SU1149340A2 - Устройство дл защиты от однофазного замыкани на землю в электрической сети переменного тока - Google Patents

Abstract

I. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА по авт. св. № 1056343, отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности и помехоустойчивости , в негр введены последовательно соединенные преобразователь переменного напр жени  в логический сигнал с уставкой по напр жению подключенный к обмотке нулевой последовательности трансформатора напр жени  сети, третий блок Бремени и блок определени  замыкани , причем второй вход третьего блока времени подключен к второму выходу второго блока времени, три входа блока определени  замыкани  подключены к вторичной обмотке фазных напр жений трансформатора напр жени  сети, а выход блока определени  замыкани  - к третьим .входам первого и второго логических элементов И.

Description

2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что блок определени  замыкани  содержит подключенные к каждому входу, подключенному к трансформатору напр жени  сети, последовательно соединенные преобразователь переменного напр жени  в логический сигнал с уставкой по напр жению и логический элемент И, выходы последних соединены с соответствующими входами логического элемента ИЛИ, а его выход - с выходом блока, вторые пр мые выходы каждого преобразовател  соединены с вторыми и третьими входами логических элементов И соответственно опережающей и отстающей фаз, четвертые входы логических элементов И соединены с входом блока, соединенным с выходом третьего блока времени .

3. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что третий блок времени содержит последовательно соединенные первый логический элемент И, счетчик импульсов и второй логический элемент И, второй (устанЬвочный) вход счетчика импульсов и второй вход второго логического элемента И подключены к первому входу блока, пр мой выход счетчика импульсов подключен к второму входу первого логического элемента И, вход которого соединен с вторым входом блока, выход второго логического, элемента И подключен к выходу блока.

Изобретение относитс  к электротехнике, в частности к области защиты электрических сетей, и предназначено дл  работы в электрических сет х с изолированной и компенсированной нейтралью. По основному авт. св. № 1056343, известно устройство дл  защиты от однофазного замыкани  на землю в электрической сети переменного тока, содержащее последовательно соединенные преобразователь сигналов, подключенный к трансформатору напр жени  нулевой последовательности, и первый ограничитель сигналов, выход которого соединен с первыми входами первого и второго пороговых органов, подключенный к трансформатору тока нулевой последовательности второй ограничитель сигналов , выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого пороговых органов, два логических элемента И каждый с двум  входами, выходы которых подключены к соответствующим входам логического элемента ИЛИ, соединенного через релейный усилитель с исполнительным органом , п тый пороговый орган, подключенный к выходу первого ограничител  сигналов и первый блок времени, выход которого соединен с вторыми входами первых четырех пороговых органов, блок формировани  короткого импульса, второй блок времени четыре RS-триггера и четыре логических элемента И-НЕ, причем выходы первого и второго Пороговых органов соединены соответственно с первыми входами первого и второго логических элементов И-НЕ, а выходы третьего и четвертого пороговых органов - соответственно с первыми входами третьего и четвертого логических элементов И-НЕ, выходы логических элементов И-НЕ соединены с S-входами соответствующих RS-триггеров , инверсные выходы первого и второго RS-триггеров соединены соответственно с первыми входами первого и второго логических элементов И, а инверсные выходы третьего и четвертого RS-триггеров - соответственно с вторыми входами первого и второго логических элементов И, пр мые выходы первого и второго RS-триггеров соединены соответственно с вторыми входами второго и первого логических элментов И- НЕ, а пр мые выходы третьего и четвертого RS-триггеров -: с вторыми входами четвертого и третьего логических элементов И-НЕ, выход п того порогового органа через блок формировани  короткого импульса подключен к первым входам первого и второго блоков времени, первый выход второго блока времени подключен к R-BXOдам RS-триггеров, а второй выход блока - к второму входу первого блока времени 1. Недостаток известного устройства заключаетс  в возможности ложных срабатываний при ненормальных режимах работи сети (например, при неполнофазных режимах ).Кроме того, устройство имеет пониженную помехоустойчивость из-за отсутстви  отстройки от коммутационных помех. Цель изобретени  - повышение надежности и помехоустойчивости. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  защиты от однофазного замыкани  на землю в электрической сети переменного тока введены последовательно соединенные преобразователь переменного напр жени  в логический сигнал с уставкой по напр жению; подключенный к обмотке нулевой последовательности трансформатора напр жени  сети, третий блок времени и блок определени  замыкани , причем второй вход третьего блока времени

подключен к второму выходу второго блока времени, три входа блока определени  замыкани  подключены к вторичной обмотке фазных напр жений трансформатора напр жени  сети, а выход блока определени  замыкани  - к третьим входам первого и второго логических элементов И.

