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

 

пп 55834l

ОПИСАНИЕ

И РЕТЕНИ

Союз Советсии|т

Социалистимеских

Республик

Ъ (К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.07.74 (21) 2048096/07 (51) М. Кл."- Н 02Н 3/16 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.05.77. Бюллетень № 18

Государственный комитет

Совета Министров СССР до делам,, изобретений и открытий (53) УДК 621.316.925 (088.8) Дата опубликования описания 08.06.77 (72) Автор изобретения

Д. Ялкапов (71) Заягитель

Московский горный институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЪ| ОТ ОДНОФАЗНЫХ

ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ

ИЛИ КОМПЕНСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

Изобретение относится к области релейной защиты энергосистем от однофазного замыкания на землю и предназначено для сетей с изолированной и компенсированной нейтралью.

Известные устройства релейной защиты от однофазного замыкания на землю для сетей с изолированной и компенсированной нейтралью не обладают достаточной селективностью и надежностью из-за несовершенства некоторых элементов защит. Кроме того, существующим защитам присуща значительная инерционность. Защиты, основанные на сравнении амплитуд высших гармонических составляющих токов переходных процессов замыкания фазы на землю, на сравнении фазовых отношений токов поврежденных и неповрежденных присоединений (1), имеют сравнительно хорошую работоспособность в линиях, где допустимо взаимное соединение защитных устройств нескольких отходящих присоединений или когда они работают на сигнал. В некоторых сетях взаимное соединение элементов одной защиты не осуществимо с элементами другой защиты и требуется быстрое отключение повреждения в связи со спецификой сетей и характером производства.

Это устройство содержит токочувствительный элемент, подключенный к входу усилителя, к выходу которого подключен ключевой элемент и нагрузка, а также источник опорного сигнала, в качестве которого служит трансформатор тока одного из присоединений, принятого редко повреждаемым. Благодаря

5 примененшо опорного сигнала устраняется нечувствительность или ненадежность срабатывания защиты, использующей сравнение амплитуд высших гармонических составляющих токов переходного процесса, за исключением

10 случая замыкания фазы на землю в момент прохождения ее тока через нуль. Защита так же отстроена от высших гармонических составляющих токов, возникающих вследствие насыщения магнптопроводов силовых транс15 форматоров и быстропеременных нагрузок, когда в технологии потребителей используются дуговые процессы (ртутно-выпрямительные установки, электротяги и т. д.).

Однако, это устройство имеет недостаток в

20 связи с принятым в нем источником опорного сигнала и несовершенством элементов защиты, так как требуется взаимное соединение защит нескольких присоединений и снижается надежность защиты.

1хроме того, невозможно предугадывать повреждаемость, так как она носит совершенно случайный характер. A прп повреждеьпш такого присоединения отключаются неселсктпвЗО цо все другие неповрежденные присоединения, 55834) так как токи тех присоединений и поврежденного присоединения находятся в противофазе.

Известно также устройство защиты, содержащее токочувствительный элемент, подключаемый к трансформатору тока нулевой последовательности относительно напряжения нулевой последовательности (2). Однако оно не обладает достаточной чувствительностью особенно для коротких линий.

В качестве наиболее близкого аналога может служить устройство (31, содержащее токочувствительный элемент, связанный одним входом с трансформатором тока нулевой последовательности, а другим через регулируемый фазовращатель с трансформатором напряжения нулевой последовательности, усилитель и исполнительный элемент.

Однако это устройство не обладает достаточной надежностью, чувствительностью и селективностью. Для повышения чувствительности в устройстве токочувствительный элемент, выполненный на датчике ЭДС Холла, подключен к дифференциальному усилителю, базовые входы транзисторов которого объединены через конденсатор.

