Устройство для дифференциально-фазной защиты от однофазных замыканий на землю в электрической сети с изолированной или заземленной через резистор нейтралью

 

Изобретение относится к электроэнергетике , а именно к устройствам защиты от замыканий на землю в разветвленных электрических сетях, в том числе в сетях со статическими и электромеханическими преобразователями частоты с изолированными , компенсированными или заземленными через резистор нейтралями синхронных генераторов. Целью изобретения является повышение чувствительности защиты и обеспечение независимости параметра срабатывания от изменений промышленной частоты и температуры окружающей среды. Действие устройства основано на сравнении фаз токов утечки (токов нулевой после

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 Н 3/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4491129/07 (22) 06.10.88 (46) 07.02.92. Бюл. М 5 (72) В.А.Ильичев (53) 621,316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 574810, кл. Н 02 Н 3/16, 1975.

Авторское свидетельство СССР

М 1472993, кл. Н 02 Н 3/16, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИ-

АЛЬНО-ФАЗНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ ИЛИ ЗАЗЕМЛЕННОЙ ЧЕРЕЗ РЕЗИСТОР НЕЙТРАЛЬЮ

„„ „„1711283 А1 (57) Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к устройствам защиты от замыканий на землю в разветвленных электрических сетях, в том числе в сетях со статическими и электромеханическими преобразователями частоты с изолированными, компенсированными или заземленными через резистор нейтралями синхронных генераторов. Целью изобретения является повышение чувствительности защиты и обеспечение независимости параметра срабатывания от изменений промышленной частоты и температуры окружающей среды.

Действие устройства основано на сравнении фаз токов утечки (токов нулевой после1711283 довательности) в питающих и питаемых присоединениях, которые совпадают по фазе при замыкании на землю на защищаемом питаемом присоединении (внутреннем замыкании на землю) и находятся в противофазе при замыканиях на землю на других присоединениях (внешних замыканиях на землю). При замыкании на землю и, например, положительной полярности мгновенного тока утечки интегратором 8 и компаратором 10 формируется сигнал с уровнем логической "1" на информационном входе триггера 14 пускового органа 6 поврежденного присоединения, на его прямом и инверсном выходах устанавливаются уровни логического "0" и "1" соответственно (на указанных выходах пусковых органов 6 неповрежденных присоединений устанавливаются уровни логической "1" и "0" соответственно). На выходе пускового органа 3

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к устройствам защиты от замыканий на землю в разветвленных электрических сетях, в том числе в сетях со статическими и электромеханическими преобразователями частоты с изолирован: ными, компенсированными или заземленными через резистор нейтралями синхронных генераторов.

Целью изобретения является повышение чувствительности защиты и обеспечение независимости параметров срабатывания от изменений промышленной частоты и температуры окружающей среды.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для дифференциально-фазной защиты от однофазных замыканий на землю в электрической сети с изолированной или-заземленной через резистор нейтралью.

Устройство содержит первичные измерительные преобразователи тока нулевой последовательности — тока утечки (ПТУ) 1>—

-1, установленные на защищаемых питаемых присоединениях, и ПТУ 2>-2m, установленные на питающих присоединениях, и выполненные в виде магнитотранзисторных модуляторов, управляющей обмоткой которых служат провода трех фаз сети, первый пусковой орган (1ПО) 3, логипитающих присоединений устанавливается уровень логического "0". Таким образом, на выходах первого 16 и второго 17 элементов

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ логического органа

4 сравнения фаз поврежденного присоединения устанавливаются уровни логического

"0" и "1" соответственно, появляющееся на выходе интегратора 19 напряжение приводит к срабатыванию компаратора 20, выходной сигнал которого с уровнем логической

"1" поступает на первый (верхний) вход элемента И 21. Если ток нулевой последовательности превышает ток срабатывания защиты, то интегратором 8, компаратором

11 и триггером 15 формируется уровень логической "1" на втором (нижнем) входе weмента И 2 1, выходной сигнал которого воздействует на исполнительный элемент 5, отключающий выключатель поврежденного присоединения. 1 ил, ческий орган 4 сравнения фаз (ЛОСФ), а также по числу, защищаемых питаемых присоединений исполнительные элементы (ИЭ)

5 и вторые пусковые органы (2ПО) 61 — 6 .

