Устройство для защиты от замыканий на землю Советский патент 1988 года по МПК H02H3/16 

(Л

13

нительный орган 4, датчик тока нулевой последовательности (ДТ) 5 и датчик напряжения нулевой последовательности (ДН) 6, Цель изобретения, достигается тем, что в устройство введен компаратор 1, вход которого соединен с выходом ДН 6, выход компаратора 1 соединен с первым управляющим входом ФЧУ 2, второй вход которого соединен с выходом ДТ 5. Выход ФЧУ 2 соединен через фильтр низких частот 3 с входом исполнительного органа 4, реагирующе- го на модуль входного сигнала. Для обеспечения работы защиты в сети с изолированной нейтралью в устройство

70

вводится формирователь управляющих импульсов между выходом компаратора

1и управляющим выходом ФЧУ 2. При замыкании на землю на выходе фильтра 3 формируется сигнал, пропорциональный интегралу тока нулевой последовательности, которьй при внутреннем . замыкании равен суммарному изменению заряда емкости всей сети и имеет значительную величину, а при внешнем замыкании близок к нулю. Наличие исполнительного органа, реагирующего на модуль входного сигнала, позволяет упростить эксплуатацию защиты.

23.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для осуществления защиты от замыканий на землю в сетях с нейтралью, заземленной через высокоомный резистор, а также для осуществления направленной защиты от однофазных замыканий на землю се-- тей с изолированной нейтралью. Целью изобретения является повышение чувствительности и селективности. УЬт- ройство содержит фазочувствительный усилитель (ФЧУ) 2, фильтр 3, испол

1

Изобретение относится к электро- энергетике и предназначено для осуществления защиты от Однофазных замыканий на землю сетей с нейтралью, за- земленной через высокоомный резистор, а также дпя осуществления направленной защиты от однофазных замыканий на землю сетей с изолированной нейтралью.

Целью изобретения является повышение чувствительности и селективности защиты.

На фиг.1 приведена схема устрой

ства защиты; на фиг.2 - схема реализации двухпорогового реагирующего органа на базе сдвоенного компаратора и характеристика его срабатывания; на фиг.З - схема реализации формирователя управляющих импульсов и эпюры, поясняющие его работу; на фиг.4 - схема замещения сети; на фиг.З - векторная диаграмма величин нулевой последовательности; на фиг.6 - эпюры сигналов, поясняющие работу защиты на поврежденном и неповрежденном присоединениях; на фиг.7 - схемы замещения сети при гстрении дуги и после ее погасания (без учета индуктивное- тей элементов сети; на фиг.8 - эпюры сигналов для случая дугового замыкания, когда пробой происходит при максимуме фазного напряжения.

На фиг,7 использованы следую1с;ие обозначения; I. - ток дозаряда емкое

тей неповрежденных фаз; 1 - ток разряда повреяоденной фазы; Ij - ток восстановления заряда неповрежденных фаз неповрежденного присоединения; 1 - ток восстановления заряда неповрежденных фаз поврежденного присоединения; 15 - ток восстановления заряда поврежденной фазы поврежденного присоединения.

Устройство (фиг.1) содержит компаратор 1, подключенный к фазочувстви- тельному усилителю 2, выход которого через фильтр 3 низких частот подключен к двухпОроговому реагирующему органу 4. Второй вход фазочувствитель- ного усилителя 2 подключен к выходу датчика 5 тока нулевой последовательности. Вход компаратора соединен с . выходом датчика 6 напряжения нулевой последовательности.

Устройство защиты работает следующим образом.

При металлическом замыкании на землю на входе защиты появляется напряжение 3Up, при этом на выходе компаратора 1 формируется логический сигнал х, причем

х 1 при 3Uo 0; X О при 3Uo : 0.

Сигнал х с выхода компаратора 1 поступает на первый вход фазочувст- вительного усилителя для управления .знаком его коэффициента усиления.

Коэффициент усиления фазочувстви- тельного усилителя 2 равен

+К„ при х, 1 ; -ku при х 0.

