Устройство для обнаружения поврежденной фазы при утечке тока на землю в трехфазной сети переменного тока Советский патент 1982 года по МПК G01R31/02 H02H3/16 

(З) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНЛРУНЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННОЙ ФАЗЫ ПРИ УТЕЧКЕ ТОКА НА ЗЕМЛЮ В ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Изобретение относится к электротехнике и предназначено для распознавания повреждений. Известно устройство для определения поврежденной фазы при однофаз ных замыканиях на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее органы максимального напряжения фаз сети относительно земли, выходы которых -соединены с первыми входами элементов И отстающей фазы и со вторыми входами элементов И одноименной фазы через элементы НЕ, а также фильтр напряжения нулевой последовательности, выход которого подключен к третьим входам элементов И СО. Однако в данном устройстве чувст вительность к малым токам утечки ограничивается разрешающей способностью органов максимального напряжения. Особенно это сказывается при работе устройства в сетях, нейт раль которых заземлена через активное сопротивление. Наиболее близким к предлагаемому является устройство дл определения поврежденной фазы при замыкании на землю в трехфазных сетях с изолированной нейтралью, содержащее элементы формирования опорных фазных напряжений, один вывод каждого из которых соединен с соответствующей фазой контролируемой сети, другие выводы которых соединены с входом блока измерения напряжения нулевой последовательности, блок фазочувствительных элементов, выходы которого соединены с фазами сети, формирователи (информационных) импульсов, входы каждого из которых подключены параллельно соответствующим выводам элементов формирования опорных фазных напряжений, а выводы - к соответствующим входам исполнительных органов (содержащих в себе последовательное соединение логического элемента И и релейного усилителя), выходы которых механически связаны с входами фазочувствительных элементов, причем другие входы исполнительных органов (элементов И) соединены с выходом блока измерения напряжения нулевой последовательности через четвертый формирователь тактовых импульсов и элемент задержки С 21

Однако повышенная чувствительность устройства к напряжению нуле-; вой последовательности и отсутствие возможности установления порога срабатывания может явиться причиной ложного выбора повреждённой фазы, возникающего под воздействием естественной несимметрии сети, и грающей роль помехи. Кроме того, при определении поврежденной фазы могут возникать дополнительные запаздывания, соизмеримые с выдержкой времени, специально организованной на элементе задержки. Запаздывания носят нерегулярный характер и обусловлены временем отставания переднего фронта тактового импульса от переднего фронта импульса на выходе Элемента задержки. В предельном случае они достигают длительностей, равных паузе между тактирующими импульсами Наличие же механических связей в блоке фазочувствительных элементов, а также подключение входов формирователей информационных импульсов непосредственно к фазам сети, предъявляют высокие требования к их технической реализации и снижают надежность устройства в целом.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для обнаружения поврежденной фазы при утечке тока на землю в трехфазной сети переменного тока, содержащее входной трехфазный трансформатор напряжения, первичные обмотки которого соединены в звезду и подключены к блоку измерения напряжения нулевой последовательности, а вторичные - к блокам формирования информационных импульсов, чИсло которых соответствует числу фаз сети, формирователь тактовых импульсов, подключенный входом к выходу блока измерения напряжения нулевой последовательности, логические элементы И по числу фаз сети, первые входы которыхобъединены

и подключены к выходу элемента задержки, а выходы - к исполнительному органу, введены амплитудный селектор и для каждой фазы сети D-триггер, причем амплитудный селектор включен между выходом блока-измерения напряжения нулевой последовательности и входом элемента задержки, тактовые входы D-триггеров подключены к выходу формирователя тактовых импульсов, информационный вход каждого D-триггера подключен к выходу соответствующего блока формирования информационных импульсов, а выход ко второму входу соответствующего логического элемента И.

При этом блок формирования информационных импульсов выполнен в виде последовательно соединенных фазовращателя и амплитудного компаратора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для обнаружения поврежденной фазы, на фиг,2 временные диаграммы, поясняющие

работу устройства для случая утечки в фазе А сети с изолированной нейтралью..

Схема устройства для обнаружения поврежденной фазы содержит входной трехфазный трансформатор напряжения 1, блок измерения напряжения нулевой последовательности 2, амплитудный селектор 3, элемент задержки , формирователь тактовых импульсов 5, блоки формирования информационных импульсов 6, состоящие из фазовращателя 7 и амплитудаого компаратора 8j D-триггеры 9 и логические элементы И 10. Первичные обмотки трансформатора 1 подключены к фазам сети и соединены по схеме звезда. Вход блока 2 подключен между нейтральной точкой первичных обмоток трансформатора 1 и землей а выход через последовательно соединенные амплитудный селектор Зи элемент задержки к первым входам логических элементов И 10 и через с15ормирователь 5 к тактовым входам В-три|-