На чертеже показано защитное устройство от однофазного замыкания на землю для сетей с изолированной и компенсированной нейтралью. К энергосистеме 1 подключено присоединение 2, которое контролируется защитным устройством, содержащим токочувствительный элемент 3 с двумя входами и одним выходом, например, выполненный на датчике Холла 4, регулируемый фазовращатель 5, включенный между токочувствительным элементом 3 и источником опорного сигнала 6. Фазовращатель

5 служит для создания желаемого сдвига фазы сигнала между входом и выходом в опорном канале (может быть включен любой из известных фазовращателей, например, мостовые, выполненные на RI- или RC схемах, которые позволяют изменить угол сдвига фазы сигнала в пределах 0 — 90 ). Выходные зажимы (а) и (б) токочувствительного элемента 3 подключены к усилителю 7, электронному ключу 8, ключу переменного тока 9 и нагрузке 10. Усилитель 7 выполнен на транзисторах

11 и 12, которые подключены дифференциально через общее эмиттерное сопротивление 13 к генератору постоянного тока 14. Базовые выводы упомянутЫх транзисторов соединены между собою через конденсатор 15, который служит для отделения переменной и постоянной составляющей выходного сигнала резистор 16. К выходным клеммам (в) и (г) усилителя подключен транзисторный ключ 8, выполненный на транзисторах 17 и 18, включенных параллельно и дифференциально. Ключ 8 срабатывает при определенной полярности и величине выходного сигнала усилителя 7. Порог срабатывания ключа 8 устанавливается регулируемым резистором 16. Выходные зажимы транзисторного ключа 8 включены через токоограничивающий резистор 19 между анодом и управляющим электродом тиристо5

25 зо

65 ра 20. Катод тиристора 20 через защитный диод 21 и резистор 22 соединен со своим управляющим электродом. Тиристор 20 с защитным диодом 21 и делителем напряжения на резисторах 19, 22, нелинейном сопротивлении — транзисторе 18, вместе с диодным мостом 23 образует ключ переменного тока 9 для коммутации нагрузки 10. Для предотвращения ложного срабатывания тиристорного ключа 9 между эмиттером транзистора 17 и коллектором транзистора 18 включен диод

24, а катод последнего подключен к коллектору транзистора 18, включенному через токоограничивающий резистор 19 к аноду тиристора 20.

Работа защитного устройства осуществляется следующим образом.

В случае замыкания на землю какого-либо фазного провода энергосистемы 1, возникают токи и напряжения нулевой последовательности в подключенных к ней потребителях, в частности, в присоединении 2 и трансформаторе напряжения нулевой последовательности.

В этом случае на один вход токочувствительного элемента 3, выполненного на датчике

Холла 4 действует инду.кция магнитного поля, создаваемого током нулевой последовательности, а токочувствительный элемент 3 выполнен таким образом, чтобы индукция В, магнитного поля направлялась по возможности перпендикулярно к плоскости датчика Холла

4. На другой вход токочувствительного элемента 3 поступает опорный сигнал Uo через фазовращатель 5 от источника опорного сигнала 6. Преимущественно источником опорного сигнала может служить трансформатор напряжения нулевой последовательности. При этом токочувствительный элемент раб тает в режиме смешивания двух величин: напряжения нулевой последовательности и тока нулевой последовательности или однозначной ему величины — индукции магнитного поля. Создается результирующий сигнал на выходных зажимах (а) и (б) токочувствительного элемента 3.

В этом случае выходной сигнал токочувствительного элемента 3 содержит постоянную составляющую и переменную составляющую.

Полярность постоянной составляюшей выходного сигнала имеет различный знак при замыкании фазы на землю в зависимости от замыкания в защищаемом и незащищаемом присоединениях, так как углы сдвига фаз токов нулевой последовательности поврежденного и неповрежденного присоединений относительно опорного сигнала различны. Именно различие знака постоянной составляющей выходного сигнала токочувствительного элемента 3 способствует достижению повышенной селективности работы защитного устройства, В начале переходного процесса угол между напряжением Uo и током Уо нулевой последовательности поврежденного присоединения равен нулю. Следовательно, знак постоянной составляющей выходного сигнала токочувствитель558341

6и ного элемента 3 положителен, угол сдвига между током нулевой последовательности 1 ;, пе присоединения и напряжением нулевой последовательности Uq равен

180, знак постоянной составляющей выходного сигнала токочувствительного элемента отрицателен. В установившемся режиме тока замыкания фазы на землю угол сдвига фаз между напряжением нулевой последовательности Uþ и током нулевой последовательности

I» поврежденного присоединения составляет — 90 . В этом случае угол сдвига ф между напряжением нулевой последовательности Up u током нулевой последовательности 1 »- неповрежденного присоединения состnâëÿeò 90, оставаясь в любом режиме сдвинутым относительно тока нулевой последовательности поврежденного присоединения на 180 .

