Устройство для защиты от повреждений электрической сети

(19) И 1) 3 17 4 Н САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ктроснабий. -М,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТ(71) Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени институт горного дела им, А,А. Скочинского(56) федоров А.А, и др. Эле жение промышленныхпредприят Энергия, 1981, с. 261.Колосюк В.П. Защитное отключение рудничных электроустановок. -М,: Недра, 1980, с,148-147, 177-1.78, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПОВРЕЖДЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ. (57) Изобретение относится к области электротехники, в частности к защите электрических сетей с изолированной нейтралью, Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей путем защиты как от токов утечки, так и от коротких замыканий. С помощью генератора 1 в контролируемую сеть поступает многофазное оперативное напряжение со сдвигом каждой фазы на угол д- 2/ш, где ш - число фаз. При возникновении утечки в контролируемойсети при помощи выпрямителей 19, 20и интеграторов 24, 25 определяютсямодули полезных сигналов. Ключ 26выявляет сигнал с большим абсолютнымзначением, который подается на перемножитель 21, Выходное напряжение перемножителя 21, пропорциональное активной составляющей тока утечки, поступает на интегратор 22, где вычисляется среднее значение эа период, азатем - на пороговый блок 23, Еслинапряжение на выходе интегратора превышает уставку срабатывания блока 23,формируется команда на включениеисполнительного элемента 36, отключающего питание сети, При возникновении короткого замыкания в цепи наг"рузки силовых жил увеличиваются токиодновременно в цепях обеих фаз генератора оперативного напряжения. Приэтом пороговые блоки 33 и 34 срабатывают, в результате на выходе элементаИ 35 формируется команда на включение исполнительного элемента 36, от"ключающего питание сети, 1 ил.275624 О 30 35 40 45 50 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электрических сетей с изолированной нейтралью, в том числе для горных машин с регулируемым электроприводом,ОЦель изобретения - повышение точности и расширение Функциональных возможностей путем защиты как от токов утечки, так и от коротких замыканий,На чертеже приведено предлагаемое,устройство,Устройство содержиг генератор 1оперативного напряжения с раздели"тельным трансФорматором 2 с тремявторичными обмотками 3 - 5, Фазосдвигающий блок 6, первый 7 и второй 8конденсаторы присоединения (Фильтрыприсоединения), первый 9 и второй 1 О резисторы нагрузки, первый 11 и второй 12 делители напряжения, первый13 и второй 14 масштабные усилители,первый 15 и второй 16 инверторы, первый 17 и второй 18 сумматоры, первый 19 и второй 20 линейные выпрямители, перемножитель 21, первый интегратор 22, первый пороговый блок 23 в торой и третий интеграторы 24 и 25 первый ключ 26 на транзисторах 27 и 28 и . третий 29 и четвертый 30 делители напряжения, второй 31 и третий 32 ключи, второй 33 и третий 34 пороговые блоки, логический элемент И 35, исполнительный элемент 36 и эквивалент утечки сети 37.Первая З,и вторая 4 выходные обмотки трансФорматора 2 включены в противоФазе и угол сдвига Фаз между напряжениями этих обмоток составляет Т , Эти обмотки через конденсаторы 7 и 8 присоединения соединены с разными полюсами контролируемой сети. К третьей выходной обмотке 5 подключена Фазосдвигающая З.Я-цепь,б, обеспечивающая сдвиг входного сигнала на угол, близкий к Т/2Делители 11 и 12 напряжения подключены между полюсами контролируеиой сети и землей, Падение напряжения между средними точками делителей 11 и 12 напряжения и землей пропорциональны величине выходного напряжения преобразователя при отсутствииутечки между жилами силовой сети иземлей, При наличии утечки между жи"лами силовой сети,и землей падениенапряжения между средней точкой делителя и землей возрастает на величину, пропорциональную току утечки. Падение напряжения на резисторах 9 и10 нагрузки пропорционально проводимости нагрузки и суммарному токуутечки, создаваемому в сети генератором 1 оперативного напряжения исетевым источником,1 Инверторы 15 и 16 служат для инвертирования падения напряжения на резисторах 9 и 10 нагрузки, Масштаб.