Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью Советский патент 1992 года по МПК H02H3/16 

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

Известно устройство для защиты от однофазного замыкания на землю, содержащее на каждом присоединении последовательно соединенные трансформатор тока нулевой последовательности, преобразователи тока в выпрямленное напряжение, запоминающий элемент,- интегрирующий элемент с размыкающим ключом на входе, элемент ПАМЯТЬ и исполнительный орган, общие на все присоединения пусковой орган, подключенный своим входом к выходу трансформатора напряжения нулевой последовательности, блок управления, подключенный основным входом к выходу пускового органа, а управляющим входом - к выходу элемента ИЛИ, входы которого подключены к выходам элементов ПАМЯТЬ.

Недостатком данного устройства является относительно невысокая помехоустойчивость. Оно может ложно срабатывать при воздействии кратковременных (самоустраняющихся) замыканий на землю и помех.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее на каждом присоединении последовательно соединенные трансформатор тока нулевой последовательности. преобразователь тока в выпрямленное напряжение, интегрирующий элемент, пороговый элемент и сумматор импульсов, по числу присоединений элемент совпадения, первые входы которых подключены к выходам сумматоров импульсов, а выходы через элементы ПАМЯТЬ соединены с исполнительными органами, общие на все присоединения первый элемент ИЛИ, входы которого подключены к выходам пороговых элементов, а выход соединен с управляющими входами замыкающих ключей, включенных параллельно выходам запоминающих элементов, и второй элемент ИЛИ. входы которого соединены с выходами элементов ПАМЯТЬ, пусковой орган, подключенный своим входом к трансформатору напряжения нулевой последовательности, а выходом - к входу блока управления, блокирующий вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, а выход соединен с управляющими входами размыкающих ключей, включенных параллельно выходам преобразователей тока в выпрямленное напряжение, элемент НЕ, вход которого подключен к выходу второго элемета

ИЛИ, а выход- к вторым входам упомянутых элементов совпадения.

Устройство характеризуется более высокой помехоустойчивостью и селективностью, однако его недостатками являются сравнительно большое время срабатывания (устройство срабатывает в случае поступления на входы сумматоров двух-трех импульсов с выходов пороговых элементов) и

0 возможность ложного срабатывания при воздействии помех, длительность которых превышает время срабатывания устройства, но меньше полного времени срабатывания устройства и времени отключения

5 выключателя защищаемого присоединения. Кроме того, устройство имеет относительно сложную схему.

Цель изобретения - повышение быстродействия и селективности - достигается тем,

0 что устройство для защиты от однофазного замыкания i.a землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее на каждом присоединении последовательно соединенные трансформатор тока нулевой последова5 тельности, преобразователь тока в выпрямленное напряжение, интегрирующий элемент с размыкающим ключом на выходе и пороговый элемент, по числу присоединений элементы совпадения, первые входы ко0 торых функционально связаны с выходами упомянутых пороговых элементов, и исполнительные органы, входы которых функционально связаны с выходами соответствующих элементов совпадения, общие на

5 осе присоединения основной элемент ИЛИ, входы которого подключены параллельно входам исполнительных органов, пусковой орган, включающий в себя пороговый элемент, вход которого подключен к транс0 форматору напряжения нулевой последовательности, а выход функционально связан с управляющими входами размыкающих ключей, снабжено общим на все присоединения основным элементом ЗАПРЕТ, управляю5 щий вход которого подключен к выходу основного элемента ИЛИ, основной вход - к выходу пускового органа, а выход соединен с управляющими входами размыкающих ключей, по числу присоединений дополни0 тельными элементами ИЛИ. входы которых подключены к выходам соответствующих пороговых элементов и элементов совпадения, а выход соединен с входом соответствующего исполнительного органа, при этом

5 первые входы упомянутых элементов совпадения подключены к выходам соответствующих дополнительных элементов ИЛИ. вторые входы - к выходу пускового органа, который дополнен вторым пороговым элементом, вход которого соединен с входом

первого порогового элемента и через вновь введенный согласующий элемент подключен к входу пускового органа, элементом ИЛИ. входы которого подключены к выходам упомянутых пороговых элементов, элементом ЗАПРЕТ, основной вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, выход соединен с выходом пускового органа, последовательно соединенным преобразователем длительности в амплитуду, вход которого подключен к выходу второго порогового элемента, амплитудным селектором, и формирователем импульсов, выход которого подключен к управляющему входу элемента ЗАПРЕТ.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства для защиты от однофазного замыкания на землю (схема составлена применительно к двум присоединениям, общее число которых может быть любым); на фиг.2 - эпюры напряжений (сигналов) на выходах отдельных элементов, поясняющие принцип работы устройства (номера сигналов соответствуют номерам элементов).

