Устройство для защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью Советский патент 1987 года по МПК H02H3/16 

1135

Изобретение относится к релейной зар1ите распределительных электрических сетей напряжением 6-10 кВ и может быть использовано в устройствах защит от замыкания на землю и поражения электротоком при однофазном прикосновении человека.

Цель изобретения - повьшение чувствительности, быстродействия и се- лективности работы устройства.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство для защиты от однофаз- ных замыканий на землю в сеуях с изолированной нейтралью состоит из фильтра напряжения нулевой последовательности, к вторичной обмотКе которого подключено дифференцирующее звено 2. Первичная обмотка фильтра 1 присоединена к шинам 3 подстанционного распре дустройства.

К выходу дифференцирующего звена подсоединен усилитель-ограничитель 4, выход которого подключен к подмагни- чивающим обмоткам 5 и 6 трансформаторов 7 и 8 тока нулевой последовательности, установленных на кабелях за- пдащенных присоединений 9 и 10. К вто- ричным обмоткам 11 и 12 трансформаторов 7 и 8 тока присоединены входами выпрямители 13 И 14, выходы которых подключаются к ячейкам амплитудного детектора 15. Выпрямители 13 и 14 и детектор 15 выполнены на интегральных микросхемах. Амплитудный детектор 15 состоит из одинаковых ячеек 16 и 17, число которых соответствует количеству защищаемых присоединений. Выходы ячеек 16 и 17 подключены к неинвер- тируюищм входам пороговых элементов

18и 19, к инвертирующим входам которых подключен выход пускового органа 20. Вход пускового органа 20 соедини- елся с выходом дифференцирующего звена. Выходы пороговых элементов 18 и

19подключены к выходным каскадам 21 и 22. Дифференцирующее звено осуществляет дифференцирование напряже- ния нулевой последовательности.

Усилитель-ограничитель 4 предназначен для усиления по мощности и ограничения по амплитуде продифференцированного напряжения нулевой последо- вательности и представляет собой усилитель 23 мощности, охваченный нелинейной отрицательной обратной связью посредством стабилитронов 24. На вы12

ходе усилителя включен токоограничи- вающий резистор 25, которым устанавливается необходимый ток подмагничи- вания трансфор маторов 7 и. 8 тока нулевой последовательности.

Пусковой орган 20, работающий по производной напряжения нулевой последовательности, необходим для блокировки пороговых элементов 18 и 19 при отсутствии напряжения нулевой . последовательности. Таким образом, предотвращается ложное срабатывание устройства от пусковых токов несимметрии, когда отсутствует напряжение нулевой последовательности.

Пусковой орган 20 состоит из фор-- мирователя прямоугольных однополярных импульсов, представляюп его собой компаратор 26 с диодами 27 и 28 и токоограничивающим резистором 29 на входе, запоминающей емкости 30 с то- коограничиваюпщм резистором 31 и диодом 32 и ключа 33, нагруженного на резистор 34в Введение в компаратор опорного напряжения , необходимо для предотвращения срабатывания узла блокировки от напряжения нулевой последовательности, возникающего вследствие естественной несимметрии сети. Выпрямители I3 и 14 предназначены для двухполупериодного выпрямления входного сигнала и состоят из прецизионного двухполупериодного выпрямителя 35, зарщтной цепочки 36 и 37 и нагрузочного резистора 38, Применение прецизионных выпрямителей позволяет существенно повысить чувствительность схемы за счет резкого снижения потери напряжения входного сигнала по сравнению с применением обычных полупроводниковых диодов.

Защитная цепочка 36 и 7 предохраняет выпрямитель 35 от чрезвычайно высокого уровня входного сигнала, который может возникнуть в случае двухфазного короткого замыкания. На нагрузочном сопротивлении 38 осуществляется преобразование тока нулевой последовательности в напряжение, пропорциональное этому току.