геров 9. Каждая вторичная обмотка трансформатора 1 подключена к входу последовательно соединенных фазовращателя 7, компаратора 8, D-триггера 9 и логического элемента И 10, причем выходы компараторов 8 подключены к информационным входам D-триггеров 9 выходы которых соединены со вторыми входами элементов 10. На временных диаграммах отражены следующие величины. А г чзпряжения на вторичных обмотках трансформатора 1, и и U ид, Ug, и напряжение на выходах фазовращателей 7 угол сдвига, вносимый фазовращателями 7; порог срабатывания компараторов 8; информационные импульсы на выходах блока формирования 6 (компараторов 8) , длительность импуль А Б с длительность пауз между импульсами 2д, Zg, Zf.; и - напряжение нулевой последовательности , Z - тактовые импульсы на выходе формирова теля 5; ffl - длительность импуль сов Zp, Т - период сети. Работа устройства заключается в следующем. Фазовращатели 7 осуществляют сдвиг напряжений Ш, UQ, 0 (пропорциональных фазным напряжениям источника питания сети) на заданный угол Ц , равный примерно kS° в сетях с изолированной нейтралью и 90 в сетях с компенсацией. Амплитудные компараторы 8 вырабатывают информационные импульсы ZA, Zg, Z. в моменты . времени, когда полученные с выходов фазовращателей 7 напряжения БД, Ug, и достигают порога срабатывания X (фиг.2). Причем величиной порога устанавливается необходимая длительность Ту информационных импульсов. Из напряжения UQ нулевой последовательности, представленного для случая возникновения утечки в фазе А, формирователь 5 вырабатывает кратковременные импульсы Zp, поступающие на тактовые (синхронизирующие) входы D-триггеров 9. При этом последние приходят в состояние, соответствующее значениям входных импульсов А В с информационных входах Так, б-триггер с выходным импульсом ZK переходит в длительное устойчивое единичное состояние, т.е. на его выходе QА устанавливается потенциал, соответствующий логической 1. Состояние же двух оставшихся D-триггеров нулевое, так как т, QC В промежутках между тактовыми импульсами записанная информация сохраняется. Таким образом единичное состояние одного из Ьтриггеров указывает на соответствующую поврежденную фазу; для достижения высокой надежности устройства необходимо, чтобы он оставался работоспособным при наибольших изменениях текущей фазы напряжения Up (на фиг.2 показано пунктиром). В этой связи следует стремиться, с одной стороны, к возможно большей длительности ty, информационных импульсов Zд, Zg и Zc,c другой стороны, необходимо следить за выполнением условия исключающего неоднозначность выбора поврежденной фазы, которая, в свою очередь, связана с одновременным переходом в единичное состояние двух D-триггёров. Одновременно с выбором поврежденной фазы селектор 3 регистрирует превышение амплитуды напряжения Up над заданной величиной (уставкой) и производят запуск элемента задержки Ц. Через выдержку времени, необходимую для отстройки от ложных срабатываний в переходных режимах сети, на выходе элемента k появляется сигнал, разрешающий прохождение подготовленного единичного потенциала на выход соответствующего логического элемента 10. На же элементах 10 выходные потенциалы нулевые. Введение заданного порога срабатывания в амплитудном селекторе 3 позволяет отстраиваться от помех, обусловленных естественной несимметрией и переходными процессами в сети и в то же время позволяет сохранить достаточную чувствительность к токам утечки. В результате того, что выбор поврежденной фазы происходит независимо от выдержки времени элемента k, устраняется разновидность задержек в выдаче результата, характерная для известного устройства,, и повышается таким образом общее быстродействие устройства. Все цепи устройства (кроме первичных обмоток трансформатора 1 и входа блока измерения напряжения нулевой последовательности 2) являются слаботочными (т.е. потенциальными) и низковольтными и могут быть полностью реализованы на бесконтактных элементах, отличающихся, как известно, высокой надежностью функционирования. Наличие фазовращателей позволяет легко приспосабливать устройство для работы в сетях с различными режимами нейтрали Формула изобретения 1. Устройство для обнаружения поврежденной фазы при утечке тока на землю в трехфазной сети переменного тока, содержащее входной трехфазный трансформатор напряжения, пе вичные обмотки которого соединены в звезду и подключены к блоку измерения напряжения нулевой последовательности, а вторичные - к блокам формирования информационных импульсов, число которых соответствует яислу фаз сети, формирователь такто вых импульсов, подключенный входом к выходу блока измерения напряжения нулевой последовательности, логические з лементы И по числу фаз сети, первые входы которых объедине ны и подключены к выходу элемента задержки, а выходы - к исполнительному органу, отличающеес я тем, что, с целью повышения помехозащищенности, в него введены амплитудный селектор и для каждой фазы сети D-триггер, причем амплитудный селектор включен между выхо|ДОм блока измерения напряжения нулевой последовательности и входом элемента задержки, тактовые входы D-триггеров подключены к выходу формирователя тактовых импульсов, информационный вход каждого D-триггера подключен к выходу соответствующего блока формирования информационных импульсов, а выход - к второму входу соответствующего логического элемента И. 2. Устройство по п. t, о т, л и ч аю щ е е:ся тем, что блок формирования информационных импульсов выполнен в виде последовательно соединенных фазовращателя и амплитудного компаратора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №589659, кл. Н Q2 Н 3/16, 1979. 2.Авторское свидетельство СССР , кл. С СИ R 31/02, 1980.