Устройство для контроля замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ВТИЛЬС У

Союз Советскик

Социалистических Реслублик (11)748296 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 090278 (21) 2577655/24-07 (51)М. Кл.

G 01 R 31/02

Н 02 Н 3/16

Н 02 Н 3/38 с присоединением заявки йо

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150780.6þëëåòåíü М 26 (53) УДК 621. 316. .925(088.8) Дата опубликования описания 150780 (72) Авторы изобретения

Ф.А. Айдаров и В.П. Савицкий (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗАМЫКАНИЯ

HA ЗЕМЛЮ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАН НОЙ

НЕЙТРАЛЬЮ

Изобретение относится к горной электротехнике, и в частности к одному иэ ее разделов — контролю замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью.

Существует ряд специфических производств., к которым могут быть отнесены прежде всего угольныЕ шахты, где в высоковольтных сетях должны контролироваться не только глухие замыкания на землю, но и замыкания на землю через переходные сопротивления. Последнее требование исключает возможность применение защиты, основанной на контроле одной величины (тока нулевой последовательности) и представляет возможным применить другие, основанные на сравнении направлений двух величин. При этом одним из наиболее важнйх свойств такой защиты остается селективность обнаружения повреждений, которые представляют большую опасность для взрывоопасных помещений не только при устойчивых замыканиях, но и тогда, когда замыкание перемежающееся.

Известно устройство контроля замыканий на землю, где сравниваются направления первых импульсов, формируемых датчиками тока и напряжений

2 нулевой последовательности (1) . Это устройство содержит датчик напряжения нулевой последовательности (ДННП), к которому подключен один пороговый элемент, датчик тока нулевой последовательности (ДННП), нагруженный плечом фазосравнивающего блока (ФСБ), два триггера, подключенных к выходу ФСБ и исполнитель10 ный орган.

Однако недостатком его является слабая помехозащищенность, в результате чего при грозовых разрядах, переходных процессах в сети возмож15 на ложная информация.

Известно также устройство контроля от замыкания на землю, где сравниваются направления сигналов, формируемых датчиками тока и напряжения

20 нулевой последовательности в течение всего времени существования повреждения j2) .

Известное устройство содержит датчик напряжения нулевой последова25 тельноотк (ДННП), между средней точкоц которого и выходом фаэосравнивающего блока (ФСБ) включен исполнитель ный орган, и усилитель низкой частоты (УНЧ), вход которого подключен к

30 цатчику тока йулевой последователь748296 ности (ДТНП), а выход — к входу фаэосравнивающего устройства;

По сравнению с предыдущим устройством это устройство более помехозащищено и селективно обнаруживает глухие и через переходные сопротивления Замьпсания фазы на землю, благодаря чему в сетях 6 кВ оно наибо,лее распространено и воздействует, как правило, на отключение. Недостатком их однако являются отказы при перемежающйхся дуговых замыканиях фазы на землю. Объясняется это тем, что форма тока нулевой последовательностй при перемежающемся дуговом замыкании существенно отличается от формы тока при металлическом или через переходное сопротивление замыкания фазы на землю — пучки высокочастотных импульсов, возникающих раз в полупериод рабочей частоты Сети, в то время как напряжение нулевой последовательности в обоих случаях представляет собой низкочастотные импульсы частотой примерно равной

50 Гц. В результате сравнения по фа- зе высокочастотных импульсов с низкочастотными фазосравнивающие блоки, установленные во всех ответвлениях, вырабатывают случайный сигнал, соответствующий отсутствию повреждения либо наличию в неповрежденном ответвлении. В условиях взрывоопасных помещений, к которым относятся выработки шахт и рудников, отказ защиты от замыканий -н-; землю при перемежающемся дуговом замыкании недопустюю, а неселективные действия наносят значительный экономический ущерб.

Целью настоящего йзобретенйя является повышение селективности обнару" жения перемежающегося дугового замыкания на землю.

