Устройство для централизованной защиты от замыканий на землю в сети с изолированной или компенсированной нейтралью Советский патент 1986 года по МПК H02H3/16 H02H3/26 

луволна переходного тока имеет положительную полярность. Тогда на первом присоединении сигнал появится на выходе датчика положительного знака 2, на всех остальных присоединениях сигналы появятся на выходах датчиков отрицательного знака, В этом случае на выходе, сумматора П сигнал будет равен нулю, поскольку опорное постоянное напряжение отрицательно, а на выходе сумматора 18 сигнал не будет равен нулю, так как сумма его входных напряжений больше опорного напряжения. На выходе компаратора напряжения 22 появится сигнал, который подается на входы всех элементов И 5 подключенных к датчикам полоясительного знака 2. На выходе элемента И 5 поврежденного присоединения появится сигнал, что обусловит появление сигнала на выходе соответствующего элемента ИЛИ 9, и запись информации в соответствующий запоминающий элемент 10. Через элемент ИЛИ 12 блокируется запись информации во все запоминающи элементы 10, благодаря чему исключается возможность записи ложной информации в последующие моменты времени, когда, при развитии переходного процесса начальные соотношения знаИзобретение относится к электротехнике и энергетике и может быть использовано для определения поврежденного присоединения при замыканиях на землю в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью и основано на сравнении начальных знаков (знаков первых полуволн) переходных токов нулевой последовательности i в п-при- соединениях, подключенных к иинам защищаемого объекта. Действие подоб- нЬгх устройств защиты основано на .том, что начальный знак переходного тока нулевой последовательности в поврежденном.присоединении всегда противоположен начальным знакам переходных токов нулевой последовательности в неповрежденных присоединениях.

Целью изобретения является повьш е- ние чувствительности и селективности защиты.

ков переходных токов могут изменяться. При неодновременности переключения- элемента ИЛИ-НЕ 7 и элементов И 5 и 6 есть возможность кратковременного появления сигнала на выходе элемента ИЛИгНЕ 23. Для исключения записи ложной информации, в элемент 10, фиксируюищй замыкание на шинах, выход элемента ИЛИ-НЕ 23 подключен к элементу 10 через элемент задержки 24. При срабатывании пускового органа 14 по напряжению нулевой -последо-. вательности подаются сигналы на управляющие входы элементов запрета 11 На выходе элемента запрета 11 поврежденного присоединения появляется сигнал, обуславливающий срабатывание соответствующего исполнительного элемента 16. При замыкании на шинах, так как на всех входах элемента ИЛИ-НЕ 23 сигналов нет, появляется сигнал на его выходе, который через элемент временной задержки 24 обеспечит запись информации в запоминающий элемент 10, фиксирующий замыкание на щинах, что после срабатывания пускового органа 14 обуславливает сра- ба.тывание исполнительного элемента Замыкание на шинах. 2 з.п. ф-лы, 1 ил .

На чертеже приведена структурная схема устройствао

Схема содержит фильтр 1 тока нулевой последовательности, к которым . подключены датчики 2 положительной начальной полуволны тока нулевой последовательности и датчики 3 отрицательного знака. Выходы датчиков 2 соединены с входами 1-п блока 4 мажорирования и одним входом элементов И 5. К вторым входам элементов И 5 подключен второй выход блока 4 мажорирования. Выходы датчиков 3 отрицательного знака соединены с входами n+l - 2 п блока 4 мажорирования и одним входом элементов И 6. К вторым входам элементов И 6 подключен первый выход блока 4 мажорирования. Выходы блока 4 мажорирования подключены также к входам общего элемента ИШД-НЕ 7, вь1ход которого подключен к одному из

0

2 n + 1 входов блока определения замыканий на шинах 8. Выходы элементов И 5 и 6 соединены остальными 2 n входами блока определения замыканий на шинах 8 и с одним из входов элементов ИЛИ 9 соответствующих присоединений. Выходы элементов ИЛИ 9 подключены к записывающим входам первых n запоминающих элементов 10, Выходы всех п+1 запоминающих элементов 10 подключены к одному из входов элементов запрета 11ик1- (п+1) входам элемента ИЛИ 12, выход которого подключен непосредственно к блокирующим входам и через элемент временной задержки 13 - к стирающим входам всех запоминающих элементов 10. К вторьм входам элементов запрета 1I и к (п+2)-му входу элемента ИЛИ 12 присоединен выход пускового органа 14, подключенного к фильтру 15 напряжения нулевой последовательности. Выходы первых n элементов запрета 11 подключены к исполнительным элементам 1, срабатывающим при замыканиях на соответствующих присоединениях.

