Устройство для токовой защиты участка трехфазной электрической сети Советский патент 1987 года по МПК H02H3/08 

11

Изобр етение относится к электро- технике, в частности к релейной защите энергосистем.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения, заданной чувствительности защиты как при трехфазных и двухфазных коротких замыканиях, так и при однофазных коротких замыканиях и двухфазных коротких замыканиях на землю.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит три преобразователя 1-3 переменного тока в пропорциональное переменное напряжение, на вход каждого из которых подается соответствующая разность фазных то-- ков,и преобразователь 4 тока нулевой последовательности в пропорциональное ему напряжение постоянного тока. Выходы преобразователей 1-3 соединены с входами соответствующих схем 5- 7 задержки, первыми входами сумматоров 8-10 и входами первого максисе- лектора 11. К второму входу каждого сумматора подключен выход соответствующей схемы 5-7 задержки. Выходы сумматоров подключены к входам второго максиселектора 12 и миниселекто- ра 13.

Выход максиселектора 11 подключен к входу порогового блока 14, а выходы максиселектора 12 и миниселекто- ра 13 - к входам первого блока 15 сравнения. Выход блока 15 сравнения соединен с входом блока 16 изменения и настройки уставок, а выход последнего подключен к второму входу блока 17 сравнения, к первому входу которого присоединен выход цреобразова- теля 4 тока нулевой последовательности. Выходы порогового блока 14 и блока 1 7 сравнения соединены с входами элемента ИЛИ 18, выход которого подключен к исполнительному блоку 19, предназначенному для управления; выключателем. Указанные блоки могут быть выполнены следующим образом.

Преобразователи 1-3 фазных токов в пропорциональное им переменное напряжение вьшолнены в виде промежуточных трансформаторов тока, к выходам которых подключены резисторы, а преобразователь 4 тока нулевой последовательности в пропорциональное напряжение постоянного тока - в ви72

де промежуточного трансформатора тока с балластной нагрузкой и блока выпрямления в составе двухполупериод- ного выпрямителя и сглаживающего фильтра.

Схемы 5-7 задержки могут быть выполнены с применением Г-образных LC- звеньев.

Сумматоры 8-10 выполняются с помощью операционных усилителей. Макси-. селекторы 11 и 12 и миниселектор 13 в простейшем случае содержат диодные сборки, выпрямители и сглаживающие фильтры. Пороговый блок 14 может выполняться с применением транзисторов или операционных усилителей. Для использования такого блока в качестве блоков 15 и 17 сравнения на второй вход подается сравниваемая величина. Блок. 16 изменения и настройки уставок содержит два последовательно включенных потенциометра, параллельно одному из которых подключен управляемый ключ. Входом блока является управляющий вход ключа, а выходом - зажим, соединенный с движком потенциометра, включенного последовательно с ключом.

Элемент ИЛИ 18 выполняется с использованием диодно-транзисторных ло- гических схем или цифровых интегральных микросхем, В качестве исполнительного блока 19 используется промежуточное реле или тиристорный ключ.

Устройство работает следующим образом.

В нормальных режимах работы электрической сети разности фазных токов

не превышают наибольших токов нагрузки, поэтому напряжение на выходе максиселектора 11 пропорционально разности фазных токов нагрузки и меньше уставки порогового блока 14, отс5троенной от наибольшего тока трехфазного короткого замыкания (к.з.), в конце защищаемой зоны, и сигнал срабатывания на выходе указанного блока о гсутствует (логический О) . Напряжение на выходе преобразователя 4 тока нулевой последовательности близко к нулю, т.е. существенно меньше напряжения любой из уставок на выходе блока 16 изменения и настройки уставок, вследствие чего сигнал на выходе блока 15 сравнения Соответствует огическому О. Таким образом сигнаы на обоих входах элемента ИЛИ 18, а следовательно, и выходе исполнитель313

ного блока 19 отсутствуют и защита не срабатывает.

