Устройство для защиты от повреждений электрической сети

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1275624 (50 4 Н 02 Н 3/17

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3769567/24-07 (22) 10,07,84 (46) 07.12.86. Бюл. Р 45 (71) Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени институт горного дела им, А,А. Скочинского (72) В.А. Коровкин (53) 621.316,925(088.8) (56) Федоров А,А. и др. Электроснабжение промышленныхпредприятий. -11,:

Энергия, 1981, с. 261.

Колосюк В.П. Защитное отключение рудничных электроустановок. -М,:

Недра, 1980, с,148-147, 177-1.78, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПОВРЕЖДЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ. (57) Изобретение относится к области электротехники, в частности к защите электрических сетей с изолированной нейтралью, Цель изобретения — повышение точности и расширение функциональных возможностей путем защиты как от токов утечки, так и от коротких замыканий. С помощью генератора

1 в контролируемую сеть поступает многофазное оперативное напряжение со сдвигом каждой фазы на угол (р — 2n/m, где m — число фаз. При возникновении утечки в контролируемой сети при помощи выпрямителей 19, 20 и интеграторов 24, 25 определяются модули полезных сигналов. Ключ 26 выявляет сигнал с большим абсолютным значением, который подается на перемножитель 21, Выходное напряжение перемножителя 21, пропорциональное активной составляющей тока утечки, поступает на интегратор 22, где вычисляется среднее значение за период, а затем — на пороговый блок 23, Если напряжение на выходе интегратора превышает уставку срабатывания блока 23, формируется команда на включение исполнительного элемента 36 отключающего питание сети. При возникновении короткого замыкания в цепи нагрузки силовых жил увеличиваются токи одновременно в цепях обеих фаз генератора оперативного напряжения. При этом пороговые блоки 33 и 34 срабатывают, в результате на выходе элемента

И 35 формируется команда на включение исполнительного элемента 36, от" ключающего питание сети, 1 ил.

1275624

50

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электрических сетей с изолированной нейтралью, в том числе для горнь|х машин с регулируемым электроприводом.

Цель изобретения — повышение точности и расширение функциональных возможностей путем защиты как от токов утечки, так и от коротких замыканий.

На чертеже приведено предлагаемое, устройство, Устройство содержиг генератор 1 оперативного напряжения с раздели" тельным трансформатором 2 с тремя вторичными обмотками 3 — 5, фазосдвигающий блок б, первый 7 и второй 8 конденсаторы присоединения (фильтры присоединения), первый 9 и второй 10 резисторы нагрузки, первый 11 и второй 12 делители напряжения, первый

13 и второй 14 масштабные усилители, первый 15 и второй 16 инверторы, первый 17 и второй 18 сумматоры, первый

19 и второй 20 линейные выпрямители, перемножитель 21, первый интегратор

22, первый пороговый блок 23 „в торой и третий интеграторы 24 и 25„первый ключ 26 на транзисторах 27 и 28 и . третий 29 и четвертый 30 делители напряжения, второй 31 и третий 32 ключи, второй 33 и третий 34 пороговые блоки, логический элемент И 35, исполнительный элемент 36 и эквивалент утечки сети 37.

Первая З,и вторая 4 выходные обмотки трансформатора 2 включены в противофазе и угол сдвига фаз между напряжениями этих обмоток составляет Т, Эти обмотки через конденсаторы 7 и 8 присоединения соединены с разными полюсами контролируемой сети.

K третьей выходной обмотке 5 подключена фазосдвигающая КЯ-цепь,6, обеспечивающая сдвиг входного сигнала на угол, близкий к Т/2„

Делители 11 и 12 напряжения подключены между полюсами контролируемой сети и землей, Падение напряжения между средними точками делителей

11 и 12 напряжения и землей пропорциональны величине выходного напряжения преобразователя при отсутствии утечки между жилами силовой сети и землей. При наличии утечки между жилами силовой сети,и землей падение напряжения между средней точкой делителя и землей возрастает на величину, пропорциональную току утечки, Падение напряжения на резисторах 9 и

