Устройство для защиты от однофазных замыканий на землю Советский патент 1989 года по МПК H02H3/16 

1

Изобретение относится к устройствам для централизованной индикации или защиты от однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью,

Целью изобретения является повышение удобства эксплуатации.

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - трансформатор тока нулевой последовательности; на фиг.З - принципиальная схема преобразователя ток- напряжение,

Предлагаемое устройство для защиты от однофазных замыканий на землю содержит по числу присоединений. трансформаторы 1 тока нулевой послег довательности, каждьй из которых содержит в своем окне трубу 2 из ферромагнетика, снабже нную сплошным короткозамкнутым витком из высокоэлектропроводящего материала, например меди, охватывающим трубу 2, сквозь которую пропущены фазные про- воднкки А, В, С, обраэукацие первичную обмотку. Каждый транс4)орматор 1 имеет две вторичные обмотки 3, 4 с равным.числом витков (фиг,2). Выход каждого трансформатора 1 функционально связан с преобразо11ателем 5 ток - напряжение (фиг.З), который содержит изм ерительный резистор 6, конденсаторы 7, и 8, резисторы 9 и 10, резистор П отрицательной обратной связи, при этом средний вьшод измерительного резистора 6 является выходом преобразователя 5i его первьШ вывод соединен с общей шиной, а второй подключен к первому выводу вторичной обмот- ки 4 и через резистор 9 к неинверти- рующему входу операционного усилителя 12, Параллельно этой же обмотке

, 5

0

4 подключень конденсатор 8 и резистор 10. Первый вывод вторичной обмотКи 3 соединен с общей шиной, а ее второй вывод через конденсатор 7 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 12, выход которого соединен с входом двухтактного эмиттерного повторителя 13, а выход повторителя 13 связан с вторым выводом обмотки : 4 и через резистор 11 отрицательной обратной связи - с инвертирующим входом операционного усил ителя 12. Выход преобразователя 5 каждого присоединения подключен к входу своего порогового элемента 14, выход которого функционально связан с блоком формирования сигнала повреждения, которьш,в свою оче- .редь, линией связи соединен с блоком уп- .равления. Линия связи выполнена магистральной из двух проводников 15 и 1.6, каждое из N электрических присоединений имеет свой номер, а их блоки формирования сигнала повреждения подключены к линии связи параллельно друг другу. Блок управления состоит из генератора 17 тактовых имп пульсов, а его вывод соединен через нормально открытый ключ 18 с проводником 13 линии связи и со счетным входом N+1-разрядного распределителя 19 импульсов, N+1 вьшод которого соединен с управляющим входом ключа 18,. а остальные N выводов - с синхронизирующими входами D-триггеров 20, выходы каждого из которых подключены через усилитель 21 к своему исполнительному органу 22, например лампе накаливания. Блок формирования сигнала повреждения каждого присоединения выполнен в виде N-разрядного счетчика- , распределителя 23, вьшод по номеру присоединения которого подключен к

одному из входов схемы И 24 с открытым коллектором, второй вход схемы 24 связан с выходом порогового элемента 14, а ее выход - с проводки- g ком 16 линии связи, соединенными с информационными входами D-триггеров |20 блока управления, при этом проводник 15 тактовых импульсов линии связи соединен в каждом блоке форми- ю рования сигнала повреждения со счетным входом счетчикаяраспределителя 23, входом формирователя 25 временных интервапов и с одним из входов другой схемы И 26, второй вход кото- 15 рой подключен к выходу формирователя 25 временных интервалов, а выход - к входу Сброс счетчика-распределителя 23.

Распределитель 19 импульсов блока 20 управления и счетчик-распределитель .- 23 блока формирования сигнала повреждения состоят из счетчика и дешифратора.

