Устройство для шунтирования однофазного замыкания и контроля сопротивления замыкания после шунтирования Советский патент 1988 года по МПК H02H3/16 

4 4 Фг

О) 4;

фиг.1

Изобретение относится к технике повышения безопасности и бесперебойности электроснабжения и может быть использовано в сетях с изолированной нейтралью напряжением 6-10 кВ горных предприятий.

Целью изобретения является повышение чувствительности устройства.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема отдельных блоков устройства; на фиг. 3 - диаграммы работы.

Устройство содержит трансформатор 1 напряжения с фазными обмотками с обмоткой нулевой последовательности, трансформатор 2 тока нулевой последовательности, быстродействующие определители 3 поврежденной фазы и 4 фидера, блоки 5 питания, программное реле 6 времени, шунтирующий выключатель 7 с пофазным управлением, разделительный конденсатор 8 с подключенным параллельно ему тиристором 9, разделительный трансформатор 10 с конденсато- ром 11, трансформатор 12 тока, соединенный с первым пороговым элементом 13, и исполнительный блок 14, два транзистора 15, 16, два резистора 17, 18, конденсатор 19, диод 20, второй пороговый элемент 21 и выключатель 22, причем управляющий электрод тиристора 9 подключен непосредственно к блоку 5 питания, а катод соединен с блоком питания через коллектор-эмиттерную цепь первого транзистора 15, база которого подключена к катоду тиристора через первый резистор 17 и коллектор-эмиттерную цепь второго транзистора 16, а база второго транзистора через второй резистор 18 подключена к выводу конденсатора 8, второй вывод которого соединен с катодом тиристора 9, при этом первая вторичная обмотка 23 разделительного трансформатора 10 через диод 20 подключена к выводам конденсатора 19, вторая 24 и третья 25 вторичные обмотки подключены соответственно к первому 13 и второму 21 пороговым элементам, выходы которых подключены к исполнитель- ному блоку 14.

Устройство подключают к сети, состоящей из понизительного трансформатора 26, емкостей фаз относительно земли, и контролируемого переходного сопротивления К„.

Пример реализации программного реле 6 времени, пороговых элементов 13, 2 и исполнительного блока 14 приведен на фиг. 2.

Чувствительность предлагаемого устройства повышается благодаря тому, что зарядка сети и контроль переходного сопротив- ления Rn осуществляются одним напряжением, в результате исключается снижающее чувствительность несоответствие напряжений зарядки и контроля (напряжения стабилизации стабилитрона и напряжения на разделительном конденсаторе шунта).

Устраняется переходный процесс при включении тиристора 9 путем включения

его при равенстве нулю напряжения на конденсаторе 8.

В цепи тока контроля отсутствуют ограничивающие сопротивления присоединения, которые в схеме-прототипе дополнительно загружаются током, протекающим через стабилитрон на поврежденную фазу, при этом по- выщается характеристика чувствительности

d-I

а, определяемая зависимостью

иК«

Повыщение характеристики чувствительности обусловливается тем, что в предлагаемом устройстве величина тока контроля определяется непосредственно контролируемым сопротивлением R,.

Устройство работает следующим образом.

При нормальном режиме работы электрической сети на выходах определителя 3 поврежденной фазы и 4 фидера командные сигналы отсутствуют, вследствие чего приводы щунтирующего выключателя 7 находятся в положении «Выключено, а выключатель 22 - в положении «Включено.

При возникновении однофазного замыкания на землю на одной из фаз сети через переходное сопротивление 26 определитель 3 поврежденной фазы по входным сигналам от трансформатора 1 напряжения определяет поврежденную фазу и выдает команду выключателю 7, который соединяет поврежденную фазу с землей через разделительный конденсатор 8, при этом через разделительный конденсатор 8 начинает протекать основная часть тока однофазного замыкания. Если первый полупериод тока замыкания через шунт направлен от земли к фазе, то через трансформатор 10 заряжается конденсатор 19, который через резистор 18 и база-эмиттерный переход транзистора 16 открывает транзистор 15. В результате подготавливается к отпиранию тиристор 9 по цепи управления от блока 5 питания через транзистор 15. Однако ток по главной цепи тиристора не будет протекать до тех пор, пока на разделительной емкости не начнет возникать напряжение с полярностью, соответствующей проводящему направлению тиристора 9, т. е. в начале второго полупериода тока замыкания через шунт.

Емкость неповрежденных фаз относительно земли заряжается в первый полупериод тока, проходящего через тиристор 9. Приобретенный контролируемой системой заряд составит Q UcTC2, где UCT - амплитуда переменной составляющей напряжения на разделительном конденсаторе Q при переходном сопротивлении замыкания R оо.

При переходном сопротивлении К, за период промыщленной частоты стекает часть этого заряда, составляющая

„ ,, .. 20-10 g UcTC2().

Кп 2

Первоначальный заряд восстанавливается импульсом тока через тиристор 9 пропорциональным стекшему заряду, а следовательно, и величине переходного сопротивления замыкания, установившегося после шунтирования. Импульсы следуют через период 50 Гц в момент снижения до нуля напряжения на конденсаторе 8 встречного проводящему направлению тиристора 9.

