Способ защиты от замыканий на землю проводов электрической сети переменного тока и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК H02H3/16 

управляемого распределителя сигнала сброса, первый и второй выходы которого подключены к четвертым входам соответствующих блоков сравнения.

1, Способ защиты от замыканий на землю проводов электрической сети переменного тока, основанный на выделении моментов прохождения тока провода через нулевые значения, измерении и сравнении между собой величин, характеризующих предшествующую и текущую полуволны тока, и формировании отключающего сигнала при нера- венстве этих величин, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности защиты при соизмеримости тока нагрузки и тока замыкания, на землю, в качестве измеряемых величин используют длительность указанных полуволн. 2. Устройство защиты от замыканий . на землю проводов электрической сети переменного тока, содержащее последовательно соединенные датчик тока в проводе и формирователь, два работающих в противофазе блока сравнения, первые входы которых соединены, с выходами соответствующих узлов счМты- вания, выходы с входом реагирующего органа, а также блок выработки сигнала сброса, отличающеес я тем, что, с целью повышения надекности защиты при coиз epимocти тока нагрузки и тока замыкания на землю, блоки сравнения выполнены на основе двоично-десятичных реверсивных счетчиков, а формирователь выполнен в виде формирователя прямоугольного импульса, и в устройство введены управляемый распределитель сигнала сброса, а также генератор тактоБъск импульсов, подключенный к первым входам вновь введенных первогс. и второго логических элементов 2И-НЕу вторые входы которых соединены соот ветственно с прямым и инверсным выходами формирователя, а также с соответствующими входами управляемо1о распределителя сиг1-;ала сброса и вхо дами узлов считывания второго и первого блоков сравнения, выход первого элемента 2И--НЕ подключен к второму входу первого и третьему входу второго блоков сравнения, выход второго элемента - к третьему входу . первого и второму входу второго блоков сравнения, при этом первый и, второй входы блока выработки сигнала сброса соединены с выходами узлов считьгеання соответствующих блоков сравнения, а выход - с третьим входом

