Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью (его варианты) Советский патент 1984 года по МПК H02H3/16 

ки на диодах по числу исполнительны органов и регулируемом резисторе, к регулируемому выводу которого подключены соединенные последовательно стабилитрон и резистор, другие выводы обоих резисторов соединены с землей.

4,Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированнной нейтралью, содержащее установленный на каждом присоединении трансформатор тока нулевой последовательности с включенными на выходе последовательно соединенными преобразователем ток - выпрямленное напряжение и запоминающей ячейкой;, блок установки запоминающей ячейки в исходное состояние, подключенный своим входом к выходу запоминающей ячейки, управляющий вход которого соединен с первым выходом общего на все присоединения блока управления, входы которого соединены с выходом элемента фиксации срабатывания исполнительных органов и выходом пускового органа, подсоединенного своим входом к транформатору напряжения нулевой последвательности, элемент автоматического регулирования уставки срабатывания на регулируемом оезисторб и разделительном диоде, один вход которого связан с выходом запоминающей ячейки, другой вход соединен с источником питания через общий размыкающий ключ, управляющий вход которого подключен к второму выходу упомянутого блока управления, а выход данного злемента соединен с управляющим электродом тиристора, вклю(Ченного последовательно с исполнительным органом, запитанным от источника питания через элемент фиксации срабатывания исполнительных органов и замыкающий ключ, управляющий вход которого соединен с выходом пускового органа, отличающее с ,я тем, что, с целью повышения надежности 4 ункционирдвания, элемент автоматического регулирования уставки срабатывания выполнен в виде последовательно соединенных операционного усилителя, повторителя сигналов на транзисторе и порогового элемента на стабилитроне, при этом инвертирующий вход операционного усилителя через резисторный делитель напряжения и диод подключены к выходу общего на все присоединения генертора уменьшающегося напряжения, а неинвертирующий вход с выходу запоминающей ячейки.

1. Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированнной нейтралью, содержащее установленный на каждом присоединении трансформатор тока нулевой последовательности с включенными на входе последовательно соединенными преобразователем ток - выпрямленное напряжение.и запоминающей ячейкой, блок установки запоминающей ячейки в исходное состояние, подключенный своим входом к выходу запоминающей ячейки, управляющий вход которого соединен с первым выходом общего на все присоединения блока управления, входы которого соединены с выходом элемента фиксации срабатывания исполнительных органов и выходом пускового органа, подсоединенного своим входом к трансформатору напряжения нулевой последовательности, элемент автоматического регулирования уставки срабатывания на включенных параллельно через разделительный диод регулируемом резисторе и конденсаторе, один вход которого связан с выходом запоминающей ячейки, другой вход соединен с источником питания через общий размыкающий ключ, управляющий вход которого подключен к второму выходу упомянутого блока управления, а выход элемента автоматического регули рования уставки срабатывания соединен с управляющим электродом тиристора, включенного последовательно с исполнительным органом, запитаниым от источника питания через элемент фиксации срабатывания исполнительных органов и замыкающий ключ, управляющий вход которого соединен с выходом пускового органа, отличающееся тем, что, с цельюS S повышения надежности функционирования, элемент автоматического регулирования уставки срабатывания снабжен двухвходовым пороговым элементом, выполненным на транзисторе и на импульсном трансформаторе с тремя обмотками, выходная обмотка которого l9Nak подключена к управляющему электроду ГчЭ тиристора, первичная обмотка включена в коллекторную цепь транзистора, в цепь базы - обмотка обратной связи, а цепь эмиттера соединена с выро ходом упомянутого регулируемого ре00 зистора. 2.Устройство по п.1, отличающееся тем, что запоминающие ячейки выпо;;нень: по симметрич ной схеме суммирования напряжения на общем накопительном и двух дозирующих включенных параллельно через диоды конденсаторах. 3.Устройство по п.1, отличающее ся тем, что элемент фиксации срабатывания исполнительных органов выполнен в виде диодной сбор

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для защиты от замыкания на землю в сетях с чзолированнной нейтралью.

