Устройство для определения поврежденной фазы в трехфазной сети с изолированной нейтралью Советский патент 1984 года по МПК H02H3/16 

СО 00 4 СО Изобретение относится к электронике, в частности к схемам защиты электрических линий и может быть использовано в быстр действующей аппаратуре защиты от поражения электрическим током нри случайном прикосновении человека к любой из фаз сети. Известно устройство для определения поврежденной фазы содержащее напряжения фаза-земля и фаза-нейтраль, логи ческие элементы И, НЕ, исполнительный ор ган 1. Однако при больших переходных сопроти пения в точке однофазного замыкания точность выделения поврежденной фазы недопустимо снижается. Известно устройство для определеш я поврежденной фазы, содержащее катушки напряжения нулевой последовательности и . напряжё1шя фаза-земля, пороговые элементы 2. Устройство также подвержено влшпшю пе реходного сонротивлення в точке повреждения, Б связи с чем имеет невысокую точность. Цель изобретения - повыщение точности при наличии больщого переходного сопротивления в точке замыкания фазы на землю. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения поврежденной фаэы в трехфазной сети с изолированной нейтралью, содержащее датшк напряжения нулевой последовательности, а также датчики линейных напряжений, введены блок формирования двухполярных прямоугольных импульсов, блок формирования трех пар двухполярных опорных импульсов при нулевом значении сигнала, блок контроля сов падения импульсов и деишфратор, причем блок формирова1шя двухполярных прямоугольных импульсов подключен входом к выходу датчика напряжения нулевой последовательности, а двумя разнонолярными вы ходами - к первой паре входов блока контроля совпадения импульсов, блок форм рования трех пар двухполярньтх опорных и пульсов при нулевом значении сигнала подключен тремя входами к выходам датчиков линейных напряжений, а выходами соо ветственно к второй, третьей и четвертой паре входов блока контроля совпадения им пульсов, выходы которого подключены к входам дешифратора. На фиг. 1 приведена схема устройства; н фиг. 2 - векторная диаграмма напряжения трехфазной сети с изолированной нейтралью для случая замыкания на землю фазы А, показаны области, в которых будет нахо32диться вектор напряжения нулевой последовательности UQ при замыкании фаз А, В или С; на фиг. 3 - таблица знаков мгновенных значений линейных напряжений в момент t , когда одао из линейных напряжений равно нулю. Устройство содержит блок 1 формирования двухполярных прямоугольных импульсов, подключенный к выходу датчика напряжения нулевой последовательности U, , блок 2 формирования трех пар двухполярных опоркгых импульсов при нулевом значении сигпала, подключенный к датчикам линейных напряжений , Ug, , блок 3 контроля совпадения импульсов и дещифратор 4. Блок 1 формирования содержит; разделительный трансформатор 5, диодный разделитепь б сигналов, нороговьп элемент 7, триггеры Шмитта 8 н 9, логические элементы И 10 и И, формирователи 12 и 13 нмпульса по заднему фронту сигаала, элементы ИЛИ 14 и 15. Блок 2 формирования опорных нмнульсов содержит разделительные трансформатрры 16-18, диодные разделители 19-21 сигналов, триггеры Шмитта 22-27, логические элементы ИЛИ-НЕ 28-30, логические элементы И 31-36. Блок 3 контроля содержит D-триггеры 37-48, логические элементы ИЛИ 49-54. Дешифратор 4 содержит логические элементы И 55-60, логические элементы ИЛИ 61-63. Известно, что при замыкании на землю одной из фаз, например фазы А, вектор напряжения нулевой последовательности будет опережать вектор напряжения этой фазы Од до повреждешш па угол от 90 до 180 эл. град. (фиг. 2). Велишша угла опережения зависит от переходного сопротивлегшя г месте замыкагшя и параметров сети. При зтом, области (на фиг. 2 защтрихованы) в которых будет находиться вектор OQ , при замыкании фазы А, В или С не перекрываются. Это позволяет определять замкнувшуюся фазу по области, п которой находится вектор О о Для любого вектора область, где он находится, можно определить по знакам его проекции на одну из осей координат в известные моменты времени. Эти моменты могут быть ,1 при помощи векторов, положение которых известно и не меняется. Область, где находится вектор UQ , можно определить по знакам напряжения нулевой последовательности в моменты времени, заданные при помощи линейных напряжений, так как в трехфазной сети с изолированной нейтралью линейные напряжения при

однофазных замыканиях на зеыпю своей начальной фазы не изменяются, Моменты вреMCiffl могут быть заданы но к/или знакам мгновенных значения линейных напряжеш1й. Например, моменты, когда мгновенные значения линейных напряжений нринимают значения одно максимально, а даа других но O.SUfpo, , или моменты, когда одно из линейных нанряжекий равно нулю, а два других имеют нротивоположные знаки, а также любые другие сочетания величин и знаков, достато шо нросто онредбпяемые. Количество моментов, в которые определяется знак UQ , должно быть не менее шести за период промышленной частоты.

