Устройство для выявления несимметричных режимов работы трехфазной электрической сети Советский патент 1986 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к технике релейной защиты и протнвоаварийной автоматики в электрических устгтовк и может быть использовано для выявления несимметричных режимов работы в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью. Целью изобретения является повышение достоверности вьивления несим метричных режимов работы трехфазной электрической сети путем выделения вида повреждения и поврежденной фазы при различных видах замыкания на землю. На фиг. 1 представлена схема, устройства J на фиг.2 - схема преобразователя уровня на фиг.3-7 - векторные диаграммы напряжений, поясня щие работу устройства. Устройство содержит три преобразователя 1-3 напряжения, амплитудные детекторы 4-6, двухпороговые компараторы 7-9, три блока 10-12 согласования уровней, дешифрирующий блок 13 и блок 14 индикации. Выходы преобразователей 1-3 напр жения подключены к входам соответст вующих амплитудных детекторов 4-6, выходы амплитудных детекторов 4-6 подключены к соответствующим неинвертирующим входам двухпороговых компараторов 7-9. К инвертирующим входам компараторов 7-9 подключены вхЬды амплитудных детекторов 4-6 отстающей, по отношению к подключен ной к неинвертирующему входу фазы. Выходы двухпороговых компараторов 7-9 подключены к соответствующим входам блоков 10-12 согласования уровней, выходы соответствующих блоков 10-12 подключены к соответст вующим входам дешифрирующего блока -13, выходы дешифрирующего блока 13 подключены к соответствующим входам блока 14 индикации. Напряжения фаз А,В.С. относитель но зеьти преобразуются преобразователями 1-3 напряжения и поступают |На входы соответствующих амплитудны детекторов 4-6, где выделяются ампл тудные огибающие данных напряжений Полученные сигналы поступают на вх ды двухпороговых компараторов 7-9 и сравниваются между собой, причем компаратор 7 сравнивает амплитуды напряжений относительно земли фаз А и Bj, компаратор 8 - фаз В и С, а компаратор 9 - фаз С и А. 82 На каждом из выходов компараторов 7-9 в результате сравнения выходных сигналов может быть три величины напряжения. Рассмотрим работу устройства на примере компаратора 7. При сигнале с выхода амплитудного детектора 4, меньшим, чем с выхода амплитудного детектора 6, выходное напряжение компаратора 7 близко к напряжению источника питания и имеет положительн1з1й знак. Если сигналы равны то выходное напряжение компарато|ра 7 равно нулю. В случае превышения сигнала с выхода амплитудного детектора 4 над сигналом с выхода детектора 5 выходное напряжение компаратора 7 становится отрицательным и близким к напряжению источника питания. Для согласования уровней и знаков выходного напряжения с логическими уровнями сигналы с выходов компараторов 7-9 поступают на входы соответствующих блоков 10-12 согласования уровней. Каждьш блок 10-12 имеет два вьгхода. При наличии на входе блока согласования уровней положительного сигнала, на выходе Меньше будет напряжение 4,7 В, соответствующее уровню логической единицы. К светодиоду оптронной пары приложено обратное напряжение (он не светится), и следовательно, сопротивление фоторезистора велико и на Больше - логическая единица (светодиод светится, сопротивление фоторезистора мало) (фиг.2). Дешифрирующий блок 13 может быть реализован либо с помощью диодов, либо на элементе И-НЕ или ИЛИ-НЕ. Возможно использование в качестве дешифрирующей схемы программируемого запоминающего устройства (ПЗУ). Приэтом выходы блоков согласования уровней подключены к адресным входам, а в соответствукяцие ячейки памяти записана необходимая информация. Комбинация выходных сигналов блока 13 зависит от сочетания входных сигналов и должна во всех случаях соответствовать таблице состояний дешифрирующего блока 13. Как показано на фиг.3-7, при замыкании на землю одной фазы в сетях с изолированной нейтралью вектор напряжения смещения нейтрали при изменении полноты замьжания переме.

шлется no луге окружшмми, опнсанной радиусом V.,/2 (1-„ фазное напряжение) из гочки, лежащей посередине вектора поврежденной фазы. При этом векторы напряжений фаз относительно земли изменяются соответствующим образом.

Проследив изменение фазных напряжений относительно земли от О до 1, можно выделить четыре характерных зоны.

1.Полнота замыкания на землю близка к нулю (фиг.З). Изменение величин фазных изменений напряжений не выходит за пределы изменений напряжений при естественной несимметрии. Определение повреждений кране затруднительно.

2.Полнота замыкания меньше 0,5, но больше, чем в пункте 1 (фиг.4). Вектор напряжения опережающей, по отношению к поврежденной, фазы имеет наибольшую величину. Вектор отстающей фазы минимальный, а вектор поврежденной фазы имеет промежуточную величину.

