Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока (его варианты) Советский патент 1983 года по МПК H02H3/16 

блокировки, подключенный к трансформатору напряжения сети, и блок выдержки времени, канал преобразования, на пряжения, включающий последовательно соединеьлые блок преобразования сигнала, подключенный к трансформатору напряжениясети, ограничитель сигналов и последовательно соединенные фильтр основной частоты, формирователь прямоугольных импульсов и инвертор, выход которого подключен к первому входу фазочувствительного блока, канал преобразования тока нулевой последовательности, включающий последовательно соединенные ограничитель сигналов, подключенный к трансформатору тока нулевой последовательности , фильтр основной частоты и формирователь прямоугольных импульсов, выход которого подключен к второму входу фазочувствительного блока, выход последнего подключен к выходному блоку, содержащему последовательно соединенные логический элемент

И, первый преобразователь импульсов в логический сигнал, релейный усилитель с заданной уставкой и исполнительный орган, причем второй вход логического элемента И подключен к выходу блока выдержки времени, о тли чающееся тем, что, с целью повышения надежности и селективности, в него введены фазовращающий блок, включенный между ограничителем, сигналов и фильтром основной частоты;

.канала преобразования напряжения,

;усилитель, компаратор, второй преобразователь импульсов в логический сигнал и блок задания уставки, причем выход фильтра основйой частоты

.канала преобразования тока нулевой последовательности через последовательно соединенные усилитель,

:кс и1аратор и второй преобразователь импульсов в логический сигнал подключен к третьему входу логического эле мента Н, а второй вход компаратора подключен к блоку задания уставки.

1. Устройство для защиты от одноФазного замыкания-на землю вэлектрической сети переменного тока, содержащее последовательно соединенные орган блокировки, подключенный к трансформатору напряжения сети, и блок выдержки времени, блок преобразования сигнала, подключенный к трансформатору напряжения сети, последовательно соединенные первый фильтр основной частоты, первый формирователь прямоугольных импульсов, инвер-1 ; тор, выход которого подключен к первому входу фазочувствительного блока, и первый преобразователь импуль- . сов в логический сигнал, последовательно соединенные второй фильтр ос новной частоты, второй формирователь прямоугольных импульсов, выход кото- , , рого подключен к второму входу фазочувствительного блока, ограничители 1 сигналов, подключенные к трансформа-, тору тока нулевой последовательности каждого защищаемого присоединения, а также исполнительный орган, о тли чающееся тем, что, с целью повышения надежности и селективности, в него введены фазовращающий блок, включенный между блоком преобразования сигнала и первым фильтром основной частоты, ключи, соединенные с выходами соответствующих ограничителей сигналов, а также логический блок на каждоезащищаемое присоединение, выход которого подключен к соответствующему исполнительному ор-. гану, блок поиска, усилитель, компа, ратор, второй .преобразователь импульсов в логический сигнал и блок задания уставки, причем выходы ключей подключены к входу второго фильтра основной частоты, выход первого преобразователя импульсов в логический сигнал подключен к первым входам логических блоков всех заьдащаемых . присоединений, вторые входы логических блоков-подключены к выходу блока СП выдержки времени, блок поиска первым входом подключен, к выходу блока преобразования сигнала, вторые,- к выходу блока выдержки времени, а каждый выход его подключен к управляющему входу ключа и к третьему входу логического блока соответствующего защищаемого присоединения, выход второго фильтра-основной частоты через 4ib Ю , последовательно соединенные усилич тель, к