Амплитудный детектор 15 предназначен для выбора из нескольких сигналов одного наибольшего и состоит из идентичных ячеек 16 и 17,-представляющих собой операционный усилитель 39, охваченный отрицательной обратной свя- .зью при помощи диода 40. Применение амплитудного детектора на операционных усилителях позволяет существенно повысить селективность определения поврежденного присоединения по сравнению с детектором, выполненным на транзисторах,, за счет несоизмеримо с большого коэффи1Ц1ента усиления операционного усилителя по сравнению с транзистором.

Пороговые элементы 18 и 19 служат для предотвращения ложного срабаты- 10 вания устройства от сигналов помехи, имеющих сравнительно низкий уровень. Кроме того, пороговый элемент выполняет функции запоминания информации о выбранном поврежденном присоедине- f5 НИИ и блокировки по напряжению нулевой последовательности. Каждый поро- говы й элемент вып олнен i по схеме триггера Шмидта на операционном усилителе 41 с положительной обратной 20 связью на резисторах 42 и 43, Диоды 45- служат для развязки выходных цепей пороговых элементов 18 и 19, На неинвертирующие входы пороговых элементов поступают сигналы с выхо- 25 дов амплитудного детектора, а на инвертирующие входы - сигнал блокировки по напряжению нулевой последовательности, запрещающий прохождение и запоминание входного сигнала при 30 отсутствии напряжения нулевой последовательности. Резистором 42 осуществляется настройка порогового элемента на необходимый порог срабатывания. Сигналы с выходов пороговых, элементов35 усилителя-ограничителя 4, Выходной

довательности. При этом пусковой о ган 20 своим выходным сигналом (тр зистор 33 открыт) запирает порогов элементы 18 и 19. Следовательно, н выходе пороговых элементов отсутст вует отрицательный потенциал и тра зистор 4 выходных каскадов 21 и 2 закрыт. Сигналы на отключение защи щаемых присоединений 9 и 10 не пос пают,

В случае возникновения однофазн го замыкания на одном из присоедин ний,- например на 9, появляется напр жение нулевой последовательности, которое с выхода фильтра 1 напряжения, нулевой последовательности чере дифференцирующее звено 2 поступает на вход пускового органа 20, Если уровень напряжения U превышает пор срабатывания U компаратора 26, ко торый з станавливается выше уровня U от естественнойнесимметрпи сети,то на выходе компаратора 26 появляются прямоугольные импульсы отрицательно полярности, которые закрывают транзистор 33, Таким образом, блокировочный сигнал снимается с пороговых элементов 18 и 19, Конденсатор 30 необходим для устранения пауз между выходными импульса ш компаратора 26

с этим продифференцирован с выхода дифферен цирующего звена 2 поступает на вход

Вместе ное напряжение U

18 и 19 поступают на выходные каскады 21 и 22 и на амплитудный детектор 15, закрывая последний для прохождения выходных сигналов выпрямителей 13 и 14, что предотвращает ложный выбор неповрежденных присоединений от токов несимметрии, возникающих при отключении поврежденного присоединеьшя. Выходные каскады 21 и 22 служат

дпя согласования маломощных пороговых45 магничивающий ток по фазе совпадает элементов 18 и 19 с довольно мощными цепями отключения защищаемых присоединений. Выходной каскад выполнен на транзисторном ключе 46 и 47,

Устройство работает следующим об- 50 разом,

В исходном состоянии отсутствуют напряжение нулевой последовательносс током нулевой последовательности, а в неповрежденном эти токи находятся в-противофазе. Таким образом, на выходе 11 трансформатора 7 тока нулевой последовательности поврежденно го присоединения 9 будет суммарный ток, а на выходе 12 трансформатора 8 неповрежденного присоединения 10 - разностный и, следовательно, на вход выпрямителя 13 поврежденного присоед нения 9 будет сигнал, заведомо больший, чем сигналы на входе выпрямител 14 неповрежденного присоединения 10,

ти Uji и ток нулевой последовательности IQ, Соответственно, отсутствуют входные сигналы в дифференцирующем звене 2 и ток подмагничивания транс- сЬорматоров 7 и В тока нулевой после-

