Устройство для защиты от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью Советский патент 1985 года по МПК H02H3/16 

Изобретение относится к устройствам защиты от однофазных замыканий на землю в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью,преимущественно в распределительных сетях напряжением 6-35 кВ. Известно устройство для защиты от замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, содержащее на каждом присоединении измерительные органы в виде КС-цепи, конденсатор которого заряжается от тока нулево последовательности с временем, обрат но пропорциональным этому току. Поскольку в поврежденном присоединении ток нулевой последовательности по значению наибольший, то до уровня (уставки) срабатывания заряжается конденсатор измерительного органа устройства, установленного на данном присоединении, которое должно отключиться раньше, чем зарядятся до уровня уставки конденсаторы RC-цепей на неповрежденных присоединениях П13 Однако это устройство может селективно работать лишь при достаточно больших разницах между значениями токов присоединений, что имеет место при большом числе (3-4 и более защищаемых присоеди-нений в сети, так как время заряда емкости RC-цепи на неповрежденном присоединении должнр быть всегда б,ольше времени отключени поврежденного присоединения. Кроме того, оно не может обеспечить селективности при дуговых перемежающихся замыканиях и при бросках тока нулево последовательности в начальный момен металлического замыкания на землю.. Известно также устройство защиты от замыкания на землю, содержащее на каждом присоединении измерительные органы тока, вьшолненные в виде зарядной с размыкающим ключом, соединенным параллельно с конденсато ром для управления работой RC-цепи с целью отстройки от бросков тока в начальный момент замыкания и блокировки (запрета) неселективного сраба тывания исполнительных органов, устройств на неповрежденных при оединениях. Это .расширяет область селектив ной работы устройств на данном принципе С 23. Недостатком известного устройства является возможность неселективных срабатываний при минимальной разности сравниваемых амплитуд токов присо динений из-за несовершенства алгоритма работы и схемы формирования сигнала на срабатывание размыкающего ключа, сигнал на блокировку (запрет) зарядных емкостей присоединений формируется лишь после достижения токов всех присоединений своих амплитудных значений и поступления сигнала на исполнительный орган. Наложение такого запрета (блокировка) может запоздать относительно времени формирова- . ния ложного сигнала на неповрежденном присоединении,т.е. момента достижения напряжения заряда его RC-цепи своего амплитудного значения. При Ьтом невозможна селективная работа при дуговых перемежающихся замыканиях на землю ввиду того, что не предусмотрена возможность сохранения зависимости амплитуды сигналов, поступающих от трансформатора тока, от первичных токов перемежающего замыкания, имекщих различньй спектр амплитуд и частот. Цель изобретения - повышение селективности при замыканиях на землю и обеспечение работы при дуговых перемежающихся замыканиях на землю. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты от замыкания на земпю в сети с изолированной нейтралью, содержащее трансформаторы тока нулевой последовательности на каждом присоединении, измерительные органы тока, вьшолненные в виде зарядной RC-цепи с размыкакндим ключом, соединенным параллельно с конденсатором, и усилителя постоянного тока, выходом связанного с исполнительным реле, подключенные к соответствующему трансформатору тока Н5шевой последовательности через выпрямитель и «промежуточный трансформатор, источник напряжения нулевой Последовательности, к выходу которого подключено реле напряжения с выдержкой времени, а также элементы блокировки, введены для каждого присоединения диодно-резисторный блок, состоящий из последовательно включенных резистора и двух встречно-параллельных диодов и включенньй параллельно выходу каждого трансформатора тока нулевой последовательности, а элементы блокировки выполнены в виде блокировочного и промежуточного (I реле на каждом присоединении и реле напряжения с выдержкой времени, причем к выходу измерительного органа тока подключена обмотка промежуточного реле, один из замыкающих контактов которого включен последовательно спараллельно включенными обмотками блокировочного и исполнительного реле, один из замыкающих контактов последнего включёнпараллельно замыкающему контакту промежуточного реле, а размыкающий ключ выполнен в виде контакта промежуточного , обмотка которого соответственно для каждого из присоединений соединена с вторым замыкающим контак том промежуточного реле и через внов введенньй развязывающий диод с последовательно соединенными размыкающими контактами блокировочных реле всех присоединений и замыкающим с вы держкой времени контактом реле напряжения . При этом с целью обеспечения непрерывного контроля за.