Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока Советский патент 1992 года по МПК H02H3/16 

Фиг.1

31

Изобретение относится к электротехнике, в частности к защите электрческих сетей, и предназначено для работы в электрических сетях с изолированной, компенсированной нейтралью ч нейтралью, заземленной через высо- коомный резистор.

Известно устройство сигнализации однофазных замыканий на землю типа УСЗ-ЗМ.

Недостатками устройства являются нестабильность выходного сигнала при устойчивом однофазном замыкании на землю (033) и сложность выявления информации при дуговых замыканиях на землю.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока, содержащее последовательно соединенные первые подключенный к трансформатору напряжения нулевой последовательности преобразователь напряжения пороговый орган, блок выдержки времени, элемент запрета и исполнительный орган, последовательно соединенные подключенный к трансформатору то нулевой последовательности первый ключ, фильтр основной частоты, второ преобразователь напряжения, суммирующий усилитель, второй пороговый орган, релейный усилитель, блок контроля и индикатор,выход релейного усилителя подключен к второму входу элемента запрета, последовательно соединенные подключенный к второму выходу первого порогового органа управляющий генератор, множитель и второй ключ, соединенный с входом фильтра основной частоты, элемент НЕ, включенный между управляющими входами генератора и первого ключа, блок коррекции установки, включенный между вторым выходом первого преобразователя напряжения и вторым входом второго порогового органа, причем второй вход множителя подключен на напряжение сети, управляющий вход второго ключа соединен с управляющим входом генератора, второй вход сумматора подключен к входу блока коррекции уставки.

Недостатки этого устройства защи- ты заключаются в отсутствии блокировки токового канала при дуговых замыканиях на землю и неприспособленност

для работы в компенсированных сетях .

5

5

Цель изобретения - повышение надежности и селективности путем блокирования токового канала при переходных процессах при замыканиях на землю.

К существенным признакам изобретения относятся введенные в устройство последовательно соединенные первый фильтр высших гармоник, третий выпрямитель, второй суммирующий усилитель, третий пороговый орган и второй блок выдержки времени, последовательно соединенные второй фильтр высших гармоник и преобразователь напряжения со связями.

Блоки выдержки времени предназначены для задержки изменения своих выходных сигналов (для отстройки от

переходных процессов) и могут быть выполнены, например, на логических (цифровых) микросхемах-счетчиках импульсов типа К5б1 ИЕ 5. Каждый блок выдержки времени содержит два последовательно соединенных счетчика импульсов и генератор прямоугольных импульсов, выход которого соединен со счетными входами обоих отмеченных счетчиков. Каждый счетчик импульсов блока выдержки времени имеет 3 входа. Основным входом является: установочный (второй вход счетный и третий блокирующий).

При подаче на R-вход логической единицы счетчик устанавливается в ну5 левое состояние (на выходе его логический нуль) и на счетные импульсы не реагирует. При подаче на R-вход логического нуля счетчик просчитывает входные счетные импульсы и при их определенном числе на его выходе появляется логическая единица, которая, воздействуя на блокирующий вход, запрещает счет входных импульсов. Счетчик остается в таком состоянии, пока на его R-вход не поступит логическая единица. Элемент запрета может оыть выполнен в виде логического элемента И.

Суммирующий усилитель охвачен ем0 костной обратной связью и обеспечивает выделение из поступающих на его входы сигналов постоянных составляющих, т.е. выходной сигнал суммирующего усилителя определяется посто5 яиными составляющими его входных сигналов. Четвертый выпрямитель предназначен для учета собственного ем- костного тока (основной гармоники)

0

0

5

защищаемого присоединения. Второй фильтр высших гармоник также предназначен для учета собственного емкостного тока высших гармоник защищаемого присоединения.

На разные входы суммирующего усилителя поступают сигналы разных знаков. Поэтому при 033 на другом присоединении сигнал на выходе суммирующего усилителя будет близок к нулю. При 033 на защищаемом присоединении сигнал по основному входу первого суммирующего усилителя будет ли бо существенно больше, чем по второму входу (при расстройке компенсации) , и тогда выходной сигнал суммирующего усилителя будет положитель- ным и превысит уставку второго порогового органа, либо при резонансной настройке компенсации (или близкой к ней) входные сигналы первого сум-ч мирующего усилителя могут быть близки по величине, а следовательно, выходной сигнал этого усилителя также будет близок к нулю. При изменении напряжения нейтрали входные сигналы суммирующего усилителя также изменятся пропорционально.

