Устройство для контроля изоляции в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью Советский патент 1986 года по МПК G01R31/08 

кой сети, преобразователи напряжения управляемые ключи 7,8 и 10, блок 9 контроля напряжения нулевой последовательности, блок 11 вьщеле ния обрыва, элемент ПАМЯТЬ 12, блок 13 выделения поврежденной фазы, управляемые ключи 14, 15 и 22, пи-

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании устройств для контроля изоляции и определения места обрьша в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью:

Целью изобретения является повьр- шение точности определения зоны обрыва путем отстройки от естественной несимметрий напряжений и от бросков напряжения нулевой последовательности, возникающих при нормальной эк сплуатации сети.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 (а, б, в, г, д) - графики, поясняющие работу отдельных блоков устройства; на фиг 3 - блок-схема блока вьщеления поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю; на фиг, 4 - блок-схема блока вьзделения зоны об- рьша; на фиг. 5 - временные диаграммы согласования работы блоков устройства при возникновении разрыва в фазе воздугчной линии с изолированной нейтралью (режим обрыва да).,

Устройство содержит (фиг. l) клеммы 1-3 - для подключения к фазам контролируемой электрической сети первый 4, второй 5, и третий 6 преобразователи напряжения, последовательно соединенные первый 7, второй 8 Управляемые ключи, блок 9 контроля напряжения нулевой последовательности, третий управляемый ключ 10, блок 11 выделения обрыва, элемент 12 ПАМЯТЬ, блок 13 вьщеления поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю, пятый 14 и четвертый 15 управляемые ключи, пиковый детектор 16, первый 17, вто1218353

ковый детектор 16, фильтры 17, 18 и 2 нижних частот, сумматор 19, формирователь 20 импульса, блок 23 выделения зоны обрыва. Работа устройства поясняется графиками и временными диаграммами в описании изобретения. 2 3. п, ф-лы, 5 ил.

рой 18 фильтры нижних частот, сум- матор 19, формирователь 20 импульса, фильтр 21 нижних частот, шестой управляемый ключ 22, блок 23 выделения зоны обрыва.

Первые выводы трех преобразователей 4-6 напряжения соединены с клеммами 1-3, вторые выводы трех пре-

образователей 4-6 напряжения соединены с соответствующими входами блока 13 выделения поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю, второй вывод первого 4 преоб-

разователя напряжения через пер- .вый 7 управляемый ключ соединен со вторым выводом второго 5 преобразователя напряжения, который через второй 8 управляемый ключ соединен .

со вторым выводом третьего преобразователя 6 напряжения, который соединен с первым выводом четвертого 15 управляемого ключа и через третий 10 управляемый ключ соединен

с первым входом блока 9 контроля напряжения нулевой последовательности, первый вьгход блока 9 контроля напряжения нулевой последовательности соединен с управляющийи вхо- дами первого 7 и второго 8 управля-

емых ключей, а второй выход - с .четвертым входом блока 13 вьщеления поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю, второй вход блока 9 контроля напряжения нулевой

последовательности соединен с общей шиной Земля,вторые выводы первого 4, второго 5 и третьего 6 преобразователей напряжения соединены с первым, вторым и третьим входами

блока П вьщеления обрьша, выход которого соединен со входом элемента 12 ПАМЯТЬ, первьгй выход которого соединен с управляющим входом третьего 10 управляемого ключа, первый выход блока 9 контроля напряжения нулевой последовательности соеди-- иен с управляющим входом четвертого 15 управляемого ключа, второй вьг- вод которого соединен со входом пикового детектора 16, выход пикового детектора 16 соединен со входами первого 17 и второго 18 фильтров нижних частот, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора 19, выход сумматора подключен ко входу формирователя 20 импульса и ко входу третьего фильтра 21 нижних частот, выход третьего фильтра нижних частот подключен к первому выводу пятого управляемого ключа 14, второй вывод которого, подключен к первому входу блока 23 вьщеления зоны обрыва, выход формирователя 20 импульса соединен с первым вьшодом шестого управляемого ключа 22 и со вторым входом блока 23 вьщеления зоны обрыва, второй вывод шестого управляемого ключа 22 соединен с общей шиной Земля, выход сумматора подключен к управляющему входу шестого управляемого ключа 22, второй вывод блока 12 ПАМЯТЬ соединен с управляющим входом пятого управляемого ключа 14.