5 Входы 1ПО 3 соединены с выходами ПТУ 2 питающих присоединений, а выход — с первым информационным входом ЛОСФ 4. Выходы ЛОСФ 4 соединены с входами соответствующих ИЭ 5. Входы 2ПО 6 соеди10 нены с выходами соответствуощих ПТУ 1, установленных на защи цаемых питаемых присоединениях; а информационные выходы и выходы блокировки соединены с вторыми информационными входами.и

15 входами блокировки ЛОСФ.

Каждый из 2ПО 6 содержит амплитудный ограничитель (АО) 7, интегратор 8, формирователь импульсов (ФИ) "., первый 10 и второй 11 компараторы, первый 12 и второй

13 источники опорного напргкения (ИОН), 20 первый 14 и второй 15 три -геры, причем вход АО I является входом 2г10 6, выход АО

7 соединен с входом ин.ъгра ора 8 и ФИ 9, выход ФИ 9 соединен с тактовыми входами интегратора 8, первого 14 и второго 15 триг25 геров, выходы первого 12 и второго 13 ИОН соединены соответственно с первыми .входами первого 10 и второго 11 компараторов, вторые входы которых объединены и подключены к выходу интегратора 8, а выходы

30 соединены с информационными входами

1711283, пульсов увеличивается, а при отрицательДействие устройства основано на срав- 55 нении фаз токов утечки в питающих и питапервого 14 и второго 15 триггеров, выходы первого триггера 14 являются информаци- онными выходами 2ПО 6, выход второго триггера 15 — выходом блокировки 2ПО 6, .

Логический орган 4 сравнения фаз со- 5 держит по числу питаемых присоединений первые 16 и вторые 17 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые 18 и вторые 19 интеграторы, компараторы 20 и логические, элементы И 21, причем первые входы эле- 10 ментов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 и 17 являются вторыми информационными входами

ЛОСФ 4, а объединенные вторые входы указанных элементов являются первым информационным входом ЛОСФ 4, Выходы 15 первых 16 и вторых 17 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены через соответствующие первые 18 и вторые 19 интеграторы с инверсными и прямыми входами компараторов 20, выходы которых соединены с пер- 20 выми входами элементов И 21, вторые входы которых являются входами блокировки ЛОСФ 4, а выходы элементов И 21— выходами ЛОСФ 4.

Первый пусковой орган 3 содержит эле- 25 мент И 22 по числу питающих присоединений, АО 23, интеграторы 24, компараторы

25, триггеры 26 и ФИ 27. Выходы АО 23 соединены с входами ФИ 27 и информационными входами интеграторов 24, упррвля- 30 ющие входы которых. объединены с тактовыми входами триггеров 26 и подключены к выходам ФИ 27, а выходы соединены с входами компараторов 25. Выходы компараторов 25 соединены с информационными 35 входами триггеров 26; выходы которых соединены с входами элемента И 22, Входы АО

23 являются входами первого пускового органа 3, выход элемента И 22 является выходом первого пускового органа 3. 40

Амплитудные ограничители 7 и 23 предназначены для согласования выхода ПТУ с входами устройства и представляют собой последовательно соединенные токоограни, чивающий резистор и стабилитрон, подклю- 45 ченные к выходу ПТУ, причем общая точка соединения токоограничивающего резисто- . ра и стабилитрона является выходом АО.

Интеграторы 8 и 24 выполнены на операцйонных усилителях, интегрирующие конден- 50 саторы в цепях обратных связей которых шунтированы ключами, управляемыми импульсами с выходов ФИ. емых присоединениях, которые совпадают по фазе при замыкании на землю на защищаемом присоединении (внутреннем замыкании на землю) и находятся в противофазе при замыканиях на землю на других присоединениях(внешних замыканиях на землю).

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии замыканий на землю в присоединениях протекают естественные токи утечки, обусловленные напряжением сети и емкостной составляющей проводимости изоляции фаз сети от земли. Указанные токи приводят к соответствующим изменениям скважности импульсов на выходе ПТУ: при положительной полярности многозвенного тока утечки скважность имной уменьшается.

С выходов ПТУ импульсы поступают на входы соответствующих АО 7 и 23, где приводятся к уровням логической "1" и "0". Появление уровня логической "1" на выходах

АО 7 и 23 приводит к формированию на выходах ФИ 9 и 27 узких импульсов, которые воздействуют на управляющие входы интеграторов 8 и 24 и устанавливают их в исходное (нулевое) состояние (интегрирующий.конденсатор разряжается). Импульсы с выходов ФИ 9 и 27 поступают также на тактовые входы триггеров 14, 15 и 26 и разрешают запись информации с выходов компараторов 10, 11 и 25.