Эта цель достигается за счет того, что известное устройство, содержащее датчики тока и напряжения нулевой последовательности, связанные с соответствующими входами фазосравнивающего блока, снабжено избирательным детектором, осуществляющим ïðå, образование сигнала с изменяющейся амплитудой в однополярный импульс, совпадающий с полярностью первого импульса в упомянутом сигнале и подключенным своим входом к датчику тока нулевой последовательности, а своим выходом связанный с первым вхо.иом фазосравнивающего блока, а также тем, что оно снабжено двумя детекторами максимального сигнала, один иэ которых включен между выходом избирательного детектора и первым входом фазосравнивающего блока, а второй,- между датчиком напряжения нулевой- последовательности и вторым входом фазосравнивающего блока, при этом избирательный детектор выполнен на двухполупериодном выпрямителе со сглаживающим конденсатором на выходе, к которому подключен мост с тиристорами в двух смежных плечах, в другие смежные плечи которого вкпючены резисторы, причем управляющие электроды тиристоров зашунтированы встречно включенными диодами и подключены к первому гальванически развязанному выходу усилителя низкой частоты, соединенного своим входом с датчиком тока нулевой последовательности, а вход двухполупериодного выпрямителя подключен ко второму гальванически развязанному выходу усилителя низкой частоты, нри этом каждый детектор максимального сигнала выполнен в виде двух параллельных цепочек, каждая из которых состоит из диода, включенного последовательно с конденсатором, зашунтированным резистором, при этом вход перво20 го указанного детектора зашунтирован встречно-включенными диодами.

На фиг. 1 дана блок-схема устройства; на фиг. 2 приведена осциллограмма токов и напряжения нулевой

)5 последовательности, на фиг. 3 — электрическая схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 тока нулевой последовательности ДТНН, к которому подключены последовательно соединенные избирательный детектор

2 и первый детектор 3 максимального .сигнала, выход которого подключен к первому входу фазосравнивающего блока 4, ко второму входу которого через : второй детектор 5 максимального сигнала подключен датчик 6 напряжения нулевой последовательности (ДННН).

Электрическая схема устройства содержит усилитель 7 низкой частоты с двумя гальванически развязанными вы40 ходами 8 и 9, диоды 10, 11, избирательный детектор 2 содержит тиристоры 12, 13, резисторы 14, 15, двухпо-. лупериодный выпрямитель 16 и конденсатор 17, первый детектор максималь45 ного сигнала содержит диоды 18, 19, конденсаторы 20, 21, резисторы 22, 23, второй детектор максимального сигнала содержит диоды 24, 25, конденсаторы 26, 27, резисторы 28, 29. щ Устройство работает следующим образом.

При отсутствии повреждения в сети на выходе ДТНП-1 сигнал отсутствует, вследствие чего отсутствуют напряжения на выходах Э и 9 и конденсаторе

17. Оба тиристора 12 и 13 закрыты, а между точками Ь и а. напряжение отсутствует, так как отсутствует напряжение и на ДННП-6, вследствие чего исполнительный орган 30 обесточен.

49 При возникновении перемежающегося дугового замыкания на землю ток нулевой последовательности (фиг.2) представляет разнополярный сигнал с иэменяющейся амплитудой. Усиленный уси65 лителем 7 ток нулевой последователь748296

65 ности выпрямляется двухполупериодным выпрямителем 16 и сглаженный конденсатором 17 прикладывается к тиристорам 7 и 8. Одновременно первый полупериод усиленного тока нулевой последовательности через диод 10 или

11 открывает один из тиристоров 12 или 13, в результате чего между точкамн ф и моста появляется напряжение, которое существует до тех пор, пока второй полупериод обратной по.лярности не откроет другой тиристор.

Выбором определенной величины емкости конденсатора 17 и сопротивления резисторов 14 и 15 добиваются того, что открывшийся первым тирисюор при изменении полярности усиленного тока не запирается, а остается открытым. Оба тиристора остаются открытыми в течение всего остального промежутка временй существовании раэнополярного сигнала. Затем, когда наступает пауза между указанными сигнала -. мн, конденсатор успевает разрядиться, вследствие чего оба тиристора запираются. При появлении нового сигна-, ла тока нулевой последовательности процесс повторяется, а между токами Ь -g моста вновь появляется импульс, полярность которого в поврежденном ответвлении совпадает с поб лярностью первого импульса в сигнале. Таким образом, после избирательного детектирования вместо раэнополярного сигнала появляется один, полярность которого совпадает с полярностью первого импульса в сигнале,а частота следования импульсов совпадает с частотой следования сигналов.

В блоке 4 сравниваются направления избирательно детектированных импульсов с более продолжительными полупериодами напряжения нулевой последовательности, частота которого остается близкой к 50 Гц, в результате чего на выходе блоха 4 появляется или отсутствует результирующий сигнал в зависимости от того, имеется или отсутствует повреждение в защищаемом ответвлении, который и управляет исполнительным органом 30. Благодаря такому построению схемы предлагаемое техническое решение с точ" ки зрения селектнвности обнаружения перемежающихся дуговых замыканий иа землю имеет явные преимущества, которые имеют место и при непосредственном соединении входа фазосравнивающего блока (ФСБ) 4 с точками Ь и моста, с одной стороны, и выхода

ФСБ - 4 с ДННП. Но это имеет место до тех пор, пока в прямоугольных им пульсах напряжения нулевой последовательности не появляются новые ступени (см. фиг. 2), одновременно с которыми появляются дополнительные им" пульсы тока нулевой последовательчостн, напряжение которых не связано

40 б5

N с местом повреждения кабеля. В результате блок 4 может выдавать ложную информацию. Чтобы исключить это предложенное устройство дополняют цепочками, выполненными на диоде 18 (19, 24, 25) и конденсаторе 20 (21, 26, и 27), эашунтированном резистором 22 (23, 28, 29) и парой встречно соединенных диодов 31 и 32, подключенных к выходной диагонали моста.