Известно устройство для защиты от . 5 замыкания на землю - сетях с изолированнной и компенсированнной нейт- : ралью, однако оно имеет сложную схему что снижает надежность работы известного устройства СО

Наиболее близким к изобретению по технической сути является устройство для защиты, содержащее на каждом присоединении трансформатор тока ну- is левой последовательности (ТТНП), последовательно, соединенные преобразователь ток - выпрямленное напряжение (ПТВИ ) и запоминающую ячейку (ЗЯ) блок установки запоминающей ячейки 20

.в исходное состояние, элемент автоматического регулирования уставки срабатывания (ЭАРУС), исполнительный орган 1И01, включенный последовательно с тиристором, общие на все присоединения блок управления (ВУ), элемент фиксации срабатывания исполнительных органов (ЭФСИО), пусковой орган IriO) 2,

Существенными недостатками известного устройства являются возможность неселективного срабатывания, ограниченная типом применяемого тиристора чувствительность, и возможность реагирования на кратковременные броски токов нулевой последовательности.

Целью изобретения является повышение надежности функционирования устройства. 31 Поставленная цель достигается тем что в устройстве для защиты от замыкания на землю, содержащем установленный на каждом присоединении транс форматор тока нулевой последователь- IHOCTH с включенными на выходе последовательно соединенными преобразователем ток-выпрямленное напряжение и запоминающей ячейкой, блок установки запоминающей ячейки в исходное состояние, подключенный своим входом к выходу запоминающей ячейки, управляющий вход котрого соединен с первым выходом общего на все присоединения блока управления, входы которого соединены с выходом элемента фиксации срабатывания исполнительных органов и выходон пускового органа, подсоединенного своим входом к транс форматору напряжения нулевой последовательности, элемент- автоматическо го регулирования уставки срабатывания на включенных параллельно через разделительный диод регулируемом резисторе и конденсаторе, один вход которого связан с выходом запоминающей ячейки, другой вход соединен с источником питания через размы кающий ключ, управляющий, вход которо го подключен к второму выходу упомянутого блока управления, а выход элемента автоматического регулирования уставки срабатывания соединен с управляющим злектродом тиристора, включенного последовательно с исполнительным органом, запитанным от источника питания через элемент фиксации срабатывания исполнительных органов и замыкающий ключ, управляющий вход которого соединен с выходом пус кового органа, элемент автоматического регулирования уставки срабатывания снабжен двухвходовым пороговым элементом,выполненным на транзисторе И Импульсном трансформаторе с тремя о мотками, выходная обмотка которого под ключена к управляющему электроду тирис тора, первичная обмотка включена в коллекторную цепь транзистора, в цепь базы - обмотка обратной связи, а цепь эмиттера соединена с выходом упомянутого регулируемого резистора При этом запоминающие ячейки выполнены по симметричной схеме суммирования напряжения с последовательно включенными на общем накопительном и двух дозирующих включенных парллдельно через диоды конденсаторах. 8 Кроме того, элемент срабатывания исполнительных органов выполнен в виде диодной сборки на диодах по числу исполнительных органов и регулируемом резисторе, к регулируемому выводу которого подключены соединенные последовательно стабилитрон и резистор, другие выводы обоих резисторов соединены б землей. По второму варианту поставленная цель достигается тем, что в устрой- . стве для защиты от замыкания на землю,содержащем установленный на каждом присоединении трансформатор тока нуле- . I вой последовательности с включенными на входе последовательно соединенными преобразователем ток-выпрямленное напряжение и запоминающей ячейкой, блок установки запоминающей ячейки в исходное состояние, подключенный . своим входом к выходу запоминающей ячейки, управляющий вход которого соединен с первым выходом общего на все присоединения блока управления, входы которого соединены с выходом элемента фиксации срабатывания исполнительных органов и выходом пускового органа, подсоединенного своим входом к трансформатору напряжения нулевой последовательности, элемент автоматического регулирования уставки срабатывания на