При трехфазных к.з. на защищаемом участке сети все три фазных тока примерно равны между собой и гос векторы сдвинуты один относительно другого на 120 . Поэтому разности фазных токов в -ЧЗ раз больше фазных токов. . При двухфазных к.з. токи поврежденных фаз также примерно равны между собой и их векторы находятся в проти вофазе (180 ). Поскольку фазные токи двухфазного к.з. в 0,87 раз меньше тех же токов при трехфазном к.з. (защищаемый участок сети считаем достаточно удаленным от генераторов), то наибольшая разность фазных токов двухфазного к.з., равная удвоенному фазному току, также в тЗ раз больше фазного тока трехфазного к.з. Следовательно, при обоих рассматриваемых видах повреждения напряжение на выходе максиселектора 11 примерно одинаково, за счет чего и обеспечивается равная чувствительность защиты при этих повреждениях. Указанное напряжение вьш1е уставки порогового блока 14, последний срабатывает и через элемент ИЛИ 18 подает сигнал на исполнительный блок 19, обеспечивающий подачу сигнала отключения выключателя участка сети.

При однофазных к.з. ток нулевой последовательности больше, чем при двухфазных к.з. на землю,если отношение результирующих сопротивлений нулевой и прямой последовательностей больше 1. Для воздушных линий указанное соотношение больше двух.

При таком условии большая уставка блока 16 выбирается исходя из отстройки от тока нулевой последовательности при однофазном к.з. в конце защищаемого участка, а меньшая уставка - при двухфазном к.з.. на землю в той же точке.

Аварийные составляющие разностей фазных токов выделяются следующим об разом. Переменные напряжения с выхо- дов трех преобразователей 1-3 подаются одновременно на схемы 5-7 задержки и первые входы сумматоров 8-10. С выходов схем 5-7 задержки напряжения подаются соответственно на вторые (инвертирующие) входы сумматоров 8 - 10. Таким образом, на первый вход каждого сумматора подается текущее значение разности фаз09374

ных токов, а на второй вход - значение разности токов тех же фаз, имевшее место на 20 мс ранее, т.е. на время, равное периоду частоты сети.

5 Тогда первые 20 мс после возникновения к.з. на выходе каждого сумматора будет разность напряжений, пропорциональная токам текущего и доаварийно- го режимов, т.е. аварийная составляю-

щая. С выходов сумматоро 8-10 три аварийные составляющие подаются на максиселектор 12 и миниселектор 13, где они выпрямляются, сглаживаются и сравниваются между собой, так чт о

t5 на выходе максиселектора 12 образуется постоянное напряжение, пропорциональное среднему значению наибольшей аварийной составляющей разности фазных токов, а на выходе миниселекто0 ра 13 - наименьшей. Ток ;нулевой по- . следовательности выделяется фильтром тока нулевой последовательности, собранным с помощью первичных преобразователей тока, и подается на блок 4,

5 где он преобразуется в напряжение постоянного тока. Поскольку в случаях однофазных к.з. одна из аварийных

составляющих разности фазных токов близка к нулю (у неповрежденных фаз),

0 а две другие равны и соответствуют току к.3., напряжение на выходе мини- селектора 13 будет меньше доли напряжения (0,3-0,4), задаваемой на выходе максиселектора 12. Блок 15 сравэг нения в этом случае воздействует на блок 16 изменения h настройки уставок так, что на второй вход блока 17 сравнения подается напряжение с выхода блока 16,соответствующее .

0 большей уставке. На первый вход блока 17 сравнения подается напряжение с выхода преобразователя 4 тока нулевой последовательности. При повреждениях на защищаемом участке оно вы5 ше уставки, блок 17 срабатывает, появляется сигнал на входе элемента ИЛИ 18 и исполнительного блока 19, . который действует на отключение выключателя. При двухфазных к.з, на

Q землю в защищаемой зоне аварийная составляющая разностей токов поврежденных фаз примерно вдвое больше двух других аварийных составлякнцих, причем меньшая из них достаточна для

5 срабатывания блока 15 сравнения, сигнал с выхода которого подключает меньшую уставку в блоке 16 и с выхода которого она подается на второй вход блока 17 сравнения.

51

В дальнейшем устройстйо действует аналогично случаю однофазного к.з. Таким образом обеспечивается одинаковая чувствительность при к.з. на землю

При замыканиях на землю сигналы, пропорциональные разностям фазных токов, подаются также и на входы макс : селектора 11. Поскольку наибольшая разность токов при рассматриваемых видах повреждения меньше соответствующей разности токов при трех- ,фазных и двухфазных к.з, в конце за- Щищаемого участка сети, то пороговый блок 14 срабатывает в меньшей зоне, частично резервируя действия блоков 4-10, 12, 13s 15-17 данного устройства, работающих при замыканиях на землю,. При коротких замыканиях за пределами защищаемой зоны разности фазных токов и ток нулевой последовательности меньше соответствующих уставок, задаваемых пороговым блоком 14 и блоком 16 изменения и настройки, вследствие чего .устройство в целом не подействует.