Причем блок определени  замыкани  содержит подключенные к каждому входу, подключенному к трансформатору напр жени  сети, последовательно соединенные преобразователь переменного напр жени  в логический сигнал с уставкой по напр жению и логический элемент И, выходы последних соединены с соответствующими входами логического элемента ИЛИ а его выход - с выходом блока, вторые пр мые выходы каждого преобразовател  соединены с вторырыми и третьими входами логических элементов И соответственно опережающей и отстающей фаз, четвертые входы логических элементов И соединены с входом блока, соединенным с выходом третьего блока времени.

При этом третий блок времени содержит последовательно соединенные первый логический элемент И, счетчик импульсов и второй логический элемент И, второй (установочный ) вход счетчика импульсов и второй вход второго логического элемента И подключены к первому входу блока, пр мой выход счетчика импульсов подключен к второму входу первого логического элемента И, вход которого соединен с вторым входом блока, выход второго логического элемента И подключен к выходу блока.

Преобразователь переменного напр жени  в логический сигнал с уставкой по напр жению необходим дл  преобразовани  переменного напр жени  трансформатора напр жени  сети в логический сигнал, на который реагирует третий блок времени, а также дл  задани  уставки по напр жению с целью отстройки от напр жений естественной несимметрии. Преобразователь сигналов выполнен в виде емкостно-активной цепочки, подключенной к обмотке нулевой последовательности трансфЬрматора напр жени  сети, а выходной сигнал снимаетс  с активного сопротивлени .

Блок определени  замыкани  предназнзт чен дл  выделени  режима однофазного замыкани  на землю из всех режимов работы сети.

Первый и второй блоки времени формируют пр моугольные импульсы длительности Ati и Д/2 соответственно. Пр моугольный импульс Ati разрешает работу первых четырех пороговых органов на врем  прохождени  первой полуволны высокочастотных сигналов тока и напр жени  нулевой последовательности . Это необходимо с целью повышени  быстродействи  устройства защиты и его помехоустойчивости. Пр моугольный импульс At2 поступает на R-входы RS-триггеров, разреша  работу последних.

At2-Ats - врем , необходимое дл  срабатывани  исполнительного органа.

Третий блок времении предназначен дл  создани  задержки выходного сигнала на врем  действи  коммутационных по5 мех.

На фиг. I представлена функциональна  схема устройства защиты; на фиг. 2 - блок определени  замыкани ; на фиг. 3 - третий блок времени; на фиг. 4 - первый блок

Q времени; на фиг. 5 - второй блок времени .

К трансформатору 1 напр жени  нулевой последовательности (фиг. 1) подключены последовательна соединенные преобразователь 2 сигналов и первый ограничитель 3 сигналов. Выход последнего соединен с первыми входами первого 4 и второго 5 пороговых органов, выходы которых подключены соответственно к первым входам первого 6 и второго 7 логических элементов И-НЕ, выходы их соединены с S-вхо0 дами соответственно первого 8 и второго 9 RS-триггеров. Пр мые выходы первого и второго RS-триггеров соединены соответственно с вторыми входами второго 7 и первого 6 логических элементов И-НЕ.

5 К трансформатору 10 тока нулевой последовательности подключен второй ограничитель 11 сигналов, выход которого соединен с первыми входами третьего 12 и четвертого 13 пороговых органов, выходы последних подключены соответственно к первым

0 входам третьего 14 и четвертого 15 логических элементов И-НЕ, выходы которых соединены с S-входами соответственно третьего 16 и четвертого 17 RS-триггеров.