Преобразователь напряжения предназначен для выпрямления входного напряжения и преобразования его в напряжение постоянного тока, т.е. выделения постоянной составляющей, пропорциональной входному сигналу.

Наличие последовательно соединенных второго фильтра высших гармоник и преобразователя напряжения позволяет получить на выходе последнего сигнал (напряжение постоянного тока) пропорциональный току высших гармог- ник защищаемого присоединения и пропорциональный изменяющемуся уровню высших гармоник тока замыкания на землю.

На фиг. 1 представлена функциональ- 45 задания необходимого коэффициента

0

5

0

3, блок k выдержки, элемент 5 запрета, релейный усилитель 6 и исполнительный орган .7. К вторичной обмотке трансформатора 8 тока нулевой последовательности подключены последовательно соединенные усилитель 9, второй выпрямитель 10, первый суммирующий усилитель 11, второй пороговый орган 12 и логический элемент ИЛИ 13, выход которого подключен к второму входу элемента 5 запрета.

К вторичной обмотке трансформатора 8 тока нулевой последовательности подключены также последовательно соединенные первый фильтр I высших гармоник, четвертый выпрямитель 15, второй суммирующий усилитель 16, третий пороговый орган 17, второй блок 18 выдержки времени, выход последнего соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ 13.

К входу первого выпрямителя 2 подключены последовательно соединенные второй фильтр 19 высших гармоник и преобразователь 20 напряжения, выход которого подключен к второму входу третьего порогового органа 17 Между входом первого выпрямителя 2 и вторым входом суммирующего усилителя 11 включен третий выпрямитель 21.

Блок k или 18 выдержки времени (фиг. 2) содержит последовательно соединенные первый 22 и второй 23 счетчики импульсов. Выход генератора 5 2k прямоугольных импульсов подключен к счетным входам счетчиков 22 и 23 импульсов. Выход каждого счетчика импульсов соединен со своим блокирующим входом.

Генератор 2k .прямоугольных импульсов для блоков k и 18 выдержки времени целесообразно использовать один. Усилитель 9 в токовом канале устройства защиты установлен для удобства

5

0

0

Использование: сети с изолированной, компенсированной нейтралью и нейтралью, заземленной через высо- коомный резистор. Сущности изобретения: для повышения надежности и селективности защиты в устройство введен канал тока высших гармоник, содержащий фильтр 14 высших гармоник, выпрямитель 15, суммирующий усилитель 16, пороговый орган, блок 18 выдержки времени, а также введен канал, учитывающий высшие гармоники собственного емкостного тока на каждом присоединении, имеющий фильтр 19 высших гармоник и преобразователь 20 напряжения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

ная схема устройства защиты от однофазных замыканий на землю; на фиг.2 -функциональная схема блока выдержки времени; на фиг.З - диаграмма напряжений при замыкании на землю на защищаемом при- соединении; а - при расстройке компенсации; S - npvt резонансной настройке компенсации.

К электрической сети (фиг. 1) подключен трансформатор 1 напряжения нулевой последовательности. К нему подсоединены последовательно включенные первые выпрямитель 2, пороговый орган

усиления сигнала, пропорционального току 1О.. В нормальном режиме сети напряжение нулевой последовательности Uo мало и выходные сигналы первого 3, второго 12 и третьего 17 пороговых органов, первого Ь и второго 18 блоков выдержки времени, логического элемента ИЛИ 13, элемента 5 запрета и релейного усилителя 6 равны нулю. Выходные сигналы первых счетчиков 22 импульсов блоков k и 18 выдержки времени равны логической единице.