ные усилители 13 и 14 служат для усиления напряжений, снимаемых с дели телей 11 и 12, являющихся аналогомсетевого напряжения, Сумматоры 17 и8 служат для суммирования сигналовс выхода усилителя 13 и инвертора15, и усилителя 14 и инвертора 16,КоэФФициенты усиления масштабныхЪусилителей 13 и 14 выбираются такими, чтобы в отсутствие напряжения оперативного генератора сигналы на выходе сумматоров 17 и 8 были близки к нулюС выхода сумматоров 17 и 18 сиг" налы подаются на линейные выпрямители 19 и 20, на выходе которых сигналявляется выпрямленным двухполупериод"ным напряжением, Интеграторы 24 и 25,включенные на выходе линейных выпрямителей, выполняют Функции Фильтроввыпрямленного напряжения. На выходеинтеграторов 24 и 25 включен первыйключ 26 на транзисторах 27 и 28 разной проводимости и резистивных делителях 29 и 30. Средняя точка делителя 26 напряжения на резисторах подключена к базам первого ключа 26,средняя точка делителя 30 - к эмиттерам первого ключа 26, В зависимости Ьт соотношения выходных напряжений интеграторов 24 и 25 открываетсяодин, либо другой транзистор ключа26. При открывании транзистора 27открывается второй ключ 31, подающийнапряжение с выхода первого сумматора 17 на второй вход перемножителя21, При открывании транзистора 28 ключа 26 открывается третий ключ 32,и на вход перемножителя 21 подается сигнал с выхода сумматора 18. Ключ31 при этом запирается. На первый вход перемножителя 21 подается напряжение с обмотки 5 генератора 1,включенной последовательно с Фазосдвигающей РЯ-цепью 6, На выходе перемножителя напряжение пропорционально произведению входных сигналов сз 1275учетом угла сдвита фазы между нимии равноК 11, 11 соя 1111,) 1 11, (1)где Ц, и Б - выходные напряженияКБ-цепи би сумматора(17 или 18) соответственно;1 - активная составляющаятока утечки определя10ющая сопротивлениеизоляции кабеля,Это напряжение подается на интегратор 22, на выходе которого формируется напряжение, равное среднему15значению за время измерения, Это напряжение подается на пороговое устройство 23 и с его выхода - на исполнительный элемент 36. Сигналы свыхода интеграторов 24 и 25 парал 20лельно подаются на второй и третийпороговые блоки 33 и 34 и с их выходов - па входы логической схемыИ 35. При одновременном срабатываниипороговых блоков 33 и 34 на выходелогического элемента И 35 формируется сигнал на включение исполнительного элемента 36.Сущность предлагаемого изобрете:.ния заключается в следующем,30С помощью генератора 1 формируется многофазное оперативное напряжение со сдвигом каждой фазы на угол2 Юп, где ш - числофаэ. Эти напряжения накладывают независимо накаждую фазу контролируемой сети иизмеряют суммарные токи, создаваемыев цепи каждой фазы оперативным генератором 1 и сетевым источником. Приэтом токи, создаваемые сетевым ис"точником, являются помехами для полезного сигнала, которым являетсяток, создаваемый в контролируемойсети оперативным генератором, Величина помехиизменяется в широкихпределах. Форма кривой тока помехнесинусоидальная с крутым переднимфронтом и изменяется в значительныхпределах в процессе регулированиярежимов работы преобразователя. Поэтому отстойка от действия помех является наиболее сложной задачей приразработке средств защиты электрических сетей с тиристорным электро"приводом.55Это обеспечивается формированием аналога сетевого напряжения, создаваемого сетевым источником между фа 624 4зами (полюсами) силовой сети и земли, Сформированный аналог сетевого напряжения по величине и форме соответствует помехе, действующей в каналах измерения оперативных токов - в цепях обмоток оперативного генератора, Эти два сигнала - полный ток в цепи фаз генератора оперативного напряжения и аналог сетевого напряжения, суммируют попарно в противофазе, предварительно проинвертировав один из этих сигналов. При этом суммируются сигналы измерительных цепей, подключенных к одной и той же фазе (полюсу) контролируемой сети, В результате на выходе сумматора по- мехи