Устройство для выявления несимметричных режимов работы трехфазной электрической сети

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1269058 А1

1511 4 4 01 R 31/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 13 ц, 1 а

«< е Ф замыкания, кроме случаев, когда определение вида повреждения при измерении только напряжения со стороны питающей подстанции теоретически невозможно . 7 ил

1 табл.

Quz 1

Н ABTGPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3890991/24-21 (22) 05.05.85 (46) 07.11.86. Бюл. Р 41 (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени институт инженеров сельскохозяйственного производства им. В.П. Горячкина (72) И.Н. Козырев, P.Ш. Сагутдинов, и Н.А. Григорьева (53) 621.317.3(088.8) (56) Алексеенко А,Г. Коломбет E.À. и Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых ИС.-M.: Советское радио", 1980, с.174.

Носов Ю.P. и Суров А.С. Оптроны и их применение.- M.: Радио и связь 1981, с.232.

Колосов В,Г. и Мелехин В.Ф. Проектирование узлов и систем автоматики и вычислительной техники — JI.: Энергоатомиздат, 1983.

Авторское свидетельство СССР

1г. 1080229, кл. Н 02 Н 3/16, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ НЕСИММЕТРИЧНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТРЕХФАЗНОЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ (57) Изобретение относится к технике релейной защиты и противоаварийной автоматики в электрических установках и может быть использовано для выявления несимметричных режимов работы в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью. Цель изобретения — повышение достоверности выявления несимметричных режимов работы в трехфаэных электрических сетях путем выделения вида повреждений иповрежденной фазы при различных видах замыкания на землю. Поставленная цель достигается тем, что в устроиство, содержащее три преобразователя 1,2 и 3 напряжения и амплитудные детекторы 4,5 и 6, дополнительно введены двухпороговые компараторы

7,8 и 9, блоки 10 11 и 12 согласования уровней, блок 13 дешифрации и блок 14 индикации. Устройство определяет поврежденную фазу как при разрыве фазы, так и при однофаэном замыкании на землю с любой полнотой

1269058

10

20

3S

55

Изобретение относится к технике релейной защиты и противоаварийной автоматики в электрических установках и может быть использовано для выявления несимметричных режимов работы в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью.

Целью изобретения является повышение достоверности выявления несимметричных режимов работы трехфаэной электрической сети путем выделения вида повреждения и поврежденной фазы при различных видах замыкания на землю.

На фиг.1 представлена схема. устройства, на фиг.2 — схема преобразователя уровня; на фиг.3-7 — векторные диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит три преобразователя 1-3 напряжения, амплитудные детекторы 4-6, двухпороговые компараторы 7-9, три блока 10-12 согласования уровней, дешифрирующий блок 13 и блок 14 индикации.

Выходы преобразователей 1-3 напряжения подключены к входам соответствующих амплитудных детекторов 4-6, выходы амплитудных детекторов 4-6 подключены к соответствующим неинвертирующим входам двухпороговых компараторов 7-9. К инвертирующим входам компараторов 7-9 подключены вхЬды амплитудных детекторов 4-6 отстающей, по отношению к подключенной к неинвертирующему входу фазы, Выходы двухпороговых компараторов

7-9 подключены к соответствующим входам блоков 10-12 согласования уровней, выходы соответствующих блоков 10-12 подключены к соответствующим входам дешифрирующего блока . 13, выходы дешифрирующего блока 13 подключены к соответствующим входам блока 14 индикации.

Напряжения фаз А,В.С, относительно земли преобразуются преобразователями 1-,3 напряжения и поступают

1на входы соответствующих амплитудных детекторов 4-6, где выделяются амплитудные огибающие данных напряжений.

Полученные сигналы поступают на входы двухпороговых компараторов "-9 и сравниваются между собой, причем компаратор 7 сравнивает амплитуды напряжений относительно земли фаэ

А и В, компаратор 8 — фаэ В и С, а компаратор 9 — фаз С и А.

На каждом из выходов комнараторов

7-9 в результате сравнения выходных сигналов может быть три величины напряжения. Рассмотрим работу устройства на примере компаратора 7. При сигнале с выхода амплитудного детектора 4, меньшим, чем с выхода амплитудного детектора 6, выходное напряжение компаратора 7 близко к напряжению источника питания и имеет положительный знак, Если сигналы равны то выходное напряжение компарато ра 7 равно нулю. В случае превышения сигнала с выхода амплитудного детектора 4 над сигналом с выхода детектора 5 выходное напряжение компаратора 7 становится отрицательным и близким к напряжению источника питания.

