Устройство для защиты сети переменного тока с компенсированой нейтралью при однофазном замыкании на землю Советский патент 1993 года по МПК H02H3/16 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано при эксплуатации сетей переменного тока с компенсацией емкостного тока замыкания на землю при помощи катушки Петерсена.

Цель изобретения - повышение надежности защиты за счет обеспечения возможности самоконтроля режима компенсации нейтрали.

На чертеже изображена схема предла- гаемого устройства.

Устройство предназначено для защиты сети переменного тока с компенсированной нейтралью, питающей нагрузку 1 через обмотку 2 силового трансформатора через вы- ключатель 3, и содержит регулируемую дугогасящую катушку 4 и включенный последовательно с ней резистор 5, соединяющие нейтраль трансформатора с землей. Параллельно катушке 4 и резистору 5 вклю- чен орган сравнения, выполненный в виде последовательно соединенных резистора 6, двухстороннего стабилитрона 7 и ключевого элемента из двух встречно;параллельно включенныхсветодиодов 8 и 9, принадлежа- щих соответствующим оптронам. Фотодиоды 10 и 11 оптронов подключены к соответствующим входам блока 12 селекции однофазного замыкания по длительности, выходы которого соединены со входами исполнительного органа 13, выполненного с задержкой на отключение, причем один из выходов органа 13 связан с механизмом 14 свободного расцепления выключателя 3 сети, а второй выход соединен с органом 15 индикации, например, лампой накаливания. На уровне стандартных элементов блок 12 и орган 13 выглядят следующим образом. Блок 12 состоит из двух компараторов, входы которых подключены к выводам фотоди- одов 10 и 11 оптронов соответственно. Выходы компараторов управляют электронными ключами, подключенными к инвертирующим входам интеграторов, выходы которых подключены ко входам схемы иск- лючающее ИЛИ, своим выходом подключенной ко входу инвертора, Орган 13 содержит генератор импульсов с частотой сети и схему ИЛИ, своими входами подключенную к выходам компараторов блока 12. Выход схемы ИЛИ подключен к органу 15 индикации и к одному из входов схемы совпадения, ко второму входу которой подключен выход генератора импульсов. Выход схемы совпадения подключен к счетному входу счетчика импульсов, к разрешающему входу которого подключен выход инвертора блока 12. Выход счетчика, соответствующий 5-7 счету (время окончания переходного процесса), подключен через усилитель мощности к отключающей катушке, воздействующей на механизм 14 выключателя 3 сети.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме работы сети ток через катушку 4 равен нулю. При полном замыкании на землю одной из фаз дугогася- щая катушка 4 оказывается под фазным напряжением, и через место замыкания на землю протекает, наряду с емкостным током через реактивные проводимости изоляции фаз, также индуктивный ток катушки 4. Так как индуктивный ток и емкостный ток отличаются по фазе на угол 180 градусов, то в месте замыкания на землю они компенсируют друг друга. Если эти токи равны между собой, то через место замыкания на землю тока протекать не будет. Благодаря этому дуга в месте повреждения обычно не возникает и тем самым устраняются связанные с ней опасные последствия. Однако наличие дугогасящей катушки 4 в нейтрали силового трансформатора, имеющего нагрузку на стороне пониженного напряжения, например, трансформаторов собственных нужд электрических станций и подстанций, обусловливает при однофазных замыканиях на землю дополнительную нагрузку на его обмотки, что приводит к повышенному их нагреву, Поэтому в сетях с компенсированной нейтралью чрезвычайно важно фиксировать любое однофазное замыкание на землю и в случае, если дуга в месте замыкания периодически возобновляется, отключать трансформатор (или генератор) от сети.

Такую защиту линии, трансформатора или генератора обеспечивает предлагаемое устройство, принцип работы которого основан на использовании одного из законов коммутации, обусловленный свойством индуктивности (катушки 4): ток через индуктивность до коммутации (появления второй земли при замыкании равен току через индуктивность после коммутации (соединения второго выхода катушки 4 с фазой после замыкания на землю). Ток через катушку 4 до коммутации равен нулю, соответственно, после коммутации также будет равен нулю, а поскольку при однофазном замыкании на землю напряжение на этой катушке 4 мгновенно возрастает до фазного, подключенный параллельно ей двухсторонний стабилитрон 7 приходит в проводящее состояние и ток от нейтрали трансформатора на землю, ограничиваясь резистором 6, будет протекать только через светодиоды 8 и 9 оптронов, которые инициируют излучение видимого спектра, поступающее на светочувствительный слой фотодиодов 10 и 11 оптронов, а последние, приходя в проводящее состояние, подают уровни напряжения на входы блока 12 селекции однофазного замыкания по длительности.