регулируемом резисторе и разделительном диоде, один вход которого связан с выходом запоминающей ячейки, другой вход соедине с источником питания через общий раз мыкающий ключ, управляющий вход которого подключен к второму выходу упомянутого блока управления, а выход данного элемента соединен с управляющим электродом тиристора, включенного последовательно с исполн гтельным органом, запитанным от источника питания через элемент фиксации срабатывания исполнительных органов и замыкающий ключ, управляющий вход которого соединен с выходом пускового органа, элмент автоматического регулирования уставки срабатывания выполнен в виде последовательно соединенных операционного усилителя, повторителя сигналов на транзисторе и порогового элемента на стабилитроне, при этом инвертирующий вход операционного усилителя через резисторный делитель напряжения и диод подключены к выходу общего, на все присоединения генератора уменьшающегося напряжения, a неинвертирующий вход к выходам запоминающей ячейки. На фиг. приведена принципиальная схема устройства для защиты от однофазного замыкания на землю по первому варианту; на фиг,2 - то же, по вт рому варианту. Устройство фиг,1 для защиты содержит установленные на присоединениях I, 2 последовательно соединен ные трансформаторы тока нулевой посл довательности 3, 4, преобразователи ток - выпрямленные напряжения 5, 6 и запоминающие ячейки 7,8 подключенные своими выходами первым входам элементов автоматического регулирования уставки срабатывания 9,10, вторые входы которых подсоединены через размыкающий ключ 11 К-источник питания 12; блок установки запоминаю щих ячеек в исходное состояние 13, выполненный на диодах и размыкающем ключеi блок управления 14, первый вход которого соединен с выходом пус кового органа 15, подключенного свои входом к трансформатору напряжения нулевой последовательности 16, первый выход БУ 14 соединен с управляющим входом ключа блока установки ЗЯ 7, 8 в исходное состояние, второй вы ход - с управляющим входом ключа I1; источник питания 17; замыкающий 18, включенный в цепь питания исполнительных органов 19, 20 и подсоединенный своим управляющим входом к выходу ПО 15; реагирующие элементы (РЭ) 21, 22 и ЭФСИО 23, выход которо го подключен к второму входу БУ 14, ЗЯ 7(8 ) выполнена на накопительно 24 и дозирующих 25 и 26 конденсаторах. Назначение конденсаторов 25 и 26 состоит в том, чтобы ограничить величину тока заряда. Благодаря этим конденсаторам зарад конденсатора 24 происходит отдельными дозами, а напряжение на его выводах изменяется приблизительно по экспоненцигшьному закону. Постоянная времени цепи заряда конденсаторов ЗЯ 7,8 выбирается боль ше длительности помех, Вследствие этого за время действия сигналов помех конденсаторы могут зарядиться, лишь до напряжения незначительной величины, которая составляет долю амплитуды входного сигнала. ЗАРУС 9(10) состоит из порогового элемента, выполненного на транзис торе и :импульсном трансформаторе с тремя обмотками: первичной, включенной в коллекторную цепь транзистора, выходной, подключенной к управляющему электроду тиристора 21(22), и обмотки обратной связи, генератора уменьщающегося напряжения на резисторе, конденсаторе и диодах, БУ 14 содержит элементы Запрет 27 и Задержка появления сигнала 28, ЭФСИО 23 включает в себя резисторы, стабилитрон и диод. Устройство работает следующим образом. При отсутствии в защищаемой сети однофазного замыкания на землю ключ 11 и ключ блока установки ЗЯ 7, 8 в исходное .состояние 13 замкнуты, ключ 18 разомкнут, ПО 15, ИО 19, 20, РЭ 21, 22 и элемент Задержка появления сигналов 28 находятся в исходном состоянии, Конедсаторы ЗЯ 7, 8 разряжены, а конденсаторы генераторов уменьщающегося напряжения.заряжены до величины напряжения источ--ника питания 12. Транзисторы ЭАРУС 9, 10 заперты напряжением смещения, величина которого устанавливается пер менным резистором и принимается одинаковой для всех присоединений. Напряжение отпирания транзисторов, равное разности выходного напряжения генератора уменьшающегося напряжения и напряжения отсечки транзистОт ров, выбирается больше возможного наибольшего напряжения на выходе запоминающей ячейки неповрежденного присоединения. Таким образом, в частности, обеспечивается условие.