Устройство для компенсации тока однофазного замыкания на землю Советский патент 1984 года по МПК H02H9/08 

тора напряжения, первьтй выход его соединен с управляющим входом источника оперативного тока, второй - с вторым входом блока памяти, а третийс управляющим входом ключа блока демпфирования, причем преобразователь сигнала содержит подключенный к его первому входу блок сравнения, который через триггер направления г подсоединен к первому входу реверсивного счетчика, первый выход которого подключен к первому входу дифроаналогового преобразователя и через первый дешифратор - к первому выходу преобразователя сигнала, к BtopoMy входу преобразователя сигнала подключен формирователь прямоугольных импульсов, выход которого соединен с входом делителя и управляющим входом ключа генератора прямоугольных импульсов, вькод делителя соединен с первым входом логического элемента

1225

ИЛИ, выход генератора прямоугольных импульсов подключен к второму входу логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом реверсивного счетчика, второй выход последнего подключен ко второму вхо- ду цифроаналогового преобразователя и через второй дешифратор - к второму выходу преобразователя сигнала, причем выход цифроаналогового преобразователя соединен со вторым входом сравнившощего устройства, а блок формирования команд содержит подключенные к его входу последовательно соединенные первые пороговый орган и орган вьщержки времени, два выхода которого подключены к соответству-ющим выходам блока, и подключенные к тому же входу последовательно соединенные вторые пороговый орган и орган выдержки времени, выход которого подключен к третьему выходу блока.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ТОКА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ электрической сети, включающее однофазяьй согласующий трансформатор, один вывод первичной обмотки которого соединен с нейтралью силового трансформатора, подключенного к сети, питаемый от сети трехфазный трансформатор и подсоединенный к нему блок подключения фазы, силовой вывод которого соединен с силовым входом блока переключения ответвлений вторичной обмотки однофазного согласующего трансформатора, вьшод которой через первый трансформатор тока соединен с нейтралью вторичной обмотки упомянутого трехфазного трансформатора, второй трансформатор тока, первый вывод которого подключен к земле, измерительный орган, первый вход которого подключен к второму трансформатору тока, а второй - к обмотке напряжения нулевой последовательности трансформатора напряжения, блок выбора фазы, первый вход которого подключен к обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения, второй - к обмотке напря хения нулевой последовательности трансформатора напряжения, а выход к управляющему входу блока подключения фазы, блок памяти,, первый вход которого подключен к выходу измерительного органа, источник оператив- кого тока, соединенный с дополнитель-ной обмоткой однофазного согласующе- го трансформатора, и RC-цепочки, каждая из которых состоит из последовательно включенных конденсатора, резистора и ключа, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности сети и улучшения условий электробезопасности, в него введены преобразователь сигнала, блок формирования команд и блок Jдемпфирования, выполненный в виде последовательно соединенных резистора и ключа и включенный параллельно вторичной обмотке однофазного согласующего трансформатора, причем вторые выводы конденсаторов сс-цепочек подключены к второму выводу первичной обмотки однофазного согласующего трансформатора, а вторые вьгооды KJПoчeй указанных цепочек соединены с вторым выводом второго трансформатора тока, первьй вход преобразователя сигнала подключен к выходу блока памяти, второй - к первому трансформатору тока, первый выход преобразователя сигнала соединен с управляющим входом блока перекдночения ответвлений,, второй - с управляющими входами ключей КС -цепочек, вход блока формирования команд подключен к обмотке напряжения нулевой последовательности трансформа

1

Изобретение относится к электротехнике , в частности к электрическим сетям.

Известны устройства для компенсации емкостей и активной составляющей тока однофазного замыкания на землю СП.

Недостатком таких устройств является сложность как самих устройств, так и обеспечения точной компенсации поскольку регулирование должно производиться одновременно по двум каналам (реактивной и активной составляющей) . При возникновении однофазного замыкания на землю через место повреждения, как правило, протекает медленно затухающая апериодическай составляющая, обусловленная действием компенсирующего аппарата, которая затягивает гашение заземляющей дуги и приводит к увеличению напряжений прикосновения и шага в переходных процессах.

Извес тно также устройстйо для компенсации активной составляющей тока однофазного замыкания на землю, содержащее последовательно соединенные трехфазный трансформатор, блок выбо ра напряжения (фазы) и однофазный

трансформатор, первичная обмотка которого подключена к нейтрали сети 2,

Однако данное устройство не обеспечивает компенсацию емкостного тока замыкания на землю и дол)кно использоваться совместно, например, с дугогасящими катушками.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для компенсации тока одНофазного замыкания на землю, электрической сети, содержащее однофазный согласующий трансформатор, первичная обмотка которого включена между нейтралью сети и землей, последовательно включенные трехфазный трансформатор, блок подключения фазы, вторичную обмотку однофазного согласующего трансформатора, блок переключения, КС-цепочки, а также блок выбора фазы, измерительный орган, блок управления С 37.

