Устройство для защитного отключения сети переменного тока при утечке тока на землю

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты при повреждениях в электрических сетях переменного Слои неди тока. Цель изобретения - исключение ложных срабатываний путем обеспечения возможности адаптации к линейному . повышению токов утечки через изоляцию сети. При линейном повышении тока утечки отключения линии по цепи блока 9 дифференцирования не происходит, поскольку вторая производная напряжения, пропорционального току утечки, будет равна нулю. При скачкообразном увеличении тока утечки срабатывает первый пороговый элемент 11 и через схему ИЛИ 12 воздействует на цепь отключения выключателя 2. Если же уровень напряжения превышает значение уставки, формируемое от эталонного источника , на выходе второго порогового органа 10 появляется сигнал, воздействующий через схему ИЛИ 12 на исполнительный орган 13. 5 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Н 02 Н 3/16, 5/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4718511/07 (22) 14.07,89 (46) 23.10.91. Бюл. М 39 (71) Душанбинское проектно-конструкторское технологическое бюро "Системавтоматика (72) А. И. Федоров, В. И. Шуцкий и В, Я. Рекутин (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hk 668036, кл. Н 02 Н 3/16. 1977.

Авторское свидетельство СССР

hh 855825, кл. Н 02 Н 3/16, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ПРИ УТЕЧКЕ ТОКА НА ЗЕМЛЮ (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты при повреждениях в электрических сетях переменного

С ой неду

„„Я2 ÄÄ 1686575 А1 тока. Цель изобретения — исключение ложных срабатываний путем обеспечения, возможности адаптации к линейному,. повышению токов утечки через изоляцию сети. При линейном повышении тока утечки отключения линии по цепи блока 9 дифференцирования не происходит, поскольку вторая производная напряжения, пропорционального току утечки. будет равна нулю.

При скачкообразном увеличении тока утечки срабатывает первый пороговый элемент

11 и через схему ИЛИ 12 воздействует на цепь отключения выключателя 2. Если же уровень напряжения превышает значение уставки, формируемое от эталонного источника, на выходе второго порогового органа

10 появляется сигнал, воздействующий через схему ИЛИ 12 на исполнительный орган

13,5 ил.

168б575

Изобретение Tносится к электроэнергетике, в частности к устройствам для защитного отключения при однофазном замыкании или опасной утечке на эемлк>, и может быть использовано при эксплуатации трехфазных ипи однофазных сетей переменного тока.

Целью изобретения является исключение Ilo>KHblx срабатьпваний путем обеспечения воэможности адаптации к линейному повышению токов утечки через изоляцию сети.

На фиг. 1 изобра>кена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.

2 — зависимость изменения ео времени напряжения, пропорционального току утечки, на входе блока дифференцирования устройства; ча фиг, 3 — то же, первой производной тока утечки; на фиг, 4- тс же, второй производной тока утечки на входе порогового элемента устройства (на фиг. 2-4 показаны изменения напряжений с различными скоростями и амплитудами); на фиг. 5 — то же, напряжений на входах ксмпаратора.

Предлагаемое устройство может быть использовано для однофаэных сетей и для трехфазных сетей как с изолированной, так и с заземленной ней1рал ю.

На фиг. 1 изображена трехфазная линия с заземленной нейтралью, питающая через обмотку 1 силового трансформатора и выключатель 2 нагрузку 3, Фазы А, В и С линии пропущены сквозь трубу 4 из ферромагнетика, покрытую короткозамкнутым витком из меди. Трубу 4 охватывает сердечник 5 трансформатора тока утечки, снабженный вторичной обмоткой 6, Труба

4 служит для экранирования токов небаланса, а слой меди на ней предназначен для поддержания постоянно высокой магнитной проницаемости ферромагнетика трубы 4, предотвращая его насыщение.

Выводы вторичной обмо; ки 6 подключены к входу преобразователя 7 тока утечки в напряжение, Выход преобразователя 7 подключен к входу фильтра 8 низкой частоты, выход которого подключен к входу блока 9 дифференцирования и к одному из входов амплитудного компаратора 10, представляющего собой второй пороговый элемент и соединенного вторым своим входом с источником опорного напряжения (не показан), Блок 9 дифференцирования выполнен формирующим на выходе вторую производную напряжения на входе и в про, стейшем случае состоит из двух последовательно соединенных дифференцирующих цепочек. Выход блока 9д,ифференцирования подключен к входу порогового элемента

11, выход которого соединен с одним из

50 входов схемы ИЛИ 12, к второму входу которой подключен выход амплитудного компаратора 10. Выход схемы ИЛИ 12 связан с исполнительным органом 13, взаимодействующим с механизмом 14 свободного расцеппения выключателя 2 линии. Суммарные сопротивления изоляции фаз А, В и С обозначены на фиг. 1 символами 2А, 2a, Zc.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Принцип работы устройства легче всего уяснить путем анализа диаграмм (фиг. 2-5).

