Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока (его варианты)

 

1. Устройство для защиты от одноФазного замыкания-на землю вэлектрической сети переменного тока, содержащее последовательно соединенные орган блокировки, подключенный к трансформатору напряжения сети, и блок выдержки времени, блок преобразования сигнала, подключенный к трансформатору напряжения сети, последовательно соединенные первый фильтр основной частоты, первый формирователь прямоугольных импульсов, инвер-1 ; тор, выход которого подключен к первому входу фазочувствительного блока , и первый преобразователь импуль- . сов в логический сигнал, последовательно соединенные второй фильтр ос новной частоты, второй формирователь прямоугольных импульсов, выход кото- , , рого подключен к второму входу фазочувствительного блока, ограничители 1 сигналов, подключенные к трансформа-, тору тока нулевой последовательности каждого защищаемого присоединения, а также исполнительный орган, о тли чающееся тем, что, с целью повышения надежности и селективности , в него введены фазовращающий блок, включенный между блоком преобразования сигнала и первым фильтром основной частоты, ключи, соединенные с выходами соответствующих ограничителей сигналов, а также логический блок на каждоезащищаемое присоединение , выход которого подключен к соответствующему исполнительному ор-. гану, блок поиска, усилитель, компа , ратор, второй .преобразователь импульсов в логический сигнал и блок задания уставки, причем выходы ключей подключены к входу второго фильтра основной частоты, выход первого преобразователя импульсов в логический сигнал подключен к первым входам логических блоков всех заьдащаемых . присоединений, вторые входы логических блоков-подключены к выходу блока СП выдержки времени, блок поиска первым входом подключен, к выходу блока преобразования сигнала, вторые,- к выходу блока выдержки времени, а каждый выход его подключен к управляющему входу ключа и к третьему входу логического блока соответствующего защищаемого присоединения, выход второго фильтра-основной частоты через 4ib Ю , последовательно соединенные усилич тель, к

„„gg„„l1 042123

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(5Н Н 02 Н 3/16

/ =-- ...

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН 1,.,:

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ

"« 4„« » " -- С

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3397128/24-07 разования сигнала и первым фильтром (22) 09.02.82 основной. частоты, ключи, соединенные (46) 15.09.83. Бвп.934. с выходами соответствующих ограничи(72) О.А. Петров и В.З. Арендт телей сигналов, а также логический (71) .челябинский политехнический . блок на каждое защищаемое присоеди.институт им. Ленинского комсомола :: ненне, выход которого подключен к (53) 621. 316 ° 925(088.8), . соответствуюцему исполнительному ор-," (56) 1. Asiîðñêîå свидетельство СССР: . гану, блок поиска, усилитель, компа9815835i кл. Н 02 Н 3/16, 1981., ратор, второй преобразователь им2. Охрана труда. Экспресс-HH@opMei пульсов в логический сигнал и блок . ция ВНИИОТ ВЦСПС, 1981, вып..5, ; задания уставки, причем выходы клюс.8-10. чей подключены к входу второго фильт3. Авторское свидетельство СССР ; ра основной частоты, выход первого

964838, кл. Н 02 H 3/16, 1982, преобразователя импульсов в логичес(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ОДНО-, кий сигнал подключен к первьм входам

ФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ .НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТ- : - логических блоков всех зацищаемых .

РИЧЕСКОИ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА присоединений, вторые входы логичес- ® (ZrO ВАРИАНТЫ). ких блоков.-йодключены к выходу блока (57) 1. Устройство для.защиты от одно- выдержки времени, блок поиска первым. фаэного замыкания на землю в злектри.- — входом подключен- к выходу блока ripeческой сети переменного тока, содер- .образования сигнала, вторым — к вы- С жащее последовательно соединенные . . ходу блока выдери хи времени, а к орган блокировки, подключенный.к выход его йодключен к управляющему Я трансформатору напряжения сети, и ° входу ключа и к третьему входу лоблок выдержки времени, блок преобра- . :: .гического блока соответствующего