Блок 4 мажорирования состоит из двух (п+1) входовых сумматоров 17 и 18, подключенных входами к датчикам положительного и отрицательного знака соответственно и к источнику опорного напряжения U. Выходы суммато10

5

держки i3. Выход (п+1)-го элемента запрета П подключен к (п+1)-му исполнительному элементу 16, срабатывающему при возникновении замыкания на шинах защищаемого объекта.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме (до возникновения замыкания) токи 1л в присоединениях и сигналы на выходах датчиков знаков 2 и 3 отсутствуют. На входы сумматоров 17 и 18 мажорирова- 1ШЯ 4 подается только постоянное отрицательное опорное напряжение U ,

20

равное по величине, но противоположное по знаку нормированному положительному сигналу логической 1 на выходах датчиков знака. Диоды 19 и 20 обеспечивают подачу на входы компараторов напряжения 21 и 22 только положительного напряжения, которое на выходах сумматоров появляется только тогда, когда сумма напряже- -, НИИ, подаваемых от датчиков знака, больше , Тое. при наличии на входах 1-п не менее двух сигналов, В нормальном режиме за счет напряже- 1шя U.,. О сигналы на выходах сумма30

торов 17 и 18 отрицательны, а на входах компараторов напряжения 21 и 22 сигналов нет. Сигналы логической 1 на выходах компараторов напряжеров 1.7, 18 через диоды 19 и 20 под- ния 21 и 22 появляются, если напря- ключены соответственно к неинверти- жение на неинвертирующем входе боль- рующему входу компаратора 21 и инвер- 35 ще, чем напряжение на инвертирующем

Входе (т,е, когда разность входных напряжений положительна). При равенстве входных напряжений сигналов- на выходах компараторов напряжения 21 и 22 нет,и, следовательно, нет сигналов на выходах элементов И 5 и 6, выходах элементов ИЛИ 9 и записьшаю- щих входах запоминающих элементов 10. При этом все запоминающие элементы

тирующему входу компаратора напряжения 22 и к неинвертирующему входу компаратора напряжения 22 и инвертирующему входу компаратора напряжения 21. Выходы компараторов напряжения 21 и 22, образующие естественно первый и второй выходы блока мажорирования, подключены к входам логической схемы ИЛИ-НЕ 7.

Блок определения замыкания на щи- нах 8 включает элемент ШШ-НЕ 23 на 2 п+1 входа и элемент задержки 24,

Входы элемента ИЛИ-НЕ 23 соединены с выходами элементов И.5 и 6 и выходом элемента ИЛИ-НЕ 7, выход подключен через элемент задержки 24 к записьшающему входу введенного (п+1)-го запоминающего элемента 10, фиксирующего замьжания на щинах. К блокирующему входу указанного запоминающего элемента 10 подклзочен выход элемента ИЛИ 12, к стирающему входу - выход элемента временной эа

5

держки i3. Выход (п+1)-го элемента запрета П подключен к (п+1)-му исполнительному элементу 16, срабатывающему при возникновении замыкания на шинах защищаемого объекта.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме (до возникновения замыкания) токи 1л в присоединениях и сигналы на выходах датчиков знаков 2 и 3 отсутствуют. На входы сумматоров 17 и 18 мажорирова- 1ШЯ 4 подается только постоянное отрицательное опорное напряжение U ,