Пр мые выходы третьего 16 и четвертого 17 RS-триггеров соединены соответственно

5 с вторыми входами четвертого 15 и третьего 14 логических элементов И-НЕ. Инверсные выходы первого 8 и второго 9 RS-триггеров подключены к первым входам соответственно первого 18 и второго 19 логических элементов И, а инверсные выходы третьего 16 и четвертого 17 RSтpиггepoв - к вторым входам соответственно первого 18 и второго 19 логических элементов И. Выходы этих элементов соединены с соответствующими входами логического элемента ИЛИ 20,

5 выход которого через релейный усилитель 21 соединен с исполнительным органом 22. К выходу первого ограничител  3 сигналов подключены последовательно соединенные п тый 23 пороговый орган и блок 24 формировани  короткого импульса, выход последнего соединен с входами первого 25 и второго 26 блоков времени. Выход первого блока 25 времени подключен к вторым входам первых четырех пороговых органов. Первый выход второго блока 26 времени подключен к второму входу первого блока 25 времени, а

второй - к R-входам RS-триггеров 8, 9, 16 и 17. Преобразователь 27 переменного напр жени  в логический сигнал с уставкой по напр жению, подключенный к обмотке нулевой последовательности трансформатора напр жени  сети, последовательно соединен с третьим блоком 28 времени, второй вход последнего подключен к первому выходу второго блока времени, а выход - к первому входу блока 29 определени  замыкани , другие три входа которого подключены к вторичной обмотке фазных напр жений трансформатора напр жени  сети, а выход - к третьим входам первого 18 и второго 19 логических элементов И. Блок 29 определени  замыкани  (фиг. 2) содержит подключенные к каждому входу последовательно соединенные преобразователь переменного напр жени  в логический сигнал с уставкой по напр жению и логический элемент И - соответственно 30 и 31, 32 и 33, 34 и 35. Выходы блоков 31, 33 и 35 соединены с соответствующими входами логического элемента ИЛИ 36, а его выход - с выходом блока. Пр мые выходы каждого преобразовател  соединены с вторыми и третьими входами логических элементов И 31, 33 и 35 соответственно опережающей и отстающей фаз, четвертые входы логических элементов И 31, 33 и 35, соединены с четвертым входом блока. Третий блок 28 времени (фиг. 3) содержит последовательно соединенные первый логический элемент И 37, счетчик 38 импульсов и второй логический элемент И 39, второй (установочный) вход счетчика импульсов и второй вход второго логического элемента И 39 подключены к первому входу блока , пр мой выход счетчика 38 импульсов подключен к второму входу первого логического элемента И 37, вход которого соединен с вторым входом блока, выход второго логического элемента И 39 подключен к выходу блока. Первый блок 25 времени (фиг. 4) содержит последовательно соединенные счетчик 40 импульсов и логический элемент И 41. Установочный вход счетчика 40 импульсов подключен к первому входу блока, а выход - к выходу блока. Второй вход логического элемента И 41 подключен к второму входу блока, а выход - к счетному входу счетчика 40 импульсов. Второй блок 26 времени (фиг. 5) содержит последовательно соединенные генератор 42 импульсов логический элемент И 43 и счетчик 44 импульсов, причем установочный вход последнего подключен к входу блока, а его выход - к первому выходу блока и к ВТОрому входу логического элемента И 43, выход генератора 42 импульсов подключен к второму выходу блока. В нормальном режиме работы сети напр жение нулевой последовательности Uo и ток нулевой последовательности 1о близки к нулю. На выходе преобразовател  27 переменного напр жени  в логический сигнал с уставкой по напр жению блока 29 определени  замыкани , пороговых органов 4, 5, 12 и 13, на инверсных выходах RS триггеров 8, 9, 16 и 17 и на выходе логического элемента ИЛИ 20 имеютс  нулевые сигналы. Исполнительный орган 22 находитс  в исходном состо нии. При однофазном замыкании на землю в месте замыкани  протекает ток переходного процесса, который содержит высокочастотную составл ющую, а в напр жении нейтрали по вл етс  высокочастотна  составл юща  напр жени . Перва  составл юща  трансформируетс  через трансформатор 10 нулевой последовательности и поступает на вход второго ограничител  11 сигналов и далее на первые входы пороговых органов 12 и 13. Высокочастотна  составл юща  напр жени  нейтрали через трансформатор I напр жени  нулевой последовательности поступает на. вход преобразовател  2 сигналов, в котором она дифференЦируетс . При этом измен етс  фаза этой составл ющей. С выхода преобразовател  2 через первый ограничитель 3 сигналов сигнал поступает на первые входы первого 4, второго 5 и п того 23 пороговых органов. При этом срабатываетс  п тый пороговый орган 23, реагирующ.