Устройство для защиты синхронной машины от замыкания обмотки возбуждения на заземленный корпус в одной точке Советский патент 1987 года по МПК H02H7/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите электрооборудования, и может быть использовано для релейной защиты синхронных электрических машин от замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения.

Цель изобретения - повышение надежности путем повышения точности измерения .

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для защиты синхронной машины от замыкания обмотки возбуждения на заземленный корпус в одной точке; на фиг.2 - функциональная схема источника переменного напряжения ; на фиг.3 - функциональная схема исполнительного органа; на фиг.4 - функциональная схема блока хранения и выборки информации; на фиг.5 - функциональная схема блока потенциальной развязки.

Устройство для защиты синхронной машины от замыкания обмотки возбуждения на заземленный корпус в одной точке (фиг.1) содержит источник 1 переменного напряжения, вывод 2 которого подключен к обмотке 3 возбуждения синхронной машины (на фиг.1 не показана), вывод А - через измерительный резистор 5 к клемме Земля. Измерительный резистор 5 подключен к входу блока 6 потенциальной развязки, выход последнего подключен к входу 7 блока 8 измерения, у которого входы 9, 10 и 11 подключены соответственно к входу 12 истоилтка 1 перемеиь ого напряжения и выходу 13 генератора 14

низкой частоты, к выходу 15 генерато- 40 объединен с выводом 74 выпрямителя

ра 14 низкой частоты, к входу 16 источника 1 переменного напряжения и выходу источника 17 постоянного напряжения. Блок 8 измерения содержит генератор 18 высокой частоты, выход которого через формирователь 19 импульсов подключен к входу 20 интегратора 21, вход 22 последнего соединен с выходом сумматора 23. Входы

24 и 25 сумматора 23 подключены к вы- Q вход 79 которого является входом 54,

ходам соответственно блоков 26 и 27 хранения и выборки информации, входы 28 которых объединены между собой и подключены к выходу выпрямителя 29; формирователи 30 и 31 импульсов, выходы которых подключены соответственно к управляющим входам 32 блоков 26 и 27 хранения и выборки информации. Выход интегратора 21 подключен к вхо-55

а вход 80 - входом 57 блока 55 управления и подключен к входу 81 логического элемента И-НЕ 82, вход 83 которого подключен к выходу логического элемента И-НЕ 78 и входу логического элемента НЕ 84, выход последнего является выходом 59 блока 55 управления, а его выход 58 является выходом логического элемента НЕ 85, вход коду 33 компаратора 34, вход 35 которого подключен к вьрсоду источника 36 опорных напряжений, входу 37 сумматора 38 и входу 39 компаратора 40. Выход компаратора 34 подключен к управляющему входу 42 ключевого злемен- та 43, выход которого через фильтр 44 подключен к входу 45 сумматора 38.

Вход 46 ключевого элемента 43, входы формирователей 30 и 31 импульсов и выпрямителя 29 являются соответственно входами 11, 10, 9 и 7 блока 8 измерения. Выходы сумматора 38 и компаратора 40 являются выходами 47 и 48 блока 8 измерения и подключены к входам 49 и 50 исполнительного органа 5 1 .

Источник 1 переменного напряжения

(фи1 .2) содержит логический элемент НЕ 52, вход когорого является входом 12 источника I переменного напряжения. Генератор 53 высокой частоты, пыхоц которого подключен к входам 54

схем 55 и 56 управления, входы 57 которых объединены между собой через логический элемент НЕ 52. Выходы 58 и 59 блоков 55 и 36 управления подключены к управляющим входам 60 соответстпенно ключевых элементов 61-64, входы 65 которых объединены между собой и янляются входом 16 источника 1 переменного напряжения. Выходы ключевых элементов 61-64 подключены к

выводам 66 и 67 первичных обмоток 68 трансформаторов 69 и 70, вторичные обмотки 71 которых подключены соответственно к входам выпрямителей 72 и 73. Вывод 75 выпрямителя 72

73 и является выходом 4 источника 1 переменно1 о напряжения, выход 2 которого через токоограничительные резисторы 76 и 77 подключен соответствен- но к выводам 74 и 75 выпрямителей 72 и 73.