3.Полнота-замыкания равна 0,5 (фиг.5). Вектор опережающей фазы максимальньм. Векторы поврежденной и отстающей фаз равны по величине. Эта точка совершенно эквивалентна разрыву в фазе. Отличить замыкание на землю с полнотой замыкания, равной 0,5, от разрыва фазы только по фазным напряжениям без дополнительной информации невозможно.

4.Полнота замыкания больше 0,5 (фиг.6). Вектор опережающей фазы максимальный. Вектор поврежденной фазы - минимальный. Вектор отстающей фазы имеет значение меньшее, чем вектор опережающей фазы, но большее, чем вектор поврежденной фазы. При разрыве фазы вектор повреденной фазы имеет максимальную величину, а векторы отстающей и опережающей фаз отличаются по величине друг от друга только вследствие еетественной .несимметрии и практическ равны (фиг.7).

Проанализировав все случаи, може записать алгоритм определения вида повреждения и поврежденной фазы.

Замыкание на землю имеет место, если напряжение относительно земли на одной из фаз больше, чем на других двух и величины оставшихся фазных напряжений не равны между собой

0584

При этом ттопрежденной будет фаза, следующая за имеющей максимальное напряжение фазой относительно земли.

Разрыв имеет место, если напряжение относительно земли одной фазы больше, чем двух других, и последние по величине равны между собой. При этом поврежденной фазой будет имеющая максимальное напряжение относительно земли.

Нормальный режим имеет место, если напряжения всех трех фаз относительно земли равны между собой.

Данный алгоритм позволяет определять вид повреждения при замыкании на землю (при любой полноте -замыкания), а также при разрыве фазы. Исключение составляет точка с полнотой замыкания 0,5. При замыкании на землю с указанной полнотой замыкания будет индицироваться разрыв фазы. Однако вероятность попадания именно в эту точку весьма мала. Замыкания на землю с полнотой замыкания, близкой к нулю, будут восприниматься устройством как нормальный режим. Однако такое повреждение практически не влияет на работу сети и считаться повреждением не может.

. В таблице приведены состояния дешифрирующего блока.

На соответствующем выходе дешифрирующего блока 13 единица соответствует наличию единичного логического сигнала при соответствующей комбинации сигналов на входе дешифрирующего блока. Ноль на выходе (в таблице состояний) соответствует наличию нулевого логического сигнала на соответствующем выходе дешифрирующего блока при соответствующей комбинации сигналов на его входе.

Устройство работает следующим образом.

1. Нормальный режим или замыкание на землю с полнотой замыкания, равной нулю (фиг.З).

