Способ защиты распределительной сети от тока утечки и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК H02H3/16 

утечки своего присоединения, а вторые выходы каждого указанного блока

подключены к блоку сигнализации своего присоединения.

1, Способ защиты распределительной сети от тока утечки, при котором определяют поврежденную фазу на шинах, минимизируют напряжение этой фазы относительно земли, а также контролируют токи утечки в присоединениях, сравнивают их значение с зталонной величиной, отключают поврежденное присоединение при превьшении измеряемой величины над эталонной величиной, отличающийся тем, что, с целью сокращения перерывов в электроснабжении путем обеспечения работы защиты при повторных повреждениях,сигнализируют о появлении опнофазной утечки в том присоединении, в котором при осуществлении минимизации контролируемый ток стал меньше второй эталонной величины, и осуществляют указанные операции по отключению при повторном контроле ,тока утечки в присоединениях. 2. Устройство для защиты распределительной сети от тока утечки, содержащее общрсетевой автоматический минимизатор напряжения поврежденной фазы, подключенный к сети, и блоки контроля тока утечки в присоединениях, отличающееся тем, что каждый распределительный пункт сети снабжен блоком контроля минимизации, выполненным в виде последовательно соединенных реле напряжения и элемента задержки с блоком сигнализации, выполненным в виде последовасл тельно соединенных запоминающего элемента и индикатора, блоком управления, вьтолненным в виде последовательно включенных одновибратора и первого элемента И, выход которого является вторым выходом блока управления, а входы одновибратора и второго элемента И объединены и являют4 4 ся первым входом блока управления, при этом выход второго элемента И является первым выходом этого блока, О) а вторые входы первого и второго элеto ментов И объединены и являются вторым входом указанного блока управления, причем вторые входы блоков управления каждого присоединения объединены и подключены через блок контроля минимизации к введенному датчику на- пряжения нулевой последовательности, а первые выходы каждого блока управления подключены к выключателю своего присоединения, при этом первые входы каждого блока управления подсоединены к блоку контроля тока

Изобретение относится к области защиты от поражения электрическим током и может быть использовано в распределительных сетях трехфазного напряжения крупных предприятий.

Известен способ селективного отключения участка с пониженным сопротивлением изоляции в разветвленных электрических сетях низкого напряжения переменного тока с изолированной нейтралью, заключающийся в последовательном наложении на сеть оперативного тока различных непромышленных частот, определении величины наложенного тока в каждом из ответвлений на собственной частоте, сравнении этой величины с уставкой и отключении от сети ответвления в случае превышения уставки Ql 3.

Согласно способу осуществляется контроль суммарного активного сопротивления фаз участков сети относительно земли. Поэтом;,- отключение участков происходит независимо от характера повреждения в них. При возникновении однофазной утечки величина оперативного тока непромышленной частоты в соответствующем ответвлении может превышать уставку. В результате происходит отключение ответвления с однофазной утечкой даже в том случае, когда полный ток утечки (включая составляющую промышленной частоты) не превьш1ает безопасной величины. В этой связи возникают неоправданные простои электрооборудования.

Устройство для осуществления этого способа содержит генератор регулируемой непромьшшенной частоты, подключенньш между сетью и землей через :трансформатор напряжения и трансформатор тока, вторичная обмотка которого связана с управляющим входом генератора, через последовательно соединенные узкополосный фильтр, порогов.элемент и блок .управления частотой, и установленный в каждом ответвлении трансформатор тока, вторичная обмотка которого связана с автоматическим выключателем соответствующего ответвления через узкополосный фильтр и пороговый.элемент, причем каждый 5 узкополосный фильтр в ответвлениях настроен на собственную частоту Ij. Однако данное устройство не обладает избирательностью по отношению к виду утечек. Кроме того, перестройка частоты генератора вносит задержку во времени на выявление поврежденных участков, расположенных вблизи источника питания сети. В этой связи устройство не применимо для обеспечения условий электробезопасности.

Наиболее близким к изобретению является способ защиты от замыканий на землю и поражения электрическим током, основанньй на определении в сети фазы, в которой возникла утечка, выборе поврежденного присоединения (при помощи контроля токов утечек в присоединениях, сравнении их с дорогом защиты и определении поврежденного присоединения по превышению контролируемого тока в соответствующем присоединении над порогом защиты, как обязательных операций), общесетевом шунтировании на землю поврежденной фазы (минимизации.напряжения поврежденной фазы относительно земли), отключении поврежденного присоединения с одновременным шунтированием в нем ira землю выбранной фазы и снятии

общесетевого шунтирования, снятии шунтирования в отключенном присоединении через вьщержку времени, контроле состояния изоляции в нем, а также повторном включении присоединения

Q при исправной изоляции или запрещении повторного включения при неисправной изоляции 2.