0

равное по величине, но противоположное по знаку нормированному положительному сигналу логической 1 на выходах датчиков знака. Диоды 19 и 20 обеспечивают подачу на входы компараторов напряжения 21 и 22 только положительного напряжения, которое на выходах сумматоров появляется только тогда, когда сумма напряже- , НИИ, подаваемых от датчиков знака, больше , Тое. при наличии на входах 1-п не менее двух сигналов, В нормальном режиме за счет напряже- 1шя U.,. О сигналы на выходах сумма

торов 17 и 18 отрицательны, а на входах компараторов напряжения 21 и 22 сигналов нет. Сигналы логической 1 на выходах компараторов напряжения 21 и 22 появляются, если напря- жение на неинвертирующем входе боль- ще, чем напряжение на инвертирующем

Входе (т,е, когда разность входных напряжений положительна). При равенстве входных напряжений сигналов- на выходах компараторов напряжения 21 и 22 нет,и, следовательно, нет сигналов на выходах элементов И 5 и 6, выходах элементов ИЛИ 9 и записьшаю- щих входах запоминающих элементов 10. При этом все запоминающие элементы

10 находятся в исходном состоянии, при котором сигналы на их выходах отсутствуют. Если случайно в один (или несколько) элемент 10 записана информация от помехи (например, при

коммутационных переключениях в сети и т.п.), то спустя заданное время она стирается сигналом на выходе элемента задержки 13. При отсутствии сигналов на выходах компараторов напряжения 21 и 22 на выходе элемента ИЛИ-НЕ 7 появляется сигнал, обуславливающий в свою очередь отсутствие сигнала на выходах элемента ИЛИ-НЕ 23 .

S 1

и элемента задержки 2А. Поэтому (п- - + 1 )-й запоиииагощин элег.1епт 10,, рлпоитин замыкание на лтпак, ТПР; же.,, как и запоминающее элемопгы iO, фт1ксир ую1дие замыкания на пр ис .ое,|; Н1.е-- ниях. накодит(.я li г-шкоднси-; состоянии (информация с элемента стерта, снг нал на выходе отсутствует).

При замыкании на зеш го на одном из от ходящих от шин за 1гь:1 1ае -1ого екта присоединений знак первой нолу- волны переходного тока 1 этог о .тгон- соединения противонолохен знакам нервы х полуволн токов 1 всех остальных (иеповрежденн1,х) прнсоеднчений,

Примем, например, что закьпсашш нрокзотило на первом т1рисоеди:и;.иии, причо - первая полуззолна лс ре :од11ого тока i(i имеет положительную rrojiBp-- пость; Тогда в момент во:-г И1а-;от;с Ч1л замыкания на, нервом ггрлсосдипеипн сигнал поязляется на дат 1;лка 2 нодюжительного янака,, на рсех остальных присоедртиениях с т1 на:пы лояв- ляготся ка выходах да слшсо} 3 о I pu n.a- телъного знака Па ихо.-п. сумг- / Л орй 7 нодается один сигиа.а о г д;ггч1У;ля 2 положптального знака ло1 эс-} Л|;ел5юго нрксоедннения и отр л атсльнос .олор- ное ностоянное нанрял:ент1е и., ,

Г7 ,

входiibDS напря; сни11 суммач ора этом случа.е нулю и ;ли п: Л на его выходе 1 и ( О, I,i входы cyN aTOpa 8 нодаптся снл нал ; от датчиков 3 отрицательного знака не- позрекдепных: гфисоед н-шнпйо Сумма вxoднF x напряжений сумматора 1 5 5;;;,ль пе IU, 5 и на его выходе Г ся уляется напряжение Uei,|,x-jij Так к.:гк вых . .x.i- ™ разность 1п:од:П.к сигналов на компараторе нанрансенил: 21 отрицательна н сигнала на его тзы-- ходе нет. Для ко -П1аратора нанряже- пия 22 разность входных сигналов но

лоял-п ельна н на его выходе появляется С1 ПЛ1Ш1«,С выхода компаратора 22 сигнал подается на входы :псех элементов И 5, нодкл1оче}н-1ых к датчикам 2 Положительного знака. Поскольку толь™

