Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока

 

Использование: сети с изолированной , компенсированной нейтралью и нейтралью, заземленной через высокоомный резистор. Сущности изобретения: для повышения надежности и селективности защиты в устройство введен канал тока высших гармоник, содержащий фильтр 14 высших гармоник, выпрямитель 15, суммирующий усилитель 16, пороговый орган, блок 18 выдержки времени, а также введен канал , учитывающий высшие гармоники собственного емкостного тока на каждом присоединении, имеющий фильтр 19 высших гармоник и преобразователь 20 напряжения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ае (и) А1 (51)5 Н 02 Н 3/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPH ГКНТ СССР

1 (21) 4719018/07 (22) 14.07.89 (46) 23.06.92. Бюл. Р 23 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского -комсомола (72) О.А.Петров, А.И.Сидоров и A.В.Плешаков (53) 621.316.925(088,8) (56) Иаврицын А.И. и Петров О.А, Электроснабжение угольных разрезов,И.: Недра, 1977, с. 169, 170.

Авторское свидетельство СССР

И 1614065, кл. Н 02 Н 3/16, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЦИТЬ(ОТ ОДИОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО TOKA

2 (57),Использование: сети с изолированной, компенсированной нейтралью и нейтралью, заземленной через высокоомный резистор. Сущность изобретения: для повышения надежности и селективности защиты в устройство введен канал тока высших гармоник, содержащий фильтр 14 высших гармоник, выпрямитель 15, суммирующий усилитель 16, пороговый орган, блок 18 выдержки времени, а также введен канал, учитывающий высшие гармоники собственного емкостного тока на каждом присоединении, имеющий фильтр t9 высших гармоник и преобразователь 20 напряжения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

3 174292

Изобретение относится к электротехнике, B чагтности к защите электрических сетей, и предназначено для работы в электрических сетях с изоли-! рованной, компенсированнои неит ралью нейтралью, заземленной через высокоомный резистор.

Известно устройство сигнализации . однофазных замыканий на землю типа

УСЗ-ЗИ.

Недостатками устройства являются нестабильность выходного сигнала при устойчивом однофазном замыкании на землю (033) и сложность выявления информации при дуговых замыканиях на землю.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство пля защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока, содержащее последовательно соединенные первые подключенный к трансформатору напряжения нулевой последовательности преобразователь напряжения, пороговый орган, блок выдержки времени, элемент запрета и исполнительный орган, последовательно соединенные подключенный к трансформатору тока нулевой последовательности первый ключ, фильтр основной частоты, второй

ЗО преобразователь напряжения, суммирующий усилитель, второй пороговый орган, релейный усилитель, блок контроля и индикатор, выход релейного усилителя подключен к второму входу эле- З мента запрета, последовательно соединенные подключенный к второму выходу первого порогового органа управляющий генератор, множитель и второй ключ, соединенный с входом фильтра основной частоты, элемент НЕ,, вклюценный между управляющими входами генератора и первого. ключа, блок коррекции установки, включенный между вторым выходом первого преобразователя напряжения и вторым входом второго порогового органа, причем второй вход множителя подключен на напряжение сети, управляющий вход второго ключа соединен с управляющим входом генератора, второй вход сумматора подключен к входу блока коррекции уставки, Недостатки этого устройства защи- .ты заключаются в отсутствии блокиров- Я ки токового канала при дуговых замыканиях на землю и неприспособленность для работы в компенсированных сетях .

Цель изобретения - повышение надежности и селективности путем блокирования токового канала при переходных процессах при замыканиях на землю.

К существенным признакам изобретения относятся введенные в .устройство последовательно соединенные первый Фильтр высших гармоник, третий выпрямитель, второй суммирующий усилитель, третий пороговый орган и второй блок выдержки времени, последовательно соединенные второй фильтр высших гармоник и преобразователь напряжения со связями.

Блоки выдержки времени предназначены для задержки изменения своих выходных сигналов (для отстройки от переходных процессов) и могут быть выполнены, например, на логических (цифровых) микросхемах-счетчиках импульсов типа К561 ИЕ 5. Каждый блок выдержки времени содержит два последовательно соединенных счетчика импульсов и генератор прямоугольных импульсов, выход которого соединен со счетными входами обоих отмеченных счетциков. Каждый счетчик импульсов блока выдержки времени имеет 3 входа. Основным входом .является установочный R-вход (второй вход счетный и третий блокирующий).

При подаче íà R-вход логической единицы счетчик устанавливается в нулевое состояние (на выходе его логический нуль} и на счетные импульсы не реагирует. При подаче на R-вход логического нуля счетчик просчитыва-. ет входные счетные импульсы и при их определенном числе на его выходе появляется логическая единица, которая, воздействуя на блокирующий вход, запрещает счет входных импульсов. Счетчик остается B таком состоянии, пока на его R-вход не поступит логическая единица. Элемент запрета может быть выполнен в виде логического элемента И °

Суммирующий усилитель охвачен емкостной обратной связью и обеспечивает выделение из поступающих на его входы сигналов постоянных составляющих, т.е. выходной сигнал суммирующего усилителя определяется постоянными составляющими его входных сигналов. Четвертый выпрямитель предназначен для учета собственного емкостного тока (основной гармоники) 45

5 174 защищаемого присоединения. Второй фильтр высших гармоник также преднаэ" начен для учета собственного емкостного тока высших гармоник защищаемого присоединения.