несрабатывания защиты на неповрежденных присоединениях. При вознокновении в сети однофазного замыкания на землю, например, на присоединении 1, срабатывает ПО 15, при этом происходит размыкание ключа блока 13, замыкание ключа 18 и запуск элемента 28, Спустя небольшую выдержку времени, достаточную для заряда накопительных конденсаторов ЗЯ 7, 8 до веичины (уровня) напряжения отсечки транзисторов,срабатывает элемент Задержка появления сигнала 28, существляющий размыкание ключа 11, В результате этого напряжение на выодах Генераторов ЗАРУС 9, 10 начиает уменьшаться по экспоненциальному акону,Как только оно становится меньше уровня одного из входных напряжений ЗЯ 7, 9 на. величину напряжения отсечки транзисторов (0,1-0,4 В в за висимости от типа установленных тран зисторов, один из транзисторов открывается : и на выходной обмотке соо ветствующего импульсного трансформатора появляется импульс, под действием которого срабатывает реагирующий элемент, вход которого подключен к данному ЭАРУС 9 или 10. В рассматри - ваемом случае первым открывается тра зистор ЭАРУС 9 и первыми срабатывают РЭ 21 и ИО 19, поскольку ток замыкания на землю через поврежденное присоединение, как правило, наибольщий. Наибольший также сигнал на выходе ЗЯ 7. При срабатывании РЭ 21 и ИО 19 одновременно появляется сигнал на выходе ЭФСИО 23 и соответственно на управляющем входе элемента Запрет 27. В результате этого замыкаются ключ 11 и ключ 13, что приводит к разряду накопительных конденсаторов ЗЯ 7, 9 и к возрастанию запирающего напряжения смещения на эмнттерах транзисторов. Этим способом исключается возможность срабатывания реагирующих элементов на неповрежденных присоединениях в процессе (режиме) поиска поврежденного присоединения . Кроме того, возможность несра/батывания реагирующих элементов на неповреяоденных присоединениях обеспе чивается еще и .тем, что при срабатывании реагирующего элемента поврежденного присоединения на общем рези торе ЗФСИО 23 появляется.напряжение которое по величине выбирается боль наибольшего выходного сигнала импул ного трансформатора ЗАРУС 9, 10. Схема устройства возвращается в , исходное состояние лишь после того, как исчезнет напряжение нулевой последовательности исчезает сигнал на выходе ПО 15) и размыкается ключ 18 Таким образом исключается возможност работы устройства в поелеаварийном режиме (после отключения выключателя поврежденного присоединения), характеризующемся дозарядом емкостей неповрежденных присоединений и сопровождающемся бросками собственных емкостей токов, а также затуханием напряжения нулевой последовательности, с частотой ниже промышленной. 88 При действии кратковременных помех, вызванных различными коммутациями в сети, реагирующие элементы устройства в действие не приходят потому, что уровень отпирания транзисторов ЗАРУС 9, 10 равный разности начального напряжение генератора уменьшающегося напряжения инапря-, жения отсечки транзисторов, выбирается больше возможной амплитуды помехи и постоянные времени цепей заряда конденсаторов ЗЯ 7, 8 приняты/бсльше. длительности сигналов помех, а также потому, что ключ 11 размыкается не мгновенно, а спустя заданную выдержку времени. Таким образом, выполнение элементов автоматического регулирования уставки срабатывания в виде пороговых элементов и генераторов уменьшаю- . щегося напряжения позволяет создать универсальную защиту от замыканий .на- землю, обладающую повьшенной избирательной способностью и чувствительностью и не требующую индивидуальной ргастройки параметров. Минимальная чувствительность устройства находится в пределах 0,10,4 В (в зависимости от типа применяемых транзисторов ), т.е. практически равна напряжению отсечки транзисторов. Высокая избирательность и чувствитальность защиты достигают за счет выбранного алгоритма функционирования устройстваJ. при котором напряжение на выходе преобразователя ток-вылрямление напряжение неповрежденного присоединения с максимальным емкостным током практически не влияет на устойчивость работы защиты. Устройство для защиты по второму варианту содержит установленные на присоединениях 1, 2 последовательно соединенные трансформаторы тока нулевой последовательности 3, 4, преобразователи ток - выпрякпенное напряжение 5, 6 и запоминающие ячейки 7, 8, подключенные своими выходами к одним из входов элементов автоматического регулирования уставки срабатывания 9, 10, вторые входы которых подключены к выходу общего на все присоединения генератора уменьшающе- ося