сопротивлением изоляции присоединений введены по числу присоединений операционные уси лители, каждый из которых подключен к выходу промежуточного трансформатора,-и элементы сигнализации, включенные к соответствующим выходам опе рационних усилителей. На фиг.1 показана принципиальная схема устройства защиты от замыканий на землю (для двух присоединений); н фиг.2 - схема соединения промежуточ ных репе нулевой последовательности (для двух присоединений, штрихом показано для п-го присоединения ; на фиг.З - зависимости 1 (ct) и И (б) от активного сопротивления изоляции (Rji) фаз контролируемой сети пояЪняющие зоны контроля за изоляцией и защитного отключения, Устройство на каждом присоединени содержит трансформатор 1 тока нулевой последовательности (ТИП), измери тельньй орган 2, выполненньй в виде зарядной RC-цепи и усх литреля постоян ного тока с промежуточным реле 3 па выходе, подключенный к трансформатору 1 тока через вьшрямитель 4, проме жуточный трансформатор 5 и диодно-ре зисторный узел 6, блокировочное 7 и исполнительное 8 реле, промежуточное реле 9 (фиг.2), элемент 10 сигнализа ции (светоиндикатор, состоящий из ряда светодиодов, настроенных на зажигание соответственно на ряд возрас тающих по значению уровней тока нуле вой последовательности в пределах зо ны контроля за изоляцией, например. 0,05, 0,1,..., 0,3 AJ, подключенный к выходу трансформатора 1 тока через операционный усилитель 11, а также общие для всех присоединений источник 12 напряжений-нулевой последовательности и включенные к выходу последнего реле 13 сигнализации и реле 14 напряжения с вьвдержкой времени.Кроме того, устройство имеет высокоомньй резистор 15, подключенньй между нейтралью сети (например, нулевой точкой обмотки высокого напряжения трансформатора собственньк нужд подстанции) и землей, создающей дополнительный, активньй ток замыкания на землю, равньй по значениюг 50-60% емкостного тока замыкания в сети. Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме при отсутствии одно- или двухфазного снижения уровня изоляции относительно земли ниже допустимого (фиг.З) или отсутствии однофазного замыкания реле 13 сигнализаЦ1-Ш и реле 14 напряжения не срабатывают, а на трансформаторе ТИП 1 на .каждом присоединении отсутствует сигнал, достаточньй для открывания элемента 10 сравнения (светоиндикатора). Контакты 13.1 и 14.1 реле 13 и 14 находятся в разомкнутом состоянии, соответственно замкнут контакт 9.1 промежуточного реле 9, конденсатор RCцепи разряжен, контакты 3.1 промежуточного реле 3 и контакты 8.1 исполнительного реле 8 разомкнуты, а контакт J.1 блокировочного реле 7 замкнут . При одно- или двухфазном снижении сопротивления изоляции фаз относительно земли или однофазном замыкании на землю через большое сопротивление (например, падение провода воздушной линии на плохо проводящие грунты, утечки на землю через тело железобетонной опоры со спекшимся грунтом у основания, падения провода на траверсы деревянных опор и другие повреждения) на одном из присоединений в пределах зоны контроля за изоляцией (фиг.З) на источнике 12 напряжения появляется напряжение смещения нейтрали порядка 2-3 В, а на трансформаторе 1 тока всех контролируемых присоединений цоявляются вторичные токи НП, которые после усиления поступают на входы элементов 10 сигнализации (например, све1;оиндикаторов) . При этом реле 13 срабатывает и вьщает предупредительный неселективный сигнал, а на трансформатор тока поврежденного присоединения поступает ток, вторичное значение которого выше уставки контроля (например, 0,05А, в пределах 0,05-0,3 А), которое после усиления оказьшается достаточным по уровню дЛя открывания и зажигания соответствующих светодиодов светоиндикаторного ряда на данном присоединении. Поскольку на повр.ежденном при соединении вторичные значения тока НП имеют наибольшее значение, то на его светоиндикаторе зажигается наибольшее число ламп, по сравнению со светоиндикаторами остальных (неповрежденных) присоединений. Это дает I возможность оперативному персоналу 1подстан1цги или диспетчеру достаточно просто и надежно определить присое динение с ухудшенной изоляцией и раз вивающимся пов реждением. При однофазном замыкании на землю через сопротивления, лежащие в зоне защитного отключения (фиг.З), срабатывает реле 14 напряжения и с определенной выдержкой времени (порядка 5-10 мс) замыкается его контакт 14.1 (фиг.2). При этом срабатывают реле 9 (9,9j9 при п отходящих линиях) и размьпсают- свои контакты 9.1 (9ij. 15 9э , % .. .9 1) По зарядным цепям НП, которые одинаковы для всех присоединений, начинают заряжаться конденсаторы. Уставки срабатывания реле 3 (3,с..,3„) на выходе усилителей на всех линиях одинаковы, но первым до уровня открывания транзистора усилителя заряжается конденсатор поврежденной линии, т.е. где Ток НП наибольший по значению. Срабаты- вает реле 3 поврежденной линии, свои ми контактами 3.1 и 3.2 замыкает цепь обмоток реле 7,8 и 9. Затем кон такт 7..1 (реле 7) размыкает цепь питания обмоток реле 9, 9, ...,.9 (цепь реле 9 замкнута контактом 3.2) Реле 9, 9,...,9 возвращаются в ис ходное состояние и своими контактами мгновенно снова блокируют входы усилителей неповрежденных линий (замыкаются контакты 9.1, 9 . 