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

(Л

4 СО tsd

4 О СО

рователя ортогональных составляющих 5, на другой вход которого подается линейное напряжения Цк, а на выходе получаются два напряжения, пропор- циональные coscf и Ij- sintf и подаваемые на входы формирователя 6 приращений, на третий вход которого поступает сигнал с выхода блока 7 управления. На вход блока 7 управ- ления подается сигнал, пропорциональный 3Uo, а сигнал с второго выхода

поступает на схему 8 сравнения, на два других входа которой поступают сигналы с двух выходов формирователя 6. Схема 8 сравнения содержит два выпрямителя или квадратора и стро- бирусмьй компаратор, выход которого является выходом защиты. При замыкании на землю в обмотке статора генератора на выходе защиты имеет место сигнал определенной длительности. 5 3.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты от замыканий на землю обмотки статора генератора, работающего на сборные шины. Цель изобретения - повышение чувствительности защиты. При замыкании на землю в обмотке статора генератора вектор вторичного тока I₂,фильтра 1 складывается из векторов тока небаланса фильтра и тока замыкания на землю. Напряжение с выхода преобразователя 4, пропорциональное току I₂, подается на вход формирователя ортогональных составляющих 5, на другой вход которого подается линейное напряжение U_л, а на выходе получаются два напряжения, пропорциональные I₂^.COSφ и I₂^.SINφ и подаваемые на выходы формирователя 6 приращений, на третий вход которого поступает сигнал с выхода блока 7 управления. На вход блока 7 управления подается сигнал, пропорциональный 3U_O, а сигнал с второго выхода поступает на схему 8 сравнения, на два других входа которой поступают сигналы с двух выходов формирователя 6. Схема 8 сравнения содержит два выпрямителя или квадратора и стробируемый компаратор, выход которого является выходом защиты. При замыкании на землю в обмотке статора генератора на выходе защиты имеет место сигнал определенной длительности. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты от замыканий на землю обмотки статора генератора, работающего на сборные шины.

Цель изобретения - повышение чувствительности защиты.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для защиты от замыкания на землю обмотки статора генератора, работающего на сборные шины; на фиг. 2 - векторная диаграмма вторичн величин трехтрансформаторного фильтр тока нулевой последовательности до H после замыкания на землю; на фиг.З - схема формирователя ортогональных составляющих; нй фиг, 4 - схема формирователя приращений; на фиг. 5 - схема блока управления; i на фиг. 6 - эпюры сигналов, поясняющие работу блока управления; на фиг. 7 - схема Олока сравнения.

Устройство (фиг. 1) содержит трех трансформаторный фильтр 1 тока яуле- вой посчедовательности, датчик 2 ли- нейного напряжения, датчик 3 налря- жения нулевой последовательности, преобразователь 4, форм1грователь 5 ортогональных составлямщих, формирователь б приращений, блок 7 управле- ния, стробируемую схему 8 сравнения.

Вход преобразователя 4 подключен к трехтрансформаторному фильтру 1 тока нулевой последовательности, а выход соединен с первым входом формирователя 5 ортогональных составляющих, второй вход которого подключен к датчику 2 линейного напряжения. Перпьй и второй (информационные) входы формирователя 6 приращений соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователей 5 ортогональных составляющих, третий (управляющий) вход формирователя 6 при

О

Q

0

ращений соединен с первым выходом блока 7 управления, вход которого подключен к датчику 3 напряжения нулевой последовательности. Два выхода формирователя 6 приращений соединены с первым и вторым входами стробируе- мой схемы 8 сравнения, третий вход которой -соединен с вторым выходом блока 7 управления. Выход стробируе- мой схемы 8 сравнения является выходом защиты.

Устройство реагирует на сумму модулей или квадратов приращений ортогональных составляющих вторичного тоу.а трехтрансформаторного фильтра тока нулевой последовательности при замыкании на землю.

В момент замыкания на землю запоминаются текущие значения ортогональных составляющих тока небаланса в системе координат, задаваемой линейным напряжением генератора, и затем сравниваются со значениями ортогональных составляющих вторичного тока трехтрансформаторного фильтра при замыкании, что обеспечивает отстройку от тока небаланса, независимо от его величины.

Векторной диаграмме вторичных величин трехтрансформаторного фильт- .ра тока нулевой последовательности до.и после замыкания на землю (фиг.2) обозначены ид - вектор линейного напряжения, принятый за ось координат; I нИ вектор тока небаланса; oi- угол между Ид и 1„у; Ig - вектор тока замыкания на землю; /3 - угол между и, и 1д ; ij ij, + i „f - вектор вторичного тока фильтра при замыкании на землю; ц - угол между U и Ij,.

,.Фаза вектора небаланса oi arg к (1|,5/ид) и взаимньм фазовый сдвиг

векторов I j -о изменяются случайным образом в диапазоне 360 .

