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

, К АВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРОО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский ордена ТрудовогоКрасного Знамени институт инженеровсельскохозяиственного производстванм. В.П,Горячкина(56) 1.Авторское свидетельство СССРР 1101950, кл. Н 02 Н 3/16, 1982,(54)(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЗЧИТЫ ОТОБРЫВА И ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛИ В СЕТИС ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙХРАЛЬЮ по авт,св. СССР Р 1101950, о т л и ч а ю -ц е е с я тем, что, с цепью расширения Функциональных воэможностейустройства путем определения обрывапровода с последующим замыканием наземлю, в устройство дополнительно введены два реле времени, элемент ЗАДЕРЖКА, элемент ЗАПРЕТ, элемент ОГРАНИЧЕННАЯ ПАМЯТЬ, четвертый логический элемент И, третий исполнительный орган, сигнализирующий об обрыве провода с поспедующим замыканием на землю, обьединенные выходы первого и второго реле времени включены на вь 1 ход логического элемента, реализующего операцию неравнозначности, выход первого реле времени подключен к входу элемента ЗАДЕРЖКА, выход элемента ЗАДЕРЖКА подключен к разрешающему входу элемента ЗАПРЕТ, выход второго реле времени подключен к запрещающему входу элемента ЗАПРЕТ,выход которого через элемент ОГРАНИЧЕННАЯ ПАМЯТЬ подключен ко второму входу четвертого логического элемента И, выход. которого подключен к входу третьего исполнительного органа, сигнализирующего об обрыве провода с последующим замыканием на землю.Изобретение относится к технике релейной защиты и противоаварийной автоматики, предназначенной для защиты от обрыва и замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, 5По основному авт. св. Р 1101950 известно устройство для защиты от обрыва и замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее подключенные к каждой из фаз сети три пре образователя переменного напряжения в постоянное, выходы которых подключены к первым входам соответствующих логических элементов И, к вторым вхо дам которых подключены выходы упомя нутых преобразователей опережающих фаз, а третьи входы логических элементов И соединены с выходом блока выдержки времени, три входа которого подключены к выходам упомянутых преобразователей, выходы логических элементов И соединены с входами логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу исполнительного ор. гана, сигнализирующего о наличии замыкания на землю в сети, второй исполнительный орган, сигнализирукнций о наличии обрыва в сети, три логических элемента ИЛИ-НЕ, логический элемент, реализующий функцию нецавнозначности,выходы каждого из преобразователей переменного напряжения в постоянное подключены к первым входам логических элементов ИЛИ-НЕ одноименных фаз и вторым входам логических элементов ИЛИ-НЕ опережаю 35 щих фаз, выходы логических элементов ИЛИ-НЕподключены к трем входам логического элемента, реализующего функцию неравнозначности, выход40 которого подключен к входу второго исполнительного органа, сигнализирующего о наличии обрыва в сети Я .Однофазное замыкание на землю не представляет большой опасности 45 при пробое изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью на трансФорматорных подстанциях, при пробое линейного изолятора на железобетонной опоре, т,е. однофазное за 4мыкание на землю допустимо при наличии незначительного переходного сопротивления в месте замыкания. При больших значениях переходного сопротивления, особенно когда оно изменя ется, возможно появление дугового замыкания, что особенно опасно на линиях электропередачи, проходящих через сельскохозяйственные угодья,торфяники, лесные массивы, так какпри этом возможно возникновение пожара, Кроме опасности возникновенияпожара оборванный провод представляет повышенную опасность для людей иживотных,Неустойчивое значение переходного сопротивления и, как правило, появление дуги возможны лишь при обрыве провода воздушной линии с последующим замыканием оборванного провода на землю.Недостатком известного устройстваявляется то, что оно не может выделить вид повреждения, характеризующийся обрывом провода с последующимзамыканием его на землю.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей устройства путем выделения повреждения,связанного с обрывом фазного проводаи последующим замыканием его на землю,Для достижения укаэанной цели в устройство для защиты от обрыва и замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью дополнительно введены два реле времени, элемент ЗАДЕРЖКА, элемент ЗАПРЕТ, элемент ОГРАНИЧЕННАЯ ПАМЯТЬ, четвертый логический элемент И, третий исполнительный орган, сигналнзирующий об обрыве провода с последующим замыканием на землю, причем объединенные выходы первого и второго реле времени включены на выход логического элемента, реализующего операцию неравнозначности, выход первого реле времени подключен к входу элемента ЗАДЕРЖКА, выход элемента ЗАДЕРЖКА подключен к разрешающему входу элемента ЗАПРЕТ, выход второго реле времени подключен к запрещающему входу элемента ЗАПРЕТ, выход которого через элемент ОГРАНИЧЕННАЯ ПАМЯТЬ подключен ко второму входу четвертого логического элемента И,выход которого подключен к входу третьего исполнительного органа, сигнализирующего об обрыве провода с последующим замыканием на землю,На чертеже представлена функциональная схема устройства.