Устройство для защиты от замыкания на землю электрической сети с изолированной нейтралью Советский патент 1985 года по МПК H02H3/17 

1 1 Устройство относится к релейной защите, а именно к устройствам защиты от замыканий на землю электрических сетей, работающих с изолированной нейтралью. Известно устройство для селективной защиты от замыканий на землю, основанное на использовании наложения на сеть контрольного тока с частотой, отличающейся от промышленной, содержащее источник контрольного тока, фильтр токов нулевой последовательности, тормозной блок, логический блок,, пусковой орган и избирательный Орган ij . Один из входов пускового органа подключен ко вторичной обмотке дугогасящего реактора, отсутствие которого в электрических сетях с изолированной нейтралью не позволяет реализовать данное устройство в указанных сетях. Наиболее близким по структуре к изобретению является устройство для защиты от замыканий не землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее генератор наложенного тока второй субгармоники промьшленной частоты (25 Гц), фильтр токов нулевой последовательности, полосовой фильтр наложенного тока, удвоитель частоты фазочувствительньв блок сравнения и датчик напряжения нулевой последовательности. Работа защиты основана на сравнении фаз сигналов наложенного тока от фильтра токов нулевой последовательности и датчика напряжения нулевой последовательности Применение блока сравнения сигна лов по фазе вызывает необходимость фазировки сигналов, согласования фазовых характеристик и индивидуаль ной настройки каждого комплекта устройства защиты из-за наличия бол ших фазовых погрешностей фильтров токов нулевой последовательности. Эти факторы обусловлены недостатками данного устройства, поскольку пр ведение указанных мероприятий в реальных условиях (монтаж и эксплуата ция) весьма затруднительно и требуе высокой квалификации обслуживающего персонала. Цель изобретения - повышение надежности работы защиты, упрощение е наладки и эксплуатации. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты от 01 замыкания на землю электрической сети с изолированной нейтралью, содержащее генератор наложенного тока, датчик напряжения нулевой последовательности, датчик тока нулевой последовательности, к выходу которого подключен первый фильтр, связанный с блоком сравнения с нулевым органом на выходе, введены формирователь сигнала, пропорционального емкостному току сети, второй фильтр, масштабирующий элемент, выпрямитель, орган блокировки и логический элемент И, а блок сравнения.выполнен в випе блока -сравнения абсолютных значений, к цервому входу которого подключен выход первого фильтра, а ко второму входу через масштабирующий элемент, второй фильтр, формирователь сигнала, пропорционального емкостному ; оку сети, подсоединен выход датчика напряжения нулевой последова:тельности, при этом к выходу .вьшеуказанного формирователя подключены через выпрямитель, орган блокировки, второй вход элемента И, первый вход которого через нульорган блока сравнения подключен к выходу блока сравнения. Формирователь сигнала, пропорционального емкостному току сети, выполним -в виде дифференцирующей КС-цепи, подключенной к датчику напряжения нулевой последовательности. На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства защиты; на фиг. 2 - схема выполнения формирователя сигнала. Устройство содержит источник 1 наложенного тока (25 Гц), датчик 2 тока нулевой последовательности, первьй 3 и второй 4 фильтры наложенного тока, датчик 5 напряжения нулевой последовательности, блок 6 сравнения абсолютных значений, формирователь 7 сигнала, пропорционального емкостному току сети, нуль-орган 8 блока сравнения, элемент И 9, выпрямитель 10, орган 11 блокировки, масштабирующий элемент 12. В предлагаемом устройстве, основанном на использовании контрольного наложенного тока с частотой 25 Гц, в блоке 6 производится сравнение по абсолютной величине двух сигналовj пропорциональных соответственно току, протекающему в защищаемом присоеди3нении и собственному емкостному то ку этого присоединения. В формирователе 7 из сигнала, поступающего от датчика 5 напряжения нулевой по следовательности, формируется величина, пропорциональная емкостному току сети, из которой в фильтре 4 выделяется составляющая 25 Гц и по ле масштабирования в элементе 12 подается в блок 6 сравнения абсолютных значений, где она сравнивается с другой величиной на частоте 25 Гц, выделенной в фнггьтре 3 и пропорциональной току нулевой последовательности в защищаемом присоединении. Формирователь 7, используемый для формирования сигнала U,, пропорционального емкостному току сети, может быть выполнен, в частности, в виде цепи, состоящей из последовательно соединенных конден сатора и резистора (фиг. 2). Вход ной сигнал, полученньй от датчика напряжения нулевой последователь1ности, поступает на эту цепь, а вы ходной сигнал Uf снимается с указа ного резистора. Параметры цепи подбираются таким образом, что в диапазоне частот работы схемы емкостное сопротивление конденсатора значительно превышает сопротивление ре зистора, т.е. практически данная цепь является дифференцирующей. Вполне естественно, что функции этой цепи могут быть выполнены любы дифференцирующим элементом, например операционным усилителем с соответствующей обратной связью. Элемент 12 осуществляет преобразование сигнала, пропорционального емкостному току сети в величину, пропорциональную собственному емкос ному току защищаемого присоединения Блок 6 производит сравнение поступающнх на него сигналов, выполняя функцию вычитания. Разность сигнало с выхода блока 6 поступает на вход нуль-органа 8, на выходе которого появляется сигнал (в виде логическо единицы) лишь в случае превышения сигнала от фильтра 3 наложенного тока над сигналом от фильтра 4 нало женного тока. Нуль-орган 8 может быть реализован по любой стандартной схеме, в частности на базе операционного уси лителя . 04 Орган блокировки 11 осуществляет контроль состояния цепей между устройством защиты и формирователем 7, установленным в ячейке трансформатора напряжения РУ,не допуская ложной работы устройства при обрыве проводов. Необходимость введения специального органа контроля исправности указанной цепи обусловлена тем, что расстояние между ячейкой защищаемого присоединения, где устанавливается комплект защиты, и ячейкой трансформатора напряжения, может достигнуть нескольких десятков метров. Принцип действия органа 11 блокировки основан на фиксировании исчезновения сигнала от формирователя 7 в случае обрыва проводов от него. При отсутствии замыкания на землю на выходе датчика 5 напряжения нулевой последовательности и,, соответственно, формирователя 7 обязательно имеет место напряжение с частотой 25 Гц, как правило, напряжения гармоник с частотами, кра:тным трем и напряжения небаланса основной частоты. При замыкании на землю на выходе датчика 5 присутствует значительное напряжение основной частоты. Следовательно, в обоих этих режимах защиты от замыканий на землю не заблокирована и на выходе органа блокировки будет логическая единица. Только лишь при обрыве цепей сигнал от датчика 5 полностью исчезает, а на выходе органа блокировки будет логический нуль, что и используется в предлагаемом устройстве. На входе органа 11 блокировки установлен выпрямитель 10, который осуществляет предварительное выпрямление контролируемого сигнала. Элемент И имеет на выходе логическую единицу (т.е. подается импульс на отключение контролируемого присоединения) лишь при наличии на его входах логических единиц как со стороны нуль-органа, так и со стоРОНЫ органа 11 блокироьки. Блок 6 может быть реализован на базе стандартной диодной схемы сравнения абсолютных значений сигналов переменного тока. Предлагаемое устройство работает ледующим образом. При отсутствии замыкания на землю защищаемом присоединении и при его