Импульс тока через тиристор 9, восстанавливающий первоначальный заряд, пе- реданный через трансформатор 12 тока, принимается пороговым элементом 13. Отстройка по времени от импульса тока первоначальной зарядки осуществляется в блоке 14 размыкающими контактами реле определи- теля поврежденной фазы. Посредством обмотки 24 разделительного трансформатора в пороговый элемент 13 вводится автоматическая коррекция порога срабатывания, что обеспечивает стабильность определения переходного сопротивления замыкания после шунтирования при изменении емкости сети. При этом напряжение, снимаемое с разделительного конденсатора 8, через трансформатор 10 поступает на вход операционного усилителя порогового элемента 21 и перево- дит его в выключенное состояние (на выходе операционного усилителя - отрицательный потенциал).

При замыкании через малое переходное сопротивление (100 Ом и менее) вступает в работу пороговый элемент 21, реагирующий на снижение напряжения на разделительном конденсаторе 8 по сигналу от обмотки 25 разделительного трансформатора. В этом случае напряжение на разделительной емкости снижается до малой величины и может совсем отсутствовать при металли- ческом замыкании, что делает невозможным работу порогового элемента 13, так как в цепи тиристора 9 не будет протекать ток подзарядки.

В то же время малое напряжение на конденсаторе 8 ниже уровня, определяемого опорным напряжением Uon порогового элемента 21, не приводит к переключению его в выключенное состояние (в исходном состоянии пороговый элемент 21 находится по включенном положении, т. е. на выходе операционного усилителя элемента 21 присутствует положительный потенциал). Передача сигнала от порогового элемента 21 в блок 14 задерживается до выполнения шунтирования нормально закрытыми контактами реле 27-29.

После срабатывания одного из реле 27-29 и размыкания одного из контактов этих реле в блоке 14 сигнал с выхода операционного усилителя блока 21 поступает на вход транзистора исполнительного органа 14, iTO приводит к срабатыванию тирис- тора этого блока и реле в блоке 14, которое своим контактом в блоке 6 подает питание на реле 30, 31 определителя 4 поврежденного фидера, после срабатывания одного из которых произойдет отключение поврежденного фидера.

Если первый полупериод тока замыкания через шунт направлен от фазы к земле, т. е. совпадает с проводящим направлением тиристора 9, то он через него не пройдет, так как тиристор по цепи управления не открыт.

Если сопротивление в месте однофазного замыкания после шунтирования регламентированного по условиям электробезопасности (устойчивое дуговое замыкание или замыкание через тело человека), то пороговые элементы 13 или 21 передают команду исполнительному блоку 14, который выдает команду на отключение фидера выключателя 22 через определитель 4 поврежденного фидера, определяющий поврежденный фидер по сигналам от трансформатора 2 тока нулевой последовательности и трансформатора 1 напряжения, после чего по команде программного реле 6 времени шунтирование снимается.

Если сопротивление в месте однофазного замыкания после шунтирования больше регламентированного, например самоустраняющееся дуговое замыкание, погашенное шунтированием, то реле 6 времени через заданную выдержку времени дает команду на дешунтирование, что приводит к восстановлению нормального режима сети без отключения фидерного выключателя 22.

Программное реле 6 времени предназначено для временной увязки работы всех блоков устройства. Назначение контактов программного реле времени следующее: 32 - самоблокировка через время Т1 реле времени; 33 - дешунтирование через время Т2 путем снятия питания с блока 3, а также возврат в исходное состояние исполнительного блока 14; 34 - отключение через время ТЗ поврежденного фидера в случае, если после дешунтирования вновь произошло замыкание фазы на землю; отключение происходит посредством подачи через контакт 34 напряжения на одно из реле 30-31, выбранное блоком 4; 35 - сброс в исходное состояние через время Т2 блока 4; 36 - подача питания через время ТЗ на блок 4 после сброса его в исходное состояние; 37 - сброс в исходное состояние через время Т4 блока 4 после отключения поврежденного фидера; 38 - сброс в исходное состояние через время Т5 реле времени КТ5. Временная диаграмма работы реле времени приведена на фиг. 3.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет повысить электробезопасность и бесперебойность электроснабжения электроустановок угольных разрезов и шахт, а также горных предприятий других отраслей промышленности. Формула изобретения

1. Устройство для шунтирования однофазного замыкания и контроля сопротивления замыкания после шунтирования, содержащее определитель поврежденной фазы, входы которого соединены с выходами трансформатора напряжения, фазные выходы указанного определителя подключены к управляющим входам шунтирующих выключателей, а сигнальный выход определителя подключен к первому входу программного реле времени, определитель поврежденного фидера, входы которого подключены к выходам трансформаторов тока нулевой последовательности по числу присоединений и к выходу трансформатора напряжения нулевой последовательности, выход указанного определителя поврежденного фидера подключен к соответствующему фидерному выключателю, а его сигнальный выход подключен к второму входу программного реле времени, включенный между общей точкой шунтирующих выключателей и выводом «Земля разделительный конденсатор с подключенными параллельно ему тиристором и разделительным трансформатором с конденсатором, трансформатор тока, включенный в цепь тиристора, выходом соединенный с первым пороговым элементом, выход которого соединен с входом исполнительного блока, а выходы программного реле времени подключены к входам возврата в исходное состояние определителей поврежденной фазы и поврежденного фидера и исполнительного блока, выход которого соединен с третьим входом программного реле времени, и блок питания, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, оно дополнительно снабжено двумя транзисторами, двумя резисторами, дополнительным конденсатором, диодом и вторым пороговым элементом, а в разделительный трансформатор дополнительно введены две вторичные обмотки, причем управляющий электрод тиристора подключен непосредственно к блоку питания, а катод соединен с блоком питания через коллекторно-эмиттерную цепь пер10