ко один датчик 2 нололителтьь ого зна-- -О а первого (новрежденного) присоедн- пения имеет сигнал на выходе j то снт нал появляется на выходе элемента И 5 только этого лрисоединеп ия , lia выходах элемегггов И 6 всех присоеди- sS нений сигналов нет, .так как п:а n.epBbix входах этих схем сигнал о блока 4 мэжор роБа7 ия отсутствует

Появление сигнала на выходе элемента И 5 поврежденног о 1П5исое,.ц-1ие ЛИЯ о(: условливает пояззлеиме ciirnana на выходе соответствующего элемента МЛИ 9 и запись гиформанин г; соот- петствзпощ лй заномкнаю дп элемент 0 При появлении сигнала на выходе за- номинаю1цего 10 лерез эле- f-ieHT ИЛИ 12 (локируется запись ин- (Ьормадии во J3 се заггомт-ншющне элемен- Tiii П. чег-i Т Сключается возможность

5

5

0

5

0

5

О

S

0

записи ЛОЖНОЙ информации в носле- ,ду;ош,ие моменты времеи, когда при оозвити) переходного нроцесса ня лальные соотноиен 1Я знаков нереход-- н )1х токов i в нр1 Сое;1;инениях 4огут :1 гзме1 ятьел ,

lli ji-i лояг ленни сигнала на вьпшде fiO iisapaTOpii :Л11Шн: илп1;г 22 ст-1гнал lia лпгоде злег-зента lL l i--iIlv 7 тюлезает; что ирилс ди-г к пслеинонени О снгнала ла первом входе э,пемента I-inii-IiE 23, Олдшко CHi iia i на ,.е элемента лПН-ПЕ 23 появляется, так как нрак гнпсси о/лнолременно с 11счезноиен 1ем спг нала H;:I перлом входе ,п;алного эле-- ;.слта появляется сигтгал па втором л-.оде с Э1 е:-:ента ) 5 ноарек;- ,(енП :)го- прис(зединения., Поэтому (п-ь1) -й :з;п оминаюь ,нл элемент 10. фик ) зам;)1ка.ння ла -чила;:, нри за- :,рякани}гк на отходни их от ими нрисое- ,а нениях сработать не может. Для того,, лтобы 1 Склюли Лз воз1-южность записи ложной iHiCTOpManiHi и запоминающий элемент 10, фтлчспруюпиш замыкания гга iij-niax, нри з.юзможности за слет неодновременно сти нере1 ;липчения элемента ИЛИ-НЕ 7 и эпемен ог И 5 и 6 кратко- ::лкл;елном лоявлелип сигнала ла выходе элемента ШБ-г-ПЕ 23 последний лодклю- Чип к ),ei:v входу указанного :- аломилпю чсмл элеглйнта че15ез ,рле:- ент задержки 2ч„

При срабатывал1лт нускоиого органа 14, : KJi 0 -iemioro по напряжению нулевой последовательности и отстроегтного o:i коммутаднонных номех и других. ре- ;;: -; -;ОЗ, не связанных с замыканп.ями на sej jnoj ло напря7 енлю срабатывания и ПС1 времени срабатыванпя, нодаются с -лльплы на уп авляюшр е входы элементов запрета 1; и ла выходе элемента :;алрета 1 1 ловре;кд:енлого присоедине-- 1ЛТЯ гюявляется сигнал;, обуславливаю- срабатыват ие оответствутсщего пс поллительпого 16,

Одновременно сигнал с выхода пускового органа 14 подается на один из входов элемента ИЛИ 12, обеспечивая блокировку записи информации в запоминающие элементы 10 на все время существования напряжения 3 U(, в сети (т.е. на все время сзпцествования замыкания ), Затем исключается возможность ложных срабатываний исполнительных элементов от помех по цепям тока в условиях устойчивого замыкания или в условиях перемежающегося замыкания.