Изобретение относится к электрате нике, в частности к защите электрических сетей. Предлагаемое.устройств предназначено для работы в электрических сетях с изолированной нейтя ралью и нейтралью, заземленной через активное сопротивление. Известно устройство для защиты от за1«лканий на землю в сетях с изол рованной нейтралью, которое включает канал преобразования тока нулевой последовательности, содерх ащий после довательно соединенные блок задания уставки по току, усилитель основной частоты и формирователь прямоугольных сигналов, подключенный к первому входу фазочувствительного блока, канал преобразования напряжения нулево последовательности, содержащий после довательно соединенные фазосдвигающий блок и формирователь прямоугольных сигналов, который подключен ко второму входу фазочувствительного блока, .а также орган блокировки и последовательно соединенные блок сравнения, элемент ИЛИ, исполнительный орган 1. Недостаток устройства заключается в изменении угловой характе|)истйки при изменении величины тока однофазного замыкания на землю. Устройство автоматического обнару жения повреждений кабельных линий в сетях 6-10 кВ типа ЗЗАГ-2 содержит блок поиска и контроля, исполнительный орган, который включает в себя усилитель, элемент сравнения и выходное реле, узел автоматического регулирования усиления, а также согла сующий трансформатор и фильтр промыцленной частоты 2. Данное устройство не преднаэна ено для зсшшты от однофазных замыканий на землю. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для защиты от однофазного, замыкания на землю в сетях с изолированнойнейтралью, включающее кансШ преобразования напрягжения i нулевой последовательности, содержащий последовательно соединенные блокi задания базового сигнала, делитель, фильтр основной частоты, формирователь прямоугольных ампульсов, инвертор, подклеенный к первому входу i фазочувствительного блока, канал преобразования тока нулевой последова- j тельности, содержащий последователь-i но соединенные делитель, фильтр .ос- ; новной частоты, формирователь прямоугольных импульсов, подключенный ко второму входу фазочувствнтельного блока, выходной блок, содержащий первый логический элемент И, первый фильтр постоянной составляющей, релейный усилитель с заданной уставкой и исполнительный орган, а также второй логический элемент И, второй фильтр постоянной составляющей и блок задания уставки C3J, Недостаток устройства заключается в возможности ложного срабатывания

при собственных токах защищаемых присоединений, маньишх тока минимальной чувствительности.

Цель изобретения - повьлшеиие надежности и селективности действия защиты.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока, соя-: держащее последовательно соединейные орган блокировки, подключенный трансформатору напряжения сети, и .блок выдержки времени, блок преобразования сигнала, подключенный к трансформатору напряжения сети, последовательно соединенные первый фильтр основной частоты, формирователь прямоугольных импульсов, инвертор, выход которого подключен к первому входу фазочувствительного блока, и первый преобразователь импульсов в логический сигнал, последовательно соединенные второй фильтр

. основной частоты, второй формироват те ль прямоугольных импульсов, выхЬ;( которого подключен ко второму входу фазочувствительного блока, ограничители сигналов. Подключенные, к транс.форматору тока нулевой последовательности каждого защищаемого присоединения, а также исполнительный орган,

введены фазоврахоакиций блок, включенный между блоком, преобразовайия сц viajia и первым фильтром основной частоты, ключи, соединенные с выходами соответствующих ограничителей сигналов, а также логический блок на каждое защищаемое присоединение, вЫ-/ ход которого подключен к соответст исполнительному органу, блок поиска, усилитель, компаратор второй преобразователь импульсов в логический сигнал и блок задания уставки, причем выходы ключей подключены ко входу второго фильтра оснойной частоты,, выход первого преобра:- зователя импульсов в логич:еский сигнал подключен :к первым входам лог$1ческих блоков всех защищаемых приг соединений, вторые входы логических блоков подключены к выходу блока выдержки времени, блок поиска пе|раыи входом подключен к выходу блока . преобразования сигнала, вторым - к выходу блока выдержки времени, а каждый выход его подключен к управляющему входу ключа и к третьему входу логического блока соответсгвующего защищаемого присоединения, .вь«ход второго фильтра основной частоты через прследов тельно соединенные усилитель, компаратор и второй преобразователь импульсов в логический сигнал подключен к четвертым входгш логических блоков всех защшцаемьос. присоединений, второй вход компара,тора подключен к блоку задания устадки.

При этом логический блок { схема fc coдepжит последовательно .соединенные логический элемент И-НЕ и R5 --rpi rгер, приггем три входа логического элемента И-НЕ и второй вход RS-триг гера подключены к соответствующим ;входам блока, а один из выходов R5триггера - к выходу блока.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства

0 защиты, 1-й вариант.; ria фиг. 2 - то же 2-й вариант.

