Устройство для направленной защиты от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3(51) 1 Г) 1 %Гэ Н 0- 1 338 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Уральский филиал Всесоюзного научноисследовательского и конструкторского института Цветмета втоматика(54) (5) УСТРОИСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОИ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЛ НЕИТРАЛЬЮ, содержащее первый и второй фильтры низких частот, входы которых подключены к датчикам напряжения и тока нулевой последовательности соответствено, а выход первого фильтра через последовательно соединенные первый конденсатор, первый пороговый формирователь прямоугольных импульсов, первый формирователь стандартного логического уровня и дифференцирующую цепочку подключен к первому вхолу блока совпадения, при этоф выход второго фильтра через последовательно соединенные второй коцлецсатор, второй пороговый формирователь прямоугольцьх импульсов и второй формирователь стандартного логического уровня подключен к второму входу блока с)впадения, выход которого соелицсц с исполнительным оргцом, отличшошеес тем, что, с целью повыгпсция надсжцости срабатывания устройства при изменении температуры окружающей срсльк кдждыи из пороговьх формироватслси пр 51- момГОльцых импмгЬсов выполнен в виде рсзистивного делителя, образованного первым и вторым резисторами, третьего конденсатора, третьего резистора и транзистора, причем входом указанного формироватсля служит точка соелицеция эмиттерцого вхо- Ж да транзистора срелцей точки резистив- у ного лелителя и первого вывола третьего ЦГД конденсатора, второй вывод которого зазем- ф лец вместе с вторьм выводом резистивцого делителя, а базовый вывод указанного транзистора через третий резистор соединен с первым выводом рсзистивцого делителя и ,ы является входом питания по постоянному току, при этом коллскторный вход транзистора является выхолом формирователя. ф1 авейИзобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам направленной (по моцности нулевой последовательности) зашиты трехфазных сетей от замыканий фаз на землю, и может использоваться в сетях с изолированной нейтралью.Известно устройство для направленной зашиты от замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью, содержацее фильтры в каналах напряжения и тока нулевой последовательности, фазочувствительный орган, дифференцирующую цепь и исполнительный орган 111.Недостаток устройства - низкая надежность селективного срабатывания при изменении температуры окружающей среды, вследствие независимых фазовых искажений сигналов в каналах напряжения и тока нулевОй последовательности. Указанный недостаток обусловлен следующими причинами. Фазочувствительная схема выполнена на двух транзисторах различного типа проводимости: и-р -и транзистор в канале тока нулевой последовательности является коллекторной нагрузкой р-и-р транзистора в канале напряжения нулевой последовательности. Эквивалентное сопротивление этой нагрузки зависит не только от мгновенного значения сигнала в канале тока нуевой последовательности, но также и от температуры окружающей среды. Поэтому фаза сигнала в канале тока нулевой последовательности, при которой обеспечивается коэффициент усиления для короткого (продифферепци рова нного) импульса в канале напряжения нулевой последовательности, изменяется с изменением темперагуры,Несимметрия фазочувствительной схемы относительно фильтров в каналах напряжения и тока нулевой последовательности приводит к различной нагрузке на фильтры в этих каналах и создает дополнительные фазовые искажения.гзвестно также устройство, содержащее датчики тока и напряжения нулевой нос,едовате;ьности, выходы кото)ых сответственно подключены к последовательно соединенным низкочастотному фильтру и усилитсло-ограничителю в канале тока и низкочастотному фильтру с усилителем-ограничителем и дифсреренцирующей цепхчкой на выходе в канале напряжения, две пары встречно включенных диодов, входы которых подключены соответственно к выходу усилителя - .ограничителя в канале тока и к дифференцирующей цепочке в канале напряжения, причем их аноды подключены к инвертирующему входу сумматора, а катоды - к неинвертирующему входу, который заземлен через резистор 12).Недостатком известного устройства является неидентичность формирователей пря моугольных импульсов (усилителей-ограничителей) каналов напряжения н тока ну. 5 10 5 20 25 30 35 40 45 5 О 55 левой последовательности и вызванные этим искажения разности фаз сравниваемых сигналов.Типичные уровни сигналов в каналах тока и напряжения составляют соответственно 0,05-3 В и 30-100 В, т.е. могут отличаться на 1-2 порядка. Поскольку для надежной работы устройства на входах сумматора должны быть близкие по величине сигналы, то коэффициенты усиления усилителей-ограничителей в канала тока и напряжения будут существенно отличаться. Это приведет к отличию и фазовых характеристик каналов, поскольку они относятся к устройствам минимальнофазового типа с жесткой зависимостьк между амплитудой и фазовой характеристиками. Несимметрия усилительных цепей усугубляется несимметрией нагрузок каналов, поскольку канал напряжения нагружается на дифференцирующую цепь. Сигналы в каналах напряжения и тока не могут быть прямоугольными, а имеют форму входного сигнала (т.е. синусондальную) на участке от нулевого уровня до уровня ограничения. Протяженность этого участка существенно зависит от уровня входного сигнала, а изменение выходного сопротивления усилителя-ограничителя при изменении температуры приводит к изменению ширины и временного вложения продифференцированного импульса, что эквивалентно доклнительным фазовым искажениям.Цель изобретения - повышение надежности срабатывания устройства при изменении -емпературы окружаюцей среды.