УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ Российский патент 2003 года по МПК H01H47/18 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах защиты от однофазных замыканий на землю.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1].

Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве устройства защиты от замыканий.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее фильтр тока нулевой последовательности, фильтр напряжения нулевой последовательности, выходы которых соединены с соответствующими входами кольцевого фазочувствительного выпрямителя, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго одновибраторов, первый и второй триггеры, выпрямитель, вход которого соединен с входом фильтра напряжения нулевой последовательности, элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого триггера, вход которого соединен с первым входом второго триггера и с выходом выпрямителя, а второй вход соединен с выходом второго одновибратора, второй вход которого соединен с выходом первого одновибратора, а третий вход соединен с выходом второго триггера, выход которого соединен с третьим входом второго одновибратора, а также исполнительный элемент, вход которого соединен с выходом элемента И [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность, поскольку отсутствуют, в частности, средства начальной установки триггеров и одновибраторов, что приводит к неопределенности в срабатывании устройства.

Техническим результатом изобретения является повышение точности.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее элемент И, исполнительный элемент, вход которого соединен с выходом элемента И, кольцевой фазочувствительный выпрямитель, фильтр тока нулевой последовательности и фильтр напряжения нулевой последовательности, входы которых подключены к соответствующим цепям контроля тока и напряжения нулевых последовательностей контролируемой линии, а выходы соединены с соответствующими входами кольцевого фазочувствительного выпрямителя, первый триггер, второй триггер, выход которого соединен с первым входом элемента И, другой выпрямитель, вход которого соединен с входом фильтра напряжения нулевой последовательности, и первый и второй одновибраторы, введены первый и второй компараторы, входы которых соединены, соответственно, с выходом кольцевого фазочувствительного выпрямителя и другого выпрямителя, первый и второй элементы ИЛИ, первые входы которых соединены с выходом первого одновибратора, вход которого соединен с выводом для подключения сигнала запуска устройства, а выходы соединены с R-входами соответственно первого и второго триггеров, первый и второй формирователи импульсов, входы которых соединены с выходом первого компаратора, а выходы соединены соответственно с S-входом первого триггера, выход которого соединен со вторым входом элемента И, и со вторым входом первого элемента ИЛИ, а также третий и четвертый формирователи импульсов, входы которых соединены с выходом второго компаратора, а выходы соединены соответственно с S-входом второго триггера и со вторым входом второго элемента ИЛИ, при этом вход второго одновибратора соединен с выходом первого триггера, а выход соединен с инверсным входом элемента И.

На чертеже представлена электрическая структурная схема устройства защиты от замыканий.

Устройство защиты от замыканий содержит элемент И 1, исполнительный элемент 2, вход которого соединен с выходом элемента И 1, кольцевой фазочувствительный выпрямитель 3, фильтр 4 тока нулевой последовательности и фильтр 5 напряжения нулевой последовательности, входы которых подключены к цепям контроля соответственно тока и напряжения нулевых последовательностей контролируемой линии, а выходы соединены с соответствующими входами кольцевого фазочувствительного выпрямителя 3, первый триггер 6, второй триггер 7, выход которого соединен с первым входом элемента И 1, выпрямитель 8, вход которого соединен с входом фильтра 5 напряжения нулевой последовательности, первый одновибратор 9, первый 10 и второй 11 компараторы, входы которых соединены соответственно с выходом кольцевого фазочувствительного выпрямителя 3 и выпрямителя 8, первый 12 и второй 13 элементы ИЛИ, первые входы которых соединены с выходом одновибратора 9, вход которого через ключ соединен с выводом для подключения сигнала запуска устройства, а выходы соединены с R-входами соответственно первого 6 и второго 7 триггеров, первый 14 и второй 15 формирователи импульсов, входы которых соединены с выходом первого компаратора 10, а выходы соединены соответственно с S-входом первого триггера 6, выход которого соединен со вторым входом элемента И 1 и со вторым входом первого элемента ИЛИ 12, а также третий 16 и четвертый 17 формирователи импульсов, входы которых соединены с выходом второго компаратора 11, а выходы соединены соответственно с S-входом второго триггера 7 и со вторым входом второго элемента ИЛИ 13, и второй одновибратор 18, вход которого соединен с выходом первого триггера 6, а выход соединен с инверсным входом элемента И 1.

В качестве кольцевого фазочувствительного выпрямителя 3 может быть использован выпрямитель, представленный в [2, стр.111, рис.3.22, а]. Первый 14 и третий 16 формирователи являются формирователями короткого импульса по перепаду входного сигнала с уровня логического нуля на уровень логической единицы, а второй 15 и четвертый 17 формирователя являются формирователями короткого импульса по перепаду входного сигнала с уровня логической единицы на уровень логического нуля. Остальные блоки устройства являются также стандартными блоками электротехники.

Работает устройство защиты от замыканий следующим образом.

