Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью Советский патент 1989 года по МПК H02H3/16 

(О

С

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты от замыкания на землю. Цель изобретения - повышение функциональной надежности защиты и точности определения поврежденного присоединения. При замыкании на землю напряжения неповрежденных фаз возрастают, в результате чего возрастают токи через соответствующие синхронизирующие трансформаторы 3-5 опорного тока и геометрическая разность искусственно созданных токов будет также увеличиваться, что вызовет срабатывание соответствующего порогового элемента 32,33 или 34. Сигнал с порогового элемента через ключ 17,18 или 19, один из которых предварительно открыт управляющим сигналом с избирателя 22 поврежденной фазы, поступает на вход блока 16 сравнения импульсов, куда поступает также сигнал с преобразователя 12 тока нулевой последовательности. Сигнал на выходе блока 16 появляется лишь в случае появления сначала импульса с преобразователя 12 и наличия общей временной зоны этого импульса и импульса с преобразователя 13,14 или 15 тока в цепях искусственно созданных проводимостей. Отключающий сигнал на выходе исполнительного органа 20 появляется при условии поступления на вход сумматора 21 трех импульсов, что исключает возможность ложных срабатываний защиты при действии помех и возникновении кратковременных самоустраняющихся однофазных замыканий на землю. 2 з.п.ф-лы, 8 ил.

фцг.1

ния. При замыкании на землю напряжения неповрежденных фаз возрастают, в результате чего возрастают токи через соответствующие синхронизирующие трансформаторы 3-5 опорного тока и геометрическая разность искусственно созданных токов будет также увеличиваться, что вызовет срабатывание соответствующего порогового элемента 32, 33 или 34. Сигнал с порогового элемента через ключ 17, 18 или 19, один из которых предварительно открыт управляющим сигналом с избирателя 22 поврежденной фазы,поступает на вход блока 16 сравнения импульсов, куда поступает также сигнал с преобразователя 12 тока нуле1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью,

Целью изобретения является повышение функциональной надежности защиты и точности определения поврежденного присоединения.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для защиты от замыкания на землю; на фиг.2 - избиратель поврежденной фазы на фиг.3 - искусственно созданная проводимость сети относительно земли с помощью резисторов; на фиг.4 и 5 - синхронизирующие датчики тока с двумя вторичными обмотками; на фиг. 6 и 7 - векторные диаграммы токов и напряжений в нормальном (а) и аварийном (б) режимах сети при выполнении проводимостей при помощи конденсаторов и резисторов соответственно; на фиг.8 - диаграммы входных и выходных сигналов устройства. На фиг. 6 и 7 обозначено:

ид,йв,0с -.напряжения фаз сети относительно земли в нормальном режиме; Ug,tJp - напряжения непов- режденных фаз В и С относительно земли при замыкании фазы А на землю;

вой последовательности. Сигнал на выходе блока 16 появляется лишь в случае появления сначала импульса с преобразователя 12 и наличия общей временной зоны этого импульса и импульса с преобразователя 13, 14 или 15 тока в цепях искусственно созданных проводимостей. Отключающий сигнал на выходе исполнительного органа 20 появляется при условии поступления на вход сумматора 21 трех импульсов, что исключает возможность ложных срабатываний защиты при действии помех и возникновении кратковременных самоустраняющихся однофазных замыканий ни землю. 2 з.п.ф-лы, 8 ил.

1,1 В,1С - токи через проводимости фаз сети относительно земли в нормальном режиме1,

ди,18и,1си - токи через искусственно созданные проводимости фаз сети относительно земли в нормальном режиме;

l ,i c - токи через проводимости неповрежденных фаз В и С относительно земли при замыкании фазы А на землю;

АИ токи чеРез искусственно созданные проводимости фаз сети относительно земли при замыкании фазы А на землю; I. - геометрическая разность (сумма) токов через искусственно созданные емкостные (активные) проводимости неповрежденных фаз В и С относительно земли при замыкании фазы А на землю:

31„ ток нулевой последовательности (замыкания на землю) через поврежденное присоединение.