Пусть 033 произошло на защищаемом присоединении и в сети имелась расстройка компенсации. Тогда выпрямленное вторым выпрямителем 10 напряжени поступающее на первый вход суммирующего усилителя 11, превысит по абсолютной величине напряжение, поступающее с третьего выпрямителя 21 на второй вход этого суммирующего усилителя. Выходной сигнал последнего через второй пороговый орган 12, логический элемент ИЛИ 13 элемент 5 запрета, релейный усилитель 6 поступает на исполнительный орган 7, который срабатывает и дает сигнал на отключение поврежденного присоединения

При резонансной или близкой к ней настройке компенсации сигнал на выходе суммирующего усилителя 11 равен нулю, так как остаточный ток содержи небольшую составляющую основной частоты и обычно значительный уровень высших г армоник. При этом фильтр 1 выделяет напряжение высших гармоник, а выпрямитель 15 выпрямляет это напряжение. Последнее сравнивается с напряжением UJTQ , поступающим от преобразователя 20 напряжения. Это напряжение определяется собственным емкостным током высших гармоник защищаемого присоединения. Поэтому напряжение , а на выходе порогового органа 17 появляются положительные импульсы. Они устанавливают счетчик 22 импульсов второго блока 18 выд ержки времени в нулевое состояние и второй счетчик 23 импульсов начинает отсчет выдержки времени ut После этого напряжение на выходе счетчика 23 импульсов (блока 18) равно логической единице и сигнал через блоки 13, 5 и 6 поступает на исполнительный орган 7, который отключает поврежденное присоединение. С выдержкой времени Ut.ut4 счетчик 22 второго блока 18 выдержки времени устанавливает счетчик 23 в нулевое состоние.

При 033 вне зоны защиты (на друго присоединении) через трансформатор 8 тока протекает собственный емкостный ток. Составляющие основной частоты и высших гармоник незначительны и поэтому напряжение на основном (первом входе суммирующего усилителя 11 близ ко по величине к напряжению, поступа ющему на его второй вход. Поэтому на

выходе этого усилителя 11 напряжение

№

8

близко к нулю. Напряжение (уровень высших гармоник) на основном входе суммирующего усилителя 16 примерно

равно напряжению на выходе преобразователя 20 (на втором входе усилителя 16). Поэтому на выходе усилителя 17 сигнал примерно равен нулю и меньше, чем напряжение уставки, т.е. на втором входе порогового органа 17. Выходной сигнал порогового органа 17 равен нулю. Поэтому исполнительный орган 7 не срабатывает.

При расстройке компенсации в оста5 точном токе основная гармоника становится значительной. При этом выходной канал первого фильтра 14 высших гармоник может содержать основную частоту и не всегда по этому каналу то0 ка высших гармоник можно получить информацию об 033. В данном случае информация об 033 передается по каналу тока основной гармоники (блоки 9-12). При резонансной же настройке компен5 сации информация об 033 поступает только по каналу тока высших гармоник (блоки Н-18).

Введение в устройство защиты двух токовых каналов, реагирующих на основную гармонику и высшие гармоники тока замыкания на землю, а также введение блокировки в последний канал позволяет существенно повысить селек тивность устройства при дуговых замыканиях на землю и обеспечивает его

5 применение в сетях с изолированной, заземленной через высокоомный резистор и компенсированной нейтралью.

Эффективность действия блокировки токового канала при 033 объясняется тем, что при дуговых замыканиях на землю блокировка только по напряжению нейтрали не всегда исключает ложные действия устройства защиты.

5 Формула изобретения

0

0

0

917

усилитель, второй выпрямитель, пер- вый суммирующий усилитель и второй пороговый орган, третий выпрямитель, вход которого подключен к выходу трансформатора напряжения нулевой последовательности, а выход - к второму входу первого суммирующего усилителя, отлич-ающееся тем, что, с целью повышения надежности и селективности путем блокирования токового канала при переходных процессах и учета высших гармоник собственного емкостного тока защищаемого присоединения, в него введены последова- тельно соединенные подключенные к вторичной обмотке трансформатора тока нулевой последовательности защищаемого присоединения первый фильтр высших гармоник, четвертый выпрямитель, второй суммирующий усилитель, третий пороговый орган, второй блок выдерж7Ю

ки времени и логический элемент ИЛИ, последовательно соединенные второй фильтр высших гармоник и преобразователь напряжения, включенные между входом первого выпрямителя и вторым входом второго суммирующего усилителя, причем выход второго порогового органа подключен к второму входу логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом элемента запрета.

Фие.2

a)

VJ

1ПГПГ

фиг. 3

f)