Устройство для направленной защиты нулевой последовательности от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью Советский патент 1985 года по МПК H02H3/16 H02H3/38 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к одному из ее разделов - защите от однофазных замыканий на землю. Специфической особенностью элект роснабжения потребителей горнодобывающих предприятий является большая разветвленность сетей со значительнь м количеством последователь но соединенных магистральных участков кабельной сети. По условиям безопасности требуется селективное отключение участков сети с однофазным повреждением на землю,однако наличие токоприемников первой категории предъявляет повышенные требования по условиям надежности и селективности работы устройств защиты от однофазных замыканий на землю. Известно устройство защиты от од нофазных замыканий на землю, содержащее датчик напряжения нулевой последовс1тельности и последовательно соединенные датчик тока нулевой последовательности,усилитель переменного тока и фазочувствительный усилитель. За счет последовательного соединения устройства защиты с р л.е времени, выдержка которого увели Щ1вается по мере удаления защищаемо го отрезка сети от рагрузки,данное устройство обладает высокой степенью продольной селективности СП. Однако это устройство имеет невы сокую степень поперечной селективности н переходных режимах возншсновеиня н устранения однофазных замьшаний, в том .числе и перемежаю. и;;ихся дуговых,Кроме того, при возникновении перемежающихся дуговых замыканий фазы на землю возможны и отказы срабать1вания., что недопуст МО. , , . Известно также устройство-защиты от однофазных замыканий, содержае-ч щее последовательно соединенные датчик тока нулевой последовательности, усилитель переменного тока , фазачувствительный усилитель-выпрямитель , между которым и датчиком .н пряжения нулевой последовательности включен треугольник сопротивле. НИИ, одно из плеч которого образова но резистором и конденсатором, зашунтированным диодом, другое плечо образованолдиодом, а третье - конденсатором, зашунтированным диодом 42 Благодаря тому, что фазочувствительный усилитель выполнен в виде усилителя-выпрямителя, а исполнительньш орган подключен к указанному треугольнику сопрот.ивлений поперечная селективность действия устройства достаточно высокая как при возник новении, так и при устранении различных видов однофазных замыканий на землю, в том числе и дуговых перемежающихся . Устойчиво устройство и при различных коммутационных переходных процессах в сети 21, Однако. . при установке известных усвройств защиты на последова тельно соединеннь1х участках сети их селективность действия теряется,т.е. устройства не обладают продольной селективностью. Следовательно, такие устройства обладают ограниченными возможностями применения и. могут быть предназначены только для защиты радиальных (конечных) ответвлений сети и только в качестве 1-й ступени. Цель изобретения - повьшение селективности работы защиты от однс5фазных замыканий. Поставленная цель достигается тем, что устройство для направленной защиты нулевой последовательности от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее соединенные последовательно датчик тока нулевой последовательности, усилитель переменного тока и фазочувствительный усилитель-выпрямитель, между выходом которого и выходом автотрансформатора, соединенного с выходом датчика напряжения нулевой последовательности, включен треугольник сопротив пений, одно ., плечо которого выполнено на первом диоде, другое - на включенных параллельно втором диоде и первом конденсаторе,между точкой соединения которых и средним выводом автотрансформатора включен третий диоду зашунтированный вторым конденсатором и резистором, представляющими собой третье плечо треугольника сопротивлений, а также исполнительный орган, снабжено соединенными последовательно транзисторным ключом и цепью задержки сигнала, подключенными последовательно с. исполнительным органом к вновь введенному источнику питания.

3

причем транзисторный ключ включен , встречно-параллельно первому диоду треугольника сопротивлений,плечо которого, выполненное на втором диоде и первом конденсаторе, зашунтировано размыкающим контактом вновь введенного переключателя, замыкающий контакт которого подключен параллельно цепи задержки сигнала.

Цепь задержки сигнала выполнена в виде моста, состоящего из трех резисФоров и конденсатора, одна диагональ которого подключена к источнику питания через указанный ключ и к последовательно; соеди. ненным исполнительному органу и. двум транзисторам равной проводимоти, управляющие электроды которых подключены к другой диагонали моста.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из последовательно соединенных датчика 1 тока нулевой последовательности (ДТНП), усилителя 2 переменного тока, фазочувствительного усилителя-выпрямителя (ФЧУ) 3, между которым и датчиком 4 напряжения нулевой последовательности (ДННИ) включен треугольник сопротивлений, одно плечо которого состоит из диода 5, другое плечо представляет собой диод 6, зашунтированный конденсатором 7, а третье плечо содержит диод 8, зашунтированньй конденсатором 9 и двумя последовательно соединенными резисторами 10 и 11, Встречно-параллельно диоду 5 включен ключ 12, собранный на транзсторе. Коллектор указанного .транзистора нагружен двумя последовательно соединенными транзисторами 13 и 14 и реле 15 Эмиттер-коллекторные переходы транзисторов 13 и 14 шунтируются зa a кaющим контактом переключателя 16, размыкающий контакт которого шунтирует плечо треугольника сопротивлений, содержащее диод 6 и конденсатор 7. Базы транзисторов 13 и 14 подключены к диагонали моста собранного из ковденсатора 17 и резисторов 18-20, Ключ 12 и реле 15 запитаны от ;источника 21 постоянного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

14944

При отсутствии в сети однофазных замыканий на землю.на выходе ДТНП 1 и ДННП 4 сигналы отсутствуют, вследствие чего отсутствует сигнал на с выходе ФЧУ 3.. Ключ 12 при этом

закрыт, закрыты транзисторы 13 и 14, а реле 15 обесточено.