10 нагрузки пропорционально проводимости нагрузки и суммарному току утечки, создаваемому в сети генератором 1 оперативного напряжения и сетевым источником, 1

Инверторы 15 и 16 служат для инвертирования падения напряжения на резисторах 9 и 10 нагрузки ° Масштаб.ные усилители 13 и 14 служат для усиления напряжений, снимаемых с делителей 11 и 12, являющихся аналогом сетевого напряжения, Сумматоры 17 и

l8 служат для суммирования сигналов с выхода усилителя 13 и инвертора

15, и усилителя 14 и инвертора 16, Коэффициенты усиления масштабных усилителей 13 и 14 выбираются такими, чтобы в отсутствие напряжения оперативного генератора сигналы на выходе сумматоров 17 и 18 были близки к нулю °

С выхода сумматоров 17 и 18 сигналы подаются на линейные выпрямители 19 и 20, на выходе которых сигнал является выпрямленным двухполупериодным напряжением. Интеграторы 24 и 25, включенные на выходе линейньгх выпрямителей, выполняют функции фильтров выпрямленного напряжения. На выходе интеграторов 24 и 25 включен первый ключ 26 на транзисторах 27 и 28 разной проводимости и резистивньIx делителях 29 и 30. Средняя точка делителя 26 напряжения на резисторах подключена к базам первого ключа 26, средняя точка делителя 30 — к эмиттерам первого ключа 26, В зависимости от соотношения выходных напряжений интеграторов 24 и 25 открывается один, либо другой транзистор ключа

26. При открывании транзистора 27 открывается второй ключ 31, подающий напряжение с выхода первого сумматора 17 на второй вход перемножителя

21, При открывании транзистора 28 ключа 26 открывается третий ключ 32, и на вход перемножителя 21 подается сигнал с выхода сумматора 18. Ключ

31 при этом запирается. На первый вход перемножителя 21 подается напряжение с обмотки 5 генератора 1, включенной последовательно с фазосдвигающей RS-цепью 6, На выходе перемножителя напряжение пропорционально произведению BxopHbIx сигналов с з 1275 учетом угла сдвит а фазы между ними и равно

13ь„,„=К,Б, 11 соя У<,П, ) =К 10, (1) где U u U — выходные напряжения

RS-цепи би сумматора (17 или 18) соответственно;

1 1 — активная составляющая тока утечки определя-!

10 ющая сопротивление изоляции кабеля, Это напряжение подается на интегратор 22, на выходе которого формируется напряжение, равное среднему

15 значению за время измерения, Это напряжение подается на пороговое устройство 23 и с его выхода — на исполнительный элемент 36. Сигналы с выхода интеграторов 24 и 25 парал20 лельно подаются на второй и третий пороговые блоки 33 и 34 и с их выходов — па входы логической схемы

И 35. При одновременном срабатывании пороговых блоков 33 и 34 на выходе логического элемента И 35 формируется сигнал на включение исполнительного элемента 36.

Сущность предлагаемого изобрете:.ния заключается в следующем, 30

С помощью генератора 1 формируется многофазное оперативное напряжение со сдвигом каждой фазы на угол

Ч = 2 /m, где m — число фаэ. Эти напряжения накладывают независимо на каждую фазу контролируемой сети и измеряют суммарные токи, создаваемые в цепи каждой фазы оперативным генератором 1 и сетевым источником. При этом токи, создаваемые сетевым источником, являются помехами для полезного сигнала, которым является ток, создаваемый в контролируемой сети оперативным генератором. Величина помехи изменяется в широких пределах. Форма кривой тока помех несинусоидальная с крутым передним фронтом и изменяется в значительных пределах в процессе регулирования режимов работы преобразователя. Поэтому отстойка от действия помех является наиболее сложной задачей при разработке средств защиты электрических сетей с тиристорным электроприводом.