К трансформатору 1 напряжения нулевой последовательности сети подключены, последовательно соединенные

5 орган блокировки 2 и блок выдержки времени 3 и последовательно соединенные блОк преобразования сигнала 4, фазовращающий блок 5, первый фильтр основной частоты б, первый формирователь прямоугольных импульсов 7

0 и инвертор 8. К трансформатору 9 тока нулевой последовательности каждого защищаемого присоединения подключены соответственно последовательно соединенные ограничитель сигналов 10

5 и ключ 11. исходы последних подключены ко входу второго фильтра основной частоты 12, последовательно соединенного со вторым формирователем прямоугольных, импульсов 13, фа0зочувствительным блоком 14 и первым преобразователем импульсов в логи;ческий сигнал 15, выход которого подключен к перзъгм входам логических блоков 16, каждого,защищаемого при5|Соединения, последовательно соединенного с соответствующим исполнительным органом 17. Вторые входы логических блоков 16 всех защищаемых присоединений подключены к выходу блока выдержки времени 3« Блок поис0ка 18 первым входом подключен к выходу блока преобразования сигнала 4, BTopfciM к.выходу блока вьщержки времени 3, а каждый выход его подключен только к управляймдему входу клю5ча 11 и к третьему входу логического блока 16 соответствующего згодищаемОго присоединения. Выход второго фильтра основной частоты 12 через последо- . вательно соединенные усилитель 19,

0 :компаратор 20 и второй преобразователь импульсов в логический сигнал 21 подключен к четвертсму входу логических блоков 16 всех защищаемых присоединений. Второй вход компаратора 20

5 по;цключен к блоку задания уставки 22. Логический блок 16 содержит последовательно соединенные логический злемент И-НЕ 23 и R5-триггер 24. Три входа логического элемента И-НЕ 23

0 и второй вход RS-триггера 24 подключены к соответствующим входам- блока, а один из вькодов .R5 -триггера 24 -г к выходу блока.

