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

сл

с

Использование: электрическая сеть переменного тока с изолированной нейтралью и с нейтралью, заземленной через высоко- омный резистор. Сущность изобретения: для точного учета собственного емкостного трка используется фазочувствительный усилитель, который, реагируя на фазовый угол между напряжением и током нулевой последовательности, включает один из двух ключей в зависимости от места повреждения: в зоне защиты или вне ее, а введение дополнительного суммирующего усилителя позволяет повысить быстродействие блокировки по напряжению нулевой последовательности. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к защите электрических сетей, и предназначено для работы в электрических сетях с изолированной нейтралью и нейтралью, заземленной через высокоом- ный резистор.

Цель изобретения - повышение селективности действия устройства защиты путем точного учета собственного емкостного тока защищаемого присоединения и повышения быстродействия блокировки по напряжению нулевой последовательности.

Суммирующие усилители могут быть выполнены на операционных усилителях, элемент запрета может быть выполнен как логический элемент И

Первый выпрямитель, суммирующий усилитель, фазосдвигающий блок и второй выпрямитель предназначены для выпрямления переменного напряжения Uo с малым

содержанием переменной составляющей (пульсаций).

На фиг 1 показано выпрямленное напряжение Ua на выходе первого выпрямителя. Первый фазосдвигающий блок сдвигается по фазе своей выходной сигнал на 90 эл. град , после выпрямления которого вторым выпрямителем (сигнал Uio) сложения двух выпрямленных сигналов и Uio первым суммирующим усилителем на выходе его получается напряжение 1)з (фиг. 1), содержащее увеличенную постоянную составляющую и имеющее малые пульсации Благодаря этому можно существенно повысить быстродействие блока выдержки времени при исчезновении напряжения 11о(при отключении 033) за счет ликвидации периода выпрямления Uo , когда отсутствует информация о наличии 033.

XJ

о VI о

о

СлЭ

Блок выдержки времени предназначен для отстройки от переходных процессов при появлении 033 и имеет выдержку времени гь 1-1,5 периода промышленной частоты. Он может быть выполнен, например, на по- тенциальном счетчике импульсов, причем входной сигнал следует подавать на установочный вход (R-вход) счетчика. На счетчике импульсов может быть„выполнен также преобразователь импульсов.

На втором и третьем фйзосдвигающих блоках, двух ключах фэзМувствительном усилителе и инверторе выполнен канал точного учета собственного е мкостного тока защищаемого присоединения Соб.

Следует отметить, что фаза pt между током 10 и вторичным напряжение Un трансформатора тока НП зависит от величины тока lo, протекающего через этот трансформатор тока (фиг. 2). Собственный емкостный ток Соб защищаемого присоединения при наличии двух и более присоединений всегда меньше тока однофазного замыкания на землю з сети.

На фиг. 3 приведена функциональ- ная схема устройства защиты. К трансформатору 1 напряжения нулевой последовательности сети, подсоединенному к электрической сети переменного тока, подключены последовательно соединенные пер- вый выпрямитель 2, дополнительный суммирующий усилитель 3, первый пороговый орган 4, блок 5 выдержки времени, элемент б запрета, релейный усилитель 7 и исполнительный орган.

Между трансформатором 1 напряжения и вторым входом дополнительного суммирующего усилителя 3 включены последовательно соединенные первый фазосдви- гающий блок 9 и второй выпрямитель 10.

К вторичной обмотке трансформатора 11 тока нулевой последовательности защищаемого присоединения подключены последовательно соединенные суммирующий усилитель 12, второй пороговый орган 13 и преобразователь 14 импульсов в сигнал постоянного уровня, выход которого подключен к основному входу элемента 6 запрета.

Трансформатор 1 напряжения НП со- единен с вторым входом суммирующего усилителя 12 через последовательно соединенные второй фазосдвигающий блок 15 и первый ключ 16, а с третьим входом суммирующего усилителя через последовательно соединенные третий фазосдвигающий блок 17 и второй ключ 18.

Два входа фазочувствительного усилителя 19 соединены с трансформаторами НП соответственно напряжения и тока II, а

выход его соединен с управляющими входами ключей: первого 16 - непосредственно, второго 18 - через инвертор 20.