На выходе фазочувствительного усилителя (фиг.6) сформированы сигналы, среднее значение которых на неповрежденном присоединении равно нулю, а на повреходенном присоединении среднее значение напряжения Uu пропорционально Ig (или (. для случая 1д - Ij-g ) о

Среднее значение выходного напряжения фазочувствительного усилителя 2 формируется на выходе фильтра 3 низких частот, который реализуется в виде пассивного фильтра первого порядка. При дуговых перемежающихся замыканиях рассмотрим работу защиты в сети с нейтралью, заземленной через резистор. При перемежающихся замыканиях имеет место последовательно сменяющие друг друга процессы горения дуги, когда одна фаза сети имеет , связь с землей,и восстановления напряжений до следзтощего пробоя.

За время горения дуги емкость поврежденной фазы сети разряжается а емкости неповрежденных фаз получают дополнительный заряд. После обрыва дуги имеет место процесс восстановления зарядов всех фаз сети, соответствующих нормальному режиму, причем все токи, связанные с изменением зарядов фаз сети, протекают через место установки защиты благодаря наличию в нейтрали резистора. Рассмотрим процесс изменения и восстановления за- рядов емкостей фаз сети и соответствующие токи при следуюидих условиях: пробой происходит при положительном максимуме фазного напряжения, переходные процессы изменения зарядов за время горения дуги и после обрыва дуги до следующего пробоя практически полностью заканчиваются. Также пренебрегаем изменением принужденного напряжения за время горения дуги, а контуры токов рассматриваем как независимые. При этом через место замыкания протекают токи разряда емкости поврежденной фазы и токи доза- ряда емкости неповрежденных фаз, причем последние могут быть определены как токи заряда неповрежденных фаз от нуля до -Uo,j,. При принятых условиях процесса суммарное изменение

0

5

5

о Q с

5

заряда емкостей фаз сети за время между двумя пробоями рав1го нулю и, следовательно, равен нулю интеграл суммарного тока замыкания на земгао.

На фиг,6 представлены схемы замещения сети (фиг,4) при горении дуги и после ее погасания (без учета индук- тивностей элементов сети). Как видно из фиг.7 направление токов, протекаю- ,щих в месте установки защиты в поврежденной линии, за время горения дуги и после ее погасания одинаково и поэтому интеграл тока нулевой последовательности за время между пробоями равен

Т„р

ijt)dt |(1-)си,- (1-)

О

+ ,

где С - суммарная емкость сети;о - емкость поврежденного присоединения Т ta + t - интервал времени между пробоями; ta - время горения дуги; t f, - время от момента погасания дуги до следующего пробоя;

|(1-о)сиф„ 2

интеграл от токо в дозаряда емкостей неповрежденных фаз неповрежденного присоединения за время горения дуги;

5(2-)Си - J 1,р,,р, (t)dt - интео

граи тока разряда емкости поврежденной фазы неповрежденного присоединения за время горения дуги; 2 2 J ioBoccT «теграл

о

токов восстановления зарядов емкостей неповрежденных фаз пов{)ежденного

io доз Лt) dt

присоединения после обрыва дуги;

, i

о

ка восстановления заряда емкости поврежденной фазы поврежденного присоединения после обрыва дуги.

На неповрежденной фазе упомянутые токи направлены встречно и поэтом

(t)dt - - (, - l(l-.i)CU .

оJ J

+ |(l-oi)CU(p« + l(l-ci)CU. О,

где - г()сиф„ 2

3 - J -о Лоз

(t)dt интеграл токов дозаряда емкостей неповрежденных фаз неповрежденного присоединения за время горения дуги;

- |(l-)CUcf f 1„р„,р (t)dt - ИНтеграл тпка разряда емкости неповрек денной фазы неповрежденного присоеди

нения; |(l-.L)CU 2 i:,,,,,(t)dt интеграл тока восстановления зарядов неповрежденных фаз неповрежденного присоединения после обрыва дуги;

i()eiV Г-ioeoccT -

град тока восстановления заряда поврежденной фазы неповрежденного присоединения о

Таким образом, независимо, от распределения емкост.и между отдельными присоединениями в поврежденной линии интеграл тока нулевой последовательности равен суммарному изменению заряда емкости всей .сети, а в неповрежденной линии - нулю.

Указанная закономерность не завит- сит от формы и спектра переходного процесса, которая определяется параметрами сети - индуктивностью, емкостью, активным сопротивлением, и выполняется и при других условиях протекания процесса дугового замыкания. Принципиальное значение при это имеет сопротивление резистора, так как именно от него зависит скорость восстановления зарядов. При заземлении нейтрали сети через резистор, создающий активный ток замыкания,рав- ный емкостному, постоянная времени разряда емкости сети равна 3-10 с. При этом избыточный заряд стекает с емкостей сети через резистор в нейтрали за полпериода промьшшенной частоты.