: -Блок преобразования сигнала 4 представляет емкостно-активную схе5му, предназначенную для формиррвания сигнала необходимой амплитуды и фазы В целях упрощения конструкт ного решения возможен вариант испол нения блока 4 в виде активного дели теля. Ограничители сигналов 10 защи щают схему от бросков тока, возника щих, .У пример, во время переходных процессов, Фазовращающий блок 5 пре назначен для коррекции фазы сигнала поступающего на фильтр основной час тоты б. В нормальном режиме сети напряжение нулевой последовательности /Up .и токи нулевой последовательности Э и др. защищаемых присоединений бли ки к нулю. На выходе блока выдержки времени 3, фазочувствительного блок 14 также будут нулевые сигналы-и ид полнительные органы 17 защищаегФис присоединений находятся в исходном состоянии. При однофазном згииыкании на. землю напряжение U, резко возрастает. Орган .блокировки 2 при этом срабатывает и блок выдержки времени 3 с выдержкой времени разрешение логическую единицу )на логические блоки 16 всех защищаемых присоединений. Благодаря блокам 2 и 3 обеспечивается отстройка от .переходных процессов, т.е. устройство защиты работает во время установившегося пр оцесса при однофазных замыканиях на землю. Блок 3 также разрешает работу блока поиска 18, на другой вход которого поступает сигнал, синхронизирутоций его ;работу с частотой сети. Блок поиска 18 по, очередно зам акает ключи 11 и временно разрешает работу соответст вующих логических блоков 1В защищае мых пр1Исоединений. При собственных токах защищаемых присоединений, меньших тока минимальной чувствител ности о сигнал на выходе второго преобразоват еля импульсов в логичес кий сигнал 21 равен логическому нулю, которой запрещает работу логических блоков 16 соответствующих защищаемых присоединений. Введение блоков 19-22 позволяет повысит-ь помехоустойчивость и селективность действия устройства защиты. При отсутствии их и токах отходящих линий меньшихJ .на выходе формирователя .прямоугольных импульсов 13 сигнал 0 отличен от прямоугольных импульсов и-это может привести к срабатыванию исполнительных органов защиты соответствующих неповрежденных присоединений. Пусть замыкание на землю происходит вне группы защищаемых присоединений (.например на другой подстан ции), тогда сигнал Ц поступающий от инвертора 8 на один вход фазочув ствительного блока 14, сдвигается .примерно на 180 эл.град по отношению к другому сигналу U (Поступающему со второго формирователя 13 прямоугольных импульсов на другой вход фазочувствительного блока 14. На выходе последнего находится нулевой сигнал, либо появляются узкие прямо- « угольные импульсы, а на выходе первого преобразователя импульсов 15 сигнал равен логическому нулю. Исполнительные органы 17 защищаемых присоединений не реагируют. При замыкании на землю на-одном из защищаемых присоединений,.напри- i мер на А, ток нулевой последователь ности Эр изменяет направление на 180 эл.град. Блок поиска 18 за время одного цикла замыкает ключ Ц на время .41 , равное нескольким перио- , дам промышленной частоты. Иа выходе фазочувствительного блока 14 появляютсй прямоугольные импульсы, близкие к меандру, которые преобразуются В: логическую единицу первым преобразователем импульсов 15. При этом j, переключается логический блок 16 и подает сигнал на исполнительный орган 17, который отключает згиаищаемое присоединение. В течение замыка-; ния на землю блок поиска 18 непрерыв но работает в циклическом режиме переключения, осуществляя автоматический поиск неисправной линии. После ; ликвидации замыкания на землю напряжение UQстановится близким к нулю , и выходной сигнал блока выдержки вре- мени 3, равный логическому нулю, обеспечивает возврат логического блока 16 н исходное состояние.: Применение данного устройства увеличивает надежность и быстроту опре- деления поврежденной линии и Сокраща-i ет простои оборудования.. Второй вариант устройства для защИ1 ты от однофазного замыкания на землю в электрической сети перэи енн6го тока содержит последовательно соединенные орган блокировки, подключенный к трансформатору нащ яження сети, и блок выдержки времени, канал преобразования напряжения, включающий последовательно соед5шенные блок преобразования сигнала, подключенный к трансформатору напряжения сети, и ограничитель сигналов и последователвноп соединенные фильтр основной частоты, формирователь .прямоугольных импульсов и инвертор, выход которого подключен к первому входу фазочувствительного блока, канал преобразовайия тока нулевой последовательности, включающий последовательно соединенные ограничитель сигналов, подключен ный к трансформатору тока нулевой последовательности, фильтр основной частоты и формирователь прямоугольных импульсов, выход которого подключен ко второму входу фазочувствительного блока, выход последнего подключен к выходному блоку, содержащему последовательно соединенные логичес- кий элемент И, первый преобразователь импульсов в логический сигнал, релейный усилитель с заданной уставкой 5 и исполнительный орган, причем, вто-. рой вход логического элемента И под-; ключен к выходу боока выдержки времени, в него введены фазовращаю щий блок; включенный между ограничи- ТО телем сигналов и фильтром основной частоты канала преобразования напряжения, усилитель, компаратор, второй преобразователь импульсов в логический сигнал и блок задания уставки 15 причем выход фильтра основной частоты канала преобразования тока н;улевой последовательности через последовательно соединенные усилитель/, компаратор и второй преобразователь -п импульсов в, логический сигнал подключей к третьему входу логического элемента И, а второй вход компаратора подключен к блоку задания уставки.