Приращения ортогональных составляющих при замыкании равны

U.

I«-IHE.

ох

uIi)

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме, до возникновения замыкания на землю, на вход преобразователя 4 с выхода трехтранс форматорного фильтра 1 поступает при замыкании на землю I.

Преобразователь 4 может быть реализован в виде резистора, включенног в нулевой провод трехтрансформаторно го фильтра 1 (фиг. 1),

Выходное напряжение преобразователя 4, пропорциональное в нормальном режиме току небаланса , а при замыкании на землю 1, поступает на первый вход формирователя 5 ортогональных составлякщих, на второй вход которого поступает напряжение IJ( с выхода датчика 2 линейного напряжения. На выходе формирователя 5 ортогональных составляющих формиру ; гея два напряжения, пропорциональные в нормальном режиме U 1н6ч - IHS- cosct; Uy I не, a при замыкании на землю - U н I2x

I г U,j

-zy

1,2 sincf.

Схема наиболее простой реализации формирователя 5 ортогональных составляющих (фиг. 3) содержит два детектора (две фазочувствительные схемы) 9 и 10, выходы, которых являются выходами формирователя, информационные входы детекторов соединены и являются первым входом формирователя. Опорный вход детектора 9 соеди- нен с выходом усилителя - ограничителя 11, а опорный вход детектора 10 соединен через усилитель - ограничитель 12 с выходом фазовращателя 13, обеспечивающего фазовый сдвиг входного сигнала на 90°. Входы фазовращателя 13 и усилителя-ограничителя 11 соединены между собой и являются вторым входом формирователя ортогональных составляющих, подключаемым к выходу датчика линейного напряжения с

Формирователь 6 приращений (фиг.4 содержит два сумматора 14 и 15 и два

-,

о-

40

Ь , 45§0 55

4924096

блока 16 и 17 выборки и хранения, информационные входы которых соединены с соответствующими входами сумматоров. На указанные входы формирователя 6 приращений поступают выходные сигналы формирователя 5 ортогональных составляющих. Выходы блоков 16 и 17 выборки и хранения сое10 динены с вторыми входам сумматоров 14 и 15. Выходы сумматоров 14 и 15 являются выходами формирователя 6 приращений. Управляющие входы блоков 16 и 17 выборки и хранения соединены

15 между собой и являются третьим входом формирователя 6 приращений, на который подается логический сигнал X., сформированный на первом выходе блока 7 управления, причем сигнал

20 X , О при 3Ue UutT и X, 1 при 3Ug и уст где - порог срабатывания (уставка) блока 7 управления по напряжению нулевой последовательности.

25 В нормальном режиме (до замьгкания на землю) Х О и ключи выборки и хранения находятся в замкнутом состоянии. Входные сигналы U и Ui поступают на входы сумматоров 14 и

30 15 непосредственно и чярез блоки К- и 17 выборки и хранения, при этом сигналы uUx и MJq на выходах сумматоров 14 и 15 равны нулю.

При замыкании на землю Х 1 и

35 ключи выборки и хра1гс11ия находятся в разомкнутом состоянии. При этом на первые входы сумматоров 14 и 15 поступают напряжения, пропорциональный ортогональным составляющим вторичного тока трехтрансформаторного фшгьт- ра 1 :

l COSlf,

V (f.

Ь ,

На вторые входы сумматоров 14 и 15 с выходов блоков 16 и 17 выборки и хранения поступают напряжения, пропорциональные ортогональным составляющим тока небаланса:

Ь ,

UK

При этом на выходе сумматоров 14 и 15 формируются пр:1ращения ортогональных составляющих:

cos

infb

Блок 7 управления формирует наряду с логическим сигналом X,, управляющим работой блоков 16 и 17 выборки и хранения формирователя 6 приращений, также сигнал стробирования X,, для управления работой стробируемои гсхемы 8 сравнения.

Блок 7 управления (фиг, 5) содержит элемент 18 сравнения (орган максимального напряжения), вход которого является входом блока 7 управления, а выход элемента 18 сравнения соединен с входом логического элемента И 19 и входом интегратора 20 со сбросом и является первым выходом блока 7 управления. Выход интегратора 20 со сбросом через два компаратора 21 и 22 соединен с входами RS- триггера 23 или элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с входом логического элемента И 19. Выход элемента И 19 является вторым выходом блока 7 управления.

При замыкании на эемлю в момент времени t (фиг. 5 и 6) срабатывает элемент 18 сравнения и формирует сигнал X, 1, который поступает на первый выход блока 7 управления, вхо элемента И 19 и на информационный и управлянхдий входы интегратора 20 со сбросом.