Блок 13 выделения поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю содержит (фиг. З) три элемента ЗАПРЕТ 24-26, три пороговых элемента 27-29, три двухвходовых элемента И 30-3., три блока 33-35 индикации, причем вхЬды первого 27, второго 28 и третьего 29 пороговых элементов соединены с соответствующими входами блока 13 выделения поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю, выход первого 27 порогового элемента соединен с первыми вхо- дами второго 31 и третьего 32 элементов И и первого 24 элемента ЗАПРЕТ, выход второго порогового элемента 28 соединен с первым входом второго э;лемента ЗАПРЕТ 25, входом пе рвого 30 и вторым входом третьего элемента 32 И, выход третьего порогового элемента 29 соединен с первым входом третьего элемента 26 ЗАПРЕТ и со вторыми входами первого .30 и второго 31 элементов И, выходы первого 30, второго 31 и третьего 32 элементов И соединены со вторыми входами первого 24. второго 25 и третьего 26 эле10

15

20

2183534

ментов ЗАПРЕТ, выходы которых соединены со входами соответствующих блоков 33-35 индикации, третьи входы трех элементов 24-26 ЗАПРЕТ объ5 единены и соединены с четвертым входом блока 13 выделения поврежденной фаэы при однофазном замыкании на землю.

Блок 11 выделения обрьша (фиг.4 содержит три элемента 36-38 ЗАПРЕТ, первый 39, второй 40 и третий 41 пороговые элементы, три двухвходо- вых 42-44 и один трехвходовый 45 элементы ИЛИ, причем входы первого 39, второго 40 и третьего 41 пороговых элементов соединены с соответствующими входами блока 11 выделения обрыва, выход первого 39 порогового элемента соединен с разрешающим входом первого элемента ЗАПРЕТ 36 и с первыми входами второго 43 и третьего 44 двзтсвходовых элементов ИЛИ, выход второго порогового элемента 40 соединен с разре-

25 шающим входом второго элемента ЗАПРЕТ 37, первым входом первого 42 и вторым входом третьего 44 двухвхо- доБых элементов ИЛИ, выход третьего порогового элемента 41 соединен с разрешающим входом третьего элемента 38 ЗАПРЕТ, со вторыми входами первого 42 и второго 43 двух- входовых элементов ИЛИ, выходы первого 42, второго 43, третьего 44 двухвходовых элементов ИЛИ соединены с соответствующими входами первого 36, второго 37 и третьего 38 элементов ЗАПРЕТ, выходы которых со единены с первым, вторым и третьим входами трехвходового элемента 45 ИЛИ, выход которого соединен со входом блока 11 выделения обрыва

На фиг. 2а изображено как изме- няе.тся напряжение нулевой последовательности на выходе (кривая l) и на входе (кривая II) пикового детектора 16 при возникновении повреждения. На фиг. 2 б,в, показано изменение напряжения на первом 17 и втором 18 фильтрах нижних частот (кривые ТП, IV соответственно). На фиг. 2 г изображено напряжение на выходе сумматора 19 (кривая v) фиг. 2 д поясняет принцип формирования сигнала Сброс по первому

фронту волны (прямоугольный импульс VI). Ключи 7, 8 и 15 (фиг.5) размыкаются при появлении напряжения нулевой последовательности,ера30