- зования сигнала, подключенный к транс- - : зацищаемого присоединения, выход вто- 1 ) форматору напряжения сети, последова- . рого фильтра"основной частоты через Л тельно соединенные первый фильтр, -,: последовательно соединенные усили. основной частоты, первый формирова : .. ",тель, ксмпаратор и второй преобразо h4 тель прямоугольных импульсов, инвер : :-.;ватель импульэов в логический сигнал, ив тор, выход которого подключен к пер- . подключен к четвертым входам логичесвому входу фазочувствительного бло- .- -ких блоков всех защищаемых присоеди-., Ю ка, и первый преобразователь импуль- .. пений, второй вход компаратора иод- фф сов в логический сигнал, последова- ключен к блоку задания уставки. тельно соединенные второй фильтр ос . : 2. Устройство по п.1, о т л и— новной частоты, второй формирователь ч а tolц е е с я тем,,что логический прямоугольных импульсов, выход кото-, .. блок содержит последовательно соеди рого подключен к второму входу фазо-,:-ненные логический элемент И-НЕ и я - в чувствительного блока, ограничители )-,:- триггер, причем три входа логического сигналов, подключенные к трансформа-." ::элемента И-НЕ и второй вход «.МЬ-тригтору тока нулевой последовательности .гера подключены к соответствующим каждого защищаемого присоединения, :.- входам .блока, а один иэ выходов RSа также исполнительный орган, о т- триггера - к выходу блрка. л и ч а ю ц е е с я тем, что, с це-, 3. Устройство для защиты от однолью повышения надежности и селектив- фазного замыкания на землю в злектриности, в него введены фазовращающий "ческой сети переменного тока, содержа блок, включенный между блоком преоб- щее последовательно соединенные орган

1042123 блокировки, подключенный к трансформатору напряжения сети; и блок выдержки времени, канал преобразования. на пряжения, включающий последовательно соединенные блок преобразования сигнала, подключенный к трансформатору напряжения сети, ограничитель сигналов и последовательно соединенные фильтр основной частоты, формирователь прямоугольных импульсов и инвертор, выход которого подключен к первому входу фазочувствительного блока, канал преобразования тока ну- левой последовательности, включающий последовательно соединенные ограничитель сигналов, подключенный к транс. форматору тока нулевой последовательности, фильтр основной частоты и фор-, мирователь прямоугольных импульсов, выход которого подключен к второму входу фазочуветвительного блока, выход последнего подключен к выходно. му блоку, содержащему последовательно соединенные логический элемент

Изобретение относится к электратей нике, в частности к защите электрических сетей. Предлагаемое, устройство: предназначено для работы в электрических сетях с изолированной нейтл 5

-ралью и нейтралью, заземленной через активное сопротивление.

Известно устройство для защиты от замыканий на землю в сетях с изоли, рованной нейтралью, которое включает . 30 канал преобразования тока нулевой последовательности, содержащий после довательно соединейные блок задания уставки по току, усилитель основной частоты и формирователь прямоугольных сигналов, подключенный к первому входу фаэочувствительного блока, канал преобразования напряжения нулевой последовательности, содержащий после довательно соединенные фаэосдвигающий блок и формирователь прямоуголь-, ных сигналов, который. подключен- .ко второму входу фазочувствительного блока, .а также орган блокировки и последовательно соединенные блок сравнения, элемент ИЛИ, исполнительный орган 513.

Недостаток устройства заключается в изменении угловой характеристики при изменении величины тока однофазного замыкания на землю.

