Устройство для защиты электроустановки от неправильного чередования фаз и асимметрии фазных напряжений Советский патент 1984 года по МПК H02H7/09 H02H3/24 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к устройствам защиты, и может быть использовано для защиты различных трехфазных электроустановок от неправильного чередования фаз и асиьда етрин фазных напряжений. Известны устройства для защиты трехфазных электроустановок от неправильного чередования фаз и асимметрии фазных напряжений, выполненные в виде комбинированного Ис-филь ра напряжений прямой, нулевой и обратной последовательностей фаз с электромагнитньам реле на выходе 511 Однако эти устройства имеют низкуэ чувствительность и надежность защиты,-так как на выходе фильтра даже при отсутствии асимметрии имеется остаточное напряжение, пропорциональное напряжению прямой послеловательности и являннцееся в данном случае помехой Щ1я выходного сигнала. Кроме того, напряжение на выходе фильтра пропорционально векторной cyiwie составлякйщх напряжения пршйюй, нулевой и обратной последовательностей фаз, а поэтому для одной и той же степени аетмметрии напряжения сети оно может изменяться от нуля до суммы модуле векторов напряжений прямой, нулевой и обратной последовательностей в зависи™ мости от их линейного и фазового со соотн синений, Известно также устройство завдаты в виде фильтра напряжений обратной последовательности фаз, к выходу ко торого подключено реле Г23. Недостатками устройства являются низкая чувствительность к асимметрии . напряжений , вызванной, например фазы у работанядего электродвигателя, и нулевая чуствительност к асимметричт режимам электрической сети, вызванным смещением нейтрали источника питания и потреби-. теля или обрывом двух фаз, так как в этих случаях асимметрия создается за счет составляющей напряжения нулевой последовательности, на кото рую устройство не реагирует. Общим недостатком названных устройств; является также и то, что в качестве порогового и исполнительного органа этих устройств применяется электромагнитное реле - элемен с большим разбросом порогов срабатывания и низкой надежностью, снижаиздими чувствительность и надежность защиты в целом, В этих устройствах защиты порог срабатывания ввиду конструктивных особенностей задается по абсолютной величине асимметричных составляющих, в то время как допустимое значение асимметрии задается по относительной ее величине к уровню контролируемого напряжения. Это сни-. жает чувствительность и надежность защиты в условиях колебания уровня напряжения и не позволяет использовать одно и то же устройство для защиты потребителей в сетях с различным номинальным значением напряжения без Перес трои к; и. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для защиты электроустановки, содержащее включенный в одну из фаз измерительный преобразователь сетевого параметра, связанный через интегратор и элемент сравнения с исполнительным органом, с которым через этот же элемент сравнения соединен фильтр напряжения обратной последовательности фаз, подключенный к фазам электрической сеТИ tS3. Известное устройство за счет совместного действия сигналов фильтра и преобразователя тока имеет более высокую чувствительность к асимметричному режиму электрической сети за исключением случая, когда асимметрия вызвана обрывом фазы, на ток которой подключен измерительный преобразователь тока,. Кроме того, устройство совершенно не реагирует на асинФ етрию напряжений,, вызванную появлением состарляющей. напряжения нулевой гюследовательности фаз и не приводящую к повышению тока в ф-азе, связанной с преобразователем тока. Такая асимметрия возможна при смещении нейтралей источника питания и потребителя или при обрыве двух фаз, одной из которых является фаза, связанная с иэмерительнЕйм преобразователем тока. Не обеспечивает устройство и отключение нагрузки по допустимому относительному уровню асимметрии контролируемого фо.зного напряжения. Целью изобретения является повышение чувствительности и надежности защиты от асимметрии напряжений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее фильтр, подключенный к фазам электрической сети, и установленный в фазе измерительный преобразователь сетевого параметра, связанные через элемент сравнения с исполнительным органом, дополнительно введен анализатор знака, включенный между элементом сравнения и исполнительным элементом, а измерительный преобразователь сетевого параметра выполнен в виде преобразователя трехфазного напряжения в ток, состоящего из катодной группы диодов, фильтр выполнен в виде комбинированного фильтра нуяевой н обратной последовательностей фаз из трех одинаковых ЯС-цепей, состоящих из последовательно соединенных конденсатора, первого и второго резисторов с отношением сопротивлений в цепи YS : 1 : и соединенных в треугольник, при этом вершины треугольника служат входами фильтра, а к точкам соединения резисторов каждой цепи присоединены катоды анодной группы диодов, аноды.которых служат выходом фильтра, элемент сравнения выполнен на конденсаторе, соединенном с нулевой шиной.

