Устройство для защиты от обрыва и замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью Советский патент 1985 года по МПК H02H3/16 H02H5/10 

I

Изобретение относится к технике релейной защиты и противоаварийиой автоматики, предназначенной для запщты от обрыва и за 1кания на землю в сети с изолированной нейтралью.

По основному авт.св.№ 1101950 известно устройство для защиты от обрьгеа и замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее подключенные к каждой из фаз сети три преобразователя переменного напряжения Б постоянное, выходы которых подключены к первым входам соответству1отщх логических элементов И, к вторым входам которьсх подключены вькоды упомянутых преобразователей опережающих фаз, а третьи входы логических элементов И соединены с выходом блока вьщержки времени, три входа которого подключены к выходам упомянутых преобразователей, выходы логических элементов И соединены с входами логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу исполнительного органа, сигнализирующего о наличии замыкания на землю в сети, второй исполнительный орган, сигнализируюцр й о наличии обрыва в сети, три логических элемента ИЛИ-НЕ, логический элемент, реализующий функцию неравнозначности, выходы каждого из преобразователей переменного напряжения в постоянное подключены к первым входам логических элементов ИПИ-НЕ одноименных фаз и вторым входам логических элементов ИЛИ-НЕ опережаюв як фаз, выходы логических элементов ШТИ-НЕподключены к трем входам логического элемента, реализующего функцию неравнозначности, выход которого подключен к входу второго исполнительного органа, сигнализируняцего о наличии обрьша в сети flj .

Однофазное замьпсание на землю не представляет большой опасности при пробое изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью на трансформаторных подстанциях, при пробое линейного изолятора на железобетонной опоре, т.е. однофазное замыкание на землю допустимо при наличии незначительного переходного сопротивления в месте замыкания. При больших значениях переходного сопротивления, особенно когда оно изменяется, возможно появление дугового за1Ф1кания, что особенно опасно на линиях электропередачи, проходящих

400I

через сельскохозяйственные угодья, торфяники, лесные массивы, так как при этом возможно возникновение пожа ра. Кроме опасности возникновения пожара оборванный провод представляет повышенную опасность для людей и животных.

Неустойчивое значение переходного сопротивления и, как правило, появление дуги возможны лишь при обрыве провода воздушной линии с последукщим замыканием оборванного провода на землю.

Недостатком известного устройства является то, что оно не может вьделить вид повреждения, характеризующийся обрывом провода с последующим замьжанием его на землю.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем вьщеления повреждения, связанного с обрывом фазного провода и последующим замыканием его на землю.

Для достижения указанной цели в устройство для защиты от обрьгоа и замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью дополнительно введены два реле времени, элемент ЗАДЕРЖЮ, элемент ЗАПРЕТ, элемент ОГРАНИЧЕННАЯ ПАМЯТЬ, четвертый логический элемент И, третий исполнительный орган, сигнализирующий об

обрыве провода с последующим замыканием на землю, причем объединенные выходы первого и второго реле времени включены на выход логического элемента, реализующего операцию неравнозначности, выход первого реле времени подключен к входу элемента ЗАДЕРЖКА, выход элемента ЗАДЕРЖКА подключен к разрешанлцему входу элемента ЗАПРЕТ, выход второго реле време ни подключен к запрещакицему входу элемента ЗАПРЕТ, выход которого через элемент ОГРАНИЧЕННАЯ ПАМЯТЬ подключен ко второму входу четвертого логического элемента И,выход которого подключен к входу третьего исполнительного органа, сигнализирующего об обрыве провода с последующим замыканием на землю.

На чертеже представлена функ1щональная схема устройства.

Предлагаемое устройство содержит преобразователи 1-3 переменного напряжения в постоянное, логические элементы И 4-6, логические элементы ИЛИ-НЕ 7-9, блок 10 вьщегжки времени, логический элемент ИЛИ 11, логический элемент 12 реализую ций функцию нерав- 5 нозначности, исполнительные органы 13 и 14, два реле 15 и 16 времени, элемент 17 ЗАДЕРЖКА, элемент 18 ЗАПРЕТ, элемент 19 ОГРАНИЧЕННАЯ ПАМЯТЬ подключен к второму входу логи- 10 ческого элемента И 20, выход которого подключен к входу исполнительного органа 21.

Устройство работает следующим образом.

На входы преобразователей 1, 2 и 3 переменного напряжения в постоянное подается напряжение фаз сети относительно земли Ug, Ufj, U . Преоб- 20 разователи 1, 2 и 3 имеют уставку по напряжению 1,1-1,2 Оф. Если какоелибо из напряжений меньше напряжения уставки, то выходной сигнал соответствующего преобразователя равен нулю, а при превьшении уставки - логической единице. Таким образом, выбранные уставки обеспечивают изменение вькодного сигнала преобразователей напряжения при возникновении в сети 30

однофазного замыкания на землю и при обрыве в сети. Для отстройки от апериодической составляющей тока замыкания на землю используется блок 10 вьщержки времени, который обеспечи- 35

вает задержку сигнала на 0,2-0,5 с, что необходимо для прекращения переходного режима.