В соответствии с данным способом при возникновении в сети однофазных

5 утечек происходит селективное отключение присоединений. Это сопровождается, как минимум, кратк овременными остановами электрооборудования в от31ключаемых присоединениях при самоуст раняющихся утечках. При длительных утечках электроснабжение поврежденно го присоединения не возобновляется вообще, в то время как величины токов через эти утечки не превышают безопасных значений за счет миними- , зации напряжения на поврежденной фазе. Преждевременные отключения сети при длительных однофазных утечках вызваны отсутствием контроля двухфаз ных утечек (когда возникают утечки в соседних фазах сети по отношению к первоначально поврежденной), при которых условия электробезопасности MO гут быть обеспечены лишь с помощью защитного отключения. Этот способ реализован в устройстве, содержащем общесетевой автоматический миними атор напряжения поврежденной фазы, состоящий из подклю ченных к сети устройстве выбора поврежденной фазы и блоков шунтировани фаз на землю, управляющие входы которых соединены с выходами устройств выбора поврежденной фазы, а также расположенные в каждом присоединении блок повторного (дополнительного) шунтирования поврежденной фазы, у которого первый вход соединен с блоком выбора поврежденной фазы, а шунтирующая цепь подключена к земле через размыкающий контакт реле времени контрольно-блокировочный элемент, вы ход которого подключен параллельно указанному контакту реле времени, блок контроля тока утечки, выход которого подключен к второму входу бло ка повторного шунтирования и к управ ляющему входу автоматического выключателя защищаемого присоединения, блок контакт которого связан с устройство выбора повреткденной фазы и блоком контроля тока утечки через блок сбро са информации,блок селектйрной защиты присоединений конструктивно объединены в блок выбора поврежденной ли нии 2 . Однако это устройство характеризуется возможностью длительного про- стоя электрооборудования в отключенном присоединении при возникновении неустраняющихся однофазных повреждений . Цель изобретения - сокращение перерывов в.электроснабжении путем обе печения работы защиты при повторных повреждениях. 624 Поставленная цель достигается тем, что согласно способу заищты распределительной сети от тока утечки, при котором определяют поврежденную фазу на шинах, минимизируют напряжение этой фазы относительно земли, а также контролируют токи утечки в присоединениях, сравнивают их значение с эталонной величиной, отключак.т повоежпенное присоединение при превышении измеряемой величины над эталонной величиной, сигнализируют о появлении однофазной утечки в том присоединении, в котором при осуществлении минимизации контролируемый ток стал меньше второй эталонной величины, « осуществляют указанные операции по отключению при повторном контроле тока утечки в присоединениях. В устройстве для осуществления способа, содержащем общесетевой автоматический минимизатор напряжения поврежденной фазы, подключенный к сети, и блоки контроля тока утечки в присоединениях, каждьй распределительный пункт сети снабжен блоком контроля минимизации, выполненным в виде последовательно соединенных реле напряжения и элемента задержки с блоком сигнализации, выполненным в виде последоватешьно соединенных запоминающего элемента и индикатора, блоком управления, вьтолненным в виде последовательно включенньгх одновибратора и первого элемента И, выход которого является вторым выходом блока управления, а входы одновибра- тора и второго элемента И объединены и являются первым входом блока управления, при этом выход второго элемента И является первым выходом этого блока, а вторые входы первого и второго элементов И объединены и являются вторым входом указанного блока управления, причем вторые входы блоков управления каждого присоединения объединены и подключены через блок контроля минимизации к введенному датчику напряжения нулевой последовательности, а первые выходы каждого блока управления подключены к выключателю своего присоединения, при этом первые входы каждого блока управления подсоединены к блоку контроля утечки своего присоединения, а вторые выходы каждого указанного блока подключены к блоку сигнализации своего присоединения. Па фиг.1 представлена схема устройства; на фиг.2 - временная днаграмма, поясняющая работу устройства; на фиг.З - пример виполиения общесетевого автоматического миннмизатора напряжения поврежденной фазы. Устройство(фиг,1) содержит распределительную сеть с присоединениям 1 и 2, источник 3 питания сети, общесетевой автоматический минимизатор 4 напряжения поврежденной фазы, подключепньщ к сети относительно земли, датчик 5 напряжения нулевой последовательности, подключенный к шинам распределительного пункта сети, блок 6контроля минимизации, ..