отсутствуют и действует только полезный сигнал, пропорциональный току, создаваемому оперативным генератором 1 в контролируемой сети,При возникновении короткого замыкания в цепи нагрузки контролируемой сети значительно возрастает ток в цепи фаз оперативного генератора, При этом возрастает уровень полезного сигнала, и по достижении им порогового уровня формируют команду, на отключение контролируемой сети. Причем эту команду формируют по достижении выходными сигналами сумматоров двух и более фаз генератора 1 опера" тинного напряжения второго порогового уровня. Это условие обеспечивает требуемую селективность действия защиты,Для обеспечения защиты от токов утечки определяется аварийная фаза контролируемой сети. Для этого определяют мод;ли суммарных сигналов в цепи каждой фазы генератора оперативного напряжения и по большему значению суммарного сигнала вычисляют активную составляющую тока утечки, которая однозначно определяет величину сопротивления утечки в контролируемой сети, По достижении активной составляющей тока утечки аварийной фазы первого порогового уровня формируют команду на отключение напряжения в сети.В обесточенном состоянии контролируемой сети включают генератор 1 оперативного напряжения. С помощью . выходных обмоток 3 и 4 генератора оперативного напряжения накладывает" ся на полюса А и В контролируемой сети, При этом создается две цепи для оперативного тока: через нагрузку силовой сети - двигатель Д, и че5 12756 20 30 При возникновении утечки в контролируемой сети за счет выпрямителей19 и 20 и интеграторов 24 и 25 определяются модули полезных сигналов, с помощью ключа 26 выбирается сигнал 35 сбольшим абсолютным значением и че рез ключи 31 или 32 выбранный сигнал подается на перемножитель 21, На первый вход.перемножителя 21 подается сигнал оперативного генератора 1 с 40 обмотки 5, первоначальная установка фазы напряжения которой обеспечивается фазосдвигающей КЯ-цепью 6. В соответствии с формулой 111 выходное . напряжение перемножителя 21 пропор" 45 рез сопротивление утечки и распределенную емкость силовых жил относительно земли, Падение напряжений нарезисторах 9 и 10 нагрузки, пропорциональное сумме проводимости нагрузки силовых жил и утечек жил кабеля,через инверторы 15 и 16 и сумматоры17 и 18 поступает на выпрямители 19и 20 и с их выходов - на интеграторы 24 и 25, На выходе интеграторовнапряжение равно среднему за времяизмерения, например один период оперативного напряжения, Это напряжениеподается на пороговые блоки 33 и 34и параллельно - на управляющие входыпервого ключа 26, Напряжение с выхода третьего интегратора 25 подключено к базам транзисторов 27 и 28 ключа 26, напряжение с выхода интегратора 24 - к эмиттерам транзисторовключа 26. При превышении выходнымнапряжением Б, второго интегратора24 выходного напряжение П третьегоинтегратора 25 открывается транзистор 27 ключа 26 и ключ 31, При Б 11открывается транзистор 28 ключа 26 иключ 32. В результате сигнал с выхода сумматоров подается на второйвход перемножителя 21. ционально активной составляющей тока утечки и, соответствеьщо, величинепроводимости утечки жил кабеля.С выхода перемножителя 21 сигнал подаетсяна интегратор 22, где вычисляется среднее значение за период, и поступает на пороговый блок 23. При возникновении утечки напряжение на выходе интегратора 22 достигает величины первого порога срабатывания и на выходе блока 23 формируется команда на включение исполнительного элемента 36 обеспечивающего отключениЭ О 15 25 24 6питания сети, При возникновении короткого замыкания в цепи нагрузкисиловых жил увеличиваются токи одновременно в цепях обоих фаз генератора оперативного напряжения, Приэтом по указанным блокам сигналы поступают на второй и третий пороговыйблоки 33 и 34, которые срабатывают,в результате на выходе логическогоэлемента И 35 формируется команда наотключение питания контролируемойсети.