1,.. .,9.1) . Контакт 9.1 реле 9 остается разомкну тым. Срабатывает реле 8и,самоблокируясь, замыкает свой контакт 8.2 в цепи отключения выключателд поврежденной линии.. .. При перемежающихся замыканиях на землю на вторичных обмотках трансформаторов 1 тока из-за бросков первичного тока, достигаю1цих 100-200 А, появляются соот ветственно повьш1енные напряжения, которые ограничиваются встречно-параллельно включенными диодами блока 6 для защиты входных цепей. Но благодаря наличию последовательно включенного с диодами резистора (сопротивлением порядка 0,1 Ом), за счет падения напряжения на нем, обеспечивается сохранение зависимости напряжения на входе промежуточного трансформатора 5 от первичного тока в присоединениях при любых ее амплитудах. Если первичные токи замыкания на землю не превышают 15-20 А, то напряжение на входе трансформатора 5 не превьшгает величины напряжения открывания диодов в прямом направлении (0,3-0,5 в), т.е. за счет того, что заперты и по цепи диодно-резисторного ло а ТОК не течет, напряжение, поступающее на вход трансформатора 5, ограничивается только резистором, включенным параллельно блоку 6. Следовательно, предложенное устройство обеспечивает селективную работу и при перемежающихся дуговых замыканиях на аеМлю. Время срабатывания устройства V V4+4 t8 где &t - вьщержка времени на срабатывание реле 14 напряжения (порядка 5-10 мс); - время срабатываt.tj , tj tg соответствующих реле 14, 9, 3, 7 и 8, Для селективной работы реле должны соблюдаться условия At+ti +4+Ч- Ч- Ь t + t44-t3 |f| - 1 цц-- время заряда емкости (меньшим током) на неповрежденных присоединениях. Поэтому для выполнения условий (1) и (2) реле 14, 9, 3 и 7 должны быть быстродействующими, например герконовыми (типа РЭС-55А и др.). имеющими время срабатывания порядка 1-2 мс, а реле 8 должно быть электромагнитным с временем срабатывания порядка 20-30 мс. Следовательно, при замыкании на землю через сопротивление в зоне защитного отключения через 40-50 мс формируется селективньй сигнал на отключение поврежденного присоединения, . Экспериментальные исследования в карьерных распределительных сетях 6 кВ показали, что предложенное устройство выгодно отличается от известных повышенной селективностью при различных видах однофазного замыкания (глухих, через переходное сопротивление и перемежающееся дуговое) независимо от числа защищаемых присоеди- 15 и сетей. 113 8 . нений, а также возможностью селективного определения участка, с ухудшенной изоляцией для своевременного предупреждения развивающихся аварий в сетях - и-электр ооборудовании.. Применение данного устройства, например, в распределительных сетях напряжением 6-10 кВ. карьеров и шахт позволяет получить существенный эко- номический эффект за счет сокращения простоев мощного добычного оборудования, обусловленных неселективными отключениями сети и внезапными повреждениями изоляции электрооборудовании

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМШ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее трансформаторы тока нулевой последовательности на каждом присоединении, измерительные органы тока, выполненные в виде зарядной RC-цепи с размыкающим ключом, соединенным параллельно с конденсатором, и усилителя постоянного тока, выхойом связанного с исполнительным реле, подключенные к соответствующему трансформатору тока нулевой последовательности через выпрямитель и промежуточный трансформатор, источник напряжения нулевой последовательности, к выходу которого подключено реле напряжения с выдержкой времени, a также элементы блокировки, отличающееся тем, что, с целью повьшения селективности и обеспечения работы при дуговых перемежанщихся замыканиях, в него введены для каждого присоединения диодно-резисторный блок, состоящий из последовательно включенных резистора и двух встречно-параллельных диодов и включенный параллельно вы- ходу каждого трансформатора тока нулевой последовательности, a элементы блокировки выполнены в виде блокировочного и промежуточного реле на каждом присоединении и реле напряжения с вьщержкойвремени, причем к выходу измерительного органа тока подключена обмотка промежуточного реле, один из замыкающих контактов которого включен последовательно с параллельно включенными обмотками блокировочного и исполнительного реле, один из замыкакнцих контактов последнего вклюI чен параллельно замыкающему контакту промежуточного реле, a размыкакнций w ключ вьшолнен в виде контакта промежуточного реле, обмотка которого соответственно для каждого из присоединений соединена с вторым замыкакяцим контактом промежуточного реле и через вновь введенный развязывающий диод с последоват ельно соединенными размыка;ющими контактами блокировочных реле со всех присоединений и замыкакяцим с вы00 00 держкой времени контактом реле напряжения. 2. Устройство по п.1, отлиHt; чающееся тем, что, с целью обеспечения непрерьшного контроля за сопротивлением изоляции присоединений, в него введены по числу присоединений операционные усилители, каждый из которых подключен к выходу промежуточного трансформатора, и элементы сигнализа1щи, включенные к соответствующим выходам операционных усилителей.