возникновении в других присоединенных сети на выходе фильтра 3 токов нулевой последовательности имеется сигнал, определяемьй емкостью данного присоединения относительно земли. Такой же сигнал имеет место и на выходе формирователя 7, Одйако, масштабирование сигналов производится таким образом, что в двух указанных режимах величина сигнала со стороны формирователя 7 после масштабирования в элементе 12 оказывается больше, чем от датчика 2, а разность их навыходе блока сравнения 6 отрицательна. Поэтому на выходе нуль-органа оказывается нуль и логический блок не дает команду на отключение данного присоединения, независимо от наличия или отсутствия сигнала от органа блокировки.

При возникновении замыкания на землю в данном присоединении происходит резкое увеличение сигнала на выходе датчика токов нулевой послеj- WV

Датчик/faЩ}№ ген(/й ну/гейоиломе&дбатемности

довательности 2, из которого в фильтре 3 выделяется составляющая. 25 Гц и подается fla вход блока сравнения 6 абсолютных значений. Из этого сигнала .в блоке 6 вычитается другой сигнал, пропорциональный по величине собственному емкостному току данного присоединения. Их положительная разность поступает в нульорган 8, на выходе которого появляется логическая единица. условии исправности контрольных цепей от формирователя 7 до KOMnheKca запщты на выходе органа блокировки

il1 также имеется логическая единица и элемент И 9 дает сигнал на отключение присоединения.

Таким образом предлагаемое устройство для защиты от замыкания на

землю электрической сети с изолированной нейтралью по сравнению с устройством-прототипом обладает более высокой надежностью,, проще при наладке и эксплуатации.

С

f

Ur

Фо/ и/эоёагель

Фиг. 2

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАВДТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА 3EMJHO ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С ИЗОЛИРОВАНН( НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее генератор наложенного тока, датчик напряжения нулевой после довательности, датчик тока нулевой последовательности, к выходу которо го подключен первый фильтр, связанный с блоком сравнения с нупевым органом на Ен |ходе, отличающ еся тем, что, с целью повышения надежности работы, упрощения его наладки и монтажа, в него введены формирователь сигнала, пропорционального емкостному току сети, второй фильтр, масштабир ующий элемент, выпрямитель, орган блокировки и логический элемент И, а блок сравнения выполнен в виде блока сравнения абсолютных значений, к первому входу которого подключен выход первого фильтра, а ко вторсйму входу через масштабирукиций элемент, второй фильтр, формирователь сигнала, пропорционального емкостнсму току сети, подсоединен выход датчика напряжения нулевой последовательности, при этом к выходу вышеуказанного формирователя подключены через выпрямитель, орган блокировки, второй вход элемента И, перв вход которого через нуль-орган блока сравнения подключен к выходу блока сравнения. 2. Устрюйство по п.1, о т л и чающееся тем, что формирователь сигнала, пропорционального емкостному току сети, выполнен в виде дифференцирукщей КС-цепи, подключенной к датчику напряжения нулевой последовательности.