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

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к защите электрических сетей, и предназначено для работы в сетях с изолированной, компенсированной нейтралями и нейтралью, заземленной через высокоомный резистор в переходном режиме замыкания на землю.

Цель изобретения - повышение селективности и помехоустойчивости устройства.

Существенные отличия изобретения за- ключаютсяво введении в схему устройства защиты генератора прямоугольных импульсов, счетчика импульсов, цифрового компаратора и блока памяти, причем выход генератора соединен со входами двух логических элементов И, счетчик импульсов через цифровой компаратор соединен с блоком памяти, установочный вход счетчика

импульсов подключен к выходу логического элемента ИЛИ-НЕ, а вход записи блока памяти соединен с выходом формирователя импульсов записи. Это позволило преобразовать броски напряжения и тока нулевой последовательности (НП), возникающие в переходном процессе при однофазном замыкании на землю (033), в серию прямоугольных импульсов, модулированных бросками этих величин, сосчитать эти импульсы, сравнить полученное число с уставкой и запомнить результат сравнения (нулевое либо единичное напряжение). Применение быстродействующего преобразователя переменного напряжения в постоянное также позволяет обеспечить высокое быстродействие устройства защиты при наличии блокировки по напряжению

рсл

НП, что в результате повысило помехоустойчивость устройства защиты.

Блок выделения высокочастотного сигнала предназначен для выделения из напряжения НП сети высокочастотной составляющей переходного процесса, возникающей при ОЗЗ, и подавления составляющей этого процесса основной частоты. Он может быть выполнен, например, на CR-це- почке.

Усилитель-ограничитель усиливает входной сигнал и ограничивает выходной сигнал напряжением Uorp. определяемым напряжением источника питания усилителя. В результате импульсы усиленного сигнала выше напряжения Uorp срезаются. Блоки выдержки времени при поступлении на их вход единичного импульса напряжения выдают на своем выходе единичное на- пряжение через соответствующую выдержку времени. При уменьшении до нуля входного сигнала они сразу уменьшают до нуля свой выходной сигнал.

Цифровой компаратор выдает на своем выходе нулевой сигнал, если входной цифровой сигнал меньше уставки ХуСт и выдает единичный сигнал, если входной сигнал больше уставки ХуСт.

Блок памяти следит за входной величиной автоматически при подаче на вход запи- си единичного сигнала и запоминает входную величину, если на вход записи поступает нулевой сигнал. Преобразователь переменного напряжения в напряжение постоянного тока за счет создания двухфазного напряжения на своем выходе имеет большой уровень постоянной составляющей при малом уровне пульсаций, т.е. фактически осуществляет быстрое преобразование однофазного напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока.

Формирователь импульса записи при нулевом входном сигнале на выходе имеет единичный сигнал, а при подаче на его вход единичного сигнала выдает на выходе через время Д t23 нулевой сигнал длительностью A tsan Генератор прямоугольных импульсов вырабатывает положительные прямоугольные импульсы с частотой единицы или десятки кГц. Эта частота должна быть выше частоты высокочастотных импульсов переходного процесса при 033, которая находился в диапазоне 300-3000 Гц.

Изобретение поясняется фиг.1-3.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства. К электрической сети (на схеме не показана) подключен трансформатор 1 напряжения

нулевой последовательности сети. К нему подключены последовательно соединенные блок 2 выделения высокочастотного сигнала, первые усилитель-ограничитель 3, пороговый элемент 4, логические элементы И 5 и ИЛИ 6, счетчик 7 импульсов, цифровой компаратор 8, блок 9 памяти, блок 10 выдержки времени и исполнительный орган 11.