ЗО

Устройство автоматического обнару жения повреждений кабельных линий в сетях 6-10 кВ типа ЗЗАГ-2 содержит блок поиска и контроля, исполнительный орган, который включает в себя 35

И, первый преобразователь импульсов в логический сигнал, релейный усилитель с заданной уставкой и исполнительный орган, причем второй вход логического элемента И подключен к выходу блока выдержки времени, о .тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и селективности, в него введены фазовращающий блок, включенный между ограничителем, сигналов и фильтром основной частоты; .канала преобразования напряжения, усилитель, компаратор, второй преобразователь импульсов н логический сигнал и блок задания уставки, причем выход фильтра основйой частоты ,канала преобразования тока нулевой последовательности через последовательно соединенные усилитель, .компаратор и второй преобразователь импульсов в логический сигнал подключен к третьему входу логического эле мента И, а второй вход компаратора подключен к блоку задания уставки. усилитель, элемент сравнения и выходное реле, узел автоматического регулирования усиления, а также согла" сующий трансформатор и фильтр промышленной частоты (2 ). . Данное устройство не предназначено для защиты от однофазных замыканий иа землю.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для защиты от однофазного.замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, вкхпочающее канал преобразования напряжения нулевой .последовательности, содержа-. щий последовательно соединенные блок задания базового сигнала, делитель, фильтр основной частоты, формирователь прямоугольных импульсов, инвертор, подключенный к первому входу:: фазочувствительного блока, канал преобразования тока нулевой последовательности, содержащий последователь- но соединенные делитель, фильтр .основной частоты, формирователь прямо- угольных импульсов, подключенный ко второму входу фазочувствительного блока, выходной блок, содержащий ïåðвый логический элемент И, первый фильтр постоянной составляющей, релейный усилитель с заданной уставкой . и исполнительный орган, а также второй логический элемент И, второй фильтр, постоянной составляющей и блок задания уставки (3 3.

Недостаток устройства заключается в возможности ложного срабатывания

1042123 при собственных токах защищаемых присоединений, маньших тока минимальной чувствительности.

Цель изобретения — повышение надежности и селективности действия защиты.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока, со. держащее последовательно соединеннйе орган блокировки, подключенный к, трансформатору напряжения сети, и .блок выдержки времени, блок преобра.зования сигнала, подключенный к трансформатору напряжения сети, последовательно соединенные первый фильтр основной частоты, первый формирователь прямоугольных импульсов, инвертор, выход которого подключен к первому входу Фазочувствительного 20 блока, и первый. преобразователь импульсов в логический сигнал, последо вательно .соединенные второй Фильтр-. ,.основной частоты, второй Формирова-. тель прямоугольных импульсов, выход 25 которого подключен ко второму входу фаэочувствительного блока, ограничители сигналов, подключенные к транс.Форматору тока нулевой последователь.. ности каждого защищаемого присоединения, а также исполнительный орган, введейы фазовращающий блок, включенный между блоком, преобраэовайия сиГ» нала и первым фильтром основной.частоты, ключи, соединенные,с выходами соответствующих ограничителей сигналов, а также логический блок..на .каждое защищаемое присоединение, выход которого подключен к соответст ». вующему исполнительному органу, блок поиска, усилитель, компаратор,- 40 второй преобразователь импульсов в логический сигнал и блок задания уставки, причем выходы ключей подключены ко входу второго фильтра осйоВной частоты,.выход первого преобра- 45 зователя импульсов в логический сигнал подключен .:к первым входам логических блоков всех защищаемых при-, соединений, вторые входы логических блоков подключены к выходу блока выдержки времени, блок поиска первым входом подключен к выходу блока . "преобразования сигнала, вторымк выходу блока вЫдержки времени, а каждый выход erо подключен к управляющему входу ключа и к третьему входу логического .блока соответствуЮщего защищаемого присоединения, .выход второго фильтра основной частоты через последовательно соединенные. усилитель, компаратор и второй преобразователь импульсов в логический сигнал подключен к четвертым входам логических блоков всех защищаеяж . присоединений, второй вход ксипара,тора подключен к блоку задания уставки., 65

При этом логический блок (схема

Ь ).содержит последовательно .соединенные логический элемент И-НЕ и RS -триг

rep, принем три входа логического элемента И-НЕ и второй вход RS-триг гера подключены к соответствующим входам блока, а один из выходов йэтриггера — к выходу блока.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства защиты, 1-й вариант.; на фиг.2 — то же, 2-й вариант.