15

20

25

30

35

зистора, а база второго транзистора через второй резистор подключена к первому выводу дополнительного конденсатора, второй вывод которого соединен с катодом тиристора, при этом первая вторичная обмотка разделительного трансформатора через диод подключена к выводам дополнительного конденсатора, вторая и третья вторичные обмотки подключены соответственно к входам первого и второго пороговых элементов, выходы которых подключены к исполнительному блоку.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что программное реле времени включает в себя три выходных реле определителя поврежденной фазы, подключенных к первому входу программного реле времени, по числу фидеров выходные реле определителя поврежденного фидера, подключенные к второму входу программного реле времени, и реле времени с тремя замыкающими и четырьмя размыкающими контактами, причем размыкающие контакты выходных реле определителя поврежденной фазы и первый замыкающий контакт реле времени соединены между собой параллельно и через катушку реле времени и его первый размыкающий контакт подключены к источнику оперативного напряжения, а параллельно каждой катушке выходных реле определителя поврежденной фазы включены конденсаторы, причем общая точка этих катушек через резистор и второй размыкающий контакт реле времени соединена с корпусом и с выходами программного реле времени, катушки выходных реле выбора поврежденного фидера соединены между собой параллельно и через параллельно соединенные замыкающий контакт исполнительного блока и второй замыкающий контакт реле времени с источником питания, источник питания подключен к выходу программного реле времени через параллельную цепь, состоящую из третьего размыкающего контакта реле времени и посвого транзистора, база которого подключена 40 ледовательно соединенных третьего замыкаю- к катоду тиристора через первый резисторщего и четвертого размыкающего кон0

5

0

5

0

5

зистора, а база второго транзистора через второй резистор подключена к первому выводу дополнительного конденсатора, второй вывод которого соединен с катодом тиристора, при этом первая вторичная обмотка разделительного трансформатора через диод подключена к выводам дополнительного конденсатора, вторая и третья вторичные обмотки подключены соответственно к входам первого и второго пороговых элементов, выходы которых подключены к исполнительному блоку.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что программное реле времени включает в себя три выходных реле определителя поврежденной фазы, подключенных к первому входу программного реле времени, по числу фидеров выходные реле определителя поврежденного фидера, подключенные к второму входу программного реле времени, и реле времени с тремя замыкающими и четырьмя размыкающими контактами, причем размыкающие контакты выходных реле определителя поврежденной фазы и первый замыкающий контакт реле времени соединены между собой параллельно и через катушку реле времени и его первый размыкающий контакт подключены к источнику оперативного напряжения, а параллельно каждой катушке выходных реле определителя поврежденной фазы включены конденсаторы, причем общая точка этих катушек через резистор и второй размыкающий контакт реле времени соединена с корпусом и с выходами программного реле времени, катушки выходных реле выбора поврежденного фидера соединены между собой параллельно и через параллельно соединенные замыкающий контакт исполнительного блока и второй замыкающий контакт реле времени с источником питания, источник питания подключен к выходу программного реле времени через параллельную цепь, состоящую из третьего размыкающего контакта реле времени и пос0 ледовательно соединенных третьего замыкаю- щего и четвертого размыкающего кон

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для повышения безопасности и бесперебойности электроснабжения и может быть использовано в электрических сетях с изолированной нейтралью напряжением 6-10 кВ горных предприятий. Целью изобретения является повышение чувствительности контроля сопротивления замыкания после шунтирования. При возникновении однофазного замыкания на землю устройство определения поврежденной фазы 3 подает команду выключателю 7, котбрый шунтирует поврежденную фазу. При этом через разделительный конденсатор 8 начинает протекать основная часть тока. Если в первый полупериод ток замыкания направлен противоположно проводяш,ему направлению тиристора 9, то через трансформатор 10 заряжается конденсатор 19, который через резистор 18 и база-эмиттерный переход транзистора 16 открывает транзистор 15. В результате подготавливается к отпиранию тиристор 9 по цепи управления от блока питания 5 через транзистор 15. Ток по главной цепи тиристора протекает в начале второго полупериода тока замыкания через шунт. Устройство позволяет повысить электробезопасность и бесперебойность электроснабжения горнодобывающих предприятий. 1 з. п. ф-лы, 3 ил. ю (Л

и коллекторно-эмиттерную цепь второго трантактов реле времени.

IL

ff72 /УЛ5 /У7 4г