Сигналы, поступающие с преобразователей 1-3 напряжения на амплитудные детекторы 4-6, по величине равны. Сигналы на выходах амплитудных детекторов также равны. На инвертирующий и неинвертирующий входы двухпороговых компараторов 7-9 поступают одинаковые напряжения. На выходе каждого из компараторов уро:вень напряжения равен нулю, следовательно, на всех выходах блоков 10-12 - логический ноль. На входах; дешифрирующего блока 13 - нулевые уровни. Соответствующие выходные сигналы по диаграмме состояний дешифрирующего блока 13 (позиция 1 таблицы), а также нулевые уровни поступают на блок 14 индикации, и напоследнем не светится ни один из сигнальных элементов. 2, Замыкание на землю с полнотой замыкания меньше 0,5 (фиг.4). Повреждена фаза В. С выхода преобразователя 1 напря жения поступает сигнал максимального уровня, с выхода первичного преобразователя 3 - минимального. Следовательно, на выходе амплитудного детектора 4 напряжение максимальное а на выходе амплитудного детектора 6 - минимальное. На неинвертирующем входе компаратора 7 сигнал больше, чем на инвертирующем входе, следопряжение отрицательное. Это напряжение поступает на вход блока 10 согласования уровней и на выходе Больше появляется логическая единица, а на выходе Меньше - логиче кий ноль. На неинвертирующем входе компаратора 8 напряжение больше, чем на инвертирующем, следовательно его состояние, а также состояние блока 11 согласования уровней аналогично состояниям компаратора 7 и блока 10 согласования уровней соответственно. Сигнал на инвертирую щем входе компаратора 9 больше, че на неинвертирующем. На выходе комп ратора 9 сигнал положителен, значи на выходе Больше блока 12 соглас вания уровней - логический ноль, а на выходе Меньше - логическая единица. Таким образом, на входы дешифрирующего блока 13 поступает комбинация сигналов 101001 (поз.7 таблицы состояний дешифрирующего блоки 13). Это соответствует табли це состояний комбинации выходных сигналов A-Oi В-1; С-0; ЗНЗ-1, раз рыв - 0. И в блоке 14 индикации за гораются элементы индикации и В. 3. Разрьш фазы А и случай замык ния на землю фазы Во полнотой замыкания, равной 0,5 (фиг.5 и 7). С выхода первичного преобразова теля 1 напряжения поступает сигнал максимального уровня, с выходов пр 58 образователей 2 и 3 напряжения - равные между собой по величине сигналы. При этом на выходе амплитудного детектора 4 - максимальное напряжение, а на выходе амплитудных детекторов 5 и 6 - одинаковые. На неинвертирующем входе компаратора 7 напряжение больше, чем на инвертирующем, и напряжение на его выходе отрицательно. На выходе Больше блока 10 согласования уровней - логическая единица, а на выходе Меньше - логический ноль. На инвертирующем входе компаратора 9 -сигнал больше, чем на неинвертирующем, и на его выходе положительное напряжение. На выходе Больше блока 12 согласования уровней - логический ноль5 выходе Меньше логическая единица, На оба выхода компаратора 8 поступают одинаковые сигналы. На его выходе - нулевое напряжение. Следовательно, на обоих выходах блока 11 согласования уровней - логические нули. На входах дешифрирующего блока 13 комбинация сигналов 100001 (позиция 5, таблицы). По таблице состояний соответствуюЩая комбинация сигналов А-1, В-0, С-0, ЗНЗ-0, разрыв - 1, и на блоке индикации загораются элементы индикаций А и РФ (Разрыв фазы). 4. Замыкание на землю фазы В с полнотой замыкания, большей 0,5 (фиг.6). с выхода первичного преобразователя 1 напряжения поступает сигнал максимальной амплитуды, а с выхода преобразователя 2 напряжения - минимальной амплитуды. На неинвертирующий вход компаратора 7 с амплитудного детектора 4 поступает напряжение большее, чем на инвертирующий вход с амплитудного детектора 5. На неинвертирующий вход компаратора 8 с амплитудного детектора 5 поступает напряжение меньшее, чем на неинвертирующий вход компаратора 9 с амплитудного детектора 6. На неинвертирующий вход компаратора 9 с амплитудного детектора 6 поступает сигнал, меньший чем на неинвертирующий вход амплитудного детектора 4. При этом на выходе компаратора 7 - отрицательное напряжение, а на выходе компаратора В и 9 положительное. Соответственно на выходе Больше блока 10 согласования уровней - логическая единица, а на выходе Меньше - логический ноль. На выходе блоков 11 и 12 согласован уровней - логический ноль на выхода Больше и логическая единица - на выходах Меньше. На входы логической матрицы поступает комбинация сигналов 100101 (поз.8 таблицы), чт по таблице состояний соответствует комбинации выходных сигналов: А-0, В-1, С-1, ЗНЗ-1, разрыв-0. Эти сигн лы поступают на вход блока индикации, который покажет ЗНЗ и В. При повреждениях других фаз устройство работает аналогично. В предлагаемом устройстве сигнал с выходов амплитудных детекторов, пропорциональные напряжениям фаз относительно земли, сравниваются друг с другом. При этом настройка устройства не нужна (выставление порогов не требуется). Значительно .уменьшается зона нечувствительности компараторов. Кроме того, устройство уверенно распознает два режима: замыкание и разрыв в фазе, причем замыкание на землю выявляется при любой полноте замыкания, за исключением незначительного участка с полнотой замыкания f , близкой к нулю, т.е. когда искажение векторной диаграммы напряжений (по сравнению с нормальным режимом работы сети) аналогично вызванному естественной несимметрией. При полноте замыкания на землю Р близкой к 0,5, устройство определяет замыкание на землю как Разрыв. Таким образом, устройство определяет поврежденную фазу как при разрыве фазы, так и при однофазном замыкании на землю с любой полнотой замыкания Ь, кроме случаев, 588 когда определение вида повреждения при измерении только напряжения со стороны питающей подстанции теоретически невозможно. Формула изобретения Устройство для выявления несимметричных режимов работы трехфазной электрической сети, содержащее три преобразователя напряжения, каждый из которьгк подключен к соответствующей фазе электрической сети, к выходам преобразователей напряжений подключены соответствующие амплитудные детекторы, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности вьшвления несимметричных режимов работы трехфазной электрической сети, в него введены три двухпороговых компаратора, три блока согласования уровней, имеющих по два логических выхода, дешифрирующий блок и блок индикации, причем выход первого амплитудного детектора соединен с прямым входом первого двухпорогового компаратора и инверсным входом третьего двухпорогового компаратора, выход второго амплитудного детектора соединен с прямым входом второго двухпорогового компаратора и инверсным входом первого двухпорогового компаратора, а выход третьего амплитудного детектора - с прямым входом третьего двухпорогоБОГо компаратора, и инверсным входом второго двухпорогового компаратора, выходы трек двухпороговых компараторов соединены с соответствующими входами трех блоков согласования уровней, выходы которых соединены с соответствующими входами де- пшфрирующего блока, а выходы последнего соединены с соответствующими входами блока индикации.

кП

кз

fpu&A

сРиг.5

fpuz.B

fpuz.l