При возникновении к сети однофазного замыкания на землю в течение переходного процесса; длящегося 5-7 периодов, амплитуды положительной и отрицательной полуволн напряжения на катушке 4 не равны между собой, а по окончании переходного процесса эти амплитуды выравниваются. На этом явлении основан принцип работы блока 12 и органа 13. В начальный момент замыкания на землю появляется сигнал на выходе лишь одного интегратора. По этой причине на выходе схемы исключающее ИЛИ будет присутствовать уровень логической единицы, которая инвентируясь в логический ноль, поступает на разрешающий вход счетчика органа 13, препятствуя тем самым его запуску и, соответственно, поступлению сигнала с его выхода на отключающую катушку механизма 14 выключателя 3, В то же время, появляется сигнал на выходе схемы ИЛИ органа 13, поступающий на орган 15 индикации. При установившемся неустраняемом замыкании на землю, длящемся более 5-7 периодов, появляется сигнал на выходах обоих компараторов блока 12, который открывает оба электронных ключа, в результате чего появляются равные напряжения на выходах обоих интеграторов, подаваемые на входы схемы исключающее ИЛИ. В результате на выходе этой схемы появляется уровень логического нуля, который инвентируясь до уровня логической единицы, поступает на разрешающий вход счетчика органа 13 и открывает его. Поскольку сигнал на выходе схемы ИЛИ органа 13 в установившемся режиме также присутствует на выходе схемы совпадения этого блока всегда имеются импульсы с частотой сети, подаваемые на счетный вход счетчика. А так как счет разрешен, через 5-7 периодов появляется сигнал на выходе счетчика, который, усиливаясь усилителем мощности, поступает на отключающую катушку механизма 14 выключателя 3. Таким образом, импульсами с блока 12, подаваемыми на входы исполнительного органа 13, происходит либо отключение выключателя 3 сети через механизм 14 свободного расцепления, либо срабатывание органа 15 индикации повреждения.

К достоинствам предлагаемого устройства следует отнести то обстоятельство, что двухсторонний стабилитрон 7 приходит в проводящее состояние только в первый момент после возникновения однофазного замыкания на землю, а после его самоустранения вновь приходит в непроводящее (исходное) состояние самостоятельно, без внешних воздействий. Вдобавок,

устройство обеспечивает возможность контроля правильности компенсации емкостных токов сети, а иначе - режима настройки катушки 4. В том случае, если настройка катушки 4 нарушена или произведена неверно, даже при отсутствии замыкания на землю напряжение на катушке 4 может возрасти до уровня пробоя двухстороннего стабилитрона 7, вследствие чего описанным выше образом может произойти либо запуск органа 15 индикации, либо отключение сети, что является признаком неисправности или некачественной настройки катушки 4. Формула изобретения Устройство для защиты сети переменного тока с компенсированной нейтралью при однофазном замыкании на землю, содержащее блок сравнения, подключенный к клеммам для параллельного соединения с дугогасительной катушкой, исполнительный орган с выходом на отключение и сигнализацию, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности защиты путем обеспечения возможности самоконтроля режима компенсации нейтрали, блок

сравнения выполнен в виде двухстороннего стабилитрона, последовательно с которым соединен ключевой элемент в виде двух встречно параллельно включенных оптро- нов, выход ключевого элемента через вновь

введенный блок селекции однофазного замыкания по длительности соединен с исполнительным органом, который выполнен с задержкой на отключение.

Использование: в электроэнергетике. Сущность изобретения: для повышения надежности за щиты блок сравнения выполнен в виде двухстороннего стабилитрона, включенного параллельно дугогасящей катушке 4, и введен блок 12 селекции однофазного замыкания по длительности, выход которого соединен с исполнительным органом 13, формирующим сигнал на отключение или индикацию с задержкой на отключение. 1 ил.