Устройство защиты шин и питаемых присоединений Советский патент 1988 года по МПК H02H3/28 

Од

//а откп. шин

D1 tsD

Фаг

11олупериодном напряжении. В момент Максимума напряжения на одном из резисторов 34, 35 имеется напряжение на другом резисторе, что приводит к отсутствию сигнала на выходе логического элемента НЕ 53 и блокировке защиты. При к.з. на шинах или питаемых йрисоединенияк токи в питающих присоединениях 2, 3 совпадают по фазе

на резисторы 34, 35 подаются сигна , соответствующие синусоидальному

апряжению при однополупериодном ыпрямлении. В момент максимума сигала на одном из резисторов 34, 35 игнал на другом резисторе равен ну- . При этом на выходе элемента 53 имеется сигнал, разрешающий ;| ействовать защите. При к.з. на ши- ах в питающих присоединениях 2, 3 Протекают токи к.з., а в питаемых - токи нагрузки. Срабатывают первьш 36 и второй 38 измерительные элементы, а третий 39 не срабатывает, и устройство действует на отключение шин без выдержки времени. При к.з. на одном из питаемых присоединений j4-6 на входе одного из датчиков 20-22 |тока поврежденного присоединения имеется ток к.з., срабатывают второй 38 и третий 39 измерительные элементы, и устройство действует на отключение шин с выдержкой времени. Таким образом, при наличии нескольких питающих присоединений за счет наличия блокировки устройства при внещнем к.з. на одном из них, отпадает необходимость при выборе параметров срабатывания устройства отстраиваться от суммы токов небаланса и токов подпитки от электродвигателей нагрузки, что обеспечивает более высокую чувствительность к к.з. на шинах. 3 ил.

Изобретение относится к релейной защите электрических систем и может быть использовано, например, в качестве быстродействующей защиты шин 6-10 кВ и резервной защиты питаемых присоединений. Целью изобретения является повьшение чувствительности устройства к коротким замьшаниям на шинах. Поставленная цель достигается за счет использования в устройстве основанной на фазовом принципе блокировки при внешних коротких замыканиях (к.з.) на питающих присоединениях. При к.з. на одном из питающих присое- с „отр. динении /, 3 токи в них оказываются противоположными по фазе и с выходов двухполярных датчиков 25-27 тока через диоды 28-33 на резисторы 34, 35 подаются сигналы, соответствующие синусоидальному напряжению при двух- S

1

Изобретение относится к релейной защите электрических систем и может быть использовано, например, в качес ре быстродействующей защиты щин 6- 10 кВ и резервной защиты питаемых Присоединений.

; Цель изобретения - повыщение чувствительности устройства к коротким замыканиям (к.з.) на шинах.

На фиг. 1 показаны схема сети и структурная схема устройства защиты для секции шин с двумя питающими присоединениями и тремя питаемыми присоединениями, одно из которых-имеет мощную синхронную нагрузку; на фиг. 2 и 3 - графики, поясняющие работу устройства. На фиг. 1 показаны следующие элементы электрической сети: 1 - секция иган, защищаемая уст ройством 2 и 3 - питающие присоединения ; 4 - питаемое присоединение с мощной электродвигательной нагрузкой; 5 и 6 - питаемые присоединения, к которым подключены трансформаторы 7-11 тока и выключатели 12-16 присоединений.

Устройство защиты шин и питаемых присоединений содержит датчики 17-18 тока Питающих присоединений, выходы

которых включены на соответствующие входы элемента 19 суммирования. Выходы датчиков 2,0-22 тока питаемых присоединений соединены с соответствующуми входами первого элемента 23 выделения максимального сигнала. Один из входов второго элемента 24 выделения максимального сигнала соединен с выходом элемента 19 суммирова

ния, а второй вход - с выходом первого элемента 23 выделения максимального сигнала. Двухполярные датчики 25-27 тока подключены к трансформаторам тока 7 и 8 питающих присоединений

и к трансформатору 9 тока питаемого присоединения с мощной электродвигательной нагрузкой (двухполярные датчики тока устанавливаются на тех питаемых присоединениях с электродвигательной нагрузкой, для которых при согласовании тока срабатывания защиты шин с током срабатывания блокировки этого присоединения не обеспе- Чивается требуемая чувствительность

защиты шин). Однополярные первые выводы выпрями те л ьньг5{ диодов 28-30 первой группы и диодов 31-33 второй группы объединены и соединены соответственно с одним из выводов.резне10

20

торов 34 и 35. К однополярным выводам двухполярных датчиков 25-27 тока подключены вторые выводы диодов 28- 30 первой группы, а к выводам противоположной полярности двухполярных датчиков тока подключены вторые выводы диодов 31-33 второй группы.