В цепь питания одновибратора 9 подается напряжение, в результате чего вырабатывается короткий импульсов, который, проходя через первый 12 и второй 13 элементы ИЛИ, устанавливает первый 6 и второй 7 триггеры в нулевое состояние, поэтому на выходе элемента И 1 наблюдается уровень логического нуля и исполнительный элемент 2 находится в нерабочем состоянии. После этого информационный вход фильтра 4 подключается к цепи контроля тока нулевой последовательности контролируемой линии, а информационный вход фильтра 5 и выпрямителя 8 - к цепи контроля напряжения нулевой последовательности контролируемой линии.

Сигнал напряжения нулевой последовательности промышленной частоты выпрямляется выпрямителем 8 и при его превышении порогового уровня (уровня шумов сети) второго компаратора 11 на выходе последнего происходит переход с уровня логического нуля на уровень логической единицы, по которому третий формирователь 16 вырабатывает короткий импульс, устанавливающий второй триггер 7 в единичное состояние. Поэтому срабатывание исполнительного элемента 2, приводящее к отключению поврежденной линии, произойдет только при замыканиях на землю, на что укажет переход первого триггера 6 в единичное состояние. Это производит путем фиксации знака мощности нулевой последовательности переходного процесса. Для этого ток и напряжение нулевой последовательности подаются соответственно на входы фильтра 4 и фильтра 5. Фильтры подавляют сигналы с частотой промышленной частоты и пропускают на свои выходы сигналы порядка 1 кГц и выше. Кольцевой фазочувствительный выпрямитель 3 вырабатывает сигнал, полярность которого соответствует знаку мощности. При превышении уровнем сигнала опорного уровня первого компаратора 10 на его входе происходит перепад напряжения с уровня логического нуля на уровень логической единицы, что приводит к срабатыванию первого формирователя 14 и переводу первого триггера 6 в единичное состояние. Дополнительным необходимым условием формирования уровня логической единицы на выходе элемента И 1 является превышение длительности короткого замыкания заданного временного интервала, задаваемого параметрами второго одновибратора 18. Этот одновибратор вырабатывает импульс заданной длительности при переходе сигнала на выходе первого триггера 6 с уровня логического нуля уровень логической единицы. Импульс второго одновибратора 18 подается на инверсный вход элемента И 1 и не позволяет срабатывать исполнительному элементу 2 в течение этого импульса, что позволяет устранить влияние кратковременных помех и замыканий на работу устройства.

Таким образом, предложенное устройство обладает более высокой точностью, поскольку уменьшается влияние помех, исключается влияние неопределенного состояния элементов устройства при его включении в сеть и устраняется влияние кратковременных помех и замыканий.

Источники информации
[1] Электротехнический справочник, в 4-х томах, т.2. Электротехнические изделия и устройства. Под общей редакцией В.Г. Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998 г., с.390, рис.35.10.

[2] Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с.221, рис. 7.8.

Изобретение используется в устройствах релейной защиты в качестве устройства защиты от однофазных замыканий на землю. Технический результат заключается в повышении точности. Для этого устройство содержит элемент И, исполнительный элемент, кольцевой фазочувствительный выпрямитель, фильтр тока нулевой последовательности и фильтр напряжения нулевой последовательности, два триггера, выпрямитель, два одновибратора, два компаратора, два элемента ИЛИ, четыре формирователя импульсов. 1 ил.

Устройство защиты от однофазных замыканий на землю, содержащее элемент И, исполнительный элемент, вход которого соединен с выходом элемента И, кольцевой фазочувствительный выпрямитель, фильтр тока нулевой последовательности и фильтр напряжения нулевой последовательности, входы которых подключены к соответствующим цепям контроля тока и напряжения нулевых последовательностей контролируемой линии, а выходы соединены с соответствующими входами кольцевого фазочувствительного выпрямителя, первый триггер, второй триггер, выход которого соединен с первым входом элемента И, другой выпрямитель, вход которого соединен с входом фильтра напряжения нулевой последовательности, и первый и второй одновибраторы, отличающееся тем, что введены первый и второй компараторы, входы которых соединены, соответственно, с выходом кольцевого фазочувствительного выпрямителя и другого выпрямителя, первый и второй элементы ИЛИ, первые входы которых соединены с выходом первого одновибратора, вход которого соединен с выводом для подключения сигнала запуска устройства, а выходы соединены с R-входами, соответственно, первого и второго триггеров, первый и второй формирователи импульсов, входы которых соединены с выходом первого компаратора, а выходы соединены, соответственно, с S-входом первого триггера, выход которого соединен со вторым входом элемента И, и со вторым входом первого элемента ИЛИ, а также третий и четвертый формирователи импульсов, входы которых соединены с выходом второго компаратора, а выходы соединены, соответственно, с S-входом второго триггера и со вторым входом второго элемента ИЛИ, при этом вход второго одновибратора соединен с выходом первого триггера, а выход соединен с инверсным входом элемента И.