Каждый блок управления 55 и 56 содержит логический элемент И-НЕ 78,

5

а вход 80 - входом 57 блока 55 управления и подключен к входу 81 логического элемента И-НЕ 82, вход 83 которого подключен к выходу логического элемента И-НЕ 78 и входу логического элемента НЕ 84, выход последнего является выходом 59 блока 55 управления, а его выход 58 является выходом логического элемента НЕ 85, вход которого подключен к выходу логического элемента И-НЕ 82.

Исполнительный орган 51 (фиг.З) содержит тиристор 86 с диодом.87 в цепи управляющего электрода. Анод тиристора 86 через резистор 88 и обмотку реле 89 подключен к источнику питания. Обмотка реле 89 зашунтиро- вана диодом 90. Компаратор выполнен на операционном усилителе 91 с диодами 92 и 93 и резисторами 94-97 на входе. Выход операционного усилителя 91 через резистор 98 подключен к управляющему электроду тиристора 99, катод которого через диод 100 подключен к аноду тиристора 86. Анод тиристора 99 через обмотку реле 101, за- шунтированную диодом 102, подключен к источнику питания.

Блок 26 хранения и выборки информации (фиг.4) содержит операционный усилитель 103 с диодами 104 и 105, конденсатором 106 и полевым транзистором 107 на входе. В обратной связи операционного усилителя 103 включен резистор 108.

Блок 6 гальванической развязки (фиг.5) содержит усилитель 109 сигналов, ключевые элементы 110 - 113. Выходы ключевых элементов МО и 111 входы ключевых элементов 112 и 113 подключены к выводам соответственно

первичной и вторичной обмоток разде- вьтрямляются выпрямителями 72 и 73 и

лительного трансформатора 114. Управляющие входы I15 ключевых элементов 110 - 113 подключены к вторичным обмоткам 116 разделительного трансформатора 117, вторичная обмотка 118 которого подключена к входу выпрямителя 119, выход последнего подключен к усилителю 109 сигналов. Выводы первичной обмотки 120 разделительного трансформатора 117 подключены к коллекторам транзисторов 121 и 122. Коллектор транзистора 12 через резистор 123 подключен к базе транзистора 122, выводы 124 и 125 задающего генератора 126 подключены к выходнЪм зажимам источника 127 питания.

Устройство работает следующим образом.

С выхода 13 генератора 14 низкой частоты (фиг.1) импульсы напряжения прямоугольной формы частотой 1 Гц поступают на вход 12 источника 1 переменного напряжения и на вход 57 блока 56 управления и через логический элечерез токоограничительнь1е резисторы 76 и 77 и выходы 2 и 4 источника 1 переменного напряжения прикладываются к положительной шине обмотки 3

40 возбуждения синхронной машины, через измерительный резистор 5 - к заземленному корпусу (фиг.1). Таким образом, между положительной шиной обмотки 3 возбуждения синхронной маши45 ны и заземленным корпусом присутствует переменное напряжение прямоугольной формы частотой 1 Гц и амплитудой, превышающей величину напряжения возбуждения.

50 Ток, протекающий через измерительный резистор 5, зависит от величины сопротивления изоляции, величины напряжения возбуждения и точки пробоя изоляции. Падение напряжения на из5g мерительном резисторе 5 поступает на вход усилителя 109 сигналов блока 6 гальванической развязки (фиг.З). Задающий генератор 126 формирует прямоугольные импульсы частотой 10 кГц,

мент НЕ 52 на вход 57 cxcMiii 55 управления фиг.2). С выхода генератора 53 высокой частоты импульсы напряжения прямоугольной формы частотой 10 кГц поступают на входы 54 блоков 55 и 56 управления. На время действия импульса частотой 1 Гц на входе 80 логического элемента И-НЕ 78 на его

выходе формируются импульсы напряжения прямоугольной формы частотой 10 кГц. В результате на выходах логических элементов НЕ 84 и 85 и на выходах 59 и 58 блока 55 управления появляются прямоугольные импульсы напряжения частотой 10 кГц, сдвинутые друг относительно друга на 180 эл.град. Аналогичные импульсы формируются на выходах 59 и 58 блока 56 управления. Импульсы с выходов 58 и 59 блока 56 управления поступают на управляющие входы 60 ключевых элементов 61-64, что приводит к их коммутации с частотой 10 кГц. В результате первичные