35

40

45

50

батываниц-блока 9 (момент времениi, на временной диаграмме). Одновременно начинают работу блоки 11 и 13, После того, как блок 11 (блок определения обрыва) выдает сигнал о наличии обрыва, сигнал с задержкой по времени u.t, поступает на раз- мыкаюпщй ключ 10 (момент времени tj, на временной диаграмме) и с блока 9 на за прещающий вход блока 13 (запрет работы блока определения поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю). С элемента 12, с задержкой по времени Atj сигнал о наличии разрыва в фазе по- дается на ключ 14 (момент времени t,), после чего начинается пересчет Up i и вьщается цифровая информация на АЦД (блок 23), Сигнал об обнулении (возврат в исходное положение ) подается при последующем возникновении повреждения (момент времени t).

Устройство работает следующим об- разом,

В нормальном режиме управляемые ключи 7, 8 и 10 находятся в нормаль- но замкнутом состоянии, т,е, вто-. рые выводы преобразователей напряжения 4-6 электрически объединеиъ (вследств ие чего npeo6pa3pBaTejm на- пряжения 4-6 образуют фильтр напря- жения нулевой последовательности), В нормальном режиме сигнал на выходе фильтра напряжения нулевой последовательности -равен напряжению- нулевой последовательности, обусловленному наличием естественной несимметрии напряжений в сети (из-за несиммет- ричного расположения проводов относительно земли, и составляет порядка 50-100 В (0,5-1,0 и , т,е, не Йре- вышает значений напряженности, предусмотренных блоком 9 контроля на- пряжения нулевой последовательности, который представляет собой реле максимального напряжения l, блоком 11 вьщеления обрьша и блоком 13 выделения поврежденной фазы пРИ замыкании на землю, и прследние не срабатывают Работа сети с изолированной нейтралью характеризуется наличием некоторого напряжения несимметрии отно- сительно земли, как отмечалось, Кро- мё того, в процессе эксплуатации ВЛ возможны изменения напряжения не- сЙ1иметрии из-за неравномерных ком

0 5 0

5

0

мутаций (например, включение и отключение трех ножей разъединителей не может быть абсолютно.синхронным) , Для более точного вьщеления зоны обрыва в сети по величине UQ . необходимо отстроиться от значений несимметрии напряжений, возникающих при нормальной эксплуатации сети, т,е, когда в ней нет обрьгаа, зам кания на землю или других повреждений, а также при коммутациях,

В данном устройстве такая от- , стройка реализована с помощью пи- кового детектора 16, первого 17 и второго 18 фильтров нижних частот и сумматора 19, На выходе пикового детектора 16 имеем огибающую синусоидальных пиков кривой напряжения Up (фиг, 2, кривая 1), Пиковый детектор 16 состоит из диода, конденсатора и резистора. Сигнал (фиг.2, кривая 1) с пикового детектора 16 подается на входы первого 17 и второго 18 фильтров нижних частот, которые включены параллельно. В уст ройстве предусмотрена отстройка от бросков Up при коммутациях и от уровня естественной цесимметрии. I...,.-. Вьтолненные по стандартным схемам 2J фильтры 17 и 18 нижних час- тот запоминают сигнал с разными по- стоянными времени c)t и t (фиг. 26, в). Конденсатор второго фильтра нижней частоты 18 заряжается медленно, так что сигнал на выходе фильтра 18 почти равен входному, (отличается лишь на величину допустимой погрешности - ьр)(фиг, 2 в), Таким образом, выделяется величина U естественной несимметрии нормального режима и хранится постоянно в фильтре 18, Первый фильтр нижних частот 17 запоминает сигнал Up , возникающий при разрыве в фазе Од

ecт. НИЖНИХ часто т (17,18,21) выполняют в устройстве функции хранения информации,При однофазном замыкании на землю,например фазы 3. появляется напряжение нулевой последовательности, которое подается на блок 9 контроля напряжения нуле- BoPi последовательности и одновременно, через управляемый ключ 15, - в цепь определения зоны обрыва. Блок 9 контроля напряжения нулевой; последовательности, срабатывая, размыкает управляемые ключи 7 и 8,