Для согласования уровней и знаков выходного напряжения с логическими уровнями сигналы с выходов компараторов 7-9 поступают на входы соответствующих блоков 10-12 согласования уровней.

Каждый блок 10-12 имеет два выхоПри наличии на входе блока согласования уровней положительного сигнала, на выходе "Меньше" будет напряжение 4,7 B соответствующее уровню логической единицы. К светодиоду оптронной пары приложено обратное напряжение (он не светится), и следова— тельно, сопротивление фотореэистора велико и на выходе "Больше" — логическая единица (светодиод светится, сопротивление фотореэистора мало) (фиг.2). Дешифрирующий блок 13 может быть реализован либо с помощью диодов, либо на элементе И-НЕ или ИЛИ-НЕ.

Возможно использование в качестве дешифрирующей схемы программируемого запоминающего устройства (ПЗУ). При этом выходы блоков согласования уровней подключены к адресным входам, а в соответствующие ячейки памяти записана необходимая информация.

Комбинация выходных сигналов блока 13 зависит от сочетания входных сигналов и должна во всех случаях соответствовать таблице состояний дешифрирующего блока 13.

Как показано на фиг.3-7, при замыкании на землю одной фазы в сетях с изолированной нейтралью вектор напряжения Uy- смещения нейтрали при изменении полноты замыкания переме126<1058 4 щне «.я TI< нуг» <.<..ру <.««< н, описанной радиусом 1,,/2 (Г,-, — фавн< е напряжение) из т яки, лежащей посередине вектора поврежденной фазы. При этом векторы напряжений фаз относительно эем и изменяются соответствующим образом.

Проследив изменение фазных напряжений относительно земли от 0 до

1, можно выделить четыре характер- 1О ных зоны, 1. Полнота замыкания на землю близка к нулю (фиг.3). Изменение величин фазных изменений напряжений не выходит за пределы изменений 15 напряжений при естественной несимметрии, Определение повреждений крайне затруднительно.

2. 11олнота замыкания меньше 0 5, но больше, чем в пункте 1 (фиг.4).

Вектор напряжения опережающей, по отношению к поврежденной, фазы имеет наибольшую величину. Вектор отстающей фазы минимальный, а вектор поврежденной фазы имеет промежуточ- 25 ную величину.

3. Полнота. замыкания равна 0,5 (фиг.5). Вектор опережающей фазы максимальный. Векторы поврежденной и отстающей фаз равны по величине.

Эта точка совершенно эквивалентна разрыву в фазе. Отличить замыкание на землю с полнотой замыкания, равной 0 5 от разрыва фазы только по фазным напряжениям без дополнительной информации невозможно.

4. Полнота замыкания больше 0 5 (фиг.б). Вектор опережающей фазы— максимальный. Вектор поврежденной фазы — минимальный. Вектор отстающей фазы имеет значение меньшее, чем вектор опережающей фазы, но большее, чем вектор поврежденной фазы. При разрыве фазы вектор поврежденной фазы имеет максимальную вели- 45 чину, а векторы отстающей и опере- жающей фаз отличаются по величине друг от друга только вследствие ес- . тественной,несимметрии и практически равны (фиг.7).

Проанализировав все случаи, можем записать алгоритм определения вида повреждения и поврежденной фазы.

Замыкание на землю имеет место, если напряжение относительно земли 55 на одной из фаз больше, чем на других двух и величины оставшихся фазных напряжений не равны между собой.

При эт ом поврежденной будет фаза, следу<.«пая за имеющей максимальное напряжение фазой относительно земли.

Разрыв имеет место, если напряжение относительно земли одной фазы больше, чем двух других, и последние по величине равны между собой. При этом поврежденной фазой будет имеющая максимальное напряжение относительно земли.

Нормальный режим имеет место, если напряжения всех трех фаэ относительно земли равны между собой.

Данный алгоритм позволяет определять вид повреждения при замыкании на землю (при любой полноте замыкания), а также при разрыве фазы. Исключение составляет точка с полнотой замыкания 0,5. При замыкании на землю с указанной полнотой замыкания будет индицироваться разрыв фазы.

