Централизованное устройство для направленной защиты от замыкания на землю в сети с изолированной или компенсированной нейтралью

 

Изобретение относится к электро ., в частности к устройствам централизованной направленной защиты от зa ыкaIшя на землю в сети с изолированной или компенсированной нейтралью. Целью изобретения является noBbnnefme селективности и устойчивости функционирования устройства, При замыкании иа землю сигналы логической 1 появляются на выходе датчика 5 поврежденного присоединения и на выходе датчиков 6 остальных присоединений . Поскольку начальный знак переходного тока i в поврежденном

Саоз СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ11СТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (l9I (II) 22 А1

658 4 H 02 Н 3/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ Н014ИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ It ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3735748/24-07 (22) 04.05,84 (46) 07.12.86. Бюл. Р 45 (71) Ивановский ордена "Знак Почета" энергетический институт им. В.И.Ленина (72) О. В.Лебедев, В. А Луии, Л.М. Чухин и А.К,Полкошников (53) 621,316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 147636, кл. H 02 П 3/16, 1962.

Матти Шайя Абу Щушани. Исследование переходных процессов и разработка устройства защиты от замыкания фазы на землю в сетях собственных нужд тепловых блочных электростанций, Автореферат канд, диссертации, Минск, 1981. (54) ЦЕНТРЛЛИЗОВАН11ОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

НЛПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА

ЗЕМЛЮ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ ИЛИ КОМПЕНСИРОВАННОЙ ИЕЙТРАЛЬЮ (57) Изобретение относится к электро.тех п ке, в частности к устройствам централизованной направленной защиты от замыкания иа землю в сети с. изолированной или компенсированной нейтралью. Целью изобретения является повышение селективности и устойчивости функционирования устройства, При замыкании на землю сигналы логической "1" появляются на выходе датчика 5 поврежденного присоединения и на выходе датчиков 6 остальных при" соединений. Поскольку начальный знак переходного тока 1 в поврезденном

1275622 присоединении совпадает с начальным знаком скорости нарастания напряжения сигнал логической "1ll в этот начальный момент замыкания появляется также на выходе датчика 16. Одновременно выходной сигнал с блока о

7 автоматического изменения порога ,срабатывания уменьшает порог срабатывания всех датчиков мгновенных зна чений тока, Так как сигналы логической "1" появляются в начальный момент только на входах элемента И 18 ! в поврежденном присоединении, то в

Изобретение относится к технике .релейной защиты электрических систем и предназначено для осуществления централизованной селективной зашиты или сигнализации (защиты с действием на сигнал) замыканий на землю (КЗ) в сетях, работающих с изо- лированной нейтралью или с компенсацией емкостных токов, Цель изобретения — повышение селективности и устойчивости функционирования, На чертеже представлена структурно-функциональная схема устройства, Устройство содержит фильтры 1 тока нулевой последовательности (например, трансформаторы тока нулевой последовательности), установленные на п защищаемых присоединениях, выходы которых подключены к формирователям 2 сигналов тока, Каждый из фррмирователей 2 включает в себя согласующий трансформатор 3 и фильтр, низших .частот 4, датчики знака полуволн положительной 5 (датчик знака

l +") и отрицательной 6 (датчик знака "-") полярностей. Датчики знака выполнены по схемам компараторов напряжения, на первые входы которых поДается напряжение с выхода фильтра

4, а на вторые (управляющие) входы " опорное напряжение U с выхода блока 7 автоматического изменения пороra срабатывания, задающее порог срабатывания компараторов 5 и б.

Блок 7 представляет собой управляемый источник опорного напряжения

U значение которого изменяется в

all

35 элементе оперативной памяти 24 поврежденного присоединения появляется запись информации с элемента .ИЛИ 23. Передача информации из элементов 24 в соответствующие элементы 25 долговременной памяти разрешаются только при подаче синхронизирующего сигнала с выхода элемента 11 задержки на срабатывание. Срабатывание элемента 25 долговременной памяти обусловливает срабатывание соот,ветствующего исполнительного элемента 26, 1 ил. заданное число раз при подаче на вход блока управляющего логического сигнала. К фильтру 8 напряжения нулевой последовательности подключен пусковой орган 9 напряжения, включающий последовательно соединенные пороговый элемент 10 и элемент 11 задержки на срабатывание, и формирователь 12 сигналов опорного напряжения, содержащий согласующий трансформатор 13, фильтр 14 низших частот, блок 16 дифференцирования сигнала на выходе формирователя 12 сигналов опорного напряжения, формирующий опорную величину, пропорциональную скорости нарастания (изменения) мгновенных значений напряжения нулевой последовательности в момент возникновения К3, и датчики 16 и 17 знака + и — мгновенных значений