При числе питающих присоединений, отличном от двух, числе питаемых присоединений, отличном от трех, и числе питаемых присоединений с мощной двигательной нагрузкой, отличном от одного, изменяется соответственно число однополярных и двухполярных датчиков тока, число выпрямительных диодов в каждой группировке и число входов элемента суммирования и первого элемента выделения максимал.ьно- го сигнала.

К выходу элемента 19 суг-ширования подключен первый измерительный элемент 36, выход которого соединен с одршм из входов первого логического элемента И 37. К выходу второго элемента 24 выделения максимального сигнала подключен второй измерительный элемент 38. С выходом первого элемента 23 выделения максимального сигнала соединен третий измерительный элемент 39, с выходом которого соединены входы первого логического элемента НЕ 40 и элемента 41 времени. Выход первого логического элемента НЕ 40 соединен с вторым входом первого логического элемента И 37. Выход 35 первого логического элемента И 37 соединен с одним из входов первого логического элемента ИЛИ 42, второй вход которого соединен с выходом элемента 41 времени. Выход первого логи-ДО ческого элемента ИЛИ 42 соединен со входом первого исполнительного элемента 43. Выход второго измерительного элемента 38 соединен со входом второго исполнительного элемента 44. 45 Выходы исполнительных элементов 43 и 44 соединены со входами второго логического элемента И 45, сигнал с выхода которого поступает на отключение

25

30

шин.

Объединенные однополярные выводы диодов 28-30 первой группы соединены спервым выводом резистора 34 и первым входным зажимом дифференцирующего усилителя-ограничителя 46. Объединенные однополярные выводы диодов 31-33 второй группы соединены с первым выводом резистора 35 и первым входным зажимом усилителя-ограничи

теля 47. Вторые выводы резисторов 34 и 35 соединены с объединенными общими выводами двухполярных датчиков 25-27 тока и вторыми входными зажи-с мами дифференцирующего усилителя- ограничителя 46 и усилителя-ограничителя 47. Выход дифференцирующего усилителя-ограничителя 46 соединен с первым входом второго логического элемента ИЛИ 48, выход которого соединен с одним из входов третьего логического элемента И 49. Вход второго логического элемента НЕ 50 соединен с выходом дифференцирующего . усилителя-ограничителя 46 и первым входом второго логического элемента ИЛИ 48,

Выход второго логического элемента НЕ 50 соединен с одним их входов четвертого логического элемента И 51, второй вход которого соединен с выходом третьего логического элемента И 49.Выход третьего логического элемен- . та И 49 соединен также со вторым входом второго логического элемента ИЛИ 48. Выход усилителя-ограничителя 47 соединен со вторьм входом третьего логического элемента И 49. Выход четвертого логического элемента И 51 соединен со входом расширителя 52 импульсов, выход которого через третий логический элемент НЕ 53 соединен с третьим входом первого логического элемента И 37.

Устройство защиты шин и питаемых присоединений работает следующим образом.

Информационные параметры сигналов на выходах датчиков 17-18 и 20-22 тока пропорциональны токам в соответствующих присоединениях и зависят от коэффициентов преобразования датчиков .

Коэффициенты передачи датчиков 17 и 18 тока питающих присоединений выбираются такими, чтобы первый 36 и ьторой 38 измерительные элементы не срабатывали в режимах без к.з.

Коэффициенты передачи датчиков 20-22 тока питаемых присоединений выбираются такими, чтобы третий измерительный элемент 39 не срабатывал при протекании в питаемых присоединениях токов нагрузки при к.з. на шинах.

Сигналы на выходах двухполярных датчиков 25-27 тока по форме соот

ветствуют токам присоединений, в це1|ях которых они установлены, I .При к.з. на шинах токи в питающих црисоединениях 2 и 3 совпадают по фазе. С ними совпадает по фазе и ток подпитки от синхронных электродвигателей нагрузки питаемого присоедине- йия 4. Сигналы на выходах всех дат- цкков 25-27 тока также совпадают по фазе. Поэтому в каждый полупериод открыт один из диодов 28-30 первой группы или один из диодов 31-33 второй группы и на резисторы 34 и 35 подаются прерывистые сигналы, по оорме соответствующие синусоидальному напряжению при однополупериодном ыпрямлении. При этом, например, в ikoMeHT максимального значения сигнала на резисторе 34 сигнал на резисторе 35 равен нулю и наоборот (фиг. 2 Дифференцирующий усилитель-ограничитель 46 выполнен таким, что в мо- иент времени, когда производная входного сигнала положительна, на его зыходе имеет место сигнал постоянного уровня. Поэтому моменту времени, ;согда мгновенное значение сигнала ria резисторе 34 максимально, соответствует момент исчезновения сигнала н выходе дифференцирующего усилителя- |эграничителя 46.

I Усилитель-ограничитель 47 преобразует сигнал с изменяющимся уровнем йа резисторе 35 в сигнал постоянного уровня.