При положительной полярности тока утечки к моменту появления очередного импульса с выхода АО 7 и 23 на выходах интеграторов 8 и 24 устанавливаются сигналы отрицательной полярности, значения которых меньше уставок срабатывания Uo> и 002 первых 10 и вторых 11 компараторов. Поэтому на выходах указанных компараторов сохраняются уровни логического "0". В результате на прямых выходах первых 14 и вторых 15 триггеров устанавливаются уровни логического "0", а на инверсных выходах триггеров 14 — логической "1". Одновременно с этим компараторы 25 сохраняют на своих выходах уровни логического "0", поскольку их уставка срабатывания равна нулю, а входной сигнал имеет отрицательную полярность. Поэтому на инверсных выходах триггеров 26 и выходе элемента И 22 (на выходе 1ПО 3) устанавливаются уровни логической "1".

Сигналы с уровнями логической единицы с инверсных выходов первых триггеров

14 и выхода 1ПО 3 поступают на входы, первых элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 и устанавливают на их выходах-уровни логи ческой "1" — тормозные сигналы У„= 1.

Сигналы с уровнем логического "0" с прямых выходов первых триггеров 14 и сигнал с уровнем логической "1" с выхода 1ПО 3 поступают на входы вторых элементов ИСК1711283

ЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17 и устанавливают на выходах последних сигналы с уровнем логического "О" — рабочие сигналы Урк О, Тормозной и рабочий сигналы через первые 18 и вторые 19 интеграторы поступают на инверсный и прямой входы соответствующих компараторов 20, где сравниваются один с другим. Поскольку Урк < Утк, то компараторы 20 не срабатывают, и на их выходах сохраняются уровни логического "О".

Кроме того, сигналы с уровнем логического

"О" с выходов вторых триггеров 15 поступают на первые входы элементов И 21, уста-. навливая на их выходах уровни логического ."0". Исполнительные элементы 5 находятся в исходном состоянии.

При отрицательной полярности тока утечки скважности импульсов с выходов

ПТУ1 и 2 уменьшаются и к моменту прихода очередного импульса с выхода АО 7 и 23 на выходах интеграторов 8 и 24 устанавливаются сигналы положительной полярности, значения которых больше уставок срабатывания первых компараторов 10 и компараторов 25, но меньше уставок срабатывания вторых компараторов 11. B результате на выходах первых компараторов 10 и компараторов 25 устанавливаются уровни логической "1", а на выходах вторых компараторов

11 сохраняются уровни логического "0". Состояние компараторов 10, 11 и 25 заносится в память соответствующих триггеров 14, 15 и 26, Посколькусостояния первыхтриггеров

14 и триггеров 26 одновременно изменяются на противоположные: на прямыхи инверсных выходах первых триггеров 14 устанавливаются уровни логической "1" и

"О" соответственно, а на инверсных выходах триггеров 26 — уровни логического "О", то состояние рабочих и тормозных сигналов на выходах первых 16 и вторых 17 элементов

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ не изменяется, и компараторы 20 не срабатывают. На входы элементов И 21 поступают сигналы с уровнями логического."0",. В результате исполнительные элементы 5 сохраняют исходное состояние. Устройство защиты не срабатывает.

При замыкании на землю на любом из защищаемых питаемых присоединений ток утечки в поврежденном присоединении имеет полярность, обратную полярности токов утечки в других питаемых присоединениях. В результате при положительной полярности тока утечки в поврежденном присоединении на прямом и инверсном выходах первого триггера 14 указанного присоединения устанавливаются уровни логических "О" и "1" соответственно, а на выходе 1ПО 3 — уровень логического "0". Во

Формула изобретения

Устройство для дифференциально-фазной защиты от однофазных замыканий на землю в электрической сети с изолированной или заземленной через резистор нейтралью, содержащее первичйые измерительные преобразователи тока утечки на питающих и питаемых присоединениях, первый пусковой орган, включающий в себя по числу пйтающих присоединений триггеры и формирователи импульсов,. входы которого соединены с выходами первичных измерительных преобразователей тока утечки питающих присоединений, логический орган сравнения фаз токов утечки питающих и питаемых присоединений, всех же неповрежденных питаемых присоединениях на прямых и инверсных выходах первых триггеров 14 устанавливаются уровни логической "1" и "О" соответственно.