К трансформатору 1 напряжения нулевой последовательности сети подключены,последовательно соединенные орган блокировки 2 и блок выдержки времени 3 и последовательно соединен- . ные блок преобразования сигнала 4, фаэовращающий блок 5, первый фильтр основной частоты 6, первый формирователь прямоугольных импульсов 7 и инвертор 8. К трансформатору 9 тока нулевой последовательности каждого заз ищаемого присоединения подключены соответственно последовательно соединенные ограничитель сигналов 10 и ключ 11. Выходы последних подключены ко входу второго фильтра основной частоты 12, последовательно соединенного со вторым формнрователем прямоугольных импульсов 13, фазочувствительным блоком 14 и первым преобразователем импульсов в логический сигнал 15, выход которого

:подключен к первым. входам логических блоков 16, каждого, защищаемого при;соединения, последовательно соединенного с соответствующим исполнительным органом 17. Вторые входы логических блоков 16 всех защищаемых .присоединений подключены к выходу блока выдержки времени 3. Блок поиска 18 первым входом подключен к выходу блока преобразования сигнала 4, вторым к.выходу блока выдержки времени 3, а каждый выход его подключен только к управляющему входу ключа 11 и к третьему входу логического блока 16 соответствующего защищаемого присоединения. Выход второго Фильтра основной частоты 12 через последо- . вательно соединенные усилитель 19, компаратор 20 и второй преобразователь импульсов в логический сигнал 21 подключен к четвертому входу логйческих блоков 16 всех защищаемых присоединений. Второй вхоД компаратора 20 подключен к блоку задания уставки 22.

Логический блок 16 содержит последовательно соединенные логический эле мент И-НЕ 23 и :Rs-триггер 24. Три входа логического элемента И-НЕ 23 и второй вход Rs-триггера 24 подключены к соответствующим входам. блока, а один .из выходов RS -триггера 24 -, к выходу .блока.

- Блок преобразования сигнала 4 представляет емкостно-активную схе1042123

40 читель сигналов и последователнно ". соединенные фильтр основной частоты, формирователь.,прямоугольных импуль- сов и инвертор, выход которого подключен к первому входу фазочувстви--тельного блока, канал преобразовайия тока нулевой последовательности, включающий последовательно соединен60 ные ограничитель сигналов, подключен ный к .трансформатору тока нулевой му, предназначенную для формирования сигнала необходимой амплитуды и фазы. В целях упрощения конструктив ного решения возможен вариант исполнения бяока 4 в виде активного делителя. Ограничители сигналов 10 защищают схему от бросков тока, возникающих,.например, во время переходных процессов. Фаэовращающий блок 5 предназначен для коррекции фазы сигнала, поступающего на фильтр основной частоты 6.

В нормальном режиме сети напряжение нулевой последовательности Фс .и токи нулевой последовательности 3 и др. защищаемых присоединений близки к нулю. На выходе блока выдержки времени 3, фазочувствительного блока

14 также будут нулевые сигналы-иид; полннтельные органы 17 защищаемых присоединений находятся в исходном состоянии.

При однофазном замыкании на. землю напряжение Uо резко возрастает.

Орган, блокировки 2 при этом срабатывает и блок выдержки времени 3 с выдержкой времени дает разрешение логическую единицу )на логические блоки 16 всех защищаемых присоединений. Благодаря блокам

2 и 3 обеспечивается отстройка от переходных процессов, т.е. устройство защиты работает во время установившегося процесса при однофазных замыканиях на землю. Блок 3 также разрешает работу блока поиска 18, на другой вход которого поступает сигнал, синхронизирующий его работу с частотой сети. Блок поиска 18 поочередно замыкает ключи 11 и одно " временно разрешает работу соответствующих логических блоков 16 защищаемых присоединений. При собственных токах защищаемых присоединений, меньших тока минимальной чувствительности З сигнал на выходе второго п1n преобразователя импульсов в логический сигнал 21 равен логическому нулю, который запрещает работу логических блоков 16 соответствуют их защищаемых присоединений. Введение, блоков 19-22 позволяет повысить помехоустойчивость и селективность действия устройства защиты. При отсутствии их и токах отходящих линий, меньшихЗ на выходе формирователя 1 И .прямоугольйых импульсов 13 сигнал О отличен от прямоугольных импульсов и это может привести к срабатыванию исполнительных органов защиты соответствующих неповрежденных присоединений.