обмотки 68 трансформаторов 69 и 70 поочередно с частотой 10 кГц подключаются через вход 16 к источнику 17 постоянного напряжения (фиг.1). Этот процесс продолжается с частотой 1 кГц,

задаваемой генератором 14 низкой частоты. Импульсы напряжения прямоугольной формы частотой 10 кГц индуктируются во вторичных обмотках 71 трансформаторов 69 и 70, которые затем

через токоограничительнь1е резисторы 76 и 77 и выходы 2 и 4 источника 1 переменного напряжения прикладываются к положительной шине обмотки 3

40 возбуждения синхронной машины, через измерительный резистор 5 - к заземленному корпусу (фиг.1). Таким образом, между положительной шиной обмотки 3 возбуждения синхронной маши45 ны и заземленным корпусом присутствует переменное напряжение прямоугольной формы частотой 1 Гц и амплитудой, превышающей величину напряжения возбуждения.

50 Ток, протекающий через измерительный резистор 5, зависит от величины сопротивления изоляции, величины напряжения возбуждения и точки пробоя изоляции. Падение напряжения на из5g мерительном резисторе 5 поступает на вход усилителя 109 сигналов блока 6 гальванической развязки (фиг.З). Задающий генератор 126 формирует прямоугольные импульсы частотой 10 кГц,

513

которые коммутируют транзисторы 121 и 122, подключающие первичную обмотку 120 разделительного трансформатора 117 к источнику 127 напряжения, В результате во вторичных обмотках 116 и 118 разделительного трансформатора 1I7 индуктируются прямоугольные импульсы частотой 10 кГц, которые поступают на управляющие входы 1I5 ключевых элементов 110 - 113 и на вход вьшрямителя 119 для питания усилителя 109 сигналов. Усиленный сигнал с выхода усилителя 109 поступает через ключевые элементы 110 и 111 на первичную обмотку разделительного трансформатора 114, с вторичной обмотки которого сигнал через ключевые элементы 112 и 113 поступает на выход блока 6 гальванической развязки,

С выхода блока 6 напряжение, пропорциональное входному, поступает на вход выпрямителя 29 (фнг.1). Это напряжение поступает с частотой 1 Гц, один полупериод которого пропорционален сумме напряжения источника 1 переменного напряжения и величины, определяемой напряжением возбуж;,ения синхронной машины и точкой пробоя изоляции, другой полупериод - разности этих напряжений. Кроме того, вершины импульсов экспоненциальны из-за емкостной составляюще тока, обусловленной, наличием емкости обмотки возбуждения синхронной машин1,1 относительно заземленного корпуса, С выхода выпрямителя 29 выпрямленное напряжение поступает ни входы 28 блоков 26 и 27 хранения и выборки информации, на управляющие входы 32 которых поступают импульсы управления с выходов формирователей 30 и 31, Эти импульсы находятся в противофазе, так как входы формирователей 30 и 31 подключены соответственно к входам 15 и 13 генератора 14 низкой частоты, на которых импульсы находятся в противофазе. При поступлении положительного импульса по входу 32 блока 26 на затвор транзистора 107 (фиг,4) он открывается и напряжение с выхода выпрямителя 29 поступает на конденсатор 106 и вход операционного усилителя 103, Импульсы поступают в моменты окончания одного полупериода входного напряжения, В блок 27 импульсы поступают после окончания другого полупериода входного напряжения, Напряжения с выходов блоков 26 и 27 посту0

пают на входы 24 н 25 сумматора 23, Измерение выходного напряжения с выхода выпрямителя 29 в конце полупериода позволяет исключить влияние емкости между обмоткой 3 возбуждения синхронной машины и заземленным корпусом, так как за время полупериода емкостный ток успевает затухнуть,

Таким образом, на выходе сумматора 23 напряжение не зависит от величины напряжения возбуждения и от точки пробоя изоляции, а зависит только от величины сопротивления изоляции, напряжения и выходного сопротивления источника 1 переменного напряжения,

