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 релейной защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью.

Целью изобретения является повышение надежности работы.

Функциональная схема устройства для защиты от однофазного замыкания на землю приведена на чертеже и дана для двух присоединений, общее число которых может быть любым.

Устройство содержит трансформаторы 1 и 2 тока нулевой последовательности, установленные на защищаемых присоединениях 3 и 4, преобразователи 5 и 6 тока в выпрямленное напряжение (ПТВН), интегрирующие элементы 7 и 8 (ИЭ), компарато- ры 9 и 10, формирователи 11 и 12 управляющих импульсов (ФУИ), тиристоры 13 и 14, исполнительные органы 15 и 16(ИО) с конденсаторами и диодами, замыкающий ключ 17, датчики 18 и 19 контроля отключенного состояния выключателей присоединений (ДКОСВ), источник 20 питания тиристоров и исполнительных органов, трансформатор 21 напряжения со вторичной обмоткой по схеме разомкнутого треугольника, являющийся источником напряжения нулевой последовательности (ННП), пусковой орган 22 (ПО), коммутатор 23, блок 24 управления (БУ), элемент НЕ 25, элемент ИЛИ 26, элемент ПАМЯТЬ 27 и 28, элементы совпадения 29 и 30.

ПТВН 5 и 6 состоят из промежуточного трансформатора и выпрямителя на операционном усилителе.

ИЭ 7 и 8 выполнены на операционном усилителе с RC-цепью и замыкающим ключом. Постоянные времени зарядной цепи конденсаторов принимаются одинаковыми для всех присоединений.

Компараторы 9 и 10 выполнены на операционном усилителе и имеют одинаковые пороги (уставки) срабатывания.

В качестве ДКОСВ 18 и 19 могут быть использованы вспомогательные контакты этих выключателей или реле положения Отключено.

Источник 20 питания тиристоров и исполнительных органов выполнен в виде двухполупериодного выпрямителя.

ч

Ј

sl

СО

сЈ о

Коммутатор 23 выполнен в виде двух групп 31 и 32 диодов, соединенных в звезду противоположной полярности с общими объединенными точками, и размыкающего ключа 33.

БУ 24 включает в себя элементы задержки появления сигнала 34 (ЭЗПС) и запрет 35.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии в сети однофазного замыкания на землю тиристоры 13 и 14 выключены, ИО 15 и 16, ПО 22, элементы ПАМЯТЬ

27и 28, ЭЗПС 34 находятся в исходном состоянии. Ключ 17 разомкнут, ключ 33 замкнут, на управляющие входы ИЭ 7 и 8 поступает сигнал (логический О). Напряжения на выходах компараторов 9 и 10 отсутствуют. Отсутствует также напряжение на управляющем входе БУ 24.

При возникновении в сети однофазного замыкания на землю например, на присоединении 3, срабатывает ПО 22, при этом ключ 17 замыкается, исчезает сигнал на управляющих входах элементов ПАМЯТЬ 27 и

28и одновременно запускается ЭЗПС 34. На выходах ПТВН 5 и 6 появляются сигналы, пропорциональные токам нулевой последовательности. Спустя небольшую выдержку времени, на выходе элемента 34 появляется сигнал, поступающий на управляющий вход ключа 33.

При размыкании ключа 33 на выходах интегрирующих элементен 7 и 8 появляются напряжения, измен ющиэся по экспоненциальному закону. При достижении этими напряжениями уроаня, большего порога срабатывания компараторов 9 и 10, на выходах последних появляются сигналы, которые поступают на входы ФУИ 11 и 12. Первым появится сигнал на выходе компаратора 9, поскольку он установлен в канале защиты поврежденного присоединения, имеющего наибольший ток замыкания на землю.

При появлении сигнала на входе ФУИ 11 включается тиристор 13, срабатывает ИО 15 и элемент ПАМЯТЬ 27. При включении тиристора 13 на управляющие входы ИЭ 7 и 8 поступает сигнал (логический О). Их выходные напряжения становятся близкими к нулевым значениям. Таким путем исключается возможность сраоатывания компаратора 10 и включения тиристора 14.

Про прохождении натряжения, питающего тиристоры и исполнительные органы, через нуль ( или близкое к нему значение ), тиристор 13 выключается, на выходах интегрирующих элементов 7 и 8 снова появляются напряжения, которые /величиваются по

экспоненциальному закону. При достижении этими напряжениями уровня порога срабатывания компараторов 9 и 10 первым вновь срабатывает компаратор 9 и происходит включение тиристора 13.

