/73 Тираж бб9 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектиа, 4