Это обеспечивается формированием аналога сетевого напряжения, создаваемого сетевым источником между фа624 4 ами (полюсами) силовой сети и земли, Сформированный аналог сетевого напряжения по величине и форме соответствует помехе, действующей в каналах измерения оперативных токов — в цепях обмоток оперативного генератора, Эти два сигнала — полный ток B цепи фаз генератора оперативного напряжения и аналог сетевого напряжения, суммируют попарно в противофазе, предварительно проинвертировав один из этих сигналов. При этом суммируются сигналы измерительных цепей, подключенных к одной и той же фазе (полюсу) контролируемой сети, В результате на выходе сумматора по- мехи отсутствуют и действует только полезный сигнал, пропорциональный току, создаваемому оперативным генератором 1 в контролируемой сети, При возникновении короткого saмыкания в цепи нагрузки контролируемой сети значительно возрастает ток в цепи фаз оперативного генератора, При этом возрастает уровень полезного сигнала, и по достижении им порогового уровня формируют команду, на отключение контролируемой сети. Причем эту команду формируют по достижении выходными сигналами сумматоров двух и более фаз генератора 1 orfepaтинного напряжения второго порогового уровня. Это условие обеспечивает требуемую селективность действия защиты, Для обеспечения защиты от токов утечки определяется аварийная фаза контролируемой сети. Для этого определяют мод;ли суммарных сигналов в цепи каждой фазы генератора оперативного напряжения и по большему значению суммарного сигнала вычисляют активную составляющую тока утечки, которая однозначно определяет величину сопротивления утечки в контролируемой сети, По достижении активной составляющей тока утечки аварийной фазы первого порогового уровня формируют команду на отключение напряжения в сети.

В обесточенном состоянии контролируемой сети включают генератор 1 оперативного напряжения. С помощью выходных обмоток 3 и 4 генератора оперативного напряжения накладывает" ся на полюса А и В контролируемой сети, При этом создается две цепи для оперативного тока: через нагрузку силовой сети - двигатель Д, и че5 12756

30

При возникновении утечки в контролируемой сети за счет выпрямителей

19 и 20 и интеграторов 24 и ?5 определяются модули полезных сигналов, с помощью ключа 26 выбирается сигнал З5 с большим абсолютным значением и че рез ключи 31 или 32 выбранный сигнал подается на перемножитель 21, На первый вход.перемножителя 21 подается сигнал оперативного генератора 1 с. 40 обмотки 5, первоначальная установка фазы напряжения которой обеспечивается фазосдвигающей КЯ-цепью 6. В соответствии с формулой (11 выходное напряжение перемножителя 21 пропор- 45 рез сопротивление утечки и распределенную емкость силовых жил относительно земли, Падение напряжений на резисторах 9 и 10 нагрузки, пропорциональное сумме проводимости нагрузки силовых жил и утечек жил кабеля, через инверторы 15 и 16 и сумматоры

17 и 18 поступает на выпрямители 19 и 20 и с их выходов — на интеграторы 24 и 25. На выходе интеграторов напряжение равно среднему за время измерения, например один период оперативного напряжения, Это напряжение подается на пороговые блоки 33 и 34 и параллельно — на управляющие входы первого ключа 26, Напряжение с выхода третьего интегратора 25 подключено к базам транзисторов 27 и 28 ключа 26, напряжение с выхода интегратора 24 — к эмиттерам транзисторов ключа 26. При превышении выходным напряжением U . .второго интегратора

24 выходного напряжение U третьего интегратора 25 открывается транзистор 27 ключа 26 и ключ 31, При U U открывается транзистор 28 ключа 26 и ключ 32. В результате сигнал с выхода сумматоров подается на второй вход перемножителя 21. ционально активной составляющей тока утечки и, соответствешю, величине проводимости утечки жил кабеля.

С выхода перемножителя 21 сигнал подается на интегратор 22, где вычисля- 50 ется среднее значение за период, и поступает на пороговый блок 23. При возникновении утечки напряжение на выходе интегратора 22 достигает величины первого порога срабатывания и на выходе блока 23 формируется команда на включение исполнительного элемента 36 обеспечивающего отключени °

Э!

О !