В таком режиме схема устройства работает до тех пор, пока не произойдет отключение выключателя присоединения 3. При срабатывании (отключении) выключателя на

0 выходе датчиков 18, 19 появляется сигнал логической единицы, а на выходе элементов ПАМЯТЬ 27 и 28 сигнал логической единицы исчезает, так как исчезает сигнал на выходе пускового органа.

5 При этом, однако, надо иметь в виду, что после отключения выключателя поврежденного присоединения сигнал на выходе пускового органа исчезает не сразу, а спустя некоторое время, после того, как всетизакон0 чится послеаварийный режим однофазного замыкания на землю, характеризующийся низкочастотными затухающими колебаниями токов и напряжения нулевой последовательности.

5Из-за того, что сигнал на выходе пускового органа исчезает не мгновенно, а с определенной задержкой, с такой же задержкой появляется сигнал на выходе элемента 25 и исчезает сигнал на выходе пускового органа

0 22, исчезает сигнал и на выходе элемента 34. Благодаря такому алгоритму работы не происходит ложного срабатывания устройства в послеаварийном режиме однофазного замыкания на землю после отключения

5 поврежденного присоединения.

При появлении в сети кратковременных (самоликвидирующихся) замыканий на землю и различного рода помех устройство приходит в действие, но из-за относительно

0 большого собственного времени отключения выключателей (десятки миллисекунд) и вследствие того, что входные сигналы тиристорами запоминаются на ограниченное время (доля полупериода сигнала промыш5 ленной частоты), а затем автоматически стираются (когда полуволна питающего напряжения проходит через нуль), ложного (излишнего) отключения выключателей от воздействия кратковременных импульсов

0 (помех) не происходит.

Таким образом, предлагаемое устройство, реагирующее на величину, пропорциональную суммарному току замыкания на землю, обеспечивает защите такие свойст5 ва, как селективность, помехоустойчивость и быстродействие, а также чувствительность. При этом ее работа не зависит от изменения параметров отдельных присоединений и сети в целом, вида однофазного замыкания на землю, фазовых и частотных

соотношений между токами и напряжением нулевой последовательности, не требуется отстройка от собственных емкостных токов. А это, в свою очередь, способствует повышению устойчивости функционирования и безотказности работы защиты.

Надежность работы также повышается за счет более простого схемного построения данного устройства, что выгодно отличает его от прототипа.

Формула изобретения Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее по числу присоединений последовательно соединенные трансформатор тока нулевой последовательности, преобразователь тока в выпрямленное напряжение, интегрирующий элемент, компаратор и формирователь управляющих импульсов, выход которого подключен к управляющему электроду тиристора, включенного последовательно с исполнительным органом, запитанным через замыкающий ключ от общего на все присоединения источника питания, выполненного в виде двухполупериодного выпрямителя и подключенного к вторичной обмотке трансформатора напряжения, соединенной по схеме звезда, общий пусковой орган, подключенный своим входом к вторичной обмотке указанного трансформатора напряжения, соединенной по схеме разомкнутого треугольника, а выходом - к

управляющему упомянутого замыкающего ключа, общий коммутатор, подключенный первыми зажимами к анодам тиристоров и выполненный в виде двух групп диодов, соединенных в звезду, противоположной полярности и размыкающего ключа, включенного между общей точкой групп диодов и землей, элементы совпадения по числу присоединений, входы которых подключены к выходам датчиков контроля отключенного состояния выключателей присоединений и элементов ПАМЯТЬ, общий элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами упомянутых элементов

совпадения, и элемент задержки, подключенный своим входом к выходу пускового органа, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы, оно снабжено элементом ЗАПРЕТ, основной

вход которого подключен к выходу элемента задержки, а управляющий вход - к выходу элемента ИЛИ, выход элемента ЗАПРЕТ соединен с управляющим входом размыкающего ключа коммутатора, и элементом НЕ,

подключенным входом к выходу пускового органа, а выходом к управляющим входам элементов ПАМЯТЬ, при этом основные входы элементов ПАМЯТЬ подключены к выходам исполнительных органов, а

интегрирующие элементы выполнены управляемыми, управляющие входы которых подключены к вторым зажимам коммутатора.

Использование: сеть с изолированной нейтралью. Сущность: введением элементов ЗАПРЕТ, НЕ и выполнением интегриру- ющих элементов управляемыми, управляющие входы которых подключены к коммутатору, повышается надежность работы устройства защиты. 1 ил.