Предлагаемое устройство содержит преобразователи 1-3 переменного напряжения в постоянное, логические элементы И 4-6, логические элементы ИЛИ-НЕ 7-9, блок 1 О вьдегжки времени, логический элемент ИЛИ 11, логический элемент 12 реализующий Функцию нерав нозначности, исполнительные органы 13 и 14, два реле 15 и 16 времени, элемент 17 ЗАДЕРЖКА, элемент 18 ;ЗАПРЕТ, элемент 19 ОГРАНИЧЕННАЯ ПАМЯТЬ подключен к второму входу логи О ческого элемента И 20, выход которого подключен к входу исполнительного органа 21.6Устройство работает следующимобразом.На входы преобразователей 1, 2и 3 переменного напряжения в постоянное подается напряжение Фаз сети относительно земли Цл, ПЬ, П . Преобразователи 1, 2 и 3 имеют уставку понапряжению 1, 1-1,2 Ц . Если какоелибо из напряжений меньше напряженияуставки, то выходной сигнал соответствующего преобразователя равен нулю,25а при превышении уставки - логической единице, Таким образом, выбранные уставки обеспечивают изменениевыходного сигнала преобразователейнапряжения при возникновении в сети 30однофазного замыкания на землю и приобрыве в сети. Для отстройки от апериодической составляющей тока замыкания на землю используется блок 10вьдержки времени, который обеспечи вает задержку сигнала на 0,2-0,5 с,что необходимо для прекращения переходного режима,В нормальном режиме работы сети 40устройство не срабатывает. Напряжения Фаз симметричны и не превышают Ц ,выходные сигналы преобразователей 1-3 переменного напряжения в постоянное равны нулю, на входы логи ческих элементов И 4-6 и ИЛИ-НЕ 7-9 поступают сигналы, равные нулю, на выходах логических элементов И 4-6 сигналы равны нулю, на выходе логического элемента ИЛИ 11 сигнал ра вен нулю, и первый исполнительный орган 13 не срабатывает. Поскольку три сигнала, поступающие на входы логического элемента 12,реализующего операцию неравнозначности, равны 55 единице, то. сигнал на выходе последнего равен нулю и второй исполнительный орган 14 не срабатывает. Известно, что в воздушних электрических сетях с изолированной нейтралью при однофазном замыкании на землю напряжение поврежденной Фазы уменьшается (до нуля), а напряжения двух других Фаз увеличиваются (до .43 П, ).При обрыве одного из проводов междуфазные напряжения изменяются следующим образом. Напряжение на Фазе, емкость которой уменьшается в результате отключения, увеличивается (и может составить 1,5 Иф), напряжения двух других Фаз уменьшаются одинаково (до минимального значения, равного 0,87 Бф) .Выходные сигналы преобразователей 1,2 и 3 подаются на первые входы логических элементов И 4,5 и б и ИЛИ-НЕ 7,8 и 9 одноименных Фаз и на вторые входы логических элементов И 4,.5 и 6 и ИЛИ-НЕ 7,8 и 9 опережающих Фаз.Входы элементов И 4,5 и 6 соединены с тремя входами логического элемента ИЛИ 11, выходной сигнал которого равен логической единице при одноФазном замыкании на землю. Выходы элементов ИЛИ-НЕ 7,8 и 9 соединены с тремя входами логического элемента 12 реализующего операцию неравнозначности, выходной сигнал которого равен логической единице при обрыве в сети, В нормальном режиме выходные сигналы преобразователей 1-3 равны нулю, устройство не срабатывает,При однофазном замыкании на землюУ например, Фазы Н выходной сигнал преобразователя 1, равный нулю (напряжеййе поврежденной фазы А относительно земли уменьшается и меньше 11) подается на первые входы логических элементов И 6 и ИЛИ-НЕ 9 Фазы С Выходные сигналы преобразователей 2 и 3 Фаз В , С равны логической единице (напряжения фаз 8 , С относительно земли увеличиваются) .Выходной сигнал логической единицы с преобразователя 2 фазы 6 подается на первые входы логических элементов И 5 и ИЛИ-НЕ 8 и на вторые входы логических элементов И 4 и ИЛИ-НЕ 7 опережающей Фазы Й . Выходной сигнал логической единицы с преобразователя 3 Фазы С подается на первые входы логических элементов И 5 и ИЛИ-НЕ 8 опережающей Фазы Ь Выходные сигналы логических элементов ИЛИ-НЕ 7, 8 и 9 и логическихэлементов И 4 и 6 равны нулю, выходной сигнал логического элемента И 5равен единице,Таким образом, поступающие на тривхода логического элемента 12, реализующего операционную неравнозначность, сигналы с элементов ИЛИ-НЕ 7,8 и 9 равны нулю, и подключенный кнему исполнительный орган 13, сигнализирующий об обрыве в сети, не работает. На логический элемент ИЛИ 11с логического элемента И 5 поступаетсигнал, равный единице, два другихсигнала - с логических элементов И4 и 6 враны нулю. Выходной сигнал 15логического элемента ИЛИ 11 становится равным единице, что сигнализирует о наличии в сети замыканияна землю - срабатывает исполнительный орган 13. 