Однако область применения.известного устройства ограничена, поскольку в сетях с токами замыкания 10А и более емкость конденсатора RC -цепочек должна быть большой, а диапазон

3

регулирования тока компенсации недостаточен.

Цель изобретения - повышение надежности сети и улучшение условий электробезопасности. J Для достижения поставленной цели в устройство для компенсации однофазного замыкания на землю электрической сети, включающее однофазный согласующий трансформатор, один вывод первичной обмотки которого соединен с нейтралью силового трансформатора, подключенного к сети, питаемьгй от сети трехфазный трансформатор и подсоединенный к нему блок подключения фазы, силовой вывод которого соединен с силовым входом блока переключения ответвлений вторичной обмотки однофазного согласующего трансформатора, вывод которой через первый трансформатор тока соединен с нейтралью вторичной обмотки упомянутого трехфазного трансформатора, второй трансформатор тока, первый вывод которого подключен к земле, измерительный орган, первый вход которого подключен к второму трансформатору тока, а второй - к обмотке напряжения нулевой последовательности трансформатора напряжения, блок выбора фазы, первый вход Которого подключен к обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения, второй - к обмотке напряжения нулевой последовательности трансформатора напряжения, а выход к управляющему входу блока подключения фазы, блок памяти, первый вход которого подключен к выходу измерительного органа, источник оперативного тока, соединенньй с дополнительной обмоткой однофазного согласующего трансформатора, о -цепочки, каждая из которых состоит из последовательно включенных конденсатора, резистора и ключа, введены преобразователь сигнала, блок формирования команд и блок демпфирования выполненный в виде последовательно соединенных резистора и ключа и -включенный параллельно вторичной обмотке однофазного согласующего трансформатора, причем вторые выводы конденсаторов ftC-цепочек подключены к второму выводу первичной обмотки однофазного согласующего трансформатора, а вторые вьюоды ключей указанных цепочек соединены с вторым вьгаодом второго трансформатора тока, первый вход преобразователя сигнала подключен к

254

выходу блока памяти, второй - к первому трансформатору тока, первый выход преобразователя сигнала соединен с управляющим входом блока переключения ответвлений, второй - с управляющими входами ключей Ир -цепочек, вход блока формирования команд подключен к обмотке напряжения нулевой последовательности трансформатора напряжения, первый выход его соединен с управляющим входом источника оперативного тока, второй - с вторым входом блока памяти, а третийс управляющим входом ключа блока

демпфирования.

Преобразователь сигнала содержит подключенный к его первому входу блок сравнения, который через триггер направления подсоединен к первому

входу реверсивного счетчика, первый выход которого подключен к первому входу цифроаналогового преобразователя и через первый дешифратор - к первому выходу преобразователя сигнала, к второму входу преобразователя сигнала подключен формирователь прямоугольных импульсов, выход которого соединен с входом делителя и управляющим входом ключа генератора

прямоугольных импульсов,выход делителя соединен с первым входом логического элемента ИЛИ, выход генератора прямоугольных импульсов подключен к второму входу логического

элемента ИЛИ;выход которого соединен с вторым входом реверсивного счетчика, второй выход последнего подключен к второму входу цифроаналогового преобразователя и через второй дешифратор - к второму выходу преобразователя сигнала, причем выход цифроаналогового преобразователя соединен с вторым входом сравнивающего устройства.

Блок формирования команд содержит подключенные к его входу последовательно соединенные .первые пороговый орган и орган выдержки времени, два выхода которого подключены к соответствующим выходам блока, и подклю- ченные к тому же входу последовательно соединеннью вторые пороговый орган и орган вьщержки времени, выход которого подключен к третьему выходу

