Способ защиты сети переменного тока от замыкания на землю Советский патент 1989 года по МПК H02H3/16 

4ь

00

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты сети с вентильными двигателями независимо от режима нейтрали. Цель изобретения - повышение надежности энергоснабжения путем исключения недопустимых для изоляции перенапряжений, возникающих при замыканиях на землю в сети с вентильным двигателем. При появлении однофазного замыкания на землю при превышении производными тока и (ИЛИ) напряжения нулевой последовательности пороговых значений на выходах пусковых органов 5 и 10 возникают единичные сигналы, которые через элемент ИЛИ 11 поступают на второй выход устройства, блокирующий работу схемы управления преобразователя вентильного двигателя, причем эта блокировка существует все время, пока напряжение нулевой последовательности превышает пороговое значение. 1 ил.

го

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите электрических систем, и может быть использовано для защиты сетей с вентильными двигателями независимо от режима нейтрали.

Цель изобретения - повышение надежности энергоснабжения путем исключения недопустимых для изоляции пере- напряжений, возникающих при замыканиях на землю в сети с вентильными двигателями.

Известно, что в момент 033 на одной из фаз сети ее напряжение относи- тельно земли снижается до нуля, а напряжения двух двугих фаз возрастают до междуфазньгх напряжений. Величины напрякений по отношению к земле на зажимах обмотки статора, пускаемого от полупроводникового преобразователя двигателя, определяются положением нейтрали сети и сочетанием включенных в данный момент времени вентилей выпрямителя и инвертора и изменяются от номинального до тройного фазного значения. Причем указанные величины напряжений, поочередно воздействующие на все фазы пускаемого двигателя, существенно превышают ве- личины его испытательных напряжений. С учетом неизбежных при этом коммутационных и внутренних перенапряжений резко повышается вероятность перехода 033 в двойное с повреждением пускаемого двигателя. Наиболее опасным для изоляции сети является режим дугового 033 в статорной обмотке пускаемого через полупроводниковый преобразователь двигателя при резонансно скомпенсированной нейтрали. Так при пробое изоляции фазы на землю потенциал замкнувшейся фазы снижается до нуля. Нейтраль сети при этом смещается и в зависимости от сочетания вклю- ченных вентилей выпрямителя и инвертора полупроводникового преобразователя может выходить за пределы треугольника линейных напряжений. Величины фазных напряжений сети существенно превышают линейные значения, а наличие резонансно настроенной индуктивности в нейтрали сети определяют медленное восстановление их номинальных значений после обрыва тока через место повреждения. В то же время через вентили полупроводникового преобразователя поврежденная фаза двигателя поочередно подключает

ся к другим фазам сети, которые в этот момент находятся под потенциалом, превышающим их линейные величины. При этом неизбежно возникает повторный пробой, который сопровождается перенапряжениями, уровни которых превышают величины перенапряжений, возникающих при дуговом 033 фазы сети. Частота следования пробоев определяется тактом работы полупроводникового преобразователя, поэтому пробои могут возникать по- нескольку раз в период. Вероятность возникновения многоместных двойных замыканий в сети резко повышается. Повышение надежности энергоснабжения путем исключения недопустимых для изоляции сети перенапряжений достигают за счет того, что при возникновении пробоя изоляции независимо от места повреждения блокируют без выдержки времени схему управления выпрямителя полупроводникового преобразователя. При этом факт пробоя изоляции определяют по превышению производной 3 10 или

j 0 5 0 5

0

5

3 U,

Именно

0 порогового значения, такой одновременный контроль величин производных 3 10 и 3 U0 позволяет выявить факт пробоя изоляции во время пуска двигателя через полупроводниковый преобразователь независимо от места замыкания, соотношения емкостей сети и поврежденного присоединения, а также режима компенсации нейтрали сети.

На чертеже показано устройство, реализующее предлагаемый способ.

Устройство подключается своими входами к трансформатору напряжения данной секции сборных шин подстанции и к трансформатору тока нулевой последовательности защищаемого присоединения. Устройство содержит преобразователь 1 напряжения нулевой последовательности, преобразователь 2 тока нулевой последовательности, блок 3 контроля отсутствия междуфазного короткого замыкания, блок 4 возврата, пусковой орган 5, фиксатор 6 полярности напряжения, фиксатор 7 полярности тока, логический блок с элементом 8 задержки, исполнительный орган 9, второй пусковой орган 10 и элемент ИЛИ 11.

Преобразователь 1 напряжения предназначен для формирования на первом выходе аналогового сигнала, пропорционального вынужденной составляющей

3 U0, а на втором выходе - аналогового сигнала, пропорционального производной этого же напряжения по времени. Преобразователь тока 2 формирует на выходе аналоговый сигнал, пропорциональный производной 3 10 по времени. Вход преобразователя 2 предназначен для подключения к

вторичной обмотке трансформатора токаJQ ществов.ания в сети 033.

нулевой последовательности.