Когда переходный процесс носит кратковременный или опериодический характер, исполнительный орган может не успеть среагировать на мгновенный знак постоянной составляющей выходного сигнала токочувствительного элемента, который может меняться, или может быть случай отсутствия постоянной составляющей выходного сигнала токочувствительного элемента. Селективность работы устройства в таких случаях достигается смещением фазы сигнала в опорном канале при помощи фазовращателя 5. Если на выходе фазоврашателя 5 опорный сигнал будет сдвинуTblM на некоторый отрицателы ый угол относительно водного опорного сигнала, то в начале переходного процесса и в установившемся режиме Ioêoâ замыкания фазы на землю угол сдвига фаз между током нулевой последовательности поврежденного присоединения и сдвинутым опорным сигналом будет меньше

90 . Следовательно, знак постоянной составляющей выходного сигнала токочувствительного элемента 3 поврежденного присоединения всегда положителен. А знак постоянной составляющей выходного сигнала токочувствптельного элемента неповрежденного присоединения отрицателен.

Переменная составляющая выходного сигнала токочувствительного элемента 3, а также наведенные в соединительных проводах сигналы представляют помеху относительно постоянной составляющей выходного сигнала токочувствительного элемента 3, влияя на качество полезного постоянного сигнала. Качество полезного сигнала повышается при помощи усилителя 7, В усилителе, выполненном на транзисторах, сумма эмиттерных токов транзисторов 11 и 12 в режиме усиления равна току генератора 14. Токи транзисторов 11 и

12 изменяются относительно друг друга, и переменная составляющая тока на выходе этого усилителя между точками (в) и (г) на ко":лекторах транзисторов 11 и 12 не создает разность потенциалов. B таком случае входное сопротивление транзисторов 11 и 12 для переменного тока одинаково и равно. При этом транзисторы 11 и 12 представляют собою смежные плечи четырехполюсника. Конденсатор 15, включенный между базами транзисторов 11 и 12, создает различие входных сопротивлений этих транзисторов для постоянной составляющей выходного сигнала токочувствительного элемента 3. Прп равенстве коэффициентов усиления упомянутых транзисторов на выходе усилителя 7 отсутствует переменный сигнал, а выделяется только постоянный сигнал. Таким образом, в усилителе 7, подключенном к выходу токочувствительного элемента 3, устраняется переменная составляющая сигнала, и дополнительно усиливается постоянная состaâëÿþùàÿ сигнала и, тем самым повышается качество полезного постоянного сигнала.

При достаточной величине выходного сигнала усилителя 7 срабатывает ключ 8, выполненный на транзисторах 17 и 18. Порог срабатывания ключа 8 устанавливается регулируемым резистором 16. Тиристор 20, включенный в проводящем направлении к диагонали диодного моста 23, в случае переменного оперативного тока, на аноде имеет положительный пульсирующий потенциал.

Формула изобретения

Устройство для защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной или компенсированной нейтралью, содержащее токочувствительный элемент, связанньш одним входом с трансформатором тока нулевой последовательности, а другим через регулируемый фазовращатель с трансформатором напряжения нулевой последовательности, усилитель и исполннтельный элемент, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и селектнвностп, токочувствительный элемент выполнен на датчике ЭДС Холла с дифференциальным усилителем, базовые входы транзисторов которого объединены через конденсатор между собой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР № 384172, М. Кл. Н 02Н 3/16, 1973 г. (аналог).

2. Электронное устройство автоматики и защиты ВЛ СЦБ, Быков В. A. и др., сб. трудов

ЦНИИ МПС, выпуск 467, «Транспорт», М., 1972 г. (аналог).

3. Защита при однофазных замыканиях на землю типа ЗЗП1, каталог Чебоксарского электроаппаратного завода --- прототип.

558341

Составитель В. Зимаков

Техред М. Семенов

Редактор М. Афанасьева

Корректор Н. Аук

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1153/3 Изд. № 432 Тирах< 914 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5