Работу защиты при перемножающихся замыканиях поясним эпюрами (фиг.8) сигналов для случая дугового замыкания, когда пробой происходит при максимуме фазного напряжения, а пога сание дуги происходит при первом прохождении через нуль тока дозаряда емкостей неповрежденных фаз. Среднее значение сигнала на выходе фазочув- ствительного усилителя 2 - UQ (фиг,8) равно нулю на неповрежденном присоединении. На выходе фильтра низких частот при подаче на его вход сложного напряжения Uu с периодом, равным Т, сформируется его среднее значение, равное

. т т

Urn I и (t)dt S f i(t)dt о 3«

C&U uQ,

0

5

0

5

5 0

45 50 5

0

где 11ф - выходное напряжение фильтра

низких частот; iQ - изменение заряда. То есть в предлагаемой защите на выходе фильтра низких частот формируется величина, пропорциональная изменению заряда всей сети при дуговом замыкании в случае внутреннего замыкания, а при внешнем замыкании сигнал на выходе фильтра 3 близок к нулю. Независимо от фазировки входных величин нулевой последовательности на выходе фильтра 3 низких частот в случае внешнего повреждения будет сигнал, близкий к нулю (значительно меньше, чем при внутреннем замыкании). При внутреннем замыкании от

фазировки входных величин зависит только знак, но не величина выходного напряжения фильтра. Применение в предлагаемой защите двухпорогового реагирующего органа 4 позволяет ре- агировать только на величину, но не на знак выходного напряжения фильтра 3.

Таким образом предлагаемая защита не требует фазировки входных величин.

Пороги срабатывания реагирующего органа должны выбираться исходя ,из фазовой погрешности датчиков нулевой последовательности, так как при этом в случае внешнего замыкания (фиг.6) фазовый сдвиг между сигналом с выхода компаратора х и 31 на входах фазочувствительного усилителя не будет равен Т/2, при этом среднее значение напряжения Uu не равно нулю.

Работа устройства при защите от замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью осуществляется при введении в канал напряжения формирователя управляющих импульсов между выходом компаратора и первым входом фааочувствительного усилителя. Согласно эпюрам, поясняющим работу формирователя управляющих импульсов, на входе компаратора при помощи цепи задержки RC формируется сигнал U., . при этом на выходе компаратора формируется сигнал (логический) U, , передний фронт которого сдвинут относительно переднего фронта сигнала х на Т„г . Величина сдвига, равная Т., обеспечивается выбором постоянной времени R«C. и порога срабатывания компаратора. Цепь формирует короткие импульсы по фронтам сигнала и,. Положительный импульс U запускает одновибратор на базе операционного усилителя,при этом на выходе одновиб- ратора и соответственно на выходе формирователя 2 формируется сигнал Хц Преимуществом предлагаемой защитьг в сравнении с известной является ее более высокая чувствительность и селективность при любых видах повреждений, особенно при дуговых перемежа- Ю1чихся, а также упрощение, заключающееся в устранении фазировки входных величин, что сзоцественно упростит эксплуатацию и позволит избежать часто встречающихся ошибок при монтаже защит.

Формула изобретения

1, Устройство для защиты от замыканий на землю, содержащее датчик напряжения нулевой последовательности, ФИЛЬТР низких частот, реагирую- щий орган, датчик тока нулевой последовательности, выход которого подключен к первому входу фазочувст- вительного усилителя, о т л и ч а юКВуу пороговый реагирующий орган

щ е е с я тем, что, с целью повыше- ния чувствительности и селективности, фазочувствительный усилитель выполнен в виде операционного усилителя, к второму управляющему входу которого подключен выход введенного компаратора, вход которого подключен к датчику напряжения нулевой последовательности, а выход фазочувствительного усилителя соединен с входом фильтра низких частот, выход которого подключен к входу исполнительного органа,

3(/0

(f-y)Ics

«

Ics

II

3Io

Uy

3lo

no8pe ff(feHHoe приеоеаимение

Поврежденное присоедиме /ие

фиь. 5

L

Непо$режЗенное nfluco eduHCffue

Heno5pf)tfdf/fHoe присоединение

Фиг 6

Мрежденное присоединение

Jb.

F:

JL

Яоврвзкаеннае присмдименив