На фиг. 2 показаны временные диа грамьат сигналов на выходах соответствующих элементов при к.з. на шинах Из этих диаграмм следует, что в момент исчезновения сигнала на выходе дифференцирующего усилителя-ограничителя 46 сигнал на выходе усилителя- ограничителя 47 равен нулю. При та- ком временном соотношении указанных сигналов равны нулю сигналы на выходах третьего 49 и четвертого 51 логических элементов И и расширителя 52 импульсов, что определяет наличие сигнала на выходе третьего логичес- кого элемента НЕ 53 и, следовательно на одном из входов логического элемента И 37.

При к.з. на шинах информационный параметр сигнала на выходе элемента 19 суммирования соответствует полному току К.З., а информационные параметры сигналов на выходах датчиков

20-22 тока питаемых присоединений - токам нагрузки.

УПМТ Уср ,ИЭ1 - Уцнт ср. ИЭ г УОТХ У ор.иэЗ0

5

0

5

5

Q

55

0

Следовательно, в рассматриваемом режиме срабатьшают первый 36 и второй 38 измерительный элементы и на г их выходах появляются сигналы. Третий измерительный элемент 39 не срабатывает и сигнал на его выходе и, следовательно, на входе первого логического элемента НЕ 40 не появляется. Таким образом, на всех трех входах первого логического элемента И 37 имеются сигналы, следовательно на выходе этого элемента появляется сигнал, который через логический элемент ИЛИ 42 поступает на вход первого, исполнительного элемента 43, вызывая его срабатывание, Срабатьшание второго измерительного элемента 38 вызывает срабатывание второго исполнительного элемента 44. На оба входа второго логического элемента И 45 поступают сигналы, вызывая появление сигнала на его выходе и действие устрой- -. ства на отключение шин. I . ,

При внешнем к.з, на одном из питающих присоединений информационный параметр сигнала на выходе элемента 19 суммирования соответствует сумме тока небаланса и тока подпитки от электродвигателей нагрузки. При этом фаза тока поврежденного питающего присоединения противоположна фазе токов других питающих присоединений. Поэтому в обеих группах,диодов 28-30 и 31-33 одновременна открыты по одному диоду. На резисторы 34 и 35 подаются сигналы, примерно соответствующие форме напряжению при двух- полупериодном выпрямлении (фиг. 3). В момент исчезновения сигнала на выходе дифференцирующего усилителя-ограничителя 46 имеет место сигнал на . выходе усилителя-ограничителя 47, что определяет появление сигналов на, выходах третьего 49 и четвертого

51логических элементов И. Прерывис™ тый сигнал с выхода третьего логического элемента И 31 расширителем

52импульсов преобразуется в непрерывный сигнал, что обуславливает полное отсутствие сигнала на выходе

третьего логического элемента НЕ 53 и, следовательно, на входе первого логического элемента И 37. Благодаря этому обеспечивается блокировка действия устройства на отключение шин, если информационньШ параметр сигнала УПИТ окажется достаточным для срабатывания первого 36 и второго 38 измерительных элементов.

Аналогично осуществляется блоки- ровка действия устройства на отключение шин без выдержки времени и при внешнем к.з. на питаемом присоединении 4, на котором установлен двухпо- лярный датчик 27 тока. i

При внешнем к. з . на любом питаемом присоединении информационный параметр на выходе элемента 19 суммирования соответствует сумме токов к.з, питаюищх присоединений, а на выходе датчика тока поврежденного питаемого присоединения - полному току к.з.

При этом

УЙХ.ИЗЗ УОТХ Уср, нээ 1 т.е. третий измерительный элемент 39 срабатывает, что обуславливает исчезновение сигнала на выходе первого , логического элемента НЕ 40 и, следовательно, на одном из входов первого логического элемента И 37.

При срабатывании первого измерительного элемента 36 (при близких к.з.) когда

6Х.ИЭ1 ПИт Уср.МЭТ 1

сигнал на выходе первого логического элемента И 37 не появляется и устройство не действует на отключение шин без выдержки времени.

Однако при срабатывании третьего измерительного элемента 39 запускает ся элемент 41 выдержки времени, посл срабатьшания которого срабатывают элемент ИЛИ 42 и исполнительный элемент 43. При внешнем к.з. на питаемом присоединении информационный параметр, определяемый током поврежденного присоединения, т.е. полным током к.з,, большим У.ПНГ определяемым суммой токов питающих присоединений. Поэтому сигнал на выходе второго элемента 24 вьщеления максимального сигнала определяется током повреаденно го питаемого присоединения и имеет место соотношение

вх. из а- УОТХ Уср. ИЭ2 I -Т.е. срабатывает второй измеритель- ный элемент 38 и, следовательно, исполнительный элемент 44. Срабатывание исполнительных элементов 43 и 44 вы

5

5

25 30

с

40 i д

0

зывает срабатывание второго логического элемента И 45 и действие устройства на отключение шин, которое в данном случае происходит с выдержкой времени, осуществляя резервирование отказов выключателей и .защит питаемых присоединений.