Блок 3 предназначен для формирования на своем выходе единичного сигнала при возникновении междуфазного замыкания. Блок 4 возврата осу- ществляет возврат схемы устройства в исходное состояние с задержкой 20- 30 мс после исчезновения в сети режима однофазного замыкания путем кратковременной подачи на первый вход блока 5 и второй вход блока 10 единичного сигнала. После возврата с&емы в исходное состояние сигнал на выходе блока 4 исчезает. Задержка появления выходного сигнала на выходе блока 4 необходима для предотвращения ложного возврата при возникновении однофазного замыкания, вызванного тем, что блокировочный сигнал на втором входе блока 4 появляется после появления сигнала на третьем входе. Пусковой орган 5 предназначен для фиксации момента возникновения предполагаемого однофазного замыкания и управления фиксаторами полярности тока и напряжения. Фиксатор 6 полярности напряжения и фиксатор 7 полярности тока полностью аналогич-ны для определения и фиксации полярности контролируемого сигналов в момент подачи от блока 5 разрешающего сигнала.

Фиксатор 6 (7) формирует на одном из своих выходов единичный сигнал на все время существования на входе разрешающего сигнала. Причем появление единичного сигнала на первом выходе соответствует положительной полярности входного сигнала, а на втором - отрицательной.

Логический блок с элементом 8 задержки формирует на своем выходе единичный сигнал при сочетании знаков тока и напряжения нулевой последовательности в первом полупериоде переходного процесса, соответствующем замыканию в зоне, с временной задержкой, отстроенной от времени существования смещения нейтрали в

15

20

25

30

35

40

45

50

55

В нормальном режиме р величины 3- U0 и 3 Т0 бли На выходах преобразовате имеются выходные напряже са, величины которых нед срабатывания блоков 4, 5 выходах блоков 3, 4, 5, 10, 11 - нулевые сигнал

Исполнительный орган в исходном состоянии.

При однофазном замыка в месте замыкания проте переходного процесса, ко жит две свободных и одну составляющую, те же сост держатся и в напряжении ледовательности. На выхо зователей 1 и 2 появляю пропорциональные произво нужденной составляющей в чин. Сигнал, пропорциона водной 3 10, поступает н вход фиксатора 7 полярно на второй вход пусковог Фиксатор 7 полярности то рован нулевым сигналом о органа 5. Сигнал, пропор производной 3 U0, поступ аналоговые входы второго органа 10 и фиксатора 6 напряжения, который такж ван нулевым сигналом с хода пускового органа 5. жении входным сигналом п значения снимается блоки с входа фиксатора 7 пол с выдержкой времени, отс длительности существован составляющей, обусловлен емкости поврежденной фаз

Одновременно появляет щий сигнал на втором в 11 и выходной сигнал на а также на втором выход ва. Блок 7 срабатывания знак производной 3 1„ в тия входного блокирующег При положительной полярн сигнал появляется на пер

компенсированной сети, вызванного коммутационной помехой.

Второй пусковой орган 10 предназначен для фиксации момента возникновения 033 по факту превышения производной 3 U0 порогового значения. Эле- мен ИЛИ формирует на своем выходе единичный сигнал на все время су5

0

5

0

5

0

5

0

5

В нормальном режиме работы сети величины 3- U0 и 3 Т0 близки к нулю. На выходах преобразователей 1 и 2 имеются выходные напряжения небаланса, величины которых недостаточны для срабатывания блоков 4, 5 и 10. На выходах блоков 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11 - нулевые сигналы.

Исполнительный орган 9 находится в исходном состоянии.

При однофазном замыкании на землю в месте замыкания протекает ток переходного процесса, который содержит две свободных и одну вынужденную составляющую, те же составляющие содержатся и в напряжении нулевой последовательности. На выходах преобразователей 1 и 2 появляются сигналы, пропорциональные производной и вынужденной составляющей входных величин. Сигнал, пропорциональный производной 3 10, поступает на второй вход фиксатора 7 полярности тока и на второй вход пускового органа 5. Фиксатор 7 полярности тока заблокирован нулевым сигналом от пускового органа 5. Сигнал, пропорциональный производной 3 U0, поступает на первые аналоговые входы второго пускового органа 10 и фиксатора 6 полярности напряжения, который также заблокирован нулевым сигналом с первого выхода пускового органа 5. При достижении входным сигналом порогового значения снимается блокирующий сигнал с входа фиксатора 7 полярности тока, с выдержкой времени, отстроенной от длительности существования свободной составляющей, обусловленной разрядом емкости поврежденной фазы.

Одновременно появляется разрешающий сигнал на втором входе элемента 11 и выходной сигнал на его выходе, а также на втором выходе устройства. Блок 7 срабатывания фиксирует знак производной 3 1„ в момент снятия входного блокирующего сигнала. При положительной полярности выходной сигнал появляется на первом выходе

фиксатора 7, а при отрицательной - на втором. Одновременное появление

или наличие выходных сигналов на первом и втором выходах исключено. Исключено также переключение выходных сигналов при изменении полярност

-входного сигнала. В момент изменения полярности производной 3 (,, т.е. в момент достижения экстремума первой полуволны свободной составляющей тока, обусловленной дозарядом емкостей неповрежденных фаз, снимается блокирующий сигнал с входа фиксатора 6 полярности напряжения. Последний,

срабатывая, фиксирует знак производной 3 U0 в момент снятия блокирующего сигнала со своего входа. Работа блока 6 аналогична работе блока 7. Выходной сигнал с второго выхода - пускового органа 5 запускает блок 4 возврата, однако появившееся напряжение на первом выходе блока 1, про- порциональное вынужденной составляющей 3 U0, превысив установленный порог, блокирует работу блока 4 на все время существования однофазного замыкания.