Предположим. что за интервал времени от 0 до Òt суммарный ток утечки через изоляцию фаз А, В и С равен постоянной величине и, соответственно, постоянен уровень напряжения на выходе фильтра 8 низкой частоты (фиг. 2), За этот же интервал времени первая производная этого уровня напряжения, пропорционального первой производной тока утечки, равна нулю (фиг, 3), в силу чего равна нулю и вторая производная этого тока (фиг. 4), а сигнал на вход порогового элемента 11 не поступает.

В период времени от Т1 до Tz происходит линейное увеличение тока утечки через изоляцию, вызванное естественными процессами ее старения или нагрева иэ-за атмосферных воздействий либо иных внешних факторов, не вызывающих пробоя изоляции на землю (фиг, 2), В этом случае первая производная напряжения на выходе фильтра 8 равна постоянной величине (фиг. 3), а ее вторая производная по-прежнему равна нулю и сигнала на вход порогового элемента 11 с выхода блока 9 дифференцирования не поступает.

Отсюда следует важный вывод о принципе работы устройства: при линейном увеличении тока утечки через изоляцию фаэ А, В и С, выявляемом на выходах вторичной обмотки 6 трансформатора тока утечки, сигнал на выходе блока 9 дифференцирования всегда будет равен нулю.

При возникновении в линии замыкания на землю за счет пробоя изоляции в интервал времени Т2-Тэ ток утечки скачкообразно возрастает, а затем приобретает уста нови вшееся значение замыкания, причем в зависимости от удаленности замыкания скорость возрастания тока утечки и величина его установившегося значения имеют различные значения (фиг, 2). Первая производная тока утечки в этом интервале имеет уже характер экстремума (фиг, 3), в силу чего вторая производная в этом интервале уже не будет равна нулю и имеет также экстремальный характер в зависимости от скорости нарастания тока утечки.

В этом случае сигнал на выходе блока 9

1686575

15 дифференцирования будет иметь такие величину и форму, как это показано на фиг. 4, и если уровень напряжения на выходе блока

9 дифференцирования превысит величину уставки порогового элемента 11, формируется сигнал на его выходе. подаваемый через схему ИЛИ 12 на вход исполнительного органа 13, который воздействует на механизм 14 свободного расцепления выключателя 2 линии.

Таким образом, предлагаемое устройство адаптируется к линейному повышению тока утечки через изоляцию, появляющемуся на выводах вторичной обмотки 6 трансформатора тока утечки и преобразуемому в напряжение преобразователем 7, в результате чего при линейном повышении тока утечки отключения линии по цепи блока 9 дифференцирования не происходит, а отключение выключателя 2 происходит только лишь при скачкообразном увеличении тока утечки, которое наблюдается при замыкании на землю.

Однако; линейное повышение тока утечки также представляет опасность для линии в эксплуатационном отношении, ибо определенный его максимальный уровень предвещает воэможность пробоя изоляции.

Для предотвращения этой опасности в устройстве использован амплитудный компаратор 10, на один из входов которого подается напряжение с выхода фильтра 8 низкой частоты, уровень которого пропорционален току утечки через изоляцию. На другой вход компаратора 10 подается уровень напряжения, пропорциональный максимальному допустимому току утечки через изоляцию. В том случае, если уровень напряжения, пропорциональный току утечки в линии, превысит значение напряжения от эталонного источника (фиг. 5), на выходе компаратора 10 формируется сигнал, подаваемый через схему ИЛИ 12 на вход исполнительного органа 13, воздействующего на механизм 14 свободного расцепления выключателя 12 линии.

Фильтр 8 низкой частоты предназначен для выделения иэ спектра сигнала на выхо20

45 де преобразователя 7 только первой гармоники тока утечки. Это повышает точность защиты, ибо исключает влияние на работу блока 9 дифференцирования и компаратора

10 сигналов удвоенной частоты, возникающих во вторичной обмотке 6 трансформатора вследствие наличия пульсаций тока утечки в линиях с выпрямительными установками, Использование предлагаемого устройства для защитного отключения линий переменного тока позволит расширить возможности такого вида защит, поскольку позволяет избежать ложных отключений и по уровню напряжения на входе компаратора диагностировать состояние изоляции фаз.

Формула изобретения

Устройство для защитного отключения сети переменного тока при утечке тока на землю, содержащее трансформатор тока нулевой последовательности, вторичная о6мотка которого подключена своими выводами к входу преобразователя ток— напряжение, фильтр низкой частоты, соединенный своим выходом с входом первой дифференцирующей цепочки, функционально связанной через первый пороговый элемент с одним из входов элемента

ИЛИ, а также второй пороговый элемент, соединенный своим выходом с другим входом элемента ИЛИ, подключенного своим выходом к исполнительному органу, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью исключения ложных срабатываний путем обеспечения возможности адаптации к линейному повышению токов утечки через изоляцию сети, в него дополнительно введена вторая дифференцирующая цепочка, подключенная своим входом к выходу первой дифференцирующей цепочки, а выходом — к входу первого порогового элемента, при этом вход фильтра низкой частоты подключен к выходу преобразователя ток — напряжение, а выход фильтра дополнительно подключен к входу второго порогового элемента.

1686575 t О

Редактор Л. Гратилло

Корректор О. кравцова

Заказ 3605 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб;, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель Л. Васькова

Техред М.Моргентал бУ dim

ti з

Фиг Ф