На разные входы суммирующего усилителя поступают сигналы разных знаков. Поэтому при 033 на другом при" соединении сигнал на выходе суммирующего усилителя будет близок к нулю. При 033 на защищаемом присоединении сигнал по основному входу первого суммирующего усилителя будет ли-. бо существенно больше, чем по второму входу (при расстройке компенсации), и тогда выходной сигнал суммирующего.усилителя будет положительным и превысит уставку второго поро. гового органа, либо при резонансной настройке компенсации (или близкой к ней) входные сигналы первого сум-,ь мирующего усилителя могут быть близки по величине, а следовательно, выходной сигнал этого усилителя также будет близок к нулю. При изменении напряжения нейтрали входные сигналы суммирующего усилителя также изме" нятся пропорционально.

Преобразователь напряжения пред" назначен для выпрямления входного напряжения и преобразования его в напряжение постоянного тока, т.е. выделения постоянной составляющей, пропорциональной входному сигналу.

Наличие последовательно соединенных второго фильтра высших гармоник и преобразователя напряжения позволяет получить на выходе последнего сигнал (напряжение постоянного тока), пропорциональный току высших гармо.ник защищаемого присоединения и пропорциональный изменяющемуся уровню высших гармоник тока замыкания на землю.

На фиг. 1 представлена Функциональная схема устройства защиты от однофазных замыканий на землю; на фиг. 2 - функциональная схема блока выдержки време" ни; на фиг.3 - диаграмма найряжений при замыкании на землю на защищаемом при-. соединении; а - при расстройке компенсации; 0 - при резонансной настройке компенсации.

К электрической сети (фиг. 1) подключен трансформатор 1 напряжения нулевой последовательности. К нему под-. соединены последовательно включенные первые выпрямитель 2, пороговый орган

2927

3, блок 4 выдержки, элемент 5 запрета, релейный усилитель 6 и исполнительный орган .7. К вторичной обмотке трансформатора 8 тока нулевой. последовательности подключены последова" тельно соединенные усилитель 9, второй выпрямитель 10, первый суммирующий усилитель 11, второй пороговый орган l2 и логический элемент ИЛИ 13, выход. которого подключен к второму входу элемента 5 запрета.

К вторичной обмотке трансформатора 8 тока нулевой последовательности подключены также последовательно соединенные первый фильтр 14 высших гармоник, четвертый выпрямитель 15, второй суммирующий усилитель 16, третий пороговый орган 17, второй блок

18 выдержки времени, выход последнего соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ 13 °

К входу первого выпрямителя 2 подключены последовательно соединенные

2д втоРой ФильтР 19 высших гармоник и преобразователь 20 напряжения, выход которого подключен к второму входу третьего порогового органа 17. Иежду входом первого выпрямителя 2 и вторым входом суммирующего усилителя

11 включен третий выпрямитель 21.

Ьлок 4 или 18 выдержки времени

{фиг. 2) содержит последовательно соединенные первый 22 и второй 23 счетчики импульсов. Выход генератора

35 24 прямоугольных импульсов подключен к счетным входам счетчиков 22 и 23 импульсов. Выход каждого счетчика импульсов соединен.со своим блокирующим входом.

4о Генератор 24 .прямоугольных импульсов для блоков 4 и 18 выдержки времени целесообразно испольэовать один.

Усилитель 9 в токовом канале устройства защиты установлен для удобства задания необходимого коэффициента усиления сигнала, пропорционального току I0... В нормальном режиме сети напряжение нулевой последовательности Uö мало и выходные сигналы перво- го 3, второго 12 и третьего 17 .пороговых органов, первого 4 и второго

10 блоков выдержки времени, логичес" кого элемента ИЛИ 13,. элемента 5 эа" прета и релейного усилителя 6 равны нулю. Выходные сигналы первых счет. чиков 22 импульсов блоков 4 и 18 вы" держки времени равны логической единице.

174292

Пусть 033 произошло на защищаемом присоединении и в сети имелась расстройка компенсации. Тогда выпрямленное вторым выпрямителем 10 напряжение, поступающее на первый вход суммирующего усилителя 11, превысит по абсолютной величине напряжение, поступающее с третьего выпрямителя 21 на второй .вход этого суммирующего усилителя. Выходной сигнал последнего через второй пороговый орган 12, логический элемент ИЛИ 13„» элемент 5 запрета, релейный усилитель 6 поступает на исполнительный орган 7, кото" !

5 рый срабатывает и дает сигнал на отключение поврежденного присоединения.