Устройство для защиты от замыкания на землю содержит датчик тока нулевой последовательности ДТНП1,установленный на защищаемом присоединении 2, синхронизирующие датчики опорного тока ДТЗ-5 и вспомогательные датчики тока ДТ6-8, установленные в цепях искусственно созданных емкостных проводимостей 9-11 сети относительно земли, преобразователь тока нулевой последовательности ПТНП 12, выход которого подключен к выходу ДТНП1, преобразователи тока ПТ 13-15, подключенные к выходам ДТ 3-5 блок сравнения импульсов БСИ 16, пер вый вход которого подключен к выходу ПТНП 12, а второй вход через замыкающие ключи 17-19 соединен с выхода ми ПТ 13-15, исполнительный орган 20 вход которого через сумматор 21 подсоединен к выходу БСИ 16, избиратель поврежденной фазы ИПФ 22.

В качестве ДТ 3-8 использованы трансформаторы тока нулевой последовательности.

Датчик тока 3 (4,5) выполнен с двумя первичными обмотками, включенными на разность токов (комплексов) двух фаз.

При использовании в качестве проводимости сети относительно земли резисторов (фиг.З) первичные обмотки ДТ включаются на сумму токов (комплексов) двух фаз. При таком включении обмоток вектор тока нулевой последовательности на поврежденном присоединении (сигнал на выходе ДТНП1) опережает приблизительно на 90° вектор разности (суммы) токов через искусственно созданные проводимости неповрежденных фаз (сигнал на выходе соответствующего ДТ 3-5)у а на неповрежденном присоединении отстает (см.фиг. 6 б, 7 б, 8).

Преобразователи тока 12-15 преооб- разуют изменяющиеся по времени выход1 ные сигналы ДТНП1 и ДТЗ-5 в прямоугольные импульсы положительной полярности (длительность импульсов приблизительно равна половине перио-N да). Они состоят из согласующего трансформатора с ограничителем выходного сигнала 23 (24-26), активно

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

го фильтра 27 (28-30), порогового элемента 31 (32-34) с детектором на входе.

БСИ 16 представляет собой фаэо- ,чувствительный орган, реагирующий на сдвиг фаз между входными сигналами, и предназначен для выделения первоначального сигнала, поступающего от ДТ 1 и 3-5.

Сумматор (интегратор, счетчик) 21 суммирует входные импульсы, чем исключается возможность ложного срабатывания устройства при появлении на его дходе одного - двух случайных импульсов.

ИПФ 22 состоит из согласующих трансформаторов 35-37, масштабных усилителей 38-40, формирователей 41-43 сигналов модуля, пороговых элементов (компараторов) 44-46 и 47-49, элементов НЕ 50-52 и совпадения 53-55.

На фиг.8 обозначено: U, - выходные сигналы преобразователя тока 12;

U - выходные сигналы ДТ 3 (4,5), U3 - выходные сигналы 16 БСИ U4 - выходной сигнал сумматора21 , U5 - выходной сигнал исполнительного органа.

Устройство работает следующим об- разом.

В нормальном режиме сети сигнал на выходе пороговых элементов 31-34, 47-49 отсутствует. Пороговые элементы 44-46 находятся в сработавшем состоянии.Ключи 17-19 разомкнуты.Через датчики тока 3-8 протекают приблизительно одинаковые токи.

При появлении на защищаемом присоединении 2, например, на фазе А замыкания на землю нарушается равенство токов через ДТ 3-8, так как напряжение поврежденной фазы А уменьшается (в пределах до нуля), а напряжения неповрежденных фаз В и С возрастают в У5 (при металлическом замыкании). Соответственно уменьшается ток, проходящий через ДТ 3, 6, и возрастают токи, проходящие через ДТ 4, 5 и 7,8. В результате этого пороговый элемент 44 переключается в исходное состояние, а пороговые элементы 48 и 49 из исходного состояния переключаются в рабочее состояние (т.е. срабатывают), если величина входных сигналов достаточна

для их срабатывания, ключ 18 замыкается.

При замыкании ключа 18 на один из входов (верхний) БСИ 16 подается сигнал ДТ 4 (ток ICBU Фиг.6).