Изобретение относится к электроснабжению нетяговьгх потребителей от системы два провода - рельсы на электрифицированных дорогах перемен ного тока и предназначено для защит ного отключения системы два провода рельсы (,ЦПР) электрифицированньк железных дорог переменного тока при падении проводов на землю. Анализ статистических данных о количестве обрывов проводов ДТП на сети дорог показьгоает, что имеется значительное число случаев, когда существу 1щие типы защит ке реагирую на появление тока аварийного режима Это, в СБОЮ очередь, приводит к возникновению снтуац.ий, при которых происходит поражение электрическим током персонала, коснувшегося лежгич :.о ка земле и находящегося под напр жением провода, В значительной стеггени отказы защит имеют место при падении прово дов к.з. землю с большим удельным со противлением, j этой связи расширение полигона электрификации железных дорог в рэйо;;:ы зечиой мерзлоты ставит необх ди:чы; 5 разработку таких устройста з;;ч:,итного отмтачениЯэ которые Н 1деж; отклте- али бы режт-м обрыва, для грук-то со зна-ите.ггьиьгм удельным сопротиялент-гем, УБаличение количестчза потреби;-е.ле систем.; ДТТ привело к возрастаняю рабочих токов системы. При удаленных коротких замыканиях величина принужденной составляющей упавшего на земшо провода сокзмеримо, а з ряде случ.;:-К) и меньше с;у -шарного ня грузки, Известны устройства залщтиого отключения tllf построенные на ос.нозе максимальной токовой защиты и на основе реле сопротивления;. Зтн устройства позволяют обеспечить защитнов отключение при замъжании на земл проводов cяcтe R,l Д11Р. Устройство на основе максимальной токовой защить; реагирует на увеличение тока системы при замыкании провода на зенлю или перегрузке. В этих устройствах измеряются токи в проводах линии и сравниваются с уставкой при превьшении токами величины уставки вырабатывается аварийный сигнал на отключение поврежденного участка Защита с использованием реле сопротивления основана на том предположении, что вектор сопротивления, равньш отношению напряжения в линии к току в пей,может занимать на комплексной плоскости две вполне определенные непересекающиеся области. Одна из них соответствует совокупности нормальных режимов, другая - режимам . коротких замыканий. Попадание вектора сопротивлений в область, соответствующую короткому замыканию, должно приводить к защитному отключению системы. Функционирование защит на основе рале сопротивления описано в 3 21 Однако при обрыве провода системы ДПР с падегшем его частей на землю происходит шунтирование места обрыва с5;-.шарным сопротивлением растеканию частей провода, лежащих па земле,- При пезначительном сопротивлении земли вектор сопротивления .не попадает в область, на которую настроено реле сопротивления. При значнтельнБгк же сопротивлениях растеканшо лежащего на земле провода реле сопротивления также не работает, поскольку обрьш в этом случае равносилен холо.того хода линии. Недостаток указанных устройств возмокность несрабатьшания защиты в случае соизмерз-мости тока нагрузки и тока замыкания на землю, так как в этом случае токи в линии изменя.ются незначительно. Наиболее близкш-i по технической срочности к предлагаемому является устройство, реагирующее на скорость изменения амплитуды периодического сигнала L 3 , Наличие экспоненциальной составляюодей переходного процесса, обу 31СЛОВЛО1НОГО ламыкак.ием на землю пр.он да системы ДПР, приводит к тому, что перестают быть равными амплитуды сло дующих друг за другом полупериодов тока, У1звестиое устройство сравнивает амплитуды предшеств лощего и текущего полупериодов периодически изменяющейся величины. Однако явление разницы амплитуд полуволн тока системы ДПР также невозможно использовать для защитного отключения в условиях соизмеримых по величине токов нагрузки и замыкания провода на землю. Кроме того, при по стоянной времени свободной составляющей тока менее одной третьей времен полупериода принужденной составляюще амплитудные значения тока предшеству ющего и текущего полупериодов будут практически равны друг другу. При , этом устройство, реагирующее на скорость изменения амплитуд периодического сигнала, не сработает. Цель изобретения - повьш1ение надежности защиты при соизмеримости тока замыкания на землю и тока нагру ки. Поставленная цель достигается тем что согласно способу защиты от замыканий на землю проводов электрическо сети переменного тока, основанному на выделении моментов прохождения тока провода через нулевые значения ,измерении и сравнении между собой величин,характеризующих предществующую и текущую полуволны тока, и формировании отклю чающего сигнала при неравенстве этих величин, в качестве измеряемых величин используют длительность указанны полуволн, Поставленная цель достигается так же тем, что в устройстве защиты от замыканий на землю проводов электрической сети переменного тока, содержащем последовательно соединенные датчик тока в проводе и формировател два работающих в противофазе блока сравнения, первые входы которых соединены с выходами соответствующих . узлов считывания, выходы - с входом реагирующего органа, а также блок выработки сигнала сброса, блоки срав нения выполнены на основе двоичнодесятичных реверсивных счетчиков, а формирователь выполнен в виде формирователя прямоугольных импульсов, и в устройство введены управляемый распределитель сигнала сброса, а так же генератор тактовых импульсов 714 подключенный к перн1)М входам вновь введенных первого и второго лог(ческих элементов 2S1-HE, вторые входи которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами формиро- . вателя, а также с соответствующими входами управляемого распределителя сигнала сброса и входами узлов считывания второго и первого блоков сравнения, выход первого элемента 2И-11Е подключен к второму входу первого и третьему