На чертеже изображена схема устройства для защиты электроустановки от неправильного чередования фаз и асимметрии фазных напряжений.

Устройство содержит фильтр 1 напряжений нулевой и обратной последовательностей фаз и измерительный преобразователь 2 фазных напряжений в ток, подключенные входамик фазам электрической сети, а выходами - к входу сумматора 3, соединенного с входом анализатора 4 знака, свяванного с управляющим входом исполнительного органа 5.

При этом .фильтр 1 напряжений ну,левой и обратной последовательностей I фаз состоит из трех одинаковых й.С-це пей 6-8 и трехфазного выпрямителя 9, пре лставленного анодной группой диодов 10-12, соединенных анодами с выходом фильтра. Каждая RC-цепь, например цепь б, состоит из последователь но соединенных конденсатора 13, резитора 14 и резистора 15, причем, если г., то и, а «л 2R. Цепи прсоединены по схеме треугольник к входам фильтра, а точки соединения резисторов каждой цепи связаны с катодами диодов 10-12.

Измерительный преобразователь 2 фазных напряжений в ток выполнен на катодной группе диодов 16-18 трехфазного выпрямителя, соединенных анодами через резисторы 19-21 с входами преобразователя, а катодами через резистор 22 с выходом.

Элемент 3 сравнения выполнен на конденсаторе 23, присоединенном одни выводом к нулевой шине, при этом другой вывод конденсатора является входом элемента сравнения.

Анализатором знака при конкретном выполнении устройства может служить, например, транзисторный усилитель 24 постоянного тока с инверсяьом выходом и с диодом 25 для разгрузки входа от сигнала обратной полярности, обес печивакиций достаточное усиление входного сигнала для срабатывания исполнительного органа - реле, контактора, магнитного или тиристорного пускателя.

Для разгрузки диодов от обратных напряжений группы диодов фильтра 1 и преобразователя 2 могут быть дополнены группами диодов противоположной полярности с присоединением общих выводов дополнительных групп к нулевой шине.

Указанное выполнение фильтра напряжений и всего устройства в целом позволяет получить на выходе фильтра сигнал в виде тока, пропорционального модулям составляющих напряжения как нулевой, так и обратной последо аательностей фаз , заведомо больший по величине сигнала, коТгорый возникает на выходе фильтра только от одной из составляющих, и произвести сравнение полученного тока с током, пропорциональным сумме модулей фазных напряжений.

В результате сравнения формируется сигнал на отключение электроустановки по допустимой относительной величине составляющих напряжения нулевой и обратной последовательностей фаз к уровню контролируемых фазных напряжений. Все это в совокупности повышает чувствительность и надежность зашиты электроустановки от асиь1метрии фазных напряжений независимо от характера ее возникновения и независимо от имеккцегося на практике общего изменения уровня фазных напряжений контролируемой сети.

(.С-цепи 6-8 служат для вьщачи сигналов тока, пропорциональных векторной сумме составляющих напряжений нулевой и обратной последовательностей фаз. Диоды 10-12 выпрямляют эти токи и вадают на выход фильра 1 суммарный ток, величина которог уже не зависит от углового соотношения векторов напряжений нулевой и обратной последовательностей фаз и пропорциональна сумме их модулей. Измерительный преобразователь 2 служит для преобразования суммы модулей фазных напряжений в пропорцибнальнай ей ток. Сумматор 3 производит сумми.рование разнонаправленных выходных токов измерительного преобразователя и фильтра, и в зависимости от их соотношения изменяет знак выходного напряжения.

Анализатор знака при изменении знака выходного напряжения сумматора выдает сигнал на исполнительный орган, котоЕнлй включает или отключает электроустановку.