В нормальном режиме работы сети 40 устройство не срабатывает. Напряжения фаз симметричны и не превьппают ILj,выходные сигналы преобразователей 1-3 переменного напряжения в постоянное равны нулю, на входы логи- 45 ческих элементов И 4-6 и ИЛИ-НЕ 7-9 поступают сигналы, равные нулю, на выходах логических элементов И 4-6 сигналы равны нулю, на выходе логического элемента ЛПИ 11 сигнал ра- 50 вен нулю, и первый исполнительный орган 13 не срабатывает. Поскольку три сигнала, поступающие на входы логического элемента 12, реализующего операцию неравнозначности, равны 55 единице, то сигнал на выходе последнего равен нулю и второй исполнительный орган 54 не срабатывает.

Р1звестно, что в воздушных электрических сетях с изолированной нейтралью при однофазном замыкании на землю напряжение поврежденной фазы уменьшается (до нуля), а напряже.мия двух других фаз увеличиваются (до

).

При обрыве одного из проводов междуфазные напря {ения изменяются следующим образом. Напряжение на фазе, емкость которой уменьшается в результате отключения, увеличивается (и может составить 1,5 Иф), напряжения двух других фаз уменьшаются одинаково (до минимального значения, равного 0,87 ) .

Выходные сигналы преобразователей 1,2 и 3 подаются на первые входы логических элементов И 4,5 и 6 и ИЛИ-Н 7,8 и 9 одноименных фаз и на вторые входы логических элементов И 4,.5 и 6 и ИЛИ-НЕ 7,8 и 9 опережающих фаз. Входы элементов И 4,5 и 6 соединены с тремя входами логического элемента ИЛИ 11, выходной сигнал которого равен логической единице при однофазном замыкании на землю. Выходы элементов ИЛИ-НЕ 7,8 и 9 соединены с тремя входами логического элемента 12jреализующего операцию неравнозначности, выходной сигнал которого равен логической единице при обрыве в сети. В нормальном режиме выходные сигналы преобразователей 1-3 равны нулю, устройство не срабатывает.

При однофазном замыкании на землю, например, фазы А выходной сигнал преобразователя 1, равный нулю (напряжение поврежденной фазы А относительно земли уменьшается и меньше ) подается- на первые входы логических :элементов И 6 и ИЛИ-НЕ 9 фазы С . Выходные сигналы преобразователей 2 и 3 фаз 8 , С равны логической единице (напряжения фаз В , С относительно земли увеличиваются).

