Устройство для направленной защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью Советский патент 1993 года по МПК H02H3/16 

Изобретение относится к области релейной защиты, в частности к устройствам для направленной защиты от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью.

Известно большое число защит от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, содержащих фазочувствитеьный бок. Один из них не содержат фильтры ни в канале тока ни в канале напряжения. Они подвержены влиянию высших гармоник в токе и напряжения, что приводит к неселективному срабатыванию.

Известны такие защиты, которые не содержат фильтров первой гармоники в канале напряжения и в канале тока и не имеют порогов ни по напряжению нулевой последовательности, ни по току нулевой последовательности. Такие защиты даже в отсутствии искажений напряжения и тока нулевой последовательности могут срабатывать неправильно из-за небаланса в цепях напряжения и тока нулевой последовательности.

Известны непомерно сложные защиты, которые трудоемки в изготовлении и наладке, требуют много времени при ремонте.

Наиболее близким по построению к предлагаемому решению является устройство для направленной защиты от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью. Оно содержит фильтр напряже- ния и фильтр тока, пропускающие первую гармонику сигнала в цепях напряжения и тока нулевой последовательности. Входы указанных фильтров присоединены к выхо- дам датчика напряжения и датчика тока нулевой последовательности, а выходы - к фазочувствительному блоку, выполненному на трех транзисторах, подключенному на вход исполнительного органа.

Это решение имеет существенные недостатки. Отсутствует заданный порог срабатывания по напряжению и току. И при наличии фильтра в цепи тока отсутствие четкого порога срабатывания по току может приводить к ложному срабатыванию, так как возможен ток небаланса и, кроме трго, при малых токах трансформаторы тока нулевой последовательности могут иметь большую угловую погрешность. Отсутствует заданный порог по напряжению. Это может приводить к ложному срабатыванию из-за напряжения небаланса в цепи нулевой последовательности. Кроме того, при отсутствии определенных порогов по напряжению и току фазочувствитёльный блок будет работать при недопустимо малых значениях входных сигналов и при этом будет иметь большие угловые погрешности.

Фазочувствитёльный блок построен по принципу наложения кратковременного импульса, формируемого из напряжения нулевой последовательности на импульс,

формируемый из полупериода тока нулевой последовательности, а результирующий кратковременный импульс (если таковой появляется) поступает на управляющий электрод тириетора. незащищенного от к рат0 ковременных помех по входу. Это делает защиту уязвимой к импульсным помехам.

Целью изобретения является повышение селективности и помехоустойчивости устройства для направленной защиты от од5 нофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью. Это уменьшает число ложных срабатываний и повышает надежность правильных срабатываний.

Указанная цель достигается тем, что в

0 устройство для направленной защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, содержащее датчики напряжения и тока нулевой последовательности, выходы которых соединены

5 соответственно с резонансным фильтром и фильтром низкой частоты, фазочувствитёльный блок, выполненный на первом, втором, третьем транзисторах, блок питания, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шес0 той, седьмой, восьмой резисторы, диод,

: конденсатор, а также исполнительный орган, дополнительно введены первый, второй выпрямители, селектор длительности, расширитель импульсов, четвертый, пятый,

5 шестой транзисторы, девятый, десятый, одиннадцатый резисторы. Введенные элементы и их взаимное соединение, обеспечивают заданный порог срабатывания по напряжению и току нулевой последователь0 ноети, определенную, порядка нескольких миллисекунд, длительность импульса, при котором срабатывает устройство, и предотвращают ложное срабатывание при подаче питания на устройство.

5 На чертеже представлена электрическая схема устройства.