Ключ KU размыкается и происходит заряд емк-ости С. В моменты времени tj и t последовательно срабатьтают компараторы 21 и 22, формируя на входах RS-триггера 23 или элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ 1ШИ логические сигналы Х, и X которые последовательно переводят RS-триггер 23 или элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ в состояние логической единицы (при Х, 1 и Х, 0), а затем логического нуля (при X л 1 и X к,; 1). При этом на выходе элемента И 19 и соответственно на втором выходе блока управления формируется сигнал сг

Выдержка времени ut t, должна задаваться исходя из быстродействия фильтра 1, преобразователя 4 и формирователя 5 ортогональных составляющих чтобы к моменту времени tj выходные напряже ния формирователя 5 с достаточной степенью точности соответствовали входному сигналу защиты. Длительность стробирую- щего импульса . , равная t - t, выбирается исходя из быстродействия блока 8 сравнения.

0

5

0

5

0

При замыкании на землю на первый и второй входы стробируемого блока 8 сравнения поступают сигналы, пропорциональные приращениям ортогональных составляющих вторичного тока трехтрансформаторного фильтра:

&U Ipcosfb; fiUu I sin ft.

0

Блок 8 сравнения (фиг. 7) содержит стробируемый компаратор 24, выход которого является выходом блока 8 сравнения. На входах стробируемого ломпаратора 24 включены выпрямители (формирователи модуля) или квадраторы 25 и 26, входы которых являются первым и вторым входами стробируемого блока 8 сравнения. Стробируемый вход компаратора 24 является третьим входом блока В сравнения.

Наиболее простой реализацией блока 8 сравнения является схема, Содержа- щая стробируемый компаратор 24, на входах которого включены выпрямители. При этом схема сравнения реагирует на величину

UK UUK| Io(cos(5U|sin(3|.

Зависимость U f(p) имеет максимум при p 45 :

и

к man

I. -4.

Защита имеет повышенную чувствительность к собственному емкостному току генератора при внешних замыканиях. Например, при уставке срабатывания защиты Ijp ЗА собственный емкостный ток генератора должен быть менее 3,5 А.

При наличии квадраторов 25 и 26 в блоке 8 сравнения защита реагирует на величину

UK (Ьи)2 + (ди)2 1о

независимо от величины ., что повышает отстройку от собственного емкостного тока генератора.

Алг оритм измерения защиты обеспечивает формирование на входах блока 8 сравнения при замыкании на землю сигналов, величины которых пропорциональны току нулевой последовательности независимо от величины тока небаланса трехтрансформаторного

фильтра, поэтому :)ятпту необходимо отстраивать только от собственного емкостного тока генератора при внешнем замыкании на земпю.

Формула изобретени

с целью повышения чувствительности, в него введены преобразователь тока в напряжение, датчик линейного напряжения, датчик напряжения нулевой последовательности, формирователь ортогональных составляющих, формирователь приращений, блок управления, (При этом вход преобразователя тока в напряжение подключен к выходу трехтрансформаторного фильтра тока нулевой последовательности, а выход соединен с первым входом формирователя ортогональных составляющих, второ вход которого соединен с датчиком линейного напряжения, первый и второй выходы формирователя ортогональных составляющих соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя приращений, третий вход которого соединен с первым выходом блока управления, вход которого соединен с датчиком напряжения нулевой последовательности, а второй выход блока управления соединен с третьим входом блока сравнения, два других входа которого соединены с выходами формирователя приращений.

и второго блоков выборки и хранения при этом информационные входы последних соединены с первыми входами соответствующих сумматоров и являются первым и вторым входами формирователя приращений, управляющие входы блоков выборки и хранения соединены между собой и являются третьим входом формирователя приращений, а выходы блоков выборки и хранения соединены с вторыми входами соответствующих сумматоров, выходы которых являются выходами формирователя приращений,

Q выходом блока сравнения, стробируемый вход компаратора является третьим входом блока сравнения, а информационные входы компаратора соединены с выходами соответствующих выпрями5 телей, входы которых являются первым и вторым входами блока сравнения,

Q в виде резистора, включенного в нуле- вой провод трехтрансформаторного фильтра тока нулевой последовательности,

рых соединены между собой и являются первым входом формирователя ортогональных составляющих, выходы детекторов являются выходами формирователя, а управляюцие входы детекторов соединены с выходами усилителей-огра- ,ничителей, вход второго усилителя-ограничителя соединен с выходом фазовращателя, вход которого соединен с входом первого усилителя-ограничителя и является вторым входом фор-

мирователя.

6, Устройство поп, 1, отличающееся тем, что блок управления выполнен в виде элемента сравнения, вход которого является входом блока управления, а выход - первым выходом блока управления и соединен с информац 1онным и управляющим входами интегратора, выход которого соединен с входами двух KONmapaTopoB, выходы которых соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИШ, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента сравнения, а выход является вторым выходом блока управления.

Т/ I Л /Adf

w

y

.з

Фиг.

явр

а

Лю

J

зив фаг.5