ий на первый полупериод (положительный или отрицательный) входного высокочастотного сигнала, а также срабатывают первый 25 и второй 26 блоки времени. На выходе первого блока 25 времени по вл етс  пр моугольный импульс At, а на выходе второго блока 26 - пр моугольный импульс длительностью причем ДЛ А/2. Это необходимо дл  того, чтобы увеличить быстродействие и надежность устройства . Блоки 25 и 26 разрешают работу соответственно пороговых органов 4, 5, 12 и 13 и -НЗ-триггеров 8, 9, 16 и 17. При однофазном замыкании напр жение нулевой последовательности Uo поступает на вход преобразовател  27 переменного напр жени  в логический сигнал, на выходе которого по вл етс  логическа  единица, если напр жение Uo првышает уставку преобразовател  27. Этот сигнал (логическа  единица) разрешает работу третьего блока 28 времени, который через врем  А/з, достаточное дл  защиты от коммутационных помех, измен ет свой выходной сигнал с логического нул  на логическую единицу, котора  разрешает работу блока 29 определени  замыкани , на другие три входы которого подаютс  фазные напр жени  с трансформатора напр жени  сети. На выходе блока определени  замыкани  (в случае однофазного замыкани  на землю) по вл етс  сигнал, равный логической единице, который разрешает работу логических элементов И 18 и 19. Пусть замыкание на землю происходит вне зоны защиты, тогда высокочастотные сигналы, поступившие на входы ограничителей 3 и 11 сигналов и далее, наход тс  в противофазе. Если первый полупериод высокочастотного сигнала на первых входах блоков 4 и 5 положителен (отрицателен), то соответствующий сигнал на первых входах блоков 12 и 13 отрицателен (положителен ). Пороговые органы 4 и 12 реагируют на положительную полуволну, а 5 и 13 - на отрицательную. На инверсных выходах первого 8 (второго 9) и четвертого 17 (третьего 16) RS-триггеров сигналы измен ютс  с логических нулей на логические единицы , а на выходах логических элементов И 18 и 19 сигналы не мен ютс  и остаютс  равными логическим нул м. Исполнительный орган 22 в данном случае не работает. При замыкании на землю в зоне защиты высокочастотна  составл юща  тока трансформатора 10 тока совпадает по фазе с высокочастотным сигналом, по вл ющимс  на выходе преобразовател  2. В результате на инверсных выходах первого 8 (второго 9) и третьего 16 (четвертого 17) RS-триггеров сигналы станов тс  равными логической единице и через логические элементы И 18 (19), ИЛИ 20, релейный усилитель 21 сигнал поступает на исполнительный орган 22, который срабатывает и отключает поврежденное присоединение. В нормальном режиме работы сети входной и выходной сигналы блока 29 определени  замыкани  (фиг. 2) рвны нулю. На инверсных выходах преобразователей 30, 32 и 34 переменного напр жени  в логический сигнал с уставкой по напр жению сигналы равны логическому нулю, а на пр мых выходах - логической единице. Выходные сигналы логических элементов И 31, 33 и 35 равны нулю. При однофазном замыкании на землю напр жение поврежденной фазы (например, А) становитс  меньще уставки преобразовател  30 и его выходные сигналы измен ютс  на противоположные. На пр мом выходё сигнал становитс  равным логическому нулю, который блокирует работу логических элементов И 33 и 35 соответственно отстающей и опережающей фаз, а на инверсном выходе сигнал становитс  равным логической единице, котора  поступает на пер вый вход логического элемента И 31. На второй и третий входы элемента 31 с преобразователей 32 и 34 поступают сигналы, равные логической е.линице, а на четвертом входе логического элемента И 31 сигнал становитс  равным логической единице через врем  Д/з с момента однофазного замыкаки  на землю, благодар  чему на выходе логического элемента И 31 на выходе блока 29 сигналы также станов тс  равными логической единице. При других режимах работы сети, например , при исчезновении напр жений на двух любых фазах, измен ютс  выходные сигналы соответствующих преобразователей, которые блокируют работу всех логических элементов И 31, 33 и 35. На выходе блока сигнал остаетс  равным логическому нулю. В нормальном режиме работы сети на счетный вход счетчика 38 импульсов третьего блока 28 времени (фиг. 3) поступают счетные импульсы с второго входа блока через первый логический элемент И 37. На второй (установочный) вход счетчика и на второй вход второго логического элемента И 39 поступает сигнал, равный логическому нулю. На инверсном выходе счетчика импульсов и на выходе блока сигналы равны логическому нулю. При однофазном замыкании на землю на первом входе блока сигнал становитс  равным логической единице, котора  разрещает работу счетчика 38 импульсов. На выходе счетчика импульсов через врем  сигналы имезн ютс  на противоположные . На инверсном выходе счетчика 38 импульсов и на выходе блока сигналы станов тс  равными логической единице, а на пр мом выходе счетчика 38 импульсов сигнал становитс  равным нулю, который запрещает прохождение счетных импульсов через первый логический элемент И 37 на счетный вход счетчика 38 импульсов. При ликвидации замыкани  сигналом, поступающим на первый вход блока, происходит подготовка блока 28 к работе. В нормальном режиме работы сети генератор 42 вырабатывает импульсы пр моугольной формы, которые поступают на первые входы логических элементов И 41 и 43. Остальные входные и выходные сигналы первого 25 и второго 26 блоков времени равны нулю. При однофазном замыкании на землю блок 24 формировани  короткого импульса реагирует на сеР входных импульсов и на первый бросок формирует короткий импульс пр моугольной формы, который сбрасывает счетчики 40 и 44, измен   их выходные сигналы с логического нул  на логическую единицу. Эти сигналы разрещают прохождение счетных импульсов на счетные входы счетчиков 40 и 44 через соответствующие логические элементы И 41 и 43. Через врем  Д/| на выходе счетчика 40 и через врем  Д/2 на выходе счетчика 44 сигналы станов тс  равными логическим нул м. Применение предлагаемого устройства увеличит надежность работы защиты и сократит простои оборудовани .