. Устройство содержит датчик напряжения нулевой последовательности 1 и тока нулевой последовательности 2, выходы ко0 торых соединены соответственно с резонансным фильтром 3 и фильтром низкой частоты 4, выходы которых в свою очередь соединены соответственно с выпрямителями 5 и б, фазочувствитёльный блок 7, выход

5 которого через селектор длительности 8 и расширитель импульсов 9 соединен с исполнительным органом 10, блок питания 11с положительным + и отрицательным - полюсами, общей точкой ОТ, а также положительным полюсом фильтрованного наряжения +Ф. Фазочувствительный блок одержит первый 12, второй 13, третий 14, етвертый 15 транзисторы, коллекторы коорых соединены со стоком пятого 16 и миттером шестого 17 транзисторов и с об- 5 щей точкой ОТ блока питания 11. Эмиттеры первого 12, второго 13, третьего 14, етвертого 15 транзисторов соединены с исоком пятого 16 и базой шестого 17 транзисторов. Коллектор шестого транзистора 17 10 является выходом фазочувствительного блока 7, Базы первого 12, второго 13, третьего 14, четвертого 15 транзисторов соединены соответственно через первый 18, второй 19, третий 20, четвертый 21 резисторы с 15 выходом первого выпрямителя 6, с выходом фильтра низкой частоты 4, с выходом резонансного фильтра 3, с выходом второго выпрямителя 5. Отрицательный полюс - блока питания 11 соединен соответственно 20 через пятый 22, шестой 23 резисторы с базой первого 12 с базой четвертого 15 тран- зисторов. Положительный полюс + блока питания 11 соединен соответственно через седьмой 24. восьмой 25 резисторы с коллек- 25 тором и базой шестого 17 транзистора. Завор пятого транзистора 16 соединен со средней точкой делителя напряжения, образованного девятым 26 и десятым 27 резисторами, который подключен между 30 Отрицательным - и через одиннадцатый резистор 28 положительным полюсом фильтрованного напряжения +ф блока питания 11. Общая точка десятого 27 и одиннадцатого 28 резисторов подключена 35 через конденсатор 29 к общей точке ОТ блока питания 11 и через анод-катод диода 30 - к положительному полюсу фильтрованного напряжения +Ф блока питания 11.

Устройство работает следующим обра- 40 зом.

При однофазном замыкании на землю появляется напряжение и ток нулевой последовательности, С выхода датчика 1 напряжения сигнал 3 U0 подается на резо- 45 нансный фильтр 3, который ослабляет все гармоники и субгармоники кроме основной. С выхода фильтра 3 напряжение Ui промышленной частоты нулевой последовательности через резистор 20 поступает на 50 базу третьего транзистора 14. С выхода датчика тока 2 ток нулевой последовательности 3 lo поступает на фильтр низкой частоты 4, который на выходе дает напряжение U2, пропорциональное входному току, ослабли- 55 ет высшие гармоники не менее, чем в 0,7 п раз, где п - номер гармоники, а также поворачивает фазу выходного напряжения LJ2 относительно входного тока 3 0 на 60-80°. С выхода фильтра 4 напряжение через рези-

стор 19 поступает на базу второго транзистора 13. Шестой транзистор 17 будет открыт только в том случае, если все транзисторы 12.,.16 будут заперты. Если будет открыт хотя бы один из них, то он замкнет на себя ток резистора 25 и шестой транзистор 17 будет заперт. Следовательно, при условии, что транзисторы 12; 15; 16 заперты, транзистор 17 будет открыт пока оба транзистора 13; 14 заперты. Запертое состояние одновременно транзисторов 13; 14 будет в течение времени, пока напряжения Ui и Ua будут одновременно положительны. Следовательно, при всех возможных углах между напряжениями Ui и U2 транзистор 17 будет открыт в течение интервала времени от0, когда напряжение LH и Ua в противофа- зе, до 10 мс, когда напряжение Ui и 1)2 совпадают по фазе (при условии, что частота. 50 Гц). Селектор длительности 8 выдает на выходе импульс только в том случае, если длительность открытого состояния транзистора 17 не менее заданной. В данном случае эта заданная длительность принята 5 мс, Это соответствует взаимному сдвигу по фазе между напряжениями Ur и Ua в диапазоне не более ±90°. Расширитель импульсов 9 преобразует импульсный сигнал с выхода селектора длительности 8 в постоянный, при котором срабатывает исполни тельный орган 10. Таким образом, зона срабатывания устройства находится в пределах, когда взаимный сдвиг между напряжениями Ui и U2 менее заданного, в данном случае менее ± 90°, Изменяя порог по длительности селектора длительности 8, можно изменять величину зонй срабатывания по углу между напряжением и током (раствор зоны). Изменяя угол поворота в фильтре низкой частоты 4, возможно изменять расположение зоны срабатывания по углу между напряжением и током нулевой последовательности (поворот зоны срабатывания).