Если ток нулевой последовательности при двухфазном к.з с на зе№7.ю в конце защищаемого участка больше того же тока, но при однофазном к.з. то для обеспечения равной чувствительности большая уставка блока 16 изменения и настройки отстраивается от тока при первом виде повреждения, а меньшая - при втором. Одновременно устанавливаются и обратные уело- ВИЯ срабатывания блока 15 сравнения- сигнал на его выходе появляется при однофазных к,з., когда напряжение на выходе миниселектора 13 меньше доли напряжения (0,3-054), задаваемой на выходе максиселектора 12, и указанный сигнал отсутствует в противоположном случае или при малых аварийных составляющих всех разностей фазных токов.

В данном устройстве производится измерение значений тока нулевой nor следовательности и разностей фазньк токов. Ток нулевой последовательности сравнивается с уставкой. Если он больше, формируется сигнал срабатывания защиты. Уставка по этому току может принимать одно из значений при двух видах к.з,, одно - для однофазных К.З., а другое - для двухфазных к„з. на зймлю. Для защиты от между109376

фазных к.з. переключение уставки не производится. В этом случае с уставкой сравнивается наибольшая разность фазных токов. Использование разности фазных токов обеспечивает примерно одинаковую чувствительность защиты при двух, других видах - трехфазных и двухфазных к.з.

Формула изобретения

Устройство для токовой защиты участка трехфазной электрической сети, содержащее три преобразователя токов в пропорциональное им переменное напряжение, выходы которых соединены с входами максиселектора, блок сравнения, выход которого подключен к входу блока изменения и настройки уставок5 пороговый блок, вход которого подключен к выходу максиселектора, а выход связан с исполнительныг-i блоком, отлича.ющееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения заданной чувствительности защиты как при трехфазных и двухфазных коротких замыканиях, так и при однофазных коротких замыканиях и двухфазных коротких замыканиях на землю, дополнительно введены три схемы задержки, три сумматора, преобразователь тока нулевой последовательности в пропорциональное напряжение постоянного тока, миниселектор, вторые максиселектор и блок сравнения, логический элемент Й1Ш, при этом вход каждого из преобразователей токов в переменное напряжение предназначен для подключения на разность фазных токов, а выход соединен с первым входом соответствующего сумматора и входом соответствующей схемы задержки, выход которой подключен к второму входу того же сумматора, выход каждого из суг-1маторов соединен с входами миниселектора и второго макснселектора, выходы которых подсоединены к входам первого блока сравнения, выход преобразователя тока нулевой последовательности соединен с первым входом второго блока сравнения, к второму входу которого подключен выход блока изменения и настройки уставок, вых17ды порогового блока и второго блока сравнения соединены с входами логического элемента ИЛИ, яыход которого подключен к входу нспопнительногоблока,

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения заданной чувствительности защиты как при трехфазных и двухфазных коротких замыканиях, так и при однофазных коротких замыканиях на землю. При трехфазных и двухфазных коротких замыканиях (КЗ) разность фазных токов поступает на вход трех преобразователей 1-3 переменного тока в пропорциональное переменное напряжение, с выходов которых сигналы через максиселектор 11 приходят на вход порогового блока 14, который срабатывает и сигнал через элемент ИЛИ 18 поступает на исполнительный блок 19. При однофазных КЗ сигналы с выходов преобразователей 1-3 и преобразователя 4 тока нулевой последовательности через схемы задержки 5-7, сумматоры 8 - 10, максиселектор 12 и миниселектор 13 поступают на первьш 15 и второй 17 блоки сравнения. При однофазных КЗ сигнал с выхода-блока 15 устанавливает-в блоке 16 изменения и сравнения уставок наибольшую уставку, а при двухфазных КЗ на землю - наименьшую уставку. Сигнал с блока 16 через второй блок 17 сравнения подается на элемент ИЛИ 18 и на исполнительный блок 19. 1 ил. с (Л 4№гг tO}%±i Brf©v j0 гз LJ ) со