усилителя-ограничителя 4, Выходной

довательности. При этом пусковой орган 20 своим выходным сигналом (транзистор 33 открыт) запирает пороговые элементы 18 и 19. Следовательно, на выходе пороговых элементов отсутствует отрицательный потенциал и транзистор 4 выходных каскадов 21 и 22 закрыт. Сигналы на отключение защищаемых присоединений 9 и 10 не поступают,

В случае возникновения однофазного замыкания на одном из присоединений,- например на 9, появляется напряжение нулевой последовательности, которое с выхода фильтра 1 напряжения, нулевой последовательности через дифференцирующее звено 2 поступает на вход пускового органа 20, Если уровень напряжения U превышает поро срабатывания U компаратора 26, который з станавливается выше уровня U от естественнойнесимметрпи сети,то на выходе компаратора 26 появляются прямоугольные импульсы отрицательной полярности, которые закрывают транзистор 33, Таким образом, блокировочный сигнал снимается с пороговых элементов 18 и 19, Конденсатор 30 необходим для устранения пауз между, выходными импульса ш компаратора 26,

усилителя-ограничителя 4, Выходной

с этим продифференцирован- с выхода дифференцирующего звена 2 поступает на вход

Вместе ное напряжение U

ток усилителя-ограничителя 4, порционаг(ьный производной напряжений нулевой последовательности, подается в подмагничивающие обмотки 5 и 6 трансформаторов 7 и 8 тока нулевой Последовательности,- где он складывается с токами нулевой последовательности защип аемьп присоединений 9 и 10, В поврежденном присоединении 9 подмагничивающий ток по фазе совпадает

с током нулевой последовательности, а в неповрежденном эти токи находятся в-противофазе. Таким образом, на выходе 11 трансформатора 7 тока нулевой последовательности поврежденного присоединения 9 будет суммарный ток, а на выходе 12 трансформатора 8 неповрежденного присоединения 10 - разностный и, следовательно, на входе выпрямителя 13 поврежденного присоединения 9 будет сигнал, заведомо больий, чем сигналы на входе выпрямителя 14 неповрежденного присоединения 10,

После выпрямителей 13 и 14 сигналы поступают на входы амплитудного Детектора 15, который выбирает сигнал, наибольший по амплитуде, соответствующий поврежденному присоединершю 9, с и передает его на свой пороговый элемент 18, который, переключившись, через выходной каскад 21 выдает команду в цепь отключения поврежденного присоединения 9, Одновременно выход1 ым )0 сигналом.порогового элемента 18 закрывается амплитудный детектор 15,

После.отключения поврежденного присоединения 9 и восстановления симметрии сети исчезает напряжение нуле- 15 вой последовательности, что приводит к исчезновению импульсов на выходе компаратора 26 пускового органа 20,

TOpBj в результате чего сохраняются стабильные фазовые соотношения вторичного тока и напряжения нулевой последовательности;

Применение усилителя-ограничителя сигнала, полученного из напряжения нулевой последовательности, допускает использование высокоомного диффе- ренцируюш,его звена, что резко сокращает длительность переходного процесса в контуре, образованном индуктивностью фильтра напряжения нулевой последовательности и емкостью диффе- ренцирующего звена.

Пусковой орган, реагирующий на скорость изменения (.производную U ) , повышает чувствительность и быстродействие, так как производная U по После разряда конденсатора 30 транзис- фазе совпадает с током нулевой после- тор 33 открывается и сигнал с его вы-20 довательности, в результате чего уст- , хода переключает пороговый элемент 18 раняется аапаздьшание напряжения нулевой последовательности. Введение порогового элемента за амплитудным де тектором исключает влияние на се- 25 лективность действия запщты токов несимметрии трансформаторов тока нуле-

в исходное состояние, который, переключившись, снимает блокировочный сигнал с амплитудного детектора 15, Таким образом, вся схема устройства возвращается в исходное состояние после отключения поврежденного присоединения Аналогично схема работает приоднофазных замыканиях на любом из защищенных присоединений. 30

Таким образом, использование уси- лителя-ограничителяпозволяет стабилизировать ток подмагничивания, что обеспечивает работу трансформаторов тока нулевой последователььюсти на линейной части кривой подмагничивания как при малых, так и при больших токах замыкания, В результате этого

вой последовательности.

