Устройство для защиты от замыкания на землю в электрической сети переменного тока Советский патент 1988 года по МПК H02H3/16 H02H3/38 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам направленной защиты от однофазных утечек тока на землю в электрических сетях переменного тока.

Цель изобретения - повьппение селективности работы устройства.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Трансформатор 1 тока нулевой последовательности (ТТНП) подключен к входу канала 2 тока нулевой последовательности, выход у которого подключен к входу фазочувствительного эле- мента 3 и входу коммутатора 4 сигналов. Фильтр 5 напряжения нулевой последовательности (ФННП) подключен к входам канала 6 напряжения нулевой последовательности и измерительного органа 7, выход измерительного орган 7 подсоединен к входу управления коммутатора 4 сигналов. Выход канала 6 напряжения нулевой последовательност соединен с входом коммутатора 4 сиг- налов, ныхол коммутатора 4 сигналов подключен к управляющему входу фазо- чувс вительного элемента.

Канал тока нулевой последовательности (далее канал тока) состоит из соединенных последовательно усилителя и фазопопоротного органа, В усилителе производится необходимое усиление сигнала ТТНП 1, а фазоповорот- ный орган осуществляет сдвиг сигнала на 90° с целью совмещения сигналов тока и напряжения нулевой последовательности.

Канал 6 напряжения нулевой последовательности (далее канал напряже- ния) предназначен для преобразования синусоидального напряжения с выхода ФННП 5 в напряжение прямоугольной формы и выполнен по схеме компаратора.

Фазочувствительный элемент 3 представляет собой аналоговый ключ, собранный на одном операционном усилителе и биполярном транзисторе, который в завис11мости от наличия управлякяце- го напряжения на базе транзистора производит либо инвертирование, либо повторение напряжения, поступающего на сигнальный вход.

Измерительный оргац 7 состоит из соединенных последовательно компаратора и расширителя импульсов и служит для измерения и выдачи сигнала о наличии напряжения нулевой после

Ю

5 0 5

30 c

о 5

е

0

довательности. При превышении амплитуды выходного напряжения ФННП 5 UQ установленной величины U на выходе измерительного органа появляется на- пр яжение 1. При меньших входньк напряжениях выходное напряжение измерительного органа равно нулю.

Коммутатор сигналов служит для подачи управляющего напряжения на Фазочувствительный элемент и имеет два входа для подключения к выходам каналов тока и напряжения, вход управления - для подключения к выходу измерительного органа и выход - для подключения к управляющему входу фазочувствительного органа.

Коммутатор сигналов содержит формирователь 8 прямоугольного сигнала, инвертор 9, транзисторные ключи 10 и 11 и диоды 12 и 13. Формирователь служит для преобразования синусоидального сигнала с выхода канала тока в напряжение прямоугольной формы и выполнен по схеме компаратора. Инвертор служит для логического инвертирования сигнала с выхода измерительного органа и также может быть выполнен по схеме ко 1паратора. Выходные напряжения измерительного органа и инвертора служат для управления транзисторными ключами 10 и 11. Диоды 12 и 13 служат для развязки выходов канала напряжения и формирователя. В зависимости от выходного сигнала измерительного органа на базу управляющего транзистора фазочувствительного элемента поступает напряжение прямоугольной формы либо с выхода канала тока через формирователь и диод 12, либо с вьгхода канала напряжения через диод 13.

Устройство работает следующим об- оазом.

При Появлении токов утечки на землю на выходе ТТНП появляется синусоидальное напряжение, которое затем усиливается, доворачивается по фазе на 90 и поступает на вход фазочувствительного элемента. Если при этом напряжение нулевой последовательности Ug меньше уставки измерительного органа f, , .то на выходе измерительного органа напряжение отсутствует (О), на выходе инвертора - положительное напряжение (1), ключ 10 заперт (непроводит), ключ 11 открыт (проводит).

Прямоугольные импульсы с выхода формирователя 8 поступают на управляющий вход фазочувствительного элемента, причем они синфазны с выходны- ми сигналами канала тока и фазочувст- вительный элемент производит двухпо- лупериодное выпрямление входного сигнала. Срабатывание устройства и отключение поврежденного участка про- исходит при превышении токами утечки величины тока уставки устройства. Для обеспечения селективности уставка по току выбирается из условия

IOCP- Uo,p 3(оС,,

где IQCP уставка срабатывания устройства по току нулевой последовательности,

и,

ср

- уставка срабатывания

измерительного органа

по напряжению нулевой последовательности, . со 2irf, где f - частота питающей сети;

С - емкость фазы по отношению к земле в зоне защиты.

