Устройство для защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью Советский патент 1992 года по МПК H02H3/16 H02H3/38 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам релейной защиты линий от замыканий на землю в продольных электрических сетях 10-35 кВ с изолированной нейтралью, преимущественно для железных дорог.

Известно устройство для направленной селективной защиты нулевой последовательности от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, содержащее фильтры токов и напряжений нулевой последовательности, токовый орган, выполненный в виде усилителя переменного тока с фильтром промышленной частоты в выходной цепи, фазочувствительный орган, выполненный в виде фазочувствительного усилителя, к выходу которого подключено исполнительное реле, обеспечивает селективное отключение поврежденного присоединения радиальной распределительной сети при однофазном замыкании на землю.

Недостатком данного устройства является неселективная работа защиты при внесении влияющего напряжения нулевой последовательности и импульса тока нулевой последовательности в поврежденной смежной линии при использовании данного устройства для защиты продольных линий электроснабжения. Как правило, это линии разного класса напряжений 110 и 35 кВ, 35 и 10 кВ и т.п., смонтированные на одних опорах и предназначенные для питания промышленных и сельскохозяйственных потребителей, а также потребителей СЦБ.

Известно также устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в трехфазной сети с изолированной нейтралью, содержащее трансформатор тока нулевой последовательности, трансформатор напряжения нулевой последовательности, фа- зосравнивающий орган, датчик фазных напряжений, блок выявления поврежденной фазы, сумматор и исполнительный орган.

Трансформатор тока нулевой последовательности установлен на каждом присоединении, трансформатор напряжения нулевой последовательности в защищаемой сети.

Выход трансформатора тока нулевой последовательности присоединен к первому входу фазосравнивающего органа, выход которого соединен с исполнительным органом.

Выход трансформатора напряжения нулевой последовательности через фазовра- щающий орган соединен с вторым входом фазосравнивающего органа, с первым входом блока выявления поврежденной фазы и с первым входом сумматора, выход которого подключен к входу фазосравнивающего органа.

Датчик фазных напряжений подключен к трем фазам сети, выходы его подключены

к фазным входам блока выявления поврежденной фазы, выход которого соединен с вторым входом сумматора.

Известное устройство обеспечивает селективное отключение поврежденного при0 соединения и определение поврежденной фазы в радиальной сети при различных величинах переходного сопротивления в точке замыкания.

5 Недостатком данного устройства является то, что при использовании защиты в продольных электрических сетях, несмотря на наличие фазосравнивающего органа и контроля фазных напряжений, оно не смо0 жет отличить повреждение на защищаемой линии от повреждения на смежной линии. Это объясняется тем, что в момент повреждения смежной линии в защищаемой линии продольного электроснабжения наблюда5 ются индуцированные напряжения нулевой последовательности и импульс тока нулевой последовательности, которые классифицируются измерительными органами данной защиты как аварийные параметры. Защита

0 неселективно отключает неповрежденную защищаемую линию, находящуюся на одних опорах со смежной поврежденной линией.

Целью изобретения является повыше5 ние селективности защиты при работе в линиях продольного электроснабжения.

Для достижения поставленной цели в устройство для защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной

0 нейтралью, содержащее устанавливаемый на каждой защищаемой линии датчик тока нулевой последовательности, выход которого присоединен к первому входу фазосравнивающего органа, второй вход которого

5 подключен к выходу датчика напряжения нулевой последовательности, датчик фазных напряжений и исполнительный орган, введены четыре преобразователя напряжения, четыре компаратора с инверсными вы0 ходами, два одновибратора, элементы ИЛИ-НЕ, НЕ, два элемента И и элемент задержки, при этом к первому входу первого элемента И подключен выход фазосравнивающего органа, к второму входу первого

5 элемента И - выход второго элемента И, первый вход которого соединен с последовательно включенными первым элементом НЕ, первым одновибратором, первым компаратором и первым преобразователем напряжения, вход которого .подключен к выходу датчика напряжения нулевой последовательности, второй вход второго элемента И соединен с последовательно соеди- ненными вторым одновибратором и элементом ИЛИ-НЁ, входы которого подключены соответственно через второй, третий и четвертый компаратор, последовательно соединенные соответственно с вторым, третьим и четвертым пре- образователем напряжения, к соответствующим выходам датчика фазных напряжений, причем выход первого элемента И через элемент задержки соединен с входом исполнительного органа.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство, устанавливаемое на обоих концах каждого участка защищаемой линии, содержит датчик 1 тока нулевой после- довательности, датчик 2 напряжения нулевой последовательности, датчик 3 фазных напряжений, фазосравнивающий орган 4, исполнительный орган 5, четыре преобразователя 6-9 напряжения, четыре компара- тора с инверсными выходами 10-13, два одновибратора 14 и 15, логические элементы ИЛИ-НЕ 16, НЕ 17, первый и второй логические элементы И 18 и 19 и элемент 20 задержки.