ll опорного напряжения, аналогичные датчикам знака 5 и 6. Пороги срабатывания датчиков 16 и 17 знака не изменяются, поэтому напряжение Uù на их входы не подается.

Выходы датчиков 5 и 6 знака в цепях тока подключены к первым входам элементов И 18 и 19, к вторым входам которых присоединены выходы датчиков 16 и 17 знака мгновенных значений опорного напряжения. Одновременно выходы всех датчиков знака мгновенных значений тока подключены к входам быстродействующего токового пускового органа 20, включающего элемент ИЛИ 21 на два входа и элемент 22 задержки на возврат.

Выходы элементов И 1 8 и 19 через з 1275 элемент ИЛИ 23 подключены к записыва- ющим входам элементов 24 оперативной памяти, выходы которых присоединены к записывающим входам элементов 25 долговременной памяти, а выходы последних — к исполнительным элементам 26. В качестве элементов оперативной и долговременной памяти в устройстве применены триггеры, управляемые синхронизирующими сигна- 1О лами.

В качестве исполнительных элементов 26 при действии защиты на сигнал могут быть использованы индификационные элементы, а при необходи- 15 мости действия на отключение — реле, Выход быстродействующего токового пускового органа 20 подключен к входу блока 7 автоматического изменения порога срабатывания датчиков знака мгновенных значений тока и через элемент ИЛИ 27, второй вход которого присоединен к выходу порогового элемента 10 пускового органа напряже-. ния, — к входам блока 28 автоматического cTHpQIIHH информации с элементов оперативной памяти и блока

29 синхронизации записи информации в элементы оперативной памяти. Блок

» 28 представляет собой формирователь кратковременных стирающих импульсов по фронту входного сигнала, выход блока 28 подключен к стирающим входам элементов 24 оперативной памяти °

Блок 29 синхронизации содержит последовательно включенные элемент 30 задержки на срабатывание и формирователь 31 кратковременного импульса по фронту входного сигнала, выход которого подключен к синхронызирующим входам элементов 24 оперативной

40 памяти °

Выход элемента 11 задержки пускового органа 9 напряжения подключен к входам синхронизации записи информации в элементы 25 долговремен-45 ной памяти. Контакт 32 (кнопки или реле), подключенный к стирающим входам элементов долговременной па- мяти, служит для ручного или автоматического воаврата в исходное состоя. ние (квитирования) элементов долговременной памяти и исполнительных элементов, Устройство работает следующим образом.

При отсутствии К3 на защищаемых присоедийениях пусковой орган 9 напряжения, быстродействующий токовый

622 4 пусковой орган 20, элементы 24 и

25 оперативной и долговременной памяти, исполнительные элементы 26, датчики 5 и 6 знаков мгновенных значений токов и датчики 16 и 17 знаков мгновенных значений опорного . напряжения находятся в исходном состоянии, при котором сигналы на их выходах отсутствуют (соответствуют уровню логического "0 ), При возникновении в сети КЗ броски переходных токов в присоединениях и появившееся напряжение П обуславливают появление сигналов логической 1 на выхо11 II дах датчиков 5, 6, 1 6 и 1 7 знака, Примем для опр едел енно с ти > ч то К3 произошло н а первом при соеди нении и ч то начальный знак переходного тока 1 в н ерв ом присоединении и оложит елен . Тогда в начальный момент

К3 сигналы логической " 1 " появляютс я н а выходе датчика 5 знака мгнов енных значений " +" первого присо еди нения, датчиков 6 знака мгновенных значений тока -" остальных при соедине ний . Поскольку начальный знак переходного тока i, в поврежденном присоединении всегда совпадает с начальным знаком скорости нарастания

П1 напряжения (i -- - ), то сигнал опо 5 Д логической н1" в начальный момент КЗ появляется также на выходе датчика

16 знака мгновенных значений опорного напряжения "+". Появление сигнала логической "1" на выходе хотя бы одного иэ датчиков 5 или 6 знака обуславливает срабатывание быстродействующего токового пускового органа 20 и появление сигнала логической "1" на его выходе, При подаче на вход блока 7 сигнала логической "1" напряжение па его выходе уменьшается, обеспечивая уменьшение порога срабатывания всех датчиков мгновенных значений тока.