напряжения 29, третьи входы к источнику пита1{ия 12} блок установки запоминающих ячеек в исходное состояние I3i блок управления 14, первый вход которого соединен с вы ходом пускового органа 15, подключен ного своим входом к трансформатору напряжения нулевой последовательное™ ти 16., а выход БУ 14 соединен с упра ляющим входом размыкающего ключа блока установки ЗЯ в исходное состоя ние 13; источник питания 17, замыкающий ключ 18j включенный в цепь питания исполнительных органов 19, 2 и подключенный своим управляющим входом к выходу ПО 15; реагирующие элементы 21, 22 и ЭФСИО 23, выход которого подключен ко второму входу БУ 14. ПТВН 5(6) выполнен на резисторе и диоде и содер 1сит также конденсатор.) предназначенный для отстройки от высокочастотных составляющих, ЗЯ 7(8) состоит из последовательно соединенных диода и конденсатора с параллельно подключенным балласт- ным резистором, ЭАРУС 9 (Ю) включает резисторный делитель напр Ежения 30, операционный усилитель 31, повторитель сигна лов 32 на транзисторе и стабилитрон 33. Генератор уменьи ающегося напряжения 29 выполнен при помощи конден сатора 34, резистора 35 источника питания 36 и размыкающего ключа 37. Блок установкизапоминающих ячее в исходное состояние 13 включает диоды и разьШкающий ключ. БУ 14 состоит из элемента Запрет 27 и элементов Задержка появления сигналов 28 и 38. Устройство работает следующим об разом. При отсутствии в сети однофазно го замьпсания на земльо размыкающие ключ блока 13 i-i ключ 37 замкнуты, а замыкающий ключ 18 разомкнут, ,ПО 15, ИО 19, 20, РЭ 21,22, элемен, ты 28 и 38 находятся в исходном сос тоянии. Напряжение на выходе генера тора уменьшающегося напряжения 29 имеет максимальное значение, причем его величина выбирается больше возможного наибольшего напряжения на выходах ЗЯ. 7, 8. При возникновении в сети однофаз ного замыкания на землю, например на присоединяй 1, срабатывает ПО 15 в результате этого происходит замыкание ключа 18, пуск элементов 28 и 38. Спустя небольшую выдержку вре меня (1-2 мс/, срабатывает элемент 28 и происходит размыкание ключа блока 13, С этого момента начинается процесс заряда конденсатора ЗЯ 1, 8. По истечении времени, достаточного для заряда этих конденсаторов до мак.симальных значений выходных напряжений ПТВН 5, 6, срабатывает элемент 38, осуществляющий размыкание ключа 37. Вследствие этого напряжение на выходе генератора 29 начинает уменьшаться по экспоненциальному, закону. При уменьшении этого напряжения до величины, при которой установленные в цепи инвертирующих входов операционных усилителей 31 диоды начинают отпираться, йа выходе данных усилителей и соответственно на входах пороговых элементов 33 появляются увеличивающиеся по величине напрякения, текущее значение которых равно разностям выходных напряжений ЗЯ 7, 8 выходного напрялчения генератора 39. Как только величина этих напряжений достигает уровня напряжения пробоя стабилитронов 33, последргие переходят в прово ;0.i;ee состояние и срабатывает соот- . ветствующий реагирующрпЧ: элемент. При этом первым срабатывает РЭ 21, поскольку сигнал на вЫходе ЗЯ 7 имеет наибольшее значение. При срабатывании РЭ 21 появляется сигнал на выходе ЭФСИО 23 поступающий г:а управляющий вход элемента 27. Это в свою (эчередь приводит к замыканию ключа блока 13 и ключа 37 генератора 29, благодаря чему исключается возможность несрабатывания реагирующих зитементов на неповрежденных присоединениях. В таком состоянии схема устройства находится до тех пор, пока не отключится поврелсденное присоединение и не исчезнет напряжение нулевой последовательности на выходе ТННП 16. Таким образом обеспечивается селективное срабатывание защиты гфи замыканиях на поврежденном присоединении и несрабатывание ее от собственных емкостных токов в аварийном и послеаварийном режимах. Помехозащищенность достигается за счет введения в устройство элемента 28 и конденсаторов в схему ПТВН 5, 6. n Высокая чувствительность устройства достигается применением операционных усилителей. Для изготовления устройства не требуются сложные элементы и УЗЛЫ4 Оно может быть полноетью скомплектовано из серийно выпускаемых элементов. Устройство просто

Фиг,1 112968812 в эксплуатации и технологично в изготовленки. i Применение данного устройства ,-5 способствует повьшению надежности электроснабжения и безопасности обслуживания электроустановок.