5 Таким образом, в поврежденном присоединении на выходах первого 16 и второго 17 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ устанавливаются сигналы Ут1- О, Yð1-.1, т,е, Ур1>

>Ут1, а В НЕПОВрЕждЕННЫХ ПрИСОЕдИНЕНИяХ

10 сохраняется состояние выходных сигналов укаэанныхэлементов, т.е. Y><=1, Yp<= 0 или

Урк < Утк.

В поврежденном присоединении при превышении входным сигналом компарато15 ра 11 уставки срабатывания на обоих входах элемента И 21 устанавливаются уровни логической "1". Сигнал с уровнем логической

"1" с выхода элемента И 21 поступает на вход соответствующего испол н ител ьн ого

20 элемента 5 и вызывает его срабатывание.

Защита поврежденного присоединения воздействует на выключатель указанного присоединения и отключает его от сети.

Поскольку при изменении частоты сети

25 скважности импульсов рабочего и тормозного сигналов изменяются одинаковым образом, то действие устройства не зависит от изменений частоты. При изменении температуры окружающей среды изменяются па30 раметры петли перемагничивания магнитопровода ПТУ. Однако,. поскольку она симметричная, то при любой температуре скважность импульсов выходной частоты

ПТУ не изменяется. Поэтому действие уст35 ройства защиты не зависит и от изменений температуры.

Положительный эффект от применения предлагаемого устройства состоит в обеспечении защиты от замыканий на землю сети, 40 содержащей статические преобразователи частоты, и исключение ложных отключений защищаемых объектов при изменениях частоты и температуры окружающей среды..

1711283

45

Составитель H.Î÷àðåíêî

Техред М.Моргентал Корректор Q.Êðàâöoâà

Редактор И.Шулла

Заказ 346 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 включающий в себя по числу питаемых присоединений элементы И, первый информационный вход которого присоединен к выходу первого пускового органа, и исполнительные элементы, входы которых присо- 5 единены к соответствующим выходам логического органа сравнения фаз токов, отл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности защиты и обеспечения независимости параметров 10 срабатывания от изменений промышленной частоты и температуры окружающей среды, дополнительно введены по числу питаемых присоединений вторые пусковые органы, каждый из которых содержит амп- 15 литудный ограничитель, интегратор; первый и второй компараторы, первый и второй триггеры, формирователь импульсов, первый и второй источники опорного напряжения, причем вход амплитудного 20 ограничителя соединен с выходом первичного измерительного преобразователя тока утечки питаемого присоединения, а его выход соединен с входом интегратора и формирователя импульсов, выход 25 формирователя импульсов соединен с тактовыми входами интегратора, первого и второго триггеров, выходы первого и второго

r источников опорного напряжения соединены соответственно с первыми входами пер- 30 вого и второго компараторов, вторые входы которых объединены и подключены к выхо-. ду интегратора, а выходы соединены с информационными входами первого и второго триггеров, выходы первого триггера явля- 35 ются первым и вторым информационными выходами второго пускового органа„выход второго триггера является выходом блокировки второго пускового органа, а в первый пусковой орган введены элементы И и по 40 числу питающих присоединений амплитуд- . ные ограничители, интеграторы и компараторы, входы амплитудных ограничителей являются входами первого пускового органа, выходы амплитудных ограничителей соединены с информационными входами соответствующих интеграторов и через формирователи импульсов с тактовыми входами интеграторов и триггеров, информационные входы которых соединены через компараторы с выходами интеграторов, а выходы — с входами элемента И, выход которого является выходом первого пускового органа, а в логический орган сравнения фаз введены по числу питаемых присоединений первые и вторые элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые и вторые интеграторы и компараторы, причем первые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ являются вторыми информационными входами логического органа сравнения фаз, подключенными к первому и второму информационным выходам вторых пусковых органов, а объединенные вторые входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ являются первым информационным входом логического органа сравнения фаз, подключенным к выходу первого пускового органа, выходы первых и вторых элементов ИСКЛЮЧАЮЩ Е Е ИЛ И соединен ы через соответствующие первые и вторые интеграторы с инверсными и прямыми входами компараторов, выходы которых соединены с первыми входами элементов И, вторые входы которых являются входом блокировки логического органа сравнения фаз, соединенным с выходом блокировки второго пускового органа, а выходы. элементов И являются выходами логического органа сравнения фаз, причем первичные измерительные преобразователи тока утечки выполнены в виде магнитно-транзисторных модуляторов, управляющей обмоткой которых служат провода трех фаз сети.