Ключ 18 представляет собой логи- 25 ческую схему 2И-НЕ, один вход которой связан с генератором 17 тактовых импульсов, а второй - с N+1 выводом распределителя 19. Формирователь 25 временных интервалов блока формирова- 30 ния сигнала повреждения состоит из последовательно соединенных инверторов, одновибратор а и дифференцирующей цепочки. В предлагаемом схемном решении блока управления для., сокращет: 35 - ния . элементной базы и повьш1еш1я надежности и селективности использован принцип записи с информационного входа каждого из D-триггеров 20

ля 19 и в проводник 15 линии связи, поскольку на входах ключа 18 (схема 2И-НЕ). присутствуют две 1, а на выходе - О, что .соответствует открытому состоянию ключа 18, причем на выходе ключа 18 последовательность импульсов идет в .инвертированном виде де. Последовательность импульсов с проводника 15 линии связи подается на счетные входы счетчиков-распределителей 23 каждого присоединения, где 1 происходит счет импульсов при пере- |ходе из состояния 1 в О, а на выводах дешифраторов при этом последовательно появляются сигналы счета, соответствующие состоянию О. При отсутствии замыкания на землю с выхода схемы И 24 с открытым коллекто- ром каждого присоединения по проводнику 16 на информационные входы всех D-триггеров 20 постоянно подается состояние 1 и при переходе предыдущего импульса с дешифратора распределителя 19 блока управления с нуля в единицу на синхронизирующий вход, на неинвертирующем выходе каждого D-триггера 20 записывается состояние 1, в то время как на инвертирующих выходах, являкхдихся выходами D-триггеров 20, всегда будет присутствовать состояние О. Следовательно, при отсутствии замыкания управляющий сигнал с каждого D-триггера 20 на исполнительные органы 22 отсутствует,

Для обеспечения сброса каждого счетчика-распределителя 23 в исходное состояние по окончании счета, равного числу присоединений, на г-°гл:г-:гг г

щего импульса с дешифратора распределителя 19 переводом О в. 1 . Для . обеспечения этого в дешифраторе распределителя 19 импульсов задействован нулевой разряд, в то время как в счетчикег распределителе 23 этот разряд не задействован.

ля 25 через инвертор подается последовательность импульсов с проводника 15 линии связи и задним фронтом каждого импульса одновибратор перево- ig дится в неустойчивое состояние с

1 на выходе в состояние О. Время запуска одновибратора выбрано не менее 75% от суммы длительности и периода следования тактовых импульсов. В результате с выхода дифференцирующей цепочки формирователя 25 на один из входов схемы И 26 в период счета подается последовательность коротких импульсов с высоким уровнем напряжения, а поскольку на другом входе схемы И 26 в этот же момент времени также присутствует высокий уровень напряжения, на выходе схемы И 26 формируется 1 и сброса счет

Предлагаемое устройство для защиты от однофазных замыканий на земле работает следуклдим образом.

При отсутствии утечки на землю в каком-либо из присоединений из-зэ: повреждения изоляции генератор 17 так тактовых импульсов формирует на сво- ем выходе последовательность импульсов со скажностью, равной единице. Последовательность этих импульсов подается на счетный вход распределите

gю 1520- 253035 -

ля 19 и в проводник 15 линии связи, поскольку на входах ключа 18 (схема 2И-НЕ). присутствуют две 1, а на выходе - О, что .соответствует открытому состоянию ключа 18, причем на выходе ключа 18 последовательность импульсов идет в .инвертированном виде де. Последовательность импульсов с проводника 15 линии связи подается на счетные входы счетчиков-распределителей 23 каждого присоединения, где 1 происходит счет импульсов при пере- |ходе из состояния 1 в О, а на выводах дешифраторов при этом последовательно появляются сигналы счета, соответствующие состоянию О. При отсутствии замыкания на землю с выхода схемы И 24 с открытым коллекто- ром каждого присоединения по проводнику 16 на информационные входы всех D-триггеров 20 постоянно подается состояние 1 и при переходе предыдущего импульса с дешифратора распределителя 19 блока управления с нуля в единицу на синхронизирующий вход, на неинвертирующем выходе каждого D-триггера 20 записывается состояние 1, в то время как на инвертирующих выходах, являкхдихся выходами D-триггеров 20, всегда будет присутствовать состояние О. Следовательно, при отсутствии замыкания управляющий сигнал с каждого D-триггера 20 на исполнительные органы 22 отсутствует,

Для обеспечения сброса каждого счетчика-распределителя 23 в исходное состояние по окончании счета, равного числу присоединений, на пус« г-°гл:г-:гг г

г-°гл:г-:гг г

ля 25 через инвертор подается последовательность импульсов с проводника 15 линии связи и задним фронтом каждого импульса одновибратор перево- дится в неустойчивое состояние с