При резонансной или Ьлизкой к ней настройке компенсации сигнал на выходе суммирующего усилителя ll равен нулю, так как остаточный ток содержит небольшую составляющую основной. частоты и оЬычмо значительный уровень высших гармоник. При этом фильтр 14 выделяет напряжение высших гармоник, а выпрямитель 15 выпрямляет это напряжение. Последнее сравнивается с напряжением U, поступающим от преобразователя 20 напряжения. Это напряжение определяется собственным емкостным током высших гармоник защищаемого.присоединения. Поэтому напряжение U<>v U, а на выходе порогового органа 17 появляются положительные импульсы. Они устанавливают счетчик 22 импульсов второго блока З5

18 выдержки времени в нулевое состо яние и второй счетчик 23 импульсов начинает отсчет выдержки времени Qt<.

После этого напряжение на выходе счетчика 23 импульсов (блока 18) рав" 40 но логической единице и сигнал через блоки 13, 5 и 6 поступает на исполни- тельный орган 7, которь|й отключает поврежденное присоединение. С выдержкой времени Ьс с htq счетчик 22 вто3 рого блока 18 выдержки времени устанавливает счетчик 23 в нулевое состоя" ние.

При 033 вне зоны защиты {ма другом присоединении) через трансформатор 8 щ тока протекает соЬствемный емкостный ток. Составляющие основной частоты и высших гармоник незначительны и поэтому напряжение на основном (первом)

Входе суммирующего усилителя 11 Ьлиэ, у но по величине к напряжению, поступающему на его второй вход. Поэтому на выходе этого усилителя 11 напряжение

7 близко к нулю. Напряжение (уровень высших гармоник) на основном входе суммирующего усилителя 16 примерно равно напряжению на выходе преобразо" вателя 20 (на втором входе усилителя

16). Поэтому на выходе усилителя 17 сигнал примерно равен нулю и меньше, чем напряжение уставки, т.е. на втором входе порогового органа 17. Выходной сигнал порогового органа 17 равен нулю. Поэтому исполнительный орган 7 не срабатывает.

При расстройке компенсации в остаточном токе основная гармоника становится значительной. При этом выходной канал первого фильтра 14 высших гармоник может содержать основную частоту и не всегда по этому каналу тока высших гармоник можно получить инФормацию об 033. В данном случае информация об 033 передается по каналу тока основной гармоники (блоки 9-12).

При резонансной же настройке компенсации информация оЬ 033 поступает только по каналу тока высших гармоник (блоки 14-18).

Введение в устройство защиты двух токовых каналов, реагирующих на основную гармонику и. высшие гармоники тока замыкания на землю, а также введение блокировки в последний канал позволяет существенно повысить селективность устройства при дуговых замы-. каниях на землю и обеспечивает его применемие в сетях с изолированной, заземленной через высокоомный резистор и компенсированной нейтралью.

ЭфФективность действия блокировки токового канала при 033 объясняется тем, что при дуговых замыканиях на землю блокировка только по напряжению нейтрали не всегда исключает ложные действия устройства защиты.

Формула изобретения

l. Устройство для защиты от одноФазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока, содержащее последовательмо соединенные первые подключенные к трансформатору напряжения нулевой последовательности выпрямитель ., пороговый орган, блок выдержки времени, элемент запрета, релейный усилитель и исполнительный орган, подключенные к выходу трансформатора тока нулевой последовательности последовательно соединенные

9 174 усилитель, второй выпрямитель, первый суммирующий усилитель и второй пороговый орган, третий выпрямитель, вход которого подключен к выходу трансформатора напряжения нулевой последовательности, а выход. — к второму входу первого суммирующего усилителя, о т л и ч. а ю щ е е с .я тем, что, с целью повышения надежности и селективности путем блокирования токового канала при переходных процес сах и учета высших гармоник собственного емкостного тока защищаемого присоединения, в него введены последова тельно соединенные подключенные к вторичной обмотке трансформатора тока нулевой последовательности защищаемого присоединения первый фильтр высших гармоник, четвертый выпрямитель, второй суммирующий усилитель, третий пороговый орган, второй блок выдерж2927 10 ки времени и логический элемент ИЛИ, последовательно соединенные второй фильтр высших гармоник и пресбразова" тель напряжения, включенные между

5 входом первого выпрямителя и вторым входом второго суммирующего усилителя, причем выход второго порогового органа подключен к второму входу о логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом элемента запрета.

2. Устройство по и. E о т л и" ч а ю щ е е с я тем, что блок вы>> держки времени содержит последовательно соединенные два счетчика импульсов, а также генератор прямоуголь ных импульсов, выход которого соединен со счетными входами указанных щ счетчиков импульсов, причем выход каждого из счетчиков импульсов соединен со своим блокирующим входом.

1742927

1

1

) Уу !

I B

Фиг, 3

Составитель О.Петров

Редактор А.Мотыль Техред М,дидык Корректор М.Самборская

Заказ 2291 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ао изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101