Ко вторичной обмотке трансформатора

0 12 тока нулевой последовательности защищаемого присоединения подключены последовательно соединенные второй усилитель-ограничитель 13, второй пороговый орган 14, выход которого подключен ко

5 второму входу первого логического элемента И 5, выход второго логического элемента И 15 подключен ко второму входу логического элемента ИЛИ 6. Между входом первого порогового органа 4 и первым входом вто0 рого логического элемента И 15 включен третий пороговый орган 16. Между входом второго порогового органа 14 и вторым входом второго логического элемента И 15 включен четвертый пороговый орган 17. К

5 выходу первого усилителя-ограничителя 3 подключены последовательно соединенные пятый пороговый орган 18, второй блок 19 выдержки времени и логический элемент 1ЛЛИ-НЕ 20, выход которого соединен со

0 вторым (установочным) R-входом счетчика 7 импульсов.

Ко вторичной обмотке трансформатора 12 тока нулевой последовательности также подключен резистор R, имеющий сопротив5 ление небольшой величины. К трансформатору 1 напряжения нулевой последовательности сети подключены последовательно соединенные преобразователь 21 переменного напряжения в

0 постоянное и шестой пороговый орган 22, выход которого соединен со вторым входом логического элемента ИЛИ-НЕ 20. Выход пятого порогового органа через формирователь 23 импульса записи соединен со вто5 рым входом (входом записи) блока 9 памяти, выход второго блока 19 выдержки времени соединен с третьими входами первого 5 и второго 15 логических элементов И. В схеме имеется генератор 24 прямоугольных им0 пульсов, выход которого соединен с четвертыми входами первого 5 и второго 15 логических элементов.

На фиг.2 представлена схема преобразователя.

5 Преобразователь 21 переменного напряжения в постоянное содержит включенные между его входом и выходом последовательно соединенные первый выпрямитель 25 и суммирующий усилитель 26, . Между входом первого выпрямителя 25 и

вторым входом суммирующего усили7еля 26 включены последовательно соединенные фазосдвигающий блок 27 и второй выпрямитель 28.

Устройство защиты реагирует на пере- ходные процессы, протекающие в электрической сети при 033, т.е. реагирует на высокочастотные броски, возникающие в первый полупериод основной частоты процесса при 033 напряжения нулевой после- довательности сети и тока 033.

На фиг.З приведены стилизованные осциллограммы напряжений, возникающих на выходах блоков и элементов функциональной схемы. При этом величины на фиг.З обозначены латинскими буквами, а блоки, на выходах которых эти величины имеются, указаны индексами при этих буквах.

Здесь также обозначено: A tig-выдержка времени блока 19; A t23 - выдержка времени блока 23; A t3an - время, нэ которое запоминает входную величину блок 9.

Как известно, при 033 высокочастотные броски тока НП различаются на 180 эл. градусов на поврежденном и неповрежден- ном присоединениях, т.е. при 033 в зоне и вне зоны действия защиты.

Поскольку в данном устройстве защиты производится усилие и ограничение входных сигналов по напряжению и току НП, то это вместо полусинусоид позволяет формировать почти прямоугольные импульсы и обусловливает увеличение ширины сравниваемых сигналов. Кроме того, указанные почти прямоугольные импульсы заполняют- ся также прямоугольными импульсами более высокой частоты, создаваемыми генератором 24, которые считаются счетчиком 7 импульсов.

Пусть 033 произошло в зоне действия защиты. Тогда высокочастотные импульсы, появляющиеся соответственно на выходах блока 2 выделения высокочастотного сигнала и на вторичной обмотке трансформатора 12 тока НП, совпадают по фазе. На выходах логических элементов I/I 5 и 15 эти совпадающие по времени импульсы заполняются высокочастотными импульсами, причем на входе и на выходе логического элемента И 5 импульсы положительные, а логический элемент I/I 15 имеет преобразователь уровня и преобразует отрицательные входные сигналы в положительные. Далее все высокочастотные импульсы, поступающие с выходов элементов 5 и 15, логически суммируются логическим элементом ИЛИ 6 и считаются счетчиком 7 импульсов в течение времени Afjo, При этом цифровой сигнал счетчика 7 превысит уставку ХуСт

цифрового компаратора и на выходе последнего возникает единичный сигнал. В момент времени t2 формирователь 23 выдает импульс на запоминание блоку 9 памяти на время, достаточное для срабатывания блока 10 выдержки времени и исполнительного органа 11. Т.к. в данном случае блок 9 памяти запомнит единицу (сигнал большого уровня, то исполнительный орган 11 сработает и отключит поврежденное присоединение.