Claims (3)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА по авт. св. № 1056343, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и помехоустойчивости, в него введены последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения в логический сигнал с уставкой по напряжению подключенный к обмотке нулевой последовательности трансформатора напряжения сети, третий блок времени и блок определения замыкания, причем второй вход третьего блока времени подключен к второму выходу второго блока времени, три входа блока определения замыкания подключены к вторичной обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения сети, а выход блока определения замыкания — к третьим .входам первого и второго логических элементов И.

2. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что блок определения замыкания содержит подключенные к каждому входу, подключенному к трансформатору напряжения сети, последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения в логический сигнал с уставкой по напряжению и логический элемент И, выходы последних соединены с соответствующими входами логического элемента ИЛИ, а его выход — с выходом блока, вторые прямые выходы каждого преобразователя соединены с вторыми и третьими входами логических элементов И соответственно опережающей и отстающей фаз, четвертые входы логических элементов И соединены с входом блока, сое диненным с выходом третьего блока времени.

3. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что третий блок времени содержит последовательно соединенные первый логический элемент И, счетчик импульсов и второй логический элемент И, второй (установочный) вход счетчика импульсов и второй вход второго логического элемента И подключены к первому входу блока, прямой выход счетчика импульсов подключен к второму входу первого логического элемента И, вход которого соединен с вторым входом блока, выход второго логического, элемента И подключен к выходу блока.