20При обрыве в сети, например, Аазы 4 выходной сигнал преобразователя 1, равный единице (напряжение поврежденной Лазыотносительно землиувеличивается и больше 0 подается 2Ч5на первые входы логических элементов;И б и ИЛИ-НЕ 9 Фазы С . Выходные сигналы преобразователей 2 и 3 фаз 8,С, равные нулю (напряжения Ааз ВС относительно земли уменьшаются), З 0подаются на первые входы логическихэлементов И 5,6 и ИЛИ-НЕ 8,9 своихфаз соответственно и на вторые входы логических элементов И 4,5 иИЛИ-НЕ 7,8 опережающих Лаз А и Ь со- З 5ответственно. Выходные сигналы логических элементов И 4,5 и 6 и логических элементов ИЛИ-НЕ 7 и 9 равнынулю, выходной сигнал логическогоэлемента ИЛИ-НЕ 8 равен единице. 4 ОПоступающие на три входа логического элемента ИЛИ 11 сигналы с логических элементов И 4,5 и 6 равны нулю. Выходной сигнал логического45 ,элемента ИЛИ 11 равен нулю, исполнительный орган 13, сигнализирующий о наличии однскЬазного замыкания на землю в сети, .не работает, На один из входов логического элемента ИЛИНЕ 8 поступает сигнал, равный логической единице, Сигналы с логических элементов ИЛИ-НЕ 7 и 9 равны нулю, поэтому выходной сигнал логического элемента 12,реализующего операцию неравнозначности равен единице, что сигнализирует о наличии обрыва в сети - срабатывает исполнительный орган 14. При обрыве одного из разных проводов сети с последующим замыканиемна землю на входы логического элемента И 20 поступают два сигнала:с выхода логического элемента ИЛИ 11и с выхода логического элемента 12,реализующего Аункцию неравнозначности. Сигнал с выхода логического элемента 12, реализующего функцию неравнозначности, поступает на входыпервого и второго реле времени 15и 16, которые имеют разные вьдержкивремени ( 1 и1), Первое релевремени имеет вьдержку времени ,второе реле времени -, Сигналпродолжительностью менее 1 черезреле времени не проходит, чем обеспечивается отстройка от срабатывания исполнительного органа 21 прикратковременных коммутациях, вьделение обрыва с последующим замыканиемна землю. Если продолжительностьсигнала отдо, то сигнал проходит через реле времени 15 на элемент 17 ЗАДЕРЖКА, где задерживаетсяна время , благодаря чему приобрыве в линии без последующего замыкания на землю исполнительный орган 21 не срабатывает, так как сигнал с выхода логического элемента 12,реализующего операцию неравнозначности, по продолжительности длиннее,чем, при этом на запрещающий входэлемента 18 ЗАПРЕТ с выхода второгореле времени 16 подается запрещающий сигнал и на элемент 19 ОГРАНИЧЕННАЯ ПАМЯТЬ сигнал не проходит. Пределы продолжительности вьделйемогосигнала , иопределяются высотойподвеса провода в пролете и длинойпролета,Если сигнал, поступающий на реле времени, дпительностью от 4 до , то на запрещающем входе элемента 18 ЗАПРЕТ сигнала нет и через элемент 18 ЗАПРЕТ сигнал об обрыве провода проходит на элемент 19 ОГРАНИЧЕННАЯ ПАМЯТЬ, где сохраняется некоторое время. С выхода элемента 19 ОГРАНИЧЕННАЯ ПАМЯТЬ сигнал поступает на второй вход четвертого логического элемента И 20, на первый вход которого подается сигнал о наличии замыкания на землю с выхода логического элемента ИЛИ 11. Как только появится сигнал на первом входе четвертого логического элемента И 20 при наличии сигнала на втором его входе с выходаЗаказ 1182/39 Тираж 620 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытийВ113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 логического элемента И 20 сигнал проходит на вход третьего исполнительного органа 21, сигнализирующего оналичии обрыва с последующим замыканием на землю, Третий исполнительный орган 21 может быть подключенк органу отключения. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет выделить поврежде ние вида; обрыв провода с последующим замыканием на землю.В воздушных электрических сетях сельскохозяйственного назначения напряжением 10 кВ 807. всех видов 15 повреждений приходится на замыкания на землю. По ПТЭ при эксплуатации воздушных линий с изолированной нейтралью разрешается работать в режиме замыкания на землю в течение времени, необходимого для отыскания места повреждения. В летний период при возникновении замыкания на землю на линии производят отключение - "землю не держат" - во избежание пожаров (до отыскания и устранения повреждения). Недоотпуск электроэнергии при этом увеличивается.С помощью предлагаемого устройства можно распознать вид повреждения, отличить "землю" от обрыва провода с последующим замыканием на землю, Таким образом, число отключений можно сократить и тем самым сократить затраты на отыскание места повреждения