Формула изобретения

Устройство -для защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее .фильтр напряжения нулевой последова- 35 тельности, к выходу которого подключено дифференцирующее звено, трансформаторы тока, нулевой последовательности с дополнительными подмагничи- . ваюршми обмотками, соединенными послеУстройство -для защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее .фильтр напряжения нулевой последова- 35 тельности, к выходу которого подключено дифференцирующее звено, трансформаторы тока, нулевой последовательности с дополнительными подмагничи- . ваюршми обмотками, соединенными послеповышается чувствительность устройства при мальпс токах замыкания на зем- 40доватепьно, амплитудный детектор,при- лю. При. больших токах замыкания повы-соединенный входами через выпрямители шается селективность действия защитЫд .к выходным обмоткам соответствующих так как исключается сближение фрон-трансформаторов тока нулевой последо- тов вторичных токов, вызываемое иска-вательности, а также выходные каскадь: жением формы вторичного тока, снимав- 45и пусковой орган, о т л и ч а ю - мого с трансформаторов Тока нулевойщ е е с я тем, что, с целью повыше- последовательности поврежденного при-ния чувствительности, быстродействия соединения. Стабильное подмагничива-и селективности, оно дополнительно ние позволяет не допускать насыщенияснабжено усилителем-ограничителем и сердечника трансформаторов тока ну- 50по числу контролируемых присоединений- левой последовательности поврежденно-пороговыми элементами, причем усили- го присоединения, .тель-ограничитель присоединен входом

Работа трансформатора тока нулевойк выходу дифференцирующего звена, а

последовательности на линейной части выходом - к упомянутым обмоткам под- кривой намагничивания при малых и 55 магничивания, пороговые элементы выбольших токах повышает селективностьполнены на операционных усилителях и

защиты также за счет стабилизации уг-к их инвертируюгщм входам подключен

ла полного сопротивления трансформа-выход пускового органа, а к неинвервой последовательности.

Формула изобретения

Устройство -для защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее .фильтр напряжения нулевой последова- 35 тельности, к выходу которого подключено дифференцирующее звено, трансформаторы тока, нулевой последовательности с дополнительными подмагничи- . ваюршми обмотками, соединенными после40доватепьно, амплитудный детектор,при- соединенный входами через выпрямители .к выходным обмоткам соответствующих трансформаторов тока нулевой последо- вательности, а также выходные каскадь: 45и пусковой орган, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повыше- ния чувствительности, быстродействия и селективности, оно дополнительно снабжено усилителем-ограничителем и 50по числу контролируемых присоединений- пороговыми элементами, причем усили- тель-ограничитель присоединен входом

713561018

тирующим входам - соответствующие вы- подключены к выходным каскадам, при ходы ячеек амплитудного детектора,этом вход пускового органа соединен

причем выходы пороговых элементовс выходом дифференцирующего звена.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты от замыканий на землю и для засдаты человека от поражения током. Цель изобретения - повышение чувствительности, быстродействия и селективности работы устройства. При появлении однофазного замыкания на землю напряжение нулевой последовательности с выхода фильтра 1 через дифференцирующее звено 2 поступает на вход пускового органа 20 и при превышении им уставки срабатывания пусковой орган разрешает работу пороговых элемештов 18 и 19. Одновременно сигнал с дифференцирующего звена 2 поступает через усилитель-ограничитель 4 в подмагни- чивающие обмотки 5 и 6 трансформаторов тока нулевой последовательности 7 и 8, где складывается с токами защищаемых присоединений 9 и 10. На поврежденном присоединении сигналы будут находиться в фазе, а на неповрежденных - в противофазе. Следовательно , амплитудный детектор 15 однозначно выберет присоединение с замыканием и через соответствующий пороговый элемент даст команду на отключение поврежденного присоединения. Одновременно выходным сигналом с порогового органа блокируется амплитз дный детектор 15. 1 ил. с S СО ел о