состоящий из последовательносоединенных реле 7 напряжения и элемента 8 задержки, автоматический выключатель 9, в каждом присоединении блок контроля тока утечки, состоящий из датчика тока утечки и порогового элемента 10, блок 11 управления, состоящий из пер вого и второго элементов И 12, 13 и формирователя 14 одиночного импульса (одновибратор), а также блок 15 сигнализащ и, включаюпщй в себя последовательно соединенные запоминающий элемент 16 и индикатор 17, Вход реле 7напряжения подключен к выходу датчика 5, а выход - через элемент 8 задержки к вторьм входам блоков 11 управления в присоединениях, В каждо присоединении выход устройства 10 селективной защиты соединен с первым входом блока 11 управления, у которого иервьй выход подключен к блоку 15 сигнализации, а второй выход - к автоматическому вьпслючателю 9. В бло ке 11 управления первьш вход соединен г первым входом первого элемента И 12 через формирователь 1.4 (одно вибратор) и с первым входом второго элемента И 13, второй вход - с вторы ми входами элементов 12 и 13, первьи вход - с выходом первого элемента И 12, а второй выход - с выходом второго элемента И 13, На временной диаграмме (фиг,2) отражены следующие величины: x Jx информационные сигналы на выходах блоков 10 контроля тока утечки в при соединениях 1 и 2; сигнал на выходе формирователя 14 одиночного импульса в присоединении 1; z - ло1и чески1{ сигнал на выходе реле 7 напря жения-, z - сигнал контроля минимиза ции на выходе элемента 8 задержки; Sb)- сигнал управления сигнализацией на первом вьхходе блока 11 управления в присоединении 1;у ,7 сигналы управления защитным отключением на вторых выходах блоков 11 управления в присоединениях 1 и 2; ср((кГ времена срабатывания и отпускания блока 10 контроля тока утечки; At дхиггельность одиночного импульса ut,ut - длительргости сигналов управления сигнализацией и защитным отключением на нервом и втором выходах блока 11 управления-, с (z) время срабатывания минимизатора 4; tj(2) - время задержки элемента В; tyi-.момент возникновения первой во времени однофазной утечки в присоединении 1; ty, t - моменты возникновения г.торой во времени утечки в одной из соседних фаз по отношению к перво начально новрежденрюй фазе в присоединениях 1 и 2; t - текущее время, На фиг,3 приведена схема автоматического м.-1нимизатора 4, который содержит подключенные к фазам сети относительно земли блок 18 определения поврежденной фазы и блоки 19 шунтирования фаз на землю, управляющие входы которых соедг1нены с выходами устройства 18, Способ осуществляется следующим образом. При возникновении в сети одвшфазной у-гечкг определяется поврежденная фаза и включается минимизация напряжения этой фазы относительно зеьши, в результате чего ток утечки снижается до безопасной величины. Одновременно с возникновением повреждения контролируемый ток утечки в соответствующем присоединении превьш ает порог . Однако с включением минимизации контролируемьгй ток становится меньше порога защиты. Снижение контролируемого тока под воздействием миним ;зации является условием включения сигнализации о появлении однофазной утечки в присоединеьии, Таким образом; защита от однофаз ых токов утечек (как кратковременных, так и длительных) происходит без отключения сети. Отключения же в сет1, диктуемгяе опасностью возникновения двухфазных утечек, осуществляются в виде селективных отключений тех присоединений, в которых возникает вторая во времени утечка, т,е, утечка в одной ,из соседних фаз сети 7 по отношению к первоначально поврежденной. Выявление указанных утечек обеспечивается с помощью- контроля токов утечек во всех присоединениях не только до включения минимизации, но и после включения. Условием селективного .отключения присоединения является превышение контролируемого тока над порогом заишты при включенной минимизации, что соответствует возникновению второй во времени (двухфазной) утечки. Способ допускает использование различных методов минимизации напряжения поврежденной фазы относительно земли. К наиболее приемлемым и распространенным методам относятся шунтирование поврежденной фазы на землю противовключение между нейтралью и землей ЭДС источника питания поврежденной фазы, а также автокомпенсация токов утечки. Указанные методы минимизации являются практически равноценными и выбор конкретного из них определяется простотой реализации. Рассмотрим устройство (фиг.1), в котором все сигналы представлены в логической форме (т.е. могут прини мать только два значения О и 1) и в исходном состоянии (когда сеть работает в нормальном режиме) равны нулю, Пусть в момент времени t, в присоединении 1 сети возникла однофазная утечка. При превышении током утечки порога срабатывания на выходе блока 10 контроля тока утечки, стоящего в поврежденном присоединении 1 через время срабатыванияt;.p(j (1030 мс) информационный сигнал х принимает значение 1. Автоматический минимизатор 4 через собственное врем срабатывания t i(50-100 мс) осуществляет минимизацию напряжения поврежденной фазы сети относительно земли, ограничивая ток утечки до без опасной величины и обеспечивая возможность дальнейшей эксплуатации сети без прерывания электроснабжения. Включение минимизации сопровожда ется увеличением напряжения нулевой Ьоследовательности сети до значения практически равного фазному напряже нию источника 3 питания. При этом реле 7 напряжения вырабатывает единичный сигнал