входу второго блоков сравнения, выход второго элемента 2И-ИР - к третьему входу первого и второму входу второго блоков сравнения, при этом первый и второй входы блока выработки сигнала сброса соединены с выходами узлов считываьшя соответствующих блоков сравнения, а выход - с третьим входом управляемого распределителя сигнала сброса, первый и второй выходы которого подключены к четвертым входам соответствующих блоков сравнения. На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства защиты; на фиг.2 осциллограмма зафиксированного датчиком тока переходного процесса, вызванного искусственным замыканием провода ДПР на землю; на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие работу устройства, В состав устройства входят датчик Iтока в проводе, формирователь 2 прямоугольных импульсов из синусоvmajibiioro сигнала, первьп( 3 и второй 4 блоки сравнения с соответствующими узлами 5 и 6 считывания б.юк 7 выработки сигнала сброса, управлчемьй распределитель 8 carna.ia сброса, а также генератор 9 тактовых импульсоу два логических элемента 2U-11E 10 и IIи р- агирующий орган 12. Конкретное выполнение формирователя 2 непринципиально, в данном устройстве он собран на транзисторе, диоде, двух резисторах и логическом элементе 21--} Е. В состав калчюго из блоков 3 и А сра5не5 ия входят двоично-десятичный реверсивньц счетчик и схема 13 H;IH 14 опре;;елония состояния счетгика. Узлы 5 и 6 считыватгя представляют с;оОой типовые одаовиО-раторы. Блок 7 выработки сигнала сброса - так:ке типовой одновибратор, но с двумя логическими элементами 21i-HE на входе и выходе. УправляеМ1л 1 распределитель 8 сиг)1ала сброса собран На двух логических элементах 2li, IcFfepaTOp 9 выполнил no TUTICBLHI схеме. В состав реагирующего органа 12 входит логический элемент 2 i-liE лромежуточный усилитель п коммутационяьп аппарат. Устройство работает следующим образом. Датчик 1 подает на формирователь 2 сигнал, соответствующий току в воз душном проводе системы. Формирователь 2 преобразует непрерывный синусоидальиый сигнал в последовательность дискретных прямоугольных импульсов, скважность последователь мости определяется момептами переяо да тока через нулевые значения. С прямого и получаемого с помощью входящего в состав формирователя .... логического элемента 2И-11Е инверсног выхода формирователя сигналы поступают на вторгяе входы логических элементов 10 и 1 К На первые вход этих элементов поступает сигнал от генератора 9 тактовых импульсов. С выходов элементов 10 и П сигиалы поступают на входы {- и -I входящих в состав блоков 3 и 4 дво rчнo-дecятичпьгx счетчиков; задава.я нм режим работы. Таким образом реясим работы счетчиков опреде.пяется теМ; какая (по.пожт1:тельная или отрицательпая) полуволна контролируемого тока оказывается в рассматриваемьй момент па датчике. Поэтому каж,цьш счетчик повторяет в своей работе гфоцедуру суммирование -- вычитание , Причем сигналы на входы -fj и 1 счетчиков подаются так, что счетчики работают в гфотизофа.зе (если один из них находится в режиме суммирования, то другой - -в режрше вычитания) , Па другой вход счетчиков постоянн заведен потенциал логической единицьк Уз,г1ы 6 и 5 считывания, запускаясь 3.ад ним фронтон сигналов соответствен.но прямого и инверсного выходов формиро вателя вьфз.батывают короткие ампуль Cbi, сдвинутые одни относительно дру.гого на половину периода тока в л.ини Эти импульсы поступают на входы соот ветствз г щих схем определения состоя:кия счетчиков 3 и 14, входящих в состав блоков 3 и 4 сравкетгия,, С их помощью моменты определения состояни счетчиков задаются таким образом, что спеду-ют сразу по окончании работы счптчт-ка в режиме вычитания. Эти.-ш же .Ггмпульсами на входном лелическог ; элеметпт M--ifK блчжа иь раОотт и сиг на-па сброса формируется (:игн;1.ч, запускающий о.цнонибратор этого . Сигнал с выхода одновибратора после инвертирования выходттым элементом 2Ji-f)E блока 7 поступает на nepBbui вход управляемого распределителя сигнала сброса. Функцией распределителя 8 является пропуск выработанного блоком 7 сигнала на тот из счетчиков j состояние которого определялось Б предыду1ций момент. Это достигается тем, что поступающий на первый вход распределителя S сигнал на логических элементах 2И собирается с сигналами с инверсного и прямого выходов формирователя. Полученные таким образом сигналы с первого и второго выходов расгфеделителя 8 поступают на Р.-БХОдь двоично-десятичных счетчиков соответствующих блоков сравнения. Сигналы на R-входе счетчика появляют-ся в моменты времени, следующие сразу по окончании процедуры определения его состояния. Эти импульсы устанавливают счетчик в нулевое состояние, подготавливая его тем самым к следующему циклу работы. Периодическая установка счетчиков в О позволяет избежать интегр1фованного накапливания ошибки счета. Каждый счетчик работает в режимах -1У: установка в О (режим 1У) - суммирование (режим 1) вь читание (режим II) определение состояния (режим К) , Работа устройства защиты основана на TOMj, что каждый реверсивный счетчик по окончании работы по циклу установка в О - суммирование - вычитание до,пгжен находиться в одном и.з вполне определенных состояний, которое опреде.пяется уровнем срабатывания формирователя, /:ц1ительностью процесса обнуления счетчика и процесса определения его состояния, частотой вырабатываемых генератором га тульсов. Однако из-за отсутствия синхронизации момента прихода первого Юшульса суммирование от генератора с MOhtenTOM появления разрешающего суммкрованке импульса на входе -1 счетчика состояние рассматриваемого счетчикй при его определении может оказаться отличным от ожидае- мого на. единицу. Назовем режим работы счетчика при отсутствии замыканий пооводов на землю и гри иозможиых состояния счетчика в момент их опре ггаления нормальргыми. Испо;т.ч; ялиг1е в