РПредлагаемое устройство защитысети в рабочем режиме обеспечиваетпредварительный контроль сети от коротких замыканий и от токов утечкидо включения напряжения в силовуюсеть,При подаче на контролируемую сетьсилового питания создаются цепи длявозникновения помех в каналах измерения полезного сигнала полюсами сети через устройства 7 и 8 присоединения, обмотки генератора 1, сопротивления 9 и 10 нагрузки, сопротивления утечки и распределенную емкость сети 37, Одновременно создается цепь формирования аналога сетевого напряженил с помощью делителей 11 н 12, подлюченных к полюсам сети и земле. Напряжение аналога сетевого питания с делителей 11 и 12 подается на масштабные усилители 13 и 14, коэффициент 1 усиления которых устанавливают из условия обеспечения равенст" ва напряжений на выходе усилителя 13 (14) и соответствующего ему инвертора при отсутствии полезного сигнала, В результате на выходе сумматоров 17 и 18 выходной сигнал близок к нулю, При включении генератора оперативного напряжения сигнал на выходе сумматоров буцет содержать только полезный сигнал и не содержит помех, создаваемых в цепях измерения работой тиристорных преобразователейВ дальнейшем работа устройства аналогична приведенному в обесточенном состоянии силовой сети.Формула изобретенияУстройство для защиты от повреждений электрической сети, содержащее генератор оперативного напряжения с разделительным трансформатором с выходными обмотками, первая из которых подключена к сети через первый фильтр1275624 Составитель Н, ЧутчевТехред М.Ходанич, КорректоР А. Зимокосов Редактор Н. Яцола Заказ 6574/50 Тираж 612 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д,4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 присоединения и через первый резистор нагрузки - к земле, а вторая обмотка подключена к фазосдвигающемубЛоку, выход которого через последовательно соединенные перемножитель,первый интегратор, первый пороговыйэлемент подключен к исполнительномуэлементу, первый датчик аварийногопараметра, подключенный между проводом сети и землей, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышенияточности и расширения функциональныхвоэможностей путем защиты как от токов утечки, так и от коротких замыканий, в него введены второй датчикаварийного параметра, подключенныймежду другим проводом сети и землей,первый и второй делители напряжения,первый и второй масштабные усилители, первый и второй инверторы, первый и второй сумматоры, первый и второй выпрямители, первый, второй итретий ключи, второй и третий интеграторы, второй и третий пороговыеэлементы, при этом выходы последних.подключены к логическому элементу И,выход которого подключен к исполнительному элементу, а разделительныйтрансформатор генератора оперативного напряжения снабжен третьей обмоткой, подключенной встречно черездополнительный фильтр присоединенияи дополнительный резистор нагрузкик другому проводу сети и земле, приэтом к точке соединения резисторанагрузки и первой обмотки разделительного трансформатора подключен вход первого инвертора, а к точкесоединения дополнительного резистора нагрузки и третьей обмотки разделительного трансформатора - вход вто 5 рого инвертора, к выходу каждого датчика аварийного параметра подключенывходами первый и второй масштабныеусилители соответственно, выход первого из которых соединен с выходом 10 первого инвертора и подключен к входу первого сумматора, выход которогосоединен через первый выпрямитель,второй интегратор с входом второгопорогового элемента, вход второго 15 масштабного усилителя соединен с выходом второго инвертора и подключенк входу второго сумматора, выход которого соединен через второй выпрямитель, третий интегратор с входом 20 третьего порогового элемента, приэтом первый выход первого ключа соединен с управляющим входом второго,выходы которого включены между входомвторого сумматора и вторым входомперемножителя, а второй выход второго ключа соединен с управляющим входом третьего, выходы которого рключены между выходами третьего сумматора и вторым входом перемножителя, 30 причем первый делитель напряженияподключен к выходу интегратора и земле, а его средняя точка - к первомувходу первого ключа, второй делительнапряжения подключен к выходу третьу .его интегратора и земле, а его средняя точка - к второму входу первогоключа.