1 на выходе в состояние О. Время запуска одновибратора выбрано не менее 75% от суммы длительности и периода следования тактовых импульсов. В результате с выхода дифференцирующей цепочки формирователя 25 на один из входов схемы И 26 в период счета подается последовательность коротких импульсов с высоким уровнем напряжения, а поскольку на другом входе схемы И 26 в этот же момент времени также присутствует высокий уровень напряжения, на выходе схемы И 26 формируется 1 и сброса счетчика-распредеЛителя 23 в период счета не происходит. По окончании счета, равного N присоединений, N+1 импульсом распределителя 19 блока управле- ния на один из входов ключа 18 подается уровень О, и ключ 18 .переходит в закрытое состояние, соответст- вукядее уровню 1 на выходе-, который длится время, равное сумме длительное ти двух периодов следования тактовых импульсов. Этот удлиненный импульс через инвертор подается на пусковой вход одновибратора формирователя 25,

зависимости от геометрических размеров и магнитных свойств материала сердечников трансформаторов 1 ток их первичной обмотки уравновешивается компенсирующим током, протекающим во вторичной обмотке 4, Разность этих токов наводит во вторичной обмотке 3 ЭДС рассогласования, которая усиливается операционным усилителем 12, двухтактным эмиттерньЕм повторителем 13 и создает компенсационный ток во вторичной обмотке 4. Следовательно, изменение тока в

Изобретение относится к элёктро- , технике, а именно к устройствам ре- лейной защиты. Цель изобретения - повышение удобства эксплуатации.. При появлении утечки на землю на выходе порогового элемента 14 формируется сигнал, поступающий на один из входов схемы И 24. При появлении на со- : ответствующем вьшоде счетчика-распре- делителя 23 логического О послед- НИИ преобразуется в логическую 1 , которая подается на другой вход схемы И 24. Поскольку на первом ее вхо- ;

который запуекается на время длитель- 15 первичной обмотке вызьшает пропорности этого импульса. Поскольку за это время перезапуска одновибратора ие происходит, на вход схемы И 26 подается уровень О, в то время как на другой ее вход подается уровень 1. Уровнем.О на выходе схемы И 26 проиЕХодит сброс счетчика- распределителя 23 в исходное состояние N+l импульсом-с дешифратора распределителя 19. Этим же импульсом возвращается в исходное состояние и распределитель 19. Затем счет импульсов повторяется, как повторяются и указанные в устройстве процессы.

ционапьное изменение тока во вторичной обмотке 4. Ток, протекающий по вторичной обмотке 4 и измерительному резистору 6, вызывает на нем падение

20 напряжения, пропорциональное току в первичной обмотке и совпадающее с ним по фазе. Таким образом, точность преобразования обеспечивается и именно тем, что выходное напряжение сни25 мается с измерительного резистора 6. При прохождении через первичную обмотку больших токов требуемая величина компенсационного тока во вторичной обмотке 4 обеспечивается двухтактным

При появлении в электрическом при- 30 эмиттерным повторителем 13. соединении, например, пятом, -утечки Контроль исправности трансформато- на землю точка нулевой последователь- ра 1 достигается следующим образом.

ности) в сердечнике трансформатора 1 создается магнитный поток и соответ ственно ЭДС во вторичньсх обмотках 3 и А, пропорциональная этому току, так как суммарный ток, протекающий по фазным проводникам сети в короткозам- кнутом витке из меди трубы 2, прони-Зи. зьшающий контур магнитопровода, не включает в себя неОалансы, обусловленные несимметричностью фазных про- вддников. Уменьшение погрешностей трансформатора 1 достигается тем, что короткозамкнутый виток из меди обеспечивает размагничивание-ферромагнитной трубы 2, поддерживая ее высокую магнитную проницаемость (предотвращая насьш1;ение) и экранирующие свойства. Труба 2 экранирует сердечник от полей, обус-повленных несимметричностью размещения фазных проводов сети относительно центральной оси симметрии сердечника и неравномерностью укладки витков вторичных обмоток 3 и 4 по периметру сердечника.