вследствие чего преобразователи на-- пряжения (ПН) электрически разъ- единяются, при этом на выходе ПН 4 сигнал относительно земли почти ра- вен нулю / отличается от О.на величину (JogcT.yec.paitt), а на выходе ПН 5 и 6 - B-jS раз больше, чем при нормаль- ном режиме.При однофазном замыка- ни на землю сигналы с ПН 4-6-по- ступают на соответствующие входы блока 13.вьщеления поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю, в котором сигналы сравниваются и отрабатывается сигнал о поврежде- НИИ фазы.

Одновременно сигналы с ПН 4-6 поступают на входы блока 1I выделения обрьша, на выходе которого сигнал в этом случае равен нулю. На разрешающем входе элемента Запрет 36 поврежденной фазы 3 сигнал равен нулю, следовательно, на выходе элемента 36 сигнал тоже равен нулю. На разрешаюпщх входах элементов 37 и 38 двух других фаз сигналы равны единице, поскольку на логические элементы ИЛИ 43 и 44 поступают сигналы с поврежденной и неповрежденной фаз и сигнал с неповрежденной фазы обес- печивает на выходе двухвходового логического элемента ИЛИ логическую единицу. Таким образом, на выходах логических элементов Запрет 37 и 38 сигналы равны нулю. На трех входах трехвходового логического элемента ИЛИ 45 сигналы равны нулю, а следовательно, выходной сигнал равен нулю, т.е. блок 11 вьщеления обрыва в случае однофазного замыкания на землю не срабатывает. Тогда не будет сигнала через элемент 12 ПАМЯТЬ на управляемый ключ 14 и блок 23 выделения зоны обрыва тоже не сработает.

Аналогично работает устройство при замыкании на землю фазы 1 или. 2

При возникновении неполнофазного режима, вызванного обрывом в фазе, напряжение нулевой последовательности подается на блок 9 контроля напряжения нулевой последовательности, который, срабатывая, размыкает управляемые ключи 7,8 и ПН - 4-6 электрически разъединяются. Появление обрьша в сети фиксируется бло- ком 1I вьщеления обрыва, который срабатывая, подает сигнал на элемент 12 ПАМЯТЬ. На разрешающем вхо

де логического элемента ЗАПРЕТ 36 поврежденной фазы сигнал равен единице, на запрещающем - нулю, поскольку на входах двухвходового логического элемента ИЛИ 42 сигналы равны нулю и на его выходе сигнал равен нулю. На выходе логического элемента ЗАПРЕТ 36 сигнал равен единице. На разрешаюш 1х входах логических элементов ЗАПРЕТ 37 и 38 двух других фаз сигналы равны нулю, а следовательно, на их выходах - тоже логические нули. На трехвходовый логический элемент ИЛИ 45 поступает сигнал с выхода логического элемента ЗАПРЕТ 36, два других сигнала на входе логического элемента ЗАПРЕТ 45 равны нулю. На выходе логического элемента ИЛИ 45 сигнал равен единице, т.е. блок 11 выделения обрыва срабатывает.

Через время bt, необходимое для отстройки от коммутационных изменений напряжения несимметрии, с элемента 12 ПАМЯТЬ управляющий сигнал подается на размыкание ключа 10. Цепь блока 9 контроля напряжения нулевой последовательности разрывается - подаются сигналы на замыкание управляемых ключей 7 и 8. Через время ut ut, (для исключения воз- никновения звонкового режима) с элемента 12 ПАМЯТЬ сигнал подается на управляемый ключ 14. Напряжение нулевой последовательности U подается на блок 16 (пиковый детектор), после которого преобразованный сигнал поступает на первый 17 и второй 18 фильтры нижних частот. В сумматоре 19 вычитаются сигналы UQ обрыва и .и полученнъпЧ сигнал - - и,ес,.„есим ( абсолюти:

и„

о 0. оьр

ное значение изменения напряжения нулевой последовательности из-за возникновения разрыва в фазе; - фиг. 2 г) подается на вход третьего фильтра 21 нижних частот, выполненного по схеме 2. Когда с элемента 12 на управляемый ключ 14 sj приходит сигнал об обрыве, на блок 23 pj вьщеления зоны обрыва подается сигнал - напряжение нулевой последовательности U. Блок 23 срабатывает, производит пересчет f UD - вьщеляется зона обрыва. В устройстве обеспечивается стирание. информации о предьщущем случае обрыва. Формирователь импульса 20 Г47

формирует импульс (Сброс) - сиг- нал по переднему фронту волны. Как только поступает новый сигнал на сумматор 19, формируется импульс Сброс (АИГ. 2 д), который с формирователя 20 подается на ключ 22. В фильтре 21 и блоке 23 старая ин- формация стирается (обнуляется)

При неполнофазном режиме, вызванном разрывом в фазе, сигналы с ПН 4-6 поступают на входы блока 13 выделения поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю, на выходе которого сигнал в этом случае равен нулю. На запрещающем входе логического элемента ЗАПРЕТ 24 сигнал рав.ен логической единице, а следовательно, на выходе элемента ЗАПРЕТ 24 сигнал равен нулю. На за- прещающих входах логических элементов ЗАПРЕ Т двух других фаз 25 и 26 сигналы равны нулю, но на разрешающих входах этих элементов сигналы тоже равны нулю, так как на входы логических элементов И 31,32 неповрежденных фаз поступают неодинаковые сигналы (единица - с поврежденной фазы, ноль - с неповрежденной фазы), и на выходе логи-. ческих элементов If 3,1 и 32 сцгна- лы равны нулю. Блок вьщелени5г поврежденной фазы при однофазном за- мьжании на землю не срабатывает.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет контролировать изоляцию трехфазной электрической сети, вьщелить поврежденную фазу при замыкании на землю и более точно определить зону обрыва путем отстройки от естественной несиммет- рии напряжений ц бросков напряжения нулевой последовательности, появляющихся при коммутациях в сети, например при включении ножей трехфазных разъединителей.

Ф..ормула изобретения

1 .Устройство для контроля изоляции в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью, содержащее первый, второй и третий преобразователи напряжения, последовательно соединенные первый, второй и третий управляемые ключи, блок вьщеления зоны обрыва, четвертый управляемый ключ, блок вьщеления поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю,- блок контроля напряжения нулевой последовательности, блок выделения

обрыва, элемент ПАМЯТЬ, первые вьр воды трех преобразователей напряжения соединены с. соответствующими клемами для подключения фаз контролируемой трехфазной сети, вторые выводы fpex преобразователей соединены с

соответствующими входами блока выделения поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю, второй вьг вод первого преобразователя напряжения также через первый управляемый ключ соединен с вторым выводом второго преобразователя напряжения и через второй управляемый ключ - с вторым выводом третьего преобразователя напряжения, который соединен с -первым выводом четвертого управляемого ключа и через третий управляемый ключ с первым входом блока контроля напряжения нулевой последовательности, первый выход блока контроля напряжения нулевой последовательности соединен с управляющими входами первого и второго управляемых ключей, а второй выход - с четвертым входом блока выделения поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю, второй вход блока контроля напряжения нулевой последовательности соединен с общей шиной Земля, вторые выводы первого, второго и третьего преобразователей напряжения также соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока выделения обрыва, выход которого соединен с входом элемента ПАМЯТЬ, первый вьрг ход элемента ПАМЯТЬ соединен с уп- равляющим входом третьего управляемого ключа, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности определения зоны обрыва, в него введены пятый и шестой управляемые ключи, пиковый детектор, первый, второй и третий фильтры нижних частот, сумматор, формирователь.импульса, причем первый выход блока