блока.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 функциональная схема преобразователя сигнала, на фиг. 3 - функциональная схема блока формирования команд; на фиг. 4 - схема блока вь1бора фазы. Трехфазный трансформатор 1 питает электрическую сеть, параметры которой относительно земли можно представить в виде набора 2 емкостей и активных сопротивлений. К нейтрали трехфазного трансформатора 1 подключен однофазный согласующий трансформатор 3. Второй вывод трансформатора 3 соединен с i C-цепочками 4, состоящими из последовательно соединёнгшх конденсаторов 5, резисторов 6 и ключей 7. Силовые выводы последних через трансформатор 8 тока подключены к земле. К дополнительной обмотке трансформатора 3 подключен источник 9 оперативного тока. ТрехфазнЬй трансформатор 10 соединен с блоком 11 подключения фазы. Нейтраль вторяч ной обмотки трансформатора 10 через трансформатор 12 тока соединена с одним из выводов вторичной обмотки трансформатора 3. К ответвлениям (отпайкам) вторичной обмотки последнего подсоединен блок 13 переключения ответвлений, силовой вход которого соединен с силовым выходом блока 11 . Управляющий вход блока 11 соединен с выходом блока 14 выбора фазы, один вход которого подключен к обмотке фазных напряжений, а другой к обмотке напряжения нулевой последовательности трансформатора 15 напряжения. Первый вход измерительного органа 16 подключен к трансформатору 8 тока,а второй - к обмотке напряжения нулевой последовательности трансформатора 15. Блок 17 демпфирования состоит из последовательно соединенных резистора 18 и ключа 19 и включен параллельно вторичной обмотке трансформатора 3. Иреобразователь 20 сигнала первым входом подклю чен к выходу блока 21 памяти, вторым к трансформатору 12 тока. Вход блока 22 формирования команд соединен с обмоткой напряжения нулевой последовательности трансформатора 15. Первьй выход блокй 22 соединен с управляющим входом источника опера тивного тока, второй - с вторым входом блока памяти, а третий - с управляющим входом KJm4a блока демпфировани Первый выхбд преобразователя 20 сигнала подключен к уйравлякицему вхо ду блока 13 переключения ответвлений второй - к управляющим входам ключей 7 R.C -цепочек 4. Блок 11 подключения фазы сЬдержит три ключа, подсоединенные к соответствующим фазам трансформатора 10. Выходы этих ключей объединены. Логические входы блока подключения соединены с управляющими входами соответствующих ключей блока 11. Выбор фазы) на которой произошло замьжание на емлю, определяется по величине напряжения данной фазы относительно земли. Сигнал, снимаемый с обмотки напряжения нулевой последовательности трансформатора 15,является подтверждением режима однофазного замыкания на землю. Блок 14 (фиг. 4) содерлшт блок преобразования 38 напряжения нулевой последовательности, блоки 39-41 преобразования напряжения фаза - земля в логический сигнал с уставкой по напряжению, логические элементы И 42-44 и логический элемент ИЛИ 45. Для измерения параметров изоляции фаз сети относительно служит измерительный oprali Гб, на один вход которого подается напряжение с трансформатора 15, а на дргугой ток с трансформатора 8 тока. В измерительном органе осуществляется деление тока на напряжение, что обеспечивает появление на выходе измерительного органа сигнала, пропорционального проводимости изоляции фаз сети относительно земли. Этот сигнал подается на первый вход блока 21 памяти. Преобразователь 20 сигналов содержит блок 23 сравнения, триггер 24 направления, реверсивньй счетчик 25, пёрвьй дешифратор 30, второй дешифратор, 31, формирователь 26 прямоуголь,ных импульсов, делитель 27, генератор 28 прямоугольных импульсов. логический элемент ИЛИ 29 и цифроаналоговый преобразователь 32. Преобразователь 20 сигналов для регулирования тока компенсации имеет два выхода: первый выход подсоединен к .блоку 13 переключения ответвлений, второй - к ключам 7, коммутирующим RC-цепочки. Блок 13 переключения обеспечивает коммутацию ответвлений вторичной обмотки однофазногст трансформатора 3. На первый вход блока 20 подаетсясигнал с блока 21 памяти о величине проводимости изоляции сети относительно земли, а на второй - синхронизирующий сигнал.от трансформатора 12 тока. Сигнал от блока 21 памяти является задающим Uj. Блок 20 определяет такое положение ответвлений в блоке 13 и состояние ключей 7, чтобы ток компенсации равнялся первой гармонике тока однофазного замыкания на землю. При изменении параметров сети относительно земли в нормальном режиме (например, при уве личении проводимости) возникает рассогласование между сигналом задания Uj блока 21 и сигналом обратной связи UOP блока 20. В результате этого блок 20 обеспечивает переключение от ретвлений вторичной, обмотки трансформатора 3 в сторону их уменьшения. Если при этом сигнал обратной связи УОС блока 20 отличается от сиг нала и при переключении на минималь ное число ответвлений, происходит подключение следующей ftC-цепочки, а ответрления устанавливаются на максимальное