Если замыкание на землю произошло вне зоны защиты, то фиксаторы полярностей напряжения 6 и тока 7 фиксируют сигналы разной полярности и на их выходах единичные сигналы присутствуют либо на первом выходе блока 6 и на втором выходе блока 7, либо на втором выходе блока 6 и пер вом выходе блока 7. Таким образом, в любом случае на выходе блока 8 остается нулевой сигнал. В том случае, когда собственный емкостный ток защищаемого присоединения, например двигателя, мал, то чувствительность пускового органа 5 может оказаться недостаточной и на выходах блоков 3, 5, 6, 7 и 8 останутся нулевые сигналы. Появившиеся на выходах преобразователя 1 сигналы поступают на первый вход второго пускового органа 10 и второй вход блока 4.

При достижении сигналом, поступающим на первый вход блока 10, порогового значения на выходе блока 10, элемента 11 и втором выходе устройства появляется единичный сигнал на все время существования на втором входе блока 4 напряжения смещения нейтрали выше порогового значения. Наличие этого напряжения блокирует работу блока возврата.

0

5

0

5

При замыкании на землю в зоне

г

защиты высокочастотные составляющие 3 Uc и 3 10 и их производные совпадают по фазе. В результате фиксаторы полярностей тока 7 и напряжения 6 фиксируют сигналы одинаковой полярности и на их одноименных выходах либо на первых, либо на вторых появляются единичные сигналы. Через лот- гический блок с элементом 8 задержки сигнал поступает на исполнительный орган 9, который срабатывает.

При исчезновении в сети однофазного замыкания на землю сигнал, пропорциональный вынужденной составляющей 3 U0, становится по величине ниже порогового значения. Тем самым снимается запрет работы блока 4 возврата. Последний срабатывает и возвращает пусковой орган 5 в исходное состояние. Исчезновение единичных сигналов с выхода блока 5 возвращает в исходное состояние блоки 6, 7, 8,

10и исполнительный орган 9.

При коммутационных помехах характер переходного процесса в то кё и напряжении нулевой последовательности аналогичен описаному выше. При этом на одной части присоединений этот процесс аналогичен процессу при замыкании в зоне защиты, а на другой части - вне ее. При этом блоки 1, 2, 5, 6, 7 работают в соответствии с полярностью сигналов тока и напряжения нулевой последовательности, подведенных к входам устройства. Однако за счет, того, что задержка, вводимая блоком 8, больше времени существова- „ ния смещения нейтрали, вызванного коммутационной помехой, блок 4 возвращает устройство в исходное состояние раньше, чем срабатывает исполнительный орган 9. На выходе элемента

11кратковременно появляется блокирующий сигнал.

При возникновении в сети междуфазного короткого замыкания на выходе блока 3 появляется единичный сигнал на все время существования в сети междуфазного замыкания. Появление вышеуказанного сигнала на первом входе блока 4 приводит к появлению на его выходе сигнала, который блокирует работу пусковых органов. При исчезновении в сети междуфазного замыкания исчезает сигнал с выхода- блока 3, однако блокирующий сигнал на выходе блока 4 продолжает сущест0

5

5

0

5

вовчть до тех пор, пока не исчезнет смещение нейтрали. После исчезновения последнего снимается блокирующий сигнал с. первого входа блока 5, и все устройство возвращается в исходное состояние.

В любом случае при появлении в сети однофазного замыкания на землю сработавшим является одно устройст- ,во, установленное на поврежденном присоединении, а устройства неповрежденных присоединений оказываются заблокированными. Однако на втором выходе всех устройств при появлении в сети 033 или смещения нейтрали по любой другой причине без выдержки времени появляется выходной сигнал, который используется для быстродействующего блокирования схемы управления выпрямителем вентильного двигателя. Поскольку полупроводниковый преобразователь осуществляет только пуск двигателя, блокирование его работы при кратковременных сме- щениях нейтрали отрицательно не сказывается на процессе пуска, однако исключает возможные перенапряжения. При 033 nyri двигателя через преобразватель запрещают.

Использование предлагаемого способа позволяет повысить надежность энергоснабжения путем исключения недопустимых для изоляции перенапряжений, возникающих при замыканиях на землю в сети с вентилными двигателями . Формула изобретения

Способ защиты сети переменного TOKI от замыкания на землю по авт.св. N° 1394313, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности энергоснабжения путем исключения недопустимых для изоляции перенапряжений, возникающих при замыканиях на землю в сети с вентильным двигателем, дополнительно без выдержки времени блокируют работу управляемого преобразователя вентильного двигателя по факту превышения производной параметра нулевой последовательности соответствующей эталонной величины на время существования напряжения смещения нейтрали сети выше порогового значения.