Выходной сигнал логической единицы с преобразователя 2 фазы 8 подается на первые входы логических элементов И 5 и ИЛИ-НЕ 8 и на вторые входы логических элементов И 4 и ИЛИ-НЕ 7 опережающей фазы А . Выходной сигнал логической единицы с преобразователя 3 фазы С подается на первые входы логи11еских элементов И 5 и ИЛИ-НЕ 8 опережающей фазы В . Выходные сигналы логических элементов ИЛИ-НЕ 7, 8 и 9 и логических элементов И 4 и 6 равны нулю, выходной сигнал логического элемента И 5 равен единице. Таким образом, поступающие на три входа логического элемента 12, реали зующего операционную неравнозначность, сигналы с элементов ЙЛИ-НЕ 7 8 и 9 равны нулю, и подключенный к нему исполнительный орган 13, сигнализирующий об обрыве в сети, не работает. На логический элемент ИЛИ 1 с логического элемента И 5 поступает сигнал, равньй единице, два других сигнала - с логических элементов И 4 и 6 - раны нулю. Выходной сигнал логического элемента ИЛИ 11 становится равным единице, что сигнализирует о наличии в сети замыкания на зеш1ю - срабатьюает исполнительный орган 13. При обрыве в сети, например, фазы А выходной сигнал преобразователя 1, равный единице (напряжение по врежденной фазы Л относительно земл увеличивается и больше Ua), подаетс на первые входы логических элементо ,И 6 и ИЛИ-НЕ 9 фазы С . Выходные сиг налы преобразователей 2 и 3 фаз 8 , С, равные нулю (напряжения фаз В , С относительно земли уменьшаются), подаются на первые входы логических элементов И 5,6 и ИЛИ-НЕ 8,9 своих фаз соответственно и на вторые входы логических элементов И 4,5 и ИЛИ-НЕ 7,8 опережающих фаз А и В соответственно. Выходные сигналы логических элементов И 4,5 и 6 и логических элементов РШИ-НЕ 7 и 9 равны нулю, выходной сигнал логического элемента ИЛИ-НЕ 8 равен единице. Поступающие на три входа логического элемента ИЛИ 11 сигналы с логи ческих элементов И 4,5 и 6 равны нулю. Выходной сигнал логического .элемента ШТИ 11 равен нулю, исполни тельный орган 13, сигнализирующий о наличии однофазного замыкания на землю в сети, ле работает. На один из входов логического элемента ИЖНЕ 8 поступает сигнал, равньш логической единице. Сигналы с логических элементов ИЛИ-НЕ 7 и 9 равны нулю, поэтому выходной сигнал логического элемента 12,реализующего операцию неравнозначности равен еди нице, что сигнализирует о наличии обрыва в сети - срабатывает исполнительный орган 14. При обрыве одного из фазных проводов сети с последующим замыканием на эемлю на входы логического элемента И 20 поступают два с выхода логического элемента ИЛИ 11 и с выхода логического элемента 12, реализующего функцию неравнозначности. Сигнал с вькода логического элемента 12, реализующего функцию неравнозначности, поступает на входы первого и второго реле времени 15 и 16, которые имеют разные вьщержки времени (t и t2 t . Первое реле времени имеет вьщержку времени Сигнал второе реле времени - t. продолжительностью менее t, - через реле времени не проходит, чем обеспечивается отстройка от срабатывания исполнительного органа 21 при кратковременных коммутациях, вьщеление обрыва с последующим замыканием на землю. Если продолжительность сигнала от t -до tg, то сигнал проходит через реле времени 15 на элемент 17 ЗАДЕРЖКА, где задерживается на время At, благодаря чему при обрыве в линии без последукяцего замыкания на эемлю исполнительньй орган 21 не срабатывает, так как сигнал с выхода логического элемента 12, реализующего операцию неравнознач по продолжительности длиннее, ности, t, при этом на запрещакщий вход чем элемента 18 ЗАПРЕТ с выхода второго реле времени 16 подается запрещающий сигнал и на элемент 19 ОГРАНИЧЕННАЯ ПАМЯТЬ сигнал не проходит. Пределы продолжительности вьщеляемого сигнала t. и t определяются высотой подвеса провода в пролете и длиной пролета. Если сигнал, поступающий на реле времени, длительностью от t до t, то на запрещающем входе элемента 18 ЗАПРЕТ сигнала нет и через элемент 18 ЗАПРЕТ сигнал об обрыве провода проходит на элемент 19 ОГРАНИЧЕННАЯ ПАМЯТЬ, где сохраняется некоторое время. С выхода элемента 19 ОГРАНИЧЕННАЯ ПАМЯТЬ сигнал поступает на второй вход четв1ертого логического элемента И 20, на первый вход которого подается сигнал о наличии замыкания на землю с выхода логического элемента ИЛИ 11. Как только появится сигнал на первом входе четвертого логического элемента И 20 при наличии сигнала на втором его входе с выхода логического элемента И 20 сигнал про ходит на вход третьего рсполнительного органа 21, сигнализирукицего о наличии обрьгоа с последующим замыканием на землю. Третий исполнительный орган 21 может быть подключен к органу отключения. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет ввделить повреждение вида: обрыв провода с последующим замыканием на землю. В воздушных электрических сетях сельскохозяйственного назначения напряжением 10 кВ 80% всех видов повреждений приходится на замыкания на землю. По ПТЭ при эксплуатации воздушных линий с изолированной нейт ралью разрешается работать в режиме замыкания на землю в течение времени, необходимого для отыскания места повреждения . В летний период при возникновении замыкания на земпю на линии производят отключение - землю не держат - во избежание пожаров (до отыскания и устранения повреждения) . Недоотпуск электроэнергии при этом увеличивается. . С помощью предлагаемого устройства можно распознать вид повреждения, отличить земпю от обрыва провода с последующим замьжаю{ем на землю. Таким образом, число отключений можно сократить и тем самым сократить затраты на отыскание места повреждения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПИТЫ ОТ ОБРЫВА И ЗАШКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ по авт. св. СССР 1101950, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем определения обрьша провода с последующим замыканием на землю, в устройство дополнительно -T:y : L;;jiS i введены два реле времени, элемент ЗАДЕРЖКА, элемент ЗАПРЕТ, элемент ОГРАНИЧЕННАЯ ПАМЯТЬ, четвертый логический элемент И, третий исполнительный орган, сигнализирующий об обрыве провода с последующим замыканием на земпю, объединенные выходы первого и второго реле времени включены на выход логического элемента, реализующего операгщю неравнозначности, выход первого реле времени подключен к входу элемента ЗАДЕРЖКА,. выход элемента ЗАДЕРЖКА подключен к разрешающему входу элемента ЗАПРЕТ, вьгход второго реле времени подключен к запрещающему входу элемента ЗАПРЕТ, S выход которого через элемент ОГРАНИ(Л ЧЕННАЯ ПАМЯТЬ подключен ко второму входу четвертого логического элемента И, выход, которого подключен к входу третьего исполнительного органа, сигнализирующего об обрьюе провода с последующим замыканием на землю.