число витков. Далее процес повторяется до наступления равенства UocUo. с определенной точностью (±2%). Таким образом, при регулирова нии тока компенсации переключения осуществляются ответвления вторичной обмотки трансформатора 3 и переключе ние RC -цепочек. Блок 22 формирования команд Содержит два пороговых органа 33 и 34, два органа 35 и 36 вьщержки времени. Органы 33 и 35 работают в режиме однофазного замыкания на землю, органы 34 и 36 - при возникновении феррорезонансных явленийi Введение органа выдержки времени позволяет отстроиться от случайных кратковременных повышеНИИ напряжения нейтрали. В нормальном режиме работы сети блок 22 разрешает работу источника 9 оперативного тока и блока 21 памяти, а при возникновении однофазного замьнсания на землю он подает сигнашл на источник 9 оперативного тока (бло кирует его) и на блок 21 памяти на запоминание параметров изоляции фаз сети относительно земли, при этом вькодной сигнал блока 21 памяти остается неизменным (до исчезновения замыкания). В нормальном режиме работы в сеть вводят оперативный ток с помощью источника 9 оперативного тока и постоянно измеряют емкость сети отно258. сительно земли. Для этой цели служит измерителы ый орган 16, .на один вход которого подается напряжение с трансформатора 15 напряжения, а на другойток с трансформатора 8 тока. На выходе измерительного органа 16 появляется сигнал, пропорциональный провбдимости фаз сети относите:льно земли, i который подается на первый вход блока 21 памяти. В нормальном режиме этот сигнал не запоминается, а передается на первый вход преобразователя 20 сигнала. Преобразователь 20 в зависимости от значения емкости сети определяет состояние блока 13 переключения ответвлений (подключается то или иное ответвление) и количество включенных в нейтрали 1 С-цепочек. При возникновении однофазного замыкания на землю, например, фазы А (связь 3) блок f4 выбора фазы обеспечивает выбор, а блок 11 - подключение фазы А трансформатора 10 к вторичной обмотке трансформатора 3. На первичной обмотке трансформатора 3 появляется напряжение Uoi , которое С больше напряжения нейтрали. Эта разность напряжений прикладьгаается к RC- цепочкам и обеспечивает протекание через место замыкания компенсирукмцего тока. Ток компенсация в этом случае равен т Uov-Ua.U 1 где LQ - сопротивление, определяемое однофазным согласующим трансформатором н Со -цепочкой;и, - напряжение, вводимое в Uoe - фазное напряжение источника питания поврежденной фазы; - напряженнее поврежденной фазы. При полной компенсации ток Л, равен току однофазного эамьосания на землю или . Ooi- Uop Uj где loi сопротивление изоляции сети относительно земли. Отсюда ( (1) При больших активных сопротивлени ях изоляции фаз выражение (1) может быть представлено (-i) I Входящее в выражение (1) и соответственно проводимость изме1;)яются устройством 16 (измерительным органом). В зависимости от значения и преобразователь 20 выбирает величины RO -цепочек и устанавливает величину вводимого напряжения Uoi (соответствующее ответвление вторичной обмотки трансформатора 3), В этом.случае ток основной частоты через место замыкания не протекает. Наличие нескольких RC-цепочек позволяет обеспечить необходимый диапа зон изменения Uov На период замыкания на землю блок 22 формирования команд блокирует работу источника 9 оперативного тока и подает сигнал на блок 21 памяти на -запоминание параметров изоляции фаз сети относительно земли, при этом выходной сигнал блока 21 памяти остается неизменным (до исчез новения зa п кaния) . Для защиты от возможных феррорезонансных явлений предусмотрен блок демпфирования, который подключается параллельно вторичной обмотке трансформатора 3 при возникновении указанных явлений. Блок 22 формирования команд в зависимости от величины напряжения смещения нейтрали подает сигнал на включение блока демпфирования. 25 .10 При неизменной мощности, расходуемой на создание компенсирующего тока, переход от низковольтных конденсаторов к высоковольтным сопровождается уменьшением величины и габаритов емкостей RC-цепочек. Пренебрегая величиной I можно записать Oii, U«n , )лС2и« , 3k.z. . rt n UBU C4-AC,-Q где компенсирующий ток в месте замык1 ния на землю при размещения емкости на стороне низкого напряжения; компенсирующий ток в месте замыкания на землю при размещении емкости на стороне высокого напряжения; напряжение на высокой стороне , напряжение на низкой стороне J емкость, установленная на стороне низкого напряжения, емкость, установленная на стороне высокого напряжения. Применение предлагаемого устройства обеспечивает точную компенсацию тока однофазного замыкания на землю основной частоты, что позволит существенно повысить надежность электрической сети, улучшить условия злектробезопасности для персонала, обслуживающего электроустановки, а также упростить исполнение и эксплуатацию системы компенсации в целом. V)0 «Xj

и

Г

75

г

IL.

i lTniiri

вхйдг

Ж JL,

BbOfodi tp /vy/J

eb/)fodZ

3i

f(5j70f y

Фиг. г

.