С выхода сумматора 23 напряжение поступает на вход 22 интегратора 21, на вход 20 которого поступают прямоугольные импульсы с выхода формирователя 19, На вход формирователя 19 поступают прямоугольные импульсы с выхода генератора 18, Прямоугольные им- пульсы на выходе формирователя 19 формируются по окончании периода напряжения с выхода генератора 18 высокой частоты и tnrrerpaTop 21 разряжается в эти моменты времени, В результате на выходе интегратора 21 напряжение пилообразной формы и угол наклона этого напряжения определяются иыходным напряжением сумматора 23, которое пропорционально току, протекающему через сопротивление изоляции,

Напряжение с выхода интегратора

21 поступает на вход 33 компаратора

34,на вход 35 которого поступает опорное напряжение с выхода источника 36 опорных напряжений. Компаратор 34 переключается при достижении напряжением на входе 33 величины, равной опорному напряжению по входу

35,Напряжение с выхода компаратора 34 поступает на управляющий вход 42

ключевого элемента 43, управляет им и подключает выход источника 17 напряжения на вход фильтра 44, где оно фильтруется, С выхода ключевого эле

мента 43 снимается последовательность импульсов, ширина которых обратно пропорциональна выходному напряжению сумматора 23, т.е, пропорциональна сумме сопротивления изоляции и последовательно с ним включенных токоогра- ничивающих сопротивлений 76 и 77 (фиг,2) источника 1 переменного напряжения, а амплитуда - величине напряжения источника 17 нитания, определяюгдего напряжение па в|,ходе источника 1 переменного Р1апряжепия,

С выхода фильтра 44 напряжение поступает на вход 45 сумматора 38, на вход 37 которого поступает опорное напряжение с выхода источника 36, пропорциональное величине сопротивлений 76 и 77 источника I переменного

напряжения. В сумматоре 38 происходит ю хронной машины относительно заземлен- вычитание величин сопротивлений 76 ного корпуса на выход сумматора 38 и 77.

Таким образом, напряжение на выходе сумматора 38 пропорционально веможет быть подключен прибор. Формула изобретения

личине сопротивления изоляции.

Напряжение с выхода сумматора 38 поступает на вход 50 исполнительного органа 51 и на вход 41 компаратора 40, на вход 39 которого подается опорное напряжение с выхода источника 36 опорног о напряжения. С выхода компаратора 40 напряжение поступает на вход 49 исполни ельного органа 51. Величина напряжения на входе 39 ком- паратора 40 определяет первую ступень срабатывания защиты, включение тиристора 86 и срабатывание реле 89 исполнительного органа 51 (фиг.З). Вторая ступень срабатывания защиты определяется напряжением, снимаемым с движка резистора 97 и поступающим через резистор 95 на вход операдион- ного усилителя 91.

В нормальном режиме работы, когда величина сопротивления изоляпии обмотки 3 возбуждения синхронной маши- ны не превышает заданной величины, напряжение на выходе сумматора 38 не превышает опорного каиряжения на входе 39 компаратора 40 и напряжение на его выходе отрицательное, тиристор 86 (фиг.З) не включен. На входе операционного усилителя 91 напряжение положительное, на выходе отрипате тпт15

20

Устройство для защиты синхронной машины от замыкания обмотки возбуждения на заземленный корпус в одной точке, содержащее генератор низкой частоты и источник постоянного напря- же}П1я, выходы каждого из которых подключены соответственно к входам источника переменного напряжения, один выход которого имеет вывод для подключения к обмотке возбужде1шя, а

5 другой выход через измерительный резистор подключается к клемме Земля, кроме того, измерительный резистор через блок потенциальной развязки подключен к первому входу блока изме30 рения с первым компаратором, выход которого является первым выходом блока измерения и подключен к входу ис- по. ипггольного органа, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повьшш2с ния надежности путем повьпиения точности измерения, в блок измерения до-, полнительно введены генератор высокой частоты, первый, второй и третий формирователи импульсов, вьшрямитель,

40 цервый и второй блоки хранения и выборки информации каждый с основным и управляющим входами, первый и второй сумматоры, интегратор, источник

опорных напряжении, второй компара- ное и тиристор 99 также не включен, 45 i °P ключевой элемент с основным и В аварийном режиме, когда сопро- управляющим входами, фильтр, при

этом первыми, вторыми, третьими, четвертыми входами блока измерения явтивление изоляции обмотки 3 возбуждения относительно заземлешюго корпуса уменьшится и станет меньще заданной величины, напряжение на выходе компаратора 40 становится положительным, тиристор 86 включается и включается реле 89, которое выдает сигнал персоналу о снижении сопротивления изоляции.