Уменьшение порога срабатывания в цепях тока исключает возможность неправильных срабатываний защиты в случаях, когда крутизна переднего фронта сигнала на входах датчиков 5 и 6 знаков, подключенных к какому-либо неповрежденному присоединению, в начальный момент КЗ оказывается больше, чем на входах датчиков 5 и 6 знака поврежденного присоединения (например, из-за различия характеристик ТТНП), и последние могут не успеть сработать до подачи синхрони-.

5 1 зирующего сигнала, разрешающего за пись информации и элементы 24 опе-, ративной памяти. Кратность изменения порога срабатывания датчиков 5 и 6 знака мгновенных значений тока, задаваемая кратностью изменения напряжения U „ на выходе блока 7, выбирается с учетом возможных различий и разбросов характеристик ТТНП и минимально возможных кратностей переходных токов i в поврежденном и неповрежденных присоединениях.

Уменьшение порога срабатывания датчиков 5 и 6 знака с помощью блока

7 при срабатывании хотя бы одного из них обеспечивает подачу синхронизирующего сигнала, разрешающего запись информации в элементы опера тивной памяти; .только тогда, когда на выходе датчика (5 или 6) знака поврежденного присоединения сформировался сигнал логической "1", Для того, чтобы к моменту подачи: указанного синхронизирующего сигнала был сформирован также и сигнал логической "1" на выходе датчиков 16 или 17 знака мгновенных значений частотные характеристики (амплитудные и фазовые) формирователя сигналов напряжения 12 и сигналов тока 2 в линейной части их проходных характеристик согласованы таким образом, чтобы при любых частоте и постоянной затухания переходного тока ið и напряжения U обеспечить большие значения сигналов (напряжений) на выходах датчиков 16 и 17 знака, чем на выходах датчиков 5 и 6 знаиа, Так как оба сигнала логической

"1" появляются в начальный момент

К3 только на входах элемента И 18 поврежденного присоединения, то и на выходах элементов ИЛИ 23 сигнал также появится только на поврежденном присоединении. Записи информации в элемент 24 оперативной памяти предшествует стирание любой информации (записанной, например, от помех) со всех элементов 24 кратковременным сигналом, формируемым блоком

28 стирания при подаче на его вход через элемент ИЛИ 27 сигнала с выхода быстродействующего токового пускового органа 20. Сигналом с выхода элемента ИЛИ 27 осуществляется также запуск блока 29 синхронизации, на выходе которого с задержкой, превышающей длительность стирающего

275622 б импульса на выходе блока 28, появляется кратковременный синхронизирующи и импульс .

Элемент 22 задержки на возврат

5 обеспечивает подачу синхронизирующего импульса только в начальный момент КЗ, когда начальные соотно- . шения знаков переходных токов i u опорной величины еще »е нарушены, 1ð Для этого время возврата элемента

22 выбирается большим длительности полупериода, соответствующего минимально возможной частоте колебаний переходного Фока io, и больше максимально большой задержки в появлении сигнала на выходе порогового элемен1 та 10 пускового органа напряжения, Сигнал с выхода порогового элемента

10, подаваемый на второй вход эле20 мента ИЛИ 27, обеспечивает возврат в исходное .состояние блока 29 синхронизации только при исчезновении напряжения (т,е, после ликвидации

КЗ в сети), чем исключается возмож25 ность неправильных действий защиты при коммутационных переключениях в сети в условиях устойчивого замыкания. При подаче сигнала с выхода блока 29 на синхронизирующие входы элементов оперативной памяти разрешается запись информации от сигналов с выходов элементов ИЛИ 23.

Поскольку в момент подачи синхронизирующего сигнала сигнал логической

"1" будет на выходе элемента ИЛИ 23

35 только поврежденного присоединения, то и запись информации происходит только в элемент 24 оперативной памяти поврежденного присоединения.

