Устройство для защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты от замыканий на землю и для засдаты человека от поражения током. Цель изобретения - повышение чувствительности , быстродействия и селективности работы устройства. При появлении однофазного замыкания на землю напряжение нулевой последовательности с выхода фильтра 1 через дифференцирующее звено 2 поступает на вход пускового органа 20 и при превышении им уставки срабатывания пусковой орган разрешает работу пороговых элемештов 18 и 19. Одновременно сигнал с дифференцирующего звена 2 поступает через усилитель-ограничитель 4 в подмагничивающие обмотки 5 и 6 трансформаторов тока нулевой последовательности 7 и 8, где складывается с токами защищаемых присоединений 9 и 10. На поврежденном присоединении сигналы будут находиться в фазе, а на неповрежденных - в противофазе. Следовательно , амплитудный детектор 15 однозначно выберет присоединение с замыканием и через соответствующий пороговый элемент даст команду на отключение поврежденного присоединения. Одновременно выходным сигналом с порогового органа блокируется амплитз дный детектор 15. 1 ил. с S СО ел о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 Н 02 H 3 16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 39 24406 /24-0 7 (?2) 09.07.85 (46) 30.11.87. Вюл. № 44 (71) Восточный научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности (72) B.О.Жидков, П1,Н,Ильин и А„В,Полозков (53) 621.316,9?5(088„8) (56) Авторское свидетельство СССР № 458070, кл. H О? Н 3/16, 1976.

Авторское свидетельство СССР

¹ 517970, кл. Н 02 Н 3/16, !977, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПЯТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛ10 В СЕТИ С

ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬМ (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты от замыканий на землю и для защиты человека от поражения током, Цель изобретения — повышение чувствительности, быстродействия и селективности работы устройства. При появлении однофазного замыкания на землю напря„„SU„„1356101 жение нулевой последовательности с выхода фильтра 1 через дифференцирующее звено ? постугает на вход пускового органа 20 и при гревышении им уставки срабатывания пусковой орган разрешает работу пороговых элементов

18 и 19, Одновременно сигнал с дифференцирующего звена ? поступает через усилитель-ограничитель 4 в подмагничивающие обмотки 5 и 6 трансформаторов тока нулевой последовательности

7 и 8, где складывается с токами защищаемых присоединений 9 и 10. На поврежденном присоединении сигналы будут находиться в фазе, а на неповрежденных — в противофазе. Следова<9 тельно, амплитудный детектор 15 одно— значно выберет присоединение с замыканием и через соответствующий порогоный элемент Ласт команду на отклонение поврежденного присоединения, Одновременно выходным сигналом с порогового органа блокируется амплитудный детектор 15. 1 ил. С

1 135610

Изобретение относится к релейной защите распределительных электрическйх сетей напряжением 6-10 кВ и может быть использовано в устройствах защит с; от замыкания на землю и поражения электротоком при однофазном прикосновении человека.

Цель изобретения — повышение чувствительности, быстродействия и селективности работы устройства.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство для защиты от однофаз- 16 ных замыканий на землю в сеаях с изолированной нейтралью состоит из фильтра 1 напряжения нулевой последовательности, к вторичной обмотке которого подключено дифференцирующее звено 2. 2п

Первичная обмотка фильтра 1 присоединена к шинам 3 подстанционного распредустройства.

К выходу дифференцирующего звена подсоединен усилитель-ограничитель 4, 25 выход которого подключен к подмагничивающим обмоткам 5 и 6 трансформаторов 7 и 8 тока нулевой последовательности, установленных на кабелях защищенных присоединений 9 и 10. К вто- 30 ричным обмоткам 11 и 12 трансформаторов 7 и 8 тока присоединены входами выпрямители 13 и 14, выходы которых подключаются к ячейкам амплитудного детектора 15, Выпрямители 13 и 14 и детектор 15 выполнены на интегральных микросхемах. Амплитудный детектор 15 состоит из одинаковых ячеек 16 и 17, число которых соответствует количеству защищаемых присоединений, Выходы 40 ячеек 16 и 17 подключены к неинвертирующим входам пороговых элементов

18 и 19, к инвертирующим входам которых подключен выход пускового органа

?О. Вход пускового органа 20 соединя- 4 ется с выходом дифференцирующего звена. Выходы пороговых элементов 18 и

19 подключены к выходным каскадам 21 и 2?. Дифференцирующее звено осуществляет дифференцирование напряжения нулевой последовательности, Усилитель-ограничитель 4 предназначен для усиления по мощности и ограничения по амплитуде продифференцированного напряжения нулевой последовательности и представляет собой усилитель 23 мощности, охваченный нелинейной отрицательной обратной связью посредством стабилитронов 24. На выходе усилителя включен токоограничивающий резистор ?5, которым устанавливается необходимый ток подмагничивания трансформаторов 7 и. 8 тока нулевой последовательности, Пусковой орган 20, работающий по производной напряжения нулевой последовательности, необходим для блокировки пороговых элементов 18 и 19 при отсутствии напряжения нулевой последовательности. Таким образом, предотвращается ложное срабатывание устройства от пусковых токов несимметрии, когда отсутствует напряжение нулевой последовательности.