Поставленная цель достигается тем, что з устройство для направленной защиты от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержацее первый и второй фильтры низких частот, входы которых подклкиены к датчикам напряжения и тока нулевой последовательности соответственно, а выход первого фильтра через последовательно соединенные первый конденсатор, первый пороговый формирователь прямоугольных импульсов, первый формирователь стандартного логического уровня, дифференцирующую:епочку подключен к первому входу блока совпадения, прн этом выход второго фильтра через последовательно соединенные второй конденсатор, второй пороговый формирователь прямоугольных импульсов, второй формирователь стандартного логического уровня подключен к второму входу блока совпадения, выход которого соединен с исполнительным органом, каждый из пороговых формирователей прямоугольных импульсов выполнен в виде резпсторнсго делителя, ооразованного первым н вторым резисторами, третьего конденсатора третьего резистора, и транзистора, причем входом указанного формирователя служит то ка соединения эмиттерногс входа1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 транзистора, средней точки резистивного делителя и первого вывода третьего конденсатора, второй вывод которого заземлен вместе с вторым выводом резистивного делителя, а базовый вывод указанного транзистора через третий резистор соединен с первым выводом резистивного делителя и является входом питания по постоянному току, при этом коллекторный вход транзистора является выходом формирователя.На фиг, 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - 6 - графики, поясняющие его работу.Устройство содержит первый и второй 1.С-фильтры 1 и 2 низких частот, разделительные первый и второй конденсаторы 3 и 4, первый и второй пороговые формирователи 5 и 6 прямоугольных импульсов, первый и второй формирователи 7 и 8 стандартного логического уровня, дифференцирующую цепочку 9, состоящую из конденсатора и резистора, блок 10 совпадения, исполнительный орган1, состоящий из транзистора, тиристора, блок-контакта и катушки отключения высоковольтного выключателя, блок 12 питания, а каждый из пороговых формирователей 5 и 6 прямоугольных импульсов содержит резистивный делитель, образованный первым и вторым резисторами 13 и 14, третий конденсатор 15, третий резистор 6 и транзистор 17.Статический режим формирователя задается резистивным делителем и третьим резистором, а скорость переключения определяется третьим конденсатором 15. Устройство работает следующим образом Сигналы напряжения и тока нулевой последовательности поступают на фильтры 1 и 2, в которых подавляются высокочастотные составляющие напряжения. С выхода фильтров через разделительные коцденсаторы 3 и 4 сигналы подаются ца идентичные пороговые формирователи 5 и 6 прямоугольных импульсов, работу которых рассмотрим на примере формирователя 5.Исходный статический режим формирователя 5 задается делителем на резисторах 13 и 14 и резистором 16 с таким расчетом, чтобы при отсутствии входного сигнала эмиттерный переход формирователя 5 был снабжен в обратном направлении. При этом коллекторный переход смещен в прямом направлении (инверсный режим транзистора) и ток перехода проходит на вход формирователя 7 стандартного логического уровня.В момент гг перехода напряжения в канале напряжения нулевой последовательности через ноль (фиг. 2) эмиттерный переход формирователя 5 смещается в прямом направлении, а коллекторный - в обратном. При этом имеет место следующий механизм формирования прямоугольного импульса с крутым передним фронтом. При переключении эмцттерного перехода транзистора в режим прямого смещения в базу поступают носители зарядаэлектроны. В результате заполнения области прост ранствен ного заряда электронами область объехгггого заряда (неподвггжныс заряды кристаллической решетки) сужается. Это приводит к резкому увеличению емкости эмиттериого переходя. Последняя вместе с конденсатором 15 образует емкостной делитель. Бросок тока через него приводит к резкому отключению коллекторного перехода, что обеспечивает получение импульса с крутым фронтом.Скачок тока на входе формирователя 8 стагд;г(тногч,чогпческо о)овгя прггводт к появлению ца его выходе стандартизованного по ахгцлигу.ге импульса - сипгала логической единицы (фц. 3). После дифференцирования цепью 9 и блоком О образуется короткий импульс, амплитуда которого по-прежнему соответствует уровню логической единицы (фиг. 6).В канале тока нулевой последовательности ца отрицательной полуволнс сигнала прямоугольный импульс формируется аналогично (фиг. 4 и 5). Передний и задний фронты этого импульса получаются в моменты (, и ( перехода переменного напряжения через нуль.Из приведенных на фнг. 2 и 4 врсмсццых диаграмм сигналов видно, что напряжение Его в канале тока опережает напряжение Цгов канале напряжения на угол т (аварийная ситуация). Короткий ггмпульс(.гдиф.(фггг. 6) оказывается внутри интервала (1 и , занимаемого широким импульсом Ырд. В результате на выходе блока 10 совпадения появится импульс, который отключает выключатель.П редл а гаемое устройство обеспечивает повышение надежности селективного срабатывания защиты при изменении питающей температуры. Благодаря идентичности пороговых формирователей 5 и 6 смегцение нх пороговых уровней под действием дестабилизирующих факторов происходит в одну сторону. В результате в одну сторону смещаются передние фронты прямоугольных импульсов (пунктцр ца фцг. 3 и 5) . Поскольку предлагаемое построение пороговых формирователей прямоугольных импульсов обеспечи вает получение дггггтельности фронтов на уровне долей микросекунды, разность фаз на входах схемы совпадения остается стабильной и равной разности фаз между сигналамц напряжения и тока нулевой последовательности на входе устройства. Идентичность пороговых формирователей прямоугольных импульсов обеспечивается нх интегральным исполнением в одной микросхе ме, и а и р ц мер К 158 Л АЗ.Редактор Р. ЦицикаЗаказ 4688/39 Составители Н, Чутиев Техред И. Версс Корректор ГР.шетиик Тираж б 4 Подписное ВНИИПИ Государственного комит.та СССР по делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж - 35, Раущская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент. г. Ужгород, ул. Проектная, 4