UOJ.P выбирается из условия отстройки от асиметрии напряжений сети и составляет обычно 5-10% от номи напьного напряжения сети.

Uocp(,1)UM.

Если напряжение Ug больше то на выходе измерительного органа присутствует 1, а состояние транзисторов ключей меняется на противо- положное и на управляющий вход фазочувствительного элемента начинает поступать напряжение прямоугольной формы с выхода канала напряжения. Полярность выходного напряжения фазо- чувствительного элемента зависит от фазы управляющего напряжения. Если замыкание произопшо в защищаемой зоне, то управляющее напряжение син- фазно с выходным сигналом канала то- ка, и на выходе фазочувствительного элемента будет напряжение положительной полярности, вызывающее срабатывание устройства. При зa ыкaнияx вне защищаемой зоны управляющее напряже- ние противоположно по фазе с выходным сигналом канала тока, вследствие чего напряжение на выходе фазочувствительного элемента имеет отрицательную полярность, и устройство не ера- батьгаает.

При переводе сети на питание от источника с глухозаземленной нейтралью утечки тока на землю не вызывает появления напряжения нулевой последовательности; 1 т.е выходное напряжение измерительного органа - О, и устройство работает как в первом режиме, в функции от величины тока нулевой последовательности. Селективность при этом обеспечивается самим характером сети, т.е. сигнал на выходе ТТНП появляется при замыкании в зоне защиты и равен нулю при замыканиях вне защиты. Таким образом, устройство может осуществлять селективную защиту от однофазных утечек тока на землю в электрических сетях, где осуществляется питание попеременно от двух источников, нейтраль одного из которых изолированная, а второго - глухоза- земленная, а также в сетях с изолированной нейтралью с емкостью фазы до 100 мк и более.

Формула изобретения

1 , Устройство для защиты от кания на землю в электрической сети переменного тока, содержащее датчик тока нулевой последовательности, выход которого присоединен к входу канала тока нулевой последовательности выход которого подключен к первому входу фазочувствительного органа, второй вход которого соединен с выходом коммутатора сигнала, первый вход которого соединен с выхол,ом канала напряжения нулевой последовательности, вход которого подключен к выход датчика напряжения нулевой последовательности, с которым соединен вход измерительного органа, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора сигналов, отличающееся тем, что, с целью повышения селективности работы устройст ва, второй вход коммутатора сигналов подключен к выходу канала тока нулевой последовательности.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коммутатор сигналов выполнен на формирователе напряжения прямоугольных импульсов, инверторе, двух транзисторах и двух диодах, при этом вход коммутатора подключен к входу упомянутого формирователя, управляющий вход коммутатора подсоединен к входу инвертора и базе первого транзистора, база вто513816416

рого транзистора подключена к выходу тору второго транзистора и аноду вто- ннвертора, коллектор первого транзи- рого диода, эмиттеры транзисторов стора и анод первого диода подключе- подключены к общей шине, а катоды

ны к выходу формирователя, первый диодов соединены и подключены к вы- вход коммутатора подключен к коллек- ходу коммутатора.

Изобретение относится к области электротехники и относится к устройствам направленной защиты от однофазных утечек тока на землю в электри ческих сетях переменного тока. Цель изобретения - повышение селективности работы устройства. При появлении токов утечки на землю на выходе трансформатора тока 1 появляется напряжение, которое усиливается, доворачива- ется по фазе на 90 и поступает на J1 ЗОв вход фазочувствительного элемента 3. Если при этом напряжение нулевой последовательности меньше уставки измерительного органа 7, то на его выходе си1 нал отсутствует, что вы зывает открытие транзисторного клктча 1 1 . Прямоугольные импульсы с выхода формирователя 8 поступают на управляющий вход фазочувствительного элемента 3, причем они синфазны с выходными сигналами каната тока и фазочувствитель- ный элемент 3 производит двухполупе- риодное выпрямление входного сигнала, при превьшении которым уставки срабатывания происходит отключение поврежденного участка сети. Если же напряжение больше уставки измерительного органа 7, на управляющий вход фазочувствительного элемента поступает напряжение прямоугольной формы с выхода канала напряжения. Если замыкание произошло в защищаемой зоне, то управляющее напряжение сршфазно с сигналом канала тока и это вызывает срабатьгоание устройства защиты. 1 3.п. ф-лы, 1 ил. (Л 00 00 О5