Устройство содержит установленные на присоединениях 1 и 2 трансформаторы 3 и А тока нулевой последовательности (ТТНП), преобразователи 5 и 6 тока в выпрямленное напряжение (ИТВН), интегрирующие элементы (ИЭ) 7 и 8 с размыкающими ключами 9 и 10 на выходах, пороговые элементы (ПЭ) 11 и 12. элементы 13 и 14 совпадения, элементы ИЛИ 15 и 16, исполнительные органы (ИО) 17 и 18, трансформатор 19 напряжения нулевой последовательности (ТЫ НП), пусковой орган (ПО) 20, элемент ЗАПРЕТ 21, элемент ИЛИ 22.

ПО 20 состоит из согласующего элемента 23, первою порогового элемента 24, реагирующего на положительную полярность входного сигнала, второго порогового элемента 25, реагирующего на отрицательную полярность входного сигнала, элемента ИЛИ 26, элемента ЗАПРЕТ 27, преобразователя 28 длительности в амплитуду, амплитудного селектора 29 и формирователя (расширителя) 30 импульсов.

Элементы 28 и 29 выполняют функцию селектора импульсов по максимальной длительности.

Сигнал на выходе амплитудного селектора 29 появляется при длительности выходных импульсов элемента 26 большей 19 мс, т.е. при частоте напряжения нулевой последовательности, меньшей промышленной.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии в сети однофазного замыкания на землю размыкающие ключи 9 и

10 замкнуты. ПЭ 11. 12, 24 и 25, ИО 17 и 18, ПО 20, формирователь 30 импульсов нахо5 дятся в исходном состоянии.

При возникновении в сети однофазного замыкания на землю, например на присое-. динении 1, первым срабатывает пусковой орган 20, на выходе которого появляются

10 прямоугольные импульсы (фиг.2). При появлении первого импульса ключи 9 и 10 размыкаются и на выходе интегрирующих элементов 7 и 8 появляются напряжения (сигналы) U и Ue. изменяющиеся по экспо15 ненциальному закону с постоянной времени, одинаковой для всех присоединений. Когда уровни этих напряжений достигают пороговых значений, принимаемых также одинаковыми для всех присоединений, сра0 батывают пороговые элементы 11 или 12. В нашем случае первым срабатывает пороговый элемент 11, так как он находится в канале защиты поврежденного присоединения 1. имеющего, как правило, наибольший

5 ток замыкания на землю. Этому току соответствуют и наибольшие сигналы Us и U на выходах соответственно ПТВН 5 и ИЭ 7. При срабатывании порогового элемента

11 появляется сигнал Uis на выходе элемен0 та ИЛИ 15 и соответственно на входе ИО 17 и втором входе элемента 13, благодаря которому обеспечивается запоминание выходного сигнала ПЭ 11 на время действия выходного сигнала ПО 20. Одновременно

5 через элемент ИЛИ 22 сигнал поступает на управляющий вход элемента ЗАПРЕТ/21, в результате ключи 9 и 10 замыкаются и интегрирующие элементы 7 и 8 переходят в первоначальное состояние, т.е. состояние,

0 при котором конденсаторы этих элементов разряжены и напряжения на их выходах отсутствуют. Таким путем обеспечивается невозможность срабатывания порогового элемента 12 неповрежденного присоедине5 ния2.

При прохождении выходного сигнала ПО 20 через нулевое или близкое к нему значение сигнал на выходе элемента ИЛИ 22 исчезает. При появлении второго импуль0 са на выходе ПО 20 ключи 9 и 10 вновь размыкаются и на выходе ИЭ 7 и 8 появляются напряжения, изменяющиеся по экспоненциальному закону. Когда уровни этих напряжений достигают пороговых значе5 ний, срабатывают ПЭ 11 и 12. В рассматриваемом случае первым вновь срабатывает ПЭ 11, вследствие чего появляются сигналы на входе ИО 17 и на управляющем входе элемента ЗАПРЕТ 21 и происходит замыкание ключей 9 и 10.