Если 033 произошло вне зоны действия защиты, то высокочастотные сигналы на выходах блока 2 и трансформатора 12 тока будут находиться в противофазе. За счет некоторой погрешности элементов схемы или неточности настройки блоков сдвиг по фазе между указанными сигналами может отличаться от 180 эл. градусов В результате счетчик 7 импульсов насчитает некоторое небольшое число, меньшее уставки Xyct цифрового компаратора. На выходе последнего будет нулевой сигнал и в итоге исполнительный орган 11 не срабатывает.

Достоинства предложенного устройства заключаются, во-первых, в повышении селективности его действия благодаря возможности различать величину фазовых сдвигов между высокочастотными бросками напряжения и тока НП при 033. Это осуществляется с помощью цифрового компаратора 8, имеющего порог чувствительности с уставкой Хуст.

Во-вторых, достигнуто повышение помехоустойчивости устройства защиты благодаря тому, что оно не реагирует на помехи, возникающие в эл. сети, частота которых близка или выше частоты импуль- сов генератора 24 прямоугольных импульсов.

Применение предлагаемого технического решения позволит существенно повысить селективность и помехоустойчивость работы устройства защиты и надежность их функционирования.

Формула изобретения

Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока, содержащее последовательно соединенные подключенный к трансформатору напряжения нулевой последовательности сети блок выделения высокочастотных сигналов, первые усилитель-ограничитель и пороговый орган, последовательно соединенные подключенные к вторичной обмотке трансформатора тока нулевой последовательности защищаемого присоединения вторые усилитель-ограничитель и пороговый орган, последовательно соединенные первые логические элементы И и ИЛИ. второй логический элемент И, выход которого соединен с вторым входом первого логического элемента ИЛИ, третий пороговый орган, подключенный к входу первого порогового органа, четвертый пороговый орган, подключенный к входу второго порогового органа, пятый пороговый орган, подключенный к выходу первого усилителя- ограничителя, последовательно соединенные и подключенные к трансформатору напряжения нулевой последовательности преобразователь переменного напряжения в постоянное и шестой пороговый орган, два блока выдержки времени и исполнительный орган, отличающееся тем, что, с целью повышения селективности и помехоустойчивости, в него введены последовательно соединенные счетчик импульсов, цифровой компаратор и блок памяти, выход которого через первый блок выдержки времени соединен с исполнительным органом, подключенный к выходу шестого порогового органа логический элемент ИЛИ-НЕ, генератор прямоугольных импульсов, выход

которого соединен с четвертыми входами первого и второго логических элементов И, причем выходы первого и второго пороговых органов соединены соответственно с

первым и вторым входами первого логического элемента И, выход третьего порогового органа подключен к первому входу второго логического элемента И, выход четвертого порогового органа соединен с вторым входом второго логического элемента И, выход пятого порогового органа через второй блок выдержки времени подключен к второму входу логического элемента ИЛИ- НЕ, выход которого соединен с установочным R-входом счетчика импульсов, выход первого логического элемента ИЛ И соединен со счетным входом счетчика импульсов, выход пятого порогового органа через формирователь

импульсов записи соединен с входом записи блока памяти, выход второго блока выдержки времени соединен с третьими входами первого и второго логических элементов И.

Использование: электрические сети переменного тока с изолированной и компен- смрованной нейтралями, а также с нейтралью, заземленной через высокоом- ный резистор. Сущность изобретения: повышение селективности защиты достигается благодаря возможности различить величину фазовых сдвигов между высокочастотными бросками напряжения и тока нулевой последовательности при однофазном замыкании на землю, что осуществляется с помощью цифрового компаратора. Введение генератора прямоугольных импульсов повысило помехоустойчивость устройства защиты благодаря тому, что оно не реагирует на помехи в электрической сети, частота которых близка или выше частоты импульсов генератора. 3 ил.

Pu&f

К

Ц,

Ч

ъ

.З