Элемент временной задержки 13 чевозникновения замыкания нет. Появление сигнала на выходе компаратора напряжения 21 приводит к исчезновению сигнала на выходе элемента ИЛИ - НЕ 7 и соответственно на первом входе элемента ИЛИ-НЕ 23. Так как на всех входах элемента ИЛИ-НЕ 23 сигналов нет, появляется сигнал на его выходе, который через элемент временной задержки 24 обеспечивает запись информации в (п+1)-й запоминающий элемент 10, фиксирующий замыкания на щинах, и блокировку первых 1-п запоминающих элементов 10, под«0

20

I е

рез время, достаточное для срабатыва- клточенных к присоединениям защиШаемого объекта. После срабатывания пускового органа на выходе элементов запрета П появляется сигнал, обуславливающий срабатывание исполнительного элемента Замыкание на шинах .

Использование предлагаемого уст- . ройства позволяет повысить чувствительность и селективность и за счет этого расщирить область применения централизованной защиты от замываний на землю, основанной на сравнении начальных знаков переходных тс- . ков нулевой последовательности в присоединениях.

Форм.ула изобретения

ния пускового органа 14 и срабатывания исполнительных элементов, стирает информацию со всех запоминающих элементов, возвращая их в исходное состояние.

Аналогичным образом устройство действует и в том случае, когда полярность первой полуволны переходного тока отрицательная. Разница только в том, что в этом случае сигнал появляется не на выходах компаратора напряжения 22 и элементов И 5, а на выходах компаратора напряжения 21 и элементов И 6 поврежденного присоединения.

Для срабатьгоания устройства достаточно появление сигналов на выходах датчиков знака трех присоединений - поврежденного и двух неповрежденных с наибольшими бросками переходных токов ig. Устройство обеспечивает определение поврежденного присоединения и при срабатывании только одного датчика знака - на поврежденном присоединении.

При замыканиях на щинах первые полуволны переходных токов i во всех присоединениях имеют одинаковую полярность. Пусть, например, все .полуволны имеют положительную полярность. В этом случае в момент возникновения замыкания на землю сигналы появляются только на выходах датчиков 2 положительного знака, на выходах датчиков 3 отрицательного знака сигналов нет. Поскольку при этом сигнал появляется только на выходе компаратора напряжения 21, то на : входах всех элементов И 5 и 6 присутствует только по одному сигналу, поэтому на их выходах и соответственно входах 2-(2 п+1) элемента ИЛИ- НЕ 23 сигналов в начальный момент

25

30

40

1. Устройство для централизован35 ной защиты от замыканий на землю в сети с изолированной или компенсиро ванной нейтралью, содержащее на каждом из п присоединений фильтр тока нулевой последовательности, к выходу которого подключены датчики полотки- тельного и отрицательного знаков начальной полуволны переходного тока нулевой последовательности, а также на каждом из п присоединений- элемент

5 запрета, запоминающий и исполнительный элементы, общий для п присоединений фильтр напряжения нулевой последовательности, к выходу которого подключен пусковой орган, выход ко-

50 торого соединен с управляющими входами упомянутых элементов запрета, обя ищи для п присоединений блок мажорирования для сравнения числа начальных положительной и отрицательной по55 лярностей, отличающееся тем, что, с целью повышения чувстви-- тельности и селективности, в него введены для каждого присоединения

772838

возникновения замыкания нет. Появление сигнала на выходе компаратора напряжения 21 приводит к исчезновению сигнала на выходе элемента ИЛИ - НЕ 7 и соответственно на первом входе элемента ИЛИ-НЕ 23. Так как на всех входах элемента ИЛИ-НЕ 23 сигналов нет, появляется сигнал на его выходе, который через элемент временной задержки 24 обеспечивает запись информации в (п+1)-й запоминающий элемент 10, фиксирующий замыкания на щинах, и блокировку первых 1-п запоминающих элементов 10, под«0

I е

1. Устройство для централизованной защиты от замыканий на землю в сети с изолированной или компенсиро ванной нейтралью, содержащее на каждом из п присоединений фильтр тока нулевой последовательности, к выходу которого подключены датчики полотки- тельного и отрицательного знаков начальной полуволны переходного тока нулевой последовательности, а также на каждом из п присоединений- элемент