Датчик 1 тока нулевой последовательности представляет собой стандартный трансформатор тока нулевой последовательности, выход датчика тока нулевой последовательности соединен с первым входом фазосравнивающего органа 4, второй вход которого соединен с выходом датчика 2 напряжения нулевой последовательности, который представляет собой обмотку нулевой последовательности измерительного трансформатора, выход фазосравнивающего органа 4 соединен с первым входом первого элемента И 18, к второму входу которого подключен выход второго элемента И 19, первый вход кото- рого соединен с выходом элемента НЕ 17, вход которого через одновибратор 14 соединен с инверсным выходом компаратора 10, вход компаратора 10 соединен с выходом первого преобразователя 6 напряже- ния, вход которого соединен с выходом датчика 2 напряжения нулевой последовательности. Второй вход второго элемента И 19 соединен через второй одновибратор 15 с выходом элемента ИЛИ-НЕ 16, входы ко- торого подключены соответственно через второй, третий и четвертый компараторы 11-13 к выходам преобразователей 7-9 напряжения, входы которых подключены к соответствующим выходам датчика 3 фазных напряжений, представляющего собой вторичные обмотки фазных напряжений измерительного трансформатора. Выход первого элемента И 18 подключен через элемент 20 задержки к входу исполнительного органа 5.

Предлагаемое устройство может быть реализовано с использованием следующих элементов: в датчиках тока и напряжения нулевой последовательности могут быть использованы стандартные ТТНП и ТННП, компараторы могут быть реализованы на реле напряжения РН-53 или на микроэлектронной элементной базе с помощью развязывающих трансформаторов и выпрямителей, компараторы серии К 554 СА 1, К 554 СА 3, элементы И, ИЛИ-НЕ, НЕ могут быть реализованы схемой соединения контактов реле или при использовании микроэлектронной элементной базы на микросхемах К 155 Л А 3, К 155 Л Н 2, К 155 Л Р 1, одновибраторы могут быть реализованы с помощью стандартных реле времени ЭВ-238 при использовании микроэлектронной элементной базы, одновибраторы реализуются на элементах 2 И-НЕ микросхемы К 155 Л А 3, выходной элемент может быть реализован на реле РП 23 и ему подобных при использовании микроэлектронной элементной базы на триггерах серии Е 155 ТМ 2, К 155 ТВ 1, реле времени и исполнительный элемент используются стандартные, принимаемые в данной схеме защиты и автоматики.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме работы линий электроснабжения на входах фазосравнивающего органа 4 отсутствуют сигналы о наличии тока и напряжения нулевой последовательности, на выходах датчика 3 напряжения присутствуют переменные напряжения, соответствующие нормальным напряжениям фаз данной линии, на выходе датчика 2 напряжения сигнал о наличии напряжения нулевой последовательности отсутствует, на выходе преобразователя 6 напряжения отсутствует сигнал о наличии напряжения нулевой последовательности, компаратор 10 находится в несработанном состоянии, первый одновибратор 14 находится в устойчивом состоянии, на выходе элемента НЕ 17 - запрещающий сигнал, на выходах преобразователя 7-9 напряжения присутствуют постоянные напряжения, пропорциональные напряжениям фаз данной линии, компараторы 11-13 находятся в сработанном состоянии, на выходе логического элемента ИЛИ-НЕ 16 - запрещающий сигнал, одно- вибратор 15 находится в устойчивом состоянии, на входе элемента И 19 - разрешающий сигнал, на втором входе элемента И

18- разрешающий сигнал.

При возникновении однофазного замыкания на землю на защищаемой линии на выходах датчиков тока 1 и напряжения 2 нулевой последовательности появляются ток и напряжение нулевой последовательности. Фаза тока и напряжения нулевой последовательности попадает в область срабатывания фазосравнивающего органа 4, сигнал о срабатывании с его выхода поступает на первый вход первого элемента И 18, на выходе датчика 2 напряжения появляется напряжение нулевой последовательности, а на выходе преобразователя 6 напряжения - постоянное напряжение, пропорциональное напряжению нулевой последовательности поврежденной линии. Компаратор 10 срабатывает, на выходе его появляется сигнал, переводящий одновиб- ратор 14 в неустойчивое состояние, на выходе элемента НЕ 17 появляется запрещающий сигнал, который поступает на первый вход элемента И 19, напряжение на какой-либо фазе линии пропадает, соответственно пропадает сигнал на соответствующем выходе датчика 3 напряжения. Один из компараторов 11-13 возвращается в несработанное состояние, сигнал об этом через логический элемент ИЛИ-НЕ 16 поступает на вход одновйбратора 5, переводя его в неустойчивое состояние. На выходе его появляется запрещающий сигнал, который поступает на второй вход элемента И 19, так как на его первом входе присутствует разрешающий сигнал с элемента НЕ 17. На выходе элемента И 19 сигнал остается неизменным, разрешающий сигнал с выхода И