Пусковой орган 20 состоит из формирователя прямоугольных однополярных импульсов, представляющего собой компаратор 26 с диодами 27 и 28 и токоограничивающим резистором 29 на входе, запоминающей емкости 30 с токоограничивающим резистором 31 и диодом 32 и ключа 33, нагруженного на резистор 34, Введение в компаратор опорного напряжения U „ необходимо для предотвращения срабатывания узла блокировки от напряжения нулевой последовательности, возникающего вследствие естественной несимметрии сети °

Выпрямители 13 и 14 предназначены для двухполупериодного выпрямления входного сигнала и состоят.из прецизионного двухполупериодного выпрямителя 35, защитной цепочки 36 и 37 и нагрузочного резистора 38„ Применение прецизионных выпрямителей позволяет существенно повысить чувствительность схемы за счет резкого снижения потери напряжения входного сигнала по сравнению с применением обычных полупроводниковых диодов.

Защитная цепочка 36 и 7 предохраняет выпрямитель 35 от черезвычайно высокого уровня входного сигнала, который может возникнуть в случае двухфазного короткого замыкания. На нагрузочном сопротивлении 38 осуществляется преобразование тока нулевой последовательности в напряжение, пропорциональное этому току.

Амплитудный детектор 15 предназначен для выбора из нескольких сигналов одного наибольшего и состоит из идентичных ячеек 16 и 17,.представляющих собой операционный усилитель 39, охваченный отрицательной обратной свя.зью при помощи диода 40. Применение амплитудного детектора на операцион13561(ных усилителях позволяет существенно повысить селективность определения поврежденного присоединения па сравнению с детектором, выполненным на транзисторах,, за счет несоизмеримо большого коэффициента усиления операционного усилителя па сравнению с транзистором, Пороговые элементы 18 и 19 служат для предотвращения ложного срабаты- 10 вания устройства от сигналов помехи, имеющих сравнительно низкий уровень.

Кроме того, пороговый элемент выполняет функции запоминания информации о выбранном поврежденном присоедине- 15 нии и блокировки по напряжению нулевой последовательности, Каждый пороговый элемент выполнен по схеме триггера Шмидта на операционном усилителе 41 с положительной обратной 20 связью на резисторах 42 и 43, Диоды

44 и 45 служат для развязки выходных цепей пороговых элементов 18 и 19, На неинвертирующие входы пороговых элементов поступают сигналы с выхо- 25 дов амплитудного детектора, а на инвертирующие входы — сигнал блокировки па напряжению нулевой последовательности, запрещающий прохождение и запоминание входного сигнала при 30 отсутствии напряжения нулевой последовательности. Резистором 42 осуществляется настройка порогового элемента на необходимый порог срабатывания.

Сигналы с выходов пороговых элементов 35

18 и 19 поступают на выходные каскады 21 и 22 и на амплитудный детектор 15, закрывая последний для прохождения выходных сигналов выпрямителей 13 и

14, что предотвращает ложный выбор 40 неповрежденных присоединений от токов несимметрии, возникающих при отключении поврежденного присоединения.

Выходные каскады 21 и 22 служат для согласования маломощных пороговых45 элементов 18 и 19 с довольно мощными цепями отключения защищаемых присоединений, Выходной каскад выполнен на о транзисторном ключе 46 и 47, Устройство работает следующим об- 50 разом.

В исходном состоянии отсутствуют напряжение нулевой последовательности U и ток нулевой последовательноса ти Хо. Соответственно, отсутствуют 55 входные сигналы в дифференцирующем звене 2 и ток подмагничивания трансформаторов 7 и 8 тока нулевой после)1 4 довательности, При этом пусковой орган 20 своим выходным сигналом (транзистор 33 открыт) запирает пороговые элементы 18 и 19. Следовательно, на выходе пороговых элементов отсутствует отрицательный потенциал и транзистор 47 выходных каскадов 21 и 22 закрыт. Сигналы на отключение защищаемых присоединений 9 и 10 не поступают.

Б случае возникновения аднофазнога замыкания на одном из присоединений, например на 9, появляется напряжение нулевой последовательности, которое с выхода фильтра 1 напряжения нулевой последовательности через дифференцирующее звено 2 поступает на вход пускового органа 20. Если уровень напряжения превышает порог срабатывания U Ä компаратара 26, который устанавливается выше уровня U„ от естественнайнесимметрии сети,та на выходе компаратора 26 появляются прямоугольные импульсы отрицательной полярности, которые закрывают транзистор 33. Таким образом, блокировочный сигнал снимается с пороговых элементов 18 и 19, Конденсатор 30 необходим для устранения пауз между, выходными импульсами кампаратара 26.