Пусть заьыкание на землю происходит вне группы защищаемых присоединений (например на другой подстанции ), тогда сигнал U поступающий от инвертора 8 на одйн вход фазочувствительного блока 14, сдвигается,примерно на 180 эл.град по отношению к другому сигналу 0,поступающему со второго формирователя 13 прямоугольных импульсов на другой вход фазочувствительного блока 14. На выходе последнего находится нулевой сигнал, либо появляются узкие прямоугольные импульсы, а на выходе первого преобразователя импульсов 15 сигнал равен логическому нулю. Ис10 полнительные органы 17 защищаемых присоединений не реагируют.

При замыкании на землю на-одном из защищаемых присоединений,,например на A, ток нулевой последователь-

15 ности рдиэменяет направление на

180 эл.град. Блок поиска 18 за время одного цикла замыкает ключ 11 на время .а+, равное нескольким перно" дам промышленной частоты. На выходе—

20 фазочувствительного блока 14 появляются прямоугольные импульсы, близ", кие к меандру, которые преобразуются в логическую единицу первым преобраэователеМ импульсов 15. При этом

25 переключается логический блок 16 и подает сигнал на исполнительный орган 17, который отключает защищаемое присоединение. В течение замыка-: ния на землю блок поиска 18 непрерыв но работает в циклическом режиме переключения, осуществляя автоматический поиск неисправной линии. После ликвидации замыкания на землю напряжение 0О становится близким к нулю и выходной сигнал блока выдержки вре мени 3, равный логическом нулю, обеспечивает возврат логического блока 16 s. исходное состояние..

Применение данного устройства уве личивает надежность и быстроту определения поврежденной линии и бокращает простои .оборудования.

Второй вариант устройства для защи1 ты от однофазного замыкания на землю:. в электрической сети переменного тока содержит последовательно соединенные орган блокировки, подключенный к трансформатору напряжения сети, и блок выдержки времени, канал преобразования напряжения; включающий последовательно соеЯ ненные блок преобразо-: вания сигнала, подключенный к трансформатору напряжения сети, и огранипоследовательности, фильтр основной частоты и формирователь прямоугольных импульсов, выход которого подклю чен ко второму входу фазочувствитель.

1042123 в

J ного блока, выход последнего подклю" чен к выходному блоку, содержащему последовательно соединенные логический элемент И, первый преобразователь импульсов в логический сигнал, релейный усилитель с заданной уставкой и исполнительный орган, причем. вто-; рой вход логического элемента И под- ключен к выходу баока выдержки

"времени, и в него введены фазовращаю щий блок, включенный между ограничи- fO телем сигналов и фильтром основной частоты канала преобразования напряжения, усилитель, компаратор, второй преобразователь импульсов в логический сигнал и блок задания уставки, причем выход фильтра основной частоты канала преобразования тока нулевой последовательности через последовательно соединенные усилитель,. компаратор и второй преобразователь импульсов в логический сигнал подключен к третьему входу логического элемента И, а второй вход компаратора подключен к блоку задания уставки.

:К трансформатору напряжения 25 нулевой последовательности подключены последовательно соединенные орган блокировки 26 и блок выдержки време-.. ни 27 и последовательно соединенные блок преобразования сигнала. 28, ограничитель сигналов 29, фазоврацаюций блок 30, фильтр основной частоты 31, формирователь прямоугольных импульсов

32 и инвертор 33. К трансформатору

34 тока нулевой последовательности подключены последовательно соединен- З5 ные ограничитель сигналов 35, фильтр основной частоты 36, формирователь

- прямоугольных импульсов 37, фаэочувствительный блок 38, логический элемент И 39; первь|й преобразователь 40 импульсов в логический сигнал 40, релейный усилитель 41 и исполнитель- .ный орган Я. Последовательно соединенные усилитель 43, компаратор 44 и второй преобразователь импульсов - 45 в логический сигнал 45 включены меж-. ду фильтром основной частоты 36 и третьим входом логического элемента.