25

24 6 питания сети, При возникновении короткого замыкания в цепи нагрузки силовых жил увеличиваются токи одновременно в цепях обоих фаз генератора оперативного напряжения, При этом по указанным блокам сигналы поступают на второй и третий пороговый блоки ЗЗ и 34, которые срабатывают, в результате на выходе логического элемента И 35 формируется команда на отключение питания контролируемой сети. м

Предлагаемое устройство защиты сети в рабочем режиме обеспечивает предварительный контроль сети от коротких замыканий и от токов утечки до включения напряжения в силовую сеть, При подаче на контролируемую сеть силового питания создаются цепи для возникновения помех в каналах измерения полезного сигнала полюсами.сети через устройства 7 и 8 присоединения, обмотки генератора 1, сопротивления 9 и 10 нагрузки, сопротивления утечки и распределенную емкость сети 37. Одновременно создается цепь формирования аналога сетевого напряженил с помощью делителей 11 н 12, подлюченных к полюсам сети и земле.

Напряжение аналога сетевого питания с делителей 11 и 12 подается на масштабные усилители 13 и 14, коэффициент k усиления которых устанавливают из условия обеспечения равенст" ва напряжений на выходе усилителя 13 (14) и соответствующего ему инвертора при отсутствии полезного сигнала, В результате на выходе сумматоров 17 и 18 выходной сигнал близок к нулю, При включении генератора оперативного напряжения сигнал на выходе сумматоров буцет содержать только полезный сигнал и не содержит помех, создаваемых в цепях измерения работой тиристорных преобразователей ° В дальнейшем работа устройства аналогична приведенному в обесточенном состоянии силовой сети.

Формула изобретения

Устройство для защиты от повреждений электрической сети, содержащее генератор оперативного напряжения с разделительным трансформатором с выходными обмотками, первая из которых подключена к сети через первый фильтр

1275624

Составитель Н, Чутчев

Техред N.Ходанич, КорректоР А. Зимокосов

Редактор Н. Яцола

Заказ 6574/50 Тираж 612 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, 11осква, Ж-35, Раушская наб,, д,4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная 4 присоединения и через первый резистор нагрузки — к земле, а вторая обмотка подключена к фазосдвигающему бяоку, выход которого через последовательно соединенные перемножитель, первый интегратор, первый пороговый элемент подключен к исполнительному элементу, первый датчик аварийного параметра, подключенный между проводом сети „и землей, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных воэможностей путем защиты как от токов утечки, так и от коротких замыканий, в него введены второй датчик аварийного параметра, подключенный между другим проводом сети и землей, первый и второй делители напряжения, первый и второй масштабные усилители, первый и второй инверторы, первый и второй сумматоры, первый и второй выпрямители, первый, второй и третий ключи, второй и третий интеграторы, второй и третий пороговые элементы, при этом выходы последних. подключены к логическому элементу И, выход которого подключен к исполнительному элементу, а разделительный трансформатор генератора оперативного напряжения снабжен третьей обмоткой, подключенной встречно через дополнительный фильтр присоединения и дополнительный резистор нагрузки к другому проводу сети и земле, при этом к точке соединения резистора нагрузки и первой обмотки раздели тельного трансформатора подключен вход первого инвертора, а к точке соединения дополнительного резистора нагрузки и третьей обмотки разделительного трансформатора — вход вто

5 рого инвертора, к выходу каждого датчика аварийного параметра подключены входами первый и второй масштабные усилители соответственно, выход первого из которых соединен с выходом первого инвертора и подключен к входу первого сумматора, выход которого соединен через первый выпрямитель, второй интегратор с входом второго порогового элемента, вход второго

1>:.ìàñøòàáíoão усилителя соединен с выходом второго инвертора и подключен к входу второго сумматора, выход ко торого соединен через второй выпрямитель, третий интегратор с входом третьего порогового элемента, при этом первый выход первого ключа соединен с управляющим входом второго, выходы которого включены между входом второго сумматора и вторым входом перемножителя, а второй выход второго ключа соединен с управляющим входом третьего, выходы которого включены между выходами третьего сумматора и вторым входом перемножителя, 30 причем первый делитель напряжения .подключен к выходу интегратора и земле, а его средняя точка - к первому входу первого ключа, второй делитель напряжения подключен к выходу третьу .его интегратора и земле, à его средняя точка — к второму входу первого ключа.