Если сопротивление изоляции и дальше уменьшается, то при значении, равном заданному, на выходе операционного уси.пителя 91 испо1п ительного

ляются соответственно входы выпрями- CQ теля, первого и второго формирователей, подключенные к выходам генератора низкой частоты, и основной вход ключевого элемента, подключенного к выходу источника постоянного напряжения, кроме того, выход генератора высокой частоты через третий формирователь импульсов подключен к первому входу интегратора, второй вход которого подключен к выходу первого сум55

органа 51 (фиг.З) появляется положительное напряжение, срабатывает тиристор 99 через включенный тиристор 86 и срабатывает реле 101, сигнал ко- Topoi o может действовать уже на отключение синхронной машины из работы. Пля измерения величины сопротивления изоляции обмотки 3 возб ткдення синхронной машины относительно заземлен- ного корпуса на выход сумматора 38

может быть подключен прибор. Формула изобретения

Устройство для защиты синхронной машины от замыкания обмотки возбуждения на заземленный корпус в одной точке, содержащее генератор низкой частоты и источник постоянного напря- же}П1я, выходы каждого из которых подключены соответственно к входам источника переменного напряжения, один выход которого имеет вывод для подключения к обмотке возбужде1шя, а

другой выход через измерительный резистор подключается к клемме Земля, кроме того, измерительный резистор через блок потенциальной развязки подключен к первому входу блока измерения с первым компаратором, выход которого является первым выходом блока измерения и подключен к входу ис- по. ипггольного органа, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повьшшния надежности путем повьпиения точности измерения, в блок измерения до-, полнительно введены генератор высокой частоты, первый, второй и третий формирователи импульсов, вьшрямитель,

цервый и второй блоки хранения и выборки информации каждый с основным и управляющим входами, первый и второй сумматоры, интегратор, источник

ляются соответственно входы выпрями- CQ теля, первого и второго формирователей, подключенные к выходам генератора низкой частоты, и основной вход ключевого элемента, подключенного к выходу источника постоянного напряжения, кроме того, выход генератора высокой частоты через третий формирователь импульсов подключен к первому входу интегратора, второй вход которого подключен к выходу первого сум55

матора, выход выпрямителя подключен к основным входам первого и второго блоков хранения и выборки информации управляющие входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго формирователей импульсов, а выходы блоков хранения и выборки информации подключены к входам первого сумматора, выход источника опорных напряжений подключен к одному из входов первого, второго компараторов

и второго сумматора, выход которого является вторым выходом блока измерения и подключен к другому входу первого компаратора, выход интегратора подключен к другому входу второго компаратора, выход которого соединен с управляющим входом ключевого элемента, выход которого через фильтр соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого подключен к второму входу исполнительного органа.

Изобретение относится к злектро- технике, и частности к защитам синхронных машин. Цель изобретения - по- вьппение надежности путем повышения точности измерения. Это достигается за счет того, что импульсы напряжения прямоугольной формы с выхода генератора низкой частоты 14 поступают на вход источника переменного напряжения 1 и на ключевой элемент 38 блока измерения. Падение напряжения на измерительном резисторе 5 поступает на вход блока гальванической развязки 6, с выхода которого напряжение, пропорциональное входному, поступает на вход выпрямителя 29. Выходное напряжение с выпрямителя поступает в сумматор 23, на выходе которого напряжение не зависит от величины напряжения возбуждения и от точки пробоя изоляции, а зависит только от величины сопротивления изоляции. С сумматора 23 напряжение поступает на вход интегратора 21, на другой вход которого поступают Прямоугольные импульсы с выхода формирователя 19, на вход которого поступают импульсы с генератора 18. С интегратора 21 напряжение поступает на компаратор 34, который переключается при достижении напряжением опорного напряжения н управляет работой ключевого элемента 43, а на выходе сумматора 38 формируется сигнал, пропорциональный величине изоляции . 5 ил. сл со 00 а tpuel

-Jf

26

107

2 04

7

28

X

106

фиг.4Составитель Т. Щеголькова Редактор М. Дылын Техред Л.Олийнык Корректор Н. Король

Заказ 4138/51 Тираж 617 . Подписное ВНИШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

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