контроля напряжения нулевой последовательности соединен с управляющим входом четвертого управляемого ключа, второй вывод которого соединен с входом пикового детектора, выход пикового детектора соединен с входами первого и второго фильтров нижних частот, вькоды первого и второго фильтров нижних частот со-. единены с соответствующими вход ами сумматора, выход сумматора подклюг чен к входу формирователя импульса и входу третьего фильтра нижних

частот, выход третьего фильтра ниж них частот подключен к первому вьр- воду пятого управляемого ключа, вто рой вьгоод которого, подключен к первому входу блока вьщеления зоны об- рыва, выход формирователя импульса соединен с первым выводом шестого управляемого ключа и вторым входом блока вьщеления зоны обрыва, второй вывод шестого управляемого ключа соединен с общей шиной Земля, выход сумматора также подключен к управляющему входу шестого управляемого ключа, второй выход элемента ПАМЯТЬ соединен с управляющим входом пятого управляемого ключа.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, блок Bbf- деления обрыва содержит три пороговых элемента, три двухвходовых и один трехвходовый элементы ИЛИ, три элемента ЗАПРЕТ, причем входы первого, второго и-третьего пороговых элементов соединены с соответствующими входами блока вьзделения обрыва, выход первого порогового элемента соединен с разрешающим входом первого элемента ЗАПРЕТ и с первыми входами второго и третьего двухвхо- довых элементов ИЛИ, выход второго порогового элемента соединен с раз- 1 ешающим входом второго элемента ЗАПРЕТ, первым входом первого и вторым входом третьего двухвходовых элементов ИЛИ, выход третьего порогового элемента соединен с разреша- ющим входом третьего элемента ЗАПРЕТ, с вторыми входами первого и второгодаухвходовых элементов ИЛИ, выходы первого, второго и третьего двухвходовых элементов ИЛИ соединены с соответствуюш 1ми входами первого, второго и третьего элементов ЗАПРЕТ, выходы которых соединены с 5 первым, вторым и третьим входами трехвходового элемента ИЛИ выход трехвходового элемента ИЛИ соединен с выходом блока выделения обрыва.

3. Устройство по п. 1, отли- ,

10 чающееся тем, что блок выделения поврежденной фазы при одно- . фазном замыкании на землю содержит три пороговых элемента, три двухвхо- довых элемента И, три элемента ЗА-

15 ПРЕТ, три блока индикации, причем йходы первого, второго и третьего пороговых элементов соединены с соответствующими входами блока деления поврежденной фазы при од0 замыкании на землю, выход первого порогового элемента соединен с первыми входами второго и третьего двухвходовых элементов И и.первого элемента ЗАПРЕТ, выход

5 второго порогового элемента соединен с первым входом второго элемента ЗАПРЕТ, первым входом первого и вторым входом третьего двухвходовых элементов И, выход третьего порого-

0 вого соединен с первым входом третьего элемента ЗАПРЕТ и с вторыми входами первого и второго двухвходовых элементов И, выходы первого, второго и третьего двухвхо-

довых элементов И соединены с вторьг- в входами первого, второго и третьего элементов ЗАПРЕТ, выходы которых соединены с входами соответствующих блоков индикации, третьи вхо- ды трех элементов ЗАПРЕТ объединены . и соединены с четвертым входом блока вьщеления поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю.

фиг.5

Составитель E, Кущ Редактор М. Горват Техред Л.Микеш Корректор И. Муска

Заказ 1130/55 Тираж 730 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

Филиал ШШ Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг.4

Изобретение относится к электроизмерительной технике, может быть использовано при создании устройств для контроля изоляции и определения места обрыва в трехфазных злектричес- ких сетях с изолированной нейтралью. Цель изобретения - повышение точности определения зоны обрыва - достигается путем отстройки от естественной несимметрии напряжений и от бросков напряжения нулевой последовательности, возникающих при нормальной эксплуатации сети. Устройство содержит клеммы 1-3 для подключения к фазам контролируемой электричес- S (Л а :л