Эти цепочки работают следующим образом.

При появлении импульса, открывающего первым тиристор 12, на резисторе 14 появляется напряжение, которое на вход ФСВ попадает по цепи: резистор 15, диод 32, вход ФСБ, конденсатор 20, диод 18. Если же первым открывается тиристор 13, то напряжение, приложенное к резистору 15, попадает на вход ФСБ-4 по иной цепи: -резистор

14, диод 31, вход ФСБ-4, конденсатор

21, диод 19. При замыкании тока по верхней либо нижней цепи конденсаторы 20 и 21 заряжаются. Процесс заряда длится до момента наступления максимума. Затем, когда напряжение между точками Ь и относительно максимума начинает снижаться напряжение, до которого зарядился конденсатор, оказывается большим. Диод поэтому запирается и на вход ФСБ-4 последующая часть сигнала, вырабатываемая избирательным детектором, не поступает — поступившей на вход ФСБ-4 оказывается лишь предшествующая эапиранню диода часть сигнала. Через примерно 10 мс процесс повторяется„ но уже в противоположной цепи. Разрядное сопротивление резистора 22 (23, 28, 29) выбрано таким, чтобы конденсатор примерно через 10 мс успел разрядиться. Поэтому при появлении на диагонали Ь - z моста нового импульса на вход ФСБ-4 проходит новый преобразовательный импульс. Аналогичные процессы происходят и в цепи, соединяющей ДННП 6 с выходом ФСБ-4 — в цепях диодов 24 и 25.

Следовательно детектор, собранный на последовательно соединенных диодах и конденсаторе, зашунтированном резистором,.укорачивает импульсы, поступающие на ФСБ-4, благодаря чему прн снижении импульса относительно максимума или появлении отрицательной ступеньки в импульсах напряжения нулевой последовательности сравнения направлений не происходит.

Таким образом, изобретение обладает важным преимуществом, а именно, позволяет значительно повысить селективностЬ обнаружения перемежающихся дуговых замыканий на землю и тем самьм снизить простои электрооборудования и повысить электробезопасность.

748296 формула изобретения

1. Устройство для контроля замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее датчики тока и напряжения нулевой последовательности, связанные с соответствующими входами фазосравнивающего блока,о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с .целью повышения селективности обнаружения перемежающегося дугового замыкания, оно снабжено избирательным деТбктором, осуществляющим преобразование каждого разнополярного сигнала с изменяющейся амплитудой в однополярный импульс, совпадающий с полярностью первого импульса в упомянутом сигнале и подключенным своим входом к датчику тока нулевой последовательности, а выходом связан с первым входом фазосравнивающего блока. 20

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю ц"е е с я тем, что оно снабжено двумя детекторами максимального сигнала, один иэ которых включен между выходом избирательного детек- 25 тора и входом фаэосравнивающего блока, а второй — между датчиком напряжения нулевой последовательности и вторым входом фазосравнивающего блока. 30

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что избирательный детектор выполнен на двухпо- лупериодном выпрямителе со сглаживающим конденсатором на выходе, к которому подключен мост, с тиристорами в двух смежных плечах, в другие смежные плечи которого включены резисторы, при этом управляющие электроды тиристоров зашунтированы встречно-включенньгаи диодами и подключенные к первому гальванически развязанному выходу усилителя низкой частоты, соединенного своим входом с датчиком тока нулевой последовательности, а вход двухполупериодного выпрямителя подключен ко второму гальванически развязанному выходу усилителя низкой частоты.

4. Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что каждый детектор максимального сигнала выполнен в виде двух параллельных цепочек, каждая .из которых состоит из диода, включенного последовательно с конденсатором, зашунтированным резистором, при этом вход первого укаэанного детектора зашунтирован встречно включенными диодами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 213150, кл. H 02 H 3/16, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР

М 172898, кл. H 02 H 3/16, 1963.

748296

И 24

Составитель Л. Васькова

Редактор Н. Коган Техред H.Бйрчак Корректор И. Муска

Заказ 4230/32 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений ы открытый

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4