К трансформатору напряжения 25 е нулевой последовательности подключены последовательно соединенные орган блокировки 26 и блок выдержки времени 27 и последовательно соединенные блок преобразования сигнала. 28, ограничитель сигналов 29, фазовращгиощий блок 30, фильтр основной частоты 31, формирователь прямоугольных импульсов 32 и инвертор 33. К трансформатору 34 тока нулевой последовательности подключены последов ательно соединен- 35 ные ограничитель сигналов 35, фильтр основной частоты 36, форялирователь - прямоугольных импульсов 37, фазочувствительный блок 38, логический элемент И 39/ первый преобразователь 40 импульсов в логический сигнал 40, релейный усилитель 41 и исполнитель- ный орган . Последовательно соединенные усилитель 43, компаратор 44 и второй преобразователь импульсов в логический сигнал 45 меж- ; ду фильтром основной частоты 36 и . . третьим входом логиче кого элемента. И 39. Ко второму входу компаратора 44 подключен задания уставки х 46. Вторые входы фазочувствительных блоков 38 всех защищаемых присоединений подключены к выходу инвертора 33. третьи входы логического элемента И 39 подключены к выходу блока вы- ,держки времени 27.. Блок преобразова-: ния сигнала 28 представляет емкостнрактивную схему, предназначенную для формирования сигнала необходимой амплитуды ::и фазы. С целью упрощения конструктивного решения возможен : .60 вариант исполнения блока 28 в виде активного делителя. Ограничители сигналов 29 и.35 защищают схему от бросков напряжения и тсЛа, возникаю.щих, например, во время переходных 5

процессов, фазрвращающий блок 30 предназначен для коррекции фазы сигнала, поступакяцего на фильтр основной частоты 31.

В нормальном режиме работы сети напряжение нулевой последовательности Ор и токи кулевой ттследовательности и др. защищаемых присоединений близки к нулю. На выходе блока выдержки времени 27 фазочувствительного блока 38 и логического элемента И 39 также имеются нулевые Сигналы и исполнительные органы 42 I защищаемызс присоединений находятся ;в исходном состоянии. При однофазном заглыкании на землю Напряжение D резко возрастает. Орган блокировки 26 при этом срабатывает и блок выдержки времени 27 с выдержкой времени дает разрешение ( логическую единицу) на логические элементы И 39 всех защищаемых присоединений. Благодаря блокам 26 и 27 обеспечивается iотстройка от переходных процессов, т.е. устройство защиты работаетво время установившегося процесса при однофазных замыканиях на землю. При coбcтвeнныk емкостных токах защищаемЕос присоединений/ менызих тока минимальной чувствительности.О.сигнал на выходе второго преобразователя шлпульсов в логический сигнал 45 равен логическому нулю, которой запрещает работу логических элемен:Тов И 39 защищаемых присоединений. ;При больших тгоках. на выходе блока 45 находится логическая единица, которая разрешает раббту блоков 39. Вве-i дение блоков 43-46 позволяет повы- / :сить псмйехоустойчивость и селективность действия, устройства защиты. При их отсутствии и токах отходящих линий меньших , йа выходе формирователя прямоугольных импульсов 37 сигнал Uj отличен от прямоугольных импульсов и это может привести к срабатыванию исполнительныхорганов защиты соответствующих неповрежденных присоеди;нений. в

: Пусть замыкание на землю произошло вне группы защищаемых присоедине НИИ (например на другой подстанции), тогда сигнал Li;,, поступающий от инвертора 33 на один вход фаэочувствительного блока 38, сдвигается примерно На 180 эл.град. по отнсяиению к другому сигналу (J2 поступающему с формирователя- прямоугольных импульсов 37 на другой вход фазочувствИтельного блока 38. На-.выходе последнего имеется нулевой сигнал либо появляются узкие прямоугольные импулвсы, а на вы ходе первого преобразователя импульсов в логический сигнал 40 логический Нуль. Исполнительные органы 42 защищаемых присоединений не реагируют.

При замыкании на землю на однсм из защищаемых присоединений ток нулевой последовательности изменяет направление на 180 эл.град. На выходе фазочувствительного блока 38 иоявляют ся прямоугольные импульсы, близкие к меандру, которые преобразуются в логическую единицу первым преобразователем импульсов 40 и черезрелейный усилитель 41 сигнал поступает

на исполнительный орган 44, который отключает зашлщаемое присоединение.

Устройство предназначено для защит т однофазных замыканий на землюотдельной отходящей линии, обладает высоким быст.родёйствием и селективностью.