Для обеспечения д нификации блоков формирования сигнала повреждения вне

ционапьное изменение тока во вторичной обмотке 4. Ток, протекающий по вторичной обмотке 4 и измерительному резистору 6, вызывает на нем падение

напряжения, пропорциональное току в первичной обмотке и совпадающее с ним по фазе. Таким образом, точность преобразования обеспечивается и именно тем, что выходное напряжение снимается с измерительного резистора 6. При прохождении через первичную обмотку больших токов требуемая величина компенсационного тока во вторичной обмотке 4 обеспечивается двухтактным

5

0

5

0

5

При обрыве или замыкании любой из обмоток трансформатора 1 нарушается отрицательная обратная связь по переменному току, образованная вторичными обмотками 3 и 4, вследствие чего глубина положительной обратной связи, образованной конденсатором 8 и резисторами 9, I О, становится достаточной для самовозбуждения операционного усилителя 12. В этом случае преобразователь 5 начинает работать в качестве генератора высокочастотных колебаний. Появление на выходе преобразователя 5 высокочастотного сигнала свидетельствует о повреждении трансформатора 1 ,

При появлении на пятом присоединении однофазного .замыкания на землю напряжение с измерительного резистора 6 преобразователя 5 подается на вход порогового элемента 14, и при превьйчении напряжения заданного значения отстройка от естественных то - ков утечки) на Еыходе элемента 14 V формируется сигнал (I). поступающий на один из входов схемы И 24 с открытым коллектором. С учетом конкретной

7

реализации блока формирования сигнала повреждения схема И 24 с открыты коллектором состоит из инвертора и схемы И-НЕ. При появлении на пятям вьшоде счетчика-распределителя 23 последний инвертором преобразуется в 1, которая подается на другой вход схемы И-НЕ. Поскольку на первом ее входе присутствует 1 с элемента 14, на выходе схемы И 24 при пятом счете сформируется О, который подается по проводнику 16 линии связи на D-входы всех триггеров 20. Этот запишется на неинвертирующем выходе только пятого D-триггера 20, поскольку в момент пятого счета происходит запись с заднего фронта пре дьщущего импульса, поступающего на синхронизирующий вход с дещифратора распределителя 9, Остальные D- триггеры 20 не осуществляют запись информации с D-входов, поскольку в этот момент времени на их С-входах отсутствует синхроимпульсы с дешифратора распределителя 19.

Таким образом, на неинвертируюде выходе пятого D-триггера 20 записывается О, а на его инвертирующем выходе, который через усилитель 21 связан со своим исполнительным органом 22, формируется 1. В этом случае исполнительный орган 22 пятого присоединения срабатывает, что является сигналом для контроля изолции пятого присоединения. Исполните ным органом 22 может быть лампа накаливания (индикация), обмотка возбуждения выключателя (отклонение

присоединения) и блок управления при-.. Сброс счетчиков-распределителей.

водом водяного насоса (пожаротушег- ние). В аварийном режиме сброс счетчиков-распределителей 23 и распределителя 19 в исходное состояние осуществляется так же, как описано выше.- Формула изобретения Устройство для защиты от однофазных замыканий на землю, содержащее

40

45

выходы которых подключены к первом -входу вторых элементов И, вторые входы которых подключены к выходу пороговых элементов, а выходы кото рых соединены с первым проводником линии связи, вход пороговых элемен тов соединен с выходом преобразова лей ток - напряжение.

0

5

445

8

по числу N присоединений трансформа- .торы тока нулевой последовательности с включенными на их выходах преобразователями ток - напряжение, первые элементы И, усилители и исполнительные органы, общие для всех присоединений последовательно соединенные генератор тактовых и шульсов и ключ, распределитель импульсов, отличающееся тем, что, с целью повьшения удобства эксплуатации , в негр введены по числу N присоединений счетчики-распределители, вторые ; элементы И, формирователи временных |интервапов, D-триггеры, пороговые элементы, а также магистральная линия связи, выполненная на двух проводниках, причем выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом распределителя импульсов, N+1-й выход которого соединен с управляющим входом ключа, а остальные выходы - с синхронизирующими входами D-триггеров соответствующих присоединений, к первому проводнику линии связи подключены информационные входы D-триггеров, выходы каждого из которых подключены через соответствующие усилители к исполнитель- ным органам, второй проводник линии связи подключен к счетному входу счетчиков-распределителей, к входу формирователей временных интервалов и первому входу первых элементов И, 1вторые входы которых подключены к выходам соответствующих формирова- телей временных интервалов, выход .первых элементов И подключен к входам

0

5

0

.. Сброс счетчиков-распределителей.

40

45

выходы которых подключены к первому -входу вторых элементов И, вторые входы которых подключены к выходу пороговых элементов, а выходы которых соединены с первым проводником линии связи, вход пороговых элементов соединен с выходом преобразователей ток - напряжение.

Слой ед

7

HI10

-т-в

Фие.З

Выход