Однако вероятность попадания именно в эту точку весьма мала. Замыкания на землю с полнотой замыкания, близкой к нулю, будут восприниматься устройством как нормальный режим. Однако такое повреждение практически не влияет на работу сети и считаться повреждением не может.

В таблице приведены состояния дешифрирующего блока.

На соответствующем выходе дешифрирующего блока 13 единица соответствует наличию единичного логического сигнала при соответствующей комбинации сигналов на входе дешифрирующего блока. Ноль на выходе (в таблице состояний) соответствует наличию нулевого логического сигнала на соответствующем выходе дешифрирующего блока при соответствующей комбинации сигналов на его входе.

Устройство работает следующим образом.

1, Нормальный режим или замыкание на землю с полнотой замыкания, равной нулю (фиг.3).

Сигналы, поступающие с преобразователей 1-3 напряжения на амплитудные детекторы 4-6, по величине равны. Сигналы на выходах амплитудных детекторов также равны. На инвертирующий и неинвертирующий входы двухпороговых компараторов 7-9 поступают одинаковые напряжения. На выходе каждого иэ компараторов уро:вень напряжения равен нулю, следовательно, на всех выходах блоков

1269058 из сигнальных элементов.

2. Замыкание на землю с полнотой замыкания меньше 0,5 (фиг.4). Повреждена фаза В.

С выхода преобразователя 1 напряжения поступает сигнал максимального уровня, с выхода первичного преобразователя 3 — минимального. Следовательно, на выходе амплитудного детектора 4 напряжение максимальное, а на выходе амплитудного детектора

6 — минимальное, На неинвертирующем входе компаратора 7 сигнал больше, чем на инвертирующем входе, следовательно, на выходе компаратора напряжение отрицательное ° Это напряжение поступает на вход блока 10 согласования уровней и на выходе

"Больше" появляется логическая единица а на выходе нМеньшен — логический ноль. На неинвертирующем входе компаратора 8 напряжение больше, чем на инвертирующем, следовательно

его состояние, а также состояние блока 11 согласования уровней аналогично состояниям компаратора 7 и блока 10 согласования уровней соответственно. Сигнал на инвертирую- щем входе компаратора 9 больше, чем на неинвертирующем. На выходе компаратора 9 сигнал положителен, значит на выходе "Больше" блока 12 согласо- щ вания уровней — логический ноль, а на выходе "Меньше" - логическая единица, Таким образом, на вхоцы дешифрирующего блока 13 поступает комбинация сигналов 101001 (поз.7 таблицы состояний дешифрирующего блока 13). Это соответствует таблице состояний комбинации выходных сигналов А-О, В-1; С-О, ЗНЗ-1, разрыв — О. И в блоке 14 индикации загораются элементы индикации "ЗНЗ" и иви

10-12 — логический ноль, На входах дешифрирующего блока 13 — нулевые уровни. Соответствующие выходные сигналы по диаграмме состояний дешифрирующего блока 13 (позиция 1 таблицы), а также нулевые уровни поступают на блок 14 индикации„ и на последнем не светится ни один

3. Разрыв фазы А и случай замыкания на землю фазы В с полнотой замыкания, равной 0,5 (фиг.5 и 7).

С выхода первичного преобразователя 1 напряжения поступает сигнал максимального уровня, с выходов пре5

35 образователей 2 и 3 напряжения — равные между собой по величине сигналы.

При этом на выходе амплитудного детектора 4 — максимальное напряжение, а на выходе амплитудных детекторов

5 и 6 — одинаковые, На неинвертирующем входе компаратора 7 напряжение больше1 чем на инвертирующем, и напряжение на его выходе отрицательно.

На выходе "Больше" блока 10 согласования уровней — логическая единица, а на выходе Меньшен — логический ноль, На инвертирующем входе компаратора 9 сигнал больше, чем на неинвертирующем, и на его выходе положительное напряжение. На выходе "Больше" блока 12 согласования уровней — логический ноль> а на выходе нМеньше логическая единица.

На оба выхода компаратора 8 поступают одинаковые сигналы. На его выходе — нулевое напряжение. Следо— вательно, на обоих выходах блока 11 согласования уровней — логические нули. На входах дешифрирующего блока

13 комбинация сигналов 100001 (позиция 5, таблицы).

По таблице состояний соответствующая комбинация сигналов А-1, В-О, С-О, ЗНЗ-О, разрыв — 1, и на блоке индикации загораются элементы индикации "А" и "РФ" ("Разрыв фазы").