запрета, запоминающий и исполнительный элементы, общий для п присоединений фильтр напряжения нулевой последовательности, к выходу которого подключен пусковой орган, выход ко-

торого соединен с управляющими входами упомянутых элементов запрета, обя ищи для п присоединений блок мажорирования для сравнения числа начальных положительной и отрицательной полярностей, отличающееся тем, что, с целью повышения чувстви-- тельности и селективности, в него введены для каждого присоединения

два элемента И на два входа и элемент ИЛИ на два входа и общий для всех п присоединений логический блок определения замыканий на шинах с (2 п + 1) входами, (п+1)-й элемент запрета, (п+1)-й запоминающий и (п+1)-й исполнительный элементы, общие длемент ИЛИ-НЕ на два входа, элемент ИЛИ на () входа и элемент временной задержки, а блок мажорирования выполнен с 2 п входами и двумя выходами, при этом первые п входов блока мажорирования подключены к выходам упомянутых датчиков положительного знака, вторые п входов - к выходам упомянутых датчиков отрицательного знака, первый выход блока мажорирования подключен к первому входу элемента ИЛИ-НЕ и к первым входам элементов И, вторые входы которых подключены к выходам датчиков отрицательного знака, второй выход блока мажорирования подключен к второму входу упомянутого элемента ИЛИ-НЕ и к первым входам элементов И, вторые входы которых подключены к выходам датчи ков положительного знака, выход элемента ИЛИ-НЕ подключен к одному из (2 п + 1) входов логического блока определения замыканий на пшнах, остальные 2 п входов которого подключены к выходам всех элементов И, а выход - к записьгаающему входу (п+1)- го запоминающего элемента, причем выходы обоих элементов И каждого из п присоединений подключены также через соответствующие элементы ИЛИ к записьшающим входам соответствующих запоминающих элементов, выходы всех (п+1) запоминающих элементов подключены к входам соответствующих элементов запрета и к (п+1) входам элемента ИЛИ на (п+2) входа, выход которог присоединен к блокирующим входам запоминающих элементов и через эле- . мент временной задержки - к стирающим входам всех (п+1) запоминающих

Составитель Л. Васькова Редактор Н. Швьдкая Техред Л.Олейник Корректор С. Шекмар

6753/51

Тираж 612.Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений н открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.р д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгородj ул. Проектная, 4.

7283

элементов, а выход пускового органа подключен к (п+2)-у входу упомянутого элемента ИЛИ на (п+2) входа и к управляющему входу всех (п+1) элементов запрета, каждый из которых подключен своим выходом к входу соответствующего исполнительного элемента.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок мажорирования содержит два сумматора, каждый на (п+1) вход, два диода и два компаратора напряжения, выходы которых образуют выходы блока мажорирования, причем п входов первого сумматора подключены i( выходам датчиков положительного знака, п входов

10

15

второго сумматора - к выходам датчиков отрицательного знака, (п+1)-е входы обоих сумматоров - к источнику отрицательного опорного напряжения (равного по величине положительному нормированному напряжению на выходах датчиков знака, выход первого сумматора через диод подключен к неинвертирующему входу первого компаратора напряжения и инвертирующему входу второго компаратора напряжения, выход второго сумматора подключен к неинвертирующему входу второго компаратора напряжения и инвертирующему входу первого компаратора напряжения.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что блок определения замыканий на шинах содержит элемент ИЛИ-НЕ на. (2п + I) входа и элемент задержки, при этом один вход элемента ИЛИ-НЕ подключен к выходу общего элемента ИЛИ-НЕ на два входам остальные 2 п входов присоединены к выходам элементов И всех присоединений, а выход элемента ИЛИ-НЕ подключен ко входу элемента задержки, выход которого соединен с записьюаю- щим входом (п+1) запоминающего элемента.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам для централизованной зшциты от замыканий на землю в сети с изолированной или компенсированной нейтралыЬ Цель изобретения - повышен1{е чувствительности и селективности защиты, В момент появления замыкания, например на первом присоединении, первая по- /Г (Л С га 00