Порог по току 3 10 обеспечивается первым транзистором 12. Когда положительное сглаженное напряжение на выходе выпрямителя 6 ниже.порога срабатывания, транзистор 12 постоянно открыт током через резистор 22, при этом транзистор 17 открыться не может и фазочувствительный блок сработать не может. Транзистор 12 запрется тогда, когда ток через резистор 18 уравняется с током через резистор 22, а это наступит, когда напряжение на выходе выпрямителя 6 будет выше порога срабатывания.

Аналогично обеспечивается порог срабатывания по 3 UQ. Таким образом, если

напряжение 3 Do или ток 3 lo будут недостаточной величины, транзисторы 12 или 15 будут постоянно открыты, а транзистор 17 постоянно заперт и устройство сработать не сможет.

Транзистор 16 предотвращает ложное срабатывание устройства при подаче напряжения питания. В момент подачи питания напряжение на конденсаторе 29 возрастает медленнее, чем напряжение положительного + и отрицательного - полюсов блока питания, так как он заряжается

0

через высокоомный;резистор 28. По этому в начальный момент транзистор 16 открыт, а транзистор 17 заперт. Транзистор 16 запирается с опозданием, когда напряжение на конденсаторе 29 достигает достаточной величины, но к этому времени все переходные процессы в схеме заканчиваются. В момент снятия напряжения питания конденсатор 29 быстро разряжается через диод 30, а при повторной подаче питания снова не сможет быстро зарядиться и предотвратит ложное срабатывание устройства.

Использование: в области релейной защиты, в частности в устройствах направленной защиты от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью. Сущность изобретения: для повышения селективности и помехоустойчивости введены выпрямители 5, 6, селектор 8 длительности, расширитель 23 импульсов и.транзисторы 15, 16, 17, резисторы 26, 27, 28, которые входят в фазо- чувствительный блок 7, к входу которого подключены датчики напряжения 1 и тока 2 нулевой последовательности через соответствующие резонансные фильтр 3 и фильтр 4 низкой частоты, 1 ил.

Формула изобретения

Устройство для направленной защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, содержащее датчики напряжения и тока нулевой последовательности, выходы которых соединены соответственно с резонансным фильтром и фильтром низкой частоты, фазочувствитель- ный блок, выполненный на первом, втором, третьем транзисторах, блок питания, с первого по восьмой резисторы, диод, конденса- тор. а также исполнительный орган, отличающееся тем, что, с целью повышения селективности и помехоустойчивости, дополнительно введены первый, второй выпрямители, селектор длительности, расширитель импульсов, четвертый, пятый, шестой транзисторы, девятый, десятый, одиннадцатый резисторы, причем коллекторы первого, второго, третьего, четвертого транзисторов, сток пятого транзистора и эмиттер шестого транзисторов объединены и подключены к общей точке блока питания, а эмиттеры первого, второго, третьего, четвертого транзисторов подключены к истоку пятого транзистора и базе шестого транзи- стора, коллектор которого является выходом фазочувствительного блока и соединен с входом селектора длительности, выход ко0

5 0 5 0 5

торого через расширитель импульсов соединен с.исполнительным органом, базы первого, второго, третьего, четвертого транзисторов соединены соответственно через первый, второй, третий, четвертый резисторы с выходом первого выпрямителя, с входом первого выпрямителя, соединенного с выходом фильтра низкой частоты, с выходом резонансного фильтра, соединенного с входом второго выпрямителя, с выходом второго выпрямителя, отрицательный полюс блока питания соединен соответственно через пятый, шестой резисторы с базой первого транзистора, базой четвертого транзистора, положительный полюс блока питания соединен соответственно через седьмой, восьмой резисторы с коллектором и базой шестого транзистора, затвор пятого транзистора соединен со средней точкой делителя напряжения, образованного девятым и десятым резисторами, который подключен между отрицательным и через одиннадцатый резистор - положительным полюсом фильтрованного напряжения блока питания, при этом общая точка десятого И одиннадцатого резисторов подключены через конденсатор к общей точке блока питания и через анод, катод диода - к положительному полюсу фильтрованного напряжения блока питания.