Устройство работает следующим образом. .,

На выходы фильтра 1 и преобразователя 2 подается трехфазная, в общем случае неси 1мегричная система напряжений Од, UJ, Ос f которая, как известно, может быть разложена на симметричные составляющие напряжеНИИ прямой U, обратной U и нуле Ug последовательностей фаз и u,Uj,4aQ , Oe-a u aUg UQ, Oc.,,.0, где а - фазовращающий оператор, ра 1 . .. NJ кЫй - 2 -J При умножении на QL любого векто ра сохраняется его длина, но проис ходит поворот против часовой стрел ки на 120, откуда следует, что 0. В рабочем режиме потенциал вход сумматора близок к нулю. Поэтому если бы диоды 10-12 были зашунтиро завы, через шунтирующие перемычки протекали бы следующие токи В , . ЧА 1 -t- /. , „ 11 2 RiWp; т -С о-лигЗ-д ., Ua с г 2.Q (Uo-cX U2),(2J -а ib-i-R-ira- ) 2:ёГ - 5Г 2Поскольку в устройстве установлены не перемычки, а диоды, через них проходят средние значения этих токов, сумма которых, поступающая на элемент сравнения, /.практически не зависит от фазового соотношения вектороз Но и 02., так как вектора U(j и - Uij сумг-1иругатся, как следует из уравнений (2), в различной фазовой комбинации. С выхода преобразователя 2 через резистор 22 на вход элемента , сравнения поступает положительный ток, пропорциональный суммарному уровню фазных напряжений сети. Коэф фициент пропорциональности, завися щий от сопротивлений резисторов 19-22, выбирается таким, чтобы при заданном допустимом значении симмет ричных составляющих напряжения нуле вой и обратной последовательностей фаз по отношению к суммарному уровн фазных напряжений положительный ток преобразователя 2 был бы равен отри дательному току фильтра 1. При этом, если уровень составляющих напряжения обратной и (или) нулевой последовательностей фаз ниже допустимого, разность токов преобразователя и фильтра положительна, конденсатор 23 заряжен лолсжительноТна входе анализатора 4 знака напряжение также положительно,которое не поступает через встречно включенный диод 25 на вход инверсного усилителя 24. На выходе усилителя в этом случае высокий уровень сигнала, под действием которого исполнительный орган 5 соединяет электроустановку с сетью. Если уровень составляющих напряжения нулевой и Г(или) обратной последовательностей фаз станет больше допустимого, что может произойти при смене порядка следования фаз ( Uj больше допустимого , обрыве одной из фаз ( и И больше допустимых, значений), обрыве двух фаз (Оо- больше допустимого значения) или при неравномерной нагрузке по фазам сумма DO и 0 больше допустимого значения Х- отрицательный ток фильтра станет больше положительного тока преобразователя, конденсатор 23 зарядится отрицательно по отношег ию к нулевой шине и через диод 25 на вход инверсного усилителя 24 поступит сигнал, в результате чего на его выходе установится нулевой уров€шь сигнала и исполнительный орган произведет отключение электроустановки. Таким образом, предлагаеьюе устройство защиты позволяет защитить нагрузку от неправильного чередования фаз и несимметрии фазных напряжений нулевой и обратной составляющих трехфазной сети, а также позволяет управлять исполнительным органом при использовании других видов защиты, если вместо диода 25 применять многовходовую схему ИЛИ. Применение предлагаемого устройства защиты трехфаз-ной нагрузки от неправильного чередования фаз и несиг-отетрии фазных напряжений .по сравнению с известным позволяет повысить чувствительность с 0,45 до 0,93 и надежность

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ОТ НЕПРАВИЛЬНОГО ЧЕРЕДОВАНИЯ ФАЗ И АСИММЕТРИИ ФАЗНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ, содержащее фильтр, подклк че| ный к фазам электрической сети и установленный в фазе измерительный преобразователь сетевого параметра, связанные через элемент сравнения с исполнительным органом, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности защиты от асиглметрии напряжений, в него дололнительно введен анализатор знака, включенный между элементом сравнения и исполнительным элементом, а измерительный преобразователь сетевого napaMetpa выполнен в виде преобразователя трехфазного напряжения в ток, состоящего из катодной группы диодов, фильтр выполнен в виде комбинированного фильтра нулевой и обратной последовательностей фаз из трех одинаковых е--цепей, состоящих из последовательно соединенных конденсатора,первого и второго резисторов с отнесением сопротивлений в цепи Л : 1 : 2 и соединенных в треугольник, при этом (Л вершины треугольника служат входами фильтра, а к точкам соединения i резисторов каждой цепи присоединены катоды анодной группы диодов, аноды которых служат выходом фильтра, элемент сравнения выполнен на конденсаторе, соединенном с нулевой шиной . а г о ел a