4. Замыкание на землю фазы В с полнотой замыкания, большей 0,5 (фиг,6), С выхода первичного преобразователя 1 напряжения поступает сигнал максимальной амплитуды, а с выхода преобразователя 2 напряжения — минимальной амплитуды. На неинвертирующий вход компаратора 7 с амплитудного детектора 4 поступает напряжение большее, чем на инвертирующий вход с амплитудного детектора 5. На неинвертирующий вход компаратора 8 с амплитудного детектора 5 поступает напряжение меньшее, чем на неинвертирующий вход компаратора 9 с амплитудного детектора 6. На неинвертирующий вход компаратора 9 с амплитудного детектора 6 поступает сигнал, меньший чем на неинвертирующий вход амплитудного детектора 4. При этом на выходе компаратора 7 — отрицательное напряжение, а на выходе компаратора 8 и 9 положительное. Соответственно на выходе "Больше" блока 10 согласования

1269058

11озиция

3 уровней — логическая единица, а на выходе Меньше" — логический ноль.

На выходе блоков 11 и 12 согласования уровней — логический ноль на выходах

"Больше" и логическая единица — на

11 If

5 выходах Меньше . На входы логической матрицы поступает комбинация сигналов 100101 (поз.8 таблицы), что по таблице состояний соответствует комбинации выходных сигналов: А-О, В-1, С- 1; ЗНЗ-1, разрыв-О. Эти сигналы поступают на вход блока индикации, который покажет "ЗНЗ" и "В .

При повреждениях других фаз устройство работает аналогично. t5

В предлагаемом устройстве сигналы с выходов амплитудных детекторов, пропорциональные напряжениям фаз относительно земли, сравниваются друг с другом. 20

При этом настройка устройства не нужна (выставление порогов не требуется). Значительно уменьшается зона нечувствительности компараторов.

Кроме того, устройство уверенно распознает два режима: замыкание и разрыв в фазе, причем замыкание на землю выявляется при любой полноте замыкания, за исключением незначительного участка с полнотой замыкания, близкой к нулю, т.е. когда искажение векторной диаграммы напряжений (по сравнению с нормальным

1 режимом работы сети) аналогично вызванному естественной несимметри ей.

При полноте замыкания на землю р, близкой к 0,5, устройство определяет замыкание на землю как "Разрыв".

Таким образом, устройство определяет поврежденную фазу как при разрыве фазы, так и при однофазном замыкании на землю с любой полнотой замыкания Ь, кроме случаев, 45 когда определение вида повреждения при измерении только напряжения со стороны питающей подстанции теоретически невозможно.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для выявления несимметричных режимов работы трехфазной электрической сети, содержащее три преобразователя напряжения, каждый из которых подключен к соответствующей фазе электрической сети, к выходам преобразователей напряжений подключены соответствующие амплитудные детекторы, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности выявления несимметричных режимов работы трехфазной электрической сети, в него введены три двухпороговых компаратора, три блока согласования уровней, имеющих по два логических выхода, дешифрирующий блок и блок индикации, причем выход первого амплитудного детектора соединен с прямым входом первого двухпорогового компаратора и инверсным входом третьего двухпо- . рогового компаратора, выход второго амплитудного детектора соединен с прямым входом второго двухпорогового компаратора и инверсным входом первого двухпорогового компаратора, а выход третьего амплитудного детектора — с прямым входом третьего двухпорогового компаратора, и инверсным входом второго двухпорогового компаратора, выходы трех двухпороговых компараторов соединены с соответствующими входами трех блоков согласования уровней, выходы которых соединены с соответствующими входами дешифрирующего блока, а выходы последнего соединены с соответствующими входами блока индикации.

О !

О 1 1 дых1 ходы деяифрирующей схемы

О 1 О 0 0

О 1 О 0 1

О О 1 О 1

1 О 1 О О

0 О 0 1 О 1

О 1 О 1 О 1

О О 1 О 1

1 (7 ! (родолжеиие т леопиды

Выходы дешифрирующей схемы

1 О, 1 О

1 О 1 О

О 1 О

1 О О 1

О 1 1 О

О 1 1 О

О 1 1 0

О 1 О 1

1269058

Уиг,7

Составитель К. Шубин

"едактор Н. Егорова Техред Л. Сердюкова Корректор M-Максимишинец

Заказ 6030/47 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4