При возникновении в сети одно. фазного замыкания на землю с выхо)0 да ДТНП I и ДННИ 4 поступают сигналы, пропорциональные току и напряжению нулевой последовательности. В устройстве защиты, установленном в поврежденном ответвлении ceTij,- -преобразо,г ванный и усиленный сигнал с ДТНП 1 совпадает по фазе с сигналом, поступающим с ДННП 4, а в устройствах защиты, установленных в неповрежденных ответвлениях сети, находится в про2Q тивофазе (при условно пр1шятых направлениях ).

В первом случае выходной сигнал сФЧУ 3 заряжает конденсатор 9 и открывает ключ 12. Реле 15 при этом

5 находится в обесточенном состоянии до тех пор, пока не откроются транзисторы 13 и 14, запертые обратным напряжением диагонали моста, приложенным к базам указанных транзисторов. После открывания ключа 12 начинает заряжаться конденсатор 17, напряжение на котором сравнивается с опорным напряжением на резисторе 18, При достижении напряжения заряда конденсатора 17 величины,

большей падения напряжения на резисторе 18, транзисторы 13 и 14 открываются, реле 15 срабатывает и вьщает сигнал об однофазном повреждении в сети. Время срабатывания устройства защиты выбирается соотношением вели1ШН параметров конденсатора I7 и резистора 20 и принимается равным суммарному времени срабатывания устрой.ства зап;иты и коммутационного аппа рата, установленных на (п-1)-й ступени последовательно соединенных участков сети.

В то же время во втором случае, 0 когда устройства защиты установлены в неповрежденных ответвлени ;х сети при замкнутом ключе 16, сигнал с выхода ФЧУ 3 заряжает конденсатор 7 и открывает диод 5. запирая тем. самым 5 ключ 12. Таким образом, осуществляется блокирование -исполнитель того органа на время существования переходных процессов в режиме устранения однофазного замыкания на землю в пов режденном ответвлении. Однако э случае повторного возникновения однофаз ного замыкания на землю в последующий момент после устранения предыду щего замыкания в другом ответвлении сети может нарушиться продольная се. лективность срабатывания устройств защиты нз-за наличия времени блоки рования исполнительного органа. Для исключения зтого режима преду мотрен размыкающий контакт переключателя I6, который шунтирует конденсатор 7 и таким образом исключает вьщержку времени на блокирование и селективность срабатьшания определяется только выбором параметров резистора 20 и конденсатора 17.3амь1ка ющий контакт переключателя 16 при этом разомкнут. Неселективнопс ерабатываний устройств защиты, установ ленных в неповрежденных ответвлениях, не произойдет, так как вьщержка времени срабатывания исполнительного органа при помощи мостовой схемы выби зается большей времени существования переходных процессов, связанных с устранением однофазного замыкания в сети и способных вызвать неселективные срабатьша ния защит. В случае установки устройств защиты на конечном ответвлении сети (1-я ступень) переключатель 16 переводится в положение, при котором один контакт замыкается и шунтирует транзисторы 13 и 14, а другой размыкается. Схема при зтом переводится в режим работы, когда цепь задержки сигнала выводится из работы, за счет чего достигается и поперечная селективность. При зтом при повреждении на конечных отрезках сети вьщержка времени срабатывания исполнительного органа становится равной нулю. Блокировка срабатьшания исполнительного органа на неповрежденных присоединениях сети осуществляется за счет разрядного тока конденсатора 7 путем закрытия ключа 12, Кроме того, такая взаимосвязь зле- мечтов схемы позволяет получить плавную регулировку времени срабатывания защиты с выбором минимальных уставок срабатьшания по времени. Так, при собственном времени срабатьшания защиты, составляющем 30 мс, и времени срабатывания выключателя до 100 мс можно применять ступени вьщержки времени 0,100-0,150 с в отличие от 0,5-0,7 с, имеющих место в известных технических решениях.. Это позволяет увеличить количество ступеней защиты продольных линий в распределительных сетях с двух до пяти-шести. Повышается уровень злектробезопасности за счет сокращения продощсительности существования аварии, что выгодно отличает изобретение от известных устройств аналогичного назначения.

1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ С И301МРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее соединенные последовательно датчик тока нулевой последовательности, усилитель переменного тока и фазочувствительный усилитель-выпрямитель, между выходом которого и выходом автотрансформатора, соединенного с выходом датчика напряжения нулевой последовательности, вкгаочен треугольник сопротивлений, одно плечо которого выполнено на первом диоде, другое - на включенных параллельно втором диоде и первом конд-енсаторе, между точкой соединения которых и средним вывoдo( автотрансформатора включен третий диод, зашунтированньи вторым конденсатором и резистором,представляющими собой третье плечо треугольника сопротивлений, а также исполнительиьй орган, Отличающееся тем, что,с .целью повышения селективности работы залщты,. оно снабжено соединел)1ыми последовательно транзисторным клю- чом и цепью задержки сигнала, подключенными последовательно с исполнительным органом и вновь введенному источнику питания, причем транзисторный ключ включен встречно-па л с раллельно первому диоду треугольника сопротивлений, плечо которого, выполненное .на втором диоде и первом конденсаторе, зашунтировано размыкающим контактом вновь введенного переключателя, замыкггющий контакт которого подключен параллельно цепи задержки сигнала. 2. Устройство по п.I, о т л и ч аю щ е е с я тем, что цепь задержки сигнала выполнена в виде моста, сос4 тоящего из трех резисторов и конденсо сатора, одна диагональ которого ключена к источнику пита1П{я через .указанный ключ и к последовательно соединенным исполнительному органу и двум транзисторам разной проводимости, управляющие электроды которых подключены к другой диагонали моста.