В приведегаюм варианте устройства для определения знака напряжегшя нулевой последовательности принято шесть моментов времени -fc в- течении периода промышленной частоты, задаваемых моментами перехода линейных напряжений через нуль. В таблице (фиг. 3) представлены сочета1шя знаков линейных напряжений для каждого момента t .Из векторной диаграммы на фиг. 2 определены все возможные области, в которых может ноявиться вектор напряжения нулевой последовательности Uf, в зависимости от замкнувшейся фазы и значения угла опережения определяемого величиной переходного сопротивления в месте замыкания. Когда замыкание происходит через большое переходное сопротивление, это будут области, ограниченные углами 330-30°; 90-150°; 210-270°, когда через малое, то углами 30-60°; 150-180°; 270-300°. Определены возможные знаки напряже1шя нулевой последовательности в моменты t , в зависимости от того, в какой области находится вектор Up Устройство работает следу 01цим образом.

Линейные напряжения i вс -сА через разделительные трансформаторы 16-18 (фиг. 1) поступают на диодные разделители сигналов 19-21, где разделяются на положительную н отрицательную полуволну и подаются на триггеры Шмитта 22-27, в которых преобразуются в прямоугольную фор- му, на злементах 28-30, реализующих функцию ИЛИ-НЕ, выделяются импульсы в моменты перехода линейшлх напряже1шй через нуль. Далее сигналы поступают в распределитель илшульсов, собранный из элементов И 31-36. Каждый элемент И реализует строки таблицы (фиг. 3). На выходе блока 2 формирования опорных импульсов появляются опорные импульсы С в мом(Й1ты t f, перехода через нуль линейных напряжений. Опорные импульсы t подаются в блок 3 на R и С входы триггеров. Если замыКания на землю нет, напряжение нулевой последовательности на вход блока 1 не подается и сигналы и и Up из блока 1 в блок 3 на D-входы триггеров не постзшают. Переключения триггеров не происходит и на выходе блока 3 сигналов нет. В момент замьнсания на землю с выхода датчиха напряжения нулевой последовательности через разделительньгй трансформатор 5 напряжение

нулевой последовательности поступает в блок 1, в диодном разделителе сигналов 6 разделяется на положительную и отрицательную полуволну и в элементах 8 и 9 преобразуется в прямоугольную форму. Пороговый

5 элемент 7, введенный для отстройки от напряжения небаланса, через элемент И 10 и 13 разренШет дальнейшее прохояодение сигнала при превьпиении уставки его срабатывания. Затем в элементах 12 и 13, формиро0 вателях импульса по, зaднe iy фронту сигнала, и элелкитах ИЛИ 14 и 15 положительные и отрицательные полуволны U восстанавливаются до 1/2 периода.

С выхода блока 1 сигналы ( U - положительная полуволна UQ и Ug - отрицательная полуволна UQ ) подаются в блок 3 совпадения U на D-входы триггера 37- 42, а UQ на. . D-входы триггеров 43-48. Триггеры переключаются только в случае од0 повременного появления на D-входе ползшолпы UQ и опорного имнульса Cf, ча С-входе в моменты t . Следовательно, триггеры 37-42 срабатывают, если jnaK U в момент tp положителен, а триггеры 43-48 -

5 если знак UQ в момент t отрицателен. Тем самым,. каждая пара триггеров определяет знак Ug в момент t . Переключившись в момент t , триггер остаетс в этом СОСТОЯШ1И до прихода сбрасывающего

0 импульса на R -вход в момент -t , т.е. запоминает знак U в момент t на время прохождения следующих . трех импульсов. С выхода триггеров информация о знаке UQ в моменты if, через элементы ИЛИ 49-54 но5 дается в деншфратор 4. Через элементы ИЛИ 61-63 сигнал о замкнувшейся фазе поступает на выход устройства и далее в аннарат защиты..

0 Устройство позволяет определять поврежденную фазу независимо от момента, замыкания. При необходимости на выходе устройства устанавливается взаимоблокировка от неоднозначного указания поврежденной фазы

j при сложных видах повреждениях электрической сети.

Быстродействие устройства определе1-шя повреждешюй фазы повышается при угзеличенйи количества задаваемых моментов времени за период промышпе шой частоты, в которые определяется знак напряжения нулевой последовательности. . Использование предлагаемого устройства позволяет расширить диапазоны защитных

свойств, что в свою очередь позволяет получить положительный эффект - .повыси1ъ уровень злектробезопасности при эксплуаташш злектрических сетей с изолированной нейтралью.

О « Оо

со

г

«

3

Ф14г.2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННОЙ ФАЗЫ В ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ С ИЗОЛИЮВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее датчик напряжения нулевой последовательности, а также датчики линейных напряжений, отличающееся тем, что, с- целдо повьппения точности при наличии большого переходного сопротивления в точке замыкания фазы на землю, в него введены блок формирования двухлолярных прямоуголып.1х импульсов, блок формирования трех пар двухполярных опорных импульсов при нулевом значении сигнала,, блок контроля совпадения импульсов и дешифратор, причем блок формирования двухполярных прямоугольных импульсов подключен входом к выходу датчика напряжения нулевой последовательности, а двумя разнополярными выходами - к первой паре входов блока контроля совпадения импульсов, блок формирования трех пар явухполярных опорных импульсов при нулевом значении сигнала подключен тремя входами к выходам датчиков линейных напряжений, (Л а выходами соответственно к второй, третьей и четвертой паре входов блока контроля совпадения импульсов, выходы которого Подклюяень к входам дешифратора. S е