И 39. Ко второму входу компаратора

44 подключен блок задания уставки

46. Вторые входы фазочувствительных блоков 38 всех- защищаемых присоединений подключены к выходу инвертора 33.:

Третьи входы логического элемента . И 39 подключены к выходу блока вы- держки времени 27.. Блок преобраэова-: 55 ния сигнала 28 представляет емкостно. активную схему, предназначенную для формирования сигнала необходимой амплитуды и фазы. С целью упрощения конструктивного решения возможен .60 вариант исполнения блока 28 в виде активного делителя. Ограничители сигналов 29 и.35 защищают схему от бросков напряжения и тс®а, возникающих, например, во время переходных : 5 процессов, фазовращаюций блок 30 предназначен для коррекции фазы сиг" . нала, поступающего на фильтр основ-. ной частоты 31 °

В нормальном режиме работы сети напряжение нулевой последовательности V и токи нулевой последовательностй 3 д и др. защищаемых присоединений близки к нулю. На выходе блока выдержки времени 27 фазочувствительного блока 38 и логического элемента И 39 также имеются нулевые сигналы и исполнительные органы 42 ,защицаемых присоединений находятся

,в исходном состоянии. При однофаз ном замыкании на землю напряжение Ъ резко возрастает. Орган блокировки 26 при.этом срабатывает и блок выдержки времени 27 с выдержкой време- ни дает разрешение (логическую единицу ) на логические элементы И 39 всех защищаемых присоединений. Благодаря блокам 26 и 27 обеспечивается

1отстройка от переходных процессов, т.е. устройство защиты работает во время установившегося процесса при однофаэных замаканиях на землю.

При собственных емкостных токах защищаемых присоединений меньших тока минимальной чувствительностиЭ сигФТН A нал на выходе второго преобразователя импульсов в логический сигнал

45 равен логическому нулю, который запрецает работу логических элементов И 39 защицаемых присоединений. При больших токах на выходе блока 45 находится логическая единица, кото рая разрешает рабдту блоков 39. Вве дение блоков 43-46 позволяет повы-, сить помехоустойчивость и селектив ность действия. устройства защиты. При их отсутствии и токах отходяцих линий меньших 3 ;„, йа выходе формирователя прямоу голь ных импульсов 3 7 сигнал U отличен от прямоугольных импульсов и

-это может привести к срабатыванию исполнительных органов защиты соответствующих неповрежденных присоединений.

Пусть замыкание на землю произошло вне группы защищаемых присоедине ний (например на другой подстанции ), тогда сигнал О,поступающий от инвертора 33.на один вход фазочувствительного блока 38,. сдвигается примерно на 180 эл.град. по отношению к другому сигналу О, поступающему с формирователя прямоугольных импульсов

37 на другой вход фазочувствительного блока 38. На-.выходе последнего име- ется нулевой сигнал либо появляются узкие прямоугольные импулвсы, а на вы; ходе первого преобразователя импульсов в логический сигнал 40 логический нуль. Исполнительные органы 42 защища емых присоединений не реагируют.

При замыкании на землю на одном из защищаемых присоединений ток нуле10

1042123

9 вой последовательности иэменлет направление на 180 эл.град. На выходе фазочувствительного блока 38 появляют ся прямоугольные импульсы, близкие к меандру, которые преобразуются в логическую единицу первым преобра- . 5 эователем импульсов 40 и через релей. ный усилитель 41 сигнал поступает

l на исполнительный орган 44, который отключает защищаемое присоединение.

Устройство предназначено для эащиты,ут однофазных замыканий на землю отдельной отходящей линии, обладает высоким быстродействием и селективностью.

1042123

А

ВНИИПИ " Заказ 7142 54 Ти аж 617 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,