Z, порождающий на вых де элемента 8 через время задержки ti(z) (20-30 мс) единичный сигнал контроля минимизации z. 628. Кроме этого, при включении мини- , мизации ток утечки становится ниже порога защиты, что приводит к обнулению информационного сигнала х на выходе соответствующего устройства 10 через время опускания (х) (5-10 мс). При соблюдении условия t (x)xt,(z) обнуление сигнала происходит раньше появления единичного сигнала контроля минимизации г., в результате чего на вьгходе второго элемента И 13 блока 11 сигнал управления защитным отключением у остается нулевь1м, что исключает преждевременное отключение присоединения, Формирователь 14 по спаду сигнала х вырабатывает одиночный импульс Лх длительностью At (50-60 мс) . Соврадение во времени импульса и сигнала z порождает на выходе логического элемента И 12 сигнал управления сигнализацией виде единичного импульса длительностью (x) j(z) (25-50 мс). Величина последней устанавливается достаточной для срабатывания запоминающего элемента 16. Запоминание появления импульса позволяет осуществлять с помощью индикатора 17 непре- рьшную сигнализацию о возникновении в присоединении 1 однофазной утечки. В таком состоянии сеть может находиться сколь угодно долго. Селективная сигнализация позволяет определить в каком присоединении возникла утечка с тем, чтобы устранить ее, например, во время профилактического останова в удобное для производства время. Таким образом, информацией о появлении однофазной утечки служит снижение контролируемого тока утечки в соответствующем присоединении ниже порога защиты при включении минимизации напряжения поврежденной фазы, поскольку до включения минимизации контролируемый ток превьпвал порог защиты. Если же в одной из соседних фаз сети по отношению к первоначально поврежденной возникает вторая во времегг ни (двухфазная) утечка на землю, то условия электробезопасности можно обеспечить лишь при помощи защитного отклонения. Система защиты осуществляет селективное отключение того присоединения, в котором возникла вторая во времени утечка, в том числе и присоединения .с включенной сигнализацией, поскольку в нем продол91жают контролировать ток утечки. Информацией о появлении второй во времени утечки служит превышение контролируемого тока утечки над порогом защиты при включенной минимизации. Действительно, с появлением единичного сигнала контроля минимизации z все вторые элементы И 13 блоков 11 управления распределительного пункта сети переходят в состояние, при котором в присоединениях обеспечивается прямая связь сигналов управ ления защитным отключением на выходах вторых элементов 13с информационными сигналами на выходах устройст 10 селективной защиты. Возникновение второй во времени утечки (в присоединении 1 - момент времени , в при соединении 2 - момент времени t , сопровождается появлением через время t--,... срабатывания устройств 10 се лективной защиты единичных информапд онных сигналов , как следствие, сигналов управления защитным отключением (на вторых . выхо дах блоков 11 управления), приводящи к отключению соответствуюи1их присоединений автоматическими выключателями 9. Сигналы у(-1и у имеют форму единичных импульсов длительностью ut toTHtxl+tcp.AB) (55-110 мс), где t (АВ)50-100 мс - время срабатывания автоматического выключателя 9. В результате селективного отключе ния второй во времени утечки существование опасных токов оказывается кратковременным, что позволяет сохранить безопасные условия эксплуата ции сети в целом. :В качестве автоматического миними затора 4 напряжения поврежденной фазы могут использоваться различные 6210 устройства. На фиг.З минимизатор представлен в виде устройства автоматического шунтирования, работа которого заключается в следующем. При возникновении в сети первой во времени (однофазной) утечки на землю блок 18 определяет поврежденную фазу и вырабатывает управлякяций сигнал на входе соответствующего блока 19 шунтирования фазы на земпю. Включение шунтирования приводит к снижению (минимизации) напряжения поврежденной фазы (тока утечки) до безопасной величины . Могут быть использованы и другие варианты реализации минимизатора 4. Таким образом, предлагаемые способ и-устройство по сравнению с известным осуществляют защиту от однофазных утечек без отключения питающего напряжения сети с селективной сигнализацией поврежденного присоединения, а защиту от двухфазных утечек путем селективного отключения присоединения, в котором возникла вторая во времени утечка. Двухфазные утечки встречаются значительно реже однофазных. В этой связи количество отключений в сети по этой причине будет незначительным. Кроме того, сигнализация о появлении однофазной утечки позволяет ускорить поиск места повреждения, ликвидировать его, отключив присоединение в удобное для производства время, и предупредить внезапные отключения присоединение при возникновении второй во времени утечки. В целом способ и устройство обеспечивают условия электробезопасности при любых несимметричных утечках и сводят к минимуму число отключений в сети. tcft(x) х .tomnfXi .tcufX}

Н cpasofi cemt/

Фг/г. J