Вместе с этим продифференцированное напряжение П с выхода дифференцирующего звена ? поступает на вход усилителя-ограничителя 4. Выходной ток усилителя-ограничителя 4, пропорциональный производной напряжения нулевой последовательности, подается в подмагничивающие обмотки 5 и 6 трансформаторов 7 и 8 тока нулевой последовательности,. где он складывается с токами нулевой последовательности защищаемьгх присоединений 9и 10.

В поврежденном присоединении 9 подмагничивающий так по фазе совпадает с током нулевой последовательности, а в неповрежденном эти таки находятся в противофазе. Таким образом, на выходе ll трансформатора 7 тока нулевой последовательности поврежденного присоединения 9 будет суммарный ток, а на выходе 1? трансформатора Я неповрежденного присоединения 10 разнастный и, следовательно, на входе выпрямителя 13 поврежденного присоединения 9 будет сигнал, 3аведама боль— ший, чем сигналы на входе выпрямителя

14 неповрежденного присоединения 10.

1 6 тора, в результате чего сохраняются стабильные фазовые соотношения вторичного тока и напряжения нулевой последовательности.

Применение усилителя-ограничителя сигнала, полученного из напряжения нулевой последовательности, допускает использование высокоомного дифференцирующего звена, что резко сОкращает длительность переходного процесса в контуре, образованном индуктивностью фильтра напряжения нулевой последовательности и емкостью дифференцирующего звена, Пусковой орган, реагирующий на скорость изменения (производную 0,), повышает чувствительность и быстродействие, так как производная U по о фазе совпадает с током нулевой последовательности, в результате чего уст- . раняется запаздывание напряжения нулевой последовательности, Введение порогового элемента за амплитудным детектором исключает влиянйе на селективность действия защиты токов несимметрии трансформаторов тока нулевой последовательности.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее фильтр напряжения нулевой последовательности, к выходу которого подключено дифференцирующее звено, трансформаторы тока. нулевой последовательности с дополнительными подмагничивающими обмотками, соединенными последовательно, амплитудный детектор,присоединенный входами через выпрямители к выходным обмоткам соответствующих трансформаторов тока нулевой последовательности, а также выходные каскады и пусковой орган, о т л и ч а ю—

m е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, быстродействия и селективности, оно дополнительно снабжено усилителем-ограничителем и по числу контролируемых присоединенийпороговыми элементаьпл, причем усили— тель-ограничитель присоединен входом к выходу дифференцирующего звена, а выходом — к упомянутым обмоткам подмагничивания, пороговые элементы выполнены на операционных усилителях и к их инвертирующим входам подключен выход пускового органа, а к неиннер—

5 135610

После выпрямителей 13 и 14 сигналы поступают на входы амплитудного детектора 15, который выбирает сигнал„ наибольший по амплитуде, соответствующий поврежденному присоединению 9, и передает его на свой пороговый элемент 18, который, переключившись, через выходной каскад ?1 выдает команду в цепь отключения поврежденного присоединения 9 ° Одновременно выходным 10 сигналом порогового элемента 18 закрывается амплитудный детектор 15.

После. отключения поврежденного прйсоединения 9 и восстановления симметрии сети исчезает напряжение нуле- 15 вой последовательности, что приводит к исчезновению импульсов на выходе компаратора 26 пускового органа 20.

После разряда конденсатора 30 транзистор 33 открывается и сигнал с его вы- 20 хода переключает пороговый элемент 18 в исходное состояние, который, переключившись, снимает блокировочный сигнал с амплитудного детектора 15, Таким образом, вся схема устройства возвращается в исходное состояние после отключения поврежденного присоединения, Аналогично схема работает при однофазных замыканиях на любом из защищенных присоединений. Ç0

Таким образом, использование усилителя-ограничителя позволяет стабилизировать ток подмагничивания, что обеспечивает работу трансформаторов тока нулевой йоследовательности на линейной части кривой подмагничивания как при малых, так и при больших токах замыкания, В результате этого повышается чувствительность устройства при малых токах замыкания на зем- 40 лю, При. больших токах замыкания повышается селективность действия защиты, так как исключается сближение фронтов вторичных токов, вызываемое искажением формы вторичного тока, снимае- 45 мого с трансформаторов тока нулевой последовательности поврежденного присоединения, Стабильное подмагничивание позволяет не допускать насыщения сердечника трансформаторов тока ну- 50 левой последовательности поврежденного присоединения.

Работа трансформатора тока нулевой последовательности на линейной части кривой намагничивания при малых и 55 больших токах повышает селективность защиты также за счет стабилизации угла полного сопротивления трансформаСоставитель Л.Васькова

ТехредЛ.Сердюкова Корректор М.Максимишинец

Редактор М,Андрушенко

Заказ 5803/48 Тираж 618

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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

7 1356101 8 тирующим входам — соответствующие вы- подключены к выходным каскадам, при ходы ячеек амплитудного детектора, этом вход пускового органа соединен причем выходи пороговых элементов с выходом дифференцирующего звена.