На фиг. 4 представлена векторая диаграмма при 033 в сети. При 033 в защищаемой зоне (на защищаемом присоединении) через трансформатор 11 тока протекает ток lo 033. Напряжение Un отстает от него примерно на 90 эл. град. С помощью фазосдви- гающего блока 15 при замкнутом ключе 16 на соответствующем входе суммирующего усилителя 12 формируется переменный сигнал Die, пропорциональный собственному емкостному току Соб защищаемого присоединения и имеющий ту же фазу, что и напряжение. В результате на выходе усилителя 12 формируется сигнал, пропорциональный полному току 033 3, включающему в собственный емкостный ток защищаемого присоединения.

При 033 на землю вне зоны защиты через трансформатор 11 тока протекает только собственный емкостный ток в обратном направлении В этом случае с помощью фа- зосдвигающего блока 17 при замкнутом ключе 18 на другой вход суммирующего усилителя 12 поступает сигнал (напряжение Ui), пропорциональный собственному емкостному току защищаемого присоединения, сдвинутый на 180 эл. град, по отношению к напряжению Un . В результате на выходе усилителя 12 сигнал близок к нулю. Последнее позволяет существенно снизить установку по току и повысить чувствительность устройства защиты. Выбор и включение одного из ключей 16 или определяется фазочувствительным усилителем 19.

При 033 на землю на защищаемом присоединении фазочувствительный усилитель 19, реагируя на фазу между напряжением Uo и током 1о НП, имеет не выходе положительный сигнал, включает ключ 16, и на выходе суммирующего усилителя 12 формируется сигнал, пропорциональный току 033 сети 3, который превышает уставку порогового органа 13. На выходе последнего появляются импульсы, которые преобразователем 14 преобразуются в логический единичный сигнал.

Через время tt, определяемое блоком S выдержки времени, на элемент 6 запрета поступает разрешающий сигнал - единичный логический сигнал. В результате исполнительный орган 8 отключает поврежденное присоединение.

При 033 вне зоны защиты через трансформатор 11 тока НП протекает ток Соб, направленный противоположно току lo. В результате на выходе фазочувствительного

усилителя напряжение отрицательно, а на выходе инвертора 20 - положительно. Замыкается ключ 18, и сигнал с фазосд- вигающего блока 17 поступает на вход суммирующего усилителя 12. В результате на выходе этого усилителя сигнал близок к нулю, и исполнительный орган 8 не срабатывает. При отключении 033 блок 4 без выдержки времени дает запрет на элемент 6.

Использование данного изобретения позволяет защите надежно работать и при малом числе отходящих линий, в том числе при двух.

Данное устройство защиты будет работать более точно по сравнению с устройством типа ЗЗП-1, т.к. оно учитывает влияние собственного емкостного тока защищаемого присоединения, сдвиг сигнала по фазе, обусловленный трансформатором тока защищаемого присоединения, и имеет быстродействующую блокировку по напряжению НП.

Формула изобретения

УСТРОЙСТЁО для защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока, содержащее подключенный к трансформатору напряжения нулевой последовательности первый выпрямитель, последовательно соединенные первый пороговый орган, блок выдержки времени, элемент запрета, релейный усилитель и исполнительный орган, последовательно соединенные суммирующий усилитель и второй пороговый орган, а также два ключа, инвертор и преобразователь импульсов в сигнал постоянного уро вня, отличающееся тем, что, с целью

ъ

Фиг1

повышения селективности действия путем точного учета собственного емкостного тока защищаемого присоединения и повышения быстродействия блокировки по напряжению нулевой последовательности, в него введены дополнительный суммирующий усилитель, три фазосдвигающих блока, фа- зочувствительный усилитель и второй выпрямитель, при этом выход трансформатора

тока нулевой последовательности соединен с первым входом суммирующего усилителя, входы дополнительного суммирующего усилителя подключены к выходу первого выпрямителя и через второй выпрямитель к

выходу первого фазосдвигающего блока, выход дополнительного суммирующего усилителя соединен с входом первого порогового органа, входы фазочувствительного усилителя подключены к выходам соответственно трансформаторов тока и напряжений нулевой последовательности, выход фазочувствительного усилителя соединен с управляющим входом первого ключа, включенного между выходом второго фазосдвигающего блока и вторым входом суммирующего усилителя и через инвертор с управляющим входом второго ключа, включенного между выходом третьего фазосдвигающего блока и третьим входом

суммирующего усилителя, причем входы всех фазосдвигающих блоков соединены с выходом трансформатора напряжения нулевой последовательности, а выход второго порогового блока соединен с основным входом элемента запрета через преобразователь импульсов в сигнал постоянного уровня.

0

0е

Фиг. Z

чуче

Ю

со

л

Ј-.