Таким образом, предлагаемое устройство срабатывает на отключение шин без вьщерж1си времени при к.з. на шинах, не срабатывает при внешних к.з. на питающих присоединениях и срабатывает на отключение шин с выдержкой времени при внешних к.з. на питаемых присоединениях сопровождающихся отказами их выключателей или заищт.

При наличии нескольких питающих присоединений за счет наличия блокировки устройства при внешнем к.з. на одном из них- отпадает необходимость при выборе параметров срабатывания устройства отстраиваться от суммы токов небаланса и токов подпитки от электродвигателер нагрузки, что обеспечивает более высокую чувствительность устройства к к.з. на шинах .

Формула изобретения

Устройство защиты шин и питаемых присоединений, содержащее датчики тока с выводами для подключения к каждому присоединению защищаемой секции шин, элемент суммирования, два элемента выделения максимального сигнала, три измерительных элемента, элемент выдержки времени, два логических элементам, один логический элемент ИЛИ, один логический элемент НЕ и два исполнительных элемента, причем выход каждого датчика тока питающего присоединения связан с соответствующим входом элемента суммирования, выход элемента суммирования связан с входом первого измерительного элемента и одним из входов второго элемента вьщеления максимального сигнала, выход которого подключен к входу второго измерительного элемента, выход каждого датчика тока питаемых присоединений соединен с соответствующим входом первого элемента выделения максимального сигнала, а его выход подключен к входу третьего измерительного элемента и связан с вторым входом второго элемента выделения максимального сигнала, выход

первого измерительного элемента сое- |;инен с одним из входов первого логического элемента И, выход которого Связан с одним из входов логического ЭлементаЦЛИ, выход третьего измерительного элемента связан с входом Элемента времени и подключен к входу Логического элемента НЕ, выход кото- :)ого соединен с вторым входом пер- :зого логического элемента И, выход лемента времени связан с вторым : ходом логического элемента ИЛИ, вы- логического элемента ИЛИ подклю- leH к входу первого исполнительного Элемента, выход которого соединен с (рдним из входов второго логического Элемента И, выход второго измеритель його элемента связан с входом второго исполнительного элемента, выход icoToporo подключен к второму входу ВТОРОГО логического элемента И, сиг- ал с выхода которого поступает на Отключение шин, отличаю ще- ф с я тем, что, с целью повышения 11увствительности к коротким замьжа- 1|1иям на шинах, в устройство дополни- ельно введены имеющие объединенный редний вывод двухполярные датчики, оков с выводами для подключения к всем грхтающим присоединениям и части пи- т аемых присоединений с электррдвига- т|ельной нагрузкой, две группы выпря- йнтельных диодов, два резистора, уси итель-ограничитель, дифференцирующий усилитель-ограничитель, второй ло- 11 ический элемент ИШ, второй и третий логические элементы НЕ, третий И четвертьй логические элементы И, расширитель импульсов, а первый логический элемент И выполнен с тремя йходами, причем один из однополярных выводов диодов каждой группы объе- динены между собой, к однополярному ВЫВОДУ каждого двухполярного датчика

5

0

5

0

5

0

тока подключен второй вывод соответствующего диода первой группы, а к выводу, противоположной полярности каждого двухполярного датчика подключен второй вывод соответствующего диода второй группы, объединенные выводы диодов первой группы соединены с первым выводом первого резистора и первым входным выводом дифференцирующего усилителя-ограничителя, объединенные выводы диодов второй группы соединены с первым выводом второго резистора и первым входнь4м выводом усилителя-ограничителя, вторые выводы первого и второго резисторов объединены между собой, соединены с объединенными средними выводами всех двухполяр- ных датчиков тока и подключены к второму входному выводу усилителя- ограничителя и второму входному выводу дифференцирующего усилителя- Ограничителя, выход дифференцирующего усилителя-ограничителя соединен с входом второго логического элемента НЕ и одним из входов второго логического элемента ИПИ, выход которого соединен с одним из входов третьего логического элемента И, выход второго логического элемента НЕ соединен с одним из входов четвертого логического элемента И, выход третьего логического элемента И соединен с вторым входом второго логического элемента ИЛИ и вторым входом четвертого логического элемента И, выход усилителя-ограничителя соединен с вторым входом третьего логического элемента И, выход четвертого логического элемента И связан со входом расширителя импульсов , выход которого через третий логический элемент HF связан с третьим входом первого логического эле - мента И.

.

д:

lU

IE

ШИШ

Г-1Г

y 4

тrn ГП

n

I n n

o .J

г

-3