19поступает на вход элемента И 18, и так как на обоих входах присутствуют разрешающие срабатывание сигналы, запускается реле времени на элементе 20 задержки и поврежденная линия отключается.

При повреждении смежной линии на выходах датчиков напряжения 2 и тока 1 нулевой последовательности появляются соответственно напряжение нулевой последовательности, наводимое со смежной линии, и импульс тока нулевой последовательности, при неселективном срабатывании фазосрабатывающего органа 4 на входе элемента И 18 появляется сигнал, разрешающий отключение линии, на выходе датчика 2 напряжения присутствует переменное напряжение, пропорциональное напряжению нулевой последовательности, наводимое в данной линии. На выходе преобразователя 6 напряжения присутствует постоянное напряжение, пропорциональное напряжению нулевой последовательности, компаратор 10 срабатывает, переводя одновибратор 14 в неустойчивое состояние, на выходе элемента НЕ 17 появляется разрешающий сигнал, на выходах датчика 3 напряжения присутствуют переменные напряжения, пропорциональные напряжениям фаз данной линии. Система фазных напряжений искажается вследствие вносимого влияющего напряжения нулевой последовательности смежной линии, на выходах преобразователей 7-9 присутствуют постоянные напряжения, пропорциональные напряжениям фаз защищаемой

линии, но ни одно из них не меньше напряжения уставки компараторов 11-13, поэтому последние остаются в сработанном состоянии, сигналы на их выходах не изменяются. На выходе элемента ИЛИ-НЕ 16 присутствует сигнал, запрещающий переход одновйбратора 15 в неустойчивое состояние, на выходе одновйбратора 15 присутствует разрешающий сигнал. Разрешающие сигналы на входах элемента И 19 совпадают, на выходе его появляется запрещающий сигнал, который поступает на второй вход элемента И 18, тем самым производится блокирование неселективной работы и защищаемая линия остается в работе, а смежная линия

отключается от своего блока защиты от замыканий на землю.

Эффективность применения предлагаемого устройства определяется уменьшением времени задержки поездов,

исключением перебоев в электроснабжении промышленных и сельскохозяйственных потребителей и уменьшением трудозатрат на отыскание и устранение повреждений.

Формула изобретения

Устройство для защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее устанавливаемый на каждой защищаемой линии датчик

тока нулевой последовательности, выход которого присоединен к первому входу фазосравнивающего органа, второй вход которого подключен к выходу датчика напряжения нулевой последовательности,

датчик фазных напряжений и исполнительный орган, отличающееся тем, что, с целью повышения селективности защиты при работе в линиях продольного электроснабжения, оно снабжено четырьмя преобразователями напряжения, четырьмя компараторами с инверсными выходами, двумя одновибраторами, элементами ИЛИ- НЕ и НЕ, двумя элементами И и элементом задержки, при этом к первому входу первого элемента И подключен выход фазосравнивающего органа, к второму входу первого элемента И - выход второго элемента И, первый вход которого соединен с последовательно включенными первым элементом НЕ, первым одновибратором, первым компаратором и первым преобразователем напряжения, вход которого подключен к выходу датчика напряжения нулевой последовательности, второй вход второго элемента И соединен с последовательно соединенными вторым одновибратором и

0

элементом ИЛИ-НЕ, входы которого подключены соответственно через второй, третий и четвертый компараторы, последовательно соединенные соответственно с вторым, третьим и четвертым преобразователями напряжения, к соответствующим выходам датчика фазных напряжений, причем выход первого элемента И через элемент задержки соединен с входом исполнительного органа.

Использование: для релейной защиты электроустановок от замыканий на землю. Сущность изобретения: введение преобразователей напряжения 6-9, компараторов 10-13 с инверсными выходами, одновибра- торов 14,15, логических элементов ИЛ И-НЕ 16, НЕ 17, И 18, 19 и элемента задержки 20 позволяет повысить селективность защиты при работе в линиях продольного электроснабжения. 1 ил.