Сигнал ДТ 4 появляется спустя приблизительно четверть периода после появления сигнала ДТ 1 (ток замыкания на землю 3 I0),поступающего на другой (нижний) вход блока 16. Сигналы ДТ 1 и 4 (3,5) следуют с частотой тока замыкания на землю.

Сигнал на выходе БСИ 16 (U5) появляется только в случае первоначального появления и исчезновения сигнала ДТ 1 и наличия общей временной зоны этого сигнала и сигнала ДТ /4. При всех других состояниях входов выдача выходного (ложного) импульса исключена.

Сигнал на выходе исполнительного органа 20 (Uf) появляется при услови поступления на вход сумматора 21 тре импульсов (U3), что исключает возможность ложных срабатываний защиты при действии помех и при возникновении в сети кратковременных самоустраняющихся (неустойчивых) однофазных замыканий на землю.

Отказы в срабатывании зашиты при нахождении в работе только одного защищаемого присоединения исключаются благодаря наложению на поврежденное присоединение тока искусственно созданных цроводимостей сети относительно земли.

Устройство в состоянии правильно определять поврежденное присоединение в условиях воздействия на него как переходного тока, так и установившегося, поскольку в переходном и установившемся режимах угол между векторами первичного тока нулевой последовательности в поврежденном присоединении и вектором разности (суммы) двух первичных токов в цепях искусственно созданных проводимостей неповрежденных фаз приблизительно один и тот же.

Устройство может быть выполнено на основе интегральных элементов (операционных усилителей, цифровых элементов и др.), оно технологично в изготовлении. Для построения устройства не требуются трансформаторы напряжения нулевой последовательности, обладающие рядом существенных недостатков (источники феррорезонанс

ных перенапряжений, генераторы реактивного тока и т.д.). Его применение позволит значительно повысить надежность функционирования зашиты от однофазного замыкания на землю,уменьшить аварийность в сетях от ферроре- зонансных перенапряжений, уменьшить ущерб от простоев оборудования и будет способствовать предупреждению электротравматизма при эксплуатации электроустановок.

Формула изобретения

5

0

5

0

5

5

0

5

Г. Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее блок сравнения импульсов с двумя входами, один из которых подключен к выходу преобразователя тока нулевой последовательности, подсоединенного своим входом к датчику тока нулевой последовательности защишаемо- го присоединения, сумматор, вход которого соединен с выходом блока сравнения импульсов, а выход - с входом исполнительного органа, о т- личающееся тем, что, с целью повышения функциональной надежности защиты и точности определения поврежденного присоединения, оно снабжено по числу фаз сети дополнительными преобразователями тока,входы которых подключены к вновь введенным синхронизирующим датчикам опорного тока, установленным во вновь введенных цепях искусственно созданных проводимостей фаз сети относи- 0 тельно земли, замыкающими ключами, входы которых подключены к выходам дополнительных преобразователей тока, а выходы объединены и подсоединены к второму входу блока сравнения импульсов, избирателем поврежденной фазы, выходы которого подключены к управляющим входам замыкающих ключей, а входы - к выходам вновь введенных вспомогательных датчиков тока, включенных последовательно с синхронизирующими датчиками опорного тока, при этом каждый синхронизирующий датчик опорного тока включен на разность токов двух цепей искусственно созданных проводимостей соседних фаз относительно земли.

К ключам Л-13 Фиг. 2

ного и минимального сигналов, своими входами подключенных к соответствующим вспомогательным датчикам тока через последовательно соединенные формирователи модуля сигналов, масштабные усилители и согласующие трансформаторы, выходы пороговых элементов максимального сигнала подключены к входам элементов совпадения других фаз; а выходы пороговых элементов минимального сигнала подключены к другим входам элементов совпадения через элементы НЕ.

Q. а, {..

Фм.Ч

X

в

С

О

Ч

HI.

41А

В С

и

ЈЈЈ

7 5

S

т

/3

3

(

I

14

I

Т

Г5

г.5

сIc

а-6 нормальном ретине

U.

8-при замыкании фазы А на землю .

Фиг.6