cocratie ycTpoiicTBa защиты двух двоично-десятичных счетчиков приведет к тому, что в любой момент возникновения нарушения (замыкания на землю) в защииуаемой системе один из счетчиков обязательно будет находиться в режиме вычитания. Длительность этого режима по сравнению с длительностью предшествующего ему режима суммирования из-за возникновения переходного процесса существенно изменится. Таким образом, счетчик в момент определения состояния окажется в новом необь1чном для него состоянии. Этот факт зафиксируется схемой определения состояния данного счетчика, что приведет к срабатыванию защитного отключения, которое произойдет уже после первого полупериода тока переходного процесса. Применение двух счетчиков в устройстве ведет не только к увеличению быстродействия защитного отключения, но увеличивает и его надежность, так как счетчики фактически дублируют друг друга. Так, если в защищаемой системе возникло замыкание на землю, а один из блоков сравнения не сработал, сигнал на отключение аварийного режима буде подан вторым с задержкой всего на половину периода тока переходного процесса.

Каждую схему определения состояни счетчика (13 или 14) собирают из логических инверторов, элементов 4 |ИЛИ и А И и запоминающего факт замьжания триггера. Сигналы на входы схемь.г 4 И подаются с выходом счетчика,причем если в момент определения состояния данный выход счетчика должен иметь состояние логического нуля, сигналы на элемент 4 И подаются через инверторы. Всего в схеме определения состояния счетчика используют три схемы 4П (по количеству допустимых нормальных состояний). Сигналы с выходов элементов 4И и выхода соответствующего узла считывания подаются на входы элемента 4 ИЛИ. Наличие единичного уровня на его выходе свидетельствует об отсутствии в защищаемой системе повреждений типа замыкание провода на землю. Появление нулевого уровня на выходе элемента 4 ИЛИ приведет к перебросу триггера и срабатьшанию защиты.

При создании устройства, контролирующего не. отдельные провода, а : всю систему ДПР или всю трехфазную систему электроснабжения в целом, данные устройства защиты должны использоваться совместно. При этом датчики тока включают в каждый из проводов, а выходы устройств (после входящих в состав реагирующих органов элементов 2И-НЕ) объединяют по ИЛИ, а уже после этого логического элемента включают усилитель и коммутационный аппарат, производящий отключение всей системы в случае замыкания одного из ее проводов на землю.

Применение предлагаемого устройства позволит существенно повысить электробезопасность обслуживания сетей переменного тока, исключив случаи возможного электротравматизма при прикосновении персонала к лежащему на земле и находящемуся под напряжением проводу, случаи попадания людей под щаговое напряжение.