Передача информации из элементов 24 оперативной памяти в соответствующие элементы 25 долговременной памяти разрешается только при подаче синхронизирующего сигнала с выхода элемента 11. Срабатывание элемента долговременной памяти обуславливает срабатывание соответствующего исполнительного элемента 26, Возврат исполнительных элементов и элементов долговременной памяти в исходное состояние. осуществляется подачей кратковременного стирающего импульса через контакт 32 (кнопки при квитировании вручную или реле при автоматичес.— ком квитировании).

55 Использование в предлагаемом устройстве сравнения знаков электрических величин непосредственно в пере<одном процессе в :сочетании с праквостью.

7 1275 тическим мгновенным пуском защиты по току любого присоединения и автоматическим уменьшением порога срабатывания датчиков знака мгновенных значений тока в момент возникновения

КЗ обеспечивает упрощение зашиты з а счет уменьшения числа запомни ощих элементов и схем их взаимной блокировки и одновременно повышает устойчивость ее функционирования при малых значениях входных сигналов на неповрежденных присоединениях (без увеличения числа пороговых и запоминающих элементов). В предлагаемом устройстве полоса пропускания фильтров низших частот в формирователях сигналов в цепях тока и напряжения может быть существенно расширена и ограничивается сверху практически только частотами, при которых возмож- 20 ны искажения начальных. фазовых соотношений электрических величин переходного процесса фильтрами тока и напряжения нулевой последовательности и соединительными проводами от них (такие искажения, как показали. теоретические и экспериментальные исследования, практически возможны при частотах, больших

100 кГц), что позволяет обеспечить значительное повышение чувствитель ности защиты, прежде всего в сетях, содержащих в основном линии малой протяженности.

Предлагаемое устройство за счет использования в качестве опорпои

35 величины дБ /М пекритично к искажениям соотношений начальных знаков переходных токов i и напряжений

U за счет смещения нейтрали, а тако

40 же обладает высокой помехоустойчиФормула изобретения

Централизованное устройство для

45 направленной защиты от замыкания на землю в сети с изолированной или компенсированной нейтралью, содержа- щее общие для всех и присоединений фильтр напряжения нулевой последовательности, подключенный своим выходом к входу пускового органа, включающего в себя пороговый элемент и элемент задержки на срабатывание, и к входу формирователя сигналов 55

BHHHIIH Заказ 6574/50

622 8 опорного напряжения, блок автоматического стирания информации, выход которого подключен к стирающим входам элементов оперативной памяти, и на каждое из и присоединений фильтр тока нулевой последовательности, подключенный через формирователь сигналов тока к датчикам знака мгновенных значений тока нулевой последовательности, выходы которых подключены к первым входам элементов И, вторые входы которых присоединены к выходам соответствующих датчиков знака мгновенных значений опорного напряжения, а выходы упомянутых элементов И подключены через последовательно соединенные элемент ИЛИ, элементы оперативной и долговременной памяти к исполни-. тельному органу, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения: селективности и устойчивости функционирования, в него введены быстродействующий токовый пусковой орган с 2п входами, блок автоматического изменения порога срабатывания, блок синхронизации записи информации в элементы оперативной памяти, блок дифференцирования сигнала и элемент

ИЛИ на два входа, при этом 2п входов быстродействующего токового пускового органа подключены к выходам всех упомянутых датчиков знака мгновенных значений тока, выход — к входу блока автоматического изменения порога срабатывания и через введенный элемент ИЛИ, второй вход которого присоединен к выходу :порогового элемента пускового органа напряженияк входам блока автоматического стирания информации оперативной памяти и введенного блока синхронизации записи информации в элементы оперативной памяти, выход которого подключен к синхронизирующим входам элементов оперативной памяти, а блок дифференцирования сигнала подключен своим входом к выходу формирователя сигналов опорного напряжения, а выходом — к входам датчиков знака мгновенных значений опорного напряжения, причем выход блока автоматического изменения порога срабатывания соединен с управляющими входами упомянутых датчиков знака мгно" венных значений тока.

Тираж 612 Подписное

Производств.-полиграф. пред-е, г. Ужгород, ул. Проектная, 4