В таком режиме устройство работает до тех пор, пока не отключится выключатель присоединения 1.

При отключении выключателя присоединения 1 в сети возможно возникновение напряжения и токов нулевой последовательности, изменяющихся во времени с частотой ниже промышленной. Однако ложного срабатывания устройстве в этом режиме не происходит, так как на выходе преобразователя 28 длительности в амплитуду и соответственно на, выходе формирователя (расширителя) 30 импульсов появится сигнал, воздействующий на управляющий вход элементе ЗАПРЕТ 27. В результате устройство не работает.

Аналогичне устройство работает при однофазном замыкании на землю на присоединении 2.

При воздействии на устройство сигналов, обусловленных помехами или одиночными пробоями изоляции и имеющих длительность меньшую, чем суммарное время срабатывания исполнительных органов защиты и время отключения выключателя ложного отключения выключателей присоединений не происходит, так как после исчезновения сравнительно кратковременных сигналов устройство автоматически возвращается в исходное состояние.

Таким образом, введение по числу присоединений дополнительных элементов ИЛИ и общего на все присоединения элемента ЗАПРЕТ, а также дополнение г.уснового органа вторым пороговым элементом элементами ИЛИ и ЗАПРЕТ, преобразователем длительности в амплитуду, амплитуд- ным селектором и формирователем импульсов повышает быстродействие и селективность защиты при применении минимально возможного количества элементов. Это способствует предупреждению электротравматизма в электрических сетях напряжением выше 1000 В, реботзющих с изолированной нейтралью, сокращает простои потребителей из-за неоправданного перерыва в их питании и дает ощутимый экономический эффект.

Формула изобретения Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее на каждом присоединении последовательно соединенные

трансформатор тока нулевой последовательности, преобразователь тока в выпрямленное напряжение, интегрирующий элемент с размыкающим ключом на выходе

и пороговый элемент, по числу присоединений элементы совпадений, первые входы которых функционально связаны с выходами пороговых элементов, и исполнительные органы, входы которых функционально связаны с выходами соответствующих элементов совпадения, общие на все присоединения основной элемент ИЛИ, входы которого подключены параллельно входам исполнительных органов, пусковой

орган, включающий в себя пороговый элемент, вход которого подключен к трансформатору напряжения нулевой последовательности, а выход функционально связан с управляющими входами размыкающих ключей, о т л и ч а ю ще е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и селективности, оно снабжено общим на все присоединения основным элементом ЗАПРЕТ, управляющий вход которого подключен к

выходу основного элемента ИЛИ. основной вход - к выходу пускового органа, а выход соединен с управляющими входами размыкающих ключей, по числу присоединений дополнительными элементами ИЛИ. входы

которых подключены к выходам соответствующих пороговых элементов и элементов совпадения, а выход соединен с входом соответствующего исполнительного органа, при этом первые входы элементов совпадения подключены к выходам соответствующих дополнительных элементов ИЛИ, вторые входы - к выходам пускового органа, который дополнен вторым пороговым элементом, вход которого соединен с входом

первого порогового элемента и через введенный согласующий элемент подключен к входу пускового органа, элементом ИЛИ, влоды которого подключены к выходам пороговых элементов элементом ЗАПРЕТ, основной вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, выход соединен с выходом пускового органа, последовательно соединенными преобразователем длительности в амплитуду, вход которого подключен к выходу второго порогового элемента, амплитудным селектором и формирователем импульсов, выход которого подключен к управляющему входу элемента ЗАПРЕТ.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защитного отключения в сети с изолированной нейтралью. Цепь изобретения - повышение быстродействия и селективности. При появлении в сети однофазного замыкания срабатывает J L пусковой орган 20. который разрешает работу интеграторов 7 и 8. В случае возникновения повреждения на присоединении 1 среди пороговых элементов первым срабатывает пороговый элемент 11, сигнал с которого через элемент 15 поступает на исполнительный орган 17. Этот сигнал запоминается на время действия выходного сигнала пускового органа 20. Одновременно размыкающие ключи 9, 10 замыкаются, и интегрирующие элементы 7 и 8 переходят в первоначальное состояние. Таким образом, обеспечивается блокировка работы защит неповрежденных присоединений. В таком режиме устройство работает до момента срабатывания выключателя присоединения 